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公開番号2025069367
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-30
出願番号2025017217,2022521073
出願日2025-02-05,2020-10-13
発明の名称二重プレナムフラクタルシャワーヘッド
出願人ラムリサーチコーポレーション,LAM RESEARCH CORPORATION
代理人弁理士法人明成国際特許事務所
主分類H01L 21/3065 20060101AFI20250422BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】処理工程中に半導体ウエハ全体に異なる半導体プロセスガスを分配するための二重プレナムフラクタル(DPF)シャワーヘッドを提供する。
【解決手段】DPFシャワーヘッド100は、複数の層116を有し、各層がガス分配構造146、148、146’、148’、146’’、148’’のパターンを有し、各層のガス分配構造は概ね、すぐ上流の層におけるガス分配構造に形状が類似するが、サイズはそれよりも小さくなる。このようなガス流路の「フラクタル」的な構造により、処理工程中に半導体ウエハの表面全体に非常に均一にプロセスガスを供給でき、それによりウエハの均一性が向上する。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
半導体処理装置であって、
本体と、第１のプレナム入口と、第２のプレナム入口と、複数の第１のガス分配孔と、複数の第２のガス分配孔とを含むシャワーヘッドを含み、
前記本体は、複数の層を含み、前記複数の層は、２つ以上のフラクタル層の適切なサブセットを含み、各前記フラクタル層は、第１の径方向対称ガス分配構造のセットと第２の径方向対称ガス分配構造のセットとを含み、
各前記第１の径方向対称ガス分配構造は、第１のハブプレナムと、前記第１のハブプレナムに流体的に接続されるとともに前記第１のハブプレナムから放射状に外側に延びる複数の第１のスポーク通路と、複数の第１のライザーポートとを含み、各前記第１のライザーポートは、前記第１のスポーク通路のうちの１つの遠端部に位置し、
各前記第２の径方向対称ガス分配構造は、第２のハブプレナムと、前記第２のハブプレナムに流体的に接続されるとともに前記第２のハブプレナムから放射状に外側に延びる複数の第２のスポーク通路と、複数の第２のライザーポートとを含み、各前記第２のライザーポートは、前記第２のスポーク通路のうちの１つの遠端部に位置し、
前記フラクタル層の各フラクタル層について、
そのフラクタル層における各前記第１の径方向対称ガス分配構造は、対応する前記第１のハブプレナムが、すぐ上流の層における第１のライザーポートの下方に位置するように位置し、
そのフラクタル層における各前記第２の径方向対称ガス分配構造は、対応する前記第２のハブプレナムが、すぐ上流の層における第２のライザーポートの下方に位置するように位置する、
半導体処理装置。
続きを表示（約 2,900 文字）【請求項２】
請求項１に記載の半導体処理装置であって、
前記フラクタル層のうちの１つは、第１の部分的径方向対称ガス分配構造のセットをさらに含み、各前記第１の部分的径方向対称ガス分配構造は、そのフラクタル層における前記第１の径方向対称ガス分配構造のいずれよりも少ない数の第１のスポーク通路が流体的に接続された第１のハブプレナムを含む、
半導体処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体処理装置であって、
前記本体は、前記第１の部分的径方向対称ガス分配構造のセットを有する前記フラクタル層のすぐ上流に供給層をさらに含み、
前記供給層は、複数の第１の供給プレナムを含み、各前記第１の供給プレナムは、各前記第１の供給プレナムに流体的に接続される１つ以上の第１の供給スポーク通路を含み、各前記第１の供給スポーク通路は、遠端部に第１の供給ライザーポートを含み、各前記第１の供給ライザーポートは、前記供給層のすぐ下流に位置する前記フラクタル層における前記第１のハブプレナムのうちの対応する１つの上方に位置するとともに前記対応する１つに流体的に接続され、
前記供給層のすぐ下流に位置する前記フラクタル層における前記第１の径方向対称ガス分配構造の第１のハブプレナムに流体的に接続される第１の供給ライザーポートを有する前記第１の供給スポーク通路は、それぞれ第１の長さを有し、
前記供給層のすぐ下流に位置する前記フラクタル層における前記第１の部分的径方向対称ガス分配構造の第１のハブプレナムに流体的に接続される第１の供給ライザーポートを有する前記第１の供給スポーク通路は、それぞれ前記第１の長さよりも長い長さを有する、
半導体処理装置。
【請求項４】
請求項２に記載の半導体処理装置であって、
前記第１の部分的径方向対称ガス分配構造のセットを有する前記フラクタル層は、第２の部分的径方向対称ガス分配構造のセットをさらに含み、各前記第２の部分的径方向対称ガス分配構造は、そのフラクタル層における前記第２の径方向対称ガス分配構造のいずれよりも少ない数の第２のスポーク通路を有する第２のハブプレナムを含む、
半導体処理装置。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体処理装置であって、
前記本体は、前記第１の部分的径方向対称ガス分配構造のセットおよび前記第２の部分的径方向対称ガス分配構造のセットを有する前記フラクタル層のすぐ上流に供給層をさらに含み、
前記供給層は、複数の第１の供給プレナムと複数の第２の供給プレナムとを含み、各前記第１の供給プレナムは、各前記第１の供給プレナムに流体的に接続される１つ以上の第１の供給スポーク通路を含み、各前記第２の供給プレナムは、各前記第２の供給プレナムに流体的に接続される１つ以上の第２の供給スポーク通路を含み、各前記第１の供給スポーク通路は、遠端部に第１の供給ライザーポートを含み、各前記第２の供給スポーク通路は、遠端部に第２の供給ライザーポートを含み、各前記第１の供給ライザーポートは、前記供給層のすぐ下流に位置する前記フラクタル層における前記第１のハブプレナムのうちの対応する１つの上方に位置するとともに前記対応する１つに流体的に接続され、各前記第２の供給ライザーポートは、前記供給層のすぐ下流に位置する前記フラクタル層における前記第２のハブプレナムのうちの対応する１つの上方に位置するとともに前記対応する１つに流体的に接続され、
前記供給層のすぐ下流に位置する前記フラクタル層における前記第１の径方向対称ガス分配構造の第１のハブプレナムに流体的に接続される第１の供給ライザーポートを有する前記第１の供給スポーク通路は、それぞれ第１の長さを有し、
前記供給層のすぐ下流に位置する前記フラクタル層における前記第１の部分的径方向対称ガス分配構造の第１のハブプレナムに流体的に接続される第１の供給ライザーポートを有する前記第１の供給スポーク通路は、それぞれ前記第１の長さよりも長い長さを有し、
前記供給層のすぐ下流に位置する前記フラクタル層における前記第２の径方向対称ガス分配構造の第２のハブプレナムに流体的に接続される第２の供給ライザーポートを有する前記第２の供給スポーク通路は、それぞれ第２の長さを有し、
前記供給層のすぐ下流に位置する前記フラクタル層における前記第２の部分的径方向対称ガス分配構造の第２のハブプレナムに流体的に接続される第２の供給ライザーポートを有する前記第２の供給スポーク通路は、それぞれ前記第２の長さよりも長い長さを有する、
半導体処理装置。
【請求項６】
請求項１に記載の半導体処理装置であって、
前記フラクタル層における前記第１の径方向対称ガス分配構造は、それぞれ４つの第１のスポーク通路を含み、前記フラクタル層における前記第２の径方向対称ガス分配構造は、それぞれ４つの第２のスポーク通路を含む、
半導体処理装置。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体処理装置であって、
前記フラクタル層のうちの少なくとも１つのフラクタル層における前記第１の径方向対称ガス分配構造および前記第２の径方向対称ガス分配構造のそれぞれの前記第１のスポーク通路および前記第２のスポーク通路は、同じ高さにある、
半導体処理装置。
【請求項８】
請求項６に記載の半導体処理装置であって、
前記フラクタル層の各フラクタル層について、
前記第１のスポーク通路はそれぞれ、直交する２つの第１の通路軸のうちの１つと整列し、
前記第２のスポーク通路はそれぞれ、直交する２つの第２の通路軸のうちの１つと整列し、
前記第１の通路軸は、前記第２の通路軸と４５°位相がずれている、
半導体処理装置。
【請求項９】
請求項６に記載の半導体処理装置であって、
前記フラクタル層のうち、すぐ上流のフラクタル層が存在する各フラクタル層について、そのフラクタル層の前記第１の径方向対称ガス分配構造はそれぞれ、その対応する第１のライザーポート間の中心間間隔が、前記すぐ上流のフラクタル層の前記第１の径方向対称ガス分配構造における第１のライザーポート間の対応する中心間間隔の約５０％である、
半導体処理装置。
【請求項１０】
請求項６に記載の半導体処理装置であって、
前記フラクタル層のうち、すぐ上流のフラクタル層が存在する各フラクタル層について、そのフラクタル層の前記第２の径方向対称ガス分配構造はそれぞれ、その対応する第２のライザーポート間の中心間間隔が、前記すぐ上流のフラクタル層の前記第２の径方向対称ガス分配構造における第２のライザーポート間の対応する中心間間隔の約５０％である、
半導体処理装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【背景技術】
【０００１】
［参照による援用］
本出願の一部として、ＰＣＴ願書様式を本明細書と同時に提出する。同時に提出したＰＣＴ願書様式において特定される、本出願が利益または優先権を主張する各出願は、その内容全体が参照により、すべての目的のために本明細書に組み込まれる。
続きを表示（約 3,300 文字）【０００２】
半導体製造ツールには、処理中の半導体ウエハ上に半導体プロセスガスを分散して吐出するための「シャワーヘッド」が含まれることが多い。このようなシャワーヘッドは通常、シャワーヘッド内部に大きく開いたプレナム空間、例えば、処理中のウエハの直径と少なくとも同じ直径を有する円筒状の容積を備え、この空間は、シャワーヘッドの下面に配置された複数のガス分配ポートに流体的に接続される。このようなツールの一部において、シャワーヘッドは、処理中のウエハ全体に２種類の異なるプロセスガスを分配可能なように構成される場合がある。
【０００３】
本明細書は、半導体処理ツールに用いるための新たな二重ガスシャワーヘッド設計を開示する。
【発明の概要】
【０００４】
本明細書に記載の主題の１つ以上の実施形態を、添付図面および以下の説明に詳述する。他の特徴、態様、および利点は、以下の説明、図面、および特許請求の範囲から明らかになろう。
【０００５】
いくつかの実装形態において、シャワーヘッドを含む半導体処理装置が提供される。前記シャワーヘッドは、本体と、第１のプレナム入口と、第２のプレナム入口と、複数の第１のガス分配孔と、複数の第２のガス分配孔とを含んでもよい。前記本体は、複数の層を含んでもよく、前記複数の層は、２つ以上のフラクタル層の適切なサブセットを含み、各前記フラクタル層は、第１の径方向対称ガス分配構造のセットと第２の径方向対称ガス分配構造のセットとを含む。各前記第１の径方向対称ガス分配構造は、第１のハブプレナムと、前記第１のハブプレナムに流体的に接続されるとともに前記第１のハブプレナムから放射状に外側に延びる複数の第１のスポーク通路と、複数の第１のライザーポートとを含んでもよく、各前記第１のライザーポートは、前記第１のスポーク通路のうちの１つの遠端部に位置する。各前記第２の径方向対称ガス分配構造は、第２のハブプレナムと、前記第２のハブプレナムに流体的に接続されるとともに前記第２のハブプレナムから放射状に外側に延びる複数の第２のスポーク通路と、複数の第２のライザーポートとを含んでもよく、各前記第２のライザーポートは、前記第２のスポーク通路のうちの１つの遠端部に位置する。前記フラクタル層の各フラクタル層について、そのフラクタル層における各前記第１の径方向対称ガス分配構造は、対応する前記第１のハブプレナムが、すぐ上流の層における第１のライザーポートの下方に位置するように位置してもよく、そのフラクタル層における各前記第２の径方向対称ガス分配構造は、対応する前記第２のハブプレナムが、すぐ上流の層における第２のライザーポートの下方に位置するように位置してもよい。
【０００６】
いくつかの実装形態において、前記フラクタル層のうちの１つは、第１の部分的径方向対称ガス分配構造のセットをさらに含んでもよく、各前記第１の部分的径方向対称ガス分配構造は、そのフラクタル層における前記第１の径方向対称ガス分配構造のいずれよりも少ない数の第１のスポーク通路が流体的に接続された第１のハブプレナムを含む。
【０００７】
いくつかのさらなるそのような実装形態において、前記本体は、前記第１の部分的径方向対称ガス分配構造のセットを有する前記フラクタル層のすぐ上流に供給層をさらに含んでもよい。そのような実装形態において、前記供給層は、複数の第１の供給プレナムを含んでもよく、各前記第１の供給プレナムは、各前記第１の供給プレナムに流体的に接続される１つ以上の第１の供給スポーク通路を含み、各前記第１の供給スポーク通路は、遠端部に第１の供給ライザーポートを含み、各前記第１の供給ライザーポートは、前記供給層のすぐ下流に位置する前記フラクタル層における前記第１のハブプレナムのうちの対応する１つの上方に位置するとともに前記対応する１つに流体的に接続される。そのような実装形態において、前記供給層のすぐ下流に位置する前記フラクタル層における前記第１の径方向対称ガス分配構造の第１のハブプレナムに流体的に接続される第１の供給ライザーポートを有する前記第１の供給スポーク通路は、それぞれ第１の長さを有してもよく、前記供給層のすぐ下流に位置する前記フラクタル層における前記第１の部分的径方向対称ガス分配構造の第１のハブプレナムに流体的に接続される第１の供給ライザーポートを有する前記第１の供給スポーク通路は、それぞれ前記第１の長さよりも長い長さを有してもよい。
【０００８】
いくつかのさらなるそのような実装形態またはいくつかの他のそのような実装形態において、前記第１の部分的径方向対称ガス分配構造のセットを有する前記フラクタル層は、第２の部分的径方向対称ガス分配構造のセットをさらに含んでもよく、各前記第２の部分的径方向対称ガス分配構造は、そのフラクタル層における前記第２の径方向対称ガス分配構造のいずれよりも少ない数の第２のスポーク通路を有する第２のハブプレナムを含む。
【０００９】
いくつかのそのような実装形態において、前記本体は、前記第１の部分的径方向対称ガス分配構造のセットおよび前記第２の部分的径方向対称ガス分配構造のセットを有する前記フラクタル層のすぐ上流に供給層をさらに含んでもよい。そのような実装形態において、前記供給層は、複数の第１の供給プレナムと複数の第２の供給プレナムとを含んでもよく、各前記第１の供給プレナムは、各前記第１の供給プレナムに流体的に接続される１つ以上の第１の供給スポーク通路を含み、各前記第２の供給プレナムは、各前記第２の供給プレナムに流体的に接続される１つ以上の第２の供給スポーク通路を含み、各前記第１の供給スポーク通路は、遠端部に第１の供給ライザーポートを含み、各前記第２の供給スポーク通路は、遠端部に第２の供給ライザーポートを含み、各前記第１の供給ライザーポートは、前記供給層のすぐ下流に位置する前記フラクタル層における前記第１のハブプレナムのうちの対応する１つの上方に位置するとともに前記対応する１つに流体的に接続され、各前記第２の供給ライザーポートは、前記供給層のすぐ下流に位置する前記フラクタル層における前記第２のハブプレナムのうちの対応する１つの上方に位置するとともに前記対応する１つに流体的に接続される。そのような実装形態において、前記供給層のすぐ下流に位置する前記フラクタル層における前記第１の径方向対称ガス分配構造の第１のハブプレナムに流体的に接続される第１の供給ライザーポートを有する前記第１の供給スポーク通路は、それぞれ第１の長さを有してもよく、前記供給層のすぐ下流に位置する前記フラクタル層における前記第１の部分的径方向対称ガス分配構造の第１のハブプレナムに流体的に接続される第１の供給ライザーポートを有する前記第１の供給スポーク通路は、それぞれ前記第１の長さよりも長い長さを有してもよく、前記供給層のすぐ下流に位置する前記フラクタル層における前記第２の径方向対称ガス分配構造の第２のハブプレナムに流体的に接続される第２の供給ライザーポートを有する前記第２の供給スポーク通路は、それぞれ第２の長さを有してもよく、前記供給層のすぐ下流に位置する前記フラクタル層における前記第２の部分的径方向対称ガス分配構造の第２のハブプレナムに流体的に接続される第２の供給ライザーポートを有する前記第２の供給スポーク通路は、それぞれ前記第２の長さよりも長い長さを有してもよい。
【００１０】
いくつかの実装形態において、前記フラクタル層における前記第１の径方向対称ガス分配構造は、それぞれ４つの第１のスポーク通路を含んでもよく、前記フラクタル層における前記第２の径方向対称ガス分配構造は、それぞれ４つの第２のスポーク通路を含む。
（【００１１】以降は省略されています）

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