ガス供給装置用シャワーヘッド
【課題】ガス供給装置用シャワーヘッドを提供する。
【解決手段】本発明のシャワーヘッドは、分配プレートを一方の側に有する本体と、本体内に含まれた少なくとも一つのガス室と、を含む。複数の穴が分配プレートの外面から室まで垂直に延びている。更に、少なくとも一つの穴の少なくとも一部分は、形状が垂直軸線に沿って切頭円錐形或いは切頭角錐形であり、切頭円錐形或いは切頭角錐形の穴のベースは、分配プレートの外面に隣接して配置される。
【解決手段】本発明のシャワーヘッドは、分配プレートを一方の側に有する本体と、本体内に含まれた少なくとも一つのガス室と、を含む。複数の穴が分配プレートの外面から室まで垂直に延びている。更に、少なくとも一つの穴の少なくとも一部分は、形状が垂直軸線に沿って切頭円錐形或いは切頭角錐形であり、切頭円錐形或いは切頭角錐形の穴のベースは、分配プレートの外面に隣接して配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス供給装置用シャワーヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造業者のためにいろいろな製造装置がある。一つの係る装置では、半導体ウェーハが反応室内に支持され、シャワーヘッドガス注入マニホルドがウェーハにわたって且つその上方に配置される。シャワーヘッドは、ウェーハの上方に配置された外面を有する分配プレートを備えた本体と、少なくとも一つの内部ガス室と、を含む。
【０００３】
複数の穴が分配プレートを貫通してガス室まで形成される。その結果、反応ガスがシャワーヘッド室に供給されるときに、反応ガスは、分配プレートの穴を通ってウェーハへ流出する。
【０００４】
シャワーヘッドを半導体加工のいろいろな方法に用いることができる。例えば、シャワーヘッドは、定常状態条件、例えばＣＶＤ(化学蒸着法)作動形態、或いは脈動反応物質、例えばＡＬＤ(原子層成長法)作動形態のいずれかに用いてもよい。作動形態に係わらず、シャワーヘッドの表面での粒子形成或いは大量のパウダリング（粉化）をもたらすことがある過剰な気相反応のような望ましくない影響を回避するために、通常、ガス流速がシャワーヘッド分配プレートとウェーハとの間で高度に均一であるのが望ましい。
【０００５】
これらの悪影響の両方、即ち、シャワーヘッドの表面での粒子形成或いはパウダリング（粉化）は、ウェーハの上方のガスの乱流及び中央空気再循環によって悪化される。更に、再循環の存在は、ガス滞留時間にわたる制御の欠如を示し且つ望ましくない粒子形成反応が起ることがある。更に、ほとんどの半導体加工状況では、隣接した穴からのガス流と混合する前に、各シャワーヘッドの穴からのガスがウェーハに直接衝突するのを回避することが最もよい。
【０００６】
既知のシャワーヘッドには、典型的には、小直径の出口穴が開けられ、該穴はガス流を、各出口穴から本質的に等しいガス流を得るのに十分に制限する。しかしながら、これらの小直径の出口穴の結果、ガスの高速ジェットがシャワーヘッドからウェーハに噴出することがある。シャワーヘッド穴からの一定の高速流の下で、各シャワーヘッド穴からのガスが、隣接した穴からのガス流と混合する前にウェーハの表面に衝突するのは望ましくないかもしれない。次いで、これは、強制対流により反応室内にガス再循環セルを発生させることがある。
【０００７】
逆に、低流速、低圧力、シャワーヘッドとウェーハの間の大きな間隔、等、のような、その他の条件の下で、同じシャワーヘッドからのガスは、シャワーヘッドの隣接した穴からのガスと混合して、好ましい方法でウェーハへのガス流のほぼ均一な前線（フロント）を形成する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
各シャワーヘッドは、独自の設計仕様を有する。これらの設計仕様は、シャワーヘッドを通って流れる穴の直径ばかりでなく、相互の穴の間隔も含む。しかしながら、シャワーヘッドの穴を通るガス流力学の特性により、一つの加工条件で受け入れられるシャワーヘッド設計は、その他の加工条件でまったく受け入れられないかもしれない。
【０００９】
本発明は、既知のシャワーヘッドの上記欠点を克服し、半導体加工に用いられる種類のガス供給装置用シャワーヘッドを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
簡単に、本発明のシャワーヘッドは、一方の側に分配プレートを有する本体を含む。少なくとも一つのガス室が本体内に含まれる。
【００１１】
複数の穴が、分配プレートの外面からシャワーヘッドの本体内に形成された室まで垂直に延びる。更に、少なくとも一つの穴、好ましくは全ての穴の、少なくとも一部分が、形状が垂直軸線に沿って切頭円錐形であり、切頭円錐形の穴のベースが分配プレートの外面に配置され或いは外面に隣接して配置される。
【００１２】
シャワーヘッドの分配プレートの穴の切頭円錐形は、高圧力アプリケーションで各穴からのガスと隣接した穴からのガスとの混合を向上させる。次いで、切頭円錐形は、高圧力／高速度アプリケーション中シャワーヘッドのいかなる一つの穴からのガスが加工されたウェーハに衝突する可能性を最小にし或いは少なくとも減少させる。
【００１３】
同じ参照記号がいくつかの図全体を通して同じ部分を示す添付図面と関連して読むときに以下の詳細な説明を参照することにより、本発明をさらによく理解することができるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
まず図１を参照して、半導体加工に使用される種類の反応装置を図式的に示す。装置１０は、反応室１２を含み、この反応室内に半導体ウェーハ１４が支持される。また、シャワーヘッド１６が反応室１２内に配置され、そしてシャワーヘッド１６は、半導体ウェーハ１４から離れて、しかし半導体ウェーハ１４と一般的に平行に配置された分配プレート１８を含む。
【００１５】
少なくとも一つ、そして多くの場合には二つ以上の、反応ガス供給源２０がシャワーヘッド１６内に含まれるマニホルドに流動的に連結される。次いで、これらのマニホルドは、反応ガス供給源２０のための反応ガス室２２を形成する。
【００１６】
いま特に図２及び図３を参照して、シャワーヘッド１６は、下外面１８を有する下部分配プレートを備えた本体２４を含む。反応ガス室２２は、本体２４内に形成され且つ一つ以上の反応ガス供給源２０に在来の手段によって明らかに連結される。
【００１７】
複数の間隔を隔てた穴２８が外面１８から反応ガス室２２まで分配プレート２６を貫通して垂直軸線３０に沿って垂直に形成される。穴２８の少なくとも一つ、好ましくは全ては、形状が垂直軸線３０に沿って切頭円錐形であり、各穴２８のベースは分配プレート２６の外面１８に隣接して配置される。任意で、穴２８'は、分配プレート２６の外面１８の表面積を最小にするために形状が図５及び図６に示すように切頭角錐形であってもよい。
【００１８】
図２に最もよく表されるように、各穴２８は、そのベース３２を分配プレート２６の外面１８に整合させ、反応ガス室２２に開口する頂点を有するものとして示される。しかしながら、その他の構成が変形例として可能である。
【００１９】
例えば、図４に示すように、各穴２８'は、切頭円錐形中央部分３４と、該切頭円錐形中央部分３４と反応ガス室２２とを連結する円筒部分３６と、切頭円錐形中央部分３４と分配プレート２６の外面１８とを流動的に連結する更なる円筒部分３８とを含む。その結果、穴２８'の一部分は形状が切頭円錐形であることが必要であるに過ぎない。
【００２０】
実際には、シャワーヘッド１６の分配プレート２６の穴２８の切頭円錐形或いは切頭角錐形の形状は、高圧力アプリケーションにおいてすらガスと隣接した穴からのガス流との混合を確実にする。そのように、シャワーヘッド１６のいかなる一つの穴２８からのガスの直接の衝突が回避され、かくして反応室１２内でのガス再循環を最小にする。
【００２１】
また、ウェーハ１４との衝突前に各穴２８からのガスと隣接した穴からのガスとの係る混合は、低圧力アプリケーションにおいても達成される。その結果、本発明のシャワーヘッド１６は、いかなる個々の穴からのガスのウェーハ１４への既知の望ましくない直接の衝突なしに、その結果、反応室１２内でのガスの望ましくない再循環なしに、様々の異なるアプリケーション及び加工モードに利用することができる。
【００２２】
上述から、本発明は、既知のシャワーヘッドガス分配マニホルドの欠点を克服する半導体加工に用いるシャワーヘッドガス分配マニホルドを提供するということが理解できる。しかしながら、本発明を記述して、添付した特許請求の範囲によって定められたように、本発明の精神から逸脱することなく本発明が関連する当業者にとって本発明に対する多くの変形態様が明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ガス反応装置の本発明のシャワーヘッドの好適な実施形態を示す側面図である。
【図２】図１の円２−２に沿って取り且つ明瞭化のために拡大した断片的な断面図である。
【図３】図２の線３−３に沿って取った断片的な正面図である。
【図４】図２と同様な図であるが、その変形態様を示す図である。
【図５】図２と同様な図であるが、その更なる変形態様を示す図である。
【図６】図５の線６−６に沿って取った断片的正面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１０ 反応装置
１２ 反応室
１４ 半導体ウェーハ
１６ シャワーヘッド
１８ 分配プレート
２０ 反応ガス供給源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス供給装置用シャワーヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造業者のためにいろいろな製造装置がある。一つの係る装置では、半導体ウェーハが反応室内に支持され、シャワーヘッドガス注入マニホルドがウェーハにわたって且つその上方に配置される。シャワーヘッドは、ウェーハの上方に配置された外面を有する分配プレートを備えた本体と、少なくとも一つの内部ガス室と、を含む。
【０００３】
複数の穴が分配プレートを貫通してガス室まで形成される。その結果、反応ガスがシャワーヘッド室に供給されるときに、反応ガスは、分配プレートの穴を通ってウェーハへ流出する。
【０００４】
シャワーヘッドを半導体加工のいろいろな方法に用いることができる。例えば、シャワーヘッドは、定常状態条件、例えばＣＶＤ(化学蒸着法)作動形態、或いは脈動反応物質、例えばＡＬＤ(原子層成長法)作動形態のいずれかに用いてもよい。作動形態に係わらず、シャワーヘッドの表面での粒子形成或いは大量のパウダリング（粉化）をもたらすことがある過剰な気相反応のような望ましくない影響を回避するために、通常、ガス流速がシャワーヘッド分配プレートとウェーハとの間で高度に均一であるのが望ましい。
【０００５】
これらの悪影響の両方、即ち、シャワーヘッドの表面での粒子形成或いはパウダリング（粉化）は、ウェーハの上方のガスの乱流及び中央空気再循環によって悪化される。更に、再循環の存在は、ガス滞留時間にわたる制御の欠如を示し且つ望ましくない粒子形成反応が起ることがある。更に、ほとんどの半導体加工状況では、隣接した穴からのガス流と混合する前に、各シャワーヘッドの穴からのガスがウェーハに直接衝突するのを回避することが最もよい。
【０００６】
既知のシャワーヘッドには、典型的には、小直径の出口穴が開けられ、該穴はガス流を、各出口穴から本質的に等しいガス流を得るのに十分に制限する。しかしながら、これらの小直径の出口穴の結果、ガスの高速ジェットがシャワーヘッドからウェーハに噴出することがある。シャワーヘッド穴からの一定の高速流の下で、各シャワーヘッド穴からのガスが、隣接した穴からのガス流と混合する前にウェーハの表面に衝突するのは望ましくないかもしれない。次いで、これは、強制対流により反応室内にガス再循環セルを発生させることがある。
【０００７】
逆に、低流速、低圧力、シャワーヘッドとウェーハの間の大きな間隔、等、のような、その他の条件の下で、同じシャワーヘッドからのガスは、シャワーヘッドの隣接した穴からのガスと混合して、好ましい方法でウェーハへのガス流のほぼ均一な前線（フロント）を形成する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
各シャワーヘッドは、独自の設計仕様を有する。これらの設計仕様は、シャワーヘッドを通って流れる穴の直径ばかりでなく、相互の穴の間隔も含む。しかしながら、シャワーヘッドの穴を通るガス流力学の特性により、一つの加工条件で受け入れられるシャワーヘッド設計は、その他の加工条件でまったく受け入れられないかもしれない。
【０００９】
本発明は、既知のシャワーヘッドの上記欠点を克服し、半導体加工に用いられる種類のガス供給装置用シャワーヘッドを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
簡単に、本発明のシャワーヘッドは、一方の側に分配プレートを有する本体を含む。少なくとも一つのガス室が本体内に含まれる。
【００１１】
複数の穴が、分配プレートの外面からシャワーヘッドの本体内に形成された室まで垂直に延びる。更に、少なくとも一つの穴、好ましくは全ての穴の、少なくとも一部分が、形状が垂直軸線に沿って切頭円錐形であり、切頭円錐形の穴のベースが分配プレートの外面に配置され或いは外面に隣接して配置される。
【００１２】
シャワーヘッドの分配プレートの穴の切頭円錐形は、高圧力アプリケーションで各穴からのガスと隣接した穴からのガスとの混合を向上させる。次いで、切頭円錐形は、高圧力／高速度アプリケーション中シャワーヘッドのいかなる一つの穴からのガスが加工されたウェーハに衝突する可能性を最小にし或いは少なくとも減少させる。
【００１３】
同じ参照記号がいくつかの図全体を通して同じ部分を示す添付図面と関連して読むときに以下の詳細な説明を参照することにより、本発明をさらによく理解することができるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
まず図１を参照して、半導体加工に使用される種類の反応装置を図式的に示す。装置１０は、反応室１２を含み、この反応室内に半導体ウェーハ１４が支持される。また、シャワーヘッド１６が反応室１２内に配置され、そしてシャワーヘッド１６は、半導体ウェーハ１４から離れて、しかし半導体ウェーハ１４と一般的に平行に配置された分配プレート１８を含む。
【００１５】
少なくとも一つ、そして多くの場合には二つ以上の、反応ガス供給源２０がシャワーヘッド１６内に含まれるマニホルドに流動的に連結される。次いで、これらのマニホルドは、反応ガス供給源２０のための反応ガス室２２を形成する。
【００１６】
いま特に図２及び図３を参照して、シャワーヘッド１６は、下外面１８を有する下部分配プレートを備えた本体２４を含む。反応ガス室２２は、本体２４内に形成され且つ一つ以上の反応ガス供給源２０に在来の手段によって明らかに連結される。
【００１７】
複数の間隔を隔てた穴２８が外面１８から反応ガス室２２まで分配プレート２６を貫通して垂直軸線３０に沿って垂直に形成される。穴２８の少なくとも一つ、好ましくは全ては、形状が垂直軸線３０に沿って切頭円錐形であり、各穴２８のベースは分配プレート２６の外面１８に隣接して配置される。任意で、穴２８'は、分配プレート２６の外面１８の表面積を最小にするために形状が図５及び図６に示すように切頭角錐形であってもよい。
【００１８】
図２に最もよく表されるように、各穴２８は、そのベース３２を分配プレート２６の外面１８に整合させ、反応ガス室２２に開口する頂点を有するものとして示される。しかしながら、その他の構成が変形例として可能である。
【００１９】
例えば、図４に示すように、各穴２８'は、切頭円錐形中央部分３４と、該切頭円錐形中央部分３４と反応ガス室２２とを連結する円筒部分３６と、切頭円錐形中央部分３４と分配プレート２６の外面１８とを流動的に連結する更なる円筒部分３８とを含む。その結果、穴２８'の一部分は形状が切頭円錐形であることが必要であるに過ぎない。
【００２０】
実際には、シャワーヘッド１６の分配プレート２６の穴２８の切頭円錐形或いは切頭角錐形の形状は、高圧力アプリケーションにおいてすらガスと隣接した穴からのガス流との混合を確実にする。そのように、シャワーヘッド１６のいかなる一つの穴２８からのガスの直接の衝突が回避され、かくして反応室１２内でのガス再循環を最小にする。
【００２１】
また、ウェーハ１４との衝突前に各穴２８からのガスと隣接した穴からのガスとの係る混合は、低圧力アプリケーションにおいても達成される。その結果、本発明のシャワーヘッド１６は、いかなる個々の穴からのガスのウェーハ１４への既知の望ましくない直接の衝突なしに、その結果、反応室１２内でのガスの望ましくない再循環なしに、様々の異なるアプリケーション及び加工モードに利用することができる。
【００２２】
上述から、本発明は、既知のシャワーヘッドガス分配マニホルドの欠点を克服する半導体加工に用いるシャワーヘッドガス分配マニホルドを提供するということが理解できる。しかしながら、本発明を記述して、添付した特許請求の範囲によって定められたように、本発明の精神から逸脱することなく本発明が関連する当業者にとって本発明に対する多くの変形態様が明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ガス反応装置の本発明のシャワーヘッドの好適な実施形態を示す側面図である。
【図２】図１の円２−２に沿って取り且つ明瞭化のために拡大した断片的な断面図である。
【図３】図２の線３−３に沿って取った断片的な正面図である。
【図４】図２と同様な図であるが、その変形態様を示す図である。
【図５】図２と同様な図であるが、その更なる変形態様を示す図である。
【図６】図５の線６−６に沿って取った断片的正面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１０ 反応装置
１２ 反応室
１４ 半導体ウェーハ
１６ シャワーヘッド
１８ 分配プレート
２０ 反応ガス供給源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分配プレートを一方の側に有する本体と、
上記本体内に含まれた少なくとも一つの室と、
上記分配プレートの外面から上記少なくとも一つの室まで垂直に延びる複数の穴と、を含み、
上記複数の穴の少なくとも一つの少なくとも一部分は、形状が垂直軸線に沿って切頭円錐形であり、上記切頭円錐形の穴のベースは上記分配プレートの上記外面に隣接して配置される、ガス供給装置用シャワーヘッド。
【請求項２】
上記少なくとも一つの穴は、複数の上記穴を含む、請求項１に記載のシャワーヘッド。
【請求項３】
上記切頭円錐形の穴の上記ベースは、上記分配プレートの上記外面と整合される、請求項１に記載のシャワーヘッド。
【請求項４】
分配プレートを一方の側に有する本体と、
上記本体内に含まれた少なくとも一つの室と、
上記分配プレートの外面から上記少なくとも一つの室まで垂直に延びる複数の穴と、を含み、
上記複数の穴の少なくとも一つの少なくとも一部分は、形状が垂直軸線に沿って切頭角錐形であり、上記切頭角錐形の穴のベースは上記分配プレートの上記外面に隣接して配置される、ガス供給装置用シャワーヘッド。
【請求項５】
上記少なくとも一つの穴は、複数の上記穴を含む、請求項４に記載のシャワーヘッド。
【請求項６】
上記切頭角錐形の穴の上記ベースは、上記分配プレートの上記外面と整合される、請求項４に記載のシャワーヘッド。
【請求項１】
分配プレートを一方の側に有する本体と、
上記本体内に含まれた少なくとも一つの室と、
上記分配プレートの外面から上記少なくとも一つの室まで垂直に延びる複数の穴と、を含み、
上記複数の穴の少なくとも一つの少なくとも一部分は、形状が垂直軸線に沿って切頭円錐形であり、上記切頭円錐形の穴のベースは上記分配プレートの上記外面に隣接して配置される、ガス供給装置用シャワーヘッド。
【請求項２】
上記少なくとも一つの穴は、複数の上記穴を含む、請求項１に記載のシャワーヘッド。
【請求項３】
上記切頭円錐形の穴の上記ベースは、上記分配プレートの上記外面と整合される、請求項１に記載のシャワーヘッド。
【請求項４】
分配プレートを一方の側に有する本体と、
上記本体内に含まれた少なくとも一つの室と、
上記分配プレートの外面から上記少なくとも一つの室まで垂直に延びる複数の穴と、を含み、
上記複数の穴の少なくとも一つの少なくとも一部分は、形状が垂直軸線に沿って切頭角錐形であり、上記切頭角錐形の穴のベースは上記分配プレートの上記外面に隣接して配置される、ガス供給装置用シャワーヘッド。
【請求項５】
上記少なくとも一つの穴は、複数の上記穴を含む、請求項４に記載のシャワーヘッド。
【請求項６】
上記切頭角錐形の穴の上記ベースは、上記分配プレートの上記外面と整合される、請求項４に記載のシャワーヘッド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−４３９４６（Ｐ２００８−４３９４６Ａ）
【公開日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００７−１９６７０６（Ｐ２００７−１９６７０６）
【出願日】平成１９年６月２９日（２００７．６．２９）
【出願人】（５０４０６９８０８）アヴィザ テクノロジー インコーポレイテッド (22)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１９６７０６（Ｐ２００７−１９６７０６）
【出願日】平成１９年６月２９日（２００７．６．２９）
【出願人】（５０４０６９８０８）アヴィザ テクノロジー インコーポレイテッド (22)
【Ｆターム（参考）】
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