KR20200129170A - 인터레이스식 가스 공급 및 제거를 갖는 샤워헤드 및 사용 방법들 - Google Patents

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KR20200129170A
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칼롤 베라
샤히드 라우프
제임스 카르두치
블라디미르 크냐직
아난타 케이. 수브라마니
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

상부 플레넘 및 하부 플레넘을 갖는 하우징을 포함하는 가스 분배 모듈들이 설명된다. 상부 플레넘 및 하부 플레넘 중 하나는 유입구와 유체 연통하고, 다른 하나는 배출구와 유체 연통한다. 복수의 상부 통로들은 가스의 유동이 제1 플레넘을 통과하고 제1 플레넘으로부터 격리되는 것을 허용하기 위해 상부 플레넘을 하우징의 바닥에 연결한다.

Description

인터레이스식 가스 공급 및 제거를 갖는 샤워헤드 및 사용 방법들
본 개시내용은 일반적으로, 처리 챔버 안팎으로의 가스의 유동을 제공하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 개시내용의 실시예들은 인터레이스식 가스 공급 및 제거 구성요소들을 갖는 가스 분배 모듈들에 관한 것이다.
반도체 처리, 평판 디스플레이 처리 또는 다른 전자 디바이스 처리 분야에서, 기상 증착 프로세스들은 기판들 상에 물질들을 증착시키는 데 중요한 역할을 해왔다. 더 작은 기술 노드에 의해, 정상 상태 및 과도 상태 동안 웨이퍼상 프로세스 균일성이 더 엄격해진다. 가스 유속, 압력 및 화학 종들 분포들은 웨이퍼상 성능에 중요하다. 웨이퍼 표면 프로세스 동안에, 부산물들이 생성되고 이는 웨이퍼 표면 프로세스(증착, 식각 등)에 악영향을 미치는 종 조성을 변화시킨다. 중앙 공급 및 에지 배기 기반의 가스 분배 장치는 유속 및 압력 변화들로 이어질 수 있고 중앙으로부터 에지로의 부산물 축적은 웨이퍼상 프로세스 불균일성으로 이어진다.
그러므로, 관련 기술분야에서, 기판으로의 가스들의 균일한 유동들을 공급하기 위해, 샤워헤드들을 포함하는 개선된 가스 분배 장치들에 대한 계속적인 요구가 있다.
본 개시내용의 하나 이상의 실시예는 하우징, 유입구 및 배출구를 포함하는 가스 분배 모듈들에 관한 것이다. 하우징은 적어도 하나의 측, 최상부, 바닥, 및 최상부와 바닥 사이의 구획을 갖는다. 적어도 하나의 측, 구획 및 최상부는 상부 플레넘을 한정한다. 적어도 하나의 측, 구획 및 바닥은 하부 플레넘을 한정한다. 유입구는 상부 플레넘 또는 하부 플레넘 중 하나와 유체 연통한다. 배출구는 상부 플레넘 또는 하부 플레넘 중 다른 하나와 유체 연통한다. 바닥에 상부 개구부들을 형성하기 위해, 복수의 통로들이 상부 플레넘으로부터 하부 플레넘을 통해 연장되고, 하우징의 바닥을 통해 연장된다. 상부 통로들은 상부 통로 벽에 의해 하부 플레넘으로부터 분리되고, 상부 플레넘과 하우징의 바닥의 외측면 사이의 유체 연통을 제공한다. 바닥에 하부 개구부들을 형성하기 위해, 복수의 하부 통로들이 하우징의 바닥을 통해 연장된다. 하부 통로들은 하부 플레넘과 하우징의 바닥의 외측면 사이의 유체 연통을 제공한다.
본 개시내용의 추가적인 실시예들은 하우징, 유입구 및 배출구를 포함하는 가스 분배 모듈들에 관한 것이다. 하우징은 적어도 하나의 측, 최상부, 바닥, 및 최상부와 바닥 사이의 구획을 갖는다. 적어도 하나의 측, 구획 및 최상부는 상부 플레넘을 한정한다. 적어도 하나의 측, 구획 및 바닥은 하부 플레넘을 한정한다. 유입구는 상부 플레넘과 유체 연통하고 배출구는 하부 플레넘과 유체 연통한다. 바닥에 상부 개구부들을 형성하기 위해, 복수의 상부 통로들이 상부 플레넘으로부터 하부 플레넘을 통해 그리고 하우징의 바닥을 통해 연장된다. 상부 통로들은 상부 통로 벽에 의해 하부 플레넘으로부터 분리되고, 상부 플레넘과 하우징의 바닥의 외측면 사이의 유체 연통을 제공한다. 바닥에 하부 개구부들을 형성하기 위해, 복수의 하부 통로들이 하우징의 바닥을 통해 연장된다. 하부 통로들은 하부 플레넘과 하우징의 바닥의 외측면 사이의 유체 연통을 제공한다. 하부 개구부들은 각각의 상부 개구부 주위에 3개 이상의 하부 개구부들이 존재하도록 배열된다.
본 개시내용의 추가의 실시예들은 하우징, 유입구 및 배출구를 포함하는 가스 분배 모듈들에 관한 것이다. 하우징은 적어도 하나의 측, 최상부, 바닥, 및 최상부와 바닥 사이의 구획을 갖는다. 적어도 하나의 측, 구획 및 최상부는 상부 플레넘을 한정한다. 적어도 하나의 측, 구획 및 바닥은 하부 플레넘을 한정한다. 유입구는 상부 플레넘 또는 하부 플레넘 중 하나와 유체 연통한다. 배출구는 상부 플레넘 또는 하부 플레넘 중 다른 하나와 유체 연통한다. 바닥에 상부 개구부들을 형성하기 위해, 복수의 상부 통로들이 상부 플레넘으로부터 하부 플레넘을 통해 그리고 하우징의 바닥을 통해 연장된다. 상부 통로들은 상부 통로 벽에 의해 하부 플레넘으로부터 분리되고, 상부 플레넘과 하우징의 바닥의 외측면 사이의 유체 연통을 제공한다. 바닥에 하부 개구부들을 형성하기 위해, 복수의 하부 통로들이 하우징의 바닥을 통해 연장된다. 하부 통로들은 하부 플레넘과 하우징의 바닥의 외측면 사이의 유체 연통을 제공한다. RF 공급 라인은 구획 또는 하우징의 바닥 중 하나와 전기적으로 통신하는데, 구획과의 전기적 통신은 상부 플레넘 또는 하부 플레넘에 플라즈마를 생성하기 위한 것이고, 하우징의 바닥과의 전기적 통신은 하부 플레넘에, 또는 하부 플레넘보다는, 바닥의 반대쪽 측 상에 플라즈마를 생성하기 위한 것이다.
본 개시내용의 위에서 언급된 특징들이 달성되고 상세히 이해될 수 있도록, 위에 간략히 요약된 본 개시내용의 더 구체적인 설명이, 첨부 도면들에 예시되는, 본 개시내용의 실시예들을 참조하여 이루어질 수 있다. 그러나, 본 개시내용은 동등한 효과의 다른 실시예들을 허용할 수 있기 때문에, 첨부 도면들은 본 개시내용의 전형적인 실시예들만을 예시하고 그러므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 점에 주목해야 한다.
도 1은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 절취 부분을 갖는 가스 분배 모듈의 도면을 도시하고;
도 2는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 가스 분배 모듈의 실시예를 도시하고;
도 3은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 가스 분배 모듈의 실시예를 도시하고;
도 4는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 가스 분배 모듈의 실시예를 도시하고;
도 5는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 가스 분배 모듈의 실시예를 도시하고;
도 6은 도 5의 영역(VI)의 확대도를 도시하고;
도 7은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 가스 분배 모듈의 개략적인 부분 단면도를 도시하고;
도 8은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 가스 분배 모듈의 개략적인 부분 단면도를 도시하고;
도 9는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 가스 분배 모듈의 개략적인 부분 단면도를 도시하고;
도 10a는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른, RF 전력공급되는 구획을 갖는 가스 분배 모듈의 개략적인 단면도를 도시하고;
도 10b는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른, RF 전력공급되는 바닥을 갖는 가스 분배 모듈의 개략적인 단면도를 도시하고;
도 10c는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른, RF 전력공급되는 최상부를 갖는 가스 분배 모듈의 개략적인 단면도를 도시하고;
도 11은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 가스 분배 모듈들을 통합하는 가스 분배 조립체를 도시한다.
본 개시내용의 실시예들은 화학 기상 증착 유형의 프로세스에서 사용하기 위한 가스 분배 장치에 관한 것이다. 본 개시내용의 하나 이상의 실시예는, 설명된 가스 분배 장치를 통합하는, 원자 층 증착 프로세스들 및 장치(또한, 주기적(cyclical) 증착이라고 함)에 관한 것이다. 설명된 가스 분배 장치는 샤워헤드 또는 가스 분배 플레이트로 지칭될 수 있지만, 관련 기술분야의 통상의 기술자는, 장치가 샤워헤드 또는 플레이트처럼 형상화될 필요는 없다는 것을 인식할 것이다. "샤워헤드" 및 "플레이트"라는 용어들은 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
본 개시내용의 하나 이상의 실시예에서, 순환 공급 구조로부터의 화학 종들을 운반하는 공급 가스는 상부 플레넘(또는 상이한 구성에서의 하부 플레넘)으로 들어간다. 가스는 다수의 튜브들(유입구들)을 통해 상부 플레넘으로부터 하부 플레넘을 건너 프로세스 영역으로 유동한다. 프로세스 가스는 웨이퍼 표면과 상호작용하여 표면 처리(증착 또는 식각)로 이어진다. 부산물들을 갖는 프로세스 가스는 유입구들과 인터레이싱되는 배기 튜브들을 통해 제거된다. 이러한 방식으로, (반응 생성물들을 포함하는)부산물들이 제거되어, 웨이퍼에 걸친 화학 종들의 변화를 국부적으로 최소화한다. 배기 튜브들은 하부 플레넘(또는 상이한 구성에서 상부 플레넘)에 연결된다. 배기를 위한 하부 플레넘은 펌프 포트에 순환적으로 연결된다. 웨이퍼의 각각의 부분은 화학 종들, 유속 및 압력의 측면의 변수들의 유사한 정상 상태 및 과도 응답을 "겪"고, 웨이퍼상 프로세스 균일성 및 노출 시간을 개선한다.
본 개시내용의 하나 이상의 실시예는 유리하게, 웨이퍼의 각각의 부분이, 화학 종들, 유속 및 압력의 측면에서 유사한 환경을 겪는 것을 허용하는 가스 분배 모듈을 제공한다. 일부 실시예들은 (웨이퍼 표면 상의) 화학 반응으로 인한 부산물들을 펌핑 아웃함으로써 부산물들을 감소시켜, 웨이퍼에 걸친 화학 종들의 변화를 국부적으로 최소화한다. 일부 실시예들은 유리하게, 화학 종들의 균일한 노출 시간을 제공한다. 일부 실시예들에서, 화학 종들의 포화는 웨이퍼에 걸쳐 거의 동시에 발생하여 과노출에 대한 필요성을 최소화한다. 일부 실시예들은 웨이퍼들에 대한 전체 노출 시간을 감소시켜, 전체 처리량을 증가시킨다.
도 1은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 가스 분배 모듈(100)의 실시예를 예시한다. 하우징의 내부의 일부를 보여주기 위해, 절취 부분(105)이 있는 하우징(110)이 예시된다. 예시된 하우징(110)은 원형 가스 분배 시스템을 형성하기 위해 다양한 웨지 형상의 구성요소들을 조합함으로써 더 큰 가스 분배 조립체 내로 통합될 수 있는 웨지 형상의 구성요소이다. 일부 실시예들에서, 하우징(110)은 추가적인 구성요소들 없이 사용될 수 있는 원형 형상의 구성요소이다.
일부 실시예들의 하우징(110)은 적어도 하나의 측(side), 최상부 및 바닥을 갖는다. 예를 들어, 둥근 하우징은 하나의 연속적인 측을 가질 것이고; 반면에 웨지 형상의 하우징은 도 1과 관련하여 설명되는 바와 같이 4개의 측들을 가질 것이다. 예시된 하우징(110)은 최상부(111), 제1 측(112), 제2 측(113)(집합적으로 측들로 지칭됨), 내측 주변 단부(114), 외측 주변 단부(115) 및 바닥(116)을 갖는다. 최상부, 바닥 및 측들 각각은, 두께를 한정하는 내측면 및 외측면을 갖는다.
하우징은 하우징의 내부를 상부 플레넘(130) 및 하부 플레넘(140)으로 분리하는 구획(120)을 갖는다. 구획은 두께를 한정하는 제1 측 및 제2 측을 갖는다. 상부 플레넘(130)은 하우징(110)의 최상부(111) 및 구획(120)에 의해 한정된다. 하부 플레넘(140)은 구획(120) 및 바닥(116)에 의해 한정된다. 통상의 기술자는 플레넘들이 최상부 및 바닥 경계 이상에 의해 경계지어진다는 것을 인식할 것이다. 예시된 웨지 형상의 실시예에서, 측들(112, 113) 및 단부들(114, 115)은 플레넘들(130, 140)의 측방향 경계들을 형성한다. 원형 형상(도시되지 않음)을 갖는 실시예에서, 벽은 연속적이고, 플레넘들의 측방향 경계들을 형성한다.
유입구(150)는 상부 플레넘(130) 또는 하부 플레넘(140) 중 하나와 유체 연통한다. 배출구(160)는, 유입구(150)와 비교하여, 상부 플레넘(130) 또는 하부 플레넘(140) 중 다른 하나와 유체 연통한다. 예시된 실시예에서, 유입구(150)는 상부 플레넘(130)과 유체 연통하고 배출구는 하부 플레넘(140)과 유체 연통한다. 일부 실시예들에서, 유입구는 하부 플레넘과 유체 연통하고 배출구는 상부 플레넘과 유체 연통한다.
유입구(150)는 가스의 유동을 플레넘 내에 제공하기 위해 가스 공급원에 연결되도록 구성된다. 배출구(160)는 배출구에 연결된 플레넘으로부터 가스들을 흡입하기 위해 진공 스트림을 제공하기 위해서 진공 공급원에 연결되도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 가스 분배 모듈(100)은 가스 공급원(도시되지 않음) 또는 진공(도시되지 않음) 중 하나 이상을 포함한다.
상부 플레넘(130)은, 바닥(116)에 상부 개구부들(135)을 형성하기 위해, 상부 플레넘(130)으로부터 하부 플레넘(140)을 통해 연장되고 하우징의 바닥(116)을 통해 연장되는 복수의 상부 통로들(131)을 포함한다. 상부 통로들(131)은 상부 통로 벽(132)에 의해 하부 플레넘(140)으로부터 분리된다. 상부 통로들(131)은 상부 플레넘(130)과 하우징(110)의 바닥(116)의 외측면(117) 사이의 유체 연통을 제공한다. 외측면(117)은 또한, 하부 플레넘(140) 반대쪽의, 바닥(116)의 부분으로서 지칭된다.
하부 플레넘(140)은 바닥(116)에 하부 개구부들(145)을 형성하기 위해, 하우징(110)의 바닥(116)을 통해 연장되는 복수의 하부 통로들(141)을 포함한다. 하부 통로들(141)은 하부 플레넘(140)과 하우징(110)의 바닥(116)의 외측면(117) 사이의 유체 연통을 제공한다.
사용 시에, 가스 공급원(가스 실린더)은 유입구(150)에 연결될 수 있고, 진공 공급원(예를 들어, 진공 펌프 또는 포어라인)은 배출구(160)에 연결될 수 있다. 가스 공급원은 (예시된 실시예에서) 상부 플레넘(130) 내로 가스의 유동을 제공한다. 상부 플레넘(130)에서의 가스 압력은 정상 상태에 도달한다. 상부 플레넘(130)의 가스는, 상부 통로들(131)을 통해, 하부 플레넘(140)보다는, 하우징(110)의 외측면(117) 밖으로, 바닥(116)의 반대쪽 측 상에 위치된 프로세스 영역(102) 내로 유동한다.
모듈 하우징(110)의 바닥(116)의 개구부들(135, 145)의 배열은 가스 유동들의 전체 효율에 영향을 미칠 수 있다. 일부 실시예들에서, 상부 개구부들(135) 각각은 3개의 하부 개구부들(145)에 의해 둘러싸이고, 하부 개구부들(145) 각각은 3개의 상부 개구부들(135)에 의해 둘러싸인다. 이는, 둥근 하우징(110)을 갖는 가스 분배 모듈(100)의 바닥(116)의 도면을 도시하는 도 2에 예시된 실시예에서 볼 수 있다. 이러한 방식으로 사용되는 바와 같이, "~에 의해 둘러싸인"이라는 용어는 대상 개구부에 가장 가까운 개구부들은 언급된 개구부인 것을 의미한다. 예를 들어, 상부 개구부(135)가 도 2에 표지되어 있고, 3개의 가까운 개구부들은 하부 개구부들(145)이라는 것을 보여준다. 도 2에 도시된 그리드 라인들은 단지 개구부들(135, 145)의 배열을 도시하기 위한 예시적인 목적들을 위한 것이다.
일부 실시예들에서, 상부 개구부들(135) 각각은 4개, 5개 또는 6개의 하부 개구부들(145)에 의해 둘러싸이고, 하부 개구부들(145) 각각은 동일한 개수의 상부 개구부들(135)에 의해 둘러싸인다. 예를 들어, 도 3은 상부 개구부(135)가 4개의 하부 개구부들(145)에 의해 둘러싸이고 각각의 하부 개구부(145)가 4개의 상부 개구부들(135)에 의해 둘러싸이는 실시예를 예시한다. 일부 실시예들에서, 상부 개구부들(135)과 동일한 개수의 하부 개구부들(145)이 존재한다. 일부 실시예들에서, 상부 개구부들(135)과 상이한 개수의 하부 개구부들(145)이 존재한다.
도 4는, 상부 개구부들(135)이, 하부 개구부들(145)의 원형 구역들과 교번하는 원형 구역들로 배열된, 본 개시내용의 다른 실시예를 예시한다. 일부 실시예들에서, 각각의 상부 개구부(135)는 다른 상부 개구부(135)보다 더 가까운 하부 개구부(145)를 갖는다. 예시된 실시예는 4개의 구역들을 갖는데: 최내측 구역(170a)은 하나의 상부 개구부(135)를 갖고; 구역(170b)은 최내측 구역(170a) 주위에 있고 4개의 하부 개구부들(145)을 갖고; 구역(170c)은 구역(170b) 주위에 있고, 8개의 상부 개구부들(135)을 갖고; 구역(170d)은 구역(170c) 주위에 있고, 8개의 하부 개구부들(145)을 갖는다. 4개의 구역들이 도시되어 있지만, 통상의 기술자는 이는 단지 하나의 가능한 배열을 나타내고, 구역들의 크기, 개수 및 간격이 변화될 수 있으며 각각의 구역의 개구부들의 개수가 변화될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
일부 실시예들에서, 하부 개구부들(145) 또는 상부 개구부들(135) 중 하나는 하부 개구부들(145) 또는 상부 개구부(135) 중 다른 하나를 경계짓는다. 예를 들어, 도 5는 각각의 상부 개구부들(135)이 링 형상의 하부 개구부(145)에 의해 경계지어지는 가스 분배 모듈(100)의 실시예를 예시한다. 달리 말하면, 일부 실시예들에서, (개재 플레넘 및 통로를 통해) 유입구(150)와 유체 연통하는 개구부들은 (개재 플레넘 및 통로를 통해) 배출구(160)와 유체 연통하는 개구부들에 의해 경계지어진다. 도 5의 영역(VI)은 도 6에 확대 도시된다. 하부 개구부(145)는 2개의 브리지들(119)을 갖는 링 형상의 개구부로서 도시된다. 브리지들(119)은 원형 상부 개구부(135)와 링 형상의 하부 개구부(145) 사이의 바닥(116)의 부분을 하우징(110)의 나머지 부분과 연결하기 위해 포함될 수 있다. 예시된 실시예는 2개의 브리지들(119)을 갖지만; 더 많거나 더 적은 브리지들(119)이 존재할 수 있다는 것이 인식될 것이다.
일부 실시예들에서, 유입구(150)와 유체 연통하는 개구부들은 하우징(110)의 바닥(116)에 확산 플레이트(180)를 갖는다. 도 7은 애퍼쳐들(185)을 갖는 확산 플레이트(180)가 상부 개구부들(135)과 정렬되어 하우징(110)의 바닥(116)에 위치되는 실시예의 단면도를 예시한다. 일부 실시예들에서, 확산 플레이트(180)는 개구부(135)를 통한 가스의 유동을 다수의 유동들로 분리하기 위해 복수의 애퍼쳐들을 갖는다. 애퍼쳐들의 개수는 변할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상부 개구부들(135) 각각에 대해 그리고/또는 하부 개구부들(145) 각각에 대해, 확산 플레이트(180)에 하나 이상의 애퍼쳐(185)가 존재한다. 일부 실시예들에서, 확산 플레이트(180)에 약 1개 내지 약 15개 범위의 애퍼쳐(185)가 존재한다. 일부 실시예들에서, 애퍼쳐들(185) 중 적어도 하나는 애퍼쳐들을 통해 가스들의 평행하지 않은 유동들을 제공하기 위해 적어도 하나의 애퍼쳐(185)에 대해 소정 각도로 배향된다. 도 7에 도시된 확산 플레이트(180)는 3개의 애퍼쳐들(185)을 갖는데 여기서 중앙 애퍼쳐는 개구부(135)와 함께 확산 플레이트(180)에 대해 수직으로 유동을 지향시키고 외측 애퍼쳐들(185)은 중앙 애퍼쳐에 대해 외측으로 유동들을 지향시키며, 이로써 유동은 평행하지 않다. 애퍼쳐들의 각도는 임의의 적합한 각도일 수 있다. 일부 실시예들에서, 각도는 확산 플레이트(180) 법선에 대해 약 0 ° 내지 약 80 °의 범위에 있다.
도 9는, 모듈(100)이, 상부 플레넘(130)(도시된 바와 같음) 또는 하부 플레넘(140)(도시되지 않음) 중 하나와 유체 연통하는 제2 유입구(151)를 포함하는, 본 개시내용의 다른 실시예를 도시한다. 제2 유입구(151)는 유입구(150)와 동일한 가스 또는 상이한 가스의 유동을 제공할 수 있다. 예를 들어, CVD 유형의 프로세스에서, 유입구(150) 및 제2 유입구(151)는 상부 플레넘(130)에서 반응할 수 있고 상부 개구부들(135)을 통해 프로세스 영역(102)의 반응 공간 내로 유동할 수 있는 상이한 반응성 종들을 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 유입구(151)는 플레넘 내로 희석 가스의 유동을 제공한다. 일부 실시예들에서, 도 9에 도시된 바와 같이, 제2 유입구(151)는 분할기(190)에 의해 제1 플레넘(130a) 및 제2 플레넘(130b)으로 분할된 상부 플레넘(130) 내로 유동시킨다. 배출구(160) 및 하부 개구부들은 오직 명확성의 목적들을 위해 이 도면에 예시되지 않는다.
본 개시내용의 일부 실시예들은 플라즈마 강화 프로세스들에서 사용될 수 있는 가스 분배 모듈들(100)을 제공한다. 도 10a에서, 구획(120)은 RF 공급 라인(210)(예를 들어, 동축 공급 라인)에 연결되고, 하우징(110)의 바닥(116)은 전기적으로 접지된다(또는 구획과는 상이한 전위로 유지된다). 하우징의 측들 및 최상부는 적합한 유전체 물질로 만들어진다. 이 실시예에서, 구획(120)에 에너지를 공급하는 것은 하부 플레넘(140)에 플라즈마(220)의 형성을 초래할 수 있다. 플레넘(140)에 대한 적합한 높이는 하부 플레넘(140)에 플라즈마를 생성하도록 선택되는 반면에, 상이한 높이가, 상부 플레넘(130)에 대해, 상부 플레넘에 플라즈마를 생성하지 않도록 선택된다. 플라즈마 종들은 하부 개구부들(145)을 통해 프로세스 영역(102) 내로 유동할 수 있다. 도 10a의 실시예들은 또한, 플라즈마가 처리 영역(102)으로부터 원격으로 생성되기 때문에 원격 플라즈마 공급원들(RPS)로서 지칭된다.
다른 실시예에서, 도 10b에 도시된 바와 같이, 하우징(110)의 바닥(116)은 RF 공급 라인(210)에 연결되고, 구획(120), 최상부(111) 및 단부들(114, 115)은 비전도성이다. 이 실시예에서, 기판(230) 또는 페디스털(235)은 플라즈마(220)가 처리 영역(102)에 생성되도록 접지 전극으로서 작용할 수 있다(또는 바닥(116)과는 상이한 전위로 유지될 수 있다). 일부 실시예들에서, 상부 플레넘(130) 및 하부 플레넘(140)의 높이들은 내부에 플라즈마를 생성하지 않도록 적합하게 선택된다. 달리 말하면, 플라즈마(220)는 하부 플레넘(140)보다는 바닥(116)의 반대쪽 측 상에 생성된다. 기판 또는 페디스털이 플라즈마 생성을 위한 전극으로서 작용하는, 도 10b에 도시된 유형의 실시예들은 또한, 직접 플라즈마로서 지칭된다.
다른 실시예에서, 도 10c에 도시된 바와 같이, 하우징(110)의 최상부(111)는 RF 공급 라인(210)에 연결되고, 구획(120) 및 단부들(114, 115)은 비전도성이다. 이 실시예에서, 구획(120)은 플라즈마(220)가 상부 플레넘(130)에 생성되도록 접지 전극으로서 작용할 수 있다(또는 최상부(111)와는 상이한 전위로 유지될 수 있다). 플레넘(130)에 대한 적합한 높이는 상부 플레넘(130)에 플라즈마를 생성하도록 선택되는 반면에, 상이한 높이가, 하부 플레넘(140)에 대해, 하부 플레넘(140)에서의 플라즈마 점화를 방지하도록 선택될 수 있다. 플라즈마 종들은 상부 플레넘(130)으로부터 프로세스 영역(102) 내로 유동할 수 있다.
가스 분배 모듈(100)은 플라즈마 강화 원자 층 증착(PEALD) 또는 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD) 프로세스 동안 하나 이상의 층을 형성하는 데 사용될 수 있다. 일부 프로세스들에서, 플라즈마의 사용은, 표면 반응들이 유리해지고 가능성이 있어지는 여기 상태로 종들을 촉진하기에 충분한 에너지를 제공한다. 플라즈마를 프로세스 내로 도입하는 것은 연속적이거나 펄스화될 수 있다. 플라즈마는 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 알려진 임의의 적합한 플라즈마 생성 프로세스 또는 기법을 통해 생성될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마는 마이크로파(MW) 주파수 생성기 또는 무선 주파수(RF) 생성기 중 하나 이상에 의해 생성될 수 있다. 플라즈마의 주파수는 사용되고 있는 특정 반응성 종들에 따라 조정될 수 있다. 적합한 주파수들은 2 MHz, 13.56 MHz, 40 MHz, 60 MHz, 100 MHz, 121 MHz 및 162 MHz를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 본원에 개시된 증착 프로세스들 동안 플라즈마들이 사용될 수 있지만, 플라즈마들이 요구되지 않을 수 있다는 것을 주목해야 한다.
일부 실시예들에서, 가스 분배 모듈(100)은 원형 또는 디스크 형상의 가스 분배 조립체를 형성하기 위해 다른 웨지 형상의 모듈들과 결합되는 웨지 형상의 구성요소이다. 도 11은, 원형 조립체를 형성하기 위해 결합된, 적어도 하나의 가스 분배 모듈(100)(2개가 도시됨) 및 복수의 주입기 유닛들(240)을 포함하는 가스 분배 조립체(270)를 도시한다. 기판에 막을 증착시키거나 기판으로부터 막을 제거하기 위해 복수의 상이한 처리 영역들에 노출되도록, 가스 분배 모듈들(100) 및 주입기 유닛들(240) 각각 아래의 원형 경로를 따라 기판이 회전될 수 있다. 본 개시내용의 일부 실시예들은 가스 분배 모듈(100)을 포함하는 처리 챔버들에 관한 것이다.
본 발명이 본원에서 특정 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 이러한 실시예들은 본 발명의 원리들 및 응용들을 단지 예시하는 것임을 이해해야 한다. 본 발명의 방법 및 장치에 대해 다양한 수정들 및 변화들이 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있다는 것이 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명이, 첨부된 청구항들 및 그들의 등가물들의 범위 내에 있는 수정들 및 변화들을 포함하는 것이 의도된다.

Claims (15)

  1. 가스 분배 모듈로서,
    측들, 최상부, 바닥 및 상기 최상부와 상기 바닥 사이의 구획을 갖는 하우징 ― 상기 측들, 상기 구획 및 상기 최상부는 상부 플레넘을 한정하고, 상기 측들, 상기 구획 및 상기 바닥은 하부 플레넘을 한정함 ―;
    상기 상부 플레넘 또는 상기 하부 플레넘 중 하나와 유체 연통하는 유입구;
    상기 상부 플레넘 또는 상기 하부 플레넘 중 다른 하나와 유체 연통하는 배출구;
    상기 바닥에 상부 개구부들을 형성하기 위해, 상기 상부 플레넘으로부터 상기 하부 플레넘을 통해 연장되고 상기 하우징의 상기 바닥을 통해 연장되는 복수의 상부 통로들 ― 상기 상부 통로들은 상부 통로 벽에 의해 상기 하부 플레넘으로부터 분리되고, 상기 상부 플레넘과 상기 하우징의 상기 바닥의 외측면 사이의 유체 연통을 제공함 ―; 및
    상기 바닥에 하부 개구부들을 형성하기 위해 상기 하우징의 상기 바닥을 통해 연장되는 복수의 하부 통로들을 포함하고, 상기 하부 통로들은 상기 하부 플레넘과 상기 하우징의 상기 바닥의 상기 외측면 사이의 유체 연통을 제공하는, 가스 분배 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 바닥의 상기 상부 개구부들 각각은 3개의 하부 개구부들에 의해 둘러싸이고, 상기 바닥의 상기 하부 개구부들 각각은 3개의 상부 개구부들에 의해 둘러싸이는, 가스 분배 모듈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유입 개구부들은 배출구 개구부들의 원형 영역들과 교번하는 원형 구역들로 배열되는, 가스 분배 모듈.
  4. 제1항에 있어서, 동일한 개수의 상부 개구부들 및 하부 개구부들이 존재하는, 가스 분배 모듈.
  5. 제1항에 있어서, 상기 하부 개구부들 또는 상기 상부 개구부들 중 하나는 링 형상의 개구부들을 형성하기 위해 상기 하부 개구부들 및 상기 상부 개구부들 중 다른 하나를 둘러싸는, 가스 분배 모듈.
  6. 제5항에 있어서, 상기 유입구와 유체 연통하는 상기 개구부들은 상기 배출구와 유체 연통하는 상기 개구부들에 의해 둘러싸이는, 가스 분배 모듈.
  7. 제1항에 있어서, 상기 유입구와 유체 연통하는 상기 개구부들은 상기 하우징의 상기 바닥에 확산 플레이트를 갖고, 상기 확산 플레이트는 상기 개구부의 가스의 유동을 다수의 유동들로 분리하는 복수의 애퍼쳐들을 갖는, 가스 분배 모듈.
  8. 제7항에 있어서, 상기 확산 플레이트는 상기 애퍼쳐들을 통해 가스들의 평행하지 않은 유동들을 제공하기 위해 적어도 하나의 애퍼쳐에 대해 소정 각도로 배향된 적어도 하나의 애퍼쳐를 포함하는, 가스 분배 모듈.
  9. 제1항에 있어서, 상기 상부 플레넘 또는 상기 하부 플레넘 중 하나와 유체 연통하는 제2 유입구를 더 포함하는, 가스 분배 모듈.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제2 유입구는 상기 유입구와 동일한 플레넘과 유체 연통하는, 가스 분배 모듈.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제2 유입구는 상기 유입구와는 다른 플레넘과 유체 연통하는, 가스 분배 모듈.
  12. 제9항에 있어서, 상기 제2 유입구가 유체 연통하는 상기 플레넘은 상기 플레넘을 제1 플레넘 및 제2 플레넘으로 분할하기 위한 하나 이상의 분할기를 더 포함하는, 가스 분배 모듈.
  13. 제1항에 있어서, 상기 하부 플레넘에 플라즈마를 생성하기 위해, 상기 구획은 RF 공급 라인과 전기적으로 연결되고 상기 바닥은 전기적으로 접지되는, 가스 분배 모듈.
  14. 제1항에 있어서, 상기 하부 플레넘보다는 상기 바닥의 반대쪽 측 상에 플라즈마를 생성하기 위해 상기 하우징의 상기 바닥은 RF 공급 라인과 전기적으로 연결되는, 가스 분배 모듈.
  15. 가스 분배 모듈로서,
    측들, 최상부, 바닥 및 상기 최상부와 상기 바닥 사이의 구획을 갖는 하우징 ― 상기 측들, 상기 구획 및 상기 최상부는 상부 플레넘을 한정하고, 상기 측들, 상기 구획 및 상기 바닥은 하부 플레넘을 한정함 ―;
    상기 상부 플레넘 또는 상기 하부 플레넘 중 하나와 유체 연통하는 유입구;
    상기 상부 플레넘 또는 상기 하부 플레넘 중 다른 하나와 유체 연통하는 배출구;
    상기 바닥에 상부 개구부들을 형성하기 위해, 상기 상부 플레넘으로부터 상기 하부 플레넘을 통해 연장되고 상기 하우징의 상기 바닥을 통해 연장되는 복수의 상부 통로들 ― 상기 상부 통로들은 상부 통로 벽에 의해 상기 하부 플레넘으로부터 분리되고, 상기 상부 플레넘과 상기 하우징의 상기 바닥의 외측면 사이의 유체 연통을 제공함 ―;
    상기 바닥에 하부 개구부들을 형성하기 위해 상기 하우징의 상기 바닥을 통해 연장되는 복수의 하부 통로들 ― 상기 하부 통로들은 상기 하부 플레넘과 상기 하우징의 상기 바닥의 상기 외측면 사이의 유체 연통을 제공함 ―; 및
    상기 구획 및 상기 하우징의 상기 바닥 중 하나와 전기적으로 통신하는 RF 공급 라인을 포함하고, 상기 구획과의 전기적 통신은 상기 상부 플레넘 또는 상기 하부 플레넘에 플라즈마를 생성하기 위한 것이고, 상기 하우징의 상기 바닥과의 전기적 통신은 상기 하부 플레넘에, 또는 상기 하부 플레넘보다는, 상기 바닥의 반대쪽 측 상에 플라즈마를 생성하기 위한 것인, 가스 분배 모듈.
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