KR20160016622A - 방위각 믹서 - Google Patents

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Abstract

반도체 프로세싱 장치의 샤워헤드 스템 튜브 (showerhead stem tube) 와 일렬로 (in-line) 부설될 (plumb) 수도 있는 방위각 믹서 컴포넌트가 제공된다. 방위각 믹서는 스템 튜브와 동축인 주 통로 및 주 통로를 부분적으로 또는 전체적으로 둘러싸는 하나 이상의 플레넘을 포함할 수도 있다. 방사상 통로들의 대응하는 세트들은 플레넘들 각각과 주 통로를 유체적으로 연결할 수도 있다.

Description

방위각 믹서{AZIMUTHAL MIXER}
많은 반도체 제작 프로세스들은 "샤워헤드"를 사용하여 반도체 프로세싱 동작들 동안 반도체 웨이퍼의 표면을 걸쳐 프로세스 가스들을 분배하는 가스 분배 시스템의 사용을 수반한다. 샤워헤드는 통상적으로 웨이퍼가 프로세싱될 때, 동일한 직경, 또는 약간 보다 큰 직경이고, 하나 이상의 내부 플레넘들 및 웨이퍼를 향하는 샤워헤드의 측면 상에 위치되고 또한 내부 플레넘으로 이어지는 많은 수의 작은 포트들을 포함한다. 샤워헤드의 내부 플레넘들 내로 도입되는 가스는 작은 포트들을 통해 내부 플레넘들의 외부로 흐르고 따라서 반도체 웨이퍼를 걸쳐 분배된다. 가스는 통상적으로 하나 이상의 프로세스 가스 소스들과 연결되는 스템 튜브에 의해 샤워헤드의 내부 플레넘들에 도입된다.
일부 구현예들에서, 반도체 프로세싱 가스 분배 시스템에 프로세스 가스들을 공급하기 위한 장치가 제공될 수도 있다. 장치는 주 통로, 주 통로를 실질적으로 둘러싸는 제 1 플레넘, 제 1 유입부, 및 복수의 제 1 방사상 통로들을 포함할 수도 있다. 제 1 유입부는 제 1 플레넘과 유체적으로 연통될 수도 있고 각각의 제 1 방사상 통로는 주 통로와 제 1 플레넘 사이에 걸칠 (span) 수도 있고, 그리고 주 통로와 제 1 플레넘을 유체적으로 연통시킬 수도 있다.
일부 구현예들에서, 제 1 플레넘은 형상에 있어서 환형일 수도 있고 주 통로와 동축인 중심축을 가질 수도 있다.
일부 구현예들에서, 3개의 제 1 방사상 통로들이 있을 수도 있지만, 다른 구현예들에서, 4개 이상의 제 1 방사상 통로들이 있을 수도 있다.
일부 구현예들에서, 복수의 제 1 방사상 통로들은 실질적으로 동일하게 이격된 방식으로 주 통로들 주위에 분배될 수도 있다.
일부 다른 또는 대안적인 이러한 구현예들에서, 장치는 주 통로, 제 1 플레넘, 제 1 유입부, 및 복수의 제 1 방사상 통로들을 포함하는 매니폴드 블록을 더 포함할 수도 있다. 이러한 구현예들에서, 장치는 또한 가스 분배 샤워헤드 및 스템 튜브를 포함할 수도 있고 스템 튜브는 매니폴드 블록과 가스 분배 샤워헤드 사이에 개재될 수도 있다.
장치의 일부 구현예들에서, 장치는 주 통로, 제 1 플레넘, 제 1 유입부, 및 복수의 제 1 방사상 통로들을 포함하는 매니폴드 블록, 뿐만 아니라 가스 분배 샤워헤드 및 스템 튜브를 더 포함할 수도 있다. 스템 튜브는 제 1 부분 및 제 2 부분을 포함할 수도 있고, 매니폴드 블록은 제 1 부분과 제 2 부분 사이에 위치될 수도 있고, 제 1 부분의 제 1 단부는 주 통로의 제 1 단부와 맞물릴 수도 있고 주 통로의 제 1 단부와 유체적으로 연통될 수도 있고, 제 2 부분의 제 1 단부는 주 통로의 제 1 단부에 반대편의 주 통로의 제 2 단부와 맞물릴 수도 있고 주 통로의 제 2 단부와 유체적으로 연통될 수도 있고, 그리고 제 2 부분의 제 2 단부는 가스 분배 샤워헤드와 연결되도록 구성될 수도 있다.
일부 이러한 구현예들에서, 제 1 부분은 90도 벤드 (bend) 를 포함할 수도 있고 그리고 주 통로와 제 2 부분은 실질적으로 서로 동축일 수도 있다. 일부 다른 이러한 구현예들에서, 제 2 부분은 90도 벤드를 포함할 수도 있고 그리고 주 통로와 제 1 부분은 실질적으로 서로 동축일 수도 있다.
장치의 일부 구현예들에서, 장치는 주 통로를 실질적으로 둘러싸는 제 2 플레넘, 제 2 플레넘과 유체적으로 연통된 제 2 유입부, 및 복수의 제 2 방사상 통로들로서, 제 2 방사상 통로 각각은 주 통로와 제 2 플레넘 사이에 걸치고, 그리고 주 통로와 제 2 플레넘을 유체적으로 연통시키는, 복수의 제 2 방사상 통로들을 더 포함할 수도 있다.
장치의 일부 이러한 구현예들에서, 장치는 주 통로를 실질적으로 둘러싸는 제 3 플레넘, 제 3 플레넘과 유체적으로 연통된 제 3 유입부, 및 복수의 제 3 방사상 통로들로서, 각각의 제 3 방사상 통로는 주 통로와 제 3 플레넘 사이에 걸치고, 그리고 주 통로와 제 3 플레넘을 유체적으로 연통시키는, 복수의 제 3 방사상 통로들을 더 포함할 수도 있다.
장치의 일부 구현예들에서, 제 1 방사상 통로들의 단면적들의 합은 제 1 플레넘의 총 단면적의 1/10 미만일 수도 있고, 각각의 제 1 방사상 통로의 단면적은 제 1 방사상 통로가 이동하는 방향을 따라 방사상 방향에 대해 수직인 평면에 대해 구해질 수도 있고 (evaluate), 그리고 제 1 플레넘의 총 단면적은 주 통로의 중심축과 교차하고, 그리고 주 통로의 중심축과 평행하는 평면에 대해 구해질 수도 있고 그리고 주 통로의 양 측들 상에서 제 1 플레넘의 부분들을 포함한다.
장치의 일부 구현예들에서, 장치는 제 1 블록 및 제 2 블록을 포함하는 매니폴드 블록을 더 포함할 수도 있다. 이러한 구현들에서, 제 1 블록 및 제 2 블록은 서로 인접할 수도 있고, 제 1 방사상 통로들은 제 1 블록 및 제 2 블록의 반대되는 표면들에 의해 형성될 수도 있고, 제 1 플레넘은 제 1 블록 및 제 2 블록의 반대되는 표면들에 의해 형성될 수도 있고, 그리고 제 1 피드-쓰루 (feed-through) 는 제 1 유입부와 제 1 플레넘을 유체적으로 연통할 수도 있다.
장치의 일부 이러한 구현예들에서, 장치는 하나 이상의 추가의 유입부들을 포함할 수도 있고, 각각의 추가의 유입부는 제 1 피드-쓰루가 제 1 플레넘에 도달하기 전에 제 1 피드-쓰루와 유체적으로 연통될 수도 있다. 일부 추가의 이러한 구현예들에서, 제 1 유입부 및 하나 이상의 추가의 유입부들은 주 통로와 평행하게 일렬로 배열될 수도 있고, 그리고 제 1 피드-쓰루는 주 통로에 평행할 수도 있다.
일부 추가의 이러한 구현예들에서, 제 1 유입부와 하나 이상의 추가의 유입부들은, 제 1 플레넘과, 장치가 반도체 프로세싱 가스 분배 시스템의 부분으로서 설치될 때 장치로부터 유출부의 역할을 하는 주 통로의 단부 사이에 위치될 수도 있다.
일부 추가의 구현예들에서, 장치는 제 1 플레넘, 제 1 피드-쓰루, 제 1 유입부들, 하나 이상의 추가의 유입부들, 및 주 통로를 포함하는 매니폴드 블록, 뿐만 아니라 제 1 유입부와 하나 이상의 추가의 유입부들이 매니폴드 블록에 들어가는 매니폴드 블록의 일 측면과는 다른 매니폴드 블록의 적어도 하나의 측면을 따라 매니폴드 블록과 열 접촉하는 히터 메커니즘을 더 포함할 수도 있다. 일부 이러한 구현예들에서, 히터 메커니즘은 사형 (serpentine) 가열 유체 플로우 통로를 포함할 수도 있다.
일부 구현예들에서, 매니폴드 블록은 주 통로와 평행한 방향에서 길이에 있어서 약 7 in 내지 약 9 in이고, 주 통로와 평행한 축과 수직인 방향들에서 2 in2 내지 3 in2일 수도 있고, 그리고 주 통로는 직경에 있어서 약 0.375 in 내지 약 0.75 in이다.
일부 구현예들에서, 각각의 제 1 방사상 통로는 0.0025 in2 내지 0.057 in2인, 제 1 방사상 통로가 이동하는 방사상 방향에 대해 수직인 평면 내에 단면적을 가질 수도 있고, 그리고 제 1 플레넘은 0.21 in2 내지 0.47 in2인, 주 통로의 중심축과 교차하고, 그리고 주 통로의 중심축과 평행하는 평면에 대해 총 단면적을 가질 수도 있다.
일부 추가의 이러한 구현예들에서, 장치는 차례대로 동축 유입부, 동축 통로, 및 주 통로 연장부를 포함할 수도 있는 동축 매니폴드 몸체를 더 포함할 수도 있다. 이러한 구현예들에서, 동축 유입부는 동축 매니폴드 몸체 내에서 동축 통로와 유체적으로 연통될 수도 있고, 동축 유입부 및 동축 통로는 동축 매니폴드 몸체 내에서 주 통로 연장부로부터 유체적으로 분리될 수도 있고, 그리고 주 통로 연장부는 동축 매니폴드 몸체의 외부 표면들과 동축 통로 사이에 개재되는 하나 이상의 유체 플로우 체적부들에 의해 적어도 부분적으로 형성될 수도 있다.
본 명세서에 기술된 주제의 하나 이상의 구현예들의 상세들은 첨부된 도면들 및 이하의 기술에 언급된다. 다른 특징들, 양태들, 및 장점들이 기술, 도면들, 및 청구항들로부터 명백해질 것이다. 이하의 도면들에서 상대적인 치수들은 스케일링된 도면들로 구체적으로 지시되지 않는 한, 스케일대로 도시되지 않을 수도 있다는 것을 주의한다.
본 발명의 이들 및 다른 양태들은 본 명세서의 몇몇 실시예들을 참조하여 기술되고 예시된다.
도 1은 반도체 프로세싱 장치를 위한 예시적인 가스 분배 시스템의 절단 등축도이다.
도 1a는 도 1의 예시적인 가스 분배 시스템의 등축도이다.
도 2는 도 1의 예시적인 가스 분배 시스템을 사용하여 시뮬레이션된 증착 동작으로부터 발생하는 웨이퍼 상의 프로세스 가스의 추정된 질량 분율을 도시한 등고선 선도 (contour plot) 이다.
도 3은 도 1의 예시적인 가스 분배 시스템을 사용하여 시뮬레이션된 증착 동작으로부터 발생하는 3개의 상이한 직경들에서 웨이퍼 주위에서 측정된 웨이퍼에 전달된 프로세스 가스의 추정된 질량 분율을 도시한 도면이다.
도 4a는 방위각 믹서를 특징으로 하는 반도체 프로세싱 장치를 위한 예시적인 가스 분배 시스템의 등축도이다.
도 4b는 도 4a의 예시적인 가스 분배 시스템의 절단 등축도이다.
도 4c는 도 4a 및 도 4b의 방위각 믹서를 포함하는 매니폴드 블록의 분해 조립 등축도이다.
도 4ca는 도 4c의 매니폴드 블록의 비분해 조립 등축도이다.
도 4d는 도 4c의 매니폴드 블록의 분해 조립 반전 등축도이다.
도 4da는 도 4d의 매니폴드 블록의 비분해 조립 등축도이다.
도 5a는 샤워헤드 및 스템 튜브에 대한 매니폴드 블록의 하나의 잠재적인 배치의 개략도이다.
도 5b는 샤워헤드 및 스템 튜브에 대한 매니폴드 블록의 또 다른 잠재적인 배치의 개략도이다.
도 5c는 샤워헤드 및 스템 튜브에 대한 또 다른 예시적인 매니폴드 블록의 잠재적인 배치의 개략도이다.
도 6은 도 5b에 도시된 위치와 같은 위치에 배치된 도 4c 내지 도 4d의 매니폴드 블록을 사용하여 시뮬레이션된 증착 동작으로부터 발생하는 3개의 상이한 직경들에서 웨이퍼 상의 프로세스 가스의 질량 분율을 도시하는 도면이다.
도 7은 도 5b에 도시된 위치와 같은 위치에 배치된 도 4c 내지 도 4d의 매니폴드 블록을 사용하여 시뮬레이션된 증착 동작으로부터 발생하는 웨이퍼에 전달된 프로세스 가스의 질량 분율을 도시하는 등고선 선도이다.
도 8은 도 5a에 도시된 위치와 같은 위치에 배치된 도 4c 내지 도 4d의 매니폴드 블록을 사용하여 시뮬레이션된 증착 동작으로부터 발생하는 3개의 상이한 직경들에서 웨이퍼에 전달된 프로세스 가스의 질량 분율을 도시하는 도면이다.
도 9는 방위각 믹서가 없는 스템 튜브 배열과 비교할 때 본 명세서에서 논의된 바와 같은 방위각 믹서를 사용하여 퍼지 시간에서의 향상들을 도시하는 도면이다.
도 10a는 통합된 가열 시스템을 가진 방위각 믹서의 등축도이다.
도 10b는 도 10a의 방위각 믹서의 절단 등축도이다.
도 10ba는 동축 유입부와 교차하고 또한 동축 통로의 중심축에 대해 수직인, 평면 내의 동축 매니폴드 몸체의 개략적인 단면을 도시한다.
도 10c는 도 10a의 방위각 믹서의 분해 조립 절단 등축도이다.
도 10d는 도 10a의 방위각 믹서의 분해 조립 반전 절단 등축도이다.
도 11a 내지 도 11i는 플레넘들, 방사상 통로들, 및 주 통로들의 다양한 상이한 구성들을 통한 단면을 도시한다.
도 12는 멀티-스테이션 반도체 프로세싱 툴의 높은-레벨의 다이어그램을 도시한다.
도 1, 도 4a 내지 도 4d, 및 도 10a 내지 도 10d (도 10ba는 제외함) 는 비록 도면간 스케일이 상이할 수도 있지만, 각각의 도면 내에서 스케일대로 도시된다.
본 명세서에 기술된 주제의 하나 이상의 구현예들의 상세들은 첨부된 도면들 및 이하의 기술에 언급된다. 다른 특징들, 양태들, 및 장점들이 기술, 도면들, 및 청구항들로부터 명백해질 것이다. 이하의 도면들에서 상대적인 치수들은 스케일링된 도면들로 구체적으로 지시되지 않는 한, 스케일대로 도시되지 않을 수도 있다는 것을 주의한다.
웨이퍼 균일성은 고품질 반도체 웨이퍼들의 프로세싱에 있어서 중요한 요인이다. 웨이퍼 프로세싱 동안 웨이퍼에 걸친 가스 분배 균일성, 웨이퍼에 걸친 온도 분배, 웨이퍼에 걸친 압력 불균형, (플라즈마가 사용된다면) 플라즈마 밀도 분배, 미립자들의 존재들을 포함하는 다양한 요인들은 웨이퍼 균일성에 영향을 미칠 수도 있다. 본 출원의 양수인을 포함하는, 다양한 반도체 장비 제조업자들에 의해, 프로세싱된 웨이퍼의 표면에 걸쳐 보다 균일한 방식으로 하나 이상의 유입부들로부터 가스를 분배하는 가스 분배 시스템 샤워헤드들을 설계하는데 있어서 상당한 노력이 투입되어 왔다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "반도체 웨이퍼"는 반도체 재료, 예를 들어, 실리콘으로 제작되는 웨이퍼들, 및 일반적으로 반도체로서 식별되지 않는 재료들, 예를 들어, 에폭시로 제작되지만, 통상적으로 반도체 프로세싱 동안 그 상에 증착된 반도체 재료들을 갖는 웨이퍼들 둘 다를 지칭할 수도 있다. 이 개시에 기술된 장치들 및 방법들은 이로 제한되진 않지만, 200 mm, 300 mm, 및 450 mm 직경의 반도체 웨이퍼들을 포함하는, 복수의 크기들의 반도체 웨이퍼들의 프로세싱에 사용될 수도 있다.
샤워헤드들은 통상적으로 축 방향으로 대칭이 되도록 엔지니어링되고 (engineer) 보통 프로세스 가스들이 샤워헤드의 내부 플레넘 내로 도입되는, 중심에 장착된 유입부를 갖는다. 일부 설계들에서, 샤워헤드는 상이한 유입부에 의해 각각 공급받는, 복수의 내부 플레넘들을 가질 수도 있고 - 이러한 설계들에서, 예를 들어, 유입부들에 대해 동축 피드 배열을 사용함으로써, 샤워헤드 중심축 상에 유입부들을 중심에 두는 것이 여전히 흔하다.
본 발명자들은 균일한 가스 분배를 제공하는 관점에서 샤워헤드가 얼마나 잘 엔지니어링되었는지에 상관없이, 이러한 샤워헤드들이 샤워헤드에 대한 유입부들에서의 가스 분배시 불균일성에 기인하여 층 두께에 있어서 수용 불가능한 불균일성을 여전히 생성할 수도 있다는 것을 인지하였다.
본 발명자들은 도 1에 도시된 가스 분배 시스템과 같은 예시적인 가스 분배 시스템을 검사한 후에 이러한 인지에 도달했다. 도 1은 반도체 프로세싱 장치를 위한 예시적인 가스 분배 시스템의 절단 등축도이다. 도 1a는 도 1의 예시적인 가스 분배 시스템의 등축도이다.
도시된 바와 같이, 가스 분배 시스템 (100) 은 프로세스 챔버 (미도시) 에 대한 리드로서 역할을 할 수도 있는, 샤워헤드 (106) 를 포함하는 몇몇의 컴포넌트들을 포함한다. 이 경우에서, 샤워헤드 (106) 는 복수의 클램프들 (108) 을 사용하여 프로세스 챔버 상의 제자리에 유지될 수도 있다. 스템 튜브 (104) 는 샤워헤드 플레넘 (126) 에 프로세스 가스들을 공급하도록 사용될 수도 있고; 스템 튜브 (104) 는 샤워헤드 (106) 및 가스 소스 (미도시) 에 커플러들 (110) 을 통해 커플링될 수도 있다 (커플러들 (110) 의 부분인 플랜지 피처들 및 시일부들만이 도시되고; 플랜지들은 플랜지들 주위에서 래치될 (latch) 수도 있는 내부 테이퍼진 원주 홈을 가진 스플릿 칼라 클램프 (split collar clamp) (미도시) 에 의해 압축될 수도 있고; 물론, 다른 유형들의 커플러들이 또한 사용될 수도 있고, 또는, 일부 경우들에서, 커플러들이 생략될 수도 있고 그리고 스템 튜브 (104) 는 샤워헤드 (106) 및 용접된, 납땜된, 등의 연결부들을 사용하는 다른 컴포넌트들에 영구적으로 부착될 수도 있다).
도시된 바와 같이, 스템 튜브 (104) 는 3개의 유입부들: 제 1 유입부 (118), 제 2 유입부 (120), 및 제 3 유입부 (122) 를 갖는다. 이 3개의 유입부들 외에, 스템 튜브 (104) 는 또한 스템 피드 유입부 (154) 를 갖는다. 반도체 프로세싱 동작들 동안, 상이한 가스들 및 가스들의 혼합물들은 상이한 레이트들로 이들 유입부들의 일부 또는 전체를 통해 흐를 수도 있다. 예를 들어, 본 발명자들이 연구한 프로세스에서, 1500 sccm의 Ar이 스템 피드 유입부 (154) 를 통해 흐르고, 4750 sccm의 H2가 제 1 유입부 (118) 를 통해 흐르고, 2250 sccm의 Ar이 제 2 유입부 (120) 를 통해 흐르고, 그리고 3400 sccm의 Ar 및 450 sccm의 반응 물질이 제 3 유입부 (122) 를 통해 흐른다.
본 발명자들은 측면-장착된 유입부들, 예를 들어, 제 1 유입부 (118), 제 2 유입부 (120), 및/또는 제 3 유입부 (122) 로부터의 Ar과 같은 고분자량 가스들의 도입이, 스템 튜브의 하나의 측면으로 H2와 같은 저분자량 가스들 및 반응 물질 가스를 밀어넣는다는 것을 인지했다. 본 발명자들은 확산이 시간에 걸쳐 이러한 방위각으로 기울어진 가스 분배로 하여금 궁극적으로 스템 튜브 (104) 내에서 골고루 분배되도록 하는 동안, 스템 튜브 (104) 가 상당히 길어질 필요가 있고, 이는 패키징 관점 및 성능 관점 둘 다에서 바람직하지 않다는 것 (스템 튜브 (104) 가 길어질수록, 샤워헤드에 가스들을 전달하기 위해서 보다 많은 가스가 스템 튜브를 통해 흘러야 함) 을 또한 인지했다.
본 발명자들은 스템 튜브 (104) 내에서 방위각으로 불균일한 가스 분배가 도 1에 도시된 가스 분배 시스템을 사용하여 프로세싱된 웨이퍼 상의 층 두께에 있어서 상당한 불균일성들을 야기할 것임을 알아냈다. 도 2는 도 1의 예시적인 가스 분배 시스템을 사용하여 시뮬레이션된 증착 동작으로부터 발생하는 웨이퍼 상의 프로세스 가스의 추정된 질량 분율을 도시한 등고선 선도이다. 이 분석에서, 웨이퍼 상의 다양한 위치들에 전달되는 반응 물질의 질량 분율은 증착층 두께의 대표로서 간주되고 - 따라서, 웨이퍼에 걸쳐 전달되는 반응 물질의 질량 분율이 상대적으로 균일하게 유지된다면, 증착층 두께는 또한 유사한 균일성을 가져야한다. 도시된 바와 같이, 시뮬레이션은 전달된 반응 물질 질량 분율, 및 따라서 증착된 층의 두께가 방사상으로 그리고 원주 방향으로 상당히 변한다는 것을 나타낸다. 불균일성은 가스가 스템 피드 유입부 (154) 내로 흐르는 (가스는 이 도면에서 좌측으로부터 우측으로 스템 피드 유입부 (154) 내로 흐름) 방향으로부터 시계 방향으로부터 약 80°인 구역에서 최대이다.
논의된 바와 같이, 본 발명자들은 시뮬레이션된 층 증착에 있어서 방사상 불균일성이 있을뿐만 아니라, 또한 원주 방향 불균일성이 있음을 알아냈다. 도 3은 도 1의 예시적인 가스 분배 시스템을 사용하여 시뮬레이션된 증착 동작으로부터 발생하는 3개의 상이한 직경들에서 웨이퍼 주위에서 측정된 웨이퍼에 전달된 프로세스 가스의 추정된 질량 분율을 도시한 도면이다. 도 3에서 일련의 데이터 지점들 각각은 웨이퍼 상의 상이한 직경의 원들을 따라 샘플링된 일련의 지점들을 나타내고; y-축은 데이터 지점 각각에서의 증착 반응 물질의 추정된 질량 분율 (그리고 따라서, 암시적으로 층 두께) 을 나타낸다. 소정 직경의 원을 따른 지점들 모두가 동일한 질량 분율을 갖는다면, 웨이퍼는 소정 직경에서 완벽한 원주 균일성을 가져야 한다. 도시된 바와 같이, 이것은 도 3에 도시된 시뮬레이션된 증착 동작에 대한 경우가 아니다. 100 mm, 196 mm, 및 294 mm 직경들의 웨이퍼 (논의가 되고 있는 웨이퍼는 300 mm임) 의 원주 주위에서 증착된 질량 분율의 상당한 변화가 있다.
본 발명자들은 특정한 방식으로 스템 튜브 내로 프로세스 가스들을 도입하는 것이 상기에 논의된 가스 분배 시스템을 통한 웨이퍼 균일성에 있어서 상당한 향상들을 제공할 수도 있음을 인지하였다. 따라서 본 발명자들은 균일한 가스들이 샤워헤드 플레넘 내로 도입되기 전에 스템 내로 도입되는 프로세스 가스들의 향상된 방위각 혼합을 제공하기 위해 스템 튜브와 일렬로 부설될 수도 있는 "방위각 믹서" 컴포넌트를 생각해왔다.
방위각 믹서 컴포넌트는 혼합될 가스들이 조합되는 지점에서 내부 구조체들이 없는 샤워헤드 스템 내에 신속하고, 균일한 가스 분배를 제공하는데 있어서 특히 적절할 수도 있다. 즉, 방위각 믹서 컴포넌트는 방위각 믹서의 주 통로 내에서 가스 플로우를 바꿀 수도 있는 배플들, 동축 피드 튜브들, 또는 다른 오브젝트들이 없는, 상황들에 특히 적절할 수도 있다 (동축 피드들을 원한다면, 동축 피드들은 도 10a 내지 도 10d에 도시된 구현예에서 나타낸 바와 같이, 방위각 믹서 뒤에 구현될 수도 있다).
도 4a는 방위각 믹서를 특징으로 하는 반도체 프로세싱 장치용 예시적인 가스 분배 시스템의 등축도이다. 도 4a에 도시된 많은 컴포넌트들은 도 1에 대해 사전에 기술된 컴포넌트들과 유사하고, 동일한 마지막 2개의 숫자들을 가진 참조 번호들로 본 명세서에서 지칭된다. 샤워헤드 (406) 및 커플러들 (410) 과 같은, 이들 컴포넌트들은 간결함을 위하여 다시 설명되지 않고, 그리고 독자는 이러한 아이템들에 관한 추가의 상세들에 대해 이러한 컴포넌트들의 사전의 논의로 유도된다.
스템 튜브 (404) 의 세그먼트를 대체하는 매니폴드 블록 (402) 의 존재가 도 4a에 있음을 주의하라. 매니폴드 블록 (402) 은 아래에 더 상세히 논의되는, 방위각 믹서를 포함한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같은 용어 "방위각"은 스템 튜브를 통해 흐르는 가스들의 플로우의 방향 (혼합이 발생하는 지점에서 이러한 가스들의 플로우의 국소적 방향에 대해) 과 일반적으로 수직인 방향들을 지칭함이 이해된다.
도 4b는 도 4a의 예시적인 가스 분배 시스템의 절단 등축도이다. 도시된 바와 같이, 매니폴드 블록 (402) 은 제 1 유입부 (418), 제 2 유입부 (420), 제 3 유입부 (422), 및 스템 피드 유입부 (454) 를 포함한다. 주 통로 (430) 는 매니폴드 블록 (402) 을 통해 이어지고; 주 통로 (430) 는 스템 피드 유입부 (454) 와 스템 튜브 (404) 와 맞물리는 매니폴드 블록 (402) 의 외부 상의 포트 사이에 걸친다. 주 통로 (430) 는 맞물리는 스템 튜브 (404) 의 선형 부분과 실질적으로 동축이고, 예를 들어, 스템 튜브 (404) 의 주 통로 및 선형 부분은 매니폴드 블록 (402) 과 스템 튜브 (404) 를 연결하도록 사용된 피팅들의 허용 오차들이 허용되는 정도로 서로 동축일 수도 있다. 제 1 유입부 (418), 제 2 유입부 (420), 제 3 유입부 (422) 각각은 제 1 플레넘 (412), 제 2 플레넘 (414), 및 제 3 플레넘 (416) 과 각각 유체적으로 연통된다. 용어 "유체적으로 연통된"은 논의 중인 연결부가, 유체들이 아이템들 사이에서 흐를 수도 있도록 따라서 연결되는 것을 나타내도록 본 명세서에서 사용되고, 예를 들어, 이러한 아이템들도 또한 "유체적으로 연통된다".
도 4c는 도 4a 및 도 4b의 방위각 믹서를 포함하는 매니폴드 블록의 분해 조립 등축도이다. 도 4ca는 도 4c의 매니폴드 블록의 비분해 조립 등축도이다. 도 4d는 도 4c의 매니폴드 블록의 분해 조립 반전 등축도이다. 도 4da는 도 4d의 매니폴드 블록의 비분해 조립 등축도이다.
도시된 바와 같이, 매니폴드 블록은 함께 적층되는 복수의 블록들로 구성되고; 블록들은 다양한 유체-플로우 통로들, o-링 홈들, 플레넘들 등을 포함할 수도 있고, 그리고 패스너들 (452) 을 사용하여 함께 패스닝될 (fasten) 수도 있다. 도시된 매니폴드 블록 내에 포함된 방위각 혼합 구조체들이 또한 부품들, 예를 들어, 함께 용접 또는 납땜된 블록들, 사출 성형 또는 주조 등을 사용하여 생성된 컴포넌트들의 다른 구성들을 사용하여 제공될 수도 있음이 이해된다. 이러한 대안적인 구현예들은 또한 본 개시의 범위 내에 있다고 고려된다.
도 4c에서, 4개의 블록들이 있다: 제 1 블록 (432), 제 2 블록 (434), 제 3 블록 (436), 및 제 4 블록 (438). 제 1 블록 내지 제 4 블록 (432, 434, 436, 및 438) 각각은 블록들이 주 통로 (430) 를 형성하도록 함께 적층되고, 라인 업될 때, 블록들을 통하는 보어들을 각각 갖는다.
이 구현예에서, 제 1 블록 (432) 및 제 4 블록 (438) 은 또한 플랜지된 튜브 스템들을 갖는다 (제 1 블록 (432) 에 대해, 이 플랜지된 튜브 스템은 (도 4a에 도시된 바와 같은) 스템 튜브 (404) 또는 가스 소스 (미도시) 와 같은, 다른 컴포넌트들에 대한 커플링을 위한 매니폴드 블록의 외부로 주 통로 (430) 를 연장하는 스템 피드 유입부 (454) 로서 역할을 한다). 물론, 다른 커플링 배열들이 또한 필요할 때 이러한 플랜지된 튜브들 대신에 사용될 수도 있다 (예를 들어, 암 나사형 홀은 수 나사형 피팅이 사용되는 것을 허용하도록 제공될 수도 있음).
제 1 블록 내지 제 4 블록 (432, 434, 436, 및 438) 사이의 각각의 계면은 o-링 또는 다른 적합한 시일링 디바이스일 수도 있는, 시일부 (428) 를 사용하여 각각 시일될 수도 있다. 제 1 블록 내지 제 4 블록 (432, 434, 436, 및 438) 의 일부 또는 전부는 주 통로 (430) 보어를 둘러싸는 환형 채널들을 각각 가질 수도 있고; 이 환형 채널들은 블록들이 조립될 때, 제 1 플레넘 (412), 제 2 플레넘 (414), 및 제 3 플레넘 (416) 을 형성할 수도 있다. 일부 구현예들에서, 하나 이상의 플레넘들은 주 통로를 완전히 둘러쌀 수도 없고, 예를 들어, 플레넘은 C-형상을 가질 수도 있거나, 또는 복수의 보다 작은 플레넘들로 분할될 수도 있다. 이러한 구현예들에서, 플레넘 또는 플레넘들은 실질적으로 주 통로를 둘러쌀 수도 있고, 예를 들어, 주 통로의 원주의 대부분 주위에서, 전부 연장될 수도 있고, 주 통로의 원주의 약 60%, 70%, 80%, 또는 90% 초과만큼 전부 연장될 수도 있다.
이 예에서, 제 2 블록 (434) 및 제 3 블록 (436) 은, (제 2 블록 (434) 내에서) 제 1 유입부 (418) 및 (제 3 블록 (436) 내에서) 제 2 유입부 (420) 및 제 3 유입부 (422) 를 포함한다. 이들 유입부들 각각은 시일부들 (428) 과 주 통로 (430) 사이의 깊이로 주 통로의 중심축과 수직인 방향으로 드릴링되는 홀에 의해 제공될 수도 있다. 따라서 주 통로와 평행한 방향으로 드릴링되는 피드-쓰루 홀은 대응하는 플레넘과 각각의 유입부를 연결할 수도 있다. 예를 들어, 제 1 피드-쓰루 (440) 는 제 1 플레넘 (412) 과 제 1 유입부 (418) 를 유체적으로 연통할 수도 있고, 제 2 피드-쓰루 (442) 는 제 2 플레넘 (414) 과 제 2 유입부 (420) 를 유체적으로 연통할 수도 있고, 그리고 제 3 피드-쓰루 (444) 는 제 3 플레넘 (416) 과 제 3 유입부 (422) 를 유체적으로 연통할 수도 있다.
제 1 플레넘 (412), 제 2 플레넘 (414), 및 제 3 플레넘 (416) 각각은 복수의 방사상 통로들에 의해 주 통로 (430) 와 유체적으로 연통될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 플레넘 (412) 은 복수의 제 1 방사상 통로들 (446) 에 의해 주 통로 (430) 와 유체적으로 연통될 수도 있고, 제 2 플레넘 (414) 은 복수의 제 2 방사상 통로들 (448) 에 의해 주 통로 (430) 와 유체적으로 연통될 수도 있고, 그리고 제 3 플레넘 (416) 은 복수의 제 3 방사상 통로들 (450) 에 의해 주 통로 (430) 와 유체적으로 연통될 수도 있다. 이 예에서, 각각의 플레넘은 8개의 방사상 통로들에 의해 주 통로와 유체적으로 연통된다.
본 예가 각각의 플레넘에 대해 8개의 방사상 통로들을 도시하지만, 보다 많거나 또는 보다 적은 수의 방사상 통로들이 사용될 수도 있음이 이해된다. 일반적으로, 보다 많은 방사상 통로들은 특정한 플레넘과 주 통로를 유체적으로 연통하도록 사용되고, 보다 신속하게 주 통로 내의 가스들이 균일한 분배에 도달할 것이다. 그러나, 다양한 실질적인 고려 사항들은 사용될 수도 있는 방사상 통로들의 최대 수를 제한할 수도 있다. 예를 들어, 소정 플레넘에 대한 방사상 통로들의 (방사상 통로들이 이동함에 따라 반경과 수직인, 즉, 방사상 통로 내의 유체 플로우의 방향과 표면 상으로 수직인 평면 상에서 각각의 방사상 통로에 대해 측정된) 총 단면적을 대응하는 플레넘의 (중심축과 교차하고 중심축과 평행한 평면, 또는 주 통로의 평면의 등가물에 대해 측정된; 이 총 단면적은 주 통로의 양측 상에 있는 플레넘의 부분들을 포함할 수도 있음) 총 단면적의 1/10로 제한하는 것이 유리할 수도 있다. 이러한 기하학적 관계를 유지하는 것은 플레넘 내에서 방사상 통로로부터 방사상 통로로의 균일한 가스 플로우를 촉진할 수도 있다. 이 비를 유지하는데 충분히 낮은 레벨로 방사상 통로들의 총 단면적을 유지하기 위해서, 복수의 방사상 통로들을 제한하는 것이 필수적일 수도 있다. 물론, 또한 방사상 통로들의 크기를 감소시킬 수 있지만 (따라서 방사상 통로의 단면적을 감소시킴), 이것은 플로우 제한 관점으로부터의 문제들을 나타나게 할 수도 있고 또한 머신을 정확하게 동작시키는데 어려울 수도 있다. 각각의 플레넘과 연관된 방사상 통로들의 수는 4 이상일 수도 있고; 2-통로 배열들은 수용 가능한 균일성 결과들을 생성할 것 같지 않고; 그리고 3-통로 배열들은 중요하지 않게 고려된다.
도시된 구현예에서, 방사상 플로우 통로들 모두는 비록 원형, 직사각형, 삼각형 등을 포함하는 다른 단면 형상이 또한 사용될 수 있을지라도, 반원형 단면을 갖는다. 이들 대안적인 구현예들의 일부에서, 2개의 인접한 블록들 내에 위치된 피처들을 사용하여 방사상 통로들을 형성하는 것이 필수적일 수도 있고, 예를 들어, 맞물리는 블록들 상에 위치된 반원형 단면 방사상 통로들은 블록들이 조립될 때 원형 방사상 통로를 형성하도록 서로 정렬될 수도 있다. 유사하게, 이 구현예에서 플레넘들이 하나의 블록의 면과, 환형 채널을 갖는 면과 맞물리는 (mate up) 또 다른 블록의 평평한 면 내의 환형 채널에 의해 형성되지만, 다른 구현예들은 2개의 맞물리는 블록들의 반대되는 표면들 내의 2개의 환형 채널들에 의해, 또는 목표된 플로우 경로들을 제공할 수도 있는 다른 구조체들에 의해 형성된 플레넘들을 특징으로 할 수도 있다.
도시된 구현예에서, 방사상 통로들 전부는 동일한 단면적 및 길이를 갖고, 그리고 각각의 플레넘에 대한 방사상 통로들은 예를 들어, 주 통로 둘레에서 ±10 %만큼 동일하게 이격된 위치들을 벗어나서, 동일하게 이격되거나 또는 실질적으로 동일하게 이격된다. 그러나, 다른 구현예들에서, 각각의 플레넘에 대한 방사상 통로들은 단면 형상/크기, 길이 등에 있어서 상이할 수도 있다. 일부 구현예들에서, 소정 플레넘에 대해 방사상 통로들 사이의 동일한 스페이싱 (spacing) 은, 비록 이러한 방사상 비대칭이 방위각 믹서의 혼합 성능에 부정적으로 영향을 미칠 수 있을지라도 사용되지 않을 수도 있다.
일반적으로 말하자면, 특정한 플레넘과 연관된 방사상 통로들은 주 통로에 대해 동일한 축 위치에 모두 위치될 것이고, 즉, 특정한 플레넘에 대한 방사상 통로들은 일반적으로 주 통로의 축 길이를 따라 스태거링되지 (stagger) 않을 것이다. 따라서, 특정한 플레넘에 대한 방사상 통로들로부터 도입된 가스는 주 통로의 동일한 축 위치에서 복수의 원주 방향으로 위치된 개구들로부터 주 통로 내로 흐를 것이고 주 통로 내에서 동일한 플로우 경로 길이들/혼합 길이들을 실질적으로 갖는다.
스케일의 감각을 일부 제공하기 위해서, 도 4a 내지 도 4d에 도시된 구현예에 대한 치수 값들이 제공된다. (플랜지된 스템들을 뺀) 매니폴드 블록의 총 치수들은 4 in2 곱하기 2.8 in 깊이이다. 제 1 유입부 내지 제 3 유입부 (418, 420, 및 422) 의 유입부 직경들은 각각 약 0.18 in이지만, 주 통로 직경은 ~0.6 in이다. 방사상 통로들의 반경들은 0.05 in이고 (따라서 8개의 방사상 통로들의 각각의 세트는 약 ~0.03 in2의 총 단면적을 가짐), 그리고 플레넘 체적은 약 0.3 in2의 단면적을 갖는다.
도 4a 내지 도 4d의 매니폴드 블록은 양호한 효과를 갖는 다양한 위치들에 배치될 수도 있다. 도 5a는 샤워헤드 및 스템 튜브에 대한 매니폴드 블록의 하나의 잠재적인 배치의 개략도이다. 도 5b는 샤워헤드 및 스템 튜브에 대한 매니폴드 블록의 또 다른 잠재적인 배치의 개략도이다.
도시된 바와 같이, 이들 특정한 구현예들에서, 스템 튜브 (504) 는 스템 튜브의 길이를 따라 대략 중간에서 90도 벤드를 경험한다. 이것은 이 특정한 스템 튜브 (504) 가, 클러스터의 중심에 위치된 매니폴드로부터 적어도 하나의 프로세스 가스들이 모두 공급되는 4개의 샤워헤드들의 정사각형 클러스터를 포함하는 복수-스테이션 반도체 프로세싱 툴에서 사용되도록 설계되기 때문이다. 따라서, 각각의 스템 튜브 (504) 는 샤워헤드 플레넘 (526) 에 가스를 공급하도록 각각의 샤워헤드 (506) 의 중심으로 하향으로 이동하고 90도 돌기 전에 방사 방향으로 중심 매니폴드로부터 외부로 먼저 이동한다. 물론, 직선 스템 튜브들, 단일-스테이션 스템 튜브들 등을 포함하는 다른 스템 튜브 설계들이 또한 사용될 수도 있다.
도시된 바와 같이, 도 5a는 매니폴드 블록 (502) 이 도시된 스템 튜브 (504) 내의 90도 벤드의 "하류에", 즉, 샤워헤드 (506) 와 90도 벤드 사이에 위치되는 배열을 도시한다. 매니폴드 블록 (502) 내의 점선으로 도시된 직사각형 영역은 방사상 통로들을 통해 주 통로 내로 가스들이 도입되는 대략의 구역을 나타내고; 도시된 바와 같이, 가스는 도 5b의 구성에 의해 제공된 길이보다 짧은 혼합 길이부 (562) 를 떠나고, 도 5b에서, 매니폴드 블록 (502) 은 90도 벤드의 상류에 있다. 그러나, 스템 튜브 (504) 내에 균일한 가스 분배를 제공함에 있어서 매니폴드 블록의 효과는, 어느 하나의 위치가 본 발명자들이 모델링한 프로세스에서 허용 가능한 증착 균일성을 제공하기 위해 나타남에 있어서 매우 충분하다. 보다 많은 균일한 혼합을 원한다면, 도 5b에 도시된 바와 같이, 보다 상류의 위치로 매니폴드 블록을 이동시킴으로써 혼합 길이부 (562) 를 증가시키는 것이 필수적일 수도 있다.
도 5c는 샤워헤드 및 스템 튜브에 대한 또 다른 예시적인 매니폴드 블록의 잠재적인 배치의 개략도이다. 이 개시에 나중에 보다 상세히 논의되는 매니폴드 블록의 상이한 설계에 기초한, 이 구현예에서 (도 10a 내지 도 10d 참조), 매니폴드 블록 (502) 은 샤워헤드 (506) 과 직접 연결될 수도 있다. 이것은 물론 대안적인 설계들이 예를 들어, 90도 벤드를 매니폴드 블록 (502) 자체 내로 포함시킴으로써, 혼합 길이부를 증가시키도록 사용될 수도 있을지라도, 혼합 길이부 (562) 에 대한 제한이 있을 수도 있다.
상기에 논의된 바와 같이, 상기에 논의된 매니폴드 블록을 사용하는 가스 분배 시스템들의 시뮬레이션들은 웨이퍼 증착 균일성에서의 급격한 향상을 나타낸다. 도 6은 도 5b에 도시된 위치와 같은 위치에 배치된 도 4c 내지 도 4d의 매니폴드 블록을 사용하여 시뮬레이션된 증착 동작으로부터 발생하는 3개의 상이한 직경들에서 웨이퍼 상의 프로세스 가스의 질량 분율을 도시하는 도면이다.
도시된 바와 같이, 웨이퍼에 걸쳐 시뮬레이션된 프로세스 가스 질량 분율의 거의 완벽한 원주 균일성, 그리고 따라서 암암리에, 100 mm 직경 및 196 mm 직경 둘 다에서의 웨이퍼 증착층 두께는 방위각 믹서의 사용 없이 진행되는 시뮬레이션에서 나타난 원주 균일성에 대한 급격한 향상이 있다 (도 3 참조). 그러나, 웨이퍼 에지 (웨이퍼는 직경에 있어서 300 mm임) 와 매우 근접한 294 mm 직경에서 명백한 원주 불균일성이 여전히 있다. 이것은 에지 효과들이 이러한 불균일성들을 야기할 수 있기 때문에 예상된다. 대다수의 웨이퍼가 거의 완벽한 질량 분율 불균일성을 경험한다는 사실은, 에지에 위치된 불균일성이 스템 튜브 내의 가스 분배 불균일성 외에 일부 다른 요인에 기인한다는 것을 단호히 나타낸다.
도 7은 도 5b에 도시된 위치와 같은 위치에 배치된 도 4c 내지 도 4d의 매니폴드 블록을 사용하여 시뮬레이션된 증착 동작으로부터 발생하는 웨이퍼에 전달된 프로세스 가스의 질량 분율을 도시하는 등고선 선도이다. 도시된 바와 같이, 웨이퍼의 거의 75 %의 표면적은 거의 일정한 질량 분율 등고선 내에 포함되고, 이는 도 2에 나타낸 불균일성과 비교할 때 현저한 향상이다.
도 8은 도 5a에 도시된 위치와 같은 위치에 배치된 도 4c 내지 도 4d의 매니폴드 블록을 사용하여 시뮬레이션된 증착 동작으로부터 발생하는 3개의 상이한 직경들에서 웨이퍼에 전달된 프로세스 가스의 질량 분율을 도시하는 도면이다. 도시된 바와 같이, 100 mm 직경 및 196 mm 직경은, 매니폴드 블록이 샤워헤드와 보다 가까운 하류 위치에 배치될 때에도, 거의 완벽한 원주 균일성을 다시 나타낸다.
증착 가스 전달 동안 웨이퍼에 걸쳐 질량 분율 균일성을 향상시키는 것 외에, 방위각 믹서의 사용은 또한 퍼지 시간을 감소시킬 수 있고, 따라서 프로세스 처리량의 증가를 허용한다. 도 9는 방위각 믹서가 없는 스템 튜브 배열과 비교할 때 본 명세서에서 논의된 바와 같은 방위각 믹서를 사용하여 퍼지 시간에서의 향상들을 도시하는 도면이다. 도시된 바와 같이, 방위각 믹서를 사용하여 (검은 선들), 웨이퍼에서 0.001 미만의 반응 물질 분율로 퍼지하는 시간은 ~1.75 초이고, 반면에, 방위각 믹서 없이, 동일한 레벨로 퍼지하는 시간은 ~2.7 초이며 - 따라서 방위각 믹서의 사용은 이 질량 분율 레벨에서 퍼지 시간의 35 % 감소를 발생시킨다. 웨이퍼에서의 질량 분율이 0.0001 미만의 레벨로 감소된다면, 방위각 믹서의 사용은 ~2.5 초의 퍼지 시간을 요구할 수도 있고, 반면에 방위각 믹서의 사용 없이, 퍼지 시간은 ~4 초일 수도 있다. 이것은 퍼지 시간에 있어서 상당한 향상을 나타내고, 그리고 특히 많은 수의 퍼지 사이클들이 수행되는 프로세스들에서 (원자층 증착 프로세스들에서와 같이), 프로세스 처리량을 크게 향상시킬 수도 있다.
상기 논의가 스템 피드 유입부 외에 (대응하는 플레넘들 및 방사상 통로 어레이들을 가진) 3개의 유입부들을 가진 방위각 믹서에 초점을 맞추지만, 방위각 믹서 내에 포함될 수도 있는, 유입부들, 플레넘들, 및 방사상 통로 어레이들의 수는 도시된 예와 상이할 수도 있다. 예를 들어, 방위각 믹서는 단일 플레넘, 대응하는 방사상 통로 어레이, 및 (스템 피드 유입부와는 다른) 유입부를 가질 수도 있거나, 또는 가스 분배 장치의 스템 튜브 길이에 의해 좌우되는 패키징 제한들 내에서 피팅될 수도 있는 바와 같은 이러한 구조체들의 임의의 수를 가질 수도 있다. 또한, 각각의 플레넘은 상기 예들에서 단일 유입부보다는 하나 이상의 유입부들 (동일하거나 또는 상이한 프로세스 가스들을 공급할 수도 있는) 에 의해 공급될 수도 있다.
이러한 대안적인 구성들은 예를 들어, 가열 또는 냉각 엘리먼트들의 매니폴드 블록 내로의 포함과 같은, 향상된 피처 세트들 및 증가된 성능 능력을 가진 보다 콤팩트한 매니폴드 블록을 허용할 수도 있다. 도 10a는 통합된 가열 시스템을 가진 방위각 믹서의 등축도이다. 도 10b는 도 10a의 방위각 믹서의 절단 등축도이다. 도 10c는 도 10a의 방위각 믹서의 분해 조립 절단 등축도이다. 도 10d는 도 10a의 방위각 믹서의 분해 조립 반전 절단 등축도이다.
도 10a에서 도시된 바와 같이, 매니폴드 블록 (1002), 뿐만 아니라 동축 매니폴드 몸체 (1056) 가 제공된다. 선택적인 동축 매니폴드 몸체 (1056) 는 제 2 프로세스 가스로 하여금, 적어도 이들 프로세스 가스들이 샤워헤드 내로 도입될 때까지 제 1 프로세스 가스 및 제 2 프로세스 가스 사이의 물리적 분리를 유지하는 동안 매니폴드 블록 (1002) 에 의해 제공되는 제 1 프로세스 가스와 평행한 동축 유입부 (1058) 를 통해 샤워헤드 내로 흐르도록 허용하기 위해 사용될 수도 있다 (일부 구현예들에서, 샤워헤드 자체는 이러한 분리를 계속 유지할 수도 있고 제 1 프로세스 가스 및 제 2 프로세스 가스는 제 1 프로세스 가스 및 제 2 프로세스 가스가 샤워헤드로부터 그리고 반도체 웨이퍼 상으로 흐른 후에만 혼합되도록 허용될 수 있음).
매니폴드 블록 (1002) 은 이 개시에서 보다 일찍 논의된 매니폴드 블록 (402) 과는 약간 상이한 설계이다. 예를 들어, 매니폴드 블록 (1002) 은 제 1 유입부 (1018), 제 2 유입부 (1020), 제 3 유입부 (1022), 및 제 4 유입부 (1024) 를 포함한다. 제 1 유입부 (1018), 제 2 유입부 (1020), 제 3 유입부 (1022), 및 제 4 유입부 (1024) 는 도시된 바와 같이 모두 공통면 또는 매니폴드 블록 (402) 의 측면 내 또는 상에 위치될 수도 있고 그리고 선형 어레이로 배열될 수도 있다 (도시된 바와 같이, 동축 유입부 (1058) 를 포함하는 각각의 유입부는 정사각형 홀 패턴의 중심에 있고 - 정사각형 홀 패턴의 홀들은 밸브 블록들 또는 다른 가스 공급 라인 연결 시스템들로 하여금 매니폴드 블록 (1002) 또는 동축 매니폴드 몸체 (1056) 에 부착되도록 허용하기 위해 스레드될 (thread) 수 있음).
도 10b는 절단 뷰를 통해 매니폴드 블록 (1002) 및 동축 매니폴드 몸체 (1056) 의 추가의 상세들을 도시한다. 도시된 바와 같이, 제 1 유입부 (1018), 제 2 유입부 (1020), 제 3 유입부 (1022), 및 제 4 유입부 (1024) 는 주 통로 (1030) 로 평행하게 이동하는, 공통 제 1 피드-쓰루 (1040) 와 모두 유체적으로 연통된다. 제 1 피드-쓰루 (1040) 는 이어서 주 통로 (1030) 를 둘러싸는 환형 채널인, 제 1 플레넘 (1012) 과 유체적으로 연통된다 (제 1 플레넘 (1012) 은 향상된 성능을 원한다면, 보다 일찍 논의된 바와 같은, 제 1 방사상 통로들의 총 단면적들보다 적어도 10 배 큰 제 1 플레넘의 총 단면적을 확립하기 위해서 도시된 크기로부터 증가될 수 있음). 복수의 제 1 방사상 통로들 (1046) 은 주 통로 (1030) 와 제 1 플레넘 (1012) 을 유체적으로 연통한다. 프로세스 가스들은 제 1 유입부 (1018), 제 2 유입부 (1020), 제 3 유입부 (1022), 및 제 4 유입부 (1024) (하얀색 화살표들로 도시된 바와 같음) 의 모두 또는 일부를 통해, 제 1 피드-쓰루 (1040) 를 통해 상향으로, 제 1 플레넘 (1012) 내로, 그리고 이어서 제 1 방사상 통로들 (1046) 을 통해 그리고 주 통로 (1030) 내로 흐를 수도 있고, 제 1 유입부 (1018), 제 2 유입부 (1020), 제 3 유입부 (1022), 및/또는 제 4 유입부 (1024) 에 의해 제공된 가스들은 스템 피드 유입부 (1054) 를 통해 도입된 가스들 (회색 화살표들) 과 혼합될 수도 있다. 혼합된 가스들은 혼합된 가스들이 매니폴드 블록 (1002) 을 나갈 때까지 도시된 방향으로 주 통로 (1030) 의 길이를 따라 흐를 수도 있다. 동축 매니폴드 몸체가 매니폴드 블록 (1002) 의 출구에 부착된다면, 이어서 혼합된 가스들은 동축 매니폴드 몸체를 나가기 전에, 동축으로 위치된 동축 통로 (1060) 주위의 갭 내로 흐를 수도 있다.
이 구현예가 단일 플레넘 및 방사상 통로들의 단일 세트를 특징으로 하지만, 단일 피드-쓰루 통로를 통해 단일 플레넘 내로 모두 공급되는 복수의 유입부들 (스템 피드 유입부 (1054) 외에) 을 갖는다는 사실을 주의하라. 대안적인 구성들은 복수의 피드-쓰루 통로들을 통해 단일 플레넘 내로 공급되는 복수의 유입부들을 수반할 수도 있다. 다양한 유입부들 (스템 피드 유입부 (1054) 와는 다른) 다양한 유입부들에 제공된 가스들이 얼마나 주 통로에 도달하는지와 상관없이, 가스들은 여전히 주 통로와 플레넘을 연결하는 방사상 통로들의 세트를 통해 모두 결국 흘러야 한다. 주 통로 내로의 가스들의 원주 전달은 주 통로 내에서 가스들의 신속하고, 균일한 혼합을 촉진하는 것을 나타낸다.
도 10ba는 동축 유입부 (1058) 와 교차하고 또한 동축 통로 (1060) 의 중심축에 대해 수직인, 평면 내의 동축 매니폴드 몸체 (1056) 의 개략적인 단면을 도시한다. 도 10ba는 스케일대로 도시되지 않고, 그리고 도 2에 도시된 특정한 피처들을 생략할 수도 있다. 그러나, 도시된 바와 같이, 매니폴드 블록 (1002) 으로부터 혼합된 가스는 동축 통로 (1060) 를 둘러싸는 호 형상의 통로들을 통해 흐를 수도 있다. 동축 유입부 (1058) 는 동축 통로 (1060) 가 위치되는 재료를 지지하는 지지 칼럼들 (column) 의 하나 또는 둘 다를 통과할 수도 있다.
매니폴드 블록 (1002) 이 구성되는 방식 때문에, 매니폴드 블록 (1002) 의 4개의 긴 측면들 중 3개의 긴 측면들이 상대적으로 평평하고 그리고 피팅들, 유입부들 등에 의해 정돈된다. 이것은 매니폴드 블록 (1002) 으로 하여금 온도 제어되도록, 가열 또는 냉각 시스템들, 예를 들어, 저항성 히터 플래튼들 (platen), 냉각/가열 유체 도관들 등의 용이한 통합을 허용할 수도 있다. 이것은 매니폴드 블록 (1002) 내의 프로세스 가스들의 응결을 방지하도록 도울 수도 있다.
도시된 구현예에서, 가열 유체 통로 (1066), 뿐만 아니라 가열 유체 포트들 (1064) (하나는 유입부의 역할을 할 수도 있고, 다른 하나는 유출부의 역할을 할 수도 있음) 이 포함된다. 이 경우에, 가열 유체 통로 (1066) 는 사형 (serpentine) 형상으로 굽혀지고 매니폴드 블록 (1002) 의 하나의 측면 내에 대응하는 형상의 채널 내로 놓이는 튜브이다. 일부 구현예들에서, 가열 유체 통로(들) (1066) 는 매니폴드 블록 (1002) 의 내장형 부분일 수도 있고, 예를 들어, 매니폴드 블록 (1002) 내의 밀링된 (milled) 채널 (도시된 사형 채널과 같은) 은 채널 내로의 유체 출구들/입구들만이 유입부/유출부 포트들이도록, 위치되는 유입부/유출부 포트들을 갖는 플레이트로 덮일 수도 있다. 써모커플 또는 다른 온도 센서는 온도 제어기로 하여금, 가열 유체 통로 (1066) (또는 사용된다면, 다른 가열 시스템) 에 의해 매니폴드 블록 (1002) 에 제공되는 가열량을 증가 또는 감소시키도록 온도에 관해 피드백의 일부 형태를 제공하기 위해서 매니폴드 블록 (1002) 내에 임베딩되거나 또는 매니폴드 블록 (1002) 상에 위치될 수도 있다.
도 10a 내지 도 10d의 구현예의 도면들의 스케일의 일부 감각을 제공하기 위해서, 도시된 매니폴드 블록 (1002) 은 길이에 있어서 약 8 in, 및 약 2.5 in2이다. 축 매니폴드 몸체는 길이에 있어서 약 3.2 in이다. 제 1 방사상 통로들 (1046) 은 비록 제 1 플레넘 (1012) 이 약 0.2 in2 내지 약 0.25 in2의 보다 작은 단면일지라도, 매니폴드 블록 (402) 에 대해 보다 일찍 논의된 치수들과 실질적으로 동일하다.
플레넘들 및 방사상 통로들의 다양한 상이한 구성들은 본 명세서에 논의된 방위각 혼합 콘셉트들을 수행하는데 있어서 적합할 수도 있다. 이로 제한되진 않지만, 도 11a 내지 도 11d에 도시된 다양한 구성들이 이들 구성들에 포함된다. 도 11a 내지 도 11i는 플레넘들, 방사상 통로들, 및 주 통로들의 다양한 상이한 구성들을 통해 단면들을 도시한다. 도 11a 내지 도 11i 전부는 도 11a 내지 도 11i를 갖는 종이의 우측 상에 포함된 범례 (legend) 당 컴포넌트들의 크로스-해칭 (cross-hatching) 에 관해 동일한 변환을 사용한다.
도 11a는 매니폴드 블록 (1102) 이 주 통로 (1130) 를 둘러싸는 제 1 플레넘 (1112) 을 갖는, 방위각 믹서 콘셉트의 단면을 도시한다. 제 1 유입부 (1118) 는 제 1 플레넘 (1112) 으로 이어지는, 제 1 피드-쓰루 (1140) 와 교차하도록 충분히 깊이 매니폴드 블록 (1102) 내로 연장된다. 제 1 플레넘 (1112) 내로 도입되는 프로세스 가스들은 복수의 제 1 방사상 통로들 (1146) 을 통해 그리고 주 통로 (1130) 내로 방사상 하향으로 향한다. 이 콘셉트는 상기 예들에서 논의된 방위각 믹서들의 기본 레이아웃과 꽤 유사하다.
도 11b는 2개의 제 1 유입부들 (1118) 및 2개의 제 1 피드-쓰루들 (1140) 이 있고, 이들 둘 다가 동일한 제 1 플레넘 (1112) 으로 가스를 전달하는, 방위각 믹서 콘셉트의 단면을 도시한다. 이 구현예는, 이들 차이점들 외에, 도 11a의 구현예와 유사한 방식으로 동작한다.
도 11c는 제 1 유입부 (1118) 가 제 1 피드-쓰루 (1140) 의 사용 없이 제 1 플레넘 (1112) 으로 직접 이어지는, 방위각 믹서 콘셉트의 단면을 도시한다. 이 구현예는, 이들 차이점들 외에, 도 11a의 구현예와 유사한 방식으로 동작한다.
도 11d는 도 11c의 구현예와 훨씬 유사하게, 제 1 유입부 (1118) 가 제 1 피드-쓰루 (1140) 의 사용 없이 제 1 플레넘 (1112) 으로 직접 이어지는 방위각 믹서 콘셉트의 단면을 도시한다. 그러나, 이 구현예는 또한 제 1 유입부 (1118) 와 제 1 방사상 통로들 (1146) 사이에 배플 벽 (1170) 을 포함하고; 이는 다른 것들 위의 일부 방사상 홀들을 장려하는 방향으로 플레넘 내로 프로세스 가스의 주입에 의해 야기된 방사상 통로들 상의 압력 불균형을 방지 또는 완화할 수도 있다. 이 구현예는, 이들 차이점들 외에, 도 11c의 구현예와 유사한 방식으로 동작한다.
도 11e는 제 1 플레넘 (1112) 이 주 통로 (1130) 를 완전히 둘러싸지 않는, 방위각 믹서 콘셉트의 단면을 도시한다. 이 구현예는, 이들 차이점들 외에, 도 11a의 구현예와 유사한 방식으로 동작한다.
도 11f는 제 1 플레넘 (1112) 이 2개의 분리된 서브-플레넘들로 분할되고, 서브-플레넘 각각은 분리된 제 1 피드-쓰루에 의해 공급되는, 방위각 믹서 콘셉트의 단면을 도시한다. 이 구현예는, 이들 차이점들 외에, 도 11e의 구현예와 유사한 방식으로 동작한다.
도 11g는 제 1 유입부가 2개의 분리된 제 1 피드-쓰루들 (1140) 에 프로세스 가스를 제공하고, 제 1 피드-쓰루 각각은 제 1 플레넘 (1112) 의 분리된 서브-플레넘에 프로세스 가스를 제공하는, 방위각 믹서 콘셉트의 단면을 도시한다. 이 구현예는, 이들 차이점들 외에, 도 11f의 구현예와 유사한 방식으로 동작한다.
도 11h는 제 1 방사상 통로들 (1146) 이 방사상 경로를 사실상 후속하지 않지만, 방사상 경로에 대해 경사지는, 방위각 믹서 콘셉트의 단면을 도시한다. 이 구현예는, 이들 차이점들 외에, 도 11a의 구현예와 유사한 방식으로 동작한다.
도 11i는 제 1 방사상 통로들 (1146) 이 선형은 아니지만, 곡선형이고 또한 주 통로 (1130) 에 도달하기 전에 두 갈래로 나뉘는, 방위각 믹서 콘셉트의 단면을 도시한다. 이 구현예는, 이들 차이점들 외에, 도 11a의 구현예와 유사한 방식으로 동작한다 (제 1 방사상 통로들 (1146) 의 수는 또한 - 비록 도시된 6개의 제 1 방사상 통로들 (1146) 이 주 통로 (1130) 에 도달하기 전에 12개의 제 1 방사상 통로들로 분할될지라도, 적음).
도 11a 내지 도 11i에 도시된 다양한 콘셉트들로부터의 피처들은 원할 때 서로 혼합될 수도 있다. 도시된 바와 같이, 도 11a 내지 도 11i 각각의 제 1 플레넘은, 일부 경우들에서, 제 1 플레넘이 주 통로의 전부 주위에서 연장할 수 없고, 예를 들어, 제 1 플레넘이 C-형상을 가질 수 있거나 또는 복수의 개별 섹션들에 의해 형성될 수 있을지라도, 주 통로를 실질적으로 둘러싼다.
상기의 도면들의 임의의 도면에 도시되진 않았지만, 본 명세서에 기술된 샤워헤드들, 스템 튜브들, 및 매니폴드 블록들은 가스 분배 시스템을 갖는 임의의 반도체 제작 장비 내에 포함될 수도 있다. 이러한 장비는 이러한 가스 분배 시스템들을 갖는 단일 스테이션 또는 복수 스테이션들을 포함할 수도 있다. 매니폴드 블록은 다양한 유입부들에 프로세스 가스들을 제공하도록 매니폴드 블록에 장착된 (또는 매니폴드 블록과 연결된) 복수의 밸브들을 가질 수도 있고; 이러한 밸브들은 각각의 밸브가 개방될 때 및 각각의 밸브가 개방되는데 걸리는 시간을 제어할 수도 있는 제어기를 사용하여 연결될 수도 있다. 이러한 제어기는 또한 매니폴드 블록의 부분인 임의의 가열 또는 냉각 시스템뿐만 아니라 제어기에 피드백을 제공하도록 사용될 수도 있는 임의의 온도 또는 다른 센서들과 연결될 수도 있다. 이러한 제어기는 소정 반도체 프로세스에 프로세스 가스들의 원하는 조합을 제공하기 위해서 밸브들, 가열 (또는 냉각) 엘리먼트들 (사용된다면), 및 임의의 다른 관련 장비를 제어하기 위한 인스트럭션들을 저장하는 메모리 및 하나 이상의 프로세서들을 포함할 수도 있다. 인스트럭션들은 예를 들어, 원하는 매니폴드 블록 온도를 유지하도록 가열 (또는 냉각) 엘리먼트들을 제어하기 위한 인스트럭션들 (이러한 온도들은 추정된 매니폴드 블록 온도에 관한 피드백을 획득하기 위해서 사용될 수도 있는 써모커플들 또는 다른 온도 센서들의 사용을 통해 모니터링될 수도 있음), 뿐만 아니라 매니폴드 블록에 프로세스 가스들의 공급을 제공하기 위한 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 상기에 논의된 바와 같이, 제어기는 통상적으로 장치가 소정의 반도체 제작 프로세스에 필요하다면 프로세스 가스들을 제공하도록, 인스트럭션들을 실행하기 위해 구성된 하나 이상의 프로세서들 및 하나 이상의 메모리 디바이스들을 포함할 수도 있다. 본 개시에 따른 프로세스 동작들을 제어하기 위한 인스트럭션들을 포함하는 머신-판독 가능 매체는 시스템 제어기와 커플링될 수도 있다.
도 12는 복수-스테이션 반도체 프로세싱 툴의 고레벨 다이어그램을 도시한다. 도시된 반도체 프로세싱 툴은 적어도 2개의 반도체 프로세싱 챔버들 (1291) 을 포함하고, 반도체 프로세싱 챔버들 각각은 샤워헤드 (1206) 를 갖는다. 각각의 반도체 프로세싱 챔버들 (1291) 는 또한 웨이퍼 프로세싱 동작들 동안 반도체 프로세싱 챔버들 (1291) 내에 웨이퍼 (1294) 를 지지할 수도 있는 웨이퍼 지지부 또는 페데스탈 (1292) 을 포함한다. 프로세스 가스들은 스템 튜브 (1204) 에 의해 각각의 샤워헤드 (1206) 의 샤워헤드 플레넘 (1226) 에 전달된다. 각각의 스템 튜브 (1204) 는 본 명세서에 기술된 바와 같이, 일렬로 부설된 방위각 믹서를 포함하는 매니폴드 블록 (1202) 을 갖는다. 매니폴드 블록들은 프로세스 가스 소스들 (1286, 1288, 및 1290) 과 같은, 하나 이상의 프로세스 가스 소스들과 연결되는 유입부들을 각각 가질 수도 있다. 스템 튜브들 (1204) 은 각각의 매니폴드 블록 (1202) 의 주 통로에 프로세스 가스(들)를 전달할 수도 있는 제 1 가스 소스 (1284) 와 연결될 수도 있다. 제어기 (1282) 는 예를 들어, 매니폴드 블록 (1202) 에 부착될 수 있는 바와 같이, 밸브들 또는 다른 가스 플로우 제어 디바이스들과 통신 가능하게 연결될 수도 있다.
상기에 기술된 장치/프로세스는 예를 들어, 반도체 디바이스들, 디스플레이들, LED들, 광전 패널들 등의 제작 또는 제조를 위한, 리소그래픽 패터닝 툴들 또는 프로세스들과 함께 사용될 수도 있다. 통상적으로, 필수적이지는 않지만, 이러한 툴들/프로세스들은 공통 제조 시설에서 함께 사용 또는 실시될 것이다. 막의 리소그래픽 패터닝은 통상적으로 다음의 단계들의 일부 또는 전체를 포함하고, 각각의 단계는 복수의 가능한 툴들에 의해 가능하게 된다: (1) 스핀-온 또는 스프레이-온 툴을 사용하여 워크피스 (workpiece), 즉, 기판 상에 포토레지스트를 도포하는 단계; (2) 고온 플레이트 또는 노 또는 UV 경화 툴을 사용하여 포토레지스트를 경화하는 단계; (3) 웨이퍼 스텝퍼와 같은 툴로 가시광선 또는 UV 또는 x-선 광선에 포토레지스트를 노출시키는 단계; (4) 습식 벤치와 같은 툴을 사용하여 레지스트를 선택적으로 제거하여 레지스트를 패터닝하도록 레지스트를 현상하는 단계; (5) 건식 또는 플라즈마-보조 에칭 툴을 사용함으로써 아래에 있는 막 또는 워크피스 내로 레지스트 패턴을 전사시키는 단계; 및 (6) RF 또는 마이크로파 플라즈마 레지스트 스트리퍼와 같은 툴을 사용하여 레지스트를 제거하는 단계.
임의의 특정한 기술된 구현예들의 특징들이 서로 호환할 수 없는 것으로서 분명히 식별되거나 또는 주변 문맥이 상호 배타적이고 그리고 상호보완적이고 그리고/또는 지원하는 의미로 쉽게 결합 가능하지 않음을 암시하지 않는다면, 본 개시의 전체는 이들 상호 보완적인 구현예들의 특정한 특징들이 하나 이상의 포괄적이지만 약간 상이한 기술 해결책들을 제공하기 위해서 선택적으로 결합될 수 있다는 것이 고려되고 구상된다는 것이 또한 이해될 것이다. 따라서 상기 기술이 예의 방식으로써 주어지고 또한 상세에서 수정들이 본 개시의 범위 내에서 행해질 수도 있음이 또한 이해될 것이다.

Claims (21)

  1. 반도체 프로세싱 가스 분배 시스템에 프로세스 가스들을 공급하기 위한 장치로서,
    주 통로;
    상기 주 통로를 실질적으로 둘러싸는 제 1 플레넘;
    상기 제 1 플레넘과 유체적으로 연통된 제 1 유입부; 및
    복수의 제 1 방사상 통로들로서, 제 1 방사상 통로 각각은 상기 주 통로와 상기 제 1 플레넘 사이에 걸치고 (span), 그리고 상기 주 통로와 상기 제 1 플레넘을 유체적으로 연통시키는, 상기 복수의 제 1 방사상 통로들을 포함하는, 프로세스 가스들을 공급하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 플레넘은 환형이고 상기 주 통로는 상기 제 1 플레넘의 중심축과 동축인, 프로세스 가스들을 공급하기 위한 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    3개의 제 1 방사상 통로들이 있는, 프로세스 가스들을 공급하기 위한 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    4개 이상의 제 1 방사상 통로들이 있는, 프로세스 가스들을 공급하기 위한 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 제 1 방사상 통로들은 실질적으로 동일하게 이격된 방식으로 상기 주 통로들 주위에 분배되는, 프로세스 가스들을 공급하기 위한 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주 통로, 상기 제 1 플레넘, 상기 제 1 유입부, 및 상기 복수의 제 1 방사상 통로들을 포함하는 매니폴드 블록;
    가스 분배 샤워헤드; 및
    스템 튜브로서, 상기 매니폴드 블록과 상기 가스 분배 샤워헤드 사이에 개재되는, 상기 스템 튜브를 더 포함하는, 프로세스 가스들을 공급하기 위한 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주 통로, 상기 제 1 플레넘, 상기 제 1 유입부, 및 상기 복수의 제 1 방사상 통로들을 포함하는 매니폴드 블록;
    가스 분배 샤워헤드; 및
    제 1 부분 및 제 2 부분을 포함하는 스템 튜브를 더 포함하고,
    상기 매니폴드 블록은 상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분 사이에 위치되고,
    상기 제 1 부분의 제 1 단부는 상기 주 통로의 제 1 단부와 맞물리고 (mated) 상기 주 통로의 상기 제 1 단부와 유체적으로 연통되고, 그리고
    상기 제 2 부분의 제 1 단부는 상기 주 통로의 상기 제 1 단부 반대편의 상기 주 통로의 제 2 단부와 맞물리고 상기 주 통로의 제 2 단부와 유체적으로 연통되고,
    상기 제 2 부분의 상기 제 2 단부는 상기 가스 분배 샤워헤드와 연결되도록 구성되는, 프로세스 가스들을 공급하기 위한 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 부분은 90도 벤드 (bend) 를 포함하고, 그리고
    상기 주 통로와 상기 제 2 부분은 실질적으로 서로 동축인, 프로세스 가스들을 공급하기 위한 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 부분은 90도 벤드를 포함하고, 그리고
    상기 주 통로와 상기 제 1 부분은 실질적으로 서로 동축인, 프로세스 가스들을 공급하기 위한 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주 통로를 실질적으로 둘러싸는 제 2 플레넘;
    상기 제 2 플레넘과 유체적으로 연통된 제 2 유입부; 및
    복수의 제 2 방사상 통로들로서, 제 2 방사상 통로 각각은 상기 주 통로와 상기 제 2 플레넘 사이에 걸치고, 그리고 상기 주 통로와 상기 제 2 플레넘을 유체적으로 연통시키는, 상기 복수의 제 2 방사상 통로들을 더 포함하는, 프로세스 가스들을 공급하기 위한 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 주 통로를 실질적으로 둘러싸는 제 3 플레넘;
    상기 제 3 플레넘과 유체적으로 연통된 제 3 유입부; 및
    복수의 제 3 방사상 통로들로서, 제 3 방사상 통로 각각은 상기 주 통로와 상기 제 3 플레넘 사이에 걸치고, 그리고 상기 주 통로와 상기 제 3 플레넘을 유체적으로 연통시키는, 상기 복수의 제 3 방사상 통로들을 더 포함하는, 프로세스 가스들을 공급하기 위한 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 방사상 통로들의 단면적들의 합은 상기 제 1 플레넘의 총 단면적의 1/10 미만이고,
    제 1 방사상 통로 각각의 상기 단면적은 상기 제 1 방사상 통로가 이동하는 방향을 따라 방사상 방향에 대해 수직인 평면에 대해 구해지고 (evaluate), 그리고
    상기 제 1 플레넘의 상기 총 단면적은 상기 주 통로의 중심축과 교차하고, 그리고 상기 주 통로의 중심축과 평행하는 평면에 대해 구해지고 그리고 상기 주 통로의 양 측들 상에서 상기 제 1 플레넘의 부분들을 포함하는, 프로세스 가스들을 공급하기 위한 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    제 1 방사상 통로 각각은 0.0025 in2 내지 0.057 in2인, 상기 제 1 방사상 통로가 이동하는 상기 방사상 방향에 대해 수직인 평면 내에 단면적을 갖고, 그리고
    상기 제 1 플레넘은 0.21 in2 내지 0.47 in2인, 상기 주 통로의 중심축과 교차하고, 그리고 상기 주 통로의 중심축과 평행하는 평면에 대해 총 단면적을 갖는, 프로세스 가스들을 공급하기 위한 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 블록 및 제 2 블록을 포함하는 매니폴드 블록을 더 포함하고,
    상기 제 1 블록 및 상기 제 2 블록은 서로 인접하고,
    상기 제 1 방사상 통로들은 상기 제 1 블록 및 상기 제 2 블록의 반대되는 표면들에 의해 형성되고,
    상기 제 1 플레넘은 상기 제 1 블록 및 상기 제 2 블록의 반대되는 표면들에 의해 형성되고,
    제 1 피드-쓰루 (feed-through) 는 상기 제 1 유입부와 상기 제 1 플레넘을 유체적으로 연통시키는, 프로세스 가스들을 공급하기 위한 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    하나 이상의 추가의 유입부들을 더 포함하고, 추가의 유입부 각각은 상기 제 1 피드-쓰루가 상기 제 1 플레넘에 도달하기 전에 상기 제 1 피드-쓰루와 유체적으로 연통되는, 프로세스 가스들을 공급하기 위한 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 유입부 및 상기 하나 이상의 추가의 유입부들은 상기 주 통로와 평행하게 일렬로 배열되고, 그리고
    상기 제 1 피드-쓰루는 상기 주 통로와 평행한, 프로세스 가스들을 공급하기 위한 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 유입부와 상기 하나 이상의 추가의 유입부들은, 상기 장치가 상기 반도체 프로세싱 가스 분배 시스템의 부분으로서 설치될 때 상기 장치로부터의 유출부로서 역할을 하는 상기 주 통로의 단부와 상기 제 1 플레넘 사이에 위치되는, 프로세스 가스들을 공급하기 위한 장치.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 플레넘, 상기 제 1 피드-쓰루, 상기 제 1 유입부들, 상기 하나 이상의 추가의 유입부들, 및 상기 주 통로를 포함하는 매니폴드 블록; 및
    상기 제 1 유입부와 상기 하나 이상의 추가의 유입부들이 상기 매니폴드 블록에 들어가는 상기 매니폴드 블록의 일 측면과는 다른 상기 매니폴드 블록의 적어도 하나의 측면을 따라 상기 매니폴드 블록과 열 접촉하는 히터 메커니즘을 더 포함하는, 프로세스 가스들을 공급하기 위한 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 히터 메커니즘은 사형 (serpentine) 가열 유체 플로우 통로를 포함하는, 프로세스 가스들을 공급하기 위한 장치.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 매니폴드 블록은 상기 주 통로와 평행한 방향에서 길이에 있어서 약 7 in 내지 약 9 in이고, 상기 주 통로와 평행한 축과 수직인 방향들에서 2 in2 내지 3 in2이고, 그리고
    상기 주 통로는 직경에 있어서 약 0.375 in 내지 약 0.75 in인, 프로세스 가스들을 공급하기 위한 장치.
  21. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    동축 매니폴드 몸체를 더 포함하고,
    상기 동축 매니폴드 몸체는,
    동축 유입부;
    동축 통로; 및
    주 통로 연장부를 포함하고,
    상기 동축 유입부는 상기 동축 매니폴드 몸체 내에서 상기 동축 통로와 유체적으로 연통되고,
    상기 동축 유입부 및 상기 동축 통로는 상기 동축 매니폴드 몸체 내에서 상기 주 통로 연장부로부터 유체적으로 분리되고, 그리고
    상기 주 통로 연장부는, 상기 동축 매니폴드 몸체의 외부 표면들과 상기 동축 통로 사이에 개재되는 하나 이상의 유체 플로우 체적부들에 의해, 적어도 부분적으로 형성되는, 프로세스 가스들을 공급하기 위한 장치.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160138911A (ko) * 2015-05-26 2016-12-06 램 리써치 코포레이션 과도현상 방지 샤워헤드
KR20200117941A (ko) * 2016-06-01 2020-10-14 에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이. 균일한 기상 증착을 위한 매니폴드들
US11830731B2 (en) 2019-10-22 2023-11-28 Asm Ip Holding B.V. Semiconductor deposition reactor manifolds

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160147482A (ko) * 2015-06-15 2016-12-23 삼성전자주식회사 가스 혼합부를 갖는 반도체 소자 제조 설비
CN110520730A (zh) * 2017-02-21 2019-11-29 埃吕梅有限公司 诊断系统
CN113196444B (zh) * 2018-12-20 2024-07-02 应用材料公司 用于供应改良的气流至处理腔室的处理空间的方法和设备
US11549183B2 (en) * 2019-05-24 2023-01-10 Applied Materials, Inc. Showerhead with inlet mixer

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020088866A (ko) * 2001-05-22 2002-11-29 삼성전자 주식회사 화학증기증착쳄버의 글로깅 발생을 방지하기 위한개스공급장치
US7017514B1 (en) * 2001-12-03 2006-03-28 Novellus Systems, Inc. Method and apparatus for plasma optimization in water processing
KR20110069851A (ko) * 2008-10-10 2011-06-23 알타 디바이씨즈, 인크. 기상증착을 위한 동심형 샤워헤드
KR20120101165A (ko) * 2008-09-30 2012-09-12 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 성막 장치
KR20130030745A (ko) * 2010-03-12 2013-03-27 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 다중 인젝트를 이용하는 원자 층 증착 챔버

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW283250B (en) * 1995-07-10 1996-08-11 Watkins Johnson Co Plasma enhanced chemical processing reactor and method
TW356554B (en) 1995-10-23 1999-04-21 Watkins Johnson Co Gas injection system for semiconductor processing
TW322602B (ko) 1996-04-05 1997-12-11 Ehara Seisakusho Kk
JP2000514136A (ja) 1996-06-28 2000-10-24 ラム リサーチ コーポレイション 高密度プラズマ化学蒸着装置および方法
US5976261A (en) 1996-07-11 1999-11-02 Cvc Products, Inc. Multi-zone gas injection apparatus and method for microelectronics manufacturing equipment
US5951771A (en) 1996-09-30 1999-09-14 Celestech, Inc. Plasma jet system
US5846330A (en) 1997-06-26 1998-12-08 Celestech, Inc. Gas injection disc assembly for CVD applications
US6143078A (en) 1998-11-13 2000-11-07 Applied Materials, Inc. Gas distribution system for a CVD processing chamber
US6486081B1 (en) 1998-11-13 2002-11-26 Applied Materials, Inc. Gas distribution system for a CVD processing chamber
US6245192B1 (en) 1999-06-30 2001-06-12 Lam Research Corporation Gas distribution apparatus for semiconductor processing
JP3929261B2 (ja) 2000-09-25 2007-06-13 株式会社日立国際電気 基板処理装置および基板処理方法
US20040028810A1 (en) 2000-10-16 2004-02-12 Primaxx, Inc. Chemical vapor deposition reactor and method for utilizing vapor vortex
US20030019428A1 (en) 2001-04-28 2003-01-30 Applied Materials, Inc. Chemical vapor deposition chamber
KR20030001695A (ko) 2001-06-26 2003-01-08 삼성전자 주식회사 고밀도 플라즈마 화학기상증착 챔버의 세정장치 및 그 방법
US20030070620A1 (en) 2001-10-15 2003-04-17 Cooperberg David J. Tunable multi-zone gas injection system
US7780789B2 (en) 2001-10-26 2010-08-24 Applied Materials, Inc. Vortex chamber lids for atomic layer deposition
US20080102208A1 (en) 2001-10-26 2008-05-01 Dien-Yeh Wu Vortex chamber lids for atomic layer deposition
US20080102203A1 (en) 2001-10-26 2008-05-01 Dien-Yeh Wu Vortex chamber lids for atomic layer deposition
JP3861036B2 (ja) 2002-08-09 2006-12-20 三菱重工業株式会社 プラズマｃｖｄ装置
US6884296B2 (en) 2002-08-23 2005-04-26 Micron Technology, Inc. Reactors having gas distributors and methods for depositing materials onto micro-device workpieces
KR100500246B1 (ko) 2003-04-09 2005-07-11 삼성전자주식회사 가스공급장치
JP2009239082A (ja) 2008-03-27 2009-10-15 Tokyo Electron Ltd ガス供給装置、処理装置及び処理方法
US9574268B1 (en) 2011-10-28 2017-02-21 Asm America, Inc. Pulsed valve manifold for atomic layer deposition
KR20160021958A (ko) 2014-08-18 2016-02-29 삼성전자주식회사 플라즈마 처리 장치 및 기판 처리 방법
US9951421B2 (en) 2014-12-10 2018-04-24 Lam Research Corporation Inlet for effective mixing and purging

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020088866A (ko) * 2001-05-22 2002-11-29 삼성전자 주식회사 화학증기증착쳄버의 글로깅 발생을 방지하기 위한개스공급장치
US7017514B1 (en) * 2001-12-03 2006-03-28 Novellus Systems, Inc. Method and apparatus for plasma optimization in water processing
KR20120101165A (ko) * 2008-09-30 2012-09-12 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 성막 장치
KR20110069851A (ko) * 2008-10-10 2011-06-23 알타 디바이씨즈, 인크. 기상증착을 위한 동심형 샤워헤드
KR20130030745A (ko) * 2010-03-12 2013-03-27 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 다중 인젝트를 이용하는 원자 층 증착 챔버

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160138911A (ko) * 2015-05-26 2016-12-06 램 리써치 코포레이션 과도현상 방지 샤워헤드
KR20200117941A (ko) * 2016-06-01 2020-10-14 에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이. 균일한 기상 증착을 위한 매니폴드들
KR20230031271A (ko) * 2016-06-01 2023-03-07 에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이. 균일한 기상 증착을 위한 매니폴드들
US11830731B2 (en) 2019-10-22 2023-11-28 Asm Ip Holding B.V. Semiconductor deposition reactor manifolds

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