KR20190121258A - 가열식 세라믹 페이스플레이트 - Google Patents

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Abstract

프로세스 챔버 내에서 가스를 분배하기 위한 장치가 개시된다. 장치는 커플링 부분에 의해 둘러싸인 분배 부분으로 형성된 바디를 갖는다. 바디를 상승된 온도로 가열하기 위해, 가열기가 분배 부분 내에 배치된다. 커플링 부분과 분배 부분 사이에서 브리지가 연장된다. 브리지는 분배 부분과 커플링 부분 사이의 열 전달을 제한한다.

Description

가열식 세라믹 페이스플레이트{HEATED CERAMIC FACEPLATE}
[0001] 본 개시내용은 일반적으로, 프로세스 챔버에서 가스를 분배하기 위한 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로, 가열식 세라믹 페이스플레이트(faceplate)에 관한 것이다.
[0002] 집적 회로들의 제작에서, 반도체 기판들 상에 다양한 재료들의 막들을 증착하기 위해, 증착 프로세스들, 이를테면 화학 기상 증착(CVD) 또는 원자 층 증착(ALD)이 사용된다. 다른 동작들에서, 추가적인 증착들을 위하여 층의 일부를 노출시키기 위해, 층 변경 프로세스, 이를테면 에칭이 사용된다. 종종, 전자 디바이스, 이를테면 반도체 디바이스의 다양한 층들을 제작하기 위해, 이들 프로세스들이 반복적인 방식으로 사용된다.
[0003] 개선된 디바이스들에 대한 필요성이 계속 증가됨에 따라, 그러한 디바이스들을 제조하는 데 사용되는 방법들에 대한 필요성도 계속 증가된다. 새로운 프로세스들에서 사용되는 케미스트리(chemistry), 이를테면 전구체 가스들은 그러한 프로세스들을 수행하기 위해 증가된 프로세스 제어, 이를테면 온도 제어를 지속적으로 요구하고 있다. 따라서, 디바이스 제조 및 프로세싱을 위한 증가된 온도 제어를 제공할 수 있는 프로세스 챔버 컴포넌트들이 본 기술분야에 필요하다.
[0004] 일 실시예에서, 페이스플레이트는 가열기 층과 전극 층으로 형성된 바디를 갖는다. 전극 층의 외측 직경은 바디의 분배 부분을 정의한다. 복수의 애퍼처(aperture)들이 그 복수의 애퍼처들을 통해 가스를 통과시키기 위해 분배 부분 내에서 바디를 관통하여 형성된다. 가열기가 바디를 가열하기 위해 가열기 층 내에 배치된다. 브리지가 분배 부분을 둘러싸고, 분배 부분을 커플링 부분에 커플링시킨다.
[0005] 다른 실시예에서, 페이스플레이트는 바디를 가지며, 여기서, 그 바디는 전극 층, 가열기 층, 및 접지 층으로 형성된다. 본딩 층이 전극 층과 가열기 사이에 그리고 가열기 층과 접지 층 사이에 배치된다. 복수의 애퍼처들이 바디를 관통하여 형성된다. 각각의 애퍼처는 제1 단부 및 제2 단부를 가지며, 여기서, 제1 단부는 바디의 외측 표면에 위치되고, 각각의 애퍼처의 제2 단부는 전극 층에 배치된 하나 이상의 노즐들에 유동적으로(fluidly) 커플링된다. 바디는 또한, 열 초크를 포함한다.
[0006] 다른 실시예에서, 가스 분배 장치는 세라믹 바디를 갖는다. 바디는 제1 층, 제2 층, 및 제3 층으로 형성된다. 복수의 애퍼처들이 세라믹 바디를 관통하여 형성된다. 가열기가 제1 층에 배치되며, 전극이 제2 층에 배치된다. 브리지 부분이 제3 층으로부터 수직으로 연장된다. 제3 층 반대편에 있는, 브리지 부분의 단부에 커플링 부분이 배치된다. 브리지 부분은 가열기로부터 커플링 부분으로의 열 전달을 제한하는 열 초크이다.
[0007] 본 개시내용의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 단지 예시적인 실시예들을 도시하는 것이므로 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 개시내용이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0008] 도 1은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 예시적인 프로세스 챔버의 개략적인 어레인지먼트를 예시한다.
[0009] 도 2는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 예시적인 페이스플레이트의 개략적인 어레인지먼트를 단면도로 예시한다.
[0010] 도 3은 본 개시내용의 다른 실시예에 따른 예시적인 페이스플레이트의 개략적인 어레인지먼트를 단면도로 예시한다.
[0011] 도 4는 본 개시내용의 다른 실시예에 따른 예시적인 페이스플레이트의 개략적인 어레인지먼트를 단면도로 예시한다.
[0012] 도 5는 본 개시내용의 다른 실시예에 따른 예시적인 페이스플레이트의 개략적인 어레인지먼트를 단면도로 예시한다.
[0013] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 특징들이 추가적인 설명 없이 다른 실시예들에 유익하게 포함될 수 있다는 것이 고려된다.
[0014] 본 개시내용은 일반적으로, 프로세스 챔버 내의 가스 분배를 위한 장치에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 개시내용의 양상들은 세라믹 페이스플레이트에 관한 것이다. 페이스플레이트는 커플링 부분에 의해 둘러싸인 분배 부분으로 형성된 세라믹 바디를 갖는다. 바디를 상승된 온도로 가열하기 위해, 가열기가 분배 부분 내에 배치된다. 커플링 부분과 분배 부분 사이에서 브리지가 연장된다. 브리지는 분배 부분과 커플링 부분 사이의 열 전달을 제한한다.
[0015] 도 1은 일 실시예에 따른 예시적인 프로세스 챔버(100)의 개략적인 단면도를 예시한다. 프로세스 챔버(100)는 바디(102)를 가지며, 그 바디(102)는 측벽(104) 및 베이스(106)를 갖는다. 바디(102)에 덮개 조립체(108)가 커플링되어, 그 내부에 프로세스 볼륨(110)을 정의한다. 바디(102)는 금속, 이를테면 알루미늄 또는 스테인리스 강으로 형성되지만, 바디(102) 내의 프로세스와 함께 사용하는 데 적합한 임의의 재료가 활용될 수 있다. 기판 지지부(112)가 프로세스 볼륨(110) 내에 배치되고, 프로세스 챔버(100) 내의 프로세싱 동안 기판(W)을 지지한다. 기판 지지부(112)는 샤프트(116)에 커플링된 지지 바디(114)를 포함한다. 샤프트(116)는 지지 바디(114)의 하부 표면에 커플링되고, 베이스(106) 내의 개구(118)를 통해 바디(102) 밖으로 연장된다. 기판 로딩 포지션과 프로세싱 포지션 사이에서, 샤프트(116) 및 그 샤프트(116)에 커플링된 지지 바디(114)를 수직으로 이동시키기 위해, 샤프트(116)가 액추에이터(120)에 커플링된다. 프로세스 볼륨(110)으로부터 가스들을 배출하기 위해, 진공 시스템(130)이 프로세스 볼륨(110)에 유동적으로 커플링된다.
[0016] 프로세스 챔버(100)에서 기판(W)의 프로세싱을 가능하게 하기 위해, 기판(W)은 샤프트(116) 반대편에서 지지 바디(114)의 상부 표면 상에 배치된다. 프로세스 볼륨(110) 내로의 기판(W)의 출입을 가능하게 하기 위해, 포트(122)가 측벽(104)에 형성된다. 기판(W)이 기판 지지부(112) 상에 로딩되도록 또는 기판 지지부(112)로부터 제거되도록 선택적으로 포트(122)를 통과할 수 있게 하기 위해 도어(124), 이를테면 슬릿 밸브가 작동된다. 전극(126)이 지지 바디(114) 내에 배치되고, 샤프트(116)를 통해 전력 소스(128)에 전기적으로 커플링된다. 전극(126)은 플라즈마 생성 또는 제어를 가능하게 하기 위해 그리고/또는 지지 바디(114)의 상부 표면에 기판(W)을 척킹하기 위한 전자기장을 생성하기 위해 전력 소스(128)에 의해 선택적으로 바이어싱된다. 특정 실시예들에서, 지지 바디(114) 상에 배치된 기판(W)을 가열하기 위해, 가열기(190), 이를테면 저항성 가열기가 지지 바디(114) 내에 배치된다.
[0017] 덮개 조립체(108)는 덮개(132), 블로커 플레이트(134), 및 페이스플레이트(136)를 포함한다. 블로커 플레이트(134)는 환상 연장부(162)에 의해 둘러싸인 리세스된(recessed) 원형 분배 부분(160)을 포함한다. 블로커 플레이트(134)는 덮개(132)와 페이스플레이트(136) 사이에 배치되고, 환상 연장부(162)에서 덮개(132) 및 페이스플레이트(136) 각각에 커플링된다. 덮개(132)는 바디(102) 반대편에서 환상 연장부(162)의 상부 표면에 커플링된다. 페이스 플레이트(136)는 환상 연장부(162)의 하부 표면에 커플링된다. 블로커 플레이트(134)와 덮개(132) 사이에 제1 볼륨(146)이 정의된다. 블로커 플레이트(134)와 페이스플레이트(136) 사이에 제2 볼륨(148)이 추가로 정의된다. 복수의 애퍼처들(150)이 블로커 플레이트(134)의 분배 부분(160)을 관통하여 형성되고, 제1 볼륨(146)과 제2 볼륨(148) 사이의 유체 연통을 가능하게 한다.
[0018] 유입구 포트(144)가 덮개(132) 내에 배치된다. 유입구 포트(144)는 가스 도관(138)에 유동적으로 커플링된다. 가스 도관(138)은 가스가 제1 가스 소스(140), 이를테면 프로세스 가스 소스로부터 유입구 포트(144)를 통해 제1 볼륨(146) 내로 유동할 수 있게 한다. 제2 가스 소스(142), 이를테면 세정 가스 소스가 가스 도관(138)에 선택적으로 커플링된다.
[0019] 일 예에서, 제1 가스 소스(140)는 기판(W) 상의 층을 에칭하거나 또는 기판(W) 상에 층을 증착하기 위해, 제1 가스, 이를테면 에칭 가스 또는 증착 가스를 프로세스 볼륨(110)에 공급한다. 제2 가스 소스(142)는 프로세스 챔버(100)의 내부 표면들, 이를테면 프로세스 볼륨(110)과 대면하는 측벽(104)의 표면들로부터 입자 증착물들을 제거하기 위해, 제2 가스, 이를테면 세정 가스를 프로세스 볼륨(110)에 공급한다. 외부 환경으로부터 프로세스 볼륨(110)을 격리시켜 진공 시스템(130)에 의해 프로세스 볼륨(110) 내의 진공의 유지를 가능하게 하기 위해, 제1 볼륨(146)을 둘러싸는 환상 연장부(162)의 상부 표면에서 블로커 플레이트(134)와 덮개(132) 사이에 밀봉부(152), 이를테면 O-링이 배치된다.
[0020] 페이스플레이트(136)는 분배 부분(164), 및 분배 부분(164)의 반경방향 외측에 배치된 커플링 부분(166)을 갖는다. 분배 부분(164)은 프로세스 볼륨(110)과 제2 볼륨(148) 사이에 배치된다. 커플링 부분(166)은 페이스플레이트(136)의 주변부에서 분배 부분(164)을 둘러싼다. 기판(W)의 프로세싱을 가능하게 하기 위해, RF 생성기(180)가 제1 가스 소스(140), 제2 가스 소스(142), 또는 제1 가스 소스(140)와 제2 가스 소스(142) 둘 모두로부터의 가스를 여기시켜 이온화된 종을 형성하기 위해, 페이스플레이트(136)에 선택적으로 커플링된다. 일 예에서, RF 생성기(180) 및 페이스플레이트(136)는, 전극(126) 및 전력 소스(128)와 함께, 프로세스 볼륨(110) 내의 용량성 커플링된 플라즈마의 생성을 가능하게 한다.
[0021] 하나 이상의 애퍼처들(154)이 분배 부분(164) 내에 페이스플레이트(136)를 관통하여 배치된다. 애퍼처들(154)은 프로세스 볼륨(110)과 제2 볼륨(148) 사이의 유체 연통을 가능하게 한다. 동작 동안, 가스가 유입구 포트(144)로부터 제1 볼륨(146) 내로 유동하여 블로커 플레이트(134) 내의 애퍼처들(150)을 통해 제2 볼륨(148) 내로 유동한다. 제2 볼륨(148)으로부터, 가스는 페이스플레이트(136) 내의 애퍼처들(154)을 통해 프로세스 볼륨(110) 내로 유동한다. 애퍼처들(154)의 어레인지먼트 및 사이즈 설정은 요구되는 가스 분배를 달성하기 위해, 프로세스 볼륨(110) 내로의 가스의 선택적인 유동을 가능하게 한다. 예컨대, 특정 프로세스들에 대해, 기판에 걸친 균일한 분배가 요구될 수 있다.
[0022] 하나 이상의 가열기들(174)이 페이스플레이트(136)에 배치된다. 일 실시예에서, 가열기들(174)은 애퍼처들(154)의 반경방향 외측에 배치된다. 가열기들(174)은 페이스플레이트(136)에 열을 제공할 수 있는 임의의 디바이스일 수 있다. 일 예에서, 가열기들(174)은 저항성 가열기를 포함하며, 그 저항성 가열기는 페이스플레이트(136)의 애퍼처들(154)을 에워싸면서 페이스플레이트(136) 내에 매립될 수 있다. 다른 예에서, 가열기들(174)은 페이스플레이트(136)에 형성된 유체 소스(미도시)와 유체 연통하는 채널이며, 그 채널은 그 채널을 통해, 가열된 유체를 순환시킨다. 가열기들(174)은 페이스플레이트를 높은 온도, 이를테면 300 ℃ 이상으로 가열한다. 예컨대, 가열기들(174)은 페이스플레이트를 400 ℃, 500 ℃, 또는 그 초과로 가열할 수 있다. 프로세싱 동안, 이를테면 화학 기상 증착(CVD) 프로세스 동안 300 ℃, 400 ℃, 또는 500 ℃와 같은 온도로 프로세싱 동안의 페이스플레이트의 온도를 증가시키는 것은 기판(W) 상의 증착 및 기판(W)의 프로세싱을 개선한다.
[0023] 프로세스 볼륨(110) 내의 진공의 유지를 가능하게 하기 위해, 블로커 플레이트(134)와 페이스플레이트(136) 사이에 밀봉부(170)가 배치된다. 제2 밀봉부(156)가 페이스플레이트(136)와 측벽(104) 사이에 배치된다. 도 1의 실시예에서, 밀봉부들(156, 170) 둘 모두는, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 고무, 또는 실리콘(silicone)과 같은 재료들로 형성된 O-링들이다. 다른 밀봉 설계들, 이를테면 시트 개스킷들 또는 본드들이 또한 고려된다. 예컨대 프로세스 챔버의 스케줄링된 예방 유지보수 동안 O-링들은 신속하게 수리 또는 교체될 수 있고, 그에 따라, 프로세스 챔버의 유지보수 다운타임이 크게 감소될 수 있다.
[0024] 도 2는 일 실시예에 따른 페이스플레이트(236)의 개략적인 단면 어레인지먼트를 예시한다. 페이스플레이트(236)는 도 1에 도시된 페이스플레이트(136) 대신 사용될 수 있다. 여기서, 페이스플레이트(236)는, 본딩 층(206)에 의해 함께 커플링된 전극 층(202)과 가열기 층(204)으로 형성된 바디(200)를 갖는다. 실시예에서, 전극 층(202) 및 가열기 층(204)은 바디(200)를 형성하기 위해 함께 커플링된 별개의 부재들이다. 그러나, 바디(200)를 형성하기 위해 단일 일체형 부재가 또한 사용될 수 있다. 본딩 층(206)은 가열기 층(204)과 전극 층(202) 사이에 배치된 열 전도성 층이다. 일 예에서, 본딩 층(206)은 확산 본드이다. 본딩 층(206)은, 전극 층(202)과 가열기 층(204) 사이에 충분한 접착력을 제공하면서 전극 층(202)과 가열기 층(204) 사이에 적절하게 열을 전도하는 임의의 적합한 본드 타입일 수 있다.
[0025] 분배 부분(164)은 상단 표면(210)과 하단 표면(212)에 의해 부분적으로 정의된다. 분배 부분(164)의 외측 직경은 전극 층(202)의 외측 직경에 의해 정의된다. 애퍼처들(154)은 분배 부분(164)에서 바디(200)를 관통하여 형성된다. 애퍼처들(154)은 상단 표면(210)과 하단 표면(212) 사이에서 전극 층(202)과 가열기 층(204) 둘 모두를 관통하여 형성된다. 여기서, 애퍼처들(154)은, 제1 애퍼처의 중심이 인접 제2 애퍼처의 중심으로부터 약 2 mm 내지 약 6 mm, 이를테면 약 3 mm 내지 약 5mm의 거리를 두고 이격되도록, 벌집형 어레이(honeycomb array)로 배열된다. 예컨대, 애퍼처들(154)은 제1 애퍼처의 중심이 인접 제2 애퍼처의 중심으로부터 4 mm의 거리를 두고 이격되도록 배열된다. 다른 예에서, 인접 애퍼처들(154)의 중심-대-중심 거리는 약 5 mm 내지 약 6 mm이다. 다른 어레인지먼트들, 이를테면 래티스(lattice) 또는 그리드(grid) 레이아웃이 본원에서 활용될 수 있음이 유의되어야 한다.
[0026] 전극 층(202)은 세라믹 재료, 이를테면 알루미늄 질화물로 형성된다. 전극(208)이 전극 층(202) 내에 배치된다. 전극(208)은 전극 층(202)의 제조 동안 전극 층(202) 내에 형성된다. 전극(208)에 전류를 제공하기 위해, 전극(208)은 전력 소스, 이를테면 도 1의 RF 생성기(180)에 전기적으로 커플링된다. 동작 동안, 전극(208)은 전력 소스로부터 제공된 전류를 사용하여, 기판을 프로세싱하기 위한 플라즈마를 형성 및/또는 제어하도록 기능한다. 도시된 바와 같이, 애퍼처들(154) 사이에 전극(208)의 부분들이 배치된다. 페이스플레이트를 제조하는 종래의 방법들을 사용하면, 인접 애퍼처들(154) 사이의 짧은 중심-대-중심 거리가 인접 애퍼처들(154) 사이에 전극을 포지셔닝하는 것을 방지한다. 그러나, 가열기 층(204)과 별개로 전극 층(202)을 형성함으로써, 인접 애퍼처들(154) 사이에 전극(208)이 포지셔닝될 수 있고, 그에 따라, 전극(208)을 사용하여 형성되는 플라즈마의 제어를 개선할 수 있다.
[0027] 가열기 층(204)이 또한, 세라믹 재료, 예컨대 알루미늄 질화물로 형성된다. 접지 전극(218)이 분배 부분(164)에서 가열기 층(204)에 선택적으로 배치된다. 접지 전극(218)은 전극 층(202) 내의 전극(208)에 의해 생성되는 전기장이 대표적으로는(representatively) 바디(200) 위의 그리고 상단 표면(210)에 인접한 구역에 플라즈마를 형성하는 것을 방지한다.
[0028] 가열기(174)가 애퍼처들(154)을 반경방향으로 둘러싸면서 가열기 층(204) 내에 배치된다. 가열기(174)는 열 소스(214), 이를테면 전기 저항 가열기의 경우에는 전력 소스, 또는 유체 채널의 경우에는 유체 소스에 커플링된다. 동작 동안, 가열기(174)는 분배 부분(164)의 온도를 높은 온도, 예컨대 약 300 ℃ 초과, 이를테면 350 ℃ 이상으로 상승시키기 위해 열 소스(214)에 의해 활성화된다. 가열기(174)로부터 제공되는 열은 가열기(174)로부터 전도되어, 특히 인접 애퍼처들(154) 사이의 재료를 통해, 가열기 층(204) 전체에 걸쳐 분산된다. 따라서, 분배 부분(164)의 가열의 균일성이 크게 증가된다. 분배 부분(164)의 온도를 상승시킴으로써, 애퍼처들(154)을 통과하는 가스가 바디(200)에 의해 가열된다.
[0029] 도 2의 실시예에서, 커플링 부분(166)은 분배 부분(164)을 반경방향으로 둘러싸면서 배치된다. 여기서, 분배 부분(164)은 디스크-형 바디를 정의한다. 커플링 부분(166)은 분배 부분(164) 주위에 배치된 환상 플랜지이다. 브리지(216)가 분배 부분(164)과 커플링 부분(166) 사이에서 연장되어 분배 부분(164)과 커플링 부분(166)을 연결한다. 브리지(216)는 커플링 부분(166) 및/또는 분배 부분(164)의 두께에 비하여 감소된 두께(T1)를 갖는다. 열 전달을 위한 표면적 및/또는 질량을 제한함으로써, 브리지(216)는 분배 부분(164)과 커플링 부분(166) 사이의 열 전달을 방지하기 위한 열 초크로서 기능한다. 일 예에서, 커플링 부분(166)은 300 ℃ 미만, 이를테면 약 280 ℃ 미만, 예컨대 약 250 ℃의 온도로 유지된다.
[0030] 다른 예에서, 브리지(216)는 커플링 부분(166) 및/또는 분배 부분(164)과 동일한 두께를 갖는다. 이러한 어레인지먼트에서, 다른 타입들의 열 초크들, 이를테면 인터리브형(interleaved) 채널들, 유체 순환 채널들 등이 분배 부분(164)으로부터 커플링 부분(166)으로의 열 전달을 방지하기 위해 사용될 수 있다.
[0031] 도 3은 다른 실시예에 따른 페이스플레이트(336)를 예시한다. 페이스플레이트(336)는 바디(300)를 형성하기 위해 3층 구조(construction)를 사용한다. 전극 층(302)이 제1 본딩 층(306)에 의해 가열기 층(304)의 제1 표면에 커플링된다. 접지 층(350)이 제2 본딩 층(356)에 의해 가열기 층(304)의 제2 표면에 커플링된다. 따라서, 가열기 층(304)은 접지 층(350)과 전극 층(302) 사이에 배치된다. 전극 층(302), 가열기 층(304), 및 접지 층(350)은 일반적으로, 세라믹 재료, 이를테면 알루미늄 질화물로 형성되지만, 다른 재료들이 또한 고려된다. 접지 전극(318)이 접지 층(350) 내에 배치된다. 유사하게, 전극(308)이 전극 층(302)에 배치된다. 접지 전극(318) 및 전극(308)의 기능은 도 2의 각각의 접지 전극(218) 및 전극(208)의 기능과 유사하다. 가열기(374)가 또한, 바디(300)를 가열하기 위해 가열기 층(304)에 배치된다. 가열기(374)의 기능은 도 2의 가열기(274)의 기능과 유사하다. 일 예에서, 가열기(374), 전극(308), 및 접지 전극(318)은 설비 도관(390)을 통해 프로세스 챔버 외부에 있는 전력 소스들(미도시)에 커플링된다.
[0032] 도 3의 실시예에서, 하나 이상의 애퍼처들(354)이 접지 층(350) 및 가열기 층(304)에 형성된다. 애퍼처들(354)은 바디(300)의 외측 표면, 대표적으로는 상단 표면으로부터 접지 층(350)을 통해 연장되어 분배 볼륨(360)으로 통한다. 분배 볼륨(360)은, 애퍼처들(354)을 통해 유동되는 가스가 분배 볼륨(360)을 통해 분배되게 강제하기 위해, 그리고 가열된 바디(300)와 상호작용하도록 가스의 체류 시간을 증가시키기 위해, 가열기 층(304)에 형성된다. 일 예에서, 분배 볼륨(360)은 바디(300) 내에 비-선형 유동 경로를 생성함으로써 증가된 체류 시간을 가능하게 한다. 일 예에서, 비-선형 유동 경로는 복수의 수직 유동 경로들을 포함한다. 복수의 노즐들(362)이 전극 층(302)에 형성되고, 분배 볼륨(360)과 유체 연통한다. 일 예에서, 노즐들(362)은 애퍼처들(354)의 단면적의 대략 절반인 단면적을 갖는다. 따라서, 노즐들(362)은 분배 볼륨(360)을 통하는 가스의 유동을 제한하여, 분배 볼륨(360) 내의 가스의 체류 시간을 더 증가시킨다. 애퍼처들(354)은, 제1 애퍼처의 중심이 인접 제2 애퍼처의 중심으로부터 약 4 mm 내지 약 6 mm의 거리를 두고 이격되도록, 벌집형 어레이로 배열된다. 인접 노즐들(362) 사이의 중심-대-중심 거리는 약 3 mm이다. 여기서, 2개의 애퍼처들(354), 분배 볼륨들(360), 및 각각의 분배 볼륨(360)에 커플링된 메이팅 노즐들(362)만이 도시된다. 그러나, 다른 개수들 및 어레인지먼트들이 본원에서 활용될 수 있다.
[0033] 열 초크들(380)이 전극 층(302) 내에 배치된다. 유사하게, 열 초크들(382)이 접지 층(350)에 배치된다. 열 초크들(380, 382)은 애퍼처들(354)의 반경방향 외측에 배치된다. 열 초크들(380, 382)은 가열기들(374)로부터 밀봉부들(156, 170) 쪽으로의 열 전달을 제한한다. 열 초크들(380, 382)은 예컨대 채널들이며, 그 채널들은 그 채널들을 통해, 열 전달을 제한하기 위한 유체, 이를테면 가스 또는 액체를 순환시키기 위한 것이다. 열 초크들(380, 382)은 순환되는 유체를 냉각시키기 위해 설비 도관(390)을 통해 냉각 시스템(미도시), 이를테면 열 교환기에 선택적으로 커플링된다. 다른 예에서, 열 초크들(380, 382)은, 열 초크들(380, 382)에 인접한 열의 열 전도를 위해, 각각의 전극 층(302) 및 접지 층(350)의 단면을 최소화하는 일련의 인터리브형 베인(vein)들 또는 공기 갭들이다.
[0034] 도 4는 다른 실시예에 따른 페이스플레이트(436)이다. 페이스 플레이트(436)는 바디(400)를 가지며, 그 바디(400)는 도 3의 바디(300)의 3층 구조와 유사한 3층 구조를 사용하지만 브리지(416)를 포함한다. 바디(400)는 본딩 층들(406, 456)에 의해 커플링된, 전극 층(402), 가열기 층(404), 및 접지 층(450)을 포함한다. 전극(408) 및 접지 전극(418)이 또한 바디(400) 내에 배치된다. 브리지(416)는 대표적으로는 상방으로 연장되고, 커플링 부분(466)으로부터 페이스플레이트(436)를 서스펜딩(suspend)한다. 브리지(416)는 감소된 두께를 갖고, 그에 따라, 가열기들(474)로부터, 밀봉부들(156, 170)과 접촉하는 커플링 부분(466) 쪽으로의 열 전달을 제한하는 열 초크를 형성한다. 예시된 예에서, 브리지(416)는 바디(400) 및 커플링 부분(466)으로부터 수직으로 연장된다. 그러나, 다른 구성들이 또한 고려된다.
[0035] 하나 이상의 애퍼처들(454)이 접지 층(450), 가열기 층(404)을 관통하여 전극 층(402) 내로 형성된다. 애퍼처들(454)의 단부에서, 애퍼처들(454)은 도 3의 노즐들(362)과 유사한 복수의 노즐들(462)에 커플링된다. 그러한 예에서, 노즐들(462)은 애퍼처들(454)의 직경 미만의 직경, 이를테면 애퍼처들(454)의 직경의 대략 절반인 직경을 갖는다. 다시, 인접 노즐들(462) 사이의 그리고 각각의 애퍼처들(454) 사이의 중심-대-중심 거리는 약 2 mm 내지 약 6 mm, 이를테면 약 5 mm 내지 약 6 mm이다.
[0036] 도 5는 다른 실시예에 따른 페이스플레이트(536)이다. 페이스플레이트(536)는 페이스플레이트(436)와 유사하지만, 애퍼처들(554)의 상이한 어레인지먼트를 활용한다. 여기서, 애퍼처들(554)은 제1 단부에서 바디(400)의 표면으로부터 연장되어 제2 단부에서 분배 볼륨(560)으로 통한다. 분배 볼륨(560)은, 애퍼처들(554)을 통해 유동되는 가스가 분배 볼륨(560)을 통해 분배되게 강제하기 위해, 그리고 가열된 바디(400)와 상호작용하도록 가스의 체류 시간을 증가시키기 위해, 가열기 층(504)에 형성된다. 복수의 노즐들(562)이 전극 층(402)에 형성되고, 분배 볼륨(560)과 유체 연통한다. 일 예에서, 노즐들(562)은 애퍼처들(554)의 단면적의 대략 절반인 단면적을 갖는다. 따라서, 노즐들(562)은 분배 볼륨(560)을 통하는 가스의 유동을 제한하여, 분배 볼륨(560) 내의 가스의 체류 시간을 더 증가시킨다. 인접 애퍼처들(554) 사이의 중심-대-중심 거리는 약 6 mm이며, 인접 노즐들(562) 사이의 중심-대-중심 거리는 약 3 mm이다.
[0037] 종래의 설계들에서, 페이스플레이트는 일반적으로, 본원에서 설명되는 높은 온도들(예컨대, 이를테면, 약 300 ℃, 400 ℃, 또는 500 ℃)로 가열되지 않는데, 이는 그러한 종래의 페이스플레이트들의 구성을 위해 사용되는 재료들, 이를테면 알루미늄이 상승된 온도들에서 충분한 강도를 갖지 않기 때문이다. 그러나, 세라믹 재료, 이를테면 알루미늄 질화물은 본원에서 설명되는 상승된 온도들에서 바람직한 강도 및 열 팽창을 갖는다. 부가적으로, 밀봉 재료들은 상승된 온도들, 이를테면 300 ℃ 이상에서 열화된다. 그러나, 본원에서 설명되는 바와 같은 브리지 및/또는 열 초크들을 갖는 페이스플레이트들을 활용함으로써, 분배 부분에 근접한 페이스플레이트의 영역으로부터 밀봉부들, 예시적으로는 밀봉부들(156, 170)을 갖는 커플링 부분으로 가열기들에 의해 제공되는 열의 전도가 페이스플레이트에서 감소된다. 따라서, 프로세싱되는 기판(W) 상으로의 증착을 개선하기 위해, 프로세스 볼륨에 근접한 페이스플레이트의 내측 부분이 상승된 온도들로 가열될 수 있는 한편, 열 열화로부터 밀봉부들(156, 170)을 보호하기 위해, 밀봉부들(156, 170)에 인접한 외측 부분이 더 낮은 온도로 유지된다.
[0038] 본원에서 개시되는 실시예들은 유리하게, 높은 온도들, 이를테면 300 ℃ 초과로 가열될 수 있는 페이스플레이트를 제공한다. 세라믹 재료는 상승된 온도들에서 적절한 강도를 제공한다. 한편, 페이스플레이트에 커플링된 밀봉부들은 그 밀봉부들의 열 열화를 방지하는 온도로 유지된다.
[0039] 전술한 바가 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 및 추가적인 실시예들이 본 개시내용의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않으면서 고안될 수 있고, 본 개시내용의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 기판들을 프로세싱하기 위한 페이스플레이트(faceplate)로서,
    가열기 층과 전극 층으로 형성된 바디(body) ― 상기 전극 층의 외측 직경은 상기 바디의 분배 부분을 정의함 ―;
    상기 분배 부분 내에서 상기 바디를 관통하여 형성된 복수의 애퍼처(aperture)들;
    상기 가열기 층 내에 배치된 가열기; 및
    상기 분배 부분을 둘러싸는 브리지(bridge)
    를 포함하며,
    상기 브리지는 상기 분배 부분을 커플링 부분에 커플링시키는,
    기판들을 프로세싱하기 위한 페이스플레이트.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전극 층 내에 배치된 전극을 더 포함하는,
    기판들을 프로세싱하기 위한 페이스플레이트.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 가열기 층 내에 배치된 접지 전극을 더 포함하는,
    기판들을 프로세싱하기 위한 페이스플레이트.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 바디는 세라믹 재료를 포함하는,
    기판들을 프로세싱하기 위한 페이스플레이트.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 세라믹 재료는 알루미늄 질화물인,
    기판들을 프로세싱하기 위한 페이스플레이트.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 가열기 층과 상기 전극 층 사이에 배치된 본딩 층을 더 포함하는,
    기판들을 프로세싱하기 위한 페이스플레이트.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 브리지는 열 초크(thermal choke)이고, 상기 분배 부분의 두께 및 상기 커플링 부분의 두께 미만의 두께를 갖는,
    기판들을 프로세싱하기 위한 페이스플레이트.
  8. 기판들을 프로세싱하기 위한 페이스플레이트로서,
    바디;
    복수의 애퍼처들; 및
    열 초크
    를 포함하며,
    상기 바디는,
    전극 층;
    가열기 층;
    접지 층; 및
    상기 전극 층과 상기 가열기 층 사이에 그리고 상기 가열기 층과 상기 접지 층 사이에 배치된 본딩 층
    을 포함하고,
    상기 복수의 애퍼처들은 제1 단부 및 제2 단부를 가지면서 상기 바디를 관통하여 형성되고, 상기 제1 단부는 상기 바디의 외측 표면에 위치되고, 각각의 애퍼처의 상기 제2 단부는 상기 전극 층에 배치된 하나 이상의 노즐들에 유동적으로 커플링되는,
    기판들을 프로세싱하기 위한 페이스플레이트.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 애퍼처들과 상기 노즐들 사이에 배치된 분배 볼륨을 더 포함하는,
    기판들을 프로세싱하기 위한 페이스플레이트.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 열 초크는 상기 바디 내에 그리고 상기 복수의 애퍼처들의 반경방향 외측에 배치된 하나 이상의 유체 채널들을 포함하는,
    기판들을 프로세싱하기 위한 페이스플레이트.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 전극 층, 상기 가열기 층, 및 상기 접지 층 각각은 세라믹 재료로 형성되는,
    기판들을 프로세싱하기 위한 페이스플레이트.
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 가열기 층에 가열기가 배치되며, 상기 열 초크는, 상기 가열기로부터, 상기 가열기의 반경방향 외측에 배치된 밀봉부에 근접한 영역으로의 열 전달을 제한하는,
    기판들을 프로세싱하기 위한 페이스플레이트.
  13. 제8 항에 있어서,
    상기 애퍼처들의 단면적은 상기 노즐들의 단면적의 대략 2배인,
    기판들을 프로세싱하기 위한 페이스플레이트.
  14. 기판들을 프로세싱하기 위한 가스 분배 장치로서,
    세라믹 바디 ― 상기 바디는 제1 층, 제2 층, 및 제3 층으로 형성됨 ―;
    상기 세라믹 바디를 관통하여 형성된 복수의 애퍼처들;
    상기 제1 층에 배치된 가열기;
    상기 제2 층에 배치된 전극; 및
    상기 제3 층으로부터 수직으로 연장된 브리지 부분
    을 포함하며,
    상기 제3 층 반대편에 있는, 상기 브리지 부분의 단부에 커플링 부분이 배치되고, 상기 브리지 부분은 상기 가열기로부터 상기 커플링 부분으로의 열 전달을 제한하는 열 초크인,
    기판들을 프로세싱하기 위한 가스 분배 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 애퍼처들은 벌집형 어레이(honeycomb array)로 배열되며, 인접 애퍼처들 사이의 중심-대-중심 거리는 약 2 mm 내지 약 6 mm인,
    기판들을 프로세싱하기 위한 가스 분배 장치.
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