KR102189785B1 - 고온 가스 분배 어셈블리 - Google Patents

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Abstract

본 개시내용은 일반적으로, 기판 프로세싱 챔버 내에서의 가스 분배를 위한 장치에 관한 것이다. 가스 분배 장치는 제1 차단 플레이트(blocker plate), 제2 차단 플레이트, 및 페이스플레이트(faceplate)를 포함한다. 페이스플레이트는 챔버 라이너 상에 이동가능하게 놓여서 프로세싱 볼륨을 부분적으로 정의한다. 램프 어셈블리는 가스 분배 어셈블리 위에 배치되고, 페이스플레이트를 튜닝가능하게 가열한다.

Description

고온 가스 분배 어셈블리{HIGH TEMPERATURE GAS DISTRIBUTION ASSEMBLY}
[0001] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 기판 프로세싱 챔버들 내에서 가스를 분배하기 위한 페이스플레이트(faceplate)에 관한 것이다.
[0002] 집적 회로들의 제조에서, 증착 프로세스들, 이를테면, 화학 기상 증착(CVD; chemical vapor deposition) 또는 원자 층 증착(ALD; atomic layer deposition)은 반도체 기판들 상에 다양한 재료들의 막들을 증착하는 데 사용된다. 다른 동작들에서, 층 변경 프로세스, 이를테면, 에칭은, 추가의 증착들을 위해 층의 일부를 노출시키는 데 사용된다. 종종, 이러한 프로세스들은 전자 디바이스, 이를테면, 반도체 디바이스의 다양한 층들을 제조하기 위해 반복적인 방식으로 사용된다.
[0003] 집적 회로를 어셈블링할 때, 무결함 반도체 디바이스를 제조하는 것이 바람직하다. 기판에 존재하는 사소한(slightest) 오염물들 또는 결함들은 최종 제조된 디바이스 내에서 중대한 제조 결함들을 야기할 수 있다. 예컨대, 프로세스 가스, 프로세스 가스 소스, 또는 프로세스 가스 전달 시스템 내에 존재하는 오염물들이 기판 상에 증착되어, 기판 상에 제조된 반도체 디바이스에서 결함들 및 신뢰성 문제들을 야기할 수 있다. 따라서, 증착 또는 다른 층 변경 프로세스들을 수행할 때, 무결함 막을 형성하는 것이 바람직하다. 그러나, 종래의 증착 디바이스들의 이용 시, 계층화되는(layered) 막들은 결함들 및 오염물들과 함께 형성될 수 있다.
[0004] 따라서, 디바이스 제조 동안의 결함들을 감소시키는 장치들이 당해 기술분야에 필요하다.
[0005] 일 실시예에서, 가스 분배 장치가 제공된다. 가스 분배 장치는 덮개 어셈블리, 덮개 어셈블리에 커플링된 윈도우, 덮개 어셈블리에 커플링된 제1 차단 플레이트(blocker plate), 덮개 어셈블리에 커플링된 제2 차단 플레이트, 및 챔버 라이너 상에 배치된 페이스플레이트를 포함한다. 덮개 어셈블리는 적층형 어레인지먼트(stacked arrangement)로 배치된 복수의 환형 부재들을 포함한다. 윈도우, 제1 차단 플레이트, 및 제2 차단 플레이트는 전자기 방사에 대해 투과성이다.
[0006] 일 실시예에서, 가스 분배 장치가 제공된다. 가스 분배 장치는 덮개 어셈블리; 덮개 어셈블리에 커플링된 윈도우; 덮개 어셈블리에 커플링된 제1 차단 플레이트; 덮개 어셈블리에 커플링된 제2 차단 플레이트; 챔버 라이너 상에 배치된 페이스플레이트; 및 윈도우, 제1 차단 플레이트, 및 제2 차단 플레이트를 관통하게, 중앙에 배치된 가스 공급 튜브를 포함한다. 덮개 어셈블리는 적층형 어레인지먼트로 배치된 복수의 환형 부재들을 포함한다. 윈도우, 제1 차단 플레이트, 및 제2 차단 플레이트는 전자기 방사에 대해 투과성이다.
[0007] 일 실시예에서, 기판을 프로세싱하기 위한 장치가 제공된다. 기판 프로세싱 장치는, 측벽들 및 베이스를 갖는 챔버 ― 측벽들과 베이스는 챔버 내에 내부 볼륨을 정의함 ―, 덮개 어셈블리, 덮개 어셈블리에 커플링된 윈도우, 및 윈도우 근처에 그리고 내부 볼륨 외부에 배치된 방사 열 소스를 포함한다. 장치는, 덮개 어셈블리에 커플링된 제1 차단 플레이트, 덮개 어셈블리에 커플링된 제2 차단 플레이트, 및 챔버 라이너 상에 배치된 페이스플레이트를 갖는 가스 분배 어셈블리; 및 기판 지지부를 더 포함한다.
[0008] 본 개시내용의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 단지 예시적인 실시예들을 예시하는 것이므로 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 개시내용이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0009] 도 1a는 본원에서 설명되는 일 실시예에 따른 가스 분배 장치를 갖는 프로세싱 챔버의 단면도를 예시한다.
[0010] 도 1b는 본원에서 설명되는 일 실시예에 따른, 도 1a의 프로세싱 챔버의 부분의 단면도를 예시한다.
[0011] 도 2는 본원에서 설명되는 다른 실시예에 따른 가스 분배 장치를 갖는 프로세싱 챔버의 단면도를 예시한다.
[0012] 도 3은 본원에서 설명되는 또 다른 실시예에 따른 가스 분배 장치를 갖는 프로세싱 챔버의 단면도를 예시한다.
[0013] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통적인 동일한 엘리먼트들을 가리키기 위해 가능한 경우 동일한 도면부호들이 사용되었다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 피처(feature)들이 추가의 언급없이 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있음이 고려된다.
[0014] 본 개시내용은 일반적으로, 기판 프로세싱 챔버 내에서의 가스 분배를 위한 장치에 관한 것이다. 가스 분배 장치는 제1 차단 플레이트, 제2 차단 플레이트, 및 페이스플레이트를 포함한다. 페이스플레이트는 챔버 라이너 상에 이동가능하게 놓여서 프로세싱 볼륨을 부분적으로 정의한다. 램프 어셈블리는 가스 분배 어셈블리 위에 배치되고, 페이스플레이트를 튜닝가능하게(tunably) 가열한다.
[0015] 도 1a는 일 실시예에 따른 프로세싱 챔버(100)의 단면도를 예시한다. 프로세싱 챔버(100)는 일반적으로, 증착 프로세스들, 이를테면, 특히, 원자 층 증착(ALD; atomic layer deposition), 화학 기상 증착(CVD; chemical vapor deposition), 플라즈마-강화 화학 기상 증착(PECVD; plasma-enhanced chemical vapor deposition), 마이크로파 플라즈마-강화 화학 기상 증착(MPCVD; microwave plasma-enhanced chemical vapor deposition), 또는 물리 기상 증착(PVD; physical vapor deposition)에서 사용된다. 프로세싱 챔버(100)는, 측벽들(104) 및 베이스(106)를 갖는 바디(102)를 포함하며, 측벽들(104)과 베이스(106)는 바디(102) 내에 내부 볼륨(110)을 부분적으로 정의한다. 환형 덮개 어셈블리(108)는 베이스(106) 반대편의 바디(102)에 커플링된다. 일부 실시예들에서, 바디(102)는 금속성 재료, 이를테면, 스테인리스 강 또는 알루미늄으로 형성된다. 그러나, 바디(102)는 내부에서 수행되는 프로세스에 사용하기에 적절한 임의의 재료로 형성될 수 있다.
[0016] 기판 지지부(112)는 프로세싱 볼륨(115) 내에서 가스 분배 어셈블리(140) 반대편에 배치된다. 기판 지지부(112)는 지지 샤프트(116)에 커플링된 지지 바디(114)를 포함한다. 지지 샤프트(116)는 지지 바디(114)의 하부 표면에 커플링되고, 베이스(106)의 개구(118)를 통해 바디(102) 밖으로 연장된다. 지지 샤프트(116)는 추가로, 지지 샤프트(116) 및 지지 샤프트(116)에 커플링된 지지 바디(114)를 기판 로딩 포지션과 기판 프로세싱 포지션 사이에서 수직으로 작동시키도록 구성된 액추에이터(120)에 커플링된다. 소정의 실시예들에서, 지지 샤프트(116)는 추가로, 수직 축을 중심으로 회전하도록 구성된다. 진공 시스템(도시되지 않음)은, 가스들을 프로세싱 볼륨(115)으로부터 진공배기시키기 위해 내부 볼륨(110)에 유동적으로 커플링된다.
[0017] 프로세싱 챔버(100) 내에서 기판(W)의 프로세싱을 가능하게 하기 위해, 기판(W)은 지지 바디(114) 상에서 지지 샤프트(116) 반대편에 배치된다. 프로세싱 볼륨(115) 내로의 기판(W)의 진입 및 진출을 가능하게 하기 위해 측벽(104)에 포트(122)가 형성된다. 도어(124), 이를테면, 슬릿 밸브는 기판(W)이 포트(122)를 통과하여 기판 지지부(112) 상으로 로딩되거나 또는 기판 지지부(112)로부터 제거되는 것을 선택적으로 가능하게 하도록 작동된다. 전극(126)은 선택적으로, 지지 바디(114) 내에 배치되고 그리고 지지 샤프트(116)를 통해 전력 소스(128)에 전기적으로 커플링된다. 전극(126)은, 기판(W)을 지지 바디(114)에 척킹하기 위한 전자기장을 생성하도록 전력 소스(128)에 의해 선택적으로 바이어싱된다. 소정의 실시예들에서, 지지 바디(114) 상에 배치된 기판(W)을 가열하기 위해, 가열기(도시되지 않음)가 지지 바디(114) 내에 배치된다.
[0018] 윈도우(134)는 덮개 어셈블리(108)에 커플링되고 내부 볼륨(110)을 부분적으로 정의하여, 내부 볼륨(110) 내에서의 진공 밀봉의 유지를 가능하게 한다. 방사 열 소스(136)는 윈도우(134)의 외측에(예컨대, 위에) 배치된다. 일부 실시예들에서, 방사 열 소스(136)는 방사 열 소스(136)의 상부 표면들 상에서 외부 환경에 노출된다. 다른 실시예들에서, 방사 열 소스(136)는 윈도우(134)와 선택적 상부 하우징(132) 사이에 매입되며(encased), 선택적 상부 하우징(132)은 덮개 어셈블리(108)에 커플링되고 그리고 방사 열 소스(136)를 외부 환경으로부터 격리시킨다. 방사 열 소스(136)는 프로세싱 동안에 내부 볼륨(110) 내에 제공되는 가스들 및/또는 가스 분배 어셈블리(140)의 페이스플레이트(162)를 가열하기 위한 복수의 전자기(EM; electromagnetic) 방사 소스들(138)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 방사 소스들(138)은 조사 램프들, 이를테면, 적외선(IR; infrared) 또는 자외선(UV; ultraviolet) 램프들이다. 일부 실시예들에서, 방사 소스들(138)은 LED 또는 UV 방출기들이다.
[0019] 방사 소스들(138)의 임의의 원하는 어레인지먼트가 활용될 수 있다. 소정의 실시예들에서, 방사 소스들(138)은 중심 축을 중심으로 동심 링들로 배치된다. 방사 소스들(138)은 별개의 가열 구역들로 추가로 분할되고, 각각의 가열 구역은 원하는 대로 상이한 레벨들의 EM 방사를 방출하도록 제어된다. 예컨대, 방사 소스들(138)이 동심 링들로 배치되는 실시예들에서, 방사 소스들(138)의 각각의 동심 링은 상이한 레벨들의 EM 방사를 방출하도록 개별적으로 제어될 수 있어서, 방사 열 소스(136)가 반경방향으로 튜닝가능하게 된다. 하나 이상의 별개의 가열 구역들을 가짐으로써, 윈도우(134)를 통하는, EM 방사의 분포 프로파일이 제어될 수 있다.
[0020] 윈도우(134)는 방사 열 소스(136)를 내부 볼륨(110)으로부터 격리시킨다. 윈도우(134)는 프로세싱 동안에 내부 볼륨(110) 내의 하나 이상의 프로세스 가스들 및/또는 페이스플레이트(162)를 가열하는 데 사용되는 방사 열 소스(136)에 의해 방출되는 EM 방사에 대해 실질적으로 투과성인 재료로 제조된다. 예컨대, 윈도우(134)는 IR 방사 소스들(138)에 의해 방출되는 적외선 방사에 대해 실질적으로 투과성이다. 윈도우(134)는 균열없이 내부 볼륨(110) 내에 진공을 유지하기에 충분한 두께를 갖는다. 일부 실시예들에서, 윈도우(134)는 석영으로 제조된다. 다른 실시예들에서, 윈도우(134)는 사파이어로 제조된다. 실리콘 옥사이드, 실리콘 옥시나이트라이드, 칼슘 플루오라이드, 마그네슘 플루오라이드, 및 알루미늄 옥시나이트라이드를 포함하는(그러나 이에 제한되지 않음), 윈도우(134)를 위한 다른 재료들이 또한 고려된다. 소정의 실시예들에서, 냉각 소스(도시되지 않음)가 윈도우(134) 근처에 배치되고, 동작 동안에 윈도우(134)를 낮은 온도들로 유지하도록 구성된다. 냉각 소스는 임의의 적절한 타입의 냉각 소스, 이를테면, 냉각 공기 분배 시스템 또는 냉각 유체 분배 시스템일 수 있다. 동작 동안, 윈도우(134)는 250℃ 미만의 온도, 이를테면, 200℃ 미만의 온도로 유지된다. 예컨대, 윈도우(134)는 150℃ 미만의 온도로 유지된다.
[0021] 선택적 상부 하우징(132)은 일반적으로, 금속성 재료, 이를테면, 스테인리스 강 또는 알루미늄으로 형성된다. 소정의 실시예들에서, 상부 하우징(132)은 반사 라이닝(reflective lining)에 의해 정의된 내부 표면을 포함한다. 반사 라이닝은 방사 열 소스(136)에 의해 방출된 방사를 윈도우(134) 쪽으로 반사시키는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상부 하우징(132)의 내부 표면은 포물선형 또는 타원형 프로파일을 갖는다. 다른 실시예들에서, 상부 하우징(132)의 내부 표면은 평면형 표면을 갖는다. 상부 하우징(132)의 내부 표면은 윈도우(134)를 통하는, EM 방사의 원하는 분포 프로파일을 제공하도록 형상화될 수 있다.
[0022] 가스 분배 어셈블리(140)는 상부 차단 플레이트(142), 하부 차단 플레이트(152), 페이스플레이트(162), 및 가스 공급 튜브(170)를 포함한다. 하부 차단 플레이트(152) 및 상부 차단 플레이트(142)는, 환형 연장부들(156, 146)에 의해 각각 둘러싸이는 원형 분배 부분들(154, 144)을 각각 포함한다. 하부 차단 플레이트(152)는 페이스플레이트(162)와 윈도우(134) 사이에 배치되고, 환형 연장부(156)에서 덮개 어셈블리(108)에 커플링된다. 상부 차단 플레이트(142)는 하부 차단 플레이트(152)와 윈도우(134) 사이에 배치되고, 환형 연장부(146)에서 덮개 어셈블리(108)에 커플링된다. 페이스플레이트(162)가 프로세싱 볼륨(115) 및 기판 지지부(112) 근처에 그리고 대향하게 배치되어서, 프로세싱 볼륨(115)을 부분적으로 정의한다. 제1 플레넘(171)이 상부 차단 플레이트(142)와 윈도우(134) 사이에 정의된다. 제2 플레넘(173)이 상부 차단 플레이트(142)와 하부 차단 플레이트(152) 사이에 추가로 정의된다. 제3 플레넘(175)이 하부 차단 플레이트(152)와 페이스플레이트(162) 사이에 추가로 정의된다.
[0023] 상부 차단 플레이트(142) 및 하부 차단 플레이트(152)는, 방사 열 소스(136)에 의해 방출되는 EM 방사, 이를테면, IR 방사 소스들(138)에 의해 방출되는 적외선 방사에 대해 실질적으로 투과성인 재료로 제조된다. 소정의 실시예들에서, 상부 차단 플레이트(142) 및 하부 차단 플레이트(152)는 석영으로 형성된다. 알루미늄 옥시나이트라이드, 사파이어, 실리콘 옥사이드, 실리콘 옥시나이트라이드, 칼슘 플루오라이드, 및 마그네슘 플루오라이드를 포함하는(그러나 이에 제한되지 않음) 다른 재료들이 또한 고려된다. 상부 차단 플레이트(142) 및 하부 차단 플레이트(152)가 서로 상이한 재료들 또는 동일한 재료로 형성될 수 있다는 것이 추가로 고려된다.
[0024] 제1 복수의 애퍼처들(148)은 상부 차단 플레이트(142)를 통해 형성되고, 제2 복수의 애퍼처들(158)은 하부 차단 플레이트(152)를 통해 형성된다. 애퍼처들(148, 158)은 분배 부분들(154, 144)과 함께, 제1 플레넘(171)과 제2 플레넘(173)과 제3 플레넘(175) 사이의 유체 연통을 가능하게 한다. 일부 실시예들에서, 애퍼처들(148, 158)은 상부 차단 플레이트(142) 및 하부 차단 플레이트(152)에 걸쳐 균등하게 분포된다. 일부 실시예들에서, 애퍼처들(148, 158)은 상이한 간격으로 분포된다. 또 다른 추가의 실시예들에서, 애퍼처들(148)은 애퍼처들(158)과 실질적으로 정렬된다. 다른 실시예들에서, 애퍼처들(148)은 애퍼처들(158)과 정렬되지 않는다.
[0025] 가스 공급 튜브(170)는 선택적 상부 하우징(132), 윈도우(134), 상부 차단 플레이트(142), 및 하부 차단 플레이트(152)를 관통하게, 중앙에 배치된다. 소정의 실시예들에서, 가스 공급 튜브(170)는 세라믹 재료로 형성된다. 소정의 실시예들에서, 가스 공급 튜브(170)는 석영, 사파이어, 알루미늄 옥사이드, 알루미늄 나이트라이드, 이트리아 등으로 형성된다. 가스 공급 튜브(170)는 제1 가스 소스(176) 및 제2 가스 소스(178)에 유동적으로 커플링된다. 가스 공급 튜브(170)는 가스 공급 튜브(170)의 제1 단부(177)로부터 제2 단부(179)까지 형성된 중앙 채널(172)을 포함한다. 하나 이상의 2차 채널들(174)이, 가스 공급 튜브(170)를 부분적으로 통과하게 그리고 중앙 채널(172)의 반경 방향 외측에 추가로 배치된다. 예컨대, 2차 채널(174)은 도 1a에 도시된 바와 같이, 제1 단부(177)에 제1 개구를 갖고, 그리고 제2 플레넘(173) 근처의, 가스 공급 튜브(170)의 측벽에 제2 개구를 갖는다. 중앙 채널(172)은 제2 가스 소스(178)로부터 가스 공급 튜브(170)를 통해 제3 플레넘(175) 내로 가스가 유동하는 것을 가능하게 한다. 2차 채널(174)은 제1 가스 소스(176)로부터 가스 공급 튜브(170)를 통해 제2 플레넘(173) 내로 가스가 유동하는 것을 가능하게 한다. 다른 실시예들에서, 2차 채널(174)의 제2 개구는 제1 플레넘(171) 근처에 있어서, 2차 채널(174)은 제1 가스 소스(176)로부터 제1 플레넘(171)으로 가스가 유동하는 것을 가능하게 한다.
[0026] 일 예에서, 제1 가스 소스(176)는, 기판(W) 상의 층을 에칭 또는 증착하기 위해, 프로세스 가스, 이를테면, 에칭 가스 또는 증착 가스를 내부 볼륨(110)에 공급한다. 임의의 적절한 증착 가스들이 고려된다. 이러한 예에서, 제2 가스 소스(178)는, 프로세싱 챔버(100)의 내측 표면들로부터 입자 증착물들을 제거하기 위해 세정 가스를 내부 볼륨(110)에 공급한다. 플루오린계 세정제들을 포함하는(그러나 이에 제한되지 않음) 임의의 적절한 세정 가스들이 고려된다. 일부 실시예들에서, 제2 가스 소스(178)는 원격 플라즈마 소스(RPS; remote plasma source)를 포함한다. 기판의 프로세싱을 용이하게 하기 위해, RF 전력 생성기(180)가 선택적으로 윈도우(134) 근처에 배치되어, 제1 가스 소스(176), 제2 가스 소스(178), 또는 제1 가스 소스(176) 및 제2 가스 소스(178) 둘 모두로부터 가스를 여기시켜, 이온화된 종을 형성한다.
[0027] 퍼지 가스 소스(185)가, 윈도우(134)와 상부 차단 플레이트(142) 사이의 그리고 제1 플레넘(171) 근처의 덮개 어셈블리(108)를 통해 배치된 퍼지 포트(186)를 통과하여 내부 볼륨(110)에 커플링된다. 퍼지 포트(186)는 가스, 이를테면, 불활성 가스를 퍼지 가스 소스(185)로부터 내부 볼륨(110) 내로 유동시킨다. 소정의 실시예들에서, 퍼지 포트(186)는 아르곤, 질소, 또는 헬륨을 내부 볼륨(110) 내로 유동시킨다. 다른 퍼지 가스들이 또한 고려된다. 퍼지 가스는 프로세싱 챔버(100)로부터 프로세스 가스들을 제거하는 것을 가능하게 한다.
[0028] 페이스플레이트(162)는 원형 분배 부분(164) 및 분배 부분(164)의 반경방향 외측에 배치된 환형 연장부(166)를 갖는다. 환형 연장부(166)는 프로세싱 볼륨(115)을 에워싸는 환형 챔버 라이너(159) 상에 고정되지 않게 놓인다. 유사하게, 챔버 라이너(159)는 바디(102)의 베이스(106) 상에 부착되지 않게 놓인다. 다시 말해, 페이스플레이트(162) 및 챔버 라이너(159)는 프로세싱 챔버(100)에 고정적으로 커플링되지 않는다. 페이스플레이트(162) 및 챔버 라이너(159)는, 프로세싱 사이클들 동안의 페이스플레이트(162) 및 챔버 라이너(159)의 기계적 이동을 가능하게 하기 위해 프로세싱 챔버(100) 내에 이동가능하게 놓여 유지된다. 페이스플레이트(162)와 챔버 라이너(159)와 바디(102) 사이의 상대적 이동을 허용함으로써, 프로세싱 사이클들 동안의 페이스플레이트(162)의 열적 팽창 또는 수축에 의해 유도되는 응력이 완화되어서, 열적 변화들로 인해 페이스플레이트(162)가 크랙킹(cracking)되고 그리고/또는 뒤틀리는(warping) 것을 방지한다. 게다가, 페이스플레이트(162)가 프로세싱 챔버(100)와 고정적으로 일체화되지 않기 때문에, 프로세싱 챔버(100)가 높은 진공 압력까지 펌핑 다운될 때, 페이스플레이트(162)는 어떤 진공 부하도 지탱(bear)하지 않으며, 따라서, 진공 응력을 겪지 않는다.
[0029] 일부 실시예들에서, 페이스플레이트(162)는 접지 엘리먼트(184)에 커플링된다. 접지 엘리먼트(184)는, 페이스플레이트(162)에 커플링되고 그리고 측벽(104)을 통해 배치되는 접지 와이어일 수 있다. 다른 접지 엘리먼트 설계들이 또한 고려된다.
[0030] 페이스플레이트(162)는 일반적으로, 열 전도성 재료로 형성된다. 일부 실시예들에서, 페이스플레이트(162)는 금속성 재료, 이를테면, 알루미늄 또는 스테인리스 강으로 형성된다. 다른 실시예들에서, 페이스플레이트(162)는 세라믹 재료로 형성된다. 예컨대, 페이스플레이트(162)는 알루미늄 나이트라이드 또는 알루미늄 옥사이드로 형성된다. 페이스플레이트(162)를 형성하기 위해, 임의의 열 전도성 재료가 사용될 수 있다. 챔버 라이너(159)는 일반적으로 세라믹 재료로 형성된다. 예컨대, 챔버 라이너(159)는 알루미늄 나이트라이드, 알루미늄 옥사이드, 이트리아, 및 다른 적절한 세라믹 재료들로 형성된다. 소정의 실시예들에서, 챔버 라이너(159)는 석영으로 형성된다.
[0031] 제3 복수의 애퍼처들(168)이 페이스플레이트(162)의 분배 부분(164)을 통해 배치된다. 애퍼처들(168)은 제3 플레넘(175)과 프로세싱 볼륨(115) 사이의 유체 연통을 가능하게 한다. 일부 실시예들에서, 애퍼처들(168)은 페이스플레이트(162)에 걸쳐 균등하게 분포된다. 일부 실시예들에서, 애퍼처들(168)은 상이한 간격으로 분포된다.
[0032] 동작 동안, 프로세스 가스는 제1 가스 소스(176)로부터 가스 공급 튜브(170) 내의 2차 채널(174)을 통해 제2 플레넘(173) 내로 유동하도록 허용된다. 동시에 또는 대안적으로, 퍼지 가스는 퍼지 가스 소스(185)로부터 퍼지 포트(186)를 통해 제1 플레넘(171) 내로 유동된다. 제1 플레넘(171)으로부터, 퍼지 가스는 상부 차단 플레이트(142)의 애퍼처들(148)을 통해 제2 플레넘(173) 내로 전달되고, 제2 플레넘(173)에서 퍼지 가스는 제1 가스 소스(176)로부터 공급된 프로세스 가스와 혼합된다. 이어서, 혼합된 가스는 하부 차단 플레이트(152)의 애퍼처들(158)을 통해 제3 플레넘(175) 내로 유동한다. 제3 플레넘(175)으로부터, 혼합된 가스는 페이스플레이트(162)의 애퍼처들(168)을 통해 프로세스 볼륨(115) 내로 유동한다.
[0033] 동시에 또는 대안적으로, 세정 가스가, 제2 가스 소스(178)로부터 가스 공급 튜브(170)의 중앙 채널(172)을 통해 제3 플레넘(175) 내로 유동하도록 허용된다. 제3 플레넘(175)에서, 세정 가스는, 위에서 설명된 혼합된 가스와 혼합되거나 또는 프로세스 가스 또는 퍼지 가스 중 어느 하나와 혼합되어, 애퍼처들(168)을 통해 프로세싱 볼륨(115) 내로 유동될 수 있다.
[0034] 애퍼처들(148, 158, 및 168)의 어레인지먼트 및 사이징은, 원하는 가스 분배를 달성하기 위해, 프로세스 볼륨(115) 내로의 가스 및 퍼지 가스의 선택적인 유동을 가능하게 한다. 예컨대, 기판(W)에 걸친 균일한 분배는 소정의 프로세스들에 바람직할 수 있다. 소정의 실시예들에서, 상부 차단 플레이트(142)의 애퍼처들(148)의 개수 및/또는 사이즈는 하부 차단 플레이트(152)의 애퍼처들(158)의 개수 및/또는 사이즈 미만이다. 애퍼처들(148)의 감소된 개수 및/또는 사이즈는, 제1 플레넘(171)과 제2 플레넘(173) 사이의 네거티브 압력 델타(negative pressure delta)의 유지를 가능하게 하며, 제2 플레넘(173)과 비교하여 제1 플레넘(171)에서 더 높은 압력이 유지된다. 제1 플레넘(171)과 제2 플레넘(173) 사이의 네거티브 압력 델타는, 동작 동안 더 적은 퍼지 가스의 활용을 가능하게 하여, 프로세싱 동안의 프로세스 또는 세정 가스들의 희석(dilution)을 감소시킨다. 또한, 네거티브 압력 델타는, 프로세스 및 세정 가스들이 가스 분배 어셈블리(140)를 통해 업스트림으로 유동하고 윈도우(134) 상에 증착되어 윈도우(134)의 투과 특성들을 변화시키는 것을 방지한다. 일부 실시예들에서, 제1 플레넘(171)과 제2 플레넘(173) 사이의 압력 델타는 대략 1 Torr 내지 대략 10 Torr, 이를테면, 대략 2 Torr 내지 대략 8 Torr의 크기를 갖는다.
[0035] 또한, 동작 동안, 방사 열 소스(136)는 가스 분배 어셈블리(140) 및 특히 페이스플레이트(162)를 미리 결정된 온도까지 가열한다. 일부 실시예들에서, 상부 차단 플레이트(142), 하부 차단 플레이트(152), 및 페이스플레이트(162)는 대략 200℃ 내지 대략 500℃, 이를테면, 대략 250℃ 내지 대략 450℃의 온도까지 가열된다. 예컨대, 상부 차단 플레이트(142), 하부 차단 플레이트(152), 및 페이스플레이트(162)는 대략 275℃ 내지 대략 300℃의 온도까지 가열된다. 일반적으로, 윈도우(134)와 상부 차단 플레이트(142) 사이의 온도 델타는 대략 100℃ 내지 대략 200℃의 크기를 갖는다. 예컨대, 윈도우(134)와 상부 차단 플레이트(142) 사이의 온도 델타는 대략 120℃ 내지 대략 180℃, 이를테면, 대략 140℃의 크기를 갖는다. 가스 분배 어셈블리(140), 더 구체적으로는 페이스플레이트(162)의 온도의 증가는 프로세싱, 이를테면, CVD 프로세스들 동안의 기판(W) 상에서의 상당히 더 적은 오염물 입자 증착을 초래한다. 게다가, 방사 열 소스(136)가 별개의 가열 구역들 내에 배치된 복수의 방사 소스들(138)을 포함하는 실시예들에서, 페이스플레이트(162)는 원하는 온도 프로파일까지 튜닝가능하게 가열되어서, 기판(W)의 증착 프로파일의 제어를 가능하게 할 수 있다.
[0036] 도 1b는 일 실시예에 따른 프로세싱 챔버(100)의 확대된 부분의 단면도를 예시한다. 특히, 도 1b는 윈도우(134), 상부 차단 플레이트(142), 및 하부 차단 플레이트(152)에 커플링된 덮개 어셈블리(108)를 도시한다. 윈도우(134), 상부 차단 플레이트(142), 및 하부 차단 플레이트(152) 각각은 환형 덮개 어셈블리(108)의 내측 표면 주변의 개별 리세스(190)에 배치된다(3개의 리세스들(190a-c)이 도 1b에 예시됨). 윈도우(134), 상부 차단 플레이트(142), 및 하부 차단 플레이트(152) 각각의 하나 이상의 표면들과 리세스들(190) 사이에 하나 이상의 밀봉부들(182)이 추가로 배치된다. 예컨대, 제1 밀봉부(182)는 윈도우(134), 상부 차단 플레이트(142), 및 하부 차단 플레이트(152) 각각의 상부 표면과 리세스들(190) 사이에 배치될 수 있고, 제2 밀봉부(182)는 윈도우(134), 상부 차단 플레이트(142), 및 하부 차단 플레이트(152) 각각의 하부 표면과 리세스들(190) 사이에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 밀봉부들(182)은 퍼플루오로엘라스토머(FFKM), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 고무, 또는 실리콘과 같은 재료로 형성된다. 일부 실시예들에서, 밀봉부들(182)은 O-링들이다. 다른 밀봉부 설계들, 이를테면, 시트 개스킷들 또는 본드들이 또한 고려된다.
[0037] 일부 실시예들에서, 덮개 어셈블리(108)는 제1 환형 부재(192), 제2 환형 부재(194), 제3 환형 부재(196), 및 제4 환형 부재(198)를 포함한다. 환형 부재들(192, 194, 196, 및 198)은, 적층형 구성으로 어셈블링될 때, 윈도우(134), 상부 차단 플레이트(142), 및 하부 차단 플레이트(152)를 자신들 사이에 클램핑(clamp) 또는 패스닝(fasten)하는 탈착가능 디스크들이다. 일 실시예에서, 환형 부재들(192, 194, 196, 및 198)은 금속성 재료, 이를테면, 스테인리스 강 또는 알루미늄으로 형성된다. 그러나, 환형 부재들(192, 194, 196, 및 198)은 내부에서 수행되는 프로세스에 사용하기에 적절한 임의의 재료로 형성될 수 있다.
[0038] 도 1b에 도시된 바와 같이, 제1 환형 부재(192)와 제2 환형 부재(194)는 커플링될 때 리세스(190a)를 형성하여서, 그 사이에서의 윈도우(134)의 클램핑을 가능하게 한다. 제2 환형 부재(194)와 제3 환형 부재(196)는 커플링될 때 리세스(190b)를 형성하여서, 그 사이에서의 상부 차단 플레이트(142)의 클램핑을 가능하게 한다. 제3 환형 부재(196)와 제4 환형 부재(198)는 커플링될 때 리세스(190c)를 형성하여서, 그 사이에서의 하부 차단 플레이트(152)의 클램핑을 가능하게 한다.
[0039] 게다가, 하나 이상의 가스 포트들이 환형 부재들(192, 194, 196, 및 198) 각각을 통해 배치될 수 있다. 예컨대, 도 1b에 도시된 바와 같이, 프로세싱 챔버(100)의 퍼지 포트(186)가 제3 환형 부재(196)에 그리고 제1 플레넘(171) 근처에 배치되어서, 퍼지 가스 소스(185)로부터 제1 플레넘(171) 내로의 퍼지 가스의 유동을 가능하게 한다. 하나의 가스 포트가 제3 환형 부재(196)에 도시되지만, 추가의 또는 대안적인 가스 포트들이 다른 환형 부재들에 또한 배치될 수 있다.
[0040] 도 2는 일 실시예에 따른 프로세싱 챔버(200)의 단면도를 예시한다. 프로세싱 챔버(200)는 프로세싱 챔버(100)와 유사하지만, 프로세싱 챔버(100)의 2차 채널(174)보다는 입구 포트(inlet port)(274)를 통해 내부 볼륨(110)에 커플링된 제1 가스 소스(276)를 포함한다. 입구 포트(274)는, 상부 차단 플레이트(142)와 하부 차단 플레이트(152) 사이의, 제2 플레넘(173) 근처의 덮개 어셈블리(108)를 통해 배치된다. 따라서, 프로세스 가스는 제1 가스 소스(276)로부터 입구 포트(274)를 통해 제2 플레넘(173) 내로 직접적으로 유동하도록 허용된다. 위에서 설명된 것과 유사하게, 프로세스 가스는 제2 플레넘(173) 내에서 퍼지 가스와 혼합되고, 애퍼처들(168)을 통해 프로세싱 볼륨(115) 내로 전달되기 전에 제3 플레넘(175) 내로 유동된다. 일 실시예에서, 입구 포트(274)는 덮개 어셈블리(108)의 제2 환형 부재(194)에 배치된다.
[0041] 도 3은 일 실시예에 따른 프로세싱 챔버(300)의 단면도를 예시한다. 프로세싱 챔버(300)는 프로세싱 챔버들(100 및 200)과 유사하지만, 가스 공급 튜브(170)는 제거되었다. 대신에, 제1 가스 소스(276) 및 제2 가스 소스(378)는, 덮개 어셈블리(108) 및 측벽(104)에 각각 배치된 입구 포트들(274, 372)을 통해 내부 볼륨(110)에 각각 커플링된다.
[0042] 프로세싱 챔버(200)와 유사하게, 제1 가스 소스(276)는, 상부 차단 플레이트(142)와 하부 차단 플레이트(152) 사이의, 제2 플레넘(173) 근처의 덮개 어셈블리(108)에 배치된 입구 포트(274)를 통해 내부 볼륨(110)에 커플링된다. 그러나, 제2 가스 소스(378)는 하부 차단 플레이트(152)와 페이스플레이트(162) 사이에 배치된 제2 입구 포트(372)를 통해 내부 볼륨(110)에 커플링된다. 따라서, 세정 가스는 제2 가스 소스(378)로부터 제2 입구 포트(372)를 통해 제3 플레넘(175) 내로 유동하도록 허용된다. 동작 동안, 세정 가스가 제2 입구 포트(372)를 통해 제3 플레넘(175) 내로 유동됨에 따라, 프로세싱 볼륨(115) 내의 기판 지지부(112)의 표면들을 따라 세정 가스가 균등하게 확산되는 것을 가능하게 하기 위해 지지 샤프트(116)가 회전된다.
[0043] 본원에서 설명되는 실시예들은 유리하게, 페이스플레이트 무결성을 유지하면서 페이스플레이트가 비교적 더 높은 온도들까지 반복적으로 가열되는 것을 가능하게 함으로써, 가스 유동 균일성을 향상시키고 기판 상에서의 오염물 입자들의 증착을 감소시킨다. 종래의 설계들에서, 페이스플레이트는 일반적으로, 본원에서 설명되는 바와 같은 높은 온도들까지 가열되지 않는데, 왜냐하면, 열적 응력으로 인해 페이스플레이트 밀봉 재료들이 열화되는 데 부가하여, 페이스플레이트가 열적 및 진공 부하로 인해 휘거나 뒤틀리기 때문이다. 페이스플레이트를 챔버 라이너 상에 놓음으로써, 페이스플레이트와 챔버 라이너는 서로 또는 챔버 바디에 견고하게 고정되지 않으며, 페이스플레이트는 열적 응력에 의해 유도되는 손상을 겪지 않고서 프로세싱 동안에 팽창 또는 압축되도록 허용되며, 프로세싱 챔버 내의 바깥쪽(outboard) 밀봉부들은 가열된 페이스플레이트로부터 격리된 채로 유지된다. 따라서, 페이스플레이트가 고온들로 가열되는 동안, 바깥쪽 밀봉부들의 열적 열화가 감소되고 밀봉부는 프로세싱 볼륨 둘레에서 유지된다. 게다가, 페이스플레이트가 진공 계면의 일체형 구조적 컴포넌트가 아니기 때문에, 페이스플레이트는, 높은 열적 부하와 함께 진공 부하로부터의 변형에 의해 야기되는 손상을 겪지 않는다.
[0044] 더욱이, 본원에서 설명되는 실시예들은 유리하게, 기판 상에서의 증착 프로파일들의 제어를 가능하게 한다. 별개의 가열 구역들이 있는 방사 에너지 소스의 활용 ― 각각의 가열 구역은 상이한 레벨들의 방사를 방출하도록 개별적으로 제어됨 ― 은, 가스 분배 장치를 통해 유동하는 가스들뿐만 아니라 페이스플레이트의 온도 프로파일의 튜닝가능성을 가능하게 하여서, 기판 상에서의 증착 프로파일의 제어를 가능하게 한다.
[0045] 전술한 바가 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 그리고 추가적인 실시예들이, 본 개시내용의 기본적인 범위를 벗어나지 않으면서 고안될 수 있고, 본 개시내용의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 적층형 어레인지먼트(stacked arrangement)로 배치된 복수의 환형 부재들을 갖는 덮개 어셈블리;
    상기 덮개 어셈블리에 커플링된 윈도우 ― 상기 윈도우는 전자기 방사에 대해 실질적으로 투과성임 ―;
    상기 덮개 어셈블리에 커플링되고 그리고 상기 윈도우 근처에 배치된 제1 차단 플레이트(blocker plate) ― 상기 제1 차단 플레이트는 상기 제1 차단 플레이트를 통해 형성된 제1 복수의 애퍼처들을 포함함 ―;
    상기 덮개 어셈블리에 커플링되고 그리고 상기 제1 차단 플레이트 근처에 배치된 제2 차단 플레이트 ― 상기 제2 차단 플레이트는 상기 제2 차단 플레이트를 통해 형성된 제2 복수의 애퍼처들을 포함하고, 그리고 상기 제1 차단 플레이트 및 상기 제2 차단 플레이트는 전자기 방사에 대해 실질적으로 투과성임 ―; 및
    챔버 라이너 상에 배치된 페이스플레이트(faceplate)를 포함하며,
    상기 페이스플레이트는 상기 페이스플레이트를 통해 형성된 제3 복수의 애퍼처들을 포함하고, 상기 페이스플레이트는 열 전도성 재료를 포함하고, 상기 페이스플레이트는 상기 챔버 라이너에 고정되지 않는,
    가스 분배 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 차단 플레이트 및 상기 제2 차단 플레이트 각각은 상기 제1 차단 플레이트 및 상기 제2 차단 플레이트 각각의 환형 연장부들에서 상기 덮개 어셈블리에 커플링되고, 상기 제1 차단 플레이트 및 상기 제2 차단 플레이트의 환형 연장부들은 상기 복수의 환형 부재들의 개개의 환형 부재들 사이에 포지셔닝되고 그리고 상기 개개의 환형 부재들과 접촉하는,
    가스 분배 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 윈도우, 상기 제1 차단 플레이트, 및 상기 제2 차단 플레이트는 상기 복수의 환형 부재들 각각 사이에 형성된 리세스들 내에 배치되는,
    가스 분배 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 윈도우, 상기 제1 차단 플레이트, 상기 제2 차단 플레이트 각각의 하나 이상의 표면들과 상기 리세스들 사이에 하나 이상의 밀봉부들이 추가로 배치되는,
    가스 분배 장치.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 복수의 환형 부재들 중 적어도 하나의 환형 부재를 통해 하나 이상의 가스 포트들이 배치되는,
    가스 분배 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 차단 플레이트 및 상기 제2 차단 플레이트는 석영으로 형성되고, 그리고 상기 페이스플레이트는 알루미늄으로 형성되는,
    가스 분배 장치.
  7. 삭제
  8. 덮개 어셈블리 ― 상기 덮개 어셈블리는 적층형 어레인지먼트로 배치된 복수의 환형 부재들을 가짐 ―;
    상기 덮개 어셈블리에 커플링된 윈도우 ― 상기 윈도우는 전자기 방사에 대해 실질적으로 투과성임 ―;
    상기 덮개 어셈블리에 커플링되고 그리고 상기 윈도우 근처에 배치된 제1 차단 플레이트 ― 상기 제1 차단 플레이트는 상기 제1 차단 플레이트를 통해 형성된 제1 복수의 애퍼처들을 포함함 ―;
    상기 덮개 어셈블리에 커플링되고 그리고 상기 제1 차단 플레이트 근처에 배치된 제2 차단 플레이트 ― 상기 제2 차단 플레이트는 상기 제2 차단 플레이트를 통해 형성된 제2 복수의 애퍼처들을 포함하고, 그리고 상기 제1 차단 플레이트 및 상기 제2 차단 플레이트는 전자기 방사에 대해 실질적으로 투과성임 ―;
    상기 윈도우, 상기 제1 차단 플레이트, 및 상기 제2 차단 플레이트를 통해 배치된 가스 공급 튜브 ― 상기 가스 공급 튜브는 상기 가스 공급 튜브를 통해 배치된 하나 이상의 채널들을 가짐 ―; 및
    챔버 라이너 상에 배치된 페이스플레이트를 포함하며,
    상기 페이스플레이트는 상기 페이스플레이트를 통해 형성된 제3 복수의 애퍼처들을 포함하고, 상기 페이스플레이트는 열 전도성 재료로 형성되고, 상기 페이스플레이트는 상기 챔버 라이너에 고정되지 않는,
    가스 분배 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 가스 공급 튜브는 상기 가스 공급 튜브의 제1 단부로부터 상기 가스 공급 튜브의 제2 단부까지 형성된 제1 채널, 및 상기 제1 단부로부터 상기 가스 공급 튜브의 측벽까지 형성된 제2 채널을 포함하는,
    가스 분배 장치.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 가스 공급 튜브는 세라믹 재료로 형성되는,
    가스 분배 장치.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 가스 공급 튜브는, 상기 윈도우, 상기 제1 차단 플레이트, 및 상기 제2 차단 플레이트를 관통하게, 중앙에 배치되는,
    가스 분배 장치.
  12. 챔버;
    윈도우;
    방사 열 소스;
    가스 분배 어셈블리; 및
    기판 지지부를 포함하며,
    상기 챔버는,
    측벽들 및 베이스를 갖는 바디 ― 상기 측벽들 및 베이스는 상기 챔버 내에 내부 볼륨을 부분적으로 정의함 ―; 및
    상기 베이스 반대편의 측벽들에 커플링된 덮개 어셈블리를 포함하고,
    상기 덮개 어셈블리는 적층형 어레인지먼트로 배치된 복수의 환형 부재들을 갖고,
    상기 윈도우는 상기 덮개 어셈블리에 커플링되고 그리고 상기 내부 볼륨을 추가로 정의하고,
    상기 방사 열 소스는 상기 윈도우 근처에 그리고 상기 내부 볼륨 외부에 배치되고, 상기 방사 열 소스는 복수의 램프들을 갖고,
    상기 가스 분배 어셈블리는,
    상기 덮개 어셈블리에 커플링되고 그리고 상기 윈도우 근처에 배치된 제1 차단 플레이트 ― 상기 제1 차단 플레이트는 상기 제1 차단 플레이트를 통해 형성된 제1 복수의 애퍼처들을 포함함 ―;
    상기 덮개 어셈블리에 커플링되고 그리고 상기 제1 차단 플레이트 근처에 배치된 제2 차단 플레이트 ― 상기 제2 차단 플레이트는 상기 제2 차단 플레이트를 통해 형성된 제2 복수의 애퍼처들을 포함하고, 상기 제1 차단 플레이트 및 상기 제2 차단 플레이트는 전자기 방사에 대해 실질적으로 투과성임 ―; 및
    상기 제2 차단 플레이트 근처에 배치된 페이스플레이트를 포함하고,
    상기 페이스플레이트는 상기 페이스플레이트를 통해 형성된 제3 복수의 애퍼처들을 포함하고, 상기 페이스플레이트는 챔버 라이너 상에 고정되지 않게 놓이고, 그리고 상기 챔버 라이너와 함께 프로세싱 볼륨을 부분적으로 정의하고, 그리고
    상기 기판 지지부는 상기 베이스를 통해 그리고 상기 프로세싱 볼륨 내로 배치되는,
    기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 램프들은 중심 축을 중심으로 동심 링들로 배치되는,
    기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 램프들의 동심 링들은 상이한 레벨들의 방사를 방출하도록 개별적으로 제어가능한 별개의 가열 구역들을 형성하는,
    기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 페이스플레이트 및 상기 챔버 라이너는 상기 챔버 내에 이동가능하게 놓이는,
    기판을 프로세싱하기 위한 장치.
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