KR102140345B1 - Ｒｆ-전력공급된, 온도-제어된 가스 확산기 - Google Patents
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Abstract
가스 확산 디바이스는 제 1 유입구 및 제 1 유출구를 갖는 가스 공급 도관을 규정하고 제 2 유입구, 제 2 유출구 및 제 2 유입구를 제 2 유출구에 연결하는 통로들을 포함하는 제 1 부분을 포함한다. 통로들은 제 1 부분을 냉각시키기 위해 비-도전성 유체를 수용한다. 제 2 부분은 제 1 부분에 연결되고, 이격된 홀들을 가진 확산기 면을 포함하며, 가스 공급 도관의 제 1 유출구 및 확산기 면과 유체 소통하고 있는 캐비티를 규정한다. 히터는 제 2 부분을 가열하기 위해 제 2 부분과 접촉하고 있따.
Description
관련 출원들에 대한 상호-참조
본 출원은 2012년 5월 25일자로 출원된 미국 가출원 제61/651,881호의 이익을 주장한다. 상기 참조된 출원의 전체 개시물은 참조로 여기에 포함된다.
분야
본 개시물은 가스 확산 디바이스들에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 주파수 (RF), 온도-제어된 가스 확산 디바이스들에 관한 것이다.
본원에서 제공되는 배경 설명은 본 개시물의 맥락을 일반적으로 나타내기 위한 것이다. 지금 언급되는 발명자들의 저작물은, 이 배경 부분 뿐만 아니라 달리 출원 시 선행 기술로서의 자격이 있지 않을 수도 있는 설명의 양태들에서 설명되는 정도까지는, 명백히도 암시적으로도 본 개시물에 대한 선행 기술로서 인정되지 않는다.
가스 확산 디바이스들은 통상 균일한 방식으로 가스를 시스템 내에 도입하는데 이용된다. 단지 예를 들면, 기판 상에 필름을 증착하는데 이용되는 화학 기상 증착 (chemical vapor deposition; CVD) 시스템의 프로세싱 챔버에 가스를 전달하는데 샹들리에 샤워헤드와 같은 가스 확산 디바이스가 이용될 수도 있다. 일부 애플리케이션들에서, 샤워헤드는 무선 주파수 (RF) 전력 소스에 의해 바이어싱될 수도 있다.
RF 전력공급되는 일부 가스 확산 디바이스들은 능동적으로 온도-제어되지 않는다. 증착 및 세정 프로세스 단계들 동안, 샤워헤드의 온도는 변동할 수도 있다. 이러한 온도 변화들은 증착될 필름의 품질에 부정적으로 영향을 미치거나, 시간의 경과에 따라 웨이퍼들이 프로세싱되는 주위 컨디션들을 변하게 하는 경향이 있다.
플라즈마 강화된 화학 기상 증착 (plasma-enhanced chemical vapor deposition; PECVD) 과 같은 일부 증착 프로세스들에서, 프로세스 성능은 프로세스 환경에서의 열적 변화들에 민감할 수 있다. 최적의 프로세스 결과들을 산출하는 정확한 온도 설정 포인트들을 달성하는 것뿐만 아니라 증착 프로세스들에 내재하는 열적 변동들을 완화시키기 위해 능동적 온도 제어가 바람직하다.
일부 PEVCD 시스템들은 온도-제어될 수도 있는 접지형 전극 및 온도-제어되지 않는 전력공급된 전극을 포함하는 RF-전력공급된, 용량성-커플링된 플라즈마 (capacitively-coupled plasma; CCP) 회로를 이용한다. 이러한 접근법은 능동적 온도 제어 시스템의 가열 컴포넌트와 냉각 컴포넌트 양자가 CCP 회로에 도입할 수 있는 상당한 RF 간섭 때문에 이용된다. 전극을 전기적으로 가열하기 위해 요구되는 AC 전력 리드들은 또한 CCP 회로로부터 멀리 RF 전력을 전도할 수 있다. 이는 플라즈마에 의해 수신된 전력을 감소시키거나 단락을 야기하거나 할 수 있다. 추가적으로, 종래의 냉각 시스템들은 열 교환 매체로서 냉수 공급 (chilled water supply; CWS) 을 이용한다. 표준 CWS 에서 물은 또한 전력공급된 전극으로부터 RF 전력을 전도하는데, 이는 플라즈마에 전달되는 전력을 감소시키거나 단락을 야기하거나 한다.
가스 확산 디바이스는 제 1 유입구 및 제 1 유출구를 갖는 가스 공급 도관을 규정하고 제 2 유입구, 제 2 유출구 및 제 2 유입구를 제 2 유출구에 연결하는 통로들을 포함하는 제 1 부분을 포함한다. 통로들은 제 1 부분을 냉각시키기 위해 비-도전성 유체를 수용한다. 제 2 부분은 제 1 부분에 연결되고, 이격된 홀들을 가진 확산기 면을 포함하며, 가스 공급 도관의 제 1 유출구 및 확산기 면과 유체 소통하고 있는 캐비티를 규정한다. 히터는 제 2 부분을 가열하기 위해 제 2 부분과 접촉하고 있다.
다른 피처들에서, 무선 주파수 (RF) 리드가 제 1 부분에 연결된다. 제 1 부분은 샤워헤드의 스템부를 포함하고, 제 2 부분은 샤워헤드의 베이스부를 포함한다. 히터는 연결부 및 가열 엘리먼트부를 포함한다. 가열 엘리먼트부는 베이스부의 외주 둘레에 위치된다. 연결부는 스템부를 관통하고 가열 엘리먼트부에 연결된다. 베이스부는 상부층, 중간층, 및 확산기 면을 포함하는 하부층을 포함한다. 가열 엘리먼트는 상부층과 중간층 사이에 배열된다.
다른 피처들에서, 베이스부의 상부층과 중간층은 진공 브레이징된다. 제 1 부분은 외부면, 내부면 및 내부 캐비티를 규정한다. 가스 공급 도관은 내부 캐비티를 관통하고 통로들은 제 1 부분의 가스 공급 도관과 내부면 사이에 위치된다. 제 1 부분은 통로들을 규정하기 위해 가스 공급 도관으로부터 내부면까지 방사상으로 연장되는 배플들을 포함한다. 통로들은 제 2 유입구로부터 제 2 유출구까지 비-도전성 유체를 위한 사행 경로 (serpentine path) 를 규정한다.
다른 피처들에서, 도체는 제 1 부분을 관통하고 상기 제 2 부분의 상부층과 중간층 사이에 이른다. 서모커플이 도체에 연결되고 제 2 부분의 중간층 내에 배열된다. 서모커플은 중간층의 방사상 외부 에지에 인접하여 위치된다.
시스템은 가스 확산 디바이스 및 제어기를 포함한다. 제어기는 서모커플로부터의 신호에 응답하여 가열 엘리먼트에 전류를 공급하고, 가스 공급 도관에 프로세스 가스를 공급하고 유입구에 비-도전성 유체를 공급함으로써 가스 확산 디바이스의 온도를 제어하도록 구성된다.
기판 프로세싱 시스템은 프로세싱 챔버, 가스 확산 디바이스 및 가스 확산 디바이스의 확산기 면에 인접하여 배열된 페데스탈을 포함한다. 기판 프로세싱 시스템은 플라즈마 강화된 화학 기상 증착을 수행한다.
가스 확산 디바이스의 온도를 제어하는 방법은 가스 확산 디바이스의 제 1 부분에 비-도전성 유체를 공급하는 단계를 포함한다. 제 1 부분은 제 1 유입구 및 제 1 유출구를 갖는 가스 공급 도관을 규정하고, 제 2 유입구, 제 2 유출구 및 비-도전성 유체를 수용하기 위해 제 2 유입구를 제 2 유출구에 연결하는 통로들을 포함한다. 이 방법은 가스 확산 디바이스의 제 2 부분 내에 배열된 히터에 전류를 공급하는 단계를 더 포함한다. 제 2 부분은 제 1 부분에 연결되고, 이격된 홀들을 가진 확산기 면을 포함하며, 가스 공급 도관의 제 1 유출구 및 확산기 면과 유체 소통하고 있는 캐비티를 규정한다.
다른 피처들에서, 이 방법은 제 1 부분에 무선 주파수 (RF) 신호를 선택적으로 공급하는 단계를 포함한다. 제 1 부분은 샤워헤드의 스템부를 포함하고, 제 2 부분은 샤워헤드의 베이스부를 포함한다. 히터는 연결부 및 가열 엘리먼트부를 포함한다. 이 방법은 베이스부의 외주 둘레에 가열 엘리먼트부를 배열하는 단계, 스템부를 통하여 연결부를 통과시키는 단계, 및 연결부를 가열 엘리먼트부에 연결하는 단계를 더 포함한다.
다른 피처들에서, 베이스부는 상부층, 중간층, 및 확산기 면을 포함하는 하부층을 포함한다. 이 방법은 상부층과 중간층 사이에 가열 엘리먼트를 배열하는 단계를 포함한다. 베이스부의 상부층과 중간층은 진공 브레이징된다. 제 1 부분은 외부면, 내부면 및 내부 캐비티를 규정한다. 가스 공급 도관은 내부 캐비티를 관통하고 통로들은 제 1 부분의 가스 공급 도관과 내부면 사이에 위치된다.
다른 피처들에서, 제 1 부분은 통로들을 규정하기 위해 가스 공급 도관으로부터 내부면까지 방사상으로 연장되는 배플들을 포함한다. 통로들은 제 2 유입구로부터 제 2 유출구까지 비-도전성 유체를 위한 사행 경로를 규정한다.
다른 피처들에서, 이 방법은 도체를 제 1 부분을 관통시켜 제 2 부분의 상부층과 중간층 사이에 이르게 하는 단계; 및 도체에 서모커플을 연결하는 단계를 포함한다. 이 방법은 중간층의 방사상 외부 에지에 인접하여 서모커플을 위치시키는 단계를 포함한다.
다른 피처들에서, 이 방법은 플라즈마 강화된 화학 기상 증착 시스템에서 가스 확산 디바이스를 사용하는 단계를 포함한다.
본 개시물의 적용가능성의 추가 영역들은 상세한 설명, 청구항들 및 도면들로부터 명백해질 것이다. 상세한 설명 및 특정 예들은 단지 예시를 목적으로 의도되며 본 개시물의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
본 개시물은 상세한 설명 및 첨부 도면들로부터 보다 완전히 이해될 것이다.
도 1 은 본 개시물에 따른 가스 확산 디바이스의 투시도.
도 2 는 본 개시물에 따른 가스 확산 디바이스의 단면 투시도.
도 3a 및 도 3b 는 본 개시물에 따른 가스 확산 디바이스의 냉각을 예시하는 확대 투시도들.
도 4a 내지 도 4c 는 본 개시물에 따른 가스 확산 디바이스의 냉각을 예시하는 확대 투시도들.
도 5 및 도 6 은 본 개시물에 따른 가스 확산 디바이스의 RF 전력 도체를 예시하는 투시도들.
도 7 은 본 개시물에 따른 가스 확산 디바이스의 온도 서모커플을 예시하는 단면 투시도.
도 8 은 PECVD 프로세싱 챔버의 일 예의 기능 블록도.
도 9 는 PECVD 프로세싱 챔버를 제어하는 제어기의 일 예의 기능 블록도.
도 1 은 본 개시물에 따른 가스 확산 디바이스의 투시도.
도 2 는 본 개시물에 따른 가스 확산 디바이스의 단면 투시도.
도 3a 및 도 3b 는 본 개시물에 따른 가스 확산 디바이스의 냉각을 예시하는 확대 투시도들.
도 4a 내지 도 4c 는 본 개시물에 따른 가스 확산 디바이스의 냉각을 예시하는 확대 투시도들.
도 5 및 도 6 은 본 개시물에 따른 가스 확산 디바이스의 RF 전력 도체를 예시하는 투시도들.
도 7 은 본 개시물에 따른 가스 확산 디바이스의 온도 서모커플을 예시하는 단면 투시도.
도 8 은 PECVD 프로세싱 챔버의 일 예의 기능 블록도.
도 9 는 PECVD 프로세싱 챔버를 제어하는 제어기의 일 예의 기능 블록도.
본 개시물은 온도-제어된 가스 확산 디바이스들에 관한 것이다. 일부 예들에서, 가스 확산 디바이스들은 또한 RF 신호에 의해 바이어싱되어 용량성-커플링된 플라즈마 소스에서 RF 전력공급된 전극으로서 동작한다. 가스 확산 디바이스는 능동적으로 내부 가열 엘리먼트로 가열되고 비-도전성 가스와 같은 비-도전성 유체를 이용하여 냉각되어 원하는 동작 온도를 달성 및 유지한다.
그 결과, 가스 확산 디바이스의 확산기 면은 환경으로부터의 변동하는 입력들에도 불구하고 계속 특정된 온도 설정 포인트에 있다. 일부 예들에서, 가스 확산 디바이스는 PECVD 프로세스 챔버에서 이용되는 용량성-커플링된 플라즈마 회로에서의 전력공급된 전극인 샤워헤드를 포함한다. 본원에서 PECVD 프로세스가 개시되지만, 가스 확산 디바이스는 다른 필름 프로세스들, 이를 테면 플라즈마 강화된 원자층 증착 (plasma-enhanced atomic layer deposition; PEALD), 등각 필름 증착 (conformal film deposition; CFD), 및/또는 다른 프로세스들에 이용될 수 있다.
이제 도 1 및 도 2 를 참조하면, 본 개시물에 따른 가스 확산 디바이스의 일 예가 도시된다. 도 1 에서, 가스 확산 디바이스는 제 1 부분 (24) 및 제 2 부분 (28) 을 포함하는 샤워헤드 (20) 를 포함한다. 가스 확산 디바이스가 샤워헤드인 경우, 제 1 부분 (24) 은 스템부 (25) 에 대응할 수도 있고, 제 2 부분 (28) 은 베이스부 (29) 에 대응할 수도 있다. 전술한 설명이 샤워헤드의 맥락에서 이루어질 것이지만, 다른 가스 확산 디바이스들도 고려된다.
스템부 (25) 는 베이스부 (29) 에 연결되는 하부단 (lower end) (30) 및 프로세싱 챔버의 벽에 연결되는 상부단 (upper end) (31) 을 포함한다. 일부 예들에서, 무선 주파수 (radio frequency; RF) 바이어스를 공급하는 리드 (41) 가 스템부 (25) 에 직접 부착되거나 클램핑 디바이스와 같은 패스너 (fastener) (43) 를 이용하여 스템부 (25) 에 부착된다. 대안으로, RF 바이어스가 페데스탈 (pedestal) 에 공급될 수도 있고, 리드 (41) 는 접지 리드일 수도 있다.
가스 공급 도관 (32) 이 스템부 (25) 를 관통하여 샤워헤드 (20) 의 캐비티 (34) (도 2) 에 가스를 공급한다. 가스는 샤워헤드 (20) 의 캐비티 (34) 로부터 확산기 면 (35) (도 2) 을 통하여, 그리고 프로세싱 챔버 안으로 유동한다. 히터는 제 1 단부 및 제 2 단부 (36-1 및 36-2) 를 갖는 히터 전극들 (36) 을 포함한다. 히터 전극들 (36-1) 은 스템부 (25) 를 통해 라우팅되고 베이스부 (29) 내의 저항 가열 엘리먼트 (37) 에 연결된다. 저항 가열 엘리먼트 (37) 는 베이스부 (29) 의 외주부 (periphery) 를 에워싸고 히터 전극 (36-2) 의 후방에 연결된다. 히터 전극들 (36) 의 부분들은 금속 시스 (metal sheath) (41) 내에 인클로징될 수 있다.
플래튼 (platen) (39) 이 가스가 캐비티 (34) 에 진입할 때 가스 공급 도관 (32) 을 나가는 프로세스 가스를 분배하는데 이용될 수도 있다. 도체 (40) 가 서모커플 (thermocouple) (도 7) 에 연결된다. 도체 (40) 는 스템부 (25) 를 통하여 그리고 베이스부 (29) 내로 라우팅되어 온도 피드백을 제공하기 위해 서모커플에 연결한다. 일부 예들에서, 제 1 서모커플 및 제 2 서모커플이 중복으로 이용된다. 프로세싱 챔버에 대하여 샤워헤드 (20) 를 포지셔닝하기 위해 하나 이상의 나사 삽입부들 (42) 또는 다른 부착 디바이스들이 제공될 수도 있다.
이제 도 3a 내지 도 4c 를 참조하면, 샤워헤드는 냉각을 위한 열 교환 매체로서 비-도전성 가스와 같은 비-도전성 유체를 이용하는 냉각기를 포함한다. 샤워헤드의 스템부 (25) 내의 캐비티는 열 교환기로서 작용한다. 냉각 가스 (68) 는 유입구 포트 (70) 에서 스템부 (25) 에 진입하고 2 개 이상의 통로들 (73) 을 규정하는 배플 (baffle) 들 (72) 에 의해 안내된다. 통로들 (73) 은 스템부 (25) 위, 아래, 및 주위에 그 가스를 위한 사행 경로 (serpentine path) 를 규정하고, 유출구 포트 (74) 에 연결한다. 냉각기는 히터 전극 (36) 으로부터 전기적으로 고립되고, 플라즈마 회로로부터 멀리 RF 전력을 전도하지 않는다.
도 3a 에서, 가스는 유입구 포트 (70) 를 진입하고 유출구 포트 (74) 로 나가는 것으로 도시된다. 도 3b 에서, 가스는 (배플 72-1 과 배플 72-2 사이의)하나의 통로 (73-1) 아래로, 그리고 다시 (배플 72-2 와 배플 72-3 사이의) 인접 통로 (73-2) 위로 이동하는 것으로 도시된다. 도 4a 내지 도 4c 는 배플들 (72) 및 통로들 (73) 의 추가적인 도면들을 도시한다. 히터 전극들 (36) 및 도체 (40) 가 통로들 (73) 중 하나 이상의 통로들을 관통한다.
도 5 내지 도 7 에서, 샤워헤드 (20) 는 히터 전극들 (36) 에 연결되는 저항 가열 엘리먼트 (37) 에 의해 가열된다. 도 5 에서, 히터 전극들 (36) 은 스템부 (25) 를 관통하는 것으로 도시된다. 히터 전극들 (36) 은 베이스부 (29) 의 외주부로 방사상 외측으로 연장되고, 저항 가열 엘리먼트 (37) 에 연결된다.
도 6 에서, 베이스부 (29) 의 일 예는 상부층 (29A), 중간층 (29B) 및 확산기 면 (35) 을 포함하는 하부층 (29C) 을 포함한다. 저항 가열 엘리먼트 (37) 는 샤워헤드 (20) 의 베이스부 (29) 의 외부 에지 (80) 에 브레이징된다 (braze). 일부 예들에서, 저항 가열 엘리먼트는 베이스부 (29) 의 상부층 (29A) 과 중간층 (29B) 사이에 진공 브레이징되지만, 다른 접근법들이 이용될 수도 있다.
저항 가열 엘리먼트 (37) 는 바람직하게는 플라즈마 전력이 어셈블리에 진입하는 면에 가깝게 그리고 열적 브레이크로부터 멀게 배열된다. 저항 가열 엘리먼트 (37) 는 이 영역이 증착 프로세스에 직접 포함될 때에는 샤워헤드 (20) 의 확산기 면 (35) 에 매우 근접하게 배치될 수도 있다. 온도에서의 시간적 변화가 감소되는데, 이는 보다 높은 품질의 필름이 증착되는 것을 허용한다.
도 7 에서, 도체 (40) 및 하나 이상의 서모커플들 (90) 은 베이스부 (29) 의 온도를 모니터링 및 제어하는데 사용된다. 일부 예들에서, 서모커플 (90) 은 저항 가열 엘리먼트 (37) 보다 확산기 면 (35) 에 더 가깝게 위치된다. 그 결과, 저항 가열 엘리먼트 (37) 와 하나 이상의 서모커플들 (90) 의 측정 위치는 널리 배치된다.
신 월 튜브 (thin-walled tube) (가스 공급 도관 (32)) 를 포함하는 스템부 (25) 의 영역 (100) 은 열적 브레이크 (thermal break) 로서 작용하고, 이 열적 브레이크는 가열되는 영역과 냉각되는 영역 사이에 일부 세퍼레이션을 제공한다. 이 세퍼레이션은 가열 및 냉각 시스템들이 서로 경쟁하는 정도를 최소화한다. 스템부 (25) 에서의 가스 열 교환은 열적 밸러스트 (thermal ballast) 로서 작용하고, 이는 열 부하가 감소될 때마다 샤워헤드 (20) 가 신속하게 냉각하는 것을 허용한다. 이것은 프로세스 챔버 밖으로 연장되고 접촉될 수 있는 샤워헤드 (20) 의 스템부 (25) 를 냉각기 온도 (cooler temperature) 로 유지하고, 샤워헤드 (20) 에 다소 일정한 온도 레퍼런스를 제공한다.
샤워헤드 (20) 는 예를 들어 도 8 의 리액터 (500) 에서 사용될 수도 있다. 리액터 (500) 는 리액터 (500) 의 다른 컴포넌트들을 인클로징하고 플라즈마를 포함하는 프로세스 챔버 (524) 를 포함한다. 플라즈마는 RF 리드 (45) 에 연결된 샤워헤드 (20) 및 접지형 히터 블록 (520) 을 포함하는 캐패시터 타입 시스템에 의해 발생될 수도 있다. 고 주파수 RF 발생기 (502) 및 저 주파수 RF 발생기 (504) 는 매칭 네트워크 (506) 및 샤워헤드 (514) 에 연결된다. 매칭 네트워크 (506) 에 의해 공급된 전력 및 주파수는 프로세스 가스로부터 플라즈마를 발생시키기에 충분하다.
리액터 내에서, 페데스탈 (518) 은 기판 (516) 을 지지한다. 통상적으로, 페데스탈 (518) 은 증착 및/또는 플라즈마 처리 반응들 동안 및 그들 사이에 기판을 유지 및 이송하기 위한 척, 포크, 또는 리프트 핀들을 포함한다. 척은 정전척, 기계적 척 또는 다른 타입의 척일 수도 있다.
프로세스 가스들은 유입구 (512) 를 통해 도입된다. 다수의 소스 가스 라인들 (510) 이 매니폴드 (508) 에 연결된다. 가스들은 미리혼합될 수도 있고 또는 미리혼합되지 않을 수도 있다. 적합한 밸빙 및 질량 유동 (mass flow) 제어 메커니즘들이 이용되어 프로세스의 증착 및 플라즈마 처리 페이즈들 동안 정확한 가스들이 전달되는 것을 보장한다.
프로세스 가스들은 유출구 (522) 를 통해 챔버 (524) 를 나간다. 진공 펌프 (526) (예를 들어, 하나 또는 2 개의 스테이지 기계적 건식 펌프 및/또는 터보분자 펌프) 는 스로틀 밸브 (throttle valve) 또는 펜듈럼 밸브 (pendulum valve) 와 같은 폐루프 제어된 유동 제한 디바이스에 의해 프로세스 가스들을 밖으로 인출하고 리액터 내에 적합한 저압력을 유지한다.
모든 필요한 증착들 및 처리들이 완료될 때까지, 매 증착 및/또는 포스트-증착 플라즈마 어닐 처리 (anneal treatment) 후에 웨이퍼들을 인덱싱하는 것이 가능하고, 또는 웨이퍼를 인덱싱하기 전에 단일 스테이션에서 다수의 증착들 및 처리들이 수행될 수 있다.
이제 도 9 를 참조하면, 도 8 의 시스템을 제어하기 위한 제어기 (600) 가 도시된다. 제어기 (600) 는 프로세서, 메모리 및 하나 이상의 인터페이스들을 포함할 수도 있다. 제어기 (600) 는 감지된 값들에 부분적으로 기초하여 시스템에서의 디바이스들을 제어하는데 이용될 수도 있다. 또한, 제어기 (600) 는 샤워헤드 (20) 의 가열 및 냉각을 제어하는데 사용될 수도 있다. 특히, 제어기 (600) 는 서모커플 (90) 로부터의 피드백에 부분적으로 기초하여 저항 가열 엘리먼트 (37) 에 공급된 전력 및/또는 냉각 시스템으로의 가스의 유동을 제어하는데 사용될 수도 있다.
단지 예를 들어, 제어기 (600) 는 감지된 값들 및 다른 제어 파라미터들에 부분적으로 기초하여 밸브들 (602), 필터 히터들 (604), 펌프들 (606), 및 다른 디바이스들 (608) 중 하나 이상을 제어할 수도 있다. 제어기 (600) 는 단지 예를 들어, 압력 마노미터들 (610), 유량계들 (612), 온도 센서들 (614), 및/또는 다른 센서들 (616) 로부터 감지된 값들을 수신한다. 제어기 (600) 는 또한, 전구체 전달 및 필름의 증착 동안 프로세스 컨디션들을 제어하는데 이용될 수도 있다. 제어기 (600) 는 통상적으로 하나 이상의 메모리 디바이스들 및 하나 이상의 프로세서들을 포함할 것이다.
제어기 (600) 는 전구체 전달 시스템 및 증착 장치의 활동 (activity) 들을 제어할 수도 있다. 제어기 (600) 는 프로세스 타이밍, 전달 시스템 온도, 필터들에 걸친 압력 차분들, 밸브 포지션들, 가스들의 혼합물, 챔버 압력, 챔버 온도, 웨이퍼 온도, RF 전력 레벨들, 웨이퍼 척 또는 페데스탈 포지션, 및 특정 프로세스의 다른 파라미터들을 제어하기 위한 명령들의 세트들을 포함하는 컴퓨터 프로그램들을 실행한다. 제어기 (600) 는 또한, 압력 차분을 모니터링하고 하나 이상의 경로들로부터 하나 이상의 다른 경로들로의 증기 전구체 전달을 자동으로 스위칭할 수도 있다. 제어기 (600) 와 연관된 메모리 디바이스들 상에 저장된 다른 컴퓨터 프로그램들이 일부 실시형태들에서 이용될 수도 있다.
통상적으로, 제어기 (600) 와 연관된 사용자 인터페이스들이 존재할 것이다. 사용자 인터페이스는 디스플레이 (618) (예를 들어, 장치 및/또는 프로세스 컨디션들의 디스플레이 스크린 및/또는 그래픽 소프트웨어 디스플레이들), 및 사용자 입력 디바이스들 (620), 예컨대 포인팅 디바이스들, 키보드들, 터치 스크린들, 마이크로폰들 등을 포함할 수도 있다.
제어기 파라미터들은, 예를 들어 필터 압력 차분들, 프로세스 가스 조성 및 유량들, 온도, 압력, RF 전력 레벨들 및 저 주파수 RF 주파수와 같은 플라즈마 컨디션들, 냉각 가스 압력, 및 챔버 벽 온도와 같은 프로세스 컨디션들에 관련된다.
시스템 소프트웨어는 많은 상이한 방식들로 설계 또는 구성될 수도 있다. 예를 들어, 각종 챔버 컴포넌트 서브루틴들 또는 제어 오브젝트들이 본 발명의 증착 프로세스들을 수행하기 위해 필요한 챔버 컴포넌트들의 동작을 제어하도록 기입될 수도 있다. 이 목적을 위한 프로그램들의 예들 또는 프로그램들의 섹션들은 기판 포지셔닝 코드, 프로세스 가스 제어 코드, 압력 제어 코드, 히터 제어 코드, 및 플라즈마 제어 코드를 포함한다.
기판 포지셔닝 프로그램은 기판과 챔버의 다른 부분들, 예컨대 가스 유입구 및/또는 타겟 사이의 간격 (spacing) 을 제어하고 페데스탈 또는 척 위에 기판을 로딩하는데 사용되는 챔버 컴포넌트들을 제어하기 위한 프로그램 코드를 포함할 수도 있다. 프로세스 가스 제어 프로그램은 가스 조성 및 유량들을 제어하고 증착 전에 챔버 안으로 가스를 선택적으로 유동시켜 챔버 내의 압력을 안정화하기 위한 코드를 포함할 수도 있다. 필터 모니터링 프로그램은 측정된 차분(들)을 경로들을 스위칭하기 위해 미리결정된 값(들) 및/또는 코드와 비교하는 코드를 포함한다. 압력 제어 프로그램은, 예를 들어 챔버의 배기 시스템에서의 스로틀 밸브를 조절함으로써 챔버 내의 압력을 제어하기 위한 코드를 포함할 수도 있다. 히터 제어 프로그램은 전구체 전달 시스템에서의 컴포넌트들, 기판 및/또는 시스템의 다른 부분들을 가열하기 위한 가열 유닛들에 대한 전류를 제어하기 위한 코드를 포함할 수도 있다. 대안으로, 히터 제어 프로그램은 웨이퍼 척으로 헬륨과 같은 열 전달 가스의 전달을 제어할 수도 있다.
증착 동안 모니터링될 수도 있는 센서들의 예들은, 질량 유동 제어기들, 압력 마노미터들 (610) 과 같은 압력 센서들, 및 서모커플 (90), 페데스탈 또는 척과 같은 전달 시스템에 위치된 서모커플들 (예를 들어, 온도 센서들 (614)) 을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다. 적합하게 프로그래밍된 피드백 및 제어 알고리즘들은 원하는 프로세스 컨디션들을 유지하기 위해 이들 센서들로부터의 데이터와 사용될 수도 있다. 전술은 단일 또는 다중 챔버 반도체 프로세싱 툴에서의 본 발명의 실시형태들의 구현을 설명한다.
상기 설명은 본질상 단지 예시적이며, 결코 본 개시물, 그 적용, 또는 용도를 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 본 개시물의 광범위한 교시는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 따라서, 본 개시물이 특정 예들을 포함하지만, 다른 변경들이 도면들, 명세서, 및 다음의 청구항들의 검토 시에 명백해질 것이기 때문에, 본 개시물의 진정한 범위는 그 특정 예들로 제한되어서는 안된다. 명료함을 위해서, 동일한 참조 번호가 도면들에서 유사한 엘리먼트들을 식별하는데 사용될 것이다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 어구 A, B, 및 C 중 적어도 하나는 비배타적 논리 OR 을 사용하여 논리 (A 또는 B 또는 C) 를 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 방법 내의 하나 이상의 단계들은, 본 개시물의 원리들을 변경하지 않고 상이한 순서로 (또는 동시에) 실행될 수도 있음을 이해해야 한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 제어기는, 시스템 온 칩에서와 같이, 주문형 집적회로 (ASIC); 전자 회로; 조합 로직 회로; 필드 프로그램가능 게이트 어레이 (FPGA); 코드를 실행하는 프로세서 (공유형, 전용, 또는 그룹); 설명된 기능성을 제공하는 다른 적합한 하드웨어 컴포넌트들; 또는 상기의 일부 또는 전부의 조합을 지칭할 수도 있고, 이들의 일부일 수도 있으며, 또는 이들을 포함할 수도 있다. 용어 제어기는 프로세서에 의해 실행된 코드를 저장하는 메모리 (공유형, 전용, 또는 그룹) 를 포함할 수도 있다.
상기에서 사용되는 바와 같이, 용어 코드는, 소프트웨어, 펌웨어, 및/또는 마이크로코드를 포함할 수도 있고, 프로그램들, 루틴들, 함수들, 클래스들, 및/또는 오브젝트들을 지칭할 수도 있다. 상기에서 사용되는 바와 같이, 용어 공유형 (shared) 은, 다중의 제어기들로부터의 일부 또는 모든 코드가 단일 (공유형) 프로세서를 사용하여 실행될 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 다중 제어기들로부터의 일부 또는 모든 코드는 단일 (공유형) 메모리에 의해 저장될 수도 있다. 상기에서 사용되는 바와 같이, 용어 그룹은, 단일 제어기로부터의 일부 또는 모든 코드가 프로세서들의 그룹을 사용하여 실행될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 단일 제어기로부터의 일부 또는 모든 코드는 메모리들의 그룹을 사용하여 저장될 수도 있다.
20 : 샤워헤드
25 : 스템부
29 : 베이스부
32 : 가스 공급 도관
34 : 캐비티
35 : 확산기 면
36 : 히터 전극들
37 : 저항 가열 엘리먼트
39 : 플래튼
40 : 도체
45 : RF 리드
25 : 스템부
29 : 베이스부
32 : 가스 공급 도관
34 : 캐비티
35 : 확산기 면
36 : 히터 전극들
37 : 저항 가열 엘리먼트
39 : 플래튼
40 : 도체
45 : RF 리드
Claims (26)
- 가스 확산 디바이스로서,
제 1 유입구 및 제 1 유출구를 갖는 가스 공급 도관을 규정하고 제 2 유입구, 제 2 유출구 및 상기 제 2 유입구를 상기 제 2 유출구에 연결하는 통로들을 포함하는 제 1 부분으로서, 상기 통로들은 상기 제 1 부분을 냉각시키기 위해 비-도전성 유체를 수용하는, 상기 제 1 부분;
이격된 홀들을 가진 확산기 면 (diffuser face) 을 포함하고 상기 가스 공급 도관의 상기 제 1 유출구 및 상기 확산기 면과 유체 소통하고 있는 캐비티를 규정하는, 상기 제 1 부분에 연결된 제 2 부분; 및
상기 제 2 부분을 가열하기 위해 상기 제 2 부분과 접촉하고 있는 히터를 포함하고,
상기 제 1 부분은 외부면, 내부면 및 내부 캐비티를 규정하고,
상기 가스 공급 도관은 상기 내부 캐비티를 관통하고, 상기 통로들은 상기 가스 공급 도관과 상기 제 1 부분의 상기 내부면 사이에 위치되고,
상기 제 1 부분은 상기 통로들을 규정하기 위해, (i) 상기 가스 공급 도관으로부터 상기 내부면까지 방사상으로 연장되고, (ii) 상기 제 2 유입구로부터 상기 제 2 유출구까지 상기 내부 캐비티에 수직으로 연장되는 배플들을 포함하고,
상기 제 1 부분의 상기 통로들 및 상기 제 2 부분은, 상기 비-도전성 유체가 상기 제 2 유입구로부터 상기 제 2 유출구까지 상기 제 2 부분의 적어도 일부를 통해 그리고 상기 제 1 부분의 상기 배플들에 의해 안내되도록 사행 경로 (serpentine path) 를 규정하는, 가스 확산 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 부분에 연결된 무선 주파수 (RF) 리드 (lead) 를 더 포함하는, 가스 확산 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 부분은 샤워헤드의 스템부 (stem portion) 를 포함하고, 상기 제 2 부분은 상기 샤워헤드의 베이스부 (base portion) 를 포함하는, 가스 확산 디바이스. - 제 3 항에 있어서,
상기 히터는 연결부 및 가열 엘리먼트부를 포함하며, 상기 가열 엘리먼트부는 상기 베이스부의 외주 둘레에 위치되고, 상기 연결부는 상기 스템부를 관통하고 상기 가열 엘리먼트부에 연결되는, 가스 확산 디바이스. - 제 4 항에 있어서,
상기 베이스부는 :
상부층;
중간층; 및
상기 확산기 면을 포함하는 하부층을 포함하며,
상기 가열 엘리먼트는 상기 상부층과 상기 중간층 사이에 배열되는, 가스 확산 디바이스. - 제 5 항에 있어서,
상기 베이스부의 상기 상부층과 상기 중간층은 진공 브레이징되는, 가스 확산 디바이스. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 5 항에 있어서,
상기 제 1 부분을 관통하고, 상기 제 2 부분의 상기 상부층과 상기 중간층 사이를 관통하는 도체; 및
상기 도체에 연결되고 상기 제 2 부분의 상기 중간층 내에 배열된 서모커플을 더 포함하는, 가스 확산 디바이스. - 제 10 항에 있어서,
상기 서모커플은 상기 중간층의 방사상 외부 에지에 인접하여 위치되는, 가스 확산 디바이스. - 제 10 항에 기재된 가스 확산 디바이스; 및
상기 서모커플로부터의 신호에 응답하여 상기 가열 엘리먼트에 전류를 공급하고; 상기 가스 공급 도관에 프로세스 가스를 공급하고 상기 유입구에 상기 비-도전성 유체를 공급함으로써, 상기 가스 확산 디바이스의 온도를 제어하도록 구성된 제어기를 포함하는, 가스 확산 디바이스의 온도 제어를 위한 시스템. - 프로세싱 챔버;
제 3 항에 기재된 가스 확산 디바이스; 및
상기 가스 확산 디바이스의 상기 확산기 면에 인접하여 배열된 페데스탈 (pedestal) 을 포함하는, 기판 프로세싱 시스템. - 제 13 항에 있어서,
상기 기판 프로세싱 시스템은 플라즈마 강화된 화학 기상 증착을 수행하는, 기판 프로세싱 시스템. - 가스 확산 디바이스의 온도를 제어하는 방법으로서,
상기 가스 확산 디바이스의 제 1 부분에 비-도전성 유체를 공급하는 단계로서, 상기 제 1 부분은 제 1 유입구 및 제 1 유출구를 갖는 가스 공급 도관을 규정하고 제 2 유입구, 제 2 유출구 및 상기 비-도전성 유체를 수용하기 위해 상기 제 2 유입구를 상기 제 2 유출구에 연결하는 통로들을 포함하는, 상기 비-도전성 유체를 공급하는 단계; 및
상기 가스 확산 디바이스의 제 2 부분 내에 배열된 히터에 전류를 공급하는 단계로서, 상기 제 2 부분은 상기 제 1 부분에 연결되고, 이격된 홀들을 가진 확산기 면 (diffuser face) 을 포함하며, 상기 가스 공급 도관의 상기 제 1 유출구 및 상기 확산기 면과 유체 소통하고 있는 캐비티를 규정하는, 상기 전류를 공급하는 단계를 포함하고,
상기 제 1 부분은 외부면, 내부면 및 내부 캐비티를 규정하고,
상기 가스 공급 도관은 상기 내부 캐비티를 관통하고, 상기 통로들은 상기 가스 공급 도관과 상기 제 1 부분의 상기 내부면 사이에 위치되고,
상기 제 1 부분은 상기 통로들을 규정하기 위해, (i) 상기 가스 공급 도관으로부터 상기 내부면까지 방사상으로 연장되고, (ii) 상기 제 2 유입구로부터 상기 제 2 유출구까지 상기 내부 캐비티에 수직으로 연장되는 배플들을 포함하고,
상기 제 1 부분의 상기 통로들 및 상기 제 2 부분은, 상기 비-도전성 유체가 상기 제 2 유입구로부터 상기 제 2 유출구까지 상기 제 2 부분의 적어도 일부를 통해 그리고 상기 제 1 부분의 상기 배플들에 의해 안내되도록 사행 경로 (serpentine path) 를 규정하는, 가스 확산 디바이스의 온도를 제어하는 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 제 1 부분에 무선 주파수 (RF) 신호를 선택적으로 공급하는 단계를 더 포함하는, 가스 확산 디바이스의 온도를 제어하는 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 제 1 부분은 샤워헤드의 스템부 (stem portion) 를 포함하고, 상기 제 2 부분은 상기 샤워헤드의 베이스부 (base portion) 를 포함하는, 가스 확산 디바이스의 온도를 제어하는 방법. - 제 17 항에 있어서,
상기 히터는 연결부 및 가열 엘리먼트부를 포함하며,
상기 베이스부의 외주 둘레에 상기 가열 엘리먼트부를 배열하는 단계;
상기 스템부를 통하여 상기 연결부를 통과하는 단계; 및
상기 연결부를 상기 가열 엘리먼트부에 연결하는 단계를 더 포함하는, 가스 확산 디바이스의 온도를 제어하는 방법. - 제 17 항에 있어서,
상기 베이스부는 상부층, 중간층 및 상기 확산기 면을 포함하는 하부층을 포함하며,
상기 상부층과 상기 중간층 사이에 가열 엘리먼트를 배열하는 단계를 더 포함하는, 가스 확산 디바이스의 온도를 제어하는 방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 베이스부의 상기 상부층과 상기 중간층은 진공 브레이징되는, 가스 확산 디바이스의 온도를 제어하는 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 19 항에 있어서,
도체를 상기 제 1 부분을 관통하고, 상기 제 2 부분의 상기 상부층과 상기 중간층 사이를 관통하게 하는 단계; 및
상기 도체에 서모커플을 연결하는 단계를 더 포함하는, 가스 확산 디바이스의 온도를 제어하는 방법. - 제 24 항에 있어서,
상기 중간층의 방사상 외부 에지에 인접하여 상기 서모커플을 위치시키는 단계를 더 포함하는, 가스 확산 디바이스의 온도를 제어하는 방법. - 제 15 항에 있어서,
플라즈마 강화된 화학 기상 증착 시스템에서 상기 가스 확산 디바이스를 사용하는 단계를 더 포함하는, 가스 확산 디바이스의 온도를 제어하는 방법.
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