KR20200040913A - 가열식 샤워헤드 조립체를 갖는 기판 프로세싱 챔버 - Google Patents

가열식 샤워헤드 조립체를 갖는 기판 프로세싱 챔버 Download PDF

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Abstract

기판을 프로세싱하기 위한 장치가 본원에서 제공된다. 일부 실시예들에서, 샤워헤드 조립체는, 복수의 개구들을 갖는 가스 분배 플레이트; 벽, 벽의 하부 부분으로부터 연장되어 가스 분배 플레이트에 커플링된 반경방향 내측 연장 플랜지, 및 벽의 상부 부분으로부터 연장되는 반경방향 외측 연장 플랜지를 갖는 홀더 ― 벽은 약 0.015 인치 내지 약 0.2 인치의 두께를 가짐 ―; 및 가스 분배 플레이트 위에 배치되고, 가스 분배 플레이트로부터 이격된 가열 장치를 포함하며, 여기서, 가열 장치는 가스 분배 플레이트를 가열하도록 구성된 가열기를 포함한다.

Description

가열식 샤워헤드 조립체를 갖는 기판 프로세싱 챔버
[0001] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 기판을 프로세싱하기 위한 장치에 관한 것이다.
[0002] 일부 CVD(chemical vapor deposition) 프로세스들에서, 금속 층의 "캡핑(capping)"이 바람직할 수 있다. 캡핑은 금속 층의 산화를 방지하기 위해, 이전에 증착된 금속 층 위에 세라믹 층을 형성하는 것을 포함한다. 예컨대, 티타늄(Ti) 층이 기판 상에 증착될 때, Ti 층의 최상부에 티타늄 질화물(TiN) 층을 형성하는 것은 하부 Ti 층의 산화를 방지하는 데 바람직할 수 있다. TiN 층을 형성하기 위한 하나의 방법은 질소 플라즈마를 사용하여 Ti 층의 상부 부분의 질화를 달성하는 것이다. 그러나, 본 발명자들은, 프로세싱 챔버 내의 샤워헤드가 충분히 높은 온도에 도달하지 않기 때문에, 캡핑 후에 샤워헤드의 개구들에 약간의 전구체가 남아 있는 것을 발견하였다. 샤워헤드에 남아 있는 전구체는 챔버에서 프로세싱되는 후속 기판들 상에 형성되는 Ti 층을 오염시킨다.
[0003] 따라서, 본 발명자들은 기판의 프로세싱을 위해 개선된 샤워헤드 조립체들, 및 개선된 샤워헤드 조립체들을 포함하는 프로세싱 챔버들의 실시예들을 제공하였다.
[0004] 기판을 프로세싱하기 위한 장치가 본원에서 개시된다. 일부 실시예들에서, 샤워헤드 조립체는, 복수의 개구들을 갖는 가스 분배 플레이트; 벽, 벽의 하부 부분으로부터 연장되어 가스 분배 플레이트에 커플링된 반경방향 내측 연장 플랜지(flange), 및 벽의 상부 부분으로부터 연장되는 반경방향 외측 연장 플랜지를 갖는 홀더 ― 벽은 약 0.015 인치 내지 약 0.2 인치의 두께를 가짐 ―; 및 가스 분배 플레이트 위에 배치되고, 가스 분배 플레이트로부터 이격된 가열 장치를 포함하며, 여기서, 가열 장치는 가스 분배 플레이트를 가열하도록 구성된 가열기를 포함한다.
[0005] 일부 실시예들에서, 기판 프로세싱 챔버는, 챔버 바디; 최상부 플레이트 ― 최상부 플레이트는 최상부 플레이트와 챔버 바디 내에 내부 볼륨을 정의하기 위해 챔버 바디 위에 배치됨 ―; 내부 볼륨의 하부 부분에 배치된 기판 지지부 ― 기판 지지부는 제1 가열기를 포함함 ―; 복수의 개구들을 갖고, 기판 지지부와 대향하여 내부 볼륨의 상부 부분에 배치된 가스 분배 플레이트; 및 제2 가열기를 갖는 가열 장치를 포함하며, 가열 장치는, 가스가 가열 장치 위로부터 가열 장치 주위로 그리고 가열 장치 아래로 유동하여 가스 분배 플레이트 내로 유동하는 가스 유동 경로가 정의되도록, 가스 분배 플레이트와 최상부 플레이트 사이에 배치되어 가스 분배 플레이트 및 최상부 플레이트로부터 이격된다.
[0006] 일부 실시예들에서, 기판 프로세싱 챔버는, 챔버 바디; 전기 전도성 최상부 플레이트 ― 전기 전도성 최상부 플레이트는 전기 전도성 최상부 플레이트와 챔버 바디 내에 내부 볼륨을 정의하기 위해 챔버 바디 위에 배치됨 ―; 내부 볼륨의 하부 부분에 배치된 기판 지지부 ― 기판 지지부는 제1 가열기를 포함함 ―; 기판 지지부와 대향하여 내부 볼륨의 상부 부분에 배치된 가스 분배 플레이트; 제2 가열기를 갖는 가열 장치 ― 가열 장치는, 가스가 가열 장치 위로부터 가열 장치 주위로 그리고 가열 장치 아래로 유동하여 가스 분배 플레이트 내로 유동하는 가스 유동 경로가 정의되도록, 가스 분배 플레이트와 전기 전도성 최상부 플레이트 사이에 배치되어 가스 분배 플레이트 및 전기 전도성 최상부 플레이트로부터 이격됨 ―; 벽, 벽의 하부 부분으로부터 연장되어 가스 분배 플레이트에 커플링된 반경방향 내측 연장 플랜지, 및 벽의 상부 부분으로부터 연장되어 챔버 바디와 전기 전도성 최상부 플레이트 사이에 배치된 반경방향 외측 연장 플랜지를 갖는 홀더; 및 전기 전도성 최상부 플레이트로부터 홀더를 통한 가스 분배 플레이트로의 RF 에너지의 커플링을 가능하게 하기 위해, 반경방향 외측 연장 플랜지와 전기 전도성 최상부 플레이트 사이에 배치된 RF 개스킷을 포함한다.
[0007] 본 개시내용의 다른 및 추가적인 실시예들이 아래에서 설명된다.
[0008] 앞서 간략히 요약되고 아래에서 더 상세히 논의되는 본 개시내용의 실시예들은 첨부된 도면들에 도시된 본 개시내용의 예시적인 실시예들을 참조하여 이해될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 개시내용의 단지 전형적인 실시예들을 예시하는 것이므로 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하는데, 이는 본 개시내용이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0009] 도 1은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 프로세스 챔버의 개략도를 도시한다.
[0010] 도 2는 도 1의 프로세스 챔버의 일부의 단면도를 도시한다.
[0011] 도 3은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 기판 지지부에 배치된 가열기의 개략적인 평면도를 도시한다.
[0012] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 도면들은 실척대로 도시된 것이 아니고, 명확성을 위해 간략화될 수 있다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 특징들은 추가적인 설명 없이 다른 실시예들에 유익하게 포함될 수 있다.
[0013] 본 개시내용의 실시예들은 샤워헤드 조립체를 제공하며, 그 샤워헤드 조립체는, 샤워헤드 조립체의 가스 분배 플레이트의 적절한 동작 온도들을 보장하기 위해, 기판 프로세싱 챔버들, 이를테면 CVD(chemical vapor deposition) 챔버에서 사용될 수 있다. 본 발명의 샤워헤드는 유리하게, 가스 분배 플레이트에 남겨진 전구체들을 감소 또는 제거하고, 그에 따라, 프로세싱되는 기판들의 오염을 감소 또는 제거한다. 본원에서 설명되는 장치들을 포함시키기에 적합한 프로세싱 챔버들의 예들은, 캘리포니아, 산타클라라의 Applied Materials, Inc.로부터 입수가능한 CVD 증착 챔버들을 포함한다. 다음의 프로세스 챔버 설명은 컨텍스트(context) 및 예시적인 목적들을 위해 제공되며, 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 이해 또는 해석되지 않아야 한다.
[0014] 도 1은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, CVD 프로세스들을 위해 적응된 가스 전달 시스템(130)을 포함하는 기판 프로세싱 챔버(프로세스 챔버(100))의 개략적인 단면도이다. 도 2는 프로세스 챔버(100)의 일부의 단면도이다. 프로세스 챔버(100)는 챔버 바디(102)를 포함하며, 챔버 바디(102)는 챔버 바디(102) 내에 그리고 챔버 덮개 조립체(132) 아래에 프로세싱 볼륨을 갖는다. 프로세스 챔버(100) 내의 슬릿 밸브(108)는 로봇(미도시)이 기판(110), 이를테면 200 mm 또는 300 mm 반도체 웨이퍼 또는 유리 기판을 프로세스 챔버(100)로 전달하고 프로세스 챔버(100)로부터 회수하기 위한 액세스(access)를 제공한다. 챔버 라이너(177)는 프로세싱/세정 동안 사용되는 부식성 가스들로부터 챔버를 보호하기 위해 프로세스 챔버(100)의 벽들을 따라 배치된다.
[0015] 기판 지지부(112)는 프로세스 챔버(100)에서 기판 수용 표면(111) 상에 기판(110)을 지지한다. 기판 지지부(112)는 기판 지지부(112) 및 그 기판 지지부 상에 배치된 기판(110)을 상승 및 하강시키기 위한 리프트 모터(114)에 탑재된다. 리프트 모터(118)에 연결된 리프트 플레이트(116)(도 1에 도시됨)는, 기판 지지부(112)를 통해 이동가능하게 배치된 리프트 핀들(120)을 상승 및 하강시키기 위해, 프로세스 챔버(100)에 탑재된다. 리프트 핀들(120)은 기판 지지부(112)의 표면 위로 기판(110)을 상승 및 하강시킨다. 기판 지지부(112)는 증착 프로세스 동안 기판 지지부(112)에 기판(110)을 고정시키기 위해 진공 척(미도시), 정전 척(미도시), 또는 클램프 링(미도시)을 포함할 수 있다.
[0016] 기판 지지부(112)의 온도는 기판(110)의 온도를 제어하기 위해 조정될 수 있다. 예컨대, 기판 지지부(112)는 제1 가열기, 이를테면 하나 이상의 제1 저항성 가열기 엘리먼트들(144)을 사용하여 가열될 수 있거나, 또는 복사 열, 이를테면 가열 램프들(도 3에 도시됨)을 사용하여 가열될 수 있다. 퍼지 링(122)이 퍼지 채널(124)을 정의하기 위해 기판 지지부(112) 상에 배치될 수 있으며, 퍼지 채널(124)은 기판(110)의 주변 부분 상의 증착을 방지하기 위해 기판(110)의 주변 부분에 퍼지 가스를 제공한다.
[0017] 가스 전달 시스템(130)은 가스, 이를테면 프로세스 가스 및/또는 퍼지 가스를 프로세스 챔버(100)에 제공하기 위해 챔버 바디(102)의 상부 부분에 배치된다. 진공 시스템(미도시)이 프로세스 챔버(100)로부터 임의의 원하는 가스들을 진공배기시키기 위해, 그리고 프로세스 챔버(100) 내부에서 원하는 압력 또는 압력 범위를 유지하는 것을 돕기 위해, 펌핑 채널(179)과 연통한다.
[0018] 일부 실시예들에서, 챔버 덮개 조립체(132)는 챔버 덮개 조립체(132)의 중앙 부분을 통해 연장되는 가스 분산 채널(134)을 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 가스 분산 채널(134)은 최상부 플레이트(170)를 통해 하부 표면(160)까지 기판 수용 표면(111)을 향해 수직으로 연장된다. 일부 실시예들에서, 가스 분산 채널(134)의 상부 부분은 실질적으로 원통형이며, 가스 분산 채널(134)의 하부 부분은 가스 분산 채널(134)의 중심 축으로부터 멀어지게 테이퍼링(taper)된다. 하부 표면(160)은 기판 지지부(112)의 기판 수용 표면(111) 상에 배치된 기판(110)을 실질적으로 커버하도록 사이즈 및 형상이 설정된다. 일부 실시예들에서, 하부 표면(160)은 최상부 플레이트(170)의 외측 에지로부터 가스 분산 채널(134)을 향해 테이퍼링된다. 하부 표면(160)은, 가스 분산 채널(134)을 통하는 가스들의 유동을 제어하기 위해, 하나 이상의 표면들, 이를테면 직선 표면, 오목 표면, 볼록 표면, 또는 이들의 조합들을 포함할 수 있다.
[0019] 가스 전달 시스템(130)은 기판(110)을 프로세싱하기 위해 가스 분산 채널(134)에 하나 이상의 가스들을 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 가스 전달 시스템(130)은 하나의 가스 유입구를 통해 가스 분산 채널(134)에 커플링될 수 있다. 일부 실시예들에서, 대안적으로, 가스 전달 시스템은 복수의 유입구들을 통해 가스 분산 채널(134)에 커플링될 수 있다.
[0020] 프로세스 챔버(100)는 샤워헤드 조립체(142)를 더 포함하며, 샤워헤드 조립체(142)는, 가스 분배 플레이트(125)를 통해 배치된 복수의 개구들(126)을 갖는 가스 분배 플레이트(125), 가스 분배 플레이트(125)와 최상부 플레이트(170) 사이에 배치된 가열 장치(150), 및 가스 분배 플레이트(125)를 적소에 홀딩하도록 구성된 홀더(152)를 갖는다. 가스 분배 플레이트(125)는, 가스 분산 채널(134)로부터 기판으로의 유일한 경로가 가스 분배 플레이트(125)의 복수의 개구들(126)을 통하는 것이 되도록, 가스 분산 채널(134)의 표면에 걸쳐 연장된다. 홀더(152)는 가스 분배 플레이트(125)로부터 프로세스 챔버(100)로의 열 손실을 최소화하기에 충분한 제1 두께(t1)를 갖는다. 홀더(152)를 형성하는 재료에 따라 제1 두께(t1)가 좌우되지만, 제1 두께(t1)는 가스 분배 플레이트(125)의 중량을 지지할 정도로 충분히 견고해야 하지만 가스 분배 플레이트(125)로부터의 열 손실을 최소화할 정도로 충분히 얇아야 한다. 일부 실시예들에서, 제1 두께(t1)는 약 0.015 인치 내지 약 0.2 인치일 수 있다. 일부 실시예들에서, 대안적으로, 제1 두께(t1)는 약 0.05 인치 내지 약 0.15 인치일 수 있다.
[0021] 홀더(152)는 (위에서 약술된 바와 같이) 비교적 얇은 두께를 유지하면서 가스 분배 플레이트(125)를 지지할 수 있는 임의의 프로세스-양립가능 재료로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 재료는 제1 CTE(coefficient of thermal expansion)를 가지며, 제1 CTE는 가스 분배 플레이트의 제2 CTE의 약 5% 이내이다. 홀더(152)는, 가스 분배 플레이트(125)로부터의 열 손실을 최소화하기 위해, 그리고 가스 분배 플레이트(125)에 RF 에너지를 커플링시키기 위해, 약 30 W/m·K 미만의 열 전도율을 갖는 전기 전도성 재료로 형성된다. 일부 실시예들에서, 홀더(152)는 예컨대 INCONEL 625®와 같은 오스테나이트 니켈-크롬-계 초합금으로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 대안적으로, 홀더(152)는 스테인리스 강 또는 니켈 합금으로 형성될 수 있다.
[0022] 가열 장치(150)는, 화살표들(149)로 표시된 바와 같이, 가스가 가열 장치(150) 위로부터 가열 장치(150) 주위로 그리고 가열 장치 아래로 유동하여 가스 분배 플레이트 내로 유동하는 가스 유동 경로가 정의되도록, 가스 분배 플레이트(125) 및 최상부 플레이트(170)로부터 이격된다.
[0023] 본 발명자들은, 개구들(126)에 전구체 잔류물이 거의 또는 전혀 남아 있지 않는 것을 보장하기에 충분한 온도로 가스 분배 플레이트(125)를 유지하기 위해서는, 가스 분배 플레이트(125)가 충분히 높은 온도로 유지되어야만 하는 것을 발견하였다. 그러한 온도를 달성하기 위해, 가스 분배 플레이트(125)는, 가스 분배 플레이트(125)의 온도가 프로세싱 동안 약 300 ℃ 초과의 미리 결정된 온도로 유지되도록, 가열 장치(150)에 의해 위로부터 그리고 기판 지지부(112)에 의해 아래로부터 가열된다. 일부 실시예들에서, 대안적으로, 가스 분배 플레이트는 프로세싱 동안 약 400 ℃ 초과의 미리 결정된 온도로 유지된다. 가열 장치(150)는 예컨대 하나 이상의 제2 저항성 가열기 엘리먼트들(154)과 같은 제2 가열기를 포함한다. 가열기 전력 소스(197)가 제2 가열기에 전력을 공급하기 위해 제2 가열기에 전기적으로 커플링된다. 위에서 설명된 바와 같이, 기판 지지부는 예컨대 하나 이상의 제1 저항성 가열기 엘리먼트들(144)과 같은 제1 가열기를 포함한다. 제1 및 제2 가열기들은 함께, 위에서 논의된 미리 결정된 온도로 가스 분배 플레이트(125)를 유지한다.
[0024] 도 1이 제1 및 제2 가열기들을 저항성 가열 엘리먼트들로서 도시하고 있지만, 일부 실시예들에서, 기판 지지부(112)의 제1 가열기 및/또는 가열 장치(150)의 제2 가열기는 도 3에 도시된 바와 같은 하나 이상의 제1 가열 램프들(302)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 제1 가열 램프들(302)은 복수의 독립적으로 제어가능한 가열 구역들에 배열될 수 있다. 3개의 가열 구역들, 즉, 제1 또는 내측 가열 구역(304), 제2 또는 중간 가열 구역(306), 및 제3 또는 외측 가열 구역(308)이 도 3에 도시된다. 3개의 가열 구역들이 도 3에 도시되어 있지만, 더 적거나 또는 더 많은 구역들이 고려된다. 도 3은 기판 지지부(112) 또는 가열 장치(150)에 배치된 가열 램프들을 도시한다. 유사하게, 제1 및 제2 가열기는 복수의 독립적으로 제어가능한 구역들에 배열된 저항성 가열 엘리먼트들을 포함할 수 있다.
[0025] 도 1로 돌아가면, 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버(100)는 RF(radio frequency) 전력 소스(198)를 포함할 수 있으며, RF 전력 소스(198)는 기판 프로세싱 챔버에(예컨대, 가스 분배 플레이트(125)에) RF 에너지를 전달하기 위해 정합 네트워크(199)를 통해 최상부 플레이트(170)에 전기적으로 커플링된다. 가스 분배 플레이트(125)로의 RF 에너지의 커플링을 가능하게 하기 위해, 최상부 플레이트(170)는 전기 전도성 재료, 이를테면 예컨대, 스테인리스 강, 알루미늄, 니켈-도금 알루미늄, 니켈, 이들의 합금들, 또는 다른 적합한 재료들로 형성된다.
[0026] 일부 실시예들에서, RF 전극(예컨대, 제1 RF 전극)이 기판 지지부(112) 내에 제공된다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 제1 저항성 가열기 엘리먼트들(144)이 제1 RF 전극으로서 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서 그리고 도 1에 예시된 바와 같이, 별개의 전극, 이를테면 전극(145)이 제1 RF 전극으로서 제공될 수 있다. 제1 RF 전극은 가스 분배 플레이트(125)와 제1 RF 전극 사이의 RF 에너지를 위한 접지 경로를 제공하고, 그에 따라, 가스 분배 플레이트(125)와 기판 지지부(112) 사이의 공간에 플라즈마가 형성될 수 있다.
[0027] 대안적으로 또는 조합하여, 일부 실시예들에서, RF 전극(예컨대, 제2 RF 전극)이 샤워헤드 조립체(142) 내에 제공된다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 제2 저항성 가열기 엘리먼트들(154)이 제2 RF 전극으로서 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서 그리고 도 1에 예시된 바와 같이, 별개의 전극, 이를테면 전극(155)이 제2 RF 전극으로서 제공될 수 있다. 제2 RF 전극은 가스 분배 플레이트(125)와 제2 RF 전극 사이의 RF 에너지를 위한 접지 경로를 제공하고, 그에 따라, 가스 분배 플레이트(125)와 가열 장치(150) 사이의 공간에 플라즈마가 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버(100)는 가스 분산 채널(134)에 커플링된 RPS(remote plasma source)(190)를 더 포함한다.
[0028] 도 2는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 프로세스 챔버(100)의 일부의 단면도를 예시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 프로세스 챔버(100)는 아이솔레이터 링(204), 및 챔버 바디(102)의 벽들의 최상부에 배치된 덮개 플레이트(202)를 더 포함한다. 아이솔레이터 링(204)은 가스 분배 플레이트(125)에 전달된 RF 에너지로부터 챔버 바디(102)를 전기적으로 절연시키도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 아이솔레이터 링(204)은 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물, 또는 유사한 프로세스-양립가능 재료들로 형성될 수 있다. 덮개 플레이트는 챔버 바디(102)에 챔버 덮개(미도시)를 커플링시키도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 아이솔레이터 링(204)은 바디(206), 바디(206)의 상부 부분으로부터 연장되는 외측 연장 부분(208), 및 바디(206)의 하부 부분으로부터 연장되는 내측 연장 부분(210)을 포함한다. 내측 연장 부분(210)은 가스 분배 플레이트(125)에 인접하고, 그리고 가스 분배 플레이트(125)의 열 팽창을 수용하기 위해 갭(212)에 의해 가스 분배 플레이트(125)로부터 이격된다. 일부 실시예들에서, 갭(212)의 폭은 약 0.04 인치(가스 분배 플레이트(125)가 최대 열 팽창 상태에 있을 때) 내지 약 0.08 인치(가스 분배 플레이트(125)가 실온에 있을 때(즉, 열 팽창되지 않을 때))이다. 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버(100)는 또한, 홀더(152)를 지지하기 위해 아이솔레이터 링(204)과 홀더(152) 사이에 배치된 와셔 링(213)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 와셔 링(213)은 알루미늄, 스테인리스 강, 또는 유사한 프로세스-양립가능 재료들로 형성될 수 있다.
[0029] 도 2에 또한 도시된 바와 같이, 홀더(152)는 벽(214), 벽(214)의 하부 부분으로부터 연장되어 고정 엘리먼트(218)를 통해 가스 분배 플레이트(125)에 커플링된 반경방향 내측 연장 플랜지(216), 및 벽(214)의 상부 부분으로부터 연장되어 챔버 바디(즉, 와셔 링(213))와 최상부 플레이트(170) 사이에 배치된 반경방향 외측 연장 플랜지(220)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 고정 엘리먼트(218)는 (도 2에 도시된 바와 같이) 스크루일 수 있다. 일부 실시예들에서, 대안적으로, 반경방향 내측 연장 플랜지(216)는 가스 분배 플레이트(125)에 용접될 수 있다. 홀더(152) 그리고 그에 따른 가스 분배 플레이트(125)로부터의 열 손실을 최소화하기 위해, 최상부 플레이트(170)와 홀더(152) 사이의 직접적인 접촉이 최소화될 수 있다. 예컨대, 최상부 플레이트(170)는 홀더(152)와 최상부 플레이트(170) 사이의 직접적인 표면 접촉을 감소시키는 기하학적 구성을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서 그리고 도 2에 도시된 바와 같이, 최상부 플레이트(170)는 최소 접촉 구역(222)을 가질 수 있으며, 최소 접촉 구역(222)은 환상 채널을 포함하고, 그 환상 채널은 반경방향 외측 연장 플랜지(220)의 최상부에 놓이는, 채널의 양 측에 2개의 인접 환상 레그(leg)들을 갖는다.
[0030] 일부 실시예들에서, 최상부 플레이트(170)로부터 홀더(152)를 통한 가스 분배 플레이트(125)로의 RF 전력의 커플링을 개선하기 위해, RF 개스킷(224)이 최상부 플레이트(170)와 반경방향 외측 연장 플랜지(220) 사이에 또한 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버(100)는, 프로세스 챔버(100)가 진공 밀폐 밀봉을 유지하는 것을 보장하기 위해, 다양한 컴포넌트 계면들에 배치된 밀봉부들(226)(예컨대, o-링들)을 포함할 수 있다.
[0031] 도 1로 돌아가면, 일부 실시예들에서, 가스 분배 플레이트(125)는 예컨대 니켈과 같은 비-부식성 재료로 형성된다. 일부 실시예들에서, 복수의 개구들(126) 각각은 동등한 유체 컨덕턴스(conductance)를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수의 개구들(126)의 밀도(예컨대, 단위 면적당 개구들의 수, 또는 개구들의 구멍들의 사이즈)는, 기판(110) 상의 원하는 증착 프로파일을 달성하기 위해, 가스 분배 플레이트(125)에 걸쳐 변화될 수 있다. 예컨대, 증착 균일성을 더 개선하도록, 기판의 에지에 비하여 기판의 중앙에서 증착 레이트를 증가시키기 위해, 가스 분배 플레이트(125)의 중앙에 더 높은 밀도의 개구들(126)이 배치될 수 있다.
[0032] 도 1 및 도 2를 참조하면, 프로세싱 동작에서, 로봇(미도시)에 의해 슬릿 밸브(108)를 통해 프로세스 챔버(100)에 기판(110)이 전달된다. 기판(110)은 리프트 핀들(120)과 로봇의 협동을 통해 기판 지지부(112) 상에 포지셔닝된다. 기판 지지부(112)는 기판(110)을 가스 분배 플레이트(125)의 하부 표면 근처에서 가스 분배 플레이트(125)의 하부 표면과 대향하게 되도록 상승시킨다. 제1 가스 유동(예컨대, 티타늄-함유 전구체 가스)이, 제2 가스 유동과 함께 또는 제2 가스 유동과 별개로(즉, 펄스들), 가스 전달 시스템(130)에 의해 프로세스 챔버(100)의 가스 분산 채널(134) 내에 주입될 수 있다.
[0033] 가스는 가스 분산 채널(134)을 통해 이동한 후에, 가스 분배 플레이트(125) 내의 복수의 개구들(126)을 통해 이동한다. 이어서, 가스는 기판(110)의 표면 상에 증착된다. 후속하여, RPS(190)를 통해 프로세스 챔버(100)에 플라즈마(예컨대, 질소-함유 플라즈마)가 제공될 수 있다. 예컨대, 이전에 증착된 Ti 층의 최상부 부분으로부터 TiN 층을 형성하기 위해, 질소 플라즈마가 프로세스 챔버(100)에 제공될 수 있다. 프로세싱 동작 전반에 걸쳐, 기판 지지부(112) 내의 제1 가열기(예컨대, 하나 이상의 제1 저항성 가열기 엘리먼트들(144)) 및 가열 장치(150) 내의 제2 가열기(예컨대, 하나 이상의 제2 저항성 가열기 엘리먼트들(154))는, 가스 분배 플레이트(125) 상에 그리고/또는 개구들(126)에 축적된 임의의 고체 부산물들을 가열하기 위해, 가스 분배 플레이트(125)를 미리 결정된 온도까지 가열할 수 있다. 결과로서, 임의의 축적된 고체 부산물들은 기화된다. 기화된 부산물들은 진공 시스템(미도시) 및 펌핑 채널(179)에 의해 진공배기된다. 일부 실시예들에서, 미리 결정된 온도는 프로세싱 동안 약 300 ℃ 초과이다. 일부 실시예들에서, 미리 결정된 온도는 프로세싱 동안 약 400 ℃ 초과이다.
[0034] 화학 기상 증착을 위해 적응된 챔버의 다른 실시예들은 이들 특징들 중 하나 이상을 포함한다. 화학 기상 증착 챔버들 및 프로세스들에 관하여 개시되어 있지만, 고온 샤워헤드들이 바람직한 다른 프로세스들을 위해 구성된 프로세스 챔버들이 또한, 본원에서 개시되는 교시들로부터 이익을 얻을 수 있다.
[0035] 전술한 바가 본 개시내용의 일부 실시예들에 관한 것이지만, 다른 및 추가적인 실시예들이 본 개시내용의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않으면서 고안될 수 있다.

Claims (15)

  1. 복수의 개구들을 갖는 가스 분배 플레이트;
    벽, 상기 벽의 하부 부분으로부터 연장되어 상기 가스 분배 플레이트에 커플링된 반경방향 내측 연장 플랜지(flange), 및 상기 벽의 상부 부분으로부터 연장되는 반경방향 외측 연장 플랜지를 갖는 홀더(holder) ― 상기 벽은 약 0.015 인치 내지 약 0.2 인치의 두께를 가짐 ―; 및
    상기 가스 분배 플레이트 위에 배치되고, 상기 가스 분배 플레이트로부터 이격된 가열 장치
    를 포함하며,
    상기 가열 장치는 상기 가스 분배 플레이트를 가열하도록 구성된 가열기를 포함하는,
    샤워헤드 조립체.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 홀더는 상기 가스 분배 플레이트의 제2 CTE(coefficient of thermal expansion)의 약 5% 이내의 제1 CTE를 갖는,
    샤워헤드 조립체.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 홀더는 약 30 W/m·K 미만의 열 전도율을 갖는 전기 전도성 재료로 형성되는,
    샤워헤드 조립체.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 분배 플레이트와 상기 가열 장치 사이의 공간에 플라즈마가 형성될 수 있도록, 상기 가열 장치에 배치된 RF 전극을 더 포함하는,
    샤워헤드 조립체.
  5. 챔버 바디(body);
    최상부 플레이트 ― 상기 최상부 플레이트는 상기 최상부 플레이트와 상기 챔버 바디 내에 내부 볼륨(volume)을 정의하기 위해 상기 챔버 바디 위에 배치됨 ―;
    상기 내부 볼륨의 하부 부분에 배치된 기판 지지부 ― 상기 기판 지지부는 제1 가열기를 포함함 ―;
    복수의 개구들을 갖고, 상기 기판 지지부와 대향하여 상기 내부 볼륨의 상부 부분에 배치된 가스 분배 플레이트; 및
    제2 가열기를 갖는 가열 장치
    를 포함하며,
    상기 가열 장치는, 가스가 상기 가열 장치 위로부터 상기 가열 장치 주위로 그리고 상기 가열 장치 아래로 유동하여 상기 가스 분배 플레이트 내로 유동하는 가스 유동 경로가 정의되도록, 상기 가스 분배 플레이트와 상기 최상부 플레이트 사이에 배치되어 상기 가스 분배 플레이트 및 상기 최상부 플레이트로부터 이격되는,
    기판 프로세싱 챔버.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 가열기는 하나 이상의 제1 저항성 가열기 엘리먼트들 또는 하나 이상의 제1 가열 램프들을 포함하며,
    상기 제2 가열기는 하나 이상의 제2 저항성 가열기 엘리먼트들 또는 하나 이상의 제2 가열 램프들을 포함하는,
    기판 프로세싱 챔버.
  7. 제5 항에 있어서,
    벽, 상기 벽의 하부 부분으로부터 연장되어 상기 가스 분배 플레이트에 커플링된 반경방향 내측 연장 플랜지, 및 상기 벽의 상부 부분으로부터 연장되어 상기 챔버 바디와 상기 최상부 플레이트 사이에 배치된 반경방향 외측 연장 플랜지를 갖는 홀더를 더 포함하는,
    기판 프로세싱 챔버.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 벽은 약 0.015 인치 내지 약 0.2 인치의 두께를 갖는,
    기판 프로세싱 챔버.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 기판 프로세싱 챔버에 RF(radio frequency) 에너지를 전달하기 위해 상기 최상부 플레이트에 전기적으로 커플링된 RF 전력 소스를 더 포함하며,
    상기 최상부 플레이트는 전기 전도성 재료로 형성되는,
    기판 프로세싱 챔버.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 최상부 플레이트로부터 상기 홀더를 통한 상기 가스 분배 플레이트로의 RF 에너지의 커플링을 가능하게 하기 위해, 상기 반경방향 외측 연장 플랜지와 상기 최상부 플레이트 사이에 배치된 RF 개스킷; 또는
    상기 가스 분배 플레이트와 상기 가열 장치 사이의 공간에 플라즈마가 형성될 수 있도록, 상기 가열 장치에 배치된 RF 전극
    중 적어도 하나를 더 포함하는,
    기판 프로세싱 챔버.
  11. 제7 항에 있어서,
    상기 홀더는 상기 가스 분배 플레이트의 제2 CTE(coefficient of thermal expansion)의 약 5% 이내의 제1 CTE를 갖는,
    기판 프로세싱 챔버.
  12. 제7 항에 있어서,
    상기 홀더는 약 30 W/m·K 미만의 열 전도율을 갖는 전기 전도성 재료로 형성되는,
    기판 프로세싱 챔버.
  13. 제5 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버 바디의 벽들의 최상부에 배치되고, 상기 챔버 바디에 챔버 덮개를 커플링시키도록 구성된 덮개 플레이트; 및
    바디, 상기 바디의 상부 부분으로부터 연장되어 상기 덮개 플레이트의 일부의 최상부에 배치된 외측 연장 부분, 및 상기 바디의 하부 부분으로부터 연장되는 내측 연장 부분을 갖는 아이솔레이터 링(isolator ring)
    을 더 포함하며,
    상기 내측 연장 부분은 상기 가스 분배 플레이트에 인접하고,
    상기 가스 분배 플레이트의 열 팽창을 수용하기 위해, 상기 가스 분배 플레이트와 상기 내측 연장 부분 사이에 갭이 배치되는,
    기판 프로세싱 챔버.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 갭은 약 0.04 인치 내지 약 0.08 인치이며,
    상기 갭은 상기 가스 분배 플레이트가 최대 열 팽창 상태에 있을 때 약 0.04 인치이고, 상기 가스 분배 플레이트가 실온에 있을 때 약 0.08 인치인,
    기판 프로세싱 챔버.
  15. 제5 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 가열기는 하나 이상의 제1 가열 구역들을 포함하며,
    상기 제2 가열기는 하나 이상의 제2 가열 구역들을 포함하는,
    기판 프로세싱 챔버.
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