KR102500928B1 - 듀얼 플레넘 프랙탈 샤워헤드 - Google Patents
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Abstract
프로세싱 동작들 동안 반도체 웨이퍼에 걸쳐 상이한 반도체 프로세싱 가스들을 분배하기 위한 DPF (dual-plenum fractal) 샤워헤드가 제공된다. DPF 샤워헤드는 복수의 층들을 가질 수도 있고, 층들 각각은 가스 분배 피처들의 패턴을 특징으로 하고, 층 각각 상의 가스 분배 피처들은 일반적으로 해당 층으로부터 바로 업스트림인 층 상의 가스 분배 피처들과 형상이 유사하지만 크기가 보다 작다. 가스 플로우 통로들에 대한 이러한 "프랙탈"-유사 구조체는 프로세싱 동작들 동안 반도체 웨이퍼의 표면에 걸쳐 매우 균일한 프로세싱 가스 전달을 제공하여, 웨이퍼 균일도를 향상시킨다.
Description
반도체 제작 툴들은 종종 프로세싱될 반도체 웨이퍼 위에 분산된 방식으로 반도체 프로세싱 가스들을 디스펜싱하도록 (dispense) 사용되는 "샤워헤드들"을 포함한다. 이러한 샤워헤드들은 통상적으로 대형, 개방된 플레넘 (plenum) 공간, 예를 들어, 적어도 샤워헤드 내에서 프로세싱될 웨이퍼 직경만큼 큰 직경으로 사이징되고 이어서 샤워헤드의 하부측 상의 복수의 가스 분배 포트들과 유체로 연결되는 실린더형 볼륨을 특징으로 한다. 일부 이러한 툴들에서, 샤워헤드들은 프로세싱될 웨이퍼에 걸쳐 2 개의 상이한 타입들의 프로세싱 가스를 분배할 수 있도록 구성될 수도 있다.
반도체 프로세싱 툴들에 사용하기 위한 새로운 듀얼-가스 샤워헤드 설계들이 본 명세서에 개시된다.
참조로서 인용
PCT 출원 양식은 본 출원의 일부로서 본 명세서와 동시에 제출된다. 본 출원이 동시에 제출된 PCT 출원 양식에서 식별된 바와 같이 이익 또는 우선권을 주장하는 출원 각각은 모든 목적들을 위해 전체가 참조로서 본 명세서에 인용된다.
본 명세서에 기술된 주제의 하나 이상의 구현 예들의 상세들은 첨부된 도면들 및 이하의 기술에 제시된다. 다른 특징들, 양태들, 및 장점들은 기술, 도면들 및 청구항들로부터 명백해질 것이다.
일부 구현 예들에서, 샤워헤드를 포함하는 반도체 프로세싱 장치가 제공된다. 샤워헤드는 바디, 제 1 플레넘 유입구, 제 2 플레넘 유입구, 복수의 제 1 가스 분배 홀들, 및 복수의 제 2 가스 분배 홀들을 포함할 수도 있다. 바디는 또한 복수의 층들을 포함할 수도 있고, 복수의 층들은 2 개 이상의 프랙탈 (fractal) 층들의 적절한 서브세트를 포함하고, 프랙탈 층 각각은 제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처들 (gas distribution features) 의 세트 및 제 2 방사상 대칭인 가스 분배 피처들의 세트를 포함한다. 제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처 각각은 제 1 허브 플레넘, 제 1 허브 플레넘에 유체로 연결되고 제 1 허브 플레넘으로부터 외측으로 방사하는 복수의 제 1 스포크 통로들 (spoke passages), 및 복수의 제 1 라이저 포트들 (riser ports) 을 포함할 수도 있고, 제 1 라이저 포트 각각은 제 1 스포크 통로들 중 하나의 원위 단부에 위치된다. 제 2 방사상 대칭인 가스 분배 피처 각각은 제 2 허브 플레넘, 제 2 허브 플레넘에 유체로 연결되고 제 2 허브 플레넘으로부터 외측으로 방사하는 복수의 제 2 스포크 통로들, 및 복수의 제 2 라이저 포트들을 포함할 수도 있고, 제 2 라이저 포트 각각은 제 2 스포크 통로들 중 하나의 원위 단부에 위치된다. 프랙탈 층들의 프랙탈 층 각각에 대해, 프랙탈 층의 제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처 각각은 대응하는 제 1 허브 플레넘이 바로 업스트림 층의 제 1 라이저 포트 아래에 위치되도록 위치될 수도 있고, 제 2 방사상 대칭인 가스 분배 피처 각각은 프랙탈 층의 피처는 대응하는 제 2 허브 플레넘이 바로 업스트림 층의 제 2 라이저 포트 아래에 위치되도록 위치될 수도 있다.
일부 구현 예들에서, 프랙탈 층들 중 하나는 또한 제 1 부분적 방사상 (partial radially) 대칭인 가스 분배 피처들의 세트를 포함할 수도 있고, 제 1 부분적 방사상 대칭인 가스 분배 피처 각각은 해당 프랙탈 층의 제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처들 중 임의의 피처와 비교하여 유체로 연결된 보다 적은 수의 제 1 스포크 통로들을 갖는 제 1 허브 플레넘을 갖는다.
일부 추가의 이러한 구현 예들에서, 바디는 제 1 부분적 방사상 대칭인 가스 분배 피처들의 세트를 갖는 프랙탈 층의 바로 업스트림에 피드 (feed) 층을 더 포함할 수도 있다. 이러한 구현 예들에서, 피드 층은 복수의 제 1 피드 플레넘들을 포함할 수도 있고, 제 1 피드 플레넘 각각은 유체로 연결된 하나 이상의 제 1 피드 스포크 통로를 갖고, 제 1 피드 스포크 통로 각각은 그 원위 단부에 제 1 피드 라이저 포트를 가지며, 그리고 제 1 피드 라이저 포트 각각은 피드 층으로부터 바로 다운스트림인 프랙탈 층의 제 1 허브 플레넘들 중 대응하는 하나 위에 위치되고 유체로 연결된다. 이러한 구현 예들에서, 피드 층의 바로 다운스트림에서 프랙탈 층의 제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처들의 제 1 허브 플레넘들과 유체로 연결된 제 1 피드 라이저 포트들을 갖는 제 1 피드 스포크 통로들은 각각 제 1 길이를 가질 수도 있고, 그리고 피드 층의 바로 다운스트림에서 프랙탈 층의 제 1 부분적 방사상 대칭인 가스 분배 피처들의 제 1 허브 플레넘들과 유체로 연결된 제 1 피드 라이저 포트들을 갖는 제 1 피드 스포크 통로들은 각각 제 1 길이보다 긴 길이들을 가질 수도 있다.
일부 추가의 또는 대안적인 이러한 구현 예들에서, 제 1 부분적 방사상 (partial radially) 대칭인 가스 분배 피처들의 세트를 갖는 프랙탈 층은 또한 제 2 부분적 방사상 대칭인 가스 분배 피처들을 포함할 수도 있고, 제 2 부분적 방사상 대칭인 가스 분배 피처 각각은 해당 프랙탈 층의 제 2 방사상 대칭인 가스 분배 피처들 중 임의의 것과 비교하여 보다 적은 수의 제 2 스포크 통로들과 함께 제 2 허브 플레넘을 갖는다.
일부 이러한 구현 예들에서, 바디는 제 1 부분적 방사상 대칭인 가스 분배 피처들의 세트 및 제 2 부분적 방사상 대칭인 가스 분배 피처들의 세트를 갖는 프랙탈 층의 바로 업스트림에 피드 층을 더 포함할 수도 있다. 이러한 구현 예들에서, 피드 층은 복수의 제 1 피드 플레넘들 및 복수의 제 2 피드 플레넘들을 포함할 수도 있고, 제 1 피드 플레넘 각각은 유체로 연결된 하나 이상의 제 1 피드 스포크 통로를 갖고, 제 2 피드 플레넘 각각은 하나 이상의 제 2 피드 스포크를 갖는다. 제 1 피드 스포크 통로 각각은 그 원위 단부에 제 1 피드 라이저 포트를 갖고, 제 2 피드 스포크 통로 각각은 그 원위 단부에 제 2 피드 라이저 포트를 갖고, 제 1 피드 라이저 포트 각각은 피드 층으로부터 바로 다운스트림인 프랙탈 층의 제 1 허브 플레넘들 중 대응하는 하나 위에 위치되고, 유체로 연결되며, 그리고 제 2 피드 라이저 포트 각각은 피드 층으로부터 바로 다운스트림인 프랙탈 층의 제 2 허브 플레넘들 중 대응하는 하나 위에 위치되고, 유체로 연결된다. 이러한 구현 예들에서, 피드 층의 바로 다운스트림의 프랙탈 층에서 제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처들의 제 1 허브 플레넘들과 유체로 연결된 제 1 피드 라이저 포트들을 갖는 제 1 피드 스포크 통로들은 각각 제 1 길이를 가질 수도 있고, 피드 층의 바로 다운스트림의 프랙탈 층에서 제 1 부분적 방사상 대칭인 가스 분배 피처들의 제 1 허브 플레넘들과 유체로 연결된 제 1 피드 라이저 포트들을 갖는 제 1 피드 스포크 통로들은 각각 제 1 길이보다 긴 길이를 가질 수도 있고, 피드 층의 바로 다운스트림의 프랙탈 층에서 제 2 방사상 대칭인 가스 분배 피처들의 제 2 허브 플레넘들과 유체로 연결된 제 2 피드 라이저 포트들을 갖는 제 2 피드 스포크 통로들은 각각 제 2 길이를 가질 수도 있고, 피드 층의 바로 다운스트림의 프랙탈 층에서 제 2 부분적 방사상 대칭인 가스 분배 피처들의 제 2 허브 플레넘들과 유체로 연결된 제 2 피드 라이저 포트들을 갖는 제 2 피드 스포크 통로들은 각각 제 2 길이보다 긴 길이를 가질 수도 있다.
일부 구현 예들에서, 프랙탈 층들의 제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처들은 각각 4 개의 제 1 스포크 통로들을 포함할 수도 있고 그리고 프랙탈 층들의 제 2 방사상 대칭인 가스 분배 피처들은 각각 4 개의 제 2 스포크 통로들을 포함한다.
일부 추가의 이러한 구현 예들에서, 프랙탈 층들의 적어도 하나의 프랙탈 층의 제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처들 및 제 2 방사상 대칭인 가스 분배 피처들에 대한 제 1 스포크 통로들 및 제 2 스포크 통로들은 각각 동일한 높이에 있을 수도 있다.
일부 부가적인 또는 대안적인 이러한 구현 예들에서, 제 1 스포크 통로들은 각각 2 개의 직교하는 제 1 통로 축들 중 하나와 정렬될 수도 있고, 제 2 스포크 통로들은 각각 2 개의 직교하는 제 2 통로 축들 중 하나와 정렬될 수도 있고, 그리고 제 1 통로 축들은 제 2 통로 축들과 45°위상 (또는 제 2 통로 축들에 45°각도로) 이 다를 수도 있다.
일부 추가의 또는 대안적인 이러한 구현 예들에서, 바로 업스트림인 프랙탈 층을 갖는 프랙탈 층들 각각에 대해, 해당 프랙탈 층의 제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처들 각각은 대응하는 제 1 라이저 포트들 사이에 중심-대-중심 간격들 (center-to-center spacings) 을 가질 수도 있다. 바로 업스트림인 프랙탈 층의 제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처들 내의 제 1 라이저 포트들 사이의 대응하는 중심-대-중심 간격들의 대략 50 %인, 제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처들의 대응하는 제 1 라이저 포트들 사이의 대응하는 중심-대-중심 간격들을 가질 수도 있다.
일부 추가의 또는 대안적인 이러한 구현 예들에서, 바로 업스트림 프랙탈 층을 갖는 프랙탈 층들 각각에 대해, 해당 프랙탈 층의 제 2 방사상 대칭인 가스 분배 피처들 각각은 바로 업스트림인 프랙탈 층의 제 2 방사상 대칭인 가스 분배 피처들 내의 제 2 라이저 포트들 사이의 대응하는 중심-대-중심 간격들의 대략 50 %인 제 2 방사상 대칭인 가스 분배 피처들의 대응하는 제 2 라이저 포트들 사이의 대응하는 중심-대-중심 간격들을 가질 수도 있다.
일부 구현 예들에서, 적어도 3 개의 프랙탈 층들이 있을 수도 있다.
일부 구현 예들에서, 바디는 세라믹 재료로 이루어질 수도 있다.
일부 추가의 이러한 구현 예들에서, 바디는 함께 융합되는 세라믹 재료의 복수의 개별 층들로 이루어질 수도 있다.
일부 추가 또는 대안적인 이러한 구현 예들에서, 바디는 3D- 프린팅된 구조체일 수도 있다.
일부 구현 예들에서, 장치는 프로세싱 챔버 및 페데스탈을 더 포함할 수도 있다. 이러한 구현 예들에서, 페데스탈은 프로세싱 챔버 내에 위치될 수도 있고, 샤워헤드는 페데스탈 위의 프로세싱 챔버 내에 위치될 수도 있다.
본 명세서에 개시된 다양한 구현 예들은 유사한 참조 번호들이 유사한 엘리먼트들을 지칭하는 첨부된 도면들의 도면들에서 제한이 아니라 예로서 예시된다.
도 1은 예시적인 듀얼-플레넘 프랙탈 (dual-plenum fractal) 샤워헤드의 등각도를 도시한다.
도 2는 도 1의 예시적인 듀얼-플레넘 프랙탈 샤워헤드의 역 등각도 (reverse isometric view) 를 도시한다.
도 3 및 도 4는 각각 도 1의 예시적인 듀얼-플레넘 프랙탈 샤워헤드의 평면도 및 저면도를 도시한다.
도 5는 도 1의 예시적인 듀얼-플레넘 프랙탈 샤워헤드의 등각 분해도를 도시한다.
도 6은 예시적인 제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처의 상세도를 도시한다.
도 7은 예시적인 제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처의 상세도를 도시한다.
도 8은 3 개의 상이한 프랙탈 층들 각각으로부터 방사상 대칭인 가스 분배 피처들의 세트들 사이의 크기 비교를 도시한다.
도 9는 상이한 프랙탈 층들로부터 가스 분배 피처들의 상대적인 비율에 관한 인사이트 (insight) 를 제공한다.
도 10 내지 도 15는 도 1의 예시적인 듀얼-플레넘 프랙탈 샤워헤드의 다양한 (various) 층들의 평면도들을 도시한다.
도 16은 도 1의 예시적인 듀얼-플레넘 프랙탈 샤워헤드 내의 플레넘 볼륨들 (plenum volumes) 중 하나의 등각도를 도시한다.
도 17은 도 1의 예시적인 듀얼-플레넘 프랙탈 샤워헤드 내의 플레넘 볼륨들 중 다른 하나의 등각도를 도시한다.
도 18은 도 1의 예시적인 듀얼-플레넘 프랙탈 샤워헤드 내의 플레넘 볼륨들 모두 (both) 의 등각도를 도시한다.
도 19는 본 명세서에 기술된 바와 같은 샤워헤드를 갖는 반도체 프로세싱 챔버의 개략도를 도시한다.
도 1 내지 도 18은 도면 각각 내에 스케일링하여 (to-scale) 도시되지만, 스케일은 도면마다 가변할 수도 있다. 도면들은 본 명세서에 논의된 개념들의 예만을 도시하고, 본 명세서에 논의된 개념들은 많은 수의 대안적인 구현 예들로 구현될 수도 있고, 이들 모두는 본 개시의 범위 내에 있는 것으로 간주된다는 것이 쉽게 인식될 것이다.
도 2는 도 1의 예시적인 듀얼-플레넘 프랙탈 샤워헤드의 역 등각도 (reverse isometric view) 를 도시한다.
도 3 및 도 4는 각각 도 1의 예시적인 듀얼-플레넘 프랙탈 샤워헤드의 평면도 및 저면도를 도시한다.
도 5는 도 1의 예시적인 듀얼-플레넘 프랙탈 샤워헤드의 등각 분해도를 도시한다.
도 6은 예시적인 제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처의 상세도를 도시한다.
도 7은 예시적인 제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처의 상세도를 도시한다.
도 8은 3 개의 상이한 프랙탈 층들 각각으로부터 방사상 대칭인 가스 분배 피처들의 세트들 사이의 크기 비교를 도시한다.
도 9는 상이한 프랙탈 층들로부터 가스 분배 피처들의 상대적인 비율에 관한 인사이트 (insight) 를 제공한다.
도 10 내지 도 15는 도 1의 예시적인 듀얼-플레넘 프랙탈 샤워헤드의 다양한 (various) 층들의 평면도들을 도시한다.
도 16은 도 1의 예시적인 듀얼-플레넘 프랙탈 샤워헤드 내의 플레넘 볼륨들 (plenum volumes) 중 하나의 등각도를 도시한다.
도 17은 도 1의 예시적인 듀얼-플레넘 프랙탈 샤워헤드 내의 플레넘 볼륨들 중 다른 하나의 등각도를 도시한다.
도 18은 도 1의 예시적인 듀얼-플레넘 프랙탈 샤워헤드 내의 플레넘 볼륨들 모두 (both) 의 등각도를 도시한다.
도 19는 본 명세서에 기술된 바와 같은 샤워헤드를 갖는 반도체 프로세싱 챔버의 개략도를 도시한다.
도 1 내지 도 18은 도면 각각 내에 스케일링하여 (to-scale) 도시되지만, 스케일은 도면마다 가변할 수도 있다. 도면들은 본 명세서에 논의된 개념들의 예만을 도시하고, 본 명세서에 논의된 개념들은 많은 수의 대안적인 구현 예들로 구현될 수도 있고, 이들 모두는 본 개시의 범위 내에 있는 것으로 간주된다는 것이 쉽게 인식될 것이다.
중요하게, 본 명세서에서 논의된 개념들은 본 명세서에서 논의된 임의의 단일 양태 또는 구현 예, 또는 이러한 양태들 및/또는 구현 예들의 임의의 조합들 및/또는 치환들로 제한되지 않는다. 더욱이, 본 발명의 양태들, 및/또는 이의 구현 예들 각각은 단독으로 또는 이의 다른 양태들 및/또는 구현 예들 중 하나 이상과 조합하여 채용될 수도 있다. 간결함을 위해, 많은 이들 치환들 및 조합들은 본 명세서에서 별도로 논의 및/또는 예시되지 않을 것이다.
본 명세서에 논의된 듀얼-플레넘 프랙탈 (dual-plenum fractal) 샤워헤드들은 반도체 프로세싱 챔버의 반도체 웨이퍼 위에 위치된 프로세싱 볼륨 (processing volume) 으로 프로세싱 가스들을 고르게 분배하도록 구성될 수도 있다. 이러한 DPF (dual-plenum fractal) 샤워헤드들은 보다 전통적인 듀얼-플레넘 샤워헤드들과 비교하여 다양한 이점들을 제공할 수도 있다. 예를 들어, 대형 플레넘들, 예를 들어, 일반적으로 형상이 원형이고 샤워헤드를 위한 가스 분배 홀들이 위치되는 전체 영역에 걸쳐 있는 (span across) 플레넘들의 부재로 인해, 샤워헤드의 가스 분배 포트들을 통해 프로세스 가스를 전달하기 위해 샤워헤드 내로 도입되어야 하는 해당 프로세스 가스의 양은 종래의 개방된 플레넘 볼륨 샤워헤드들과 비교하여 본 명세서에 논의된 DPF 샤워헤드 설계들에서 상당히 감소될 수도 있다. 또 다른 이점은 DPF 샤워헤드들에서 다양한 플로우 경로들 (flow paths) 의 프랙탈 본질 (nature) 은 DPF 샤워헤드의 미리 결정된 플레넘에 대한 가스 분배 포트 각각으로의 플로우 경로들로 하여금 동일하거나 적어도 매우 유사한 플로우 저항 (flow resistance) 을 갖게 하고, 따라서 가스 유입구를 통해 해당 플레넘으로 도입된 가스가 해당 플레넘의 임의의 미리 결정된 가스 분배 포트에 도달하는 데 걸리는 시간의 변동성 (variability) 을 줄이거나 제거한다는 것이다. 예를 들어, 프랙탈 샤워헤드 플레넘을 통해 흐르는 가스는 일반적으로 어떤 가스 분배 포트로 흐르든 상관없이, 일반적으로 궁극적으로 동일한 유체 플로우 경로 특성들 (characteristics) 을 경험할 수도 있고, 예를 들어, 가스가 이러한 샤워헤드의 프랙탈 층들 (이런 층들은 이하에 상세히 기술됨) 에 도달한 후, 가스는 유사한 길이들, 단면 형상들 및 면적들을 갖는 통로 세그먼트들의 동일한 진행을 갖는 연속적인 가스 플로우 통로들을 통해 흐를 수도 있다. 이는 예를 들어, 프로세스 가스가 샤워헤드의 주변에서 나와 흐르기 전에 일정 시간 동안 샤워헤드의 중심으로부터 흐르는 샤워헤드와 반대로, 전체 웨이퍼 표면이 일반적으로 이러한 프로세스 가스에 동시에 노출될 것이기 때문에, 보다 균일한 웨이퍼 프로세싱을 촉진하는 것을 도울 수도 있다. 본 명세서에 논의된 DPF 샤워헤드들의 또 다른 이점은 이들이 금속들 (스테인리스 스틸, 알루미늄 등) 및 세라믹들 (알루미나, 실리콘 옥사이드 등) 을 포함하는 다양한 재료들로 제작될 수도 있다는 것이다.
일반적으로 말하면, 본 명세서에 논의된 것과 같은 DPF 샤워헤드는 플레넘 각각에 대해 하나씩, 샤워헤드의 하부측 상에 2 개 패턴들의 가스 분배 홀들을 가질 수도 있다. 이하에 논의된 DPF 예에서, 2 개 패턴들은 일반적으로 서로 45 ° 위상이 다른 (out of phase) 정사각형 패턴들이다 (그리고 정사각형 패턴 각각의 코너부들에서 가스 분배 홀들의 몇몇 예들을 생략하며, 예를 들어, 4×4 서브-패턴 가스 분배 홀들은 패턴 각각의 코너부 각각에서 생략된다). 45 ° 위상이 다른 배열 (arrangement) 은 부분적으로, 예시적인 DPF 샤워헤드 내에 2 개의 가스 분배 플레넘들을 규정하는 다양한 통로들의 내부 레이아웃 내로 수행될 수도 있다. 이는 DPF 샤워헤드 내에서 가스 플로우 통로들의 매우 치밀한 패키징을 허용하고 감소된 가스 분배 홀 피치 (hole pitch) 를 제공하여, 반도체 웨이퍼에 걸친 프로세스 가스의 보다 미세한 입자 분포를 가능하게 한다.
DPF 샤워헤드들은 비동기식, 즉, 프로세스 가스들이 상이한 시간들에 플레넘 각각을 통해 교번적으로 흐르는, 그리고 동기식, 즉, 프로세스 가스들이 두 플레넘들을 통해 동시에 흐르는, 컨텍스트들 (contexts) 모두에서 사용될 수도 있다. 일부 부가적인 예들에서, DPF 샤워헤드는 하나의 플레넘이 이를 통해 계속해서 흐르는 프로세스 가스를 갖는 한편, 다른 플레넘이 교번하는 또는 순환적인 방식으로 이를 통해 흐르는 2 이상의 상이한 가스들을 갖는 하이브리드 방식으로 사용될 수도 있다. 예를 들어, 원자 층 증착 또는 다른 교번하는 프로세스 가스 적용 프로세스들에 적용될 수도 있는 전자의 경우, 전통적인 샤워헤드들과 비교하여 감소된 볼륨의 DPF 샤워헤드는 목표된 양의 프로세스 가스가 웨이퍼로 전달되기 전에 감소된 지연 시간 (lag time) 을 허용할 수도 있어, 가스 도즈 사이클 (dose cycle) 각각의 전체 지속 기간을 감소시킬 수 있다 (그리고 이로써 프로세싱 시간을 감소시키고 / 쓰루풋 (throughput) 을 증가시킴). 예를 들어, 2 개의 프로세스 가스들이 웨이퍼 상에서 바람직한 프로세싱 효과를 달성하기 위해 반응하도록 반도체 웨이퍼 위의 프로세싱 공간 내로 동시에 흐르는 프로세싱 동작들에 적용 가능할 수도 있는 후자의 경우, DPF 샤워헤드의 증가된 동시적 성능 (simultaneity performance) 은 다른 반응 물질이 또한 존재하지 않고 일 반응 물질이 웨이퍼 프로세싱 공간 내에 존재할 기회를 감소시킬 수도 있다. 특히, 본 명세서에 논의된 바와 같은 DPF 샤워헤드들은 2018 년 11 월 14 일 출원된 명칭이 "METHODS FOR MAKING HARD MASKS USEFUL IN NEXT-GENERATION LITHOGRAPHY"인 미국 특허 출원 번호 제 62/767,198 호, 및 2019 년 6 월 28 일 출원된 명칭이 "EUV PHOTORESIST WITH MULTIPLE EUV-ABSORBING ELEMENTS AND VERTICAL COMPOSITION GRADIENT"인 제 62/868,710 호에서 논의된 프로세스들에서 유용할 수도 있으며, 이들 출원 모두는 전체가 참조로서 본 명세서에 인용된다.
도 1은 예시적인 DPF (dual-plenum fractal) 샤워헤드의 등각도를 도시한다; 도 2는 도 1의 예시적인 DPF 샤워헤드의 역 등각도 (reverse isometric view) 를 도시한다. 도 3 및 도 4는 도 1의 동일한 예시적인 DPF 샤워헤드의 상단 평면도 및 하단 평면도를 도시한다.
외형적으로, 도 1의 DPF 샤워헤드 (100) 는 많은 다른 듀얼-플레넘 샤워헤드들과 거의 상이하지 않다-일반적으로 샤워헤드는 형상이 원형이고, 복수의 가스 유입구들, 예를 들어, 제 1 플레넘 유입구 (102) 와, 이 예에서, 상단 표면 상의 복수 (4 개) 의 제 2 플레넘 유입구들 (104), 및 그 하단 표면 상의 가스 분배 홀들, 예를 들어, 제 1 가스 분배 홀들 (106) 및 제 2 가스 분배 홀들 (108) 의 2 개의 홀 패턴들, 예를 들어, 제 1 홀 패턴 (112) 및 제 2 홀 패턴 (114) 을 갖는다. 제 1 홀 패턴 (112) 및 제 2 홀 패턴 (114) 은 모두 일반적으로 직사각형 (또는 보다 정확하게, 정사각형) 어레이의 형태이지만, 2 개의 직사각형 어레이들이 서로 45 ° 위상이 다르게 배향된다는 것을 주의할 것이다. 직사각형 제 1 홀 패턴 (112) 의 일부가 아닌 하나의 부가적인 제 1 가스 분배 홀 (106) 이 또한 있다-이 부가적인 제 1 가스 분배 홀 (106) 은 DPF 샤워헤드 (100) 의 중심에 위치된다. 대부분의 전통적인 샤워헤드들에서, 가스 분배 홀들을 위한 홀 패턴(들)은 통상적으로 일반적인 원형 외측 범위를 갖도록 제한되고, 즉, 홀 패턴(들)은 원형 경계까지 외측으로 연장하고, 미리 결정된 플레넘에 대한 모든 가스 분배 홀들은 그 원형 경계 내에 놓이고 일반적으로 그 경계 내에 고르게 분포된다. 그러나, 예시적인 DPF 샤워헤드에서, 이는 사실이 아니다 (이하에 더 논의된 바와 같이 사실일 수 있지만). 알 수 있는 바와 같이, 제 1 가스 분배 홀들 (106) 및 제 2 가스 분배 홀들 (108) 은 일반적으로 원형 웨이퍼 오버랩 영역 (overlap area) (110) 내에 고르게 분포된다 (이 경우, 웨이퍼 오버랩 영역 (110) 은 프로세싱 동안 DPF 샤워헤드 아래에 통상적으로 위치되는 반도체 웨이퍼와 동일한 크기, 예를 들어, 직경이 300 ㎜로 사이징된다 (예를 들어, 이런 균일한 홀 분포는 예를 들어, 프로세싱 동안 웨이퍼 주변부까지 그리고 웨이퍼 주변부를 넘어 균일한 가스 분포를 제공하기 위해, 일부 구현 예들에서 훨씬 보다 큰 직경의 원형 영역에 걸쳐 유지될 수도 있지만)). 그러나, 웨이퍼 오버랩 영역 (110) 을 넘어 연장하는 제 1 홀 패턴 (112) 및 제 2 홀 패턴 (114) 모두의 부분들이 있다. 웨이퍼 오버랩 영역 (110) 외부에 놓인 제 1 가스 분배 홀들 (106) 및 제 2 가스 분배 홀들 (108) 은 더 이상 서로에 대해 고르게 분포되지 않는다. 후술의 논의에서 알 수 있는 바와 같이, 예시적인 DPF 샤워헤드에서, 웨이퍼 오버랩 영역 (110) 외부에 놓인 가스 분배 포트들은 DPF 샤워헤드 내의 다양한 층들에 있는 플레넘 각각에 대한 다양한 가스 분배 피처들이 층 각각에 대해 동일한 설계가 되게 하도록 포함된다; 적절한 수정으로, 예를 들어, 이러한 층들에서 DPF 샤워헤드 (100) 의 주변부 근방에서 가변적으로 설계된 가스 분배 피처들의 사용을 통해, DPF 샤워헤드가 웨이퍼 오버랩 영역 (110) 의 외부에 위치된 가스 분배 포트들을 감소시키거나 제거하는 DPF 샤워헤드가 제공될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 이러한 대안적인 구현 예들은 또한 본 개시의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.
예시적인 구현 예에서, 제 1 홀 패턴 (112) 및 제 2 홀 패턴 (114) 에 대한 어레이 간격들 (spacings) d1 및 d2 은 각각 
와 관련되어, d2보다 약 40 ％ 큰 d1을 발생시키는 것이 관찰될 것이다; 다른 구현 예들은 상이한 홀 간격 관계들을 특징으로 할 수도 있다. 이러한 간격의 결과로서, 두 홀 패턴들이 일반적으로 오버랩하는 영역들, 예를 들어, 웨이퍼 오버랩 영역 (110) 내에서, 제 1 가스 분배 홀들 (106) 이 있는 것보다 2 배 많은 제 2 가스 분배 홀들 (108) 이 있다는 것이 또한 명백할 것이다. 예를 들어, 적어도 4 개의 제 1 가스 분배 홀 (106) 위치들 및 적어도 4 개의 제 2 가스 분배 홀 (108) 위치들 (패턴 각각에 대한 축 각각을 따라 적어도 하나의 완전한 패턴 반복을 포함함) 을 포함하는 웨이퍼 오버랩 영역 (110) 내에서 임의의 가장 작은 정사각형 영역을 완전히 취한다면, 그 정사각형 영역 내에 위치된 제 2 가스 분배 홀 (108) 의 1/2의 4 개의 경우들 (instances) 및 제 1 가스 분배 홀 (106) 의 1/4의 4 개의 경우들이 있을 것이고, 따라서 제 2 가스 분배 홀들 (108) 대 제 1 가스 분배 홀들 (106) 은 2 : 1 비가 된다 (다른 구현 예들은 상이한 비, 예를 들어, 1 : 1을 볼 수도 있다). 본 예시적인 DPF 샤워헤드에서, 제 1 가스 분배 홀들 (106) 및 제 2 가스 분배 홀들 (108) 은 동일한 직경을 갖고, 프로세스 가스들이 각각의 유입구들 내로 도입되고 동일한 유입구 압력으로 유지될 때 일반적으로 제 1 가스 분배 홀들 (106) 을 통한 것보다 제 2 가스 분배 홀들 (108) 을 통해 흐르는 프로세스 가스를 2 배 발생시킨다 (두 플레넘들이 아음속 (sub-sonic) 플로우 조건들을 갖는다고 가정하고; 일부 구현 예들의 실제 실행에서, 질량 유량 제어기들을 갖는 제어 시스템들은 플레넘 각각을 통해 전달되는 가스의 동일한 질량 플로우 레이트를 보장하도록 사용될 수도 있으며, 이는 플레넘 각각이 그 대응하는 가스 분배 포트들로부터 상이한 유입구 압력들 및 상이한 유출 속도들을 경험하게 할 수도 있다). 그러나, 다른 구현 예들에서, 제 1 가스 분배 홀들 (106) 및 제 2 가스 분배 홀들 (108) 중 하나 또는 모두의 직경들은 가스 분배 홀들의 모든 세트들을 통해 흐르는 가스들의 잠재적인 플로우 레이트들을 조정하기 위해 제 1 가스 분배 홀들 (106) 이 제 2 가스 분배 홀들보다 크거나 작도록 가변될 수도 있다.
도 5는 도 1의 예시적인 DPF 샤워헤드의 등각 분해도를 도시한다. 이 분해도에서 알 수 있는 바와 같이, DPF 샤워헤드 (100) 는 복수의 상이한 층들 (116) 로 분할될 수도 있고, 층 각각은 상이한 가스 분배 피처들을 갖는다. 이러한 DPF 샤워헤드 (100) 는 예를 들어, 개별 컴포넌트로서 층 각각을 머시닝하거나 (machining) 그렇지 않으면 형성하고 (forming) 이어서 DPF 샤워헤드를 제공하기 위해 다양한 층들을 함께 라미네이팅된 (laminated) 스택으로 본딩하거나 융합함으로써 생성될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 그러나, 다른 구현 예들에서, 다른 기법들이 사용될 수도 있거나 등가의 구조체를 생성할 수도 있고, 예를 들어, 애디티브 제작 (additive manufacturing) 은 예를 들어, 금속, 세라믹, 또는 다른 재료로부터 DPF 샤워헤드 구조체를 "3D 프린팅"하도록 사용될 수도 있다.
이 논의에서, 특정한 층으로부터 "업스트림"인 층에 대한 참조는 DPF 샤워헤드 (100) 의 "상단"에 보다 가까운, 예를 들어, 제 1 플레넘 유입구 (102) 또는 제 2 플레넘 유입구(들) (104) 에 보다 가까운 층으로 이해될 것이다; 특정한 층으로부터 "다운스트림"인 층에 대한 참조는 DPF 샤워헤드 (100) 의 "하단"에 보다 가까운, 예를 들어, 제 1 가스 분배 홀들 (106) 또는 제 2 가스 분배 홀들 (108) 에 보다 가까운 층으로 이해될 것이다. 특정한 층의 "바로 업스트림 (immediately upstream)"인 층에 대한 참조는 그 층에 가장 가까운 업스트림 층을 지칭한다; 특정한 층의 "바로 다운스트림"인 층에 대한 참조는 유사하게 그 층에 가장 가까운 다운스트림 층을 지칭한다. 사람이 임의의 미리 결정된 샤워헤드를 임의의 층들로 임의로 분할할 수 있지만, 본 출원에서 "층"의 사용은 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같은 층들을 지칭하는 것으로 이해됨이 또한 이해될 것이며, 예를 들어, 층 각각은 일 측면에 라이저 홀들 (riser holes) (또는 가스 분배 홀들) 을 갖고 다른 측면에 가스 플로우 통로들/플레넘들을 갖고, 그리고 층의 라이저 포트/가스 분배 홀 각각은 가스 플로우 통로들 중 하나에서 종결된다 (이에 대한 예외는 제 1 플레넘 유입구 (102) 및 제 2 플레넘 유입구(들) (104) 의 형태로, 그것을 통해 라이저 홀들만을 갖는 유입구 층일 수도 있다).
다양한 층들 (116) 은, 예를 들어, 유입구 층 (118) (층 (116a) 을 포함), 피드 층들 (120) (예를 들어, 층들 (116b 및 116c) 을 포함), 및 프랙탈 층들 (122) (예를 들어, 층들 (116d, 116e, 및 116f) 을 포함) 을 포함할 수도 있다. 유입구 층 (118) 은 예를 들어, 프로세스 가스들이 DPF 샤워헤드 (100) 의 플레넘들, 예컨대 제 1 플레넘 유입구 (102) 및 제 2 플레넘 유입구들 (104) 내로 도입될 수도 있는 쓰루-홀들 (through-holes) 또는 다른 피처들을 포함할 수도 있다.
피드 층들 (120) 은, 예를 들어, 제 1 피드 통로들 (124) 및 제 2 피드 통로들 (126) 을 포함하는 층 (116b) 을 포함할 수도 있고, 통로들은 각각 층 (116b) 내에서, 제 1 플레넘 유입구 (102) 또는 제 2 플레넘 유입구들 (104) 중 하나를 각각 대응하는 제 1 피드 라이저 포트 (138) 또는 제 2 피드 라이저 포트 (140) 와 각각 유체로 연결할 수도 있다. 층 (116b) 의 제 1 피드 라이저 포트들 (138) 및 제 2 피드 라이저 포트들 (140) 은 층 (116b) 의 하단을 통과할 수도 있고 제 1 피드 통로들 (124) 또는 제 2 피드 통로들 (126) 중 하나를 각각 층 (116c) 내의 제 1 피드 플레넘 (130) 또는 제 2 피드 플레넘 (132) 과 각각 유체로 연결할 수도 있다.
피드 층들 (120) 중 하나인 층 (116c) 은 일반적으로 각각 플레넘으로부터 외측으로 연장하는 복수의 피드 스포크 통로들을 갖는 중심 플레넘의 형태를 취하는 복수의 가스 분배 피처들을 가질 수도 있다. 예를 들어, 층 (116c) 은 복수의 제 1 피드 플레넘들 (130) (4 개가 도시되지만, 다른 수들이 또한 사용될 수도 있음-일반적으로 바로 업스트림 층 (116) 내에 제 1 피드 라이저 포트들 (138) 이 있는 만큼 많이 있을 것임) 을 가질 수도 있다. 유사하게, 층 (116c) 은 또한 복수의 제 2 피드 플레넘들 (132) (4 개가 도시되지만, 다른 수들이 또한 사용될 수도 있음-일반적으로 바로 업스트림 층 (116) 내에 제 2 피드 라이저 포트들 (140) 이 있는 만큼 많이 있을 것임) 을 가질 수도 있다.
제 1 피드 플레넘 (130) 각각은 제 1 피드 플레넘 (130) 으로부터 외측으로 방사하는 (radiate outward) 복수의 제 1 피드 스포크 통로들 (134) 을 가질 수도 있고; 제 1 피드 스포크 통로 (134) 각각은 바로 다운스트림 층 (116), 예를 들어, 층 (116d) 으로 이어지는 층 (116c) 내 대응하는 제 1 피드 라이저 포트 (138) 에서 종료될 수도 있다. 유사하게, 제 2 피드 플레넘 (132) 각각은 제 2 피드 플레넘 (132) 으로부터 외측으로 방사하는 복수의 제 2 피드 스포크 통로들 (136) 을 가질 수도 있고; 제 2 피드 스포크 통로 (136) 각각은 바로 다운스트림 층 (116) 으로 이어지는 층 (116c) 내 대응하는 제 2 피드 라이저 포트 (140) 에서 종료될 수도 있다. 층 (116c) 의 제 1 피드 라이저 포트 (138) 및 제 2 피드 라이저 포트 (140) 각각은 일반적으로 바로 다운스트림 층의 대응하는 플레넘 피처 위에 센터링된 위치에 위치될 수도 있다.
피드 플레넘 각각으로부터 방사되는 (radiating out) 피드 스포크 통로들은 피드 스포크 통로들의 기하학적 구조의 변동으로 인해 반드시 동일한 플로우 저항들을 가질 필요는 없을 수도 있다는 것을 주의할 것이다. 이는 나중에 보다 상세히 논의된다.
도 5에 도시된 피드 통로들 및 피드 스포크 통로들 각각은 또한 일반적으로 이들 통로들의 일 단부로부터 다른 단부로 이러한 통로들의 길이를 따라 연장하는 2 개의 내부 지지 벽들 (128) 을 포함한다는 것을 주의할 것이다. 이러한 지지 벽들 (128) (또는 다른 구조체들) 이, 예를 들어, 일부 구현 예들에서 선택 가능하게 (optionally) 포함될 수도 있다. 예를 들어, DPF 샤워헤드 (100) 가 함께 스택되고 이어서 단일의, 융합된, 경화된 세라믹 부품 (part) 을 형성하기 위해 가마에서 소성되는 그린-머시닝된 (green-machined) 세라믹 층들로 이루어진다면, 이러한 통로들의 "상단"을 형성하는 층에 기계적 지지를 제공하기 위해 보다 넓은-폭의 통로들이 하나 이상의 내부 지지 벽들 (128) (또는 다른 지지 구조체들) 을 포함하는 것이 바람직할 수도 있다. 다른 기하 구조들 및/또는 다른 제작 기법들은 이러한 지지 벽들 (128) 을 필요로 하지 않을 수도 있다.
피드 층들 (120) 을 통해 흐르는 후, 프로세스 가스들은 이어서 프랙탈 층들 (122) 내로 지향된다. 프랙탈 층들 (122) 은 일반적으로 플레넘 각각에 대해 동일한, 반복되는 방사상 대칭인 가스 분배 피처들 (또는 이들의 부분들) 을 특징으로 하고, 층의 바로 다운스트림인 층 각각의 방사상 대칭인 가스 분배 피처들은 해당 층의 대응하는 방사상 대칭인 가스 분배 피처들의 스케일 다운된 (scaled-down) 버전들이다. 본 예에서, 일 층의 방사상 대칭인 가스 분배 피처 각각은 바로 업스트림 층의 대응하는 방사상 대칭인 가스 분배 피처로부터 전체 크기가 50 % 이하로 스케일 다운되지만, 다른 구현 예들은 상이한 스케일링 (scaling) 을 활용할 수도 있다. 도 8은 도 5에 도시된 3 개의 프랙탈 층들 (122) 각각으로부터 방사상 대칭인 가스 분배 피처들의 세트들 사이의 크기 비교를 도시한다-방사상 대칭인 가스 분배 피처 세트 각각은 도시된 다른 방사상 대칭인 가스 분배 피처 세트들에 대해 스케일링하여 (to-scale) 도시된다. 방사상 대칭인 가스 분배 피처 세트 각각의 선택된 라이저 포트들의 중심들을 통과하는 일점쇄선들로부터 알 수 있는 바와 같이, 방사상 대칭인 가스 분배 피처 세트 각각의 중심-대-중심 (center-to-center) 라이저 홀 간격은 바로 업스트림 방사상 대칭인 가스 분배 피처 세트와 비교하여 프랙탈 층 (122) 각각에서 50 %만큼 축소된다.
이 특성은 DPF 샤워헤드 내의 플레넘 각각에 대한 가스 분배 통로들에 "프랙탈" 외관을 제공하여 (give), "듀얼-플레넘 프랙탈 샤워헤드"라는 명칭에 의미를 부여한다. 일부 구현 예들에서, 방사상 대칭인 가스 분배 피처 각각의 특정한 서브-피처들은 바로 업스트림 층의 방사상 대칭인 가스 분배 피처의 대응하는 피처로부터 스케일 업되거나 (scaled up) 스케일 다운될 수도 있다는 것을 주의할 것이다. 예를 들어, 예시적인 DPF 샤워헤드 (100) 에서, 미리 결정된 방사상 대칭인 가스 분배 피처에 대한 라이저 포트들 사이의 중심-대-중심 거리는 미리 결정된 방사상 대칭인 가스 분배 피처로부터 바로 업스트림의 방사상 대칭인 가스 분배 피처에 대한 라이저 포트들 사이의 대응하는 중심-대-중심 거리의 50 %이다. 그러나, 스포크 통로 각각의 단면 폭은 바로 업스트림 방사상 대칭인 가스 분배 피처에서 중심-대-중심 간격에 비해 실제로 증가할 수도 있다. 도 9는 이러한 특성들에 대한 추가적인 인사이트 (insight) 를 제공한다. 도 9에서, 하나의 제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처 (146) 및 4 개의 인접한 제 2 방사상 대칭인 가스 분배 피처들 (148) 의 3 세트 (3 개의 프랙탈 층들 (122) 각각으로부터 일 세트) 는 모두 그 각각의 라이저 홀들 사이에 동일한 중심-대-중심 거리들을 갖도록 스케일링되었고 서로 센터링되도록 (centered) 중첩된다. 알 수 있는 바와 같이, 층 (116e) (점선으로 도시됨) 으로부터의 제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처 및 제 2 방사상 대칭인 가스 분배 피처 (146' 및 148') 는 각각 그 대응하는 제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처 및 제 2 방사상 대칭인 가스 분배 피처 (146 및 148) 보다 약간 넓은 (라이저 홀들 사이의 중심-대-중심 거리들에 비해) 스포크 통로들을 특징으로 한다. 유사하게, 층 (116f) (점선으로 도시됨) 으로부터의 제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처 및 제 2 방사상 대칭인 가스 분배 피처 (146＂ 및 148＂) 는 각각 그 대응하는 제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처 및 제 2 방사상 대칭인 가스 분배 피처 (146' 및 148') 보다 약간 넓은 (라이저 홀들 사이의 중심-대-중심 거리들에 비해) 스포크 통로들을 특징으로 한다.
부가적으로, 중심-대-중심 간격에 대해 방사상 대칭인 가스 분배 피처 각각의 제 1 라이저 홀 및 제 2 라이저 홀의 직경들의 크기는 서로로부터 바로 업스트림/바로 다운스트림인 프랙탈 층들의 방사상 대칭인 가스 분배 피처들 사이에서 가변할 수도 있다는 것을 알 수 있다.
일부 구현 예들에서, 하나 이상의 프랙탈 층들 (122) 에 대한 방사상 대칭인 가스 분배 피처들의 일부는 "부분적인 형태 (partial form)"로만 제공될 수도 있으며, 즉, 방사상 대칭인 가스 분배 피처들의 일부만이 존재한다. 예를 들어, 예시적인 DPF 샤워헤드에서 방사상 대칭인 가스 분배 피처들은 +-형상 또는 ×-형상이고, 각각은 허브 플레넘 (hub plenum) 으로부터 외측으로 방사하는 4 개의 스포크 통로들을 갖는다. 이 맥락에서, 부분적 방사상 대칭인 가스 분배 피처는 유사하게 구조화될 수도 있지만, 스포크 통로들 중 하나 또는 두 개가 누락된다.
예를 들어, 층 (116d) 내에, 각각 +-형상 또는 ×-형상인 복수의 제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처들 (146) 및 복수의 제 2 방사상 대칭인 가스 분배 피처들 (148) 이 있다 (그러나, 제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처들 (146) 은 제 2 방사상 대칭인 가스 분배 피처들 (148) 보다 크며, 이는 주의될 것이다-어레이 간격에 대한 이전 논의를 참조). 제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처들 (146) 및 제 2 방사상 대칭인 가스 분배 피처들 (148) 각각은 대응하는 허브 플레넘 및 이로부터 외측으로 방사하는 복수의 스포크 통로들을 갖는다.
도 6은 예시적인 제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처 (146) 를 도시하고, 도 7은 예시적인 제 2 방사상 대칭인 가스 분배 피처 (148) 를 도시한다; 도 6 및 도 7은 동일한 스케일로 도시된다. 알 수 있는 바와 같이, 바로 업스트림 층 (116) 으로부터 제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처 (146) 는 대응하는 제 1 라이저 포트 (162') (또는 일부 예들에서, 제 1 피드 라이저 포트 (138)) 바로 아래에 위치될 수도 있고 유체로 연결될 수도 있는 제 1 허브 플레넘 (158) 을 갖는다. 제 1 허브 플레넘 (158) 은 방사상 대칭인 방식으로 제 1 허브 플레넘 (158) 으로부터 외측으로 방사하는 복수 (이 경우, 4 개) 의 제 1 스포크 통로들 (154) 을 가질 수도 있다. 제 1 스포크 통로 (154) 각각은 대응하는 제 1 라이저 포트 (162) (또는 가장 (the most) 다운스트림 층 (116) 의 경우, 대응하는 제 1 가스 분배 홀 (106)) 에서 종료될 수도 있다.
유사하게, 도 7의 제 2 방사상 대칭인 가스 분배 피처 (148) 는 바로 업스트림 층 (116) 으로부터 대응하는 제 2 라이저 포트 (164') (또는 일부 예들에서, 제 2 피드 라이저 포트 (140)) 바로 아래에 위치될 수도 있고 유체로 연결될 수도 있는 제 2 허브 플레넘 (160) 을 갖는다. 제 2 허브 플레넘 (160) 은 방사상 대칭인 방식으로 제 2 허브 플레넘 (160) 으로부터 외측으로 방사하는 복수 (이 경우, 4 개) 의 제 2 스포크 통로들 (156) 을 가질 수도 있다. 제 2 스포크 통로 (156) 각각은 대응하는 제 2 라이저 포트 (164) (또는 가장 다운스트림 층 (116) 의 경우, 대응하는 제 2 가스 분배 홀 (108)) 에서 종료될 수도 있다.
도 5를 다시 참조하면, 제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처들 (146) 및 제 2 방사상 대칭인 가스 분배 피처들 (148) 은 일반적으로 층 (116d) 의 중심 영역을 점유하지만, 층 (116d) 의 주변부 근방에서, 제 1 부분적 방사상 대칭인 가스 분배 피처들 (142) 및 제 2 부분적 방사상 대칭인 가스 분배 피처들 (144) 이 사용된다는 것이 주의될 것이다. 제 1 부분적 방사상 대칭인 가스 분배 피처들 (142) 각각은 단지 2 개의 제 1 스포크 통로들 (154) 을 갖고, 제 2 부분적 방사상 대칭인 가스 분배 피처들 (144) 각각은 단지 3 개의 제 2 스포크 통로들 (156) 을 갖는다. 이 예에서 남아있는 프랙탈 층들 (122) 은 방사상 대칭인 가스 분배 피처들만을 특징으로 하고 어떤 부분적인 방사상 대칭인 가스 분배 피처들도 특징으로 하지 않지만, 다른 구현 예들은 또한 다른 프랙탈 층들 (122) 에 부분적 방사상 대칭인 가스 분배 피처들을 포함할 수도 있다.
이전 도면들이 예시적인 DPF 샤워헤드 (100) 의 구조를 명확하게 전달하지만, 도 10 내지 도 15는 또한 도 1의 예시적인 듀얼-플레넘 프랙탈 샤워헤드의 층들 (116a 내지 116f) 의 평면도들을 도시하도록 제공된다. 이들 도면들은 이전 도면들과 다소 중복되지만, 부가적인 명확성을 제공할 수도 있고, 특히 후술의 논의에서 참조될 수도 있다.
부분적 방사상 대칭인 가스 분배 피처들의 사용은 특정한 완화 조치들 (measures) 이 취해지지 않는 한 도시된 것과 같은 DPF 샤워헤드에서 플로우 불균형들을 발생시킬 수도 있다. 예를 들어, 동일한 양의 프로세스 가스가 방사상 대칭인 가스 분배 피처의 허브 플레넘 각각에 대응하는 부분적 방사상 대칭인 가스 분배 피처에 대해서와 동일한 가스 플로우 레이트로 제공된다면, 부분적 방사상 대칭인 가스 분배 피처에 대한 라이저 포트들은 방사상 대칭인 가스 분배 피처에 대한 라이저 포트들과 비교하여 증가된 가스 플로우 레이트를 볼 것이다-이는 방사상 대칭인 가스 분배 피처와 비교하여 부분적 방사상 대칭인 가스 분배 피처에 대해 보다 적은 스포크 통로들 및 대응하는 라이저 포트들이 있기 때문이다. 따라서 방사상 대칭인 가스 분배 피처에 대한 라이저 포트들과 비교하여 부분적 방사상 대칭인 가스 분배 피처에 대한 라이저 포트들에 대한 총 단면적은 보다 적고, 가스의 보다 큰 볼륨이 방사상 대칭인 가스 분배 피처의 라이저 포트 각각을 통한 것과 비교하여 부분적 방사상 대칭인 가스 분배 피처의 라이저 포트 각각을 통해 흐르게 한다. 이는 부분적 방사상 대칭인 가스 분배 피처로부터 가스가 제공되는 후속하는 층들 (116) 내의 다운스트림인 방사상 대칭인 가스 분배 피처들이 방사상 대칭인 가스 분배 피처로부터 가스가 제공되는 동일한 다운스트림 층들의 방사상 대칭인 가스 분배 피처들과 비교하여 불균형인 양의 가스를 수용하게 하기 때문에 바람직하지 않다. 나중에, 이는 결국 가스 분배 홀들을 통한 불균일한 가스 전달을 야기할 것이다.
이러한 효과들을 완화하거나 방지하기 위해, 피드 라이저 포트로부터 바로 다운스트림 부분적 방사상 대칭인 가스 분배 피처로 프로세스 가스를 제공하는 피드 통로는 동일한 피드 라이저 포트로부터 바로 다운스트림 방사상 대칭인 가스 분배 피처에 프로세스 가스를 제공하는 피드 통로보다 긴 길이를 갖도록 설계될 수도 있다. 예를 들어, 도 12에서, 제 1 피드 플레넘들 (130) 각각으로부터 방사되는 3 개의 제 1 피드 스포크 통로들 (134) 중 2 개는 제 1 피드 플레넘들 (130) 의 각각으로부터 방사되는 나머지 제 1 피드 스포크 통로 (134) 보다 길이가 대략 2 배라는 것을 알 수 있다; 이 증가된 길이는 이들 제 1 피드 스포크 통로들 (134) 의 플로우 저항 (flow resistance) 을 증가시켜, 이들 제 1 피드 스포크 통로들 (134) 의 단부들에 위치된 제 1 피드 라이저 포트들 (138) 로의 플로우 레이트로 하여금 제 1 피드 플레넘 (130) 각각으로부터 방사하는 나머지 제 1 피드 스포크 통로 (134) 를 위한 제 1 피드 라이저 포트들 (138) 로서 플로우 레이트의 대략 절반을 경험하게 한다. 유사하게, 제 2 피드 플레넘 (132) 각각으로부터 방사하는 4 개의 제 2 피드 스포크 통로들 (136) 중 하나는 플레넘 (132) 으로부터 방사하는 다른 제 2 피드 스포크 통로들 (136) 과 비교하여 증가된 길이를 갖는다; 이는 유사한 효과를 갖고 단지 3 개의 스포크들을 갖는 바로 다운스트림 층 상의 부분적 방사상 대칭인 가스 분배 피처들로 하여금 감소된 유체 플로우를 경험하게 할 수도 있어, DPF 샤워헤드 (100) 로부터의 가스 플로우 균일도 (uniformity) 를 촉진한다.
가스가 가스 분배 피처 각각에 도달한 후, 가스 플로우는 일반적으로 바로 다운스트림 층의 가스 분배 피처들의 다음 세트로 전달하기 전에 (또는 가스 분배 포트들을 통해 나가기 전에) 피처에 대한 다양한 스포크 통로들 사이에서 고르게 분할될 수도 있고; 이 재귀적 분할 특성은 샤워헤드의 넓은 영역에 걸쳐 프로세스 가스들을 고르게 분배하는 역할을 한다. 이 예에서, 3 개의 프랙탈 층들 (122) 이 있지만, 보다 많거나 보다 적은 이러한 층들이 가스가 얼마나 미세하게 또는 거칠게 분포되는지에 따라 사용될 수도 있다.
예시적인 DPF 샤워헤드 (100) 에서, 플레넘 각각에 대해 미리 결정된 프랙탈 층 (122) 의 방사상 대칭인 가스 분배 피처들은 서로 45 ° 위상이 다른 통로 축들과 정렬된 스포크 통로들을 갖는다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 도 5의 프랙탈 층 (116d) 에서, 제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처들 (146) 은 제 1 통로 축들 (150) 과 정렬된 제 1 스포크 통로들 (154) 을 갖고 제 2 방사상 대칭인 가스 분배 피처들 (148) 은 제 2 통로 축들 (152) 과 정렬된 제 2 스포크 통로들 (156) 을 갖는다; 알 수 있는 바와 같이, 제 1 통로 축들 (150) 및 제 2 통로 축들 (152) 은 서로 45 ° 위상이 다르다
도 16은 도 1의 예시적인 듀얼-플레넘 프랙탈 샤워헤드 내의 플레넘 볼륨들 중 하나의 추상적 개념의 등각도를 도시한다. 도 17은 도 1의 예시적인 듀얼-플레넘 프랙탈 샤워헤드 내의 플레넘 볼륨들 중 다른 하나의 추상적 개념의 등각도를 도시한다. 도 18은 도 1의 예시적인 듀얼-플레넘 프랙탈 샤워헤드 내의 플레넘 볼륨들 모두의 추상적 개념들의 등각도를 도시한다.
도 16 내지 도 18에서, 프랙탈 층들의 방사상 대칭인 가스 분배 피처 또는 부분적 방사상 대칭인 가스 분배 피처 각각은 바로 업스트림 프랙탈 층의 방사상 대칭인 가스 분배 피처의 허브 플레넘으로부터 방사되는 스포크 통로들 중 하나의 원위 단부에서 라이저 포트와 (또는 피드 층들 (120) 중 하나의 피드 라이저 포트와) 유체로 연결된 허브 플레넘을 갖는다는 것을 쉽게 알 수 있다. 층 각각 내의 플레넘 각각으로부터 방사상 스포크 통로들의 45 ° 위상이 다른 배열로 인해, 각각의 (either) 플레넘에 대해 유입구(들)로부터 임의의 가스 분배 포트들로의 일반적으로 동일한 플로우 저항을 여전히 달성하는 동안 DPF 샤워헤드의 하단 면 상에 가스 분배 홀들의 매우 높은 밀도를 달성하는 것이 또한 가능하다. 예를 들어, 이러한 구성은 다양한 제 2 스포크 통로들 (156) 각각이 2 개의 이웃하는 인접한 제 1 스포크 통로들 (154) 사이의 공간으로 부분적으로 연장하게 하여, 연관된 제 2 라이저 포트들 (164) (또는 층 (116f) 내의 제 2 가스 분배 홀들 (108)) 각각으로 하여금 제 2 라이저 포트에 가장 가까운 2 개의 제 1 라이저 포트들 (162) (또는 제 1 가스 분배 홀들 (106)) 사이의 라인을 따라 중간에 위치되게 한다.
또한, 예시적인 DPF 샤워헤드에서, 웨이퍼 오버랩 영역 (110) 외부에 놓인 다수의 (a number of) 가스 분배 홀들 및/또는 방사상 대칭인 가스 분배 피처들이 있고 이는 따라서 웨이퍼 오버랩 영역 (110) 내에서 방사상 대칭인 가스 분배 피처들 및/또는 가스 분배 홀들로부터 전달된 프로세스 가스는 이러한 프로세스 가스를 웨이퍼로부터 외측으로 그리고 멀어지게 미는 경향이 있기 때문에 일반적으로 실제로는 웨이퍼를 만날 가능성이 결코 없는 프로세스 가스를 제공한다는 것을 또한 주의할 것이다. 이와 같이, 웨이퍼 오버랩 영역 (110) 외부의 가스 분배 홀들로부터 전달된 프로세스 가스는 본질적으로 과잉 또는 폐기된 프로세스 가스로서 보일 수도 있다. 상기 언급된 바와 같이, 일부 구현 예들에서, 웨이퍼 오버랩 영역의 외부에 위치된 가스 분배 홀들은 DPF 샤워헤드에 의해 생성된 (produced) 과잉 또는 폐기 가스의 양을 감소시키거나 제거하도록 수에서 감소되거나 제거될 수도 있다. 그러나, 그렇게 하는 것은 가스 분배 홀들을 통한 가스 플로우가 균일하게 유지되는 것을 보장하는데 사용되는 다양한 방사상 대칭인 가스 분배 피처들 (사실, 이들은 결과적으로 더 이상 "방사상 대칭인 가스 분배 피처들"이라고 합리적으로 고려되지 않을 수도 있음) 의 광범위한 커스터마이제이션 (customization) 를 필요로 할 수도 있다. 웨이퍼 오버랩 영역 (110) 외부에 놓인 방사상 대칭인 가스 분배 피처들 및/또는 가스 분배 홀들을 포함함으로써, 방사상 대칭인 가스 분배 피처 각각에서 발생하는 플로우-분할 (flow-splitting) 은 프랙탈 층들 내의 모든 방사상 대칭인 가스 분배 피처들에 대해 동일하게 유지되어, 프랙탈 층들 (122) 내의 방사상 대칭인 가스 분배 피처들에 대한 복잡한 수정들을 필요로 하지 않고 플레넘 각각에 대한 가스 분배 홀들을 통해 균일한 플로우를 생성하게 된다. 방사상 대칭인 가스 분배 피처들이 전체 크기가 점점 더 축소됨에 따라, 그것들은 사소한 치수 변동들에 점점 더 민감해질 수도 있고, 맞춤화를 통해 방사상 대칭인 가스 분배 피처 각각의 가스 플로우 특성들을 개별적으로 미세-튜닝하는 것을 점점 더 어렵게 만든다는 것을 또한 주의한다. 따라서, 예시적인 DPF 샤워헤드 (100) 에 대해 도시된 방법이 일부 과잉 또는 폐기 가스를 발생시킬 수도 있지만, 웨이퍼에 걸친 결과적인 (resulting) 프로세스 가스 분포는 일반적으로 프랙탈 층들에서 방사상 대칭인 가스 분배 피처들을 맞춤 제작할 필요없이 균일하다.
앞서 주지된 바와 같이, DPF 샤워헤드 (100) 의 하부측 상의 홀 패턴의 일부가 아닌 하나의 가스 분배 홀-중심 홀-이 있다. 이러한 중심 홀은 부가적인 웨이퍼 프로세싱 균일도를 촉진하도록 선택 가능하게 포함될 수도 있고, 예를 들어, 제 1 플레넘 유입구와 유체로 연결될 수도 있다. 필요한 특정한 프로세스 조건들에 따라, 중심 홀을 제 1 플레넘에 대한 다른 가스 분배 홀들과 동일한 크기로 또는 대안적으로, 이들 다른 가스 분배 홀들보다 크거나 작게 사이징하는 (size) 것이 바람직할 수도 있다. 중심 홀이 사용되고 다른 제 1 가스 분배 홀들과 동일한 크기인 구현 예들에서, 중심 홀을 통한 플로우 레이트는, 일부 이러한 구현 예들에서, 제 1 가스 유입구로부터 중심 홀로의 샤워헤드를 통한 플로우 경로 저항을 변경함으로써 수정될 수도 있다; 제 1 플레넘의 다른 제 1 가스 분배 홀들과 동일한 플로우 저항을 가질 필요는 없다.
본 개시가 주로 듀얼-플레넘 프랙탈 샤워헤드에 관한 것이지만, 유사한 원리들이, 예를 들어, 플레넘들 및 연관된 피처들 중 하나를 단순히 생략함으로써 단일-플레넘 프랙탈 샤워헤드 포맷으로 구현될 수도 있다는 것을 또한 주의할 것이다. 이러한 SPF (single-plenum fractal) 샤워헤드들은 또한 본 개시의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.
본 명세서에 논의된 개념들에 따른 DPF (및 SPF) 샤워헤드들은 앞서 논의된 바와 같이, 반도체 프로세싱 동작들에서 사용될 수도 있다. 예를 들어, DPF 또는 SPF 샤워헤드는 도 19의 반도체 프로세싱 챔버 (170) 와 같은 반도체 프로세싱 챔버에서 사용될 수도 있다. 이러한 DPF 또는 SPF 샤워헤드 (100) 는 페데스탈 (172) 에 의해 챔버 (170) 내에 지지될 수도 있는 웨이퍼 (174) 에 걸친 분배를 위해 DPF 또는 SPF 샤워헤드의 유입구들로 프로세스 가스를 전달하기 위한 가스 공급 통로들을 포함할 수도 있는 스템 (stem) (176) 을 통해 챔버 (170) 내에 매달릴 (suspend) 수도 있다.
일부 구현 예들에서, 제어기가 제공될 수도 있다. 제어기는 상기 기술된 예들을 포함할 수도 있는 시스템의 일부일 수도 있고, 이러한 장비로부터 정보를 수신하고 그리고/또는 제어할 수 있도록 다양한 밸브들, 질량 유량 제어기들, 펌프들, 등과 동작 가능하게 연결될 수도 있다. 이러한 시스템들은 프로세싱 툴 또는 툴들, 챔버 또는 챔버들, 프로세싱을 위한 플랫폼 또는 플랫폼들, 및/또는 특정한 프로세싱 컴포넌트들 (웨이퍼 페데스탈, 가스 플로우 시스템 등) 을 포함하는, 반도체 프로세싱 장비를 포함할 수 있다. 이들 시스템들은 반도체 웨이퍼 또는 기판의 프로세싱 전, 프로세싱 동안 및 프로세싱 후 그들의 동작을 제어하기 위해 전자 장치와 통합될 수도 있다. 전자 장치들은 시스템 또는 시스템들의 다양한 컴포넌트들 또는 하위 부분들을 제어할 수도 있는 "제어기"로서 지칭될 수도 있다. 프로세싱 요건들 및/또는 시스템의 타입에 따라, 제어기는 본 명세서에 기술된 DPF 또는 SPF 샤워헤드로와 같은 다양한 가스들의 전달, 온도 설정사항들 (예를 들어, 가열 및/또는 냉각), 압력 설정사항들, 진공 설정사항들, 전력 설정사항들, 플로우 레이트 설정사항들, 유체 전달 설정사항들, 및 위치 및 동작 설정사항을 포함하여, 본 명세서에 개시된 임의의 프로세스들을 제어하도록 프로그래밍될 수도 있다.
일반적으로 말하면, 제어기는 인스트럭션들을 수신하고, 인스트럭션들을 발행하고, 동작을 제어하고, 세정 동작들을 인에이블하고, 엔드 포인트 측정들을 인에이블하는, 등을 하는 다양한 집적 회로들, 로직, 메모리, 및/또는 소프트웨어를 갖는 전자 장치로서 규정될 수도 있다. 집적 회로들은 프로그램 인스트럭션들을 저장하는 펌웨어의 형태의 칩들, 디지털 신호 프로세서들 (digital signal processors; DSPs), 애플리케이션 특정 집적 회로들 (application specific integrated circuits; ASICs) 로서 규정되는 칩들, 및/또는 프로그램 인스트럭션들 (예를 들어, 소프트웨어) 을 실행하는 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 마이크로제어기들을 포함할 수도 있다. 프로그램 인스트럭션들은 반도체 웨이퍼 상에서 또는 반도체 웨이퍼에 대한 특정 프로세스를 실행하기 위한 동작 파라미터들을 규정하는, 다양한 개별 설정사항들 (또는 프로그램 파일들) 의 형태로 제어기로 또는 시스템으로 전달되는 인스트럭션들일 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 동작 파라미터들은 하나 이상의 층들, 재료들, 금속들, 옥사이드들, 실리콘, 실리콘 다이옥사이드, 표면들, 회로들, 및/또는 웨이퍼의 다이들의 제조 동안에 하나 이상의 프로세싱 단계들을 달성하도록 프로세스 엔지니어들에 의해서 규정된 레시피의 일부일 수도 있다.
제어기는, 일부 구현 예들에서, 시스템과 통합되거나, 시스템에 커플링되거나, 이와 달리 시스템에 네트워킹되거나, 또는 이들의 조합으로될 수 있는 컴퓨터에 커플링되거나 이의 일부일 수도 있다. 예를 들면, 제어기는 웨이퍼 프로세싱의 원격 액세스를 가능하게 할 수 있는 팹 (fab) 호스트 컴퓨터 시스템의 전부 또는 일부이거나 "클라우드" 내에 있을 수도 있다. 컴퓨터는 제조 동작들의 현 진행을 모니터링하고, 과거 제조 동작들의 이력을 조사하고, 복수의 제조 동작들로부터 경향들 또는 성능 계측치들을 조사하고, 현 프로세싱의 파라미터들을 변경하고, 현 프로세싱을 따르는 프로세싱 단계들을 설정하고, 또는 새로운 프로세스를 시작하기 위해서 시스템으로의 원격 액세스를 인에이블할 수도 있다. 일부 예들에서, 원격 컴퓨터 (예를 들어, 서버) 는 로컬 네트워크 또는 인터넷을 포함할 수도 있는 네트워크를 통해 프로세스 레시피들을 시스템에 제공할 수 있다. 원격 컴퓨터는 차후에 원격 컴퓨터로부터 시스템으로 전달될 파라미터들 및/또는 설정사항들의 입력 또는 프로그래밍을 인에이블하는 사용자 인터페이스를 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 제어기는 하나 이상의 동작들 동안 수행될 프로세싱 단계들 각각에 대한 파라미터들을 특정하는, 데이터의 형태의 인스트럭션들을 수신한다. 파라미터들은 수행될 프로세스의 타입 및 제어기가 인터페이싱하거나 제어하도록 구성된 툴의 타입에 특정적일 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 상기 기술된 바와 같이, 제어기는 예를 들어, 함께 네트워킹되고 공통 목적, 예컨대 본 명세서에 기술된 프로세스들 및 제어들을 향해 작동하는 하나 이상의 개별 제어기들을 포함함으로써 분산될 수도 있다. 이러한 목적들을 위한 분산형 제어기의 예는 챔버 상의 프로세스를 제어하도록 결합하는 (예를 들어, 플랫폼 레벨에서 또는 원격 컴퓨터의 일부로서) 원격으로 위치된 하나 이상의 집적 회로들과 통신하는 챔버 상의 하나 이상의 집적 회로들일 것이다.
비한정적으로, 예시적인 시스템들은 플라즈마 에칭 챔버 또는 모듈, 증착 챔버 또는 모듈, 스핀-린스 챔버 또는 모듈, 금속 도금 챔버 또는 모듈, 세정 챔버 또는 모듈, 베벨 에지 에칭 챔버 또는 모듈, 물리적 기상 증착 (Physical Vapor Deposition; PVD) 챔버 또는 모듈, 화학적 기상 증착 (Chemical Vapor Deposition; CVD) 챔버 또는 모듈, 원자 층 증착 (atomic layer deposition; ALD) 챔버 또는 모듈, 원자 층 에칭 (atomic layer etch; ALE) 챔버 또는 모듈, 이온 주입 챔버 또는 모듈, 트랙 (track) 챔버 또는 모듈, 및 반도체 웨이퍼들의 제조 및/또는 제작 시에 사용되거나 연관될 수도 있는 임의의 다른 반도체 프로세싱 시스템들을 포함할 수도 있다.
상기 주지된 바와 같이, 툴에 의해서 수행될 프로세스 단계 또는 단계들에 따라서, 제어기는, 반도체 제작 공장 내의 툴 위치들 및/또는 로드 포트들로부터 그리고 툴 위치들 및/또는 로드 포트들로 웨이퍼들의 컨테이너들을 이동시키는 재료 이송 시에 사용되는, 다른 툴 회로들 또는 모듈들, 다른 툴 컴포넌트들, 클러스터 툴들, 다른 툴인터페이스들,인접 툴들, 이웃하는 툴들, 공장 도처에 위치한 툴들, 메인 컴퓨터, 또 다른 제어기, 또는 툴들 중 하나 이상과 통신할 수도 있다.
본 개시의 목적들을 위해, 용어 "유체로 연결한 (fluidically connected)"은 용어 "전기적으로 접속된"이 전기적 접속을 형성하도록 함께 접속되는 컴포넌트들에 대해 사용되는 방법과 유사하게, 유체 연결을 형성하기 위해 서로 연결될 수도 있는, 볼륨들, 플레넘들, 홀들, 등에 대해 사용된다. 용어 "유체로 개재된 (fluidically interposed)"은, 사용되면, 다른 컴포넌트들, 볼륨들, 플레넘들, 또는 홀들 중 하나로부터 컴포넌트들, 볼륨들, 플레넘들, 또는 홀들 중 다른 또는 또 다른 것들로 흐르는 유체가 이들 컴포넌트들, 볼륨들, 플레넘들, 또는 홀들 중 다른 또는 또다른 것들에 도달하기 전 먼저 "유체로 개재된" 컴포넌트를 통해 흐르도록 적어도 두 개의 다른 컴포넌트들, 볼륨들, 플레넘들, 또는 홀들과 유체로 연통하는 컴포넌트, 볼륨, 플레넘, 또는 홀을 지칭하도록 사용될 수도 있다. 예를 들면, 펌프가 저장부와 유출구 사이에 유체로 개재된다면, 저장부로부터 유출구로 흐르는 유체는 유출구에 도달하기 전에 먼저 펌프를 통해 흐를 것이다.
일반적인 용어 "라이저 포트"는 방사상 대칭인 가스 분배 피처 각각에 대한 라이저 포트들을 지칭할 뿐만 아니라 피드 라이저 포트들 및 가스 분배 홀들을 지칭하도록 본 명세서에 사용될 수도 있다는 것이 또한 이해되어야 한다. 따라서, 예를 들어, 가스 분배 홀은 가스 분배 홀로서 뿐만 아니라 라이저 포트로서 또한 기술될 수도 있다. 유사하게, 피드 라이저 포트는 또한 단순히 라이저 포트로 지칭될 수도 있다. 일반적으로 말하면, (샤워헤드가 프로세싱 챔버 내에 설치될 때) DPF 또는 SPF 샤워헤드의 최하부 표면 상의 라이저 포트들은 또한 "가스 분배 홀들"로서 참조될 수도 있다.
본 명세서에서 사용된다면, "하나 이상의 <아이템들>의 <아이템> 각각에 대한", "하나 이상의 <아이템들>의 <아이템> 각각" 등의 문구는 단일-아이템 그룹 및 복수-아이템 그룹들 모두를 포함한다는 것이 이해되어야 하며, 예를 들어, "각각에 대한"이라는 문구는 아이템들의 모집단이 참조되는 모든 아이템들의 각각을 지칭하기 위해 프로그래밍 언어들에서 사용된다는 의미에서 사용된다. 예를 들면, 참조된 아이템들의 모집단이 단일 아이템이면, "각각"은 ("각각"의 사전적 정의들이 흔히 "둘 이상의 것들 중 개개의 것들 (every one of two or more things)"을 지칭하는 용어를 정의한다는 사실에도 불구하고) 그 단일 아이템만을 지칭할 것이고 적어도 2 개의 이 아이템들이 있어야 한다는 것을 암시하지 않는다.
본 개시에서 "층"에 대한 언급은 물리적으로 분리 가능한 층, 예를 들어, 이어서 본딩되거나, 융합되거나, 그렇지 않으면 라미네이팅된 구조체의 또 다른 플라이 (ply) 에 대해 위치가 고정되는 라미네이팅된 구조체내의 플라이, 또는, 보다 일반적으로, 2 개의 기준 표면들 사이에 경계가 있는 구조체의 영역을 지칭할 수도 있고; 이러한 구조체는 함께 어셈블링되거나 본딩된 복수의 컴포넌트들로 구성될 수도 있고, 또는 일부 예들에서, 모놀리식 구조체, 예를 들어, 단일-피스 (single-piece) 구조체일 수도 있는 것이 또한 이해되어야 한다. 예를 들어, 부품이 실제로 물리적으로 분리된 층들을 함께 본딩함으로써 생성되지 않았음에도 불구하고, (대부분의 애디티브 제작된 부품들이 일반적으로 한 번에 하나의 얇은 층으로 프린팅되기 때문에 본질적으로 층 구조를 가지고 있다는 주장이 제기될 수 있지만) 캐스트 (cast) 또는 애디티브 제작된 단일-피스 부품은 여전히 부품의 상이한 "층들" 상에 피처들을 갖는 것으로 간주될 수도 있다. 실제로 라미네이트로서, 즉, 개별 층들로 제작되는 부품의 "층"은 이들 개별 층들 중 하나와 반드시 정렬될 필요는 없을 수도 있다는 것이 또한 인식될 것이다. 예를 들어, 부품의 층은 이러한 개별 층 부품의 일부만, 2 개의 인접한 개별 층 부품들의 부분들, 또는 하나 또는 2 개의 인접하지 않는 개별 층 부품들의 부분들뿐만 아니라 그 사이에 개별적인 층 부분들을 포함하도록 규정될 수도 있다.
Claims (15)
- 반도체 프로세싱 장치에 있어서,
샤워헤드로서,
바디;
제 1 플레넘 유입구;
제 2 플레넘 유입구;
복수의 제 1 가스 분배 홀들 (distribution holes); 및
복수의 제 2 가스 분배 홀들을 포함하는, 상기 샤워헤드를 포함하고,
상기 바디는 복수의 층들을 포함하고,
상기 복수의 층들은 2 개 이상의 프랙탈 층들 (fractal layers) 의 적절한 서브세트를 포함하고, 프랙탈 층 각각은 제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처들 (gas distribution features) 의 세트 및 제 2 방사상 대칭인 가스 분배 피처들의 세트를 포함하고,
제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처 각각은 제 1 허브 플레넘 (hub plenum), 상기 제 1 허브 플레넘에 유체로 연결되고 (fluidically connected) 상기 제 1 허브 플레넘으로부터 외측으로 방사하는 (radiate outward) 복수의 제 1 스포크 통로들 (spoke passage), 및 복수의 제 1 라이저 포트들 (riser ports) 을 포함하고, 제 1 라이저 포트 각각은 상기 제 1 스포크 통로들 중 하나의 원위 단부에 위치되고,
제 2 방사상 대칭인 가스 분배 피처 각각은 제 2 허브 플레넘, 상기 제 2 허브 플레넘에 유체로 연결되고 상기 제 2 허브 플레넘으로부터 외측으로 방사하는 복수의 제 2 스포크 통로들, 및 복수의 제 2 라이저 포트들을 포함하고, 제 2 라이저 포트 각각은 상기 제 2 스포크 통로들 중 하나의 원위 단부에 위치되고, 그리고
상기 프랙탈 층들의 프랙탈 층 각각에 대해,
상기 프랙탈 층의 상기 제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처 각각은 대응하는 상기 제 1 허브 플레넘이 바로 업스트림 (immediately upstream) 층의 제 1 라이저 포트 아래에 위치되도록 위치되고, 그리고
상기 프랙탈 층의 상기 제 2 방사상 대칭인 가스 분배 피처 각각은 대응하는 상기 제 2 허브 플레넘이 상기 바로 업스트림 층의 제 2 라이저 포트 아래에 위치되도록 위치되는, 반도체 프로세싱 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 프랙탈 층들 중 하나는 또한 제 1 부분적 방사상 대칭인 가스 분배 피처들의 세트를 포함하고, 상기 제 1 부분적 방사상 대칭인 가스 분배 피처 각각은 해당 프랙탈 층의 상기 제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처들 중 임의의 피처와 비교하여 제 1 허브 플레넘과 유체로 연결된 보다 적은 수의 제 1 스포크 통로들을 갖는 상기 제 1 허브 플레넘을 갖는, 반도체 프로세싱 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 바디는 상기 제 1 부분적 방사상 대칭인 가스 분배 피처들의 세트를 갖는 상기 프랙탈 층의 바로 업스트림에 피드 (feed) 층을 더 포함하고,
상기 피드 층은 복수의 제 1 피드 플레넘들을 포함하고, 제 1 피드 플레넘 각각은 상기 제 1 피드 플레넘과 유체로 연결된 하나 이상의 제 1 피드 스포크 통로들을 갖고, 상기 제 1 피드 스포크 통로 각각은 제 1 피드 스포크 통로의 원위 단부에 제 1 피드 라이저 포트를 갖고, 제 1 피드 라이저 포트 각각은 상기 피드 층으로부터 바로 다운스트림 (immediately downstream) 인 상기 프랙탈 층의 상기 제 1 허브 플레넘들 중 대응하는 하나 위에 위치되고 유체로 연결되고,
상기 피드 층의 바로 다운스트림인 상기 프랙탈 층에서 상기 제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처들의 제 1 허브 플레넘들과 유체로 연결된 제 1 피드 라이저 포트들을 갖는 상기 제 1 피드 스포크 통로들 각각은 제 1 길이를 갖고, 그리고
상기 피드 층의 바로 다운스트림인 상기 프랙탈 층에서 상기 제 1 부분적 방사상 대칭인 가스 분배 피처들의 제 1 허브 플레넘들과 유체로 연결된 제 1 피드 라이저 포트들을 갖는 상기 제 1 피드 스포크 통로들은 각각 상기 제 1 길이보다 긴 길이들을 갖는, 반도체 프로세싱 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 부분적 방사상 대칭인 가스 분배 피처들의 세트를 갖는 상기 프랙탈 층은 또한 제 2 부분적 방사상 대칭인 가스 분배 피처들의 세트를 포함하고, 제 2 부분적 방사상 대칭인 가스 분배 피처 각각은 해당 프랙탈 층의 상기 제 2 방사상 대칭인 가스 분배 피처들 중 임의의 피처와 비교하여 보다 적은 수의 제 2 스포크 통로들을 갖는 제 2 허브 플레넘을 갖는, 반도체 프로세싱 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 바디는 상기 제 1 부분적 방사상 대칭인 가스 분배 피처들의 세트 및 상기 제 2 부분적 방사상 대칭인 가스 분배 피처들의 세트를 갖는 상기 프랙탈 층의 바로 업스트림에 피드 층을 더 포함하고,
상기 피드 층은 복수의 제 1 피드 플레넘들 및 복수의 제 2 피드 플레넘들을 포함하고, 제 1 피드 플레넘 각각은 제 1 피드 플레넘과 유체로 연결된 하나 이상의 제 1 피드 스포크 통로들을 갖고, 제 2 피드 플레넘 각각은 제 2 피드 플레넘과 유체로 연결된 하나 이상의 제 2 피드 스포크 통로들을 갖고, 제 1 피드 스포크 통로 각각은 제 1 피드 스포크 통로의 원위 단부에 제 1 피드 라이저 포트를 갖고, 제 2 피드 스포크 통로 각각은 제 2 피드 스포크 통로의 원위 단부에 제 2 피드 라이저 포트를 갖고, 제 1 피드 라이저 포트 각각은 상기 피드 층으로부터 바로 다운스트림인 상기 프랙탈 층의 상기 제 1 허브 플레넘들 중 대응하는 하나 위에 위치되고 유체로 연결되고, 제 2 피드 라이저 포트 각각은 상기 피드 층으로부터 바로 다운스트림인 상기 프랙탈 층의 상기 제 2 허브 플레넘들 중 대응하는 하나 위에 위치되고 유체로 연결되고,
상기 피드 층의 바로 다운스트림인 상기 프랙탈 층에서 상기 제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처들의 제 1 허브 플레넘들과 유체로 연결된 제 1 피드 라이저 포트들을 갖는 상기 제 1 피드 스포크 통로들 각각은 제 1 길이를 갖고,
상기 피드 층의 바로 다운스트림인 상기 프랙탈 층에서 상기 제 1 부분적 방사상 대칭인 가스 분배 피처들의 제 1 허브 플레넘들과 유체로 연결된 제 1 피드 라이저 포트들을 갖는 상기 제 1 피드 스포크 통로들은 각각 상기 제 1 길이보다 긴 길이들을 갖고,
상기 피드 층의 바로 다운스트림인 상기 프랙탈 층에서 상기 제 2 부분적 방사상 대칭인 가스 분배 피처들의 제 2 허브 플레넘들과 유체로 연결된 제 2 피드 라이저 포트들을 갖는 상기 제 2 피드 스포크 통로들은 각각 제 2 길이를 갖고, 그리고
상기 피드 층의 바로 다운스트림인 상기 프랙탈 층에서 상기 제 2 부분적 방사상 대칭인 가스 분배 피처들의 제 2 허브 플레넘들과 유체로 연결된 제 2 피드 라이저 포트들을 갖는 상기 제 2 피드 스포크 통로들은 각각 상기 제 2 길이보다 긴 길이들을 갖는, 반도체 프로세싱 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 프랙탈 층들의 상기 제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처들 각각은 4 개의 제 1 스포크 통로들을 포함하고 그리고 상기 프랙탈 층들의 상기 제 2 방사상 대칭인 가스 분배 피처들은 각각 4 개의 제 2 스포크 통로들을 포함하는, 반도체 프로세싱 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 프랙탈 층들의 적어도 하나의 프랙탈 층의 상기 제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처들 및 상기 제 2 방사상 대칭인 가스 분배 피처들에 대한 상기 제 1 스포크 통로들 및 상기 제 2 스포크 통로들은 각각 동일한 높이에 있는, 반도체 프로세싱 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 프랙탈 층들의 프랙탈 층 각각에 대해,
상기 제 1 스포크 통로들은 각각 2 개의 직교하는 제 1 통로 축들 중 하나와 정렬되고,
상기 제 2 스포크 통로들은 각각 2 개의 직교하는 제 2 통로 축들 중 하나와 정렬되고, 그리고
상기 제 1 통로 축들은 상기 제 2 통로 축들과 45 ° 위상이 다른 (out-of-phase), 반도체 프로세싱 장치. - 제 6 항에 있어서,
바로 업스트림인 프랙탈 층을 갖는 상기 프랙탈 층들 각각에 대해, 해당 프랙탈 층의 상기 제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처들은 각각 상기 바로 업스트림인 프랙탈 층의 상기 제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처들 내의 제 1 라이저 포트들 사이의 대응하는 중심-대-중심 간격들 (center-to-center spacings) 의 50 %인 상기 제 1 방사상 대칭인 가스 분배 피처들의 대응하는 상기 제 1 라이저 포트들 사이의 상기 대응하는 중심-대-중심 간격들을 갖는, 반도체 프로세싱 장치. - 제 6 항에 있어서,
바로 업스트림인 프랙탈 층을 갖는 상기 프랙탈 층들 각각에 대해, 해당 프랙탈 층의 상기 제 2 방사상 대칭인 가스 분배 피처들은 각각 상기 바로 업스트림인 프랙탈 층의 상기 제 2 방사상 대칭인 가스 분배 피처들 내의 제 2 라이저 포트들 사이의 대응하는 중심-대-중심 간격들의 50 %인 상기 제 2 방사상 대칭인 가스 분배 피처들의 대응하는 상기 제 2 라이저 포트들 사이의 상기 대응하는 중심-대-중심 간격들을 갖는, 반도체 프로세싱 장치. - 제 1 항에 있어서,
적어도 3 개의 프랙탈 층들이 있는, 반도체 프로세싱 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 바디는 세라믹 재료로 이루어지는, 반도체 프로세싱 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 바디는 함께 융합되는 세라믹 재료의 복수의 개별 층들로 이루어지는, 반도체 프로세싱 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 바디는 3D 프린팅된 구조체인, 반도체 프로세싱 장치. - 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
프로세싱 챔버; 및
페데스탈을 더 포함하며,
상기 페데스탈은 상기 프로세싱 챔버 내에 위치되고, 그리고
상기 샤워헤드는 상기 페데스탈 위의 상기 프로세싱 챔버 내에 위치되는, 반도체 프로세싱 장치.
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2020
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