KR20180003163U - 가스 분배 플레이트 - Google Patents

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KR20180003163U
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킨 퐁 로
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

기판 처리 챔버용 가스 분배 플레이트는 제1 표면 및 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면과, 상기 제1 표면을 상기 제2 표면에 연결하는 외측 주변 에지를 갖는 플레이트를 포함한다. 상기 플레이트는 제1 애퍼처 밀도를 갖는 제1 세트의 애퍼처들 ― 상기 제1 세트의 애퍼처들은 상기 플레이트의 중심점 둘레에 제1 거리에 등간격으로 이격됨 ―, 상기 제1 애퍼처 밀도보다 큰 제2 애퍼처 밀도를 갖는 제2 세트의 애퍼처들 ― 상기 제2 세트의 애퍼처들은 상기 제1 세트의 애퍼처들 둘레에 제2 거리에 등간격으로 이격됨 ―, 상기 제2 애퍼처 밀도보다 큰 제3 애퍼처 밀도를 갖는 제3 세트의 애퍼처들 ― 상기 제3 세트의 애퍼처들은 상기 제2 세트의 애퍼처들 둘레에 제3 거리에 등간격으로 이격됨 ―, 및 상기 제3 애퍼처 밀도보다 큰 제4 애퍼처 밀도를 갖는 제4 세트의 애퍼처들 ― 상기 제4 세트의 애퍼처들은 상기 제3 세트의 애퍼처들 둘레에 제4 거리에 등간격으로 이격됨 ― 를 포함하고, 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 세트의 애퍼처들은 동심원들로 형성되고, 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 세트의 애퍼처들의 각 애퍼처는 상기 플레이트의 두께를 통해 연장되는 원통형 부분을 갖고, 상기 원통형 부분은 제1 단부 및 상기 제1 단부에 대향하는 제2 단부를 갖고, 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부는 상기 원통형 부분으로부터 멀어지면서 나팔 모양으로 벌어져 있다.

Description

가스 분배 플레이트{GAS DISTRIBUTION PLATE}
본 개시내용의 실시예들은 기판 처리 챔버의 가스 분배 플레이트에 관한 것이다.
단결정 실리콘 및 에피택셜 실리콘 층의 표면들은 전형적인 기판 제조 설비 주변 조건들에 노출될 때 오염되기 쉽다. 예를 들어, 기판들의 처리 및/또는 기판 처리 설비 내의 주위 환경에 대한 노출로 인해 에피택셜 층의 퇴적 전에 단결정 실리콘 표면 상에 천연 산화물들이 형성될 수 있다. 추가로, 주변 환경에 존재하는 탄소 및 산소 종과 같은 외부 오염물질들이 단결정 표면 상에 퇴적될 수 있다. 단결정 실리콘 표면 상의 천연 산화물들 또는 오염물질들의 존재는 단결정 표면 상에 후속하여 형성된 에피택셜 층의 품질에 부정적인 영향을 미친다. 천연 산화물들 또는 오염물질들을 제거하기 위한 세정 프로세스를 수행하는 데 플라즈마 챔버가 사용될 수 있다.
본 기술분야에서는 세정 프로세스의 효율을 개선하기 위해 개선된 플라즈마 챔버를 제공할 필요가 항상 존재한다.
본 개시내용의 실시예들은 기판 처리 챔버의 개선된 가스 분배 플레이트에 관한 것이다. 일 실시예에서, 상기 가스 분배 플레이트는 제1 표면 및 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면, 상기 제1 표면을 상기 제2 표면에 연결하는 외측 주변 에지를 갖는 플레이트를 포함한다. 상기 플레이트는 제1 애퍼처 밀도를 갖는 제1 세트의 애퍼처들 ― 상기 제1 세트의 애퍼처들은 상기 플레이트의 중심점 둘레에 제1 거리에 등간격으로 이격됨 ―, 상기 제1 애퍼처 밀도보다 큰 제2 애퍼처 밀도를 갖는 제2 세트의 애퍼처들 ― 상기 제2 세트의 애퍼처들은 상기 제1 세트의 애퍼처들 둘레에 제2 거리에 등간격으로 이격됨 ―, 상기 제2 애퍼처 밀도보다 큰 제3 애퍼처 밀도를 갖는 제3 세트의 애퍼처들 ― 상기 제3 세트의 애퍼처들은 상기 제2 세트의 애퍼처들 둘레에 제3 거리에 등간격으로 이격됨 ―, 및 상기 제3 애퍼처 밀도보다 큰 제4 애퍼처 밀도를 갖는 제4 세트의 애퍼처들 ― 상기 제4 세트의 애퍼처들은 상기 제3 세트의 애퍼처들 둘레에 제4 거리에 등간격으로 이격됨 ― 를 포함하고, 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 세트의 애퍼처들은 동심원들로 형성되고, 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 세트의 애퍼처들의 각각의 애퍼처는 상기 플레이트의 두께를 통해 연장되는 원통형 부분을 갖고, 상기 원통형 부분은 제1 단부 및 상기 제1 단부에 대향하는 제2 단부를 갖고, 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부는 상기 원통형 부분으로부터 멀어지면서 나팔 모양으로 벌어져 있다.
다른 실시예에서, 상기 가스 분배 플레이트는 원형 플레이트에 형성된 중심 애퍼처, 상기 중심 애퍼처 둘레에 상기 가스 분배 플레이트의 제1 방사상 거리에 등간격으로 이격된 제1 세트의 애퍼처들, 상기 제1 세트의 애퍼처들 둘레에 상기 가스 분배 플레이트의 제2 거리에 등간격으로 이격된 제2 세트의 애퍼처들, 상기 제2 세트의 애퍼처들 둘레에 상기 가스 분배 플레이트의 제3 방사상 거리에 등간격으로 이격된 제3 세트의 애퍼처들, 상기 제3 세트의 애퍼처들 둘레에 상기 가스 분배 플레이트의 제4 방사상 거리에 등간격으로 이격된 제4 세트의 애퍼처들을 포함하고, 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 세트의 애퍼처들은 방사상 거리에 따라 증가하는 직경의 패턴으로 배열되고, 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 세트의 애퍼처들의 각각의 애퍼처는 제1 단부 및 상기 제1 단부에 대향하는 제2 단부를 갖는 원통형 부분을 갖고, 상기 제1 단부는 상기 가스 분배 플레이트의 종축에 대하여 제1 각도로 바깥쪽으로 경사져 있다.
또 다른 실시예에서, 처리 챔버가 제공된다. 처리 챔버는 기판 지지체를 둘러싸는 인클로저를 갖는 챔버 바디, 원격 플라즈마 소스, 상기 원격 플라즈마 소스를 상기 챔버 바디에 연결하는 통로 튜브, 상기 통로 튜브에 인접하여 배치된 자석, 상기 챔버 바디 내의 상기 기판 지지체 위에 배치된 가스 분배 플레이트를 포함한다. 상기 가스 분배 플레이트는 제1 애퍼처 밀도를 갖는 제1 세트의 애퍼처들 ― 상기 제1 세트의 애퍼처들은 상기 플레이트의 중심점 둘레에 제1 거리에 등간격으로 이격됨 ―, 상기 제1 애퍼처 밀도보다 큰 제2 애퍼처 밀도를 갖는 제2 세트의 애퍼처들 ― 상기 제2 세트의 애퍼처들은 상기 제1 세트의 애퍼처들 둘레에 제2 거리에 등간격으로 이격됨 ―, 상기 제2 애퍼처 밀도보다 큰 제3 애퍼처 밀도를 갖는 제3 세트의 애퍼처들 ― 상기 제3 세트의 애퍼처들은 상기 제2 세트의 애퍼처들 둘레에 제3 거리에 등간격으로 이격됨 ―, 및 상기 제3 애퍼처 밀도보다 큰 제4 애퍼처 밀도를 갖는 제4 세트의 애퍼처들 ― 상기 제4 세트의 애퍼처들은 상기 제3 세트의 애퍼처들 둘레에 제4 거리에 등간격으로 이격됨 ― 를 포함하고, 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 세트의 애퍼처들은 동심원들로 형성되고, 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 세트의 애퍼처들의 각각의 애퍼처는 상기 플레이트의 두께를 통해 연장되는 원통형 부분을 갖고, 상기 원통형 부분은 제1 단부 및 상기 제1 단부에 대향하는 제2 단부를 갖고, 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부는 상기 원통형 부분으로부터 멀어지면서 나팔 모양으로 벌어져 있고, 상기 챔버 바디에 결합된 펌프가 있다.
위에 간략하게 요약되고 이하에 더 상세하게 논의되는 본 개시내용의 실시예들은 첨부 도면들에 도시된 본 개시내용의 예시적인 실시예들을 참조하여 이해될 수 있다. 그러나, 본 개시내용은 동등한 효과의 다른 실시예들을 허용할 수 있으므로, 첨부 도면들은 본 개시내용의 전형적인 실시예들만을 도시하며 따라서 그것의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 점에 주목해야 한다.
도 1은 본 개시내용의 일부 실시예에 따른 가스 분배 플레이트의 사시도이다.
도 2는 본 개시내용의 일부 실시예에 따른 도 1의 가스 분배 플레이트의 상부도이다.
도 3은 도 1의 라인 A-A를 따른 가스 분배 플레이트의 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 영역 "A"의 확대도이다.
도 5는 본 개시내용의 실시예들을 실시하는 데 사용될 수 있는 기판 처리 챔버의 단면도이다.
이해를 용이하게 하기 위해, 가능한 경우에, 도면들에 공통인 동일한 요소들을 지시하는 데에 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 도면들이 비례에 맞춰 그려지지는 않으며 명확성을 위해 단순화될 수 있다. 일 실시예의 요소들 및 특징들이 추가 설명 없이 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있다는 것이 예상된다.
도 1은 본 개시내용의 일부 실시예에 따른 가스 분배 플레이트(100)의 사시도이다. 도 2는 본 개시내용의 일부 실시예에 따른 도 1의 가스 분배 플레이트(100)의 상부도이다. 도 3은 도 1의 라인 A-A를 따른 가스 분배 플레이트(100)의 단면도이다. 도 4는 도 3에 도시된 영역 "A"의 확대도이다. 가스 분배 플레이트(100)는 도 5에 도시된 처리 챔버(500)의 가스 분배 플레이트(526)와 같은 처리 챔버의 가스 분배 플레이트를 대체할 수 있다. 처리 챔버(500)는 플라즈마 에칭 프로세스와 같은 세정 프로세스를 수행하기 위해 사용되는 플라즈마 챔버일 수 있다. 하나의 예시적인 처리 챔버는 캘리포니아 주 산타 클라라 소재의 Applied Materials로부터 입수 가능한 AKTIV Pre-CleanTM 챔버이다. 처리 챔버(500)의 다양한 양태들이 도 5에서 더 상세히 논의될 것이다. 다른 제조사들로부터의 플라즈마 챔버들이 사용될 수도 있다는 것이 예상된다.
도 1을 참조하면, 가스 분배 플레이트(100)는 일반적으로 제1 표면(103) 및 제1 표면(103)에 대향하는 제2 표면(105)을 갖는 디스크 또는 원형 플레이트(102)이다. 제1 표면(103)과 제2 표면(105)은 서로 평행하다. 제1 표면(103)은 외측 주변 에지(107)를 통해 제2 표면(105)에 횡방향으로 연결된다. 가스 분배 플레이트(100)는 디스크 플레이트(102)의 두께를 통해 형성된 복수의 애퍼처를 갖는다. 애퍼처들은 이를 통해 유동되는 가스(들)의 균일한 분배를 제공하기 위해 다양한 패턴으로 배열될 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 가스 분배 플레이트(100)는 동심원들로 배열된 4개의 세트의 애퍼처들(104, 106, 108, 110)을 포함한다. 일부 실시예에서, 가스 분배 플레이트(100)는 6개의 세트의 애퍼처들을 포함할 수 있다. 기판의 크기에 따라, 더 많은 또는 더 적은 수의 세트의 애퍼처들이 사용될 수 있다.
애퍼처들(104, 106, 108, 110)은 도시된 바와 같이 방사상 거리에 따라 증가하는 직경의 패턴으로 배열될 수 있다. 즉, 애퍼처들(104, 106, 108, 110)은 중심점(112)으로부터 가스 분배 플레이트(100)의 에지까지 방사상 바깥쪽 방향으로 점진적으로 증가되는 직경들을 갖는다. 일부 예들에서, 애퍼처들(104, 106, 108, 110)은 방사상 거리에 따라 감소하는 직경의 패턴으로 배열될 수 있다. 방사상 거리는 가스 분배 플레이트(100)의 중심점(112)으로부터 측정된다. 일부 실시예에서, 중심점(112)은 가스 분배 플레이트(100)의 두께를 통해 형성된 홀(hole) 또는 애퍼처일 수 있다.
애퍼처들(104, 106, 108, 및 110)은 임의의 순서로 방사상으로 배열될 수 있다. 애퍼처들(104, 106, 108, 110)은 방사상 거리에 따라 균일한 직경의 패턴으로 배열될 수 있다. 일부 예들에서, 애퍼처들의 각각의 행 내의 애퍼처들(104, 106, 108, 110) 중 하나 이상은 동일한 행 내의 다른 애퍼처들과는 상이한 크기를 가질 수 있다. 일부 예들에서, 애퍼처들(104, 106, 108, 110)은 애퍼처들의 각각의 행에 대해 임의의 직경의 패턴으로 배열될 수 있다. 어쨌든, 동일한 행 내의 동일한 직경을 갖는 애퍼처들은 대칭으로 또는 비대칭으로 배열될 수 있다.
애퍼처들(104, 106, 108, 110)의 각각의 행 내의 애퍼처들이 균일한 직경을 갖는지 상이한 직경을 갖는지에 관계없이, 제1 세트의 애퍼처들(104)은 가스 분배 플레이트(100)의 중심점(112) 둘레에 제1 거리 "D1"에 등간격으로 이격될 수 있다. 제1 거리 "D1"은 중심점(112)으로부터 하나의 애퍼처(104), 예를 들어 애퍼처(104')의 중심까지 측정된다. 제2 세트의 애퍼처들(106)은 제1 세트의 애퍼처들(104) 둘레에 제2 거리 "D2"에 등간격으로 이격될 수 있다. 제2 거리 "D2"는 하나의 애퍼처(104), 예를 들어 애퍼처(104')의 중심으로부터 애퍼처(104')에 바로 인접한 하나의 애퍼처(106), 예를 들어 애퍼처(106')의 중심까지 측정된다. 제3 세트의 애퍼처들(108)은 제2 세트의 애퍼처들(106) 둘레에 제3 거리 "D3"에 등간격으로 이격될 수 있다. 제3 거리 "D3"은 하나의 애퍼처(106), 예를 들어 애퍼처(106')의 중심으로부터 애퍼처(106')에 바로 인접한 하나의 애퍼처(108), 예를 들어 애퍼처(108')의 중심까지 측정된다. 제4 세트의 애퍼처들(110)은 제3 세트의 애퍼처들(108) 둘레에 제4 거리 "D4"에 등간격으로 이격될 수 있다. 제4 거리 "D4"는 하나의 애퍼처(108), 예를 들어 애퍼처(108')의 중심으로부터 애퍼처(108')에 바로 인접한 하나의 애퍼처(110), 예를 들어 애퍼처(110')의 중심까지 측정된다. 일부 실시예에서, D1:D2:D3:D4는 약 1:1:1:1의 비율이다. 일부 실시예에서, D1:D2:D3:D4는 약 1:1:0.9:0.7의 비율이다. 일부 실시예에서, D1:D2:D3:D4는 약 1:1:0.9:0.8의 비율이다. 일부 실시예에서, D1:D2:D3:D4는 약 1:0.9:0.9:0.7의 비율이다. 일부 실시예에서, D1:D2:D3:D4는 약 1:1:1:0.8의 비율이다. 일부 실시예에서, D1:D2:D3:D4는 약 1:0.9:0.8:0.7의 비율이다. 일부 실시예에서, D1:D2:D3:D4는 약 1:1:0.8:0.7의 비율이다. 이들 비율은 프로세스에 필요한 애플리케이션 및 필름 균일성에 따라 달라질 수 있다.
다양한 실시예에서, 제1 세트의 애퍼처들(104)의 수는 약 10 내지 약 16, 예를 들어 12일 수 있다. 제2 세트의 애퍼처들(106)의 수는 약 18 내지 약 28, 예를 들어 24일 수 있다. 제3 세트의 애퍼처들(108)의 수는 약 30 내지 약 40, 예를 들어 36일 수 있다. 제4 세트의 애퍼처들(110)의 수는 약 42 내지 약 52, 예를 들어 48일 수 있다. 애퍼처들(104, 106, 108, 110)의 4개의 동심원이 도시되어 있지만, 이러한 특정 수 또는 배열은 제한하려는 것이 아니다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 애플리케이션에 기초하여 원하는 가스 분배를 제공하기 위해 필요에 따라 수 및/또는 배열을 수정할 수 있다.
도 2는 본 개시내용의 일부 실시예에 따른 가스 분배 플레이트(100)의 상부도를 예시한다. 제1 세트의 애퍼처들(104)의 수가 12이고, 제2 세트의 애퍼처들(106)의 수가 24이고, 제3 세트의 애퍼처들(108)의 수가 36이고, 제4 세트의 애퍼처들(110)의 수가 48인 하나의 예시적인 실시예에서, 제1 세트의 애퍼처들(104) 각각은 약 0.050 인치 내지 약 0.080 인치, 예를 들어 0.063 인치의 직경을 가질 수 있고, 제2 세트의 애퍼처들(106) 각각은 약 0.100 인치 내지 약 0.150 인치, 예를 들어 0.025 인치의 직경을 가질 수 있고, 제3 세트의 애퍼처들(108) 각각은 약 0.200 인치 내지 약 0.300 인치, 예를 들어 0.250 인치의 직경을 가질 수 있고, 제4 세트의 애퍼처들(110) 각각은 약 0.500 인치 내지 약 0.580 인치, 예를 들어 0.540 인치의 직경을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 제1 세트의 애퍼처들(104)은 중심점(112)으로부터 하나의 애퍼처(104), 예를 들어 애퍼처(104")의 중심점까지 측정되는 제1 방사상 거리 "R1"에 위치한다. 제1 방사상 거리 "R1"은 약 1.50 인치 내지 약 4.50 인치, 예를 들어 약 3.000 인치일 수 있다. 제2 세트의 애퍼처들(106)은 중심점(112)으로부터 하나의 애퍼처(106), 예를 들어 애퍼처(106")의 중심점까지 측정되는 제2 방사상 거리 "R2"에 위치한다. 제2 방사상 거리 "R2"는 약 5.20 인치 내지 약 7.20 인치, 예를 들어 약 6.200 인치일 수 있다. 제3 세트의 애퍼처들(108)은 중심점(112)으로부터 하나의 애퍼처(108), 예를 들어 애퍼처(108")의 중심점까지 측정되는 제3 방사상 거리 "R3"에 위치한다. 제3 방사상 거리 "R3"은 약 8.40 인치 내지 약 10.40 인치, 예를 들어 약 11.40 인치일 수 있다. 제4 세트의 애퍼처들(110)은 중심점(112)으로부터 하나의 애퍼처(110), 예를 들어 애퍼처(110")의 중심점까지 측정되는 제4 방사상 거리 "R4"에 위치한다. 제4 방사상 거리 "R4"는 약 10.20 인치 내지 약 12.20 인치, 예를 들어 약 11.40 인치일 수 있다. 가스 분배 플레이트(100)는 약 10 인치 내지 약 18 인치, 예컨대 약 12 인치 내지 약 14 인치, 예를 들어 13.087 인치 내지 13.097 인치, 또는 일 실시예에서 13.092 인치의 외측 직경 "D5"를 가질 수 있다. 직경 "D5"는 처리 챔버의 크기에 따라 달라질 수 있다는 점에 주목해야 한다.
도 3은 애퍼처들(104, 106, 108, 110) 각각이 디스크 플레이트(102)의 두께를 통해 연장되는 원통형 부분을 갖는 일 실시예를 도시하는 가스 분배 플레이트(100)의 단면도를 예시한다. 애퍼처(104)의 원통형 부분들(104c) 각각은 제1 단부(104a) 및 제1 단부(104a)에 대향하는 제2 단부(104b)를 갖는다. 애퍼처(106)의 원통형 부분들(106c) 각각은 제1 단부(106a) 및 제1 단부(106a)에 대향하는 제2 단부(106b)를 갖는다. 애퍼처(108)의 원통형 부분들(108c) 각각은 제1 단부(108a) 및 제1 단부(108a)에 대향하는 제2 단부(108b)를 갖는다. 애퍼처(110)의 원통형 부분들(110c) 각각은 제1 단부(110a) 및 제1 단부(110a)에 대향하는 제2 단부(110b)를 갖는다. 원통형 부분들(104c, 106c, 108c, 110c) 각각의 제1 단부 및 제2 단부는 원통형 부분으로부터 멀어지면서 나팔 모양으로 벌어져 있다. 하나의 애퍼처(110)의 확대된 단면도를 도시하는 도 4에서 더 잘 알 수 있는 바와 같이, 제1 단부(110a)에서의 원통형 부분(110c)의 측벽들은 가스 분배 플레이트(100)의 종축에 대하여 각도 "θ1"로 바깥쪽으로 경사져 있다. 일례에서, 각도 "θ1"은 0°보다 큰데, 예컨대 약 30° 내지 약 55°, 예를 들어 45°이다. 마찬가지로, 제2 단부(110b)에서의 원통형 부분(110c)의 측벽들은 가스 분배 플레이트(100)의 종축에 대하여 각도 "θ2"로 바깥쪽으로 경사져 있다. 일례에서, 각도 "θ2"는 0°보다 큰데, 예컨대 약 30° 내지 약 55°, 예를 들어 45°이다. 이 각도 관계는 애퍼처들(106, 108, 및 110) 중 임의의 것에 동등하게 적용 가능하다.
일 실시예에서, 가스 분배 플레이트(100)는 약 0.05 인치 내지 약 2 인치, 예컨대 0.120 인치 내지 0.130 인치, 예를 들어 0.125 인치의 두께 "T1"을 갖는다. 가스 분배 플레이트(100)의 외측 주변 에지(107)는 제1 표면(103)과 외측 주변 에지(107) 사이의 제1 에지(109), 및 외측 주변 에지(107)와 제2 표면(105) 사이의 제2 에지(111)의 2개의 에지를 갖는다. 제1 및 제2 에지 각각은 둥글고, 곡률 반경이 약 0.05 인치 이하이다. 일 실시예에서, 각각의 에지의 곡률 반경은 0.01 인치이다.
가스 분배 플레이트(100)는 투명한 용융 석영 재료 또는 불투명 석영 유리 재료로 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 가스 분배 플레이트(100)는 투명한 용융 석영으로 만들어진다. 가스 분배 플레이트(100)의 노출된 표면은 화염 연마(flame polish)될 수 있다. 일부 실시예에서, 가스 분배 플레이트(100)의 노출된 표면은 화염 연마될 수 있고 이어서 어닐링 처리될 수 있다. 대안적으로, 가스 분배 플레이트(100)는 임의의 적절한 재료로 제조되고 투명한 석영 재료로 코팅될 수 있다. 적절한 재료는 알루미늄, 알루미늄 합금, 강철, 스테인레스 스틸, 알루미나, 금속, 및 금속 합금을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 어쨌든, 가스 분배 플레이트(100)의 석영 표면은 다른 챔버 재료들(예를 들어, 알루미늄)에 비해 라디칼들의 재조합을 감소시킨다. 그 결과, 전기적으로 중성인 라디칼들로 농축된 가스가 가스 분배 플레이트(100)를 통해 가스 분배 플레이트와 처리 챔버의 기판 지지체 사이에 규정된 프로세스 영역으로 유동된다. 이러한 전기적으로 중성인 라디칼들은 기판의 표면으로부터 원치 않는 재료들, 예를 들어 천연 산화물들을 제거하기 위해 기판 지지체 상에 배치된 기판의 표면에 도달하여 그와 반응할 때 반응성을 유지할 것이다.
도 5는 세정 프로세스, 예를 들어 플라즈마 에칭 프로세스를 수행하도록 적응될 수 있는 처리 챔버(500)의 단면도이다. 처리 챔버(500)는 챔버 인클로저(516), 프로세스 키트 하우징(518), 및 리드(540)를 포함하는 챔버 바디(510)를 갖는다. 챔버 인클로저(516) 및 리드(540)는 알루미늄, 스테인레스 스틸 또는 다른 적절한 재료들로 제조될 수 있다. 프로세스 키트 하우징(518)은 알루미늄 합금 또는 다른 적절한 재료들로 제조될 수 있다. 리드(540)는 프로세스 키트 하우징(518)을 통해 챔버 인클로저(516)에 제거가능하게 결합될 수 있다.
프로세스 키트 하우징(518)은 리드(540)에 결합되는 최상부면 및 챔버 인클로저(516)에 결합되는 최하부면을 갖는 링 형상의 하우징일 수 있다. 프로세스 키트 하우징(518)은 프로세스 키트 하우징(518)의 내측 표면(531)으로부터 하향 연장되는 차폐 부분(529)을 갖는다. 프로세스 키트 하우징(518)의 내측 표면(531)은 가스 분배 플레이트(526)를 둘러싸고 지지한다. 가스 분배 플레이트(526)는 석영 샤워헤드일 수 있다. 가스 분배 플레이트(326)와 리드(540) 사이에 플레넘(548)이 규정된다. 가스 분배 플레이트(526)는 가스들이 포트(542)를 통해 플레넘(548) 내로 유동하는 것을 허용하도록 가스 분배 플레이트(526)의 두께를 통해 형성된 복수의 애퍼처(527)를 포함한다. 애퍼처들(527)은 가스 분배 플레이트(526)의 직경에 걸쳐 균일하게 분포된다. 일부 예들에서, 가스 분배 플레이트(526)는 위에서 논의되고 도 1에 도시된 바와 같은 가스 분배 플레이트(100)로 대체될 수 있다. 어느 경우에서든, 가스 분배 플레이트(526)의 애퍼처들(527) 또는 가스 분배 플레이트(100)의 애퍼처들(104, 106, 108, 110)은 기판(508)으로의 가스들 또는 라디칼들의 균일한 분배를 보장하도록 배열된다. 애퍼처들(527)을 통해 유동하는 가스들은 가스 분배 플레이트(526)와 가열기(514) 사이에 규정된 프로세스 영역(530)에 배치된 기판(508)에 걸쳐 분포된다. 차폐 부분(529)은 또한 프로세스 영역(530) 내에 전기적으로 중성인 라디칼들을 국한하는 것을 도울 수 있다.
처리 챔버(500)는 통로 튜브(560)에 의해 포트(542)에 결합되는 원격 플라즈마 소스(550)를 포함한다. 포트(542)는 리드(540)에 형성된다. 통로 튜브(560)는 제1 내측 직경 및 제1 내측 직경보다 큰 제2 내측 직경을 가질 수 있는 도관(556)을 규정한다. 제1 내측 직경은 원격 플라즈마 소스(550)에 인접하여 배치될 수 있고 제2 내측 직경은 리드(540)에 인접하여 배치될 수 있다.
통로 튜브(560)는 전기적으로 중성인 라디칼들이 프로세스 영역(530)에 진입하도록 허용하면서, 원격 플라즈마 소스(550)에서 생성된 이온들을 프로세스 영역(530)에 진입하기 전에 필터링할 수 있다. 따라서, 프로세스 영역(530)에서의 이온들의 상대적인 농도가 감소된다. 일 실시예에서, 도관(556)을 통해 유동하는 가스들은 통로 튜브(560)에 인접하여 배치된 하나 이상의 자석에 의해 생성된 자기장에 의해 필터링된다. 자석들은 원격 플라즈마 소스(550)로부터 유동하는 반응성 라디칼들과 비말 동반된 하전된 입자들을 필터링하기 위해 통로 튜브(560)를 가로질러 자기장을 생성한다.
도 3에 도시된 실시예에서는, 제1 자석(552) 및 제2 자석(554)이 통로 튜브(560)에 인접하여 배치된다. 자석들(552, 554)은 통로 튜브(560)의 제1 내측 직경을 가로질러 서로 대향하도록 배치될 수 있다. 통과하는 하전된 입자들은 통로 튜브(560)의 내측 표면(570)과 접촉하도록 끌어당겨지고 전기적으로 중성인 비이온 종들이 된다. 이와 같이, 필터링된 전기적으로 중성인 라디칼들은 기판의 표면에 전달되어 기판 표면 상의 오염물질들과 반응하고 오염물질들을 세정한다.
일부 예들에서, 이온들은 챔버 바디(510) 내로 통과하는 프로세스 가스들(즉, 라디칼들)의 유동 경로 내에 석영 표면을 제공함으로써 추가로 필터링될 수 있다. 예를 들어, 도관(556)을 규정하는 통로 튜브(560)의 내측 표면(570)은 전체적으로 또는 부분적으로 석영으로 코팅되거나 제조될 수 있다. 추가로, 플레넘(548) 및/또는 가스 분배 플레이트(526)를 규정하는 표면들은 전체적으로 또는 적어도 부분적으로 석영으로 코팅되거나 제조될 수 있다. 예를 들어, 최상부 라이너(524)가 프로세스 키트 하우징(518)의 내측 표면(531)을 따라 배치될 수 있다. 최상부 라이너(524)는 플레넘(548)을 둘러싸는 링 형상의 바디를 가질 수 있고, 그의 내측 표면은 플레넘(548)의 외측 경계를 규정한다. 최상부 라이너(524)는 석영으로 제조될 수 있다. 최상부 라이너(524)는 가스 분배 플레이트(526) 상에 놓일 수 있다.
라이너 플레이트(544)가 리드(540)의 최하부면을 따라 배치될 수 있다. 라이너 플레이트(544)는 석영으로 코팅되거나 제조될 수 있다. 라이너 플레이트(544)는 플레넘(548)의 상부 경계를 규정한다. 그러므로, 라이너 플레이트(544), 최상부 라이너(524), 및 가스 분배 플레이트(526)는 그 안에 플레넘(548)을 규정한다. 최하부 라이너(525)가 프로세스 키트 하우징(518)의 내측 표면(531)을 따라 배치될 수 있다. 최하부 라이너(525)는 프로세스 영역(530)을 둘러싸는 링 형상의 바디를 가질 수 있고, 그의 내측 표면은 프로세스 영역(530)의 외측 경계를 규정한다. 최하부 라이너(525)는 석영으로 코팅되거나 제조될 수 있다. 최하부 라이너(525)는 차폐 부분(529)에 의해 지지될 수 있다. 도시된 일례에서, 레지(503)가 차폐 부분(529)의 단부에서 방사상 안쪽으로 연장되어 최하부 라이너(525)를 지지한다. 그러므로, 통로 튜브(560), 라이너 플레이트(544), 최상부 라이너(524), 최하부 라이너(525), 및 가스 분배 플레이트는 함께 프로세스 가스들의 유동 경로 내에 석영 표면을 제공한다. 이러한 컴포넌트들은 다른 챔버 재료들(예를 들어, 알루미늄)에 비해 라디칼들의 재조합을 감소시킨다. 이와 같이, 전기적으로 중성인 라디칼들만이 가스 분배 플레이트를 통해 유동되어 가스 분배 플레이트와 처리 챔버의 기판 지지체 사이에 규정된 프로세스 영역에서 제공된다. 이러한 전기적으로 중성인 라디칼들은 기판의 표면으로부터 원치 않는 재료들, 예를 들어 천연 산화물들을 제거하기 위해 기판 지지체 상에 배치된 기판의 표면에 도달하여 그와 반응할 때 반응성을 유지할 것이다.
가열기(또는 기판 지지체)(514)가 챔버 바디(510)의 프로세스 영역(530) 내에 배치된다. 가열기(514)는 중심 샤프트(541)를 통해 챔버 인클로저(516)의 최하부에 결합된다. 가열기(514)는 프로세스 동안에 그 위에 기판(508)을 지지하기 위한 기판 지지 표면을 갖는다. 선택적인 포커스 링(538)이 기판 지지 표면의 외측 주변부 둘레에 가열기(514) 상에 배치될 수 있다. 포커스 링(538)은 프로세스 동안 기판(508) 위의 영역에 플라즈마 또는 중성 종들을 국한한다. 포커스 링(538)은 석영으로 제조될 수 있다.
가열기(514)는 기판 지지 표면과 사파이어 콘택들 상에 배치된 기판 사이의 접촉을 최소화하기 위해 기판 지지 표면 상에 배치된 복수의 사파이어 콘택(도시되지 않음)을 갖는 베어 알루미늄(bare aluminum)으로 제조될 수 있다. 가열기(514)는 로딩 위치와 처리 위치 사이에서 수직으로 이동하도록 구동 유닛(337)에 의해 작동된다. 가열기(514)는 기판 지지 표면에 균일한 열 에너지를 제공하기 위해 그 안에 매립된 하나 이상의 가열 소자(335)를 가질 수 있다. 적절한 가열 소자들(535)은, 여러 가열 디바이스들 중에서, 저항성 가열기들, 열전기 디바이스들, 또는 열 전달 유체를 유동시키기 위한 도관들을 포함할 수 있다. 가열 소자들(535)은 기판(508)의 온도가 약 200℃ 내지 약 750℃의 온도 범위로 유지되도록 허용한다. 일부 예들에서, 가열기(514)는 가열기(514)가 로딩 위치에 위치될 때 기판 핸들러(도시되지 않음)가 기판의 에지로부터 기판(508)을 조작할 수 있도록 기판 지지 표면의 주변 에지를 통해 형성된 컷아웃들을 가질 수 있다. 세정 프로세스 동안, 기판(508)이 그 위에 배치된 가열기(514)는 기판(508)을 처리하기 위한 원하는 위치인 처리 위치에 위치된다.
처리 챔버(500)는 펌프(517)를 포함한다. 펌프(517)는 포어라인(561)을 통해 챔버 바디(510)에 연결된다. 포어라인(561)은 인클로저(516)의 최하부에 형성된 개구(515)에서 챔버 바디(510)에 연결된다. 챔버(500)는 또한 포어라인(561) 내에 배치된 스로틀 밸브(563)를 포함한다. 스로틀 밸브(563)는 가동중인 플라즈마 세정 프로세스를 위해 원하는 진공 범위에서 처리 챔버(500) 내의 압력을 유지하기 위해 어느 정도이든 필요한 정도까지 개방 및 폐쇄되도록 작동된다. 펌프(517) 및 스로틀 밸브(563)는 약 0.005 Torr 내지 750 Torr로 챔버 바디(510) 내부의 압력을 제어한다. 일례에서, 펌프(517)는 약 0.1 Torr 내지 약 40 Torr의 예시적인 압력 범위에서 처리 챔버(500) 내부의 압력을 유지하는 건식 펌프이다. 일례에서, 펌프(517)는 약 100 mTorr 내지 약 500 mTorr의 예시적인 압력 범위에서 처리 챔버(500) 내부의 압력을 유지하는 저압 펌프이다. 일부 예들에서, 펌프(517)는 약 20 mTorr 내지 50 mTorr의 예시적인 압력 범위에서 처리 챔버(500) 내부의 압력을 유지하는 터보 펌프이다.
본 개시내용의 가스 분배 플레이트의 실시예들은 유리하게도 가스 유동 특성이 궁극적으로 가스 분배 플레이트의 직경에 걸쳐 변화하는 애퍼처 배열 및 크기에 의해 분포되고 조정되도록 허용한다. 가스 분배 플레이트는 기판 표면으로부터 오염물질들을 제거하기 위해 기판의 플라즈마 에칭 프로세스와 같은 세정 프로세스를 위해 전기적으로 중성인 라디칼들 유동시키는 데 사용될 수 있다.
전술한 것은 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 그것의 기본 범위로부터 벗어나지 않고 본 개시내용의 다른 그리고 추가의 실시예들이 고안될 수 있다.

Claims (20)

  1. 기판 처리 챔버를 위한 가스 분배 플레이트로서, 상기 가스 분배 플레이트는:
    제1 표면 및 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면, 상기 제1 표면을 상기 제2 표면에 연결하는 외측 주변 에지를 갖는 플레이트를 포함하고, 상기 플레이트는:
    제1 애퍼처 밀도를 갖는 제1 세트의 애퍼처들 ― 상기 제1 세트의 애퍼처들은 상기 플레이트의 중심점 둘레에 제1 거리에 등간격으로 이격됨 ―;
    상기 제1 애퍼처 밀도보다 큰 제2 애퍼처 밀도를 갖는 제2 세트의 애퍼처들 ― 상기 제2 세트의 애퍼처들은 상기 제1 세트의 애퍼처들 둘레에 제2 거리에 등간격으로 이격됨 ―;
    상기 제2 애퍼처 밀도보다 큰 제3 애퍼처 밀도를 갖는 제3 세트의 애퍼처들 ― 상기 제3 세트의 애퍼처들은 상기 제2 세트의 애퍼처들 둘레에 제3 거리에 등간격으로 이격됨 ―; 및
    상기 제3 애퍼처 밀도보다 큰 제4 애퍼처 밀도를 갖는 제4 세트의 애퍼처들 ― 상기 제4 세트의 애퍼처들은 상기 제3 세트의 애퍼처들 둘레에 제4 거리에 등간격으로 이격됨 ― 을 포함하고;
    상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 세트의 애퍼처들은 동심원들로 형성되고, 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 세트의 애퍼처들의 각각의 애퍼처는 상기 플레이트의 두께를 통해 연장되는 원통형 부분을 갖고, 상기 원통형 부분은 제1 단부 및 상기 제1 단부에 대향하는 제2 단부를 갖고, 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부는 상기 원통형 부분으로부터 멀어지면서 나팔 모양으로 벌어져 있는, 가스 분배 플레이트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 플레이트는 원 형상을 갖는, 가스 분배 플레이트.
  3. 제1항에 있어서, 상기 플레이트는 화염 연마된 투명한 용융 석영으로 제조되는, 가스 분배 플레이트.
  4. 제1항에 있어서, 상기 플레이트는 알루미늄, 알루미늄 합금, 강철, 스테인레스 스틸, 알루미나, 금속, 또는 금속 합금을 포함하는 코어 재료로 제조되는, 가스 분배 플레이트.
  5. 제4항에 있어서, 상기 코어 재료는 투명한 석영 재료로 코팅되는, 가스 분배 플레이트.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 세트의 애퍼처들의 각각의 애퍼처는 제1 직경을 가지며, 상기 제2 세트의 애퍼처들의 각각의 애퍼처는 제2 직경을 가지며, 상기 제3 세트의 애퍼처들의 각각의 애퍼처는 제3 직경을 가지며, 상기 제4 세트의 애퍼처들의 각각의 애퍼처는 제4 직경을 가지며, 상기 제2 직경은 상기 제1 직경보다 크고, 상기 제3 직경은 상기 제2 직경보다 크고, 상기 제4 직경은 상기 제3 직경보다 큰, 가스 분배 플레이트.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 거리 : 상기 제2 거리 : 상기 제3 거리 : 상기 제4 거리의 비율은 약 1:1:1:1인, 가스 분배 플레이트.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 거리 : 상기 제2 거리 : 상기 제3 거리 : 상기 제4 거리의 비율은 약 1:1:1:0.5인, 가스 분배 플레이트.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 세트의 애퍼처들의 수는 약 10 내지 약 16의 범위이고, 상기 제2 세트의 애퍼처들의 수는 약 18 내지 약 28의 범위이고, 상기 제3 세트의 애퍼처들의 수는 약 30 내지 약 40의 범위이고, 상기 제4 세트의 애퍼처들의 수는 약 42 내지 약 52의 범위인, 가스 분배 플레이트.
  10. 기판 처리 챔버를 위한 가스 분배 플레이트로서, 상기 가스 분배 플레이트는:
    원형 플레이트에 형성된 중심 애퍼처;
    상기 중심 애퍼처 둘레에 상기 가스 분배 플레이트의 제1 방사상 거리에 등간격으로 이격된 제1 세트의 애퍼처들;
    상기 제1 세트의 애퍼처들 둘레에 상기 가스 분배 플레이트의 제2 거리에 등간격으로 이격된 제2 세트의 애퍼처들;
    상기 제2 세트의 애퍼처들 둘레에 상기 가스 분배 플레이트의 제3 방사상 거리에 등간격으로 이격된 제3 세트의 애퍼처들; 및
    상기 제3 세트의 애퍼처들 둘레에 상기 가스 분배 플레이트의 제4 방사상 거리에 등간격으로 이격된 제4 세트의 애퍼처들을 포함하고;
    상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 세트의 애퍼처들은 방사상 거리에 따라 증가하는 직경의 패턴으로 배열되고, 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 세트의 애퍼처들의 각각의 애퍼처는 제1 단부 및 상기 제1 단부에 대향하는 제2 단부를 갖는 원통형 부분을 갖고, 상기 제1 단부는 상기 가스 분배 플레이트의 종축에 대하여 제1 각도로 바깥쪽으로 경사져 있는, 가스 분배 플레이트.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 각도는 약 30° 내지 약 55°인, 가스 분배 플레이트.
  12. 제10항에 있어서, 상기 가스 분배 플레이트는 약 12 인치 내지 약 14 인치의 외측 직경을 갖고, 상기 제1 방사상 거리는 약 1.50 인치 내지 약 4.50 인치의 범위이고, 상기 제2 방사상 거리는 약 5.20 인치 내지 약 7.20 인치의 범위이고, 상기 제3 방사상 거리는 약 8.40 인치 내지 약 10.40 인치의 범위이고, 상기 제4 방사상 거리는 약 10.20 인치 내지 약 12.20 인치의 범위인, 가스 분배 플레이트.
  13. 제10항에 있어서, 상기 제2 단부는 상기 가스 분배 플레이트의 종축에 대하여 제2 각도로 바깥쪽으로 경사져 있고, 상기 제2 각도는 약 30° 내지 약 55°인, 가스 분배 플레이트.
  14. 제10항에 있어서, 상기 플레이트는 화염 연마된 투명한 용융 석영으로 제조되는, 가스 분배 플레이트.
  15. 제10항에 있어서, 상기 플레이트는 알루미늄, 알루미늄 합금, 강철, 스테인레스 스틸, 알루미나, 금속, 또는 금속 합금을 포함하는 코어 재료로 제조되는, 가스 분배 플레이트.
  16. 제15항에 있어서, 상기 코어 재료는 투명한 석영 재료로 코팅되는, 가스 분배 플레이트.
  17. 처리 챔버로서,
    기판 지지체를 둘러싸는 인클로저를 갖는 챔버 바디;
    원격 플라즈마 소스;
    상기 원격 플라즈마 소스를 상기 챔버 바디에 결합시키는 통로 튜브;
    상기 통로 튜브에 인접하여 배치된 자석;
    상기 챔버 바디 내에 상기 기판 지지체 위에 배치된 가스 분배 플레이트 ― 상기 가스 분배 플레이트는:
    제1 애퍼처 밀도를 갖는 제1 세트의 애퍼처들 ― 상기 제1 세트의 애퍼처들은 상기 플레이트의 중심점 둘레에 제1 거리에 등간격으로 이격됨 ―;
    상기 제1 애퍼처 밀도보다 큰 제2 애퍼처 밀도를 갖는 제2 세트의 애퍼처들 ― 상기 제2 세트의 애퍼처들은 상기 제1 세트의 애퍼처들 둘레에 제2 거리에 등간격으로 이격됨 ―;
    상기 제2 애퍼처 밀도보다 큰 제3 애퍼처 밀도를 갖는 제3 세트의 애퍼처들 ― 상기 제3 세트의 애퍼처들은 상기 제2 세트의 애퍼처들 둘레에 제3 거리에 등간격으로 이격됨 ―;
    상기 제3 애퍼처 밀도보다 큰 제4 애퍼처 밀도를 갖는 제4 세트의 애퍼처들 ― 상기 제4 세트의 애퍼처들은 상기 제3 세트의 애퍼처들 둘레에 제4 거리에 등간격으로 이격됨 ― 을 포함하고;
    상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 세트의 애퍼처들은 동심원들로 형성되고, 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 세트의 애퍼처들의 각각의 애퍼처는 상기 플레이트의 두께를 통해 연장되는 원통형 부분을 갖고, 상기 원통형 부분은 제1 단부 및 상기 제1 단부에 대향하는 제2 단부를 갖고, 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부는 상기 원통형 부분으로부터 멀어지면서 나팔 모양으로 벌어져 있음 ―; 및
    상기 챔버 바디에 결합된 펌프를 포함하는 처리 챔버.
  18. 제17항에 있어서, 상기 가스 분배 플레이트는 화염 연마된 투명한 용융 석영으로 제조되는, 처리 챔버.
  19. 제17항에 있어서, 상기 제1 세트의 애퍼처들의 각각의 애퍼처는 제1 직경을 가지며, 상기 제2 세트의 애퍼처들의 각각의 애퍼처는 제2 직경을 가지며, 상기 제3 세트의 애퍼처들의 각각의 애퍼처는 제3 직경을 가지며, 상기 제4 세트의 애퍼처들의 각각의 애퍼처는 제4 직경을 가지며, 상기 제2 직경은 상기 제1 직경보다 크고, 상기 제3 직경은 상기 제2 직경보다 크고, 상기 제4 직경은 상기 제3 직경보다 큰, 처리 챔버.
  20. 제17항에 있어서, 상기 제1 거리 : 상기 제2 거리 : 상기 제3 거리 : 상기 제4 거리의 비율은 약 1:1:1:0.5인, 처리 챔버.
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