KR102216011B1 - 분리가능한 고 저항률 가스 분배 플레이트를 갖는 샤워헤드 - Google Patents

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Abstract

분리가능한 가스 분배 플레이트를 갖는 샤워헤드들의 실시예들이 본원에서 제공된다. 몇몇 실시예들에서, 반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 샤워헤드는, 제 1 측(side) 및 제 1 측에 대향하는(opposing) 제 2 측을 갖는 베이스; 베이스의 제 2 측에 근접하게 배치된 가스 분배 플레이트 ― 가스 분배 플레이트는, 약 60 ohm-cm 내지 90 ohm-cm의 전기 저항률(electrical resistivity)을 갖는 재료로 형성됨 ― ; 가스 분배 플레이트를 베이스에 제거가능하게 커플링시키기 위해 가스 분배 플레이트의 주변 에지(peripheral edge) 주위에 배치된 클램프; 및 베이스와 가스 분배 플레이트 사이의 갭(gap)에 배치된 열 개스킷(thermal gasket)을 포함할 수 있다.

Description

분리가능한 고 저항률 가스 분배 플레이트를 갖는 샤워헤드{SHOWERHEAD HAVING A DETACHABLE HIGH RESISTIVITY GAS DISTRIBUTION PLATE}
[0001] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 반도체 프로세싱 장비에 관한 것이다.
[0002] 반도체 프로세스 챔버들(예를 들어, 증착 챔버들, 에칭 챔버들 등)에서 활용되는 통상의 샤워헤드들은 전형적으로, 베이스에 영구적으로 본딩된(bonded) 가스 분배 플레이트를 포함한다. 가스 분배 플레이트는, 플라즈마 프로세스들 동안의 플라즈마에 대한 노출에 의해 야기되는 열화(degradation)로 인해, 주기적으로 교체된다. 하지만, 본 발명자들은, 가스 분배 플레이트가 베이스에 영구적으로 본딩되어 있기 때문에, 가스 분배 플레이트를 교체하기 위해서는 전체 샤워헤드 어셈블리가 교체되며, 그에 따라, 교체 프로세스를 비용이 많이 들게 만든다는 것을 관찰하였다. 또한, 높은 소스 전력 프로세스가, 낮은 전기 저항률(electrical resistivity)(예를 들어, 0.005 - 0.015 ohm-cm)을 갖는 가스 분배 플레이트들을 사용하여 수행되는 응용예들에서는, 아킹(arcing)이 관찰되었다.
[0003] 따라서, 본 발명자들은 분리가능한 가스 분배 플레이트를 갖는 개선된 샤워헤드의 실시예들을 제공하였다.
[0004] 분리가능한 가스 분배 플레이트를 갖는 샤워헤드들의 실시예들이 본원에서 제공된다. 몇몇 실시예들에서, 반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 샤워헤드는, 제 1 측(side) 및 제 1 측에 대향하는(opposing) 제 2 측을 갖는 베이스; 베이스의 제 2 측에 근접하게 배치된 가스 분배 플레이트 ― 가스 분배 플레이트는, 약 60 ohm-cm 내지 90 ohm-cm의 전기 저항률을 갖는 재료로 형성됨 ― ; 가스 분배 플레이트를 베이스에 제거가능하게 커플링시키기 위해 가스 분배 플레이트의 주변 에지(peripheral edge) 주위에 배치된 클램프; 및 베이스와 가스 분배 플레이트 사이의 갭(gap)에 배치된 열 개스킷(thermal gasket)을 포함할 수 있다.
[0005] 몇몇 실시예들에서, 프로세스 챔버는, 챔버 본체 ― 챔버 본체는, 챔버 본체의 내측 용적(inner volume) 내에 배치된 기판 지지부를 가짐 ―; 및 기판 지지부 맞은편에(opposite), 챔버 본체의 내측 용적 내에 배치된 샤워헤드를 포함할 수 있다. 샤워헤드는: 제 1 측 및 제 1 측에 대향하는 제 2 측을 갖는 베이스 ― 베이스의 제 1 측은 프로세스 챔버의 컴포넌트에 커플링됨 ― ; 베이스의 제 2 측에 근접하게 배치된 가스 분배 플레이트 ― 가스 분배 플레이트는, 약 60 ohm-cm 내지 90 ohm-cm의 전기 저항률을 갖는 재료로 형성됨 ― ; 가스 분배 플레이트를 베이스에 제거가능하게 커플링시키기 위해 가스 분배 플레이트의 주변 에지 주위에 배치된 클램프; 및 베이스와 가스 분배 플레이트 사이의 갭에 배치된 열 개스킷을 포함한다.
[0006] 몇몇 실시예들에서, 반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 샤워헤드는, 제 1 측 및 제 1 측에 대향하는 제 2 측을 갖는 베이스 ― 제 2 측은 불화이트륨 코팅(yttrium fluoride coating)을 포함함 ― ; 베이스의 제 2 측에 근접하게 배치된 가스 분배 플레이트 ― 가스 분배 플레이트는, 약 60 ohm-cm 내지 90 ohm-cm의 전기 저항률을 갖는 재료로 형성됨 ― ; 가스 분배 플레이트를 베이스에 제거가능하게 커플링시키기 위해 가스 분배 플레이트의 주변 에지 주위에 배치된 양극산화된(anodized) 클램프; 베이스와 가스 분배 플레이트 사이의 갭에 배치된 복수의 실리콘 열 개스킷들; 및 가스 분배 플레이트가 베이스를 향해 편향(deflect)될 때 갭의 두께를 유지하기 위해, 갭 내에 배치되며 베이스의 제 2 측 내로 가압되는(pressed) 복수의 핀(pin)들을 포함할 수 있다.
[0007] 본 개시내용의 다른 그리고 추가의 실시예들이 하기에서 설명된다.
[0008] 앞서 간략히 요약되고 하기에서 보다 상세히 논의되는 본 개시내용의 실시예들은 첨부된 도면들에 도시된 본 개시내용의 예시적인 실시예들을 참조하여 이해될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 개시내용의 단지 전형적인 실시예들을 도시하는 것이므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하는데, 이는 본 개시내용이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0009] 도 1은 본 개시내용의 몇몇 실시예들에 따른, 가스 분배 플레이트를 갖는 샤워헤드를 도시한다.
[0010] 도 2는 본 개시내용의 몇몇 실시예들에 따른, 가스 분배 플레이트를 갖는 샤워헤드와 함께 사용하기에 적합한 프로세스 챔버를 도시한다.
[0011] 이해를 촉진시키기 위해, 도면들에 대해 공통적인 동일한 엘리먼트들을 가리키기 위해 가능한 경우 동일한 도면부호들이 사용되었다. 도면들은 실척대로 그려지지 않았으며, 명확성을 위해 단순화될 수 있다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 피처(feature)들이 추가의 언급없이 다른 실시예들에 유리하게 통합될 수 있다.
[0012] 분리가능한 가스 분배 플레이트를 갖는 샤워헤드들의 실시예들이 본원에서 제공된다. 적어도 몇몇 실시예들에서, 본 발명의 샤워헤드는 유리하게는, 가스 분배 플레이트의 제거 및 교체를 허용할 수 있고, 그에 따라, 영구적으로 본딩된 가스 분배 플레이트를 갖는 통상의 샤워헤드들과 비교하여, 더 긴 유효 수명 및 더 비용 효율적인 가스 분배 플레이트 교체 방식을 갖는 샤워헤드를 제공할 수 있다.
[0013] 도 1은 본 개시내용의 몇몇 실시예들에 따른, 가스 분배 플레이트를 갖는 샤워헤드를 도시한다. 샤워헤드(100)는 일반적으로, 본체(102), 가스 분배 플레이트(104), 및 가스 분배 플레이트를 본체(102)에 제거가능하게 커플링시키도록 구성된 클램프(110)를 포함한다.
[0014] 본체(102)는 제 1 측(150), 제 2 측(140), 및 본체(102)에 형성된, 제 1 측(150)으로부터 제 2 측(140)으로 연장되는 복수의 관통 홀(through hole)들(116)을 포함한다. 복수의 관통 홀들(116)은 본체(102)를 통한 가스 분배 플레이트(104)로의 프로세스 가스들의 통과를 가능하게 한다. 몇몇 실시예들에서, 관통 홀들(116)은, 관통 홀들(116)에서의 잔류 전장(residual electrical field)을 감소시키고 가스 분배 플레이트(104)로의 더 균일한 가스 유동을 가능하게 하기 위해, 접시형 구멍(counter sunk)(예를 들어, 카운터싱크(countersink)(118)가 도시됨)일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 복수의 관통 홀들(116)로의 프로세스 가스들의 더 균등한 분배를 가능하게 하기 위해, 공동(cavity)(114)이 본체(102)의 제 1 측(150)에 형성될 수 있다. 본체(102)는, 예를 들어 알루미늄과 같은, 임의의 적합한 프로세스 호환성(compatible) 재료로 제조될 수 있다. 알루미늄과 같은 전도성 재료로 본체(102)를 제조함으로써, 본체(102)는, 예를 들어, 샤워헤드(100)에 제공되는 프로세스 가스들로부터 플라즈마의 형성을 가능하게 하기 위해, 전극으로서 기능할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 본체(102)의 제 2 측(140)은, 제 2 측(140)을 이온들, 플라즈마, 또는 라이트업(light up)으로부터 보호하기 위한 재료로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 코팅은 불화이트륨(YF3) 코팅일 수 있다. 코팅은, 다양한 기법들을 사용하여 본체(102)의 제 2 측(140)에 배치될 수 있다. 본체(102)의 제 2 측(140)을 코팅하기 위한 몇몇 예시적인 비-한정적 방법들은, 타겟 재료의 전자-빔 유도 활성화(electron-beam induced activation)를 사용하는, 코팅 재료로 제조되거나 또는 그렇지 않으면 그러한 코팅 재료를 포함하는 타겟으로부터 본체(102) 상으로의 코팅의 증발 또는 증착을 포함할 수 있다.
[0015] 몇몇 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 O-링들 및/또는 무선 주파수(RF) 개스킷들(O-링들(130, 132, 134) 및 RF 개스킷들(108, 126)이 도시됨)을 수용하기 위해, 하나 또는 그 초과의 채널들이 본체(102)의 표면들에 형성될 수 있다. 존재하는 경우, O-링들(130, 132, 134)은 본체(102)와 클램프(110) 또는 프로세스 챔버(미도시)의 표면들 사이에 밀봉(seal)을 제공한다. O-링들(130, 132, 134)은, 전술된 밀봉을 가능하게 하는 데에 적합한 임의의 재료, 예를 들어, 고무로 제조될 수 있다. RF 개스킷들(108, 126)은, 예를 들어, RF 소스로부터 본체(102) 및 클램프(110)로의 RF 전력의 전도성(conductivity)을 용이하게(facilitate) 한다. 예를 들어, RF 전력은, (이하에서 설명되는 RF 전력 소스(286)와 같은) RF 전력 공급부로부터, 본체(102)에 커플링되고 하나 또는 그 초과의 RF 개스킷들(예를 들어, RF 개스킷(126))과 접촉하는 컴포넌트로 제공될 수 있다. RF 개스킷들(108, 126)은 임의의 적합한 전도성 재료, 예를 들어, 스테인리스 스틸로 제조될 수 있다.
[0016] 가스 분배 플레이트(104)는 본체(102)로부터, 가스 분배 플레이트(104)에 형성된 복수의 가스 분배 홀들(142)을 통해, 예를 들어, 프로세스 챔버의 프로세싱 용적으로 제공되는 프로세스 가스들의 분배를 가능하게 한다. 가스 분배 홀들(142)은 프로세스 가스들의 원하는 분배를 제공하기에 적합한 임의의 방식으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 가스 분배 플레이트(104)가 본체(102)에 커플링되는 경우, 가스 분배 홀들(142)은 본체(102)의 관통 홀들(116) 주위에 배치된 클러스터들로 배열될 수 있다.
[0017] 가스 분배 플레이트(104)는, 플라즈마(예를 들어, 프로세싱 동안 프로세스 챔버에서 형성되는 플라즈마)에 대한 노출 동안 열화를 견디기에 적합한 임의의 재료로 제조될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 가스 분배 플레이트(104)는 단결정 실리콘(Si)으로 제조될 수 있다. 단결정 실리콘이, 선호되는(favored) 재료인 실리콘 탄화물과 비교하여, 더 빠른 에칭 레이트(rate)를 갖는다는 점에 적어도 부분적으로 기인하여, 단결정 실리콘은 가스 분배 플레이트를 위한 재료로서 전형적으로 사용되지 않는다. 하지만, 본 발명자들은, 예를 들어, 실리콘 탄화물(SiC)과 같은, 가스 분배 플레이트들을 제조하는 데에 활용되는 통상의 재료들과 비교하여, 단결정 실리콘이 표면 거칠기 변화, 아킹, 및 마이크로-마스킹에 대해 덜 민감하고, (예를 들어, 섭씨 약 150도보다 높은) 상승된 온도들에서 더 나은 동작성을 추가로 제공한다는 것을 관찰하였다. 부가적으로, 단결정 실리콘은 통상의 재료들과 비교하여 더 낮은 비용으로 더 쉽게 이용 가능하고 획득가능하다. 부가적으로, 실리콘-함유 가스들을 수반하는 기판 프로세스들에서 샤워헤드(100)가 사용되는 실시예들에서, 가스 분배 플레이트(104)를 실리콘으로 제조하게 되면, 가스 분배 플레이트(104)의 열화로 인한 오염의 경우들을 감소시킨다.
[0018] 몇몇 실시예들에서, 가스 분배 플레이트(104)는, 아킹을 감소시키기 위해, 약 60 ohm-cm 내지 90 ohm-cm의 높은 전기 저항률을 갖는 단결정 실리콘 재료로 제조된다. 상기 주목한 바와 같이, 본 발명자들은, 저 저항률 가스 분배 플레이트들(예를 들어, 약 0.005 - 0.015 0hm-cm의 저항률을 갖는 가스 분배 플레이트)은, 소스 전력이 162 MHz에서 2000 watts와 같거나 또는 그 초과인 프로세스들 동안 아킹을 발생시킬(arc) 것임을 관찰하였다. 따라서, 가스 분배 플레이트(104)의 고 저항률은 유리하게는, 샤워헤드(100)가 높은 소스 전력 프로세스들에서 사용될 때에 아킹을 감소시킨다. 몇몇 실시예들에서, 단결정 실리콘이 획득되는 잉곳(ingot)이 도핑되어, 그러한 잉곳의 저항률을 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 단결정 실리콘 잉곳은 붕소와 같은 고 저항률 재료로 코팅 또는 도핑되어, 재료의 저항률을 증가시킬 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 가스 분배 플레이트(104)가 저 저항률 재료로 형성되는 경우, 가스 분배 플레이트(104)는 가스 분배 플레이트(104)의 저항률을 증가시키기 위해 고 저항률 재료로 도핑되거나, 코팅되거나 또는 처리될 수 있다.
[0019] 가스 분배 플레이트(104)는, 원하는 가스 분배 및 적합한 기능적 유효 수명을 제공하기에 충분한 임의의 적합한 두께를 가질 수 있다. 부가적으로, 몇몇 실시예들에서, 가스 분배 플레이트(104)는, 가스 분배 플레이트(104)가 본체(102)에 커플링되는 경우, 가스 분배 플레이트(104)와 본체(102) 사이에 배치된 하나 또는 그 초과의 열 개스킷들(3개의 열 개스킷들(120, 122, 124)이 도시됨)과의 지속적인 접촉을 보장하기에 충분한 적합한 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 가스 분배 플레이트(104)의 두께는, 압축될 때 가스 분배 플레이트(104)의 에지에서 클램프(110)에 의해 제공되는 힘들에 의해 야기되는 가스 분배 플레이트(104)의 휨(bowing)의 양이 열 개스킷들(120, 122, 124)의 변형의 양보다 적도록, 그리고 그에 따라, 클램핑될 때 열 개스킷들(120, 122, 124) 중 각각의 열 개스킷과의 지속적인 접촉을 보장하도록, 선택될 수 있다. 대안적으로, 또는 조합하여, 몇몇 실시예들에서, 가스 분배 플레이트(104)의 두께는, 플라즈마 침투를 감소시키기에 적합한 가스 분배 홀들(142)의 종횡비를 제공하고 가스 분배 플레이트(104)의 기능적 유효 수명을 개선하도록, 선택될 수 있다. 예를 들어, 가스 분배 홀들(142)이 약 0.5 mm의 직경을 갖는 실시예들에서, 가스 분배 플레이트(104)는 약 9 mm의 두께를 가질 수 있다.
[0020] 클램프(110)는 본체(102)에 대한 가스 분배 플레이트(104)의 커플링을 가능하게 한다. 몇몇 실시예들에서, 클램프(110)는 그러한 커플링을, 클램프에 형성된 나사산 가공된(threaded) 홀(138)에 대응하는, 본체(102)에 형성된 관통 홀(136)에 제공되는 파스너(106)를 통해 가능하게 한다. 클램프(110)는 임의의 프로세스 호환성의 전도성 재료, 예를 들어, 알루미늄으로 제조될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 플라즈마 환경에서 클램프(110)의 열화를 감소시키기 위해, 클램프(110)는 스프레이 코팅(예를 들어, 이트리아(yttria)(Y2O3))으로 코팅될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 클램프(110)는 대안적으로, 산화알루미늄 코팅으로 양극산화될 수 있다.
[0021] 몇몇 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 O-링들 및 RF 개스킷들(O-링(128) 및 RF 개스킷(148)이 도시됨)을 수용하기 위해, 클램프(110)는 클램프(110)의 표면들에 형성된 하나 또는 그 초과의 채널들을 포함할 수 있다. 존재하는 경우, O-링(128)은, 본체(102)에 클램핑될 때 가스 분배 플레이트(104)의 파손을 방지하기 위해, 가스 분배 플레이트(104)에 대한 쿠셔닝(cushioning)을 제공한다. 존재하는 경우, RF 개스킷(148)은 본체(102)로부터, 클램프(110)를 통한, 가스 분배 플레이트(104)로의 RF 전력의 전도율을 가능하게 하고, 그에 따라, 가스 분배 플레이트(104)가 RF 전극으로서 기능하는 것을 허용한다. 가스 분배 플레이트(104)로의 RF 전류 경로를 제공하는 것은 또한, 본체(102)와 가스 분배 플레이트(104) 사이의 갭(146)을 차폐(shield)시키며, 이는, 예를 들어, 본체(102)의 관통 홀들(116)에서의 아킹을 감소시킨다. O-링(128) 및 RF 개스킷(148)은, 예를 들어, O-링들(130, 132, 134) 및 RF 개스킷들(108, 126)과 관련하여 상기 논의된 재료들과 같은, 임의의 적합한 재료로 제조될 수 있다.
[0022] 몇몇 실시예들에서, 열 개스킷들(120, 122, 124)은 본체(102)와 가스 분배 플레이트(104) 사이에 배치될 수 있다. 존재하는 경우, 예를 들어, 가스 분배 플레이트(104)에 걸친 더 균일한 열 구배(thermal gradient)를 제공하기 위해, 열 개스킷들(120, 122, 124)은 본체(102)와 가스 분배 플레이트(104) 사이의 열 교환을 가능하게 할 수 있다. 부가적으로, 열 개스킷들(120, 122, 124)은 본체(102)와 가스 분배 플레이트(104) 사이에 갭(146)을 제공할 수 있고, 관통 홀들(116) 및 대응하는 가스 분배 홀들(142)의 그룹들을 위한 분리된 플리넘(plenum)들(예를 들어, 구역들)을 정의할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 샤워헤드(100)는 또한, 본체(102) 내로 가압되는 복수의 핀들(152)을 포함할 수 있다. 복수의 핀들(152)은, 가스 분배 플레이트(104)가 본체(102)를 향해 편향될 때 갭(146)이 실질적으로 변경되지 않은 상태로 유지되도록 보장한다. 핀들(152) 각각은, 핀들(152) 뒤의 임의의 갭들이 적절하게 진공배기되게(evacuated) 보장하도록 관통-홀(153)을 포함한다.
[0023] 열 개스킷들(120, 122, 124)은, 프로세스 압력들 및 온도들(예를 들어, 진공 조건들 및 섭씨 약 150도 또는 그 초과의 온도들)에서 낮은 아웃-개싱(out-gassing)을 갖는 임의의 압축가능한, 열 전도성 재료로 제조될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 개스킷은, 예를 들어 Fujipoly®로부터 입수가능한 SARCON® GR-M, 또는 높은 열 전도율 및 내염성(flame-retardant) 특성들을 갖는 다른 실리콘 고무 재료와 같은 실리콘 함유 재료를 포함할 수 있다. 열 개스킷들(120, 122, 124)은, 본체(102)와 가스 분배 플레이트(104) 사이의 접촉을 유지하기에 적합한 임의의 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 열 개스킷들(120, 122, 124)은 도 1에 도시된 바와 같은 직사각형 단면을 갖는 복수의 동심 링들일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 열 개스킷들(120, 122, 124)의 기하형상은, 서로 클램핑될 때, 가스 분배 플레이트(104)의 에지에서 클램프(110)에 의해 제공되는 힘들에 기인한, 본체(102)와 가스 분배 플레이트(104) 사이의 거리의 차이(예를 들어, 가스 분배 플레이트(104)의 휨)를 수용하도록 최적화될 수 있다.
[0024] 몇몇 실시예들에서, 보호 링(112)이, 가스 분배 플레이트(104), 클램프(110), 및 본체(102)의 부분들을 차폐시키기 위해, 샤워헤드 주위에 배치될 수 있다. 보호 링(112)은 임의의 적합한 프로세스 호환성 재료, 예를 들어, 석영(SiO2)으로 제조될 수 있다.
[0025] 도 2는 본 개시내용의 몇몇 실시예들에 따른, 샤워헤드와 함께 사용하기에 적합한 예시적인 프로세스 챔버(200)의 개략도를 도시한다. 예시적인 프로세스 챔버들은 캘리포니아 산타클라라의 Applied Materials, Inc.로부터 입수 가능한 ENABLER®, ENABLER® E5, ADVANTEDGE™, 또는 다른 프로세스 챔버들을 포함할 수 있다. 샤워헤드들을 갖거나 또는 갖도록 변경되는 다른 적합한 프로세스 챔버들이 본 개시내용으로부터 유사하게 이득을 얻을 수 있다.
[0026] 몇몇 실시예들에서, 프로세스 챔버(200)는 일반적으로, 챔버 본체(202) ― 챔버 본체는, 챔버 본체의 내측 용적(205) 내에 배치된, 기판(210)을 상부에 지지하기 위한 기판 지지 페디스털(208)을 가짐 ―, 및 과잉의 프로세스 가스들, 프로세싱 부산물들 등을 챔버 본체(202)의 내측 용적(205)으로부터 제거하기 위한 배기 시스템(220)을 포함할 수 있다.
[0027] 몇몇 실시예들에서, 상부 라이너(liner)(264) 및 하부 라이너(266)가, 프로세싱 동안 챔버 본체(202)를 보호하기 위해, 챔버 본체(202)의 내부를 덮을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 챔버 본체(202)는 프로세싱 용적(204)을 포함할 수 있는 내측 용적(205)을 갖는다. 프로세싱 용적(204)은, 예를 들어, 기판 지지 페디스털(208)과 샤워헤드(214)(예를 들어, 상기 설명된 샤워헤드(100)) 및/또는 원하는 위치들에 제공된 노즐들 사이에 정의될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 가스 공급부(288)는, 챔버 본체(202)의 프로세싱 용적(204)으로의 하나 또는 그 초과의 프로세스 가스들의 분배를 위해, 하나 또는 그 초과의 프로세스 가스들을 샤워헤드(214)에 제공할 수 있다.
[0028] 몇몇 실시예들에서, 기판 지지 페디스털(208)은 기판(210)을 기판 지지 페디스털(208)의 표면 상에 유지 또는 지지하는 메커니즘, 이를테면 정전 척, 진공 척, 기판 유지 클램프 등을 포함할 수 있다. 대안적으로, 또는 조합하여, 몇몇 실시예들에서, 기판 지지 페디스털(208)은, 기판 표면 근방에서의 이온 에너지 및/또는 종 플럭스(species flux)를 제어하기 위한 그리고/또는 (이를테면, 도시되지는 않은, 가열 및/또는 냉각 디바이스들과 같은) 기판 온도를 제어하기 위한 메커니즘들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 기판 지지 페디스털(208)은, 전극(240), 및 각각의 매칭 네트워크(matching network)들(236, 262)을 통해 전극(240)에 커플링된 하나 또는 그 초과의 전력 소스들(2개의 바이어스 전력 소스들(238, 244))을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판 지지 페디스털(208)은 매칭 네트워크(262)를 통해 바이어스 전력 소스(244)에 커플링된 캐소드로서 구성될 수 있다. 상기 설명된 바이어스 전력 소스들(예를 들어, 바이어스 전력 소스들(238, 244))은 약 2 MHz의 주파수, 또는 약 13.56 MHz, 또는 약 60 MHz에서, 약 12,000 W까지 생성할 수 있다. 적어도 하나의 바이어스 전력 소스는 연속 전력(continuous power) 또는 펄스형(pulsed) 전력을 제공할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 바이어스 전력 소스는 대안적으로 DC 또는 펄스형 DC 소스일 수 있다.
[0029] 몇몇 실시예들에서, 기판 지지 페디스털(208)은, 기판 지지 페디스털(208) 정상부에 배치되며 그리고 프로세싱 동안 기판(210)의 적어도 부분을 지지하도록 구성된 기판 지지 링(280)을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 링들(인서트 링(278) 및 배리어 링(242)이 도시됨)은 기판 지지 페디스털(208) 주위에 배치될 수 있다. 하나 또는 그 초과의 링들은 임의의 적합한 프로세스 호환성 재료로 제조될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 인서트 링은 실리콘(Si)으로 제조될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 배리어 링(242)은 석영(SiO2)으로 제조될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 접지된 메쉬(grounded mesh)(260)가 기판 지지 페디스털(208)의 둘레 주위에 배치될 수 있고, 챔버 본체(202)에 커플링될 수 있다.
[0030] 기판(210)은 챔버 본체(202)의 벽의 개구부(212)를 통해 챔버 본체(202)에 진입할 수 있다. 개구부(212)는 슬릿 밸브(218), 또는 개구부(212)를 통해 챔버의 내부로의 액세스를 선택적으로 제공하기 위한 다른 메커니즘을 통해 선택적으로 밀봉될 수 있다. 기판 지지 페디스털(208)은, 개구부(212)를 통해 기판들을 챔버 내외로 이송하기에 적합한 (도시된 바와 같은) 하부 포지션과, 프로세싱에 적합한 선택가능한(selectable) 상부 포지션 사이에서 기판 지지 페디스털(208)의 포지션을 제어할 수 있는 리프트(lift) 메커니즘(234)에 커플링될 수 있다. 프로세스 포지션은 특정 프로세스에 대해 프로세스 균일성을 최대화하도록 선택될 수 있다. 상승된 프로세싱 포지션들 중 적어도 하나의 포지션에 있을 때, 기판 지지 페디스털(208)은, 대칭적인 프로세싱 영역을 제공하기 위해, 개구부(212)보다 위쪽에 배치될 수 있다.
[0031] 몇몇 실시예들에서, 보호 링(206)(예를 들어, 상기 설명된 보호 링(112))이 샤워헤드(214) 주위에 배치될 수 있고, 예를 들어, 샤워헤드(214)의 본체(294)(예를 들어, 상기 설명된 본체(102)) 또는 가스 분배 플레이트(296)(예를 들어, 상기 설명된 가스 분배 플레이트(104))와 같은, 샤워헤드(214)의 적어도 부분을 덮을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 보호 링(206)은 상부 라이너(264)에 의해 지지될 수 있다.
[0032] 몇몇 실시예들에서, 샤워헤드(214)는 칠러(chiller) 플레이트(270)에 커플링될 수 있고 그리고/또는 칠러 플레이트(270)에 의해 지지될 수 있다. 존재하는 경우, 칠러 플레이트(270)는 프로세싱 동안 샤워헤드(214)의 온도에 대한 제어를 가능하게 한다. 몇몇 실시예들에서, 샤워헤드(214)의 온도에 대한 제어를 가능하게 하기 위해, 온도 제어 유체 공급부(칠러)(290)에 의해 제공되는 온도 제어 유체가 칠러 플레이트(270)를 통해 유동하는 것을 허용하도록, 칠러 플레이트(270)는, 칠러 플레이트(270)에 형성된 복수의 채널들(미도시)을 포함한다.
[0033] 몇몇 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 코일들(내측 코일(274) 및 외측 코일(272)이 도시됨)이 샤워헤드(214)의 주변 에지에 근접하여 및/또는 그 위에 배치될 수 있다. 존재하는 경우, 하나 또는 그 초과의 코일들은 프로세스 챔버(200)의 프로세싱 용적(204) 내에서 형성되는 플라즈마를 성형(shaping)하는 것을 가능하게 할 수 있다.
[0034] 몇몇 실시예들에서, RF 전력 소스(286)는 RF 전력을 동축 스터브(coaxial stub)(292)를 통해 칠러 플레이트(270) 및/또는 샤워헤드(214)에 제공한다. RF 전력 소스(286)는, 약 162 MHz의 주파수에서 약 2000 watts와 같거나 또는 그 초과의 전력, 및 약 227 MHz의 주파수에서 약 5000 W 까지의 전력에서 동작할 수 있다. 상기 설명된 바와 같이, 본 발명의 가스 분배 플레이트(104)는, RF 전력 소스가 고 주파수들에서 약 2000 W 또는 그 초과의 전력에서 동작하는 프로세스들 동안 아킹을 발생시키지 않을 것이다. 동축 스터브(292)는, 특성 임피던스, 공진 주파수를 갖는 고정식 임피던스 매칭 네트워크이며, 그리고 샤워헤드(214)와 RF 전력 소스(286) 사이에 대략적인 임피던스 매칭을 제공한다. 몇몇 실시예들에서, 동축 스터브(292)는 일반적으로, 내측 원통형 전도체(298), 외측 원통형 전도체(201), 및 내측 원통형 전도체(298)와 외측 원통형 전도체(201) 사이의 공간을 충전하는(filling) 절연체(203)를 포함한다.
[0035] 내측 원통형 전도체(298) 및 외측 원통형 전도체(201)는 특정 프로세스 환경을 견딜 수 있는 임의의 적합한 전도성 재료로 구성될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 내측 원통형 전도체(298) 및 외측 원통형 전도체(201)는 니켈-코팅된 알루미늄으로 제조될 수 있다. RF 전력 소스(286)로부터 동축 스터브(292)로 RF 전력을 인가하기 위해 동축 스터브(292)의 축방향 길이를 따라 특정 지점들에 하나 또는 그 초과의 탭(tap)들(221)이 제공된다. RF 전력 소스(286)의 RF 전력 단자(terminal)(207) 및 RF 복귀(return) 단자(209)가 동축 스터브(292) 상의 탭(221)에서, 외측 원통형 전도체(201) 및 내측 원통형 전도체(298)에, 각각 연결된다. 동축 스터브(292)의 원단(far end)(213)에서의 종료 전도체(terminating conductor)(211)는 내측 원통형 전도체(298) 및 외측 원통형 전도체(201)를 함께 단락시키며(short), 그에 따라, 동축 스터브(292)는 동축 스터브(292)의 원단(213)에서 단락된다. 동축 스터브(292)의 근단(near end)(215)에서, 외측 원통형 전도체(201)는 환형 전도성 하우징 또는 지지부(276)를 통해 챔버 본체(202)에 연결되는 한편, 내측 원통형 전도체(298)는 전도성 원통(217)을 통해 칠러 플레이트(270) 및/또는 샤워헤드(214)에 연결된다. 몇몇 실시예들에서, 유전체 링(219)이 전도성 원통(217)과 칠러 플레이트(270) 사이에 배치되어 이들을 분리시킨다.
[0036] 배기 시스템(220)은 일반적으로, 펌핑 플리넘(224) 및, 펌핑 플리넘(224)을, 예를 들어, 하나 또는 그 초과의 유입구들(222)을 통해 챔버 본체(202)의 내측 용적(205)(및 일반적으로, 프로세싱 용적(204))에 커플링시키는 하나 또는 그 초과의 도관들을 포함한다. 진공 펌프(228)가, 배기 가스들을 챔버 본체(202)로부터 펌핑 아웃(pumping out)시키기 위해, 펌핑 포트(226)를 통해 펌핑 플리넘(224)에 커플링될 수 있다. 진공 펌프(228)는 배기물(exhaust)을 적절한 배기물 핸들링 장비로 라우팅(routing)시키기 위해, 배기 배출구(232)에 유체적으로(fluidly) 결합될 수 있다. (이를테면 게이트 밸브 등과 같은) 밸브(230)가, 진공 펌프(228)의 동작과 조합하여 배기 가스들의 유량의 제어를 가능하게 하기 위해, 펌핑 플리넘(224)에 배치될 수 있다. z-모션 게이트 밸브가 도시되었지만, 배기물의 유동을 제어하기 위한 임의의 적합한 프로세스 호환성 밸브가 활용될 수 있다.
[0037] 상기 설명된 바와 같이 프로세스 챔버(200)의 제어를 가능하게 하기 위해, 제어기(250)는, 다양한 챔버들 및 서브-프로세서들을 제어하기 위해 산업 현장(industrial setting)에서 사용될 수 있는 임의의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서 중 하나일 수 있다. CPU(252)의 메모리, 또는 컴퓨터-판독 가능한 매체(256)는, 이를테면 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크, 또는 로컬(local) 또는 원격(remote)의 임의의 다른 형태의 디지털 저장소와 같은, 쉽게 이용가능한 메모리 중 하나 또는 그 초과일 수 있다. 지원 회로들(254)이, 통상의 방식으로 프로세서를 지원하기 위해 CPU(252)에 커플링된다. 이러한 회로들은 캐시, 전력 공급부들, 클록 회로들, 입력/출력 회로망 및 서브시스템들 등을 포함한다.
[0038] 하나 또는 그 초과의 방법들 및/또는 프로세스들은 일반적으로, CPU(252)에 의해 실행될 때 프로세스 챔버(200)로 하여금 그러한 방법들 및/또는 프로세스들을 수행하게 하는 소프트웨어 루틴(258)으로서 메모리(256)에 저장될 수 있다. 소프트웨어 루틴(258)은 또한, CPU(252)에 의해 제어되는 하드웨어로부터 원격에 위치된 제 2 CPU(미도시)에 의해 저장되고 그리고/또는 실행될 수 있다. 본 개시내용의 방법 중 일부 또는 전부는 또한 하드웨어로 수행될 수 있다. 따라서, 방법들 및/또는 프로세스들은, 소프트웨어로 구현되고 컴퓨터 시스템을 사용하여 실행되거나, 예를 들어, 주문형 반도체(application specific integrated circuit) 또는 다른 유형의 하드웨어 구현과 같은 하드웨어로 구현되거나, 또는 소프트웨어와 하드웨어의 조합으로서 구현될 수 있다. 소프트웨어 루틴(258)은 기판(210)이 기판 지지 페디스털(208) 상에 포지셔닝된 후에 실행될 수 있다. 소프트웨어 루틴(258)은, CPU(252)에 의해 실행될 때, 범용 컴퓨터를, 본원에서 개시된 방법들이 수행되도록 챔버 동작을 제어하는 특수 목적 컴퓨터(제어기)(250)로 변환시킨다.
[0039] 따라서, 분리가능한 가스 분배 플레이트를 갖는 샤워헤드의 실시예들이 본원에서 제공되었다. 본 발명의 샤워헤드의 실시예들은 유리하게는, 통상의 샤워헤드들과 비교하여, 더 긴 유효 수명 및 더 비용 효율적인 가스 분배 플레이트 교체 방식을 제공한다.
[0040] 전술한 내용들이 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 그리고 추가적인 실시예들이 본 개시내용의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않으면서 안출될 수 있다.

Claims (15)

  1. 반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 샤워헤드로서,
    제 1 측(side) 및 상기 제 1 측에 대향하는(opposing) 제 2 측을 갖는 본체;
    상기 본체와 가스 분배 플레이트 사이에 갭(gap)을 형성하도록 상기 본체의 제 2 측과 이격되어 배치되는 가스 분배 플레이트; 및
    상기 갭의 두께를 유지하기 위해, 상기 본체의 제 2 측 내로 가압되고(pressed) 상기 갭 내로 연장되는 단부를 가지는 하나 이상의 핀(pin);을 포함하고,
    상기 하나 이상의 핀의 각각은, 각각의 핀 뒤의 용적(volume)이 진공배기되도록(evacuated) 허용하기 위한 관통-홀을 포함하는 것인,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 샤워헤드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체의 제 2 측 상에 불화이트륨 코팅(yttrium fluoride coating)을 더 포함하는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 샤워헤드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 분배 플레이트는 단결정 실리콘(Si)으로 제조되는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 샤워헤드.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 분배 플레이트는, 고 저항률 재료로 도핑 또는 코팅되는 단결정 실리콘(Si)으로 제조되는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 샤워헤드.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 분배 플레이트는, 붕소로 도핑 또는 코팅되는 단결정 실리콘(Si)으로 제조되는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 샤워헤드.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 본체는, 상기 본체의 제 1 측으로부터 제 2 측으로 연장되는 복수의 관통 홀(through hole)들을 포함하는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 샤워헤드.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 본체는 상기 본체의 제 1 측에 형성된 플리넘(plenum)을 포함하고, 상기 플리넘은 상기 복수의 관통 홀들에 유체적으로 결합되는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 샤워헤드.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 분배 플레이트를 상기 본체에 제거가능하게 커플링시키기 위해 상기 가스 분배 플레이트의 주변 에지(peripheral edge) 주위에 배치된 클램프;를 더 포함하는,
    반도체 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 샤워헤드.
  9. 프로세스 챔버로서,
    챔버 본체 ― 상기 챔버 본체는, 상기 챔버 본체의 내측 용적(inner volume) 내에 배치된 기판 지지부를 가짐 ―; 및
    상기 기판 지지부 맞은편에서(opposite), 상기 챔버 본체의 내측 용적 내에 배치된 샤워헤드;를 포함하고,
    상기 샤워헤드는 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 샤워헤드이며, 상기 샤워헤드의 본체의 제 1 측이 상기 프로세스 챔버의 컴포넌트에 커플링되는,
    프로세스 챔버.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 프로세스 챔버의 컴포넌트는 칠러 플레이트(chiller plate)이고, 상기 칠러 플레이트는 상기 챔버 본체의 천장(ceiling)에 커플링되는,
    프로세스 챔버.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 샤워헤드에 커플링된 무선 주파수 (RF) 전력 소스를 더 포함하며,
    상기 무선 주파수 전력 소스는, 2000 watts와 동일하거나 그 초과의 전력 및 162 MHz의 주파수에서 작동하는,
    프로세스 챔버.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 가스 분배 플레이트는 단결정 실리콘(Si)으로 제조되는,
    프로세스 챔버.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 가스 분배 플레이트는, 고 저항률 재료로 도핑 또는 코팅되는 단결정 실리콘(Si)으로 제조되는,
    프로세스 챔버.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 가스 분배 플레이트는, 붕소로 도핑 또는 코팅되는 단결정 실리콘(Si)으로 제조되는,
    프로세스 챔버.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 가스 분배 플레이트를 상기 본체에 제거가능하게 커플링시키기 위해 상기 가스 분배 플레이트의 주변 에지(peripheral edge) 주위에 배치된 클램프;를 더 포함하는,
    프로세스 챔버.
KR1020197026534A 2014-07-03 2015-06-12 분리가능한 고 저항률 가스 분배 플레이트를 갖는 샤워헤드 KR102216011B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
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