KR20190015114A - 반응 챔버 내 가스 분배를 위한 샤워헤드 어셈블리 및 샤워헤드 어셈블리의 온도 균일성을 제어하는 방법 - Google Patents

반응 챔버 내 가스 분배를 위한 샤워헤드 어셈블리 및 샤워헤드 어셈블리의 온도 균일성을 제어하는 방법 Download PDF

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Abstract

반응 챔버 내 가스를 분배하는 샤워헤드 어셈블리가 개시된다. 샤워헤드 어셈블리는 샤워헤드 어셈블리 내 형성된 챔버 및 챔버에 근접한 가스 분배 어셈블리를 포함할 수 있으며, 상기 가스 분배 어셈블리는 상부 표면과 하부 표면을 포함하는 제1 가스 분배 플레이트; 및 상부 표면과 하부 표면을 포함하는 제2 가스 분배 플레이트를 포함하며, 상기 제2 가스 분배 플레이트는 상기 제1 가스 분배 플레이트의 상부 표면 위에 배치된다. 가스 분배 어셈블리는 상기 제1 가스 분배 플레이트와 상기 제2 가스 분배 플레이트 사이에 배치되는 하나 이상의 가열 구조체; 및 제2 분배 플레이트의 상부 표면으로부터 상기 제1 분배 플레이트의 하부 표면까지 연장되는 복수의 개구를 더 포함할 수 있다. 반응 챔버 내 가스 분배를 위한 샤워헤드 어셈블리의 온도 균일성을 제어하는 방법을 또한 개시된다.

Description

반응 챔버 내 가스 분배를 위한 샤워헤드 어셈블리 및 샤워헤드 어셈블리의 온도 균일성을 제어하는 방법{SHOWERHEAD ASSEMBLY FOR DISTRIBUTING A GAS WITHIN A REACTION CHAMBER AND A METHOD FOR CONTROLLING THE TEMPERATURE UNIFORMITY OF A SHOWERHEAD ASSEMBLY}
관련 특허 출원의 상호 참조
본 개시는 2017년 8월 4일 자로 출원되고 "반응 챔버 내 가스 분배를 위한 샤워헤드 어셈블리 및 샤워헤드 어셈블리의 온도 균일성을 제어하는 방법"이라는 명칭의 미국 가출원 제 62/541,580 호의 이익을 주장하며, 참조로 본원에 통합된다.
본 개시는 일반적으로 반응 챔버 내 가스 분배를 위한 샤워헤드 어셈블리 및 반응 챔버 내 가스 분배를 위해 사용되는 샤워헤드 어셈블리의 온도 균일성을 제어하기 위한 방법에 관한 것이다.
화학 기상 증착(CVD), 플라즈마 향상 CVD(PECVD), 원자층 증착(ALD) 등과 같은 기상 리액터는 기판 표면 상에 재료를 증착 및 에칭을 포함하여, 다양한 응용에 사용될 수 있다. 예를 들어, 기상 리액터는 반도체 소자, 평면 패널 디스플레이 장치, 광전지 소자, 마이크로전자기계시스템(MEMS) 등을 형성하기 위하여 기판 상에 층을 증착 및/또는 에칭하는 데 사용될 수 있다.
전형적인 기상 리액터 시스템은 반응 챔버, 반응 챔버에 유동적으로 결합된 하나 이상의 전구체 공급원, 반응 챔버에 유동적으로 연결된 하나 이상의 캐리어 또는 퍼지 가스 공급원, 가스(예, 전구체 가스(들) 및/또는 캐리어 또는 퍼지 가스(들))를 기판 표면으로 배달하는 가스 분배 시스템, 및 반응 챔버에 유동적으로 결합된 배기 공급원을 포함하는 리액터를 포함한다. 시스템은 전형적으로 공정 처리 동안 제자리에 기판을 지지하는 서셉터를 또한 포함한다. 서셉터는 기판 공정 처리 동안 기판을 수용하기 위하여 상하로 움직이도록 구성될 수 있고/거나 회전할 수 있다.
가스 분배 시스템은 가스(들)을 기판 표면에 분배하기 위하여 샤워헤드 어셈블리를 포함할 수 있다. 샤워헤드 어셈블리는 전형적으로 기판 위에 위치한다. 기판 공정 처리 동안, 가스(들)는 샤워헤드 어셈블리에서 기판을 향해 하방으로 흐르고 그 이후 기판 위 외향으로 흐른다. 예시의 샤워헤드 어셈블리는 분배 어셈블리의 한 표면에 근접한 챔버 및 상기 챔버와 분배 어셈블리의 분배 표면(기판 측) 사이에 걸치는 복수의 개구를 가진 가스 분배 어셈블리를 포함할 수 있다.
기판에 대면하는 가스 분배 어셈블리의 표면을 가로지르는 온도 및 특히 온도 균일성은 기상 리액터 내 제어할 중요한 변수이다. 예를 들어, 증착 공정을 수행하기 위해 구성된 기상 리액터 내에서, 기판을 대면하는 가스 분배 어셈블리의 표면을 가로지르는 실질적인 온도 차는 가스 분배 어셈블리의 노출된 표면을 가로지르는 일시적인 증착 결과를 가질 수 있으며, 또한 원하지 않는 파티클의 증가 및 후속적인 장비 유지 필요성의 증가를 초래할 수 있다. 따라서, 향상된 온도 균일성을 가진 샤워헤드 어셈블리 및 샤워헤드 어셈블리의 온도 균일성을 제어하는 방법을 원한다.
본 개시의 적어도 하나의 구현예에 따라, 반응 챔버 내 가스 분배를 위한 샤워헤드 어셈블리가 개시된다. 샤워헤드 어셈블리는 샤워헤드 어셈블리 내 형성된 챔버 및 챔버 근처의 가스 분배 어셈블리를 포함할 수 있다. 가스 분배 어셈블리는 상부 표면과 하부 표면을 포함하는 제1 가스 분배 플레이트 및 상부 표면과 하부 표면을 포함하는 제2 가스 분배 플레이트를 포함할 수 있으며, 상기 제2 가스 분배 플레이트는 상기 제1 가스 분배 플레이트의 상부 표면 위에 배치된다. 가스 분배 어셈블리는 상기 제1 가스 분배 플레이트와 상기 제2 가스 분배 플레이트 사이에 배치되는 하나 이상의 가열 구조체 및 제2 분배 플레이트의 상부 표면에서 상기 제1 가스 분배 플레이트의 하부 표면으로 연장하는 복수의 개구를 더 포함할 수 있다.
본 개시는 반응 챔버 내 가스 분배를 위한 샤워헤드 어셈블리의 온도 균일성을 제어하는 방법을 또한 포함할 수 있다. 본 개시의 방법은 상부 표면 및 하부 표면을 포함하는 제1 가스 분배 플레이트를 제공하는 단계, 상기 제1 가스 분배 플레이트의 상부 표면 위에 하나 이상의 가열 구조체를 인쇄하는 단계, 및 상부 표면 및 하부 표면을 포함하는 제2 가스 분배 플레이트를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 본 개시의 방법은 하나 이상의 가열 구조체가 상기 제1 가스 분배 플레이트의 상부 표면과 제2 가스 분배 플레이트의 사이에 배치되도록 상기 제1 가스 분배 플레이트를 상기 제2 가스 분배 플레이트에 결합하는 단계, 및 상기 제2 가스 분배 플레이트의 상부 표면에서 상기 제1 가스 분배 플레이트의 하부 표면으로 연장되는 복수의 개구를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 명세서는 본 발명의 구현예로 간주되는 것을 특별히 지적하고 명백하게 주장하는 청구범위로 결론을 내지만, 본 개시의 구현예들의 장점들은 첨부한 도면들과 관련하여 읽을 때 본 개시의 구현예들의 특정 예의 설명으로부터 더욱 쉽게 확인될 수 있고, 도면들 중:
도 1은 본 개시의 예시적 구현예에 따른 샤워헤드 어셈블리를 도시한다.
도 2a 내지 2c는 본 개시의 예시적 구현예에 따른 샤워헤드 어셈블리를 도시한다.
도 3은 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 가스 분배 어셈블리의 일부분의 확장 단면도를 도시한다.
도 4는 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 가스 분배 어셈블리의 일부분의 확장 단면도를 도시한다.
도 5는 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 가스 분배 어셈블리의 일부분의 확장 단면도를 도시한다.
도 6은 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 가스 분배 어셈블리의 일부분의 확장 단면도를 도시한다.
도 7a 내지 7h는 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 가스 분배 어셈블리를 제조하는 방법을 도시한다.
도 8a 내지 8f는 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 가스 분배 어셈블리를 제조하는 방법을 도시한다.
도 9a 내지 9c는 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 가스 분배 어셈블리를 제조하는 방법을 도시한다.
도 10a 내지 10c는 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 가스 분배 어셈블리를 제조하는 방법을 도시한다.
도 11a 및 도 11b는 본 개시의 다양한 예시적 구현예에 따른 예시적인 가열 구성 모습을 도시한다.
도면의 구성 요소들은 간략하게 및 명료하게 도시되어 있으며, 도시된 본 개시의 구현예의 이해를 돕기 위해 반드시 축적대로 그려지지 않았음을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 개시에서 도시된 구현예의 이해를 돕기 위해 도면 중 일부 구성 요소의 치수는 다른 구성 요소에 비해 과장될 수 있다.
특정 구현예 및 실시예가 아래에 개시되었지만, 당업자는 본 발명이 구체적으로 개시된 구현예 및/또는 본 발명의 용도 및 이들의 명백한 변형 및 등가물 너머로 연장된다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 개시된 발명의 범주는 후술되는 구체적인 개시된 구현예에 의해 제한되지 않도록 의도된다.
본 개시의 구현예는 반응 챔버 내 가스 분배를 위한 샤워헤드 어셈블리를 포함할 수 있고, 반응 챔버 내 가스 분배를 위해 사용되는 샤워헤드 어셈블리의 온도 균일성을 제어하기 위한 방법을 또한 포함할 수 있다. 본 개시의 구현예는 가스 분배 어셈블리를 포함하는 샤워헤드 어셈블리를 특히 포함할 수 있으며, 상기 가스 분배 어셈블리의 온도 균일성, 특히 기판과 대면하는 상기 가스 분배 어셈블리의 노출 표면에서의 온도 균일성이 제어될 수 있다. 예를 들어, 가스 분배 어셈블리는 둘 이상의 가스 분배 플레이트를 포함할 수 있으며, 집적화된 저항성 히터 및 냉각 채널이 사용되어 샤워헤드 어셈블리의 온도 균일성, 특히 기판과 대면하는 가스 분배 어셈블리의 노출된 표면의 온도 균일성을 제어한다.
기상 리액터 및 특히 샤워헤드 어셈블리를 위한 보편적인 가열 기술은, 예를 들어 마그네슘 산화물 저항성 발열체를 포함할 수 있는 코일/케이블 유형의 히터를 가열되고자 하는 영역에 가까이 접촉하도록 배치한 하나 이상 배치되는 코일/케이블 유형의 히터 이용을 포함할 수 있다. 코일/케이블 유형의 히터는 굴곡 반경이 제한되어 히터의 전체 설치 면적을 늘릴 수 있으며, 코일/케이블 유형의 히터에서 얻을 수 있는 전력 출력을 제한할 수 있다. 본 개시의 구현예는 가스 분배 어셈블리 내에 직접적으로 내장된 하나 이상의 가열 구조체를 사용하는 것을 제안하며, 상기 하나 이상의 가열 구조체는 인쇄 공정에 의해 형성된 저항성 발열체를 포함할 수 있다.
본 개시의 일부 구현예에서, 하나 이상의 가열 구조체는 가스 분배 패널의 하나 위에 배치되는 폴리이미드 기판을 포함할 수 있고, 상기 폴리이미드 기판은 그 위에 배치된 인쇄된 가열 구조체, 예를 들어, 전도성 잉크 또는 스크린 인쇄 공정을 이용하여 형성될 수 있는 인쇄된 가열 구조체를 가진다.
본 개시의 일부 구현예에서 상기 하나 이상의 가열 구조체는 적어도 하나의 가스 분배 플레이트 상에 배치되는 유전체/저항성 요소/유전체 가열 스택을 포함할 수 있으며, 상기 가열 스택은 전체적으로 적층 가공 공정에 의해, 보편적으로 보다 알려진 삼차원(3D) 인쇄 공정에 의해 형성될 수 있다. 적층 가공 또는 3D 인쇄 기술은 층별로 재료를 제공, 경화 또는 녹이는 것에 의해 물리적인 객체를 3D 데이터로부터 창조한다. 적층 가공 기술은 압출 기반의 3D 인쇄, 스테레오리쏘그라피, 선택적인 레이저 소결(SLS), 멀티젯 모델링, 바인더 온 파우더 3D 인쇄, 적층형의 객체 가공 또는 다른 기술을 포함하나, 이에 제한되지 않는다.
따라서 본 개시의 구현예는 하나 이상의 가열 구조체를 가스 분배 어셈블리를 포함하는 하나 이상의 가스 분배 플레이트 상에 직접 인쇄를 허용한다. 적어도 하나의 가스 분배 플레이트 상으로 하나 이상의 가열 구조체를 프린팅하는 것은 코일/케이블 유형의 히터보다 더 복잡한 가열 기하 형상, 다수의 독립적으로 제어되는 온도 영역, 감소된 오염 및 더 높은 전력 밀도를 포함하는 많은 개선을 허용하지만, 이에 제한되지 않는다.
본 개시의 구현예는 하나 이상의 내장된 가열 구조체 내 가스 분배 어셈블리뿐만 아니라, 가스 분배 어셈블리를 냉각하기 위해 내장된 수단을 가진 가스 분배 어셈블리를 제공할 수 있다. 샤워헤드 어셈블리를 가열 및 냉각하는 능력은 샤워헤드 어셈블리의 온도 균일도, 특히 가스 분배 어셈블리의 온도 균일도에 걸쳐 더 나은 제어도를 추가한다.
샤워헤드 어셈블리에 냉각을 제공하는 현재 방법은 샤워헤드 어셈블리 주변부에 배치된 냉각 채널을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 샤워헤드 어셈블리의 주변부 냉각시 문제점은 가스 분배 어셈블리를 가로지르는 온도 차를 초래할 수 있다는 것이다. 예를 들어, 샤워헤드 어셈블리는 높은 온도 기판 근처에 있기 때문, 중심 영역에는 열적으로 부하에 종속될 수 있고, 샤워헤드 어셈블리 변에는 냉각 기구에 종속될 수 있다. 예를 들어, 가스 분배 어셈블리의 표면을 가로지르는 온도 차는 40°C만큼 많이 높다.
따라서, 본 개시의 구현예는 개선된 샤워헤드 어셈블리를 제공할 수 있고, 적어도 셋(3)인 가스 분배 플레이트를 포함하는 가스 분배 어셈블리를 포함할 수 있으되, 적어도 셋(3)인 가스 분배 플레이트가 서로 봉합될 때는 적어도 하나의 봉합된 냉각 채널이 형성되고 가스 분배 어셈블리를 통해 냉각 유체를 제공하게 구성되도록 하나 이상의 트렌치가 적어도 하나의 가스 분배 플레이트 내에 제공될 수 있다.
도 1은 본 개시의 비 한정적 예시적 구현예에 따른 예시적인 샤워헤드 어셈블리(100)를 도시한다. 샤워헤드 어셈블리(100)는 복수의 개구(104) 및 챔버 또는 영역(106)을 포함하는 가스 분배 어셈블리(102)를 포함한다. 샤워헤드 어셈블리(100)는 상부 플레이트(108) 및 가스 유입구(110)를 또한 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 가스 분배 어셈블리(102)는 단순화된 블록 형태로 보여지고, 본원에서 설명될 개시의 상세한 구현예를 도시하지 않음이 주목되어야 한다.
작동하는 동안, 하나 이상의 퍼지 가스 및/또는 하나 이상의 전구체 및/또는 반응물이 가스 유입구(110)를 통해 챔버(106)로, 그리고 기판(112)를 향해서 개구(104)를 통해 흐른다. 도시된 예에서, 가스 유입구(110) 및 개구(104) 내 가스 흐름의 방향은 실질적으로 수직, 즉 실질적으로(예, 5도 정도로) 기판(112) 표면에 수직이다. 이것은 기판 표면을 가로지르는 가스가 상대적으로 균일하게 분배하는 것을 허용한다.
가스 분배 어셈블리(102)는 도 2a 내지 도 2c에 상세히 보여지고, 도 2a는 가스 분배 어셈블리(102)의 상부도 또는 챔버도 또는 챔버 측부도를 도시하고, 도 2b는 가스 분배 플레이트(102)의 단순 측부도를 도시하며, 도 2c는 가스 분배 어셈블리(102)의 하부도 또는 증착 측부 또는 기판 측부 표면도를 도시한다.
가스 분배 어셈블리(102)는 제1 (챔버 측부) 표면(202), 제2 (기판 측부) 표면(204), 및 상기 제1 표면(202)와 상기 제2 표면(204) 사이를 걸치는 복수의 개구(104)를 포함한다. 예시의 가스 분배 어셈블리는 가스 분배 어셈블리(102)와 제2 플레이트(108) 사이의 밀봉을 용이하게 하여 챔버(206)를 제1 표면(202)에인접하게 형성하도록, 가스켓(예, 탄성 O-링)과 같은 밀봉 부재를 수용하는 리세스(206)를 또한 포함한다. 또한, 일부 구현예에서 가스 분배 어셈블리는 하나 이상의 종래 케이블/코일 유형 히터가 배치될 수 있는 히터 케이블 리세스(208)를 포함할 수 있다.
도 3은 본 개시의 구현예에 따른 예시적인 가스 분배 어셈블리의 일부분의 확장 단면도를 도시한다. 비 한정적인 예시적인 구현예로서, 도 3은 상부 표면(306) 및 하부 표면(308)을 포함하는 제1 가스 분배 플레이트(304) 및 상부 표면(312) 및 하부 표면(314)을 포함하는 제2 가스 분배 플레이트(310)를 포함하는 가스 분배 어셈블리(302)를 도시한다. 일부 구현예에서, 제1 가스 분배 플레이트(304) 및 제2 가스 분배 플레이트(310)은 실질적으로 같을 수 있으며 알루미늄, 티타늄, 니켈 합금, 세라믹, 스텐인레스 강 및 하스텔로이를 포함하는, 그러나 제한되지 않는 재료로부터 만들어진다.
일부 구현예에서 제1 가스 분배 플레이트(304) 및 제2 가스 분배 플레이트(310)는 원형 디스크 구성을 포함할 수 있으나, 다른 구성도 이용될 수 있다. 본 개시의 비 한정적 예시적인 구현예로, 제1 가스 분배 플레이트(304) 및 제2 가스 분배 플레이트(310)은 약 25 밀리미터 미만의, 또는 약 15 밀리미터 미만의, 또는 심지어 12.5 밀리미터 미만의 두께를 가질 수 있다. 또한, 제1 가스 분배 플레이트(304) 및 제2 가스 분배 플레이트(310)는 약 100 밀리미터 미만의, 또는 약 200 밀리미터 미만의, 또는 심지어 300 밀리미터 미만의 반지름을 가지는 원형 디스크 구성을 포함할 수 있다.
본 개시의 일부 구현예에서 제2 가스 분배 플레이트(310)는 도 3에서 보여지는 대로, 제1 가스 분배 플레이트(304)의 상부 표면(306) 위에 배치될 수 있다. 제1 가스 분배 플레이트(304) 및 제2 가스 분배 플레이트(310)는 실질적으로 동일할 수 있고, 따라서 정렬 후 서로 결합되어(논의될 추가 요소를 가지고 따라) 가스 분배 어셈블리(302)를 형성한다.
본 개시의 일부 구현예에서, 도 3의 가스 분배 어셈블리(302)는 하나 이상의 가열 구조체(316)를 더 포함할 수 있으며, 하나 이상의 가열 구조체(316)는 제1 가스 분배 플레이트(304)와 제2 가스 분배 플레이트(310) 사이에 배치된다. 더 자세하게, 하나 이상의 가열 구조체(316)는 제1 가스 분배 플레이트(304)의 상부 표면(306)과 제2 가스 분배 어셈블리(310)의 하부 표면(314) 사이에 직접 배치될 수 있다. 하나 이상의 가열 구조체의 하부 표면은 제1 가스 분배 플레이트(304)의 상부 표면(306) 위에 직접 배치되고 접촉될 수 있으며, 하나 이상의 가열 구조체(316)의 상부 표면은 제2 가스 분배 플레이트(310)의 하부 표면(314) 아래에 직접 배치되고 접촉될 수 있다.
본 개시의 일부 구현예에서 하나 이상의 가열 구조체(316)는 하나 이상의 3D 인쇄된 가열 구조체를 포함하며, 즉 층별로 적층 가공 공정에 의해 형성될 수 있다. 더 자세하게, 하나 이상의 3D 인쇄된 가열 구조체는 제1 유전체 층(318), 제2 유전체 층(320), 및 상기 제1 유전체 층(318)과 제2 유전체 층(320) 사이에 배치되고 캡슐화되는 저항성 재료(322)를 포함할 수 있다.
본 개시의 일부 구현예에서 제1 유전체 층(318)은 제1 가스 분배 플레이트(304)의 상부 표면(306) 위에 직접 배치되도록 제1 가스 분배 플레이트(304)의 상부 표면(306) 상에 직접 3D 인쇄될 수 있다. 제1 유전체 재료는 알루미나, 플라스틱, 및 불소화폴리머(예, 폴리테트라플루오르에틸렌) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제1 유전체 재료는 0.25 밀리미터 초과, 또는 0.50 밀리미터 초과, 또는 심지어 1.00 밀리미터의 두께로 3D 인쇄될 수 있다. 또한 제1 유전체 층(318)은 1 밀리미터 미만, 또는 3 밀리미터 미만, 또는 심지어 5 밀리미터의 단면 너비 w 를 가질 수 있다.
본 개시의 일부 구현예에서, 예를 들어 발열체 재료와 같은 저항성 재료(322)는 저항성 재료(322)가 제1 유전체 층(318) 위에 직접적 배치되도록 제1 유전체 층(318)의 상부 표면 상에 3D 인쇄될 수 있다. 저항성 재료는 알루미늄, 니크롬, 니켈, 크롬, 및 텅스텐 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 저항성 재료(332)는 0.25 밀리미터 초과, 또는 0.50 밀리미터 초과, 또는 심지어 1 밀리미터의 두께로 3D 인쇄될 수 있다. 또한, 저항성 재료(322)는 제1 유전체 층보다 작은 단면 선폭을 가질 수 있고, 1 밀리미터 미만의, 또는 2 밀리미터 미만의, 또는 심지어 3 밀리미터 미만의 단면 선폭을 더 가질 수 있다.
본 개시의 일부 구현예에서, 제2 유전체 층(320)은 제2 유전체 층이 저항성 재료(322)의 상부 위에 직접 배치되도록 저항성 재료(322) 위에 직접 3D 인쇄될 수 있고, 캡슐화될 수 있다. 제2 유전체 재료(320)는 알루미나, 플라스틱, 및 불소화폴리머(예, 폴리테트라플루오르에틸렌) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제2 유전체 재료(320)는 0.25 밀리미터 초과, 또는 0.50 밀리미터 초과, 또는 심지어 1.00 밀리미터의 두께로 3D 인쇄될 수 있다. 또한 제2 유전체 층(320)은 1 밀리미터 미만, 또는 3 밀리미터 미만, 또는 심지어 5 밀리미터의 단면 너비 w 를 가질 수 있다.
따라서, 3D 인쇄 공정은 제1 유전체 층 및 제2 유전체 층의 사이에 캡슐화된 저항성 재료를 포함하는 하나 이상의 가열 구조체(316)를 형성하며, 상기 제1 및 제2 유전체 층은 상기 저항성 재료에 대해 전기적인 격리를 제공한다. 예를 들어 일부 구현예에서 하나 이상의 3D 인쇄된 가열 구조체는 전기 전도 경로를 설정하는 적어도 하나의 3D 인쇄된 선을 포함한다.
도 11a 및 도 11b는 가스 분배 어셈블리에 바람직한 열적 균일도에 따라 다양한 구성과 기하 형상의 전기적 선에 이용될 수 있는 비 한정적 예시의 히터 배열을 도시한다. 예를 들어, 도 11a는 가열 구성(700A)를 도시하며, 제1 가스 분배 플레이트(304) 및 전기 전도 경로를 설정하는 두 독립 제어의 3D 인쇄된 선을 포함한다. 제1 독립 제어된 히터는 저항성 발열체(710및 712)뿐만 아니라, 공급 리드(702) 및 복귀 리드(704)를 포함한다(단순화를 위해 저항성 발열체만이 도시되어 있으며, 도시된 저항성 발열체(들)는 유전체 재료에 의해 캡슐화될 수 있음에 주목한다). 비 한정적 예시의 구현예에, 전기 전도 경로의 두께는 저항성 발열체(710 및 712)에 따라 상이하고, 따라서 완전한 샤워헤드 어셈블리에 상이한 전력 밀도를 제공할 수 있다(본원에서 더 논의됨). 또한, 가열 구성(700A)은 전술한 대로 저항성 발열체(714 및 716)뿐만 아니라, 공급 리드(706) 및 복귀 리드(708)를 포함하는 제2 독립 제어된 히터를 포함한다. 비 한정적 예시의 구현예에 더 나아가, 도 11b는 회오리 구성의 발열체(722)뿐만 아니라, 공급 리드(718) 및 복귀 리드(720)를 포함하는 단일 독립 제어된 히터와 제1 가스 분배 플레이트(304)를 포함하는 가열 구성(700B)을 도시한다.
본 개시의 일부 구현예에서, 하나 이상의 독립 제어된 히터를 구성하는 하나 이상의 가열 구조체는 적어도 100와트/제곱인치, 또는 적어도 200와트/제곱인치, 또는 심지어 적어도 400와트/제곱인치의 전력 밀도를 제공할 수 있다.
일부 구현예에서 하나 이상의 3D 인쇄된 가열 구조체 내에서 저항성 재료(322)(도 3 참조)의 단면 너비 및 두께는 변할 수 있어서, 샤워헤드 내 다양한 전력 밀도를 가능하게 한다. 더 상세하게, 3D 인쇄된 저항성 재료의 단면 너비 및 두께는 제1 가스 분배 플레이트의 표면에 가로질러 변할 수 있어서 가스 분배 어셈블리를 가로지르는 상이한 전력 밀도 영역을 가능하게 한다. 예를 들어, 본 개시의 샤워헤드 어셈블리는 둘 이상의 전구체 용도로 별개의 격리된 개구를 포함할 수 있으며, 상기 전구체는 샤워헤드 내에서는 섞이지 않고, 오히려 샤워헤드 아래 가열된 기판과 직접 반응을 한다. 미리 전구체가 섞이는 경우는 원하지 않는 기상 반응 및 원하지 않는 반응 부산물 결과를 초래한다. 따라서, 일부 구현예에서, 저항성 재료(322)의 단면 너비 및/또는 두께는 제1 기상 반응물을 제공하는 복수 개구의 제 1군을 위해 선택되고, 저항성 재료(322)의 제2의 상이한 단면 선폭 및/또는 두께가 제2의 상이한 기상 반응물을 공급하는 복수 개구의 제2 군을 위해 선택된다. 따라서, 가스 분배 어셈블리의 전력 밀도 및 그 결과 온도는 상이한 기상 화학 반응을 수용하기 위해 국부적으로 변할 수 있다.
본 개시의 일부 구현예에서, 하나 이상의 가열 구조체의 전력 밀도는 가스 분배 장치에 가로질러 변할 수 있어서, 원하는 열적 프로파일이 생성된다. 예를 들어, 일부 구현예에서 샤워헤드 어셈블리는 증착 시스템 내에 배치될 수 있으며, 상기 증착 시스템은 증착 시스템의 잔여 부분보다 평균 온도가 낮은 하나 이상의 위치(예, 배기 영역 또는 기판 이동 영역으로부터 야기되는 위치)를 포함할 수 있다. 평균 온도보다 낮은 상기 하나 이상의 위치는 샤워헤드 어셈블리 상 및 특히 가스 분배 어셈블리 상에 더 낮은 온도의 영역을 초래한다. 국부적 냉각 효과를 상쇄하기 위해, 더 낮은 온도 영역(들)에 가까운 하나 이상의 가열 구조체의 전력 밀도는 낮아진 온도를 오프셋하고 가스 분배 어셈블리에 걸쳐 원하는 온도 프로파일을 얻도록 증가시킬 수 있다. 따라서, 일부 구현예에서 하나 이상의 가열 구조체의 전력 밀도는 제1 가스 분배의 표면을 가로지르는 저항성 가열 재료의 밀도 조절로 변할 수 있다.
본 개시의 일부 구현예에서 하나 이상의 가열 구조체는 하나 이상의 독립 제어된 가열 영역을 포함할 수 있다. 비 한정적 예시의 구현예로서, 가스 분배 어셈블리를 가로지르는 온도 차이는 가열된 기판에 가깝고, 주위부의 냉각 영역 때문에 변할 수 있다. 가스 분배에 가로지르는 온도 차를 오프셋하기 위해 둘 이상의 독립 제어된 가열 영역이 제1 가스 분배 플레이트(또는 제2 가스 분배 플레이트) 상으로 인쇄될 수 있으며, 가스 분배 어셈블리에 가로지르는온도 및 특히 온도 균일성이 더 잘 제어될 수 있다. 본 개시의 구현예는, 독립적으로 제어된 온도 영역의 복수 영역을 허용하는데, 히터(예, 코일/케이블 히터) 설치 면적으로 인한 제약 조건이 줄어들어서 복잡한 멀티 영역 온도 제어가 달성될 수 있기 때문이다.
도3을 다시 참조하면, 가스 분배 어셈블리(302)는 제1 가스 분배 플레이트(304)와 제2 가스 분배 플레이트(310) 사이에 배치된 브레이징 재료(324)를 더 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 브레이징 재료(324)는 하나 이상의 가열 구조체(316) 사이에 더 배치되고 접촉할 수 있다.
더 상세하게, 제1 가스 분배 플레이트(304), 제2 가스 분배 플레이트(310), 및 하나 이상의 가열 구조체(316)는 서로 밀폐되도록 요구되며, 후속 공정이 가스 분배 어셈블리 내 복수의 개구를 형성할 때 실질적으로 가스 분배 어셈블리 요소 사이에서 전구체 가스가 새는 것이 없게 된다. 일부 구현예에서 브레이징 재료(324)는 제2 가스 분배 플레이트(310)의 하부 표면(314) 또는 제1 가스 분배 플레이트(304)의 상부 표면(306)의 적어도 하나에 적용될 수 있다. 브레이징 재료를 제1 가스 분배 플레이트(304)의 상부 표면(306)에 적용할 때, 브레이징 재료(324)는 우선적으로 하나 이상의 가열 구조체(316) 사이에 적용되고 배치된다. 일부 구현예에서 브레이징 재료의 두께는 하나 이상의 가열 구조체의 두께와 실질적으로 같은 두께를 가질 수 있다. 본 개시의 일부 구현예에서, 브레이징 재료는 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함할 수 있다.
본 개시의 일부 구현예에서, 가스 분배 어셈블리(302)는 제2 가스 분배 플레이트(310)의 상부 표면(312)로부터 제1 가스 분배 플레이트(304)의 하부 표면(308)로 연장되는 복수의 개구(326)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 개구(326)는 반응물 가스(들)을 챔버(106)에서 기판(112)까지 운반하기 위해 사용될 수 있다(도 1 참조). 복수의 개구(326)는 일반적으로 실린더 형상이나, 대안의 기하 형상도 사용될 수 있고, 복수의 개구에 관련하여 자세한 정보는 2014년 7월 28일자 미국 특허 출원 공개 번호 US 2016/0024656, "샤워헤드 어셈블리 및 이의 구성 요소"에 있으며, 본원에 참고로 인용되고 본 명세서의 부분일 수 있다.
본 개시의 일부 구현예에서, 제2 가스 분배 플레이트(310)의 상부 표면(312)으로부터 제1 가스 분배 플레이트(304)의 하부 표면(308)으로 연장되는 복수의 개구(326)는 브레이징 재료(324)를 통해 더 연장할 수 있다. 더 자세하게, 본 발명의 구현예는 복수의 개구(예, 수백 개의, 심지어 수천 개의 개구)를 가진 샤워헤드 어셈블리를 허용하며, 내장된 하나 이상의 가열 구조체는 개구 사이에 배치되어, 복수 개구의 형성이 개별적 가열 구조체에 피해를 주거나 심지어 파괴하지 않는다. 하나 이상의 가열 구조체를 복수 개구 사이에 배치 가능하도록 요구되는 정밀성은 본원에 기술된 인쇄 방법에 의해 가능하다.
본 개시의 대안적인 구현예는 예시적인 가스 분배 어셈블리(402)의 일부 확대도를 보여주는 도 4에 도시되는데, 상기 가스 분배 어셈블리(402)는 가스 분배 어셈블리(302)와 일부 동일한 특징부를 공유하며, 따라서 본원에서는 가스 분배 어셈블리(402)와 가스 분배 어셈블리(302) 사이의 관련된 차이점만 논의된다.
가스 분배 어셈블리(402)는 제1 가스 분배 플레이트(404) 및 제1 가스 분배 플레이트(404) 위에 배치된 제2 가스 분배 플레이트(410)를 포함한다. 가스 분배 어셈블리(302)와 대조적으로, 가스 분배 어셈블리(402)는 제1 가스 분배 플레이트(404)의 상부 표면(406) 내에 배치된 하나 이상의 채널(428)을 더 포함하는 제1 가스 분배 플레이트(404)를 포함한다. 하나 이상의 채널(428)은 일부 구현예에서, 하나 이상의 가열 구조체(416)가 하나 이상의 채널(428) 내에 배치될 수 있도록 크기가 정해질 수 있고 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 채널은 1 밀리미터 미만의, 또는 3 밀리미터 미만의 또는 심지어 5mm 미만의 단면 너비를 가질 수 있다. 또한, 하나 이상의 채널은 0.1 밀리미터 미만의, 또는 0.5 밀리미터 미만의, 또는 심지어 1 밀리미터 미만의 깊이를 가진다.
제1 가스 분배 플레이트(404)를 제2 가스 분배 플레이트(410)에 결합하기 위해, 브레이징 재료(424)가 사용될 수 있다. 따라서, 본 개시의 일부 구현예에서, 가스 분배 어셈블리(402)는 제1 가스 분배 플레이트(404)의 상부 표면(406) 위에 배치되고 브레이징 재료(424)로 하나 이상의 가열 구조체(416)를 덮는 블랭킷 브레이징 재료(424)를 또한 포함할 수 있다. 일부 구현예에서 복수의 개구(426)는 복수의 개구(426)는 제2 가스 분배 플레이트(410)의 상부 표면(412)로부터 제1 가스 분배 플레이트(404)의 하부 표면(408)로 연장되어, 채널 안에 배치된 하나 이상의 가열 구조체(416)를 가진 하나 이상의 채널(428) 사이에 배치된다.
본 개시의 다른 구현예는 예시의 가스 분배 어셈블리(502)의 일부 확대도를 보여주는 도 5에 도시되는데, 상기 가스 분배 어셈블리(502)는 가스 분배 어셈블리(302)와 일부 동일한 특징부를 공유한다. 따라서, 가스 분배 어셈블리(302)와 가스 분배 어셈블리(502)의 관련된 차이점만 본원에서 논의된다.
전에 기술된 구현예에서처럼, 가스 분배 어셈블리(502)는 제1 가스 분배 플레이트(504)와 제2 가스 분배 플레이트(510)(이들 사이에 제공되는 하나 이상의 가열 구조체는 포함)를 포함할 수 있다. 그러나, 가스 분배 어셈블리(502)는 유전체 기판 상에 배치되는 하나 이상의 가열 구조체를 더 포함할 수 있다. 가열 구조체는 폴리이미드 층을 더 포함할 수 있고, 추가로 하나 이상의 열전대와 같은 센서가 제1 가스 분배 플레이트(504)와 제2 가스 분배 플레이트(510) 사이에 또한 배치될 수 있다.
더 자세하게, 가스 분배 어셈블리(502) 내에 배치된 하나 이상의 가열 구조체는 폴리이미드 기판과 같은 제1 폴리이미드 층(530)을 포함할 수 있고, 제1 가스 분배 플레이트(504)의 상부 표면(506) 상에 배치될 수 있다. 본 개시의 일부 구현예에서, 제1 폴리이미드 층(530)은 0.250 밀리미터 미만의, 또는 0.125 밀리미터 미만의, 또는 심지어 0.100 밀리미터 미만의 두께를 가질 수 있다. 하나 이상의 가열 구조는 제1 폴리이미드 층(530) 상 및/또는 내에 직접 배치될 수 있다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 가열 구조체는 하나 이상의 인쇄된 가열 구조체, 예를 들어 하나 이상의 인쇄된 가열 구조체가 폴리이미드 층(530) 위에 스크린 인쇄 기술을 사용해서 제공될 수 있고, 이때 저항성 재료(522)는 전도성 은 또는 탄소와 같은 전도성 잉크를 포함할 수 있다. 저항성 재료(522)는 0.20 밀리미터 미만, 또는 0.50 밀리미터 미만, 또는 심지어 1.00 밀리미터 미만의 두께로 인쇄될 수 있다. 또한, 저항성 재료(500)는 1 밀리미터 미만, 또는 2 밀리미터 미만, 또는 심지어 3 밀리미터 미만의 단면 너비를 가질 수 있다. 이전 구현예에서처럼, 저항성 재료(522)의 단면 선폭 및/또는 두께는 가스 분배 어셈블리(502)의 가열을 위해 다양한 전력 밀도가 가능하도록 변할 수 있다.
추가의 유전체층(532)은 저항성 재료(522) 위에 배치되고, 일부 구현예에서는 저항성 재료(522) 위에 직접 배치된다. 본 개시의 일부 구현예에서, 추가의 유전체 층은 저항성 재료(522)가 유전체 재료에 의해 캡슐화되도록 유전체 층(530) 및 저항성 재료(522) 위에 배치된다. 본 개시의 일부 구현예에서, 추가적인 유전체 재료(532)는 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 포함할 수 있으나, 본 개시의 다른 구현예에서 추가적인 유전체 재료(532)는 추가적인 폴리이미드 층을 포함할 수 있다.
본 개시의 일부 구현예에서, 하나 이상의 열전대와 같이, 하나 이상의 온도 센서가 저항성 재료(522) 위에, 및 특히 추가의 유전체 재료 (532) 위에 직접 배치될 수 있다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 열전대(534)는 추가적인 유전체 재료 (532) 위에 배치되어 하나 이상의 영역 내 가스 분배 어셈블리를 가로지르는 온도의 측정을 가능하게 함으로써, 독립적인 온도 모니터링 및 제어가 가스 분포 어셈블리(502)를 가로질러 유지될 수 있다. 더 추가적인 유전체 재료(536)는 하나 이상의 센서(534)(예, 하나 이상의 열전대) 위에 배치되고, 하나 이상의 센서(534) 각각의 전기적 격리 및 독립성을 제공한다. 예를 들어, 추가의 유전체 재료(536)는 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 포함할 수 있으나, 본 개시의 일부 구현예에서 추가의 유전체 재료는 하나 이상의 센서(534)의 위에 직접 배치 및 제 2 가스 분배 어셈블리(510)의 하부 표면(514) 밑에 직접 배치된 폴리이미드 층을 포함할 수 있다.
가스 분배 어셈블리(502)는 제2 가스 분배 플레이트(510)의 상부 표면(512)로부터 제1 가스 분배 플레이트(504)의 하부 표면(508)로 연장되는 복수의 개구(526)를 또한 포함할 수 있다. 본 개시의 일부 구현예에서, 복수의 개구(526)는 저항성 재료(522) (예를 들어, 발열체)와 하나 이상의 센서(534) 사이에 배치될 수 있다.
본 개시의 추가적인 구현예에서, 가스 분배 어셈블리의 냉각 및 가열용 수단을 포함하는 샤워헤드가 제공될 수 있으며, 그러함으로써 샤워헤드 어셈블리의 온도 균일성에 대해 훌륭한 제어를 제공하고, 특히 기판을 대면하는 가스 분배 어셈블리의 표면에 대해 훌륭한 제어를 제공할 수 있다.
따라서, 본 개시의 구현예는 예시의 가스 분배 어셈블리(602)의 일부 확대 단면도를 보여주는 도 6에 도시되는데, 상기 가스 분배 어셈블리(602)는 가스 분배 어셈블리(402)와 일부 동일한 특징부를 공유하며, 따라서 본원에서는 가스 분배 어셈블리(602)와 가스 분배 어셈블리(402) 사이의 관련된 차이점만 논의된다.
가스 분배 어셈블리(602)는 제1 가스 분배 플레이트(604) 및 제1 가스 분배(604) 위에 배치되고 결합된 제2 가스 분배(610)를 포함한다. 전술한 예시적인 가스 분배 어셈블리와 대조적으로, 가스 분배 어셈블리(602)는 제3 가스 분배 플레이트(636)를 더 포함한다. 상부 표면(638) 및 하부 표면(640)을 포함하여, 제3 가스 분배 플레이트(636)는 제1 가스 분배 플레이트(604)(도 6에 도시 됨) 또는 제2 가스 분배 플레이트(610)에 부착될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제3 가스 분배 플레이트(636)는 제2 가스 분배 플레이트(604)의 하부 표면(606)에 부착될 수 있지만, 제3 가스 분배 플레이트(636)는 선택적으로 또는 추가적으로 제2 가스 분배 플레이트(610)의 상부 표면(612)에 부착될 수 있다(미도시). 그러나, 본 개시의 일부 구현예에서 제3 가스 분배 플레이트(636)를 가열된 기판에 가장 근접한 가스 분배 어셈블리의 노출된 표면에 근접으로 위치 조절하는 것이 유리할 수 있으며, 가스 분배 어셈블리용 냉각 수단이 고온 기판 근처에 가까울 수 있게 된다.
본 개시의 일부 구현예에서, 제3 가스 분배 플레이트(636)는 제3 가스 분배 플레이트(636)의 상부 표면(638)으로부터 제3 가스 분배 플레이트(636)의 몸체의 일부분 속으로 연장되는 하나 이상의 트렌치(642)를 더 포함한다. 예를 들어, 하나 이상의 트렌치(642)는 5 밀리미터 미만의, 또는 3 밀리미터 미만의, 또는 심지어 1 밀리미터 미만의 단면 너비를 가질 수 있다. 또한, 하나 이상의 트렌치(642)는 상부 표면(638)으로부터 몸체 일부분 속으로 5 밀리미터 미만의, 또는 3 밀리미터 미만의, 또는 심지어 1 밀리미터 미만의 깊이를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 트렌치(642)는 제 1 가스 분배 플레이트(604) 또는 제2 가스 분배 플레이트(610) 중 하나에 부착될 수 있고, 그러함으로써 가스 분배 어셈블리 전체에 냉각 유체를 분배하도록 구성된 하나 이상의 밀봉 채널(644)을 형성한다.
본 개시의 일부 구현예에서, 하나 이상의 밀봉 채널은 샤워 헤드 어셈블리의 역류 냉각을 위해, 특히 가스 분배 어셈블리(602)를 냉각하기 위해 구성된 둘 이상의 독립적인 밀봉 채널을 더 포함할 수 있다.
본 개시의 일부 구현예에서, 제3 가스 분배 플레이트(602)는 추가적인 브레이징 재료(646)를 이용하여 제 1 및/또는 제2 가스 분배 플레이트에 결합될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 일부 구현예에서, 추가적인 브레이징 재료는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 추가적인 브레이징 재료(646)는 제1 가스 분배 플레이트(604)와 제3 가스 분배 플레이트(636) 사이에 배치 될 수 있으나, 일부 구현예에서는 추가 브레이징 재료(646)는 제2 가스 분배 플레이트(610)과 제3 가스 분배 플레이트(636) 사이에 배치될 수 있다. 본 개시의 일부 구현예에서, 추가적인 브레이징 재료는 제1 가스 분배 플레이트(604)의 하부 표면(606)에 적용될 수 있다. 본 개시의 일부 구현예에서, 브레이징 재료는 페이스트 또는 포일 형태로 제공될 수 있다.
본 개시의 일부 구현예에서, 복수의 개구(626)는 제2 가스 분배 플레이트(610)의 상부 표면(612)에서 제3 가스 분배 플레이트(636)의 하부 표면(640)으로 더 연장될 수 있다. 추가의 구현예에서, 복수의 개구(626)는 하나 이상의 가열 구조체(616) 사이뿐만 아니라 하나 이상의 밀봉된 냉각 채널(644) 사이에도 배치 될 수 있어서, 가스 분배 어셈블리의 개선된 열 균일성 제어를 위한 가열 수단 및 냉각 수단 모두를 포함하는 밀폐된 가스 분배 어셈블리가 제공될 수 있다.
본원에 제공된 샤워헤드 어셈블리, 및 특히 가스 분배 어셈블리에 추가하여, 본 개시의 구현예는 반응 챔버 내에서 가스를 분배하는데 사용되는 샤워 헤드 어셈블리의 온도 균일성을, 특히 가스 분배 어셈블리의 표면을 가로지르는 온도 균일성을 제어하는 방법을 또한 제공 할 수 있으며, 상기 가스 분배 어셈블리의 노출된 표면은 기판에 인접할 수 있다.
보다 상세하게, 본 개시의 방법의 비 한정적인 예가 첨부한 도 7a 내지 도 7h에 도시될 수 있고, 도 3의 가스 분배 어셈블리(302)를 제조하는 예시적인 방법을 도시한다. 본 개시의 방법은 상부 표면(312) 및 하부 표면(308)을 포함하는 제1 가스 분배 플레이트(304)를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 　 예를 들어, 제1 가스 분배 플레이트(304)는 알루미늄, 티타늄, 니켈, 니켈 합금, 세라믹, 스테인리스 강 및 하스텔로이 중 하나 이상으로 제조될 수 있다. 또한, 방법은 약 25 밀리미터 미만, 또는 약 15 밀리미터 미만, 또는 심지어 약 12.5 밀리미터 미만의 두께를 가지도록 제 1 가스 분배 플레이트를 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 제1 가스 분배 플레이트(304)는 약 100 밀리미터 미만의, 또는 약 200 밀리미터 미만의, 또는 심지어 300 밀리미터 미만의 반지름을 가지는 원형 디스크 구성을 포함할 수 있다.
제1 가스 분배 플레이트(304)를 제공한 후에, 본 방법은 제1 가스 분배 플레이트(304)의 상부 표면(312) 상에 하나 이상의 가열 구조체를 인쇄하는 단계에 의해 계속될 수 있다(대안적으로, 하나 이상의 가열 구조체는 제2 가스 분배의 하부 표면에 인쇄될 수 있다). 보다 상세하게, 도 7b는 하나 이상의 가열 구조체의 초기 일부분의 형성을 도시하며, 초기 일부분은 제1 유전체 층(318)을 포함한다. 일부 구현예에서, 제1 유전체 층은(도 7b에 도시된 바와 같이) 제1 가스 분배 플레이트(304)의 상부 표면(312) 상에 직접 배치될 수 있으나, 다른 구현예에서는 제1 유전체 층이 제2 가스 분배 플레이트(310)의 하부 표면 상에 직접 배치될 수 있다(미도시). 제1 유전체 재료(318)는 알루미나, 플라스틱, 및 불소화폴리머(예, 폴리테트라플루오르에틸렌) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제1 유전체 재료는 0.25 밀리미터 초과, 또는 0.5 밀리미터 초과, 또는 심지어 1.0 밀리미터 초과의 두께로 3D 인쇄될 수 있다. 또한 제1 유전체 층(318)은 1 밀리미터 미만, 또는 3 밀리미터 미만, 또는 심지어 5 밀리미터 미만의 단면 너비를 가질 수 있다.
도 7c를 참조하여, 제1 유전체 층(318)을 제1 가스 분배 플레이트(304)의 상부 표면(312) 위에 제공한 후, 방법은 제1 유전체 층(318) 위에 저항성 재료(322)를 인쇄하는 단계를 더 포함 할 수 있고, 제1 유전체 층(318) 위에 직접 저항성 재료(322)를 3D 인쇄하는 단계를 더 포함할 수 있다. 저항성 재료는 알루미늄, 니크롬, 니켈, 크롬, 및 텅스텐 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 저항성 재료는 0.25 밀리미터 초과, 또는 0.50 밀리미터 초과, 또는 심지어 1.00 밀리미터 초과의 두께로 3D 인쇄될 수 있다. 또한, 저항성 재료는 1 밀리미터 미만, 또는 2 밀리미터 미만, 또는 심지어 3 밀리미터 미만의 단면 너비를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 저항성 재료(322)의 두께 및/또는 너비는 가스 분배 어셈블리의 가열을 위해 다양한 전력 밀도가 가능하도록 변할 수 있다.
도 7d를 참조하여, 저항성 재료(322)를 제1 유전체 층(318) 위에 제공한 후에, 제2 유전체 층(320)은 저항성 재료(322) 위에 인쇄될 수 있고, 상기 제2 유전체 층(320)이 저항성 재료(322) 위에 직접 및 상기 제2 유전체 층(320)이 상기 제1 유전체 층(318)과 함께 상기 저항성 재료(322)를 캡슐화한다. 제2 유전체 재료는 알루미나, 플라스틱, 및 불소화폴리머(예, 폴리테트라플루오르에틸렌) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제2 유전체 재료(320)는 0.25 밀리미터 초과, 또는 0.5 밀리미터 초과, 또는 심지어 1 밀리미터 초과의 두께로 3D 인쇄될 수 있다. 또한 제2 유전체 층(320)은 1 밀리미터 미만, 또는 3 밀리미터 미만, 또는 심지어 5 밀리미터의 단면 너비를 가질 수 있다.
하나 이상의 가열 구조체를 제1 가스 분배 플레이트(304) 또는 제2 가스 분배 플레이트 중 하나에 3D 인쇄한 후, 본 개시의 방법은 상기 제1 가스 분배 플레이트를 상기 제2 가스 분배 플레이트에 결합하는 단계에 의해 계속될 수 있으며, 하나 이상의 가열 구조체가 상기 제1 가스 분배 플레이트의 상부 표면과 제2 가스 분배 플레이트의 사이에 배치된다. 본 개시의 일부 구현예에서, 제1 가스 분배 플레이트를 제2 가스 분배 플레이트에 결합하는 것은 브레이징 재료를 이용하여 달성할 수 있다. 예를 들어, 제1 가스 분배 플레이트를 제2 가스 분배 플레이트에 결합시키는 단계는 제1 분배 플레이트의 상부 표면 또는 제2 가스 분배 플레이트의 하부 표면 중 적어도 하나 위에 브레이징 재료를 제공하는 단계를 포함한다. 도 7e에 도시된 바와 같이, 방법은 제1 가스 분배 플레이트(304)의 상부 표면(312)의 브레이징 재료(324)를 제공하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 브레이징 재료(324)는 하나 이상의 가열 구조체(316) 사이에 배치된다. 제1 가스 분배 플레이트(304)를 제2 가스 분배 플레이트에 결합하는 단계는 상부 표면(312) 및 하부 표면(314)을 포함하는 제2 가스 분배 플레이트(310)를 제공하는 단계(도 7f 참조), 및 제1 가스 분배 플레이트(304), 제2 가스 분배 플레이트(310), 및 브레이징 재료(324)를 제1 가스 분배 플레이트(304)와 제2 가스 분배 플레이트(310)가 서로 브레이징할 수 있도록 가열하는 단계(도 7g 참조)를 더 포함할 수 있다.
일단, 제1 가스 분배 플레이트(304) 및 제2 가스 분배 플레이트(310)가 브레이징 재료(324)와 함께 결합되면, 본 개시의 방법은 복수의 개구(326)를 형성하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 복수의 개구는 제2 가스 분배 플레이트(310)의 상부 표면(312)으로부터 제1 가스 분배 플레이트(304)의 하부 표면(308)으로 연장할 수 있다(도 7h). 예를 들어, 복수의 개구(326)는 드릴링 공정에 의해 형성될 수 있으며, 복수의 개구(326)를 형성하는 단계는 브레이징 재료 (324)를 통해 복수의 개구를 연장시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 대안적인 구현예는, 본 개시 방법의 비 한정적인 예가 첨부한 도 8a 내지 도 8f에 도시될 수 있고, 도 4의 예시적인 가스 분배 어셈블리(402)를 제조하는 방법을 도시한다. 본 개시의 방법은 상부 표면(406) 및 하부 표면(408)을 포함하는 제1 가스 분배 플레이트(404)를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 본 개시의 일부 구현예에서, 방법은 제1 가스 분포의 상부 표면 내에 하나 이상의 채널(428)을 형성하고, 하나 이상의 가열 구조체(416)를 인쇄하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 하나 이상의 가열 구조체(416)는 상기 하나 이상의 채널(428) 내에 배치된다(도 8a 및 도 8b에 도시). 일단 하나 이상의 가열 구조체가 하나 이상의 채널 내에 배치되면, 브레이징 재료(424)가 제 1 가스 분배 플레이트(404)(도 8c에 도시) 또는 제 2 가스 분배 플레이트 위에 제공될 수 있다. 상부 표면(412) 및 하부 표면(414)을 포함하는 제2 가스 분배 플레이트(410)가 제공될 수 있으며, 제1 및 제2 가스 분배 플레이트는 서로 브레이징될 수 있다(도 8d에 도시). 일단 서로 브레이징되면(도 8e), 가스 분배 어셈블리는 드릴링 공정과 같은 개구 형성 공정을 거치고, 그러함으로써 제2 가스 분배 플레이트(410)의 상부 표면(412)으로부터 제1 가스 분배 플레이트(404)의 하부 표면(408)까지 연장되는 복수의 개구(426)가 형성된다(도 8f 참조).
본 개시의 대안적인 구현예는, 본 개시 방법의 비 한정적인 예가 첨부한 도 9a 내지 도 9c에 도시될 수 있고, 도 5의 예시적인 가스 분배 어셈블리(502)를 제조하는 방법을 도시한다. 본 개시의 방법은 상부 표면(506) 및 하부 표면(508)을 포함하는 제1 가스 분배 플레이트(504)를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 추가적으로, 방법은 상부 표면(512) 및 하부 표면(514)을 포함하는 제2 가스 분배 플레이트(510)를 제공하는 단계를 또한 포함할 수 있다.
방법은 폴리이미드 기판과 같은 제1 폴리이미드 층(530)을 포함하는 다층 구조체(902)를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 다층 구조체(902)는 제1 폴리이미드 층(530) 상에 배치된 하나 이상의 가열 구조체(522)를 더 포함할 수 있으며, 상기 하나 이상의 가열 구조체(522)는 하나 이상의 인쇄된 가열 구조체를 포함한다. 예를 들어, 하나 이상의 인쇄된 가열 구조체는 예를 들어, 은과 구리를 포함하는 스크린 인쇄된 저항성 재료를 포함할 수 있다. 다층 구조체(902)는 하나 이상의 가열 구조체 위에 직접 배치된 추가의 유전체 재료(532)를 더 포함할 수 있고, 상기 추가의 유전체 재료(532)는 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 포함할 수 있거나, 대안적으로 추가의 유전체 재료(532)는 추가적인 폴리이미드 층을 포함할 수 있다. 다층 구조체(902)는 추가 유전체 재료(532) 위에 직접 배치 될 수 있는 하나 이상의 열전대와 같은 하나 이상의 온도 센서(534)를 더 포함할 수 있다. 마지막으로, 다층 구조체는 유전체 재료 (536)를 더 포함할 수 있으며, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 또는 하나 이상의 센서(534) 위에 직접 배치된 추가의 폴리이미드 층을 포함할 수 있다.
본 개시의 방법은 부분적으로 형성된 밀폐의 가스 분배 어셈블리를 형성하기 위하여 제1 가스 분배 플레이트(510), 다층 구조체(902) 및 제2 가스 분배 플레이트 (504)를 서로 결합시키는 단계에 의해 계속될 수 있다. 결합 공정은 제1 가스 분배 플레이트(510), 다층 구조체(902), 및 제2 가스 분배 플레이트(504)가 본딩 공정을 수행하는 본딩 장치 내에 위치하는 본딩 공정을 포함할 수 있다. 본 개시의 일부 구현예에서, 본딩 공정은 제1 가스 분배 플레이트(510)와 제2 가스 분배 플레이트(510) 사이에 압력을 가하는 단계를 포함할 수 있으며, 다층 구조체(902)는 상기 2개의 가스 분배 플레이트 사이에 배치된다. 제1 가스 분배 플레이트(504) 및 제2 가스 분배 플레이트(510)에 압력을 적용하는 단계 외에도, 결합 공정은 제1 가스 분배 플레이트(504) 및 제2 가스 분배 플레이트(510)를 가열하는 단계를 또한 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 가스 분배 플레이트(504), 다층 구조체(902), 및 제2 가스 분배 플레이트(510)를 포함하는 어셈블리는 본딩 장치 내에 위치될 수 있으며, 압력이 상기 어셈블리에 적용될 수 있고, 그 동안 상기 어셈블리를 약 250°C 초과하는 온도로 가열한다. 결합 공정은 도 9b에 도시된 바와 같이 부분적으로 형성된 가스 분배 어셈블리를 초래한다.
일단 어셈블리가 함께 접착되면, 상기 방법은 제2 가스 분배 플레이트(510)의 상부 표면(512)으로부터 제1 가스 분배 플레이트(504)의 하부 표면 (508)까지 복수의 개구를 형성함으로써 계속할 수 있으며, 상기 복수의 개구는 도 9c의 가스 분배 어셈블리(502)에 의해 도시된 바와 같이, 하나 이상의 가열 구조체와 하나 이상의 센서 사이에 배치된다.
본 개시의 대안적인 구현예는, 본 개시 방법의 비 한정적인 예가 첨부한 도 10a 내지 도 10c에 도시될 수 있고, 도 6의 예시적인 가스 분배 어셈블리(602)를 제조하는 방법을 도시한다. 본 개시의 방법은 제1 가스 분배 플레이트(604), 제2 가스 분배 플레이트(610), 및 그 사이에 배치 된 하나 이상의 가열 구조체(616)를 포함하는 부분적으로 제조된 가스 분배 어셈블리(1002)를 제공하는 단계를 포함할 수 있고, 이러한 부분적으로 제조된 가스 분배 어셈블리(1002)를 형성하는 상기 방법은 도 8a 내지 도 8e에 참조하여 본원에 설명되므로 여기서는 반복하지 않는다. 본 개시의 방법은 제1 가스 분배 플레이트의 하부 표면(606) 상에 추가 브레이징 재료(646)를 제공하는 단계를 또한 포함할 수 있다. 본 개시의 방법은 제3 가스 플레이트(636)를 제공하는 단계를 또한 포함할 수 있으며, 상기 제3 가스 분배 플레이트(636)는 제 3 가스 분배 플레이트(636)의 상부 표면(638)으로부터 제3 가스 분배 플레이트(636)의 몸체의 일부분 속으로 연장되는 하나 이상의 트렌치(642)를 더 포함한다. 하나 이상의 트렌치(642)는 기계 가공 공정을 이용함으로써 제3 가스 분배 플레이트(636)의 상부 표면(638) 내에 형성될 수 있다.
본 개시의 방법은 부분적으로 제조된 가스 분배 어셈블리(1002)를 제3 가스 분배 플레이트(636)에 결합함으로써 계속될 수 있다. 결합 공정은 제3 가스 분배 플레이트(636)의 상부 표면(638)에 추가적인 브레이징 재료(646)를 접촉시키고 추가 브레이징 재료가 부분적으로 제조된 가스 분배 어셈블리(1002)에 제 3 가스 분배 플레이트를 결합하도록 상기 어셈블리를 가열함으로써 달성될 수 있다(도 10b에 도시됨). 부분적으로 제조된 가스 분배 어셈블리(1002)를 제3 가스 분배 플레이트(636)에 결합하는 것은 하나 이상의 밀봉 채널(644)의 형성을 초래하고, 상기 밀봉 채널은 가스 분배 어셈블리를 통해 냉각 매체 (예, 냉각 유체)를 유동시키는 데 이용될 수 있다.
일단 어셈블리가 함께 결합되면, 상기 방법은 제2 가스 분배 플레이트(610)의 상부 표면(612)으로부터 제3 가스 분배 플레이트(636)의 하부 표면(640)까지 복수의 개구를 형성함으로써 계속할 수 있고, 상기 복수의 개구는 도 10c의 가스 분배 어셈블리(602)에 의해 도시된 바와 같이 하나 이상의 가열 구조체와 하나 이상의 밀봉 채널 사이에 배치된다
위에 설명된 본 개시의 예시적 구현예들은 본 발명의 구현예들의 예시일 뿐이기 때문에 이들 구현예들은 첨부된 청구범위 및 그의 법적 등가물에 의해 정의되는 본 발명의 범주를 제한하지 않는다. 임의의 등가적인 실시예들은 본 발명의 범주 내에 있도록 의도된다. 확실하게, 본원에 도시되고 기재된 것 외에도, 기재된 요소들의 선택적인 유용한 조합과 같은 본 발명의 다양한 변경은 설명으로부터 당업자에게 분명할 수 있다. 이러한 변경 및 실시예들도 첨부된 청구범위의 범주 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims (22)

  1. 반응 챔버 내 가스를 분배하는 샤워헤드 어셈블리로서,
    상기 샤워헤드 어셈블리 내 형성된 챔버; 및
    상기 챔버에 근접한 가스 분배 어셈블리를 포함하되, 상기 가스 분배 어셈블리는,
    제1 상부 표면 및 제1 하부 표면을 포함하는 제1 가스 분배 플레이트;
    제2 상부 표면 및 제2 하부 표면을 포함하고, 상기 제1 상부 표면 위에 배치되는 제2 가스 분배 플레이트;
    상기 제1 가스 분배 플레이트와 상기 제2 가스 분배 플레이트 사이에 배치되는 하나 이상의 가열 구조체; 및
    상기 제1 하부 표면으로부터 상기 제2 상부 표면까지 연장되는 복수의 개구를 포함하는 샤워헤드 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 가열 구조체는 하나 이상의 3D 인쇄된 가열 구조체를 포함하는 샤워헤드 어셈블리.
  3. 제2항에 있어서, 상기 하나 이상의 3D 인쇄된 가열 구조체는,
    제1 유전체 층;
    제2 유전체 층; 및
    상기 제1 유전체 층과 상기 제2 유전체 층 사이에 배치되고 캡슐화된 저항성 재료를 포함하는 샤워헤드 어셈블리.
  4. 제2항에 있어서, 상기 하나 이상의 3D 인쇄된 가열 구조체는 전기 전도 경로를 설정하는 3D 인쇄된 트랙을 적어도 하나 포함하는 샤워헤드 어셈블리.
  5. 제3항에 있어서, 상기 샤워헤드 어셈블리 내 가변 전력 밀도를 가능하게 하도록 상기 저항성 재료의 선폭이 상기 하나 이상의 3D 인쇄된 가열 구조 내에서 가변적인 샤워헤드 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 가스 분배 플레이트와 상기 제2 가스 분배 플레이트 사이에 배치되는 브레이징 재료를 더 포함하는 샤워헤드 어셈블리
  7. 제6항에 있어서, 상기 브레이징 재료는 상기 하나 이상의 가열 구조체 사이에서 더 배치되고 접촉하는 샤워헤드 어셈블리.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제1 하부 표면으로부터 상기 제2 상부 표면까지 연장되는 상기 복수의 개구는 상기 브레이징 재료를 통해 더 연장되는 샤워헤드 어셈블리.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 가스 분배 플레이트는 상기 제1 상부 표면 내 배치되는 하나 이상의 채널을 더 포함하고, 상기 하나 이상의 가열 구조체는 상기 하나 이상의 채널 내에 배치되는 샤워헤드 어셈블리.
  10. 제9항에 있어서, 상기 하나 이상의 가열 구조체를 브레이징 재료로 덮는 제1 상부 표면 위에 블랭킷 브레이징 재료를 배치하는 샤워헤드 어셈블리.
  11. 제1항에 있어서, 제3 상부 표면 및 제3 하부 표면을 포함하고, 상기 제1 가스 분배 플레이트 또는 상기 제2 가스 분배 플레이트 중 하나에 부착되는 제3 가스 분배 플레이트를 더 포함하는 샤워헤드 어셈블리.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제3 상부 표면으로부터 상기 제3 가스 분배 플레이트의 몸체 일부분 속으로 연장되는 하나 이상의 트렌치를 더 포함하는 샤워헤드 어셈블리.
  13. 제12항에 있어서, 상기 하나 이상의 트렌치는 상기 제1 가스 분배 플레이트 또는 제2 가스 분배 플레이트 중 하나에 부착됨으로써, 상기 가스 분배 어셈블리 전체에 냉각 유체를 분배하도록 구성된 하나 이상의 밀봉 채널을 형성하는 샤워헤드 어셈블리.
  14. 제13항에 있어서, 상기 하나 이상의 밀봉 채널은 상기 샤워헤드 어셈블리의 역류 냉각을 위해 구성된 둘 이상의 독립적인 밀봉 채널을 더 포함하는 샤워헤드 어셈블리.
  15. 제13항에 있어서, 상기 복수의 개구는 상기 제3 상부 표면으로부터 상기 제3 하부 표면까지 더 연장되는 샤워헤드 어셈블리.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제3 상부 표면으로부터 상기 제3 하부 표면까지 연장되는 상기 복수의 개구는 상기 하나 이상의 밀봉 채널 사이에 배치되는 샤워헤드 어셈블리.
  17. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 가열 구조체는 하나 이상의 독립 제어되는 가열 영역을 포함하는 샤워헤드 어셈블리.
  18. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 가열 구조체는 폴리이미드 층 위에 배치된 하나 이상의 인쇄된 발열체를 포함하는 샤워헤드 어셈블리.
  19. 제18항에 있어서, 상기 폴리이미드 층 위에 하나 이상의 인쇄된 열전대를 더 포함하는 샤워헤드 어셈블리.
  20. 제19항에 있어서, 상기 하나 이상의 인쇄된 발열체 및 상기 하나 이상의 인쇄된 열전대 위에 배치된 유전체 재료를 더 포함하는 샤워헤드 어셈블리.
  21. 제20항에 있어서, 상기 복수 개구는 상기 하나 이상의 가열 구조체와 상기 하나 이상의 열전대 사이에서 상기 유전체 재료 및 상기 폴리이미드 기판을 통해 연장되는 샤워헤드 어셈블리.
  22. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 가열 구조체는 적어도 200 와트/제곱인치의 전력 밀도를 제공하도록 구성되는 샤워헤드 어셈블리.
KR1020180087689A 2017-08-04 2018-07-27 반응 챔버 내 가스 분배를 위한 샤워헤드 어셈블리 및 샤워헤드 어셈블리의 온도 균일성을 제어하는 방법 KR102637214B1 (ko)

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