KR20210111892A - 복수의 플레넘들 및 가스 분배 챔버들을 갖는 증착 툴들을 위한 샤워헤드 - Google Patents

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마이클 제이. 자니키
커티스 더블유. 베일리
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램 리써치 코포레이션
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Abstract

프로세싱 챔버, 프로세싱 챔버 내에서 프로세싱될 기판을 홀딩하기 위한 기판 홀더, 및 프로세싱 챔버 내로 제 1 가스(들) 및/또는 증기(들) 및/또는 제 2 가스(들) 및/또는 증기(들)를 분배하기 위한 대면 플레이트를 갖는 샤워헤드를 포함하는, 증착 툴. 샤워헤드는 제 1 플레넘 및 제 2 플레넘, 각각이 대면 플레이트의 후면 뒤에 제공된 제 1 챔버 및 제 2 챔버, 및 모두 샤워헤드의 대면 플레이트를 관통하여 형성되고 제 1 챔버 및 제 2 챔버 각각과 유체로 연통하는 제 1 세트의 홀들과 제 2 세트의 홀들을 포함한다.

Description

복수의 플레넘들 및 가스 분배 챔버들을 갖는 증착 툴들을 위한 샤워헤드
본 발명은 기판들 상에 박막들을 증착하기 위한 증착 툴, 보다 구체적으로, 각각 샤워헤드 내부로 교차-드릴 (cross-drill) 홀들의 복잡한 분배 네트워크를 필요로 하지 않고 프로세싱 챔버 내로 가스(들) 및/또는 증기(들)를 분배할 수 있는 복수의 챔버들을 갖는 증착 툴들을 위한 샤워헤드에 관한 것이다.
다양한 유형들의 툴들이 일반적으로 반도체 웨이퍼들, 평판 디스플레이들 및/또는 광전지 디바이스들과 같은 기판 표면들 상에 다양한 박막들을 증착하기 위해 사용된다. 이러한 툴들을 사용하여, 프로세싱될 기판이 프로세싱 챔버 내로 배치된다. 프로세싱 챔버 내에 위치된 샤워헤드가 (a) 반응 물질 화학 물질 가스(들) 및/또는 증기(들) 및 (b) 기판 상에 증착될 재료를 함유하는 하나 이상의 프로세스 화학 물질 가스(들) 및/또는 증기(들)의 조합을 공급한다. 이후로, 반응 물질(들) 및/또는 프로세스 화학 물질들은 일반적으로 "가스(들)" 및/또는 "증기(들)"로 지칭될 수도 있다.
반응 물질 및/또는 프로세스 화학 물질 또는 화학 물질들을 프로세싱 챔버 내로 공급하기 위한 하나 이상의 플레넘들 (plenums) 을 갖는 샤워헤드들이 공지되었다. 이들 샤워헤드들 내부에, 플레넘과 유체로 연통하는 적어도 하나의 교차-드릴 홀들의 네트워크가 제공된다. 네트워크는 (a) 플레넘의 방향에 수직으로 그리고 (b) 서로에 대해 90도 이격되어 각각 연장하는 교차-드릴링된 홀들을 포함한다. 교차-드릴 홀들의 그리드에 수직인 (즉, 플레넘과 축방향으로) 복수의 홀들이 샤워헤드의 대면 플레이트 (faceplate) 를 통해 제공된다. 이 구성으로, 가스(들) 및/또는 증기(들)는:
(1) Z 축을 따라 연장하는 플레넘을 통해 샤워헤드로 공급되고;
(2) X 축 및 Y 축을 따라 네트워크의 개별적인 교차-드릴 홀들에 의해 샤워헤드 내부에 측방향으로 분배되고;
(3) Z 축을 따라 대면 플레이트 내에 형성된 복수의 홀들을 통과하고 프로세싱 챔버 내로 들어간다.
프로세싱 챔버 내로 방출되기 전에 샤워헤드 내에서 프로세스 및/또는 반응 물질 가스(들) 및/또는 증기(들)를 내부로 그리고 측방향으로 분배하기 위해 하나 이상의 교차-드릴 홀들의 네트워크에 의존하는 샤워헤드들에 다수의 문제들이 있다. 첫째, 샤워헤드를 머시닝할 때 복잡한 교차-드릴 홀들의 네트워크를 드릴링하는 것은 매우 비용이 많이 들고 복잡하다. 둘째, 머시닝 동안 발생하는 금속 부스러기들 (shavings), 입자들 및 잔류 드릴링 오일은 세정 후에도 교차-드릴 홀들 내에 남을 수도 있다. 이들 오염 물질들은 증착 동안 프로세싱 챔버 내로 잠재적으로 방출될 수 있어, 프로세싱된 기판들 상에 결함들을 유발한다. 셋째, 복합 교차-드릴 홀 패턴 전체에 걸쳐 가스(들) 및/또는 증기(들)를 균일하게 순환시키는 것은 어렵다. 그 결과, 프로세스 및/또는 반응 물질 가스(들) 및/또는 증기(들)는 기판 표면 위에 디스펜싱될 때 균일하게 분배되지 않을 수도 있다. 넷째, 교차-드릴 홀들의 네트워크를 통해 분배된 가스(들)의 응결이 보다 발생하기 쉽다. 일 교차-드릴 홀로부터 다른 교차-드릴 홀로 90도로 통과할 때 가스가 "코너를 돌기" 때문에, 가스의 온도는 강하하는 경향이 있다. 이 온도 강하는 응결을 유발하는 것으로 공지되었고, 가스가 적어도 부분적으로 액체로 변한다는 것을 의미한다. 그 결과, 액체들은 기판 표면 상에 증착될 수도 있고, 플라즈마 내의 가스(들)의 농도는 목표된 것보다 낮게 감소된다.
따라서 증착 툴의 프로세싱 챔버 내에서 가스(들) 및/또는 증기(들)의 분배를 개선하는 샤워헤드가 필요하다.
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 2019년 2월 1일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제 62/800,055 호의 우선권의 이익을 주장하고, 이는 모든 목적들을 위해 참조로서 본 명세서에 인용된다.
프로세싱 챔버, 프로세싱 챔버 내에서 프로세싱될 기판을 홀딩하기 위한 기판 홀더, 및 프로세싱 챔버 내로 제 1 가스(들) 및/또는 증기(들) 및/또는 제 2 가스(들) 및/또는 증기(들)를 분배하기 위한 대면 플레이트 (faceplate) 를 갖는 샤워헤드를 포함하는, 증착 툴이 개시된다.
비배타적인 실시 예에서, 샤워헤드는 제 1 플레넘 (plenum), 샤워헤드의 대면 플레이트의 후면 바로 뒤에 제공된 제 1 챔버, 및 대면 플레이트를 관통하여 형성되고 챔버와 유체로 연통하는 제 1 세트의 홀들을 포함한다. 이 구성으로, 제 1 가스(들) 및/또는 증기(들)는 (a) 제 1 플레넘을 통해 프로세싱 챔버 내로, (b) 샤워헤드의 대면 플레이트에 대해 제 1 플레넘 챔버 내에서 측방향으로 그리고 (c) 제 1 플레넘 챔버로부터 제 1 세트의 홀들을 통해 프로세싱 챔버 내로 흐르고 이에 의해 공급된다.
또 다른 실시 예에서, 샤워헤드는 제 2 플레넘 및 제 2 챔버를 더 포함한다. 제 2 챔버는 (1) 샤워헤드의 대면 플레이트를 관통하여 형성되고 (2) 제 1 챔버를 관통하여 제 2 챔버까지 걸치는 돌출부들을 통해 연장하는, 제 2 세트의 홀들을 통해 프로세싱 챔버와 유체로 연통한다. 이 구성으로, 제 2 가스(들) 및/또는 증기(들)는 (a) 제 2 플레넘을 통해 프로세싱 챔버 내로, (b) 샤워헤드의 대면 플레이트에 대해 제 2 챔버 내에서 측방향으로 그리고 (c) 제 2 세트의 홀들을 통해 흐르고 이에 의해 공급된다.
특정하지만 비배타적인 실시 예에서, 돌출부들은 제 1 챔버를 관통하여 제 2 챔버까지 걸치는 "리브들 (ribs)"이다. 리브들은 또한 동심, 방사상 패턴으로 배열된다. 이 구성으로, 제 2 세트의 홀들은 또한 샤워헤드의 대면 플레이트 상에 유사한, 동심의, 방사상 패턴으로 배열된다. 다른 실시 예들에서, 돌출부들은 제 1 챔버 및 제 2 챔버를 유체로 연결하기에 적합한 임의의 형태를 취할 수도 있고, 제 2 세트의 홀들은 샤워헤드의 대면 플레이트 상에 임의의 패턴으로 배열될 수도 있다.
상기 기술된 바와 같은 샤워헤드를 사용하여, 제 1 가스(들) 및/또는 증기들 및/또는 제 2 가스(들) 및/또는 증기들은 드릴링된 교차-홀들 (cross-holes) 의 네트워크를 통해 흐를 필요 없이 제 1 챔버 및 제 2 챔버 내의 샤워헤드의 대면 플레이트의 후면에 대해 측방향으로 흐르게 된다. 그 결과, (1) 제조 동안 샤워헤드를 머시닝할 때 보다 적은 복잡성 및 비용, (2) 드릴링으로부터 달리 발생하는 금속 부스러기들 (shavings), 입자들 및 잔류 오일의 감소 또는 제거, (3) 샤워헤드를 나가는 가스(들) 및/또는 증기들의 보다 균일한 분배 및 (4) 증착된 기판 상에 입자들 및 결함들을 발생시키는 가스(들) 및/또는 증기들의 응결의 감소 또는 제거를 포함하는, 다수의 이익들이 실현된다.
본 출원, 및 이의 장점들은 첨부된 도면들과 함께 취해진 이하의 기술 (description) 을 참조하여 가장 잘 이해될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 비배타적인 실시 예에 따른 기판들을 프로세싱하기 위해 사용된 예시적인 증착 툴의 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 비배타적인 실시 예에 따른 예시적인 증착 툴에 사용된 샤워헤드의 사시도 및 분해도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 비배타적인 실시 예에 따른 샤워헤드의 대면 플레이트 및 대면 플레이트의 후면의 사시도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 비배타적인 실시 예에 따른 샤워헤드의 다양한 단면도들이다.
도면들에서, 유사한 참조 번호들은 때때로 유사한 구조적 엘리먼트들을 지정하도록 사용된다. 도면들의 도시들은 도식적이고, 반드시 축척대로일 필요는 없다는 것이 또한 인식되어야 한다.
본 출원은 첨부된 도면들에 예시된 바와 같이 이들의 몇몇 비배타적인 실시 예들을 참조하여 이제 상세히 기술될 것이다. 이하의 기술에서, 본 개시의 완전한 이해를 제공하기 위해 수많은 구체적 상세들이 제시된다. 그러나, 본 개시가 이들 구체적인 상세들의 일부 또는 전부 없이 실시될 수도 있다는 것이 당업자들에게 명백할 것이다. 다른 예들에서, 공지된 프로세스 단계들 및/또는 구조체들은 본 개시를 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해 상세히 기술되지 않았다.
도 1을 참조하면, 예시적인 화학적 기상 증착 (Chemical Vapor Deposition; CVD) 툴 (10) 의 도면이 예시된다. CVD 툴 (10) 은 프로세싱 챔버 (12), 샤워헤드 (14), 프로세싱될 기판 (18) 을 홀딩하고 위치시키기 위한 기판 홀더 (16), 및 무선 주파수 (Radio Frequency; RF) 생성기 (20) 를 포함한다. 다양한 실시 예들에서, CVD 툴 (10) 은 플라즈마 향상된 CVD (Plasma Enhanced CVD; PECVD), 저압 CVD (Low Pressure CVD; LPCVD), 초고진공 CVD (Ultra High Vacuum CVD; UHVCVD), 원자 층 증착 (Atomic Layer Deposition; ALD), 플라즈마 향상된 ALD (Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition; PEALD) 또는 임의의 다른 유형의 CVD 툴일 수도 있다.
CVD 툴 (10) 은 유형과 무관하게, 기판 (18) 상에 광범위한 재료들 또는 막들을 증착하도록 사용될 수도 있다. 이러한 재료들 또는 막들은 이로 제한되지 않지만, 폴리실리콘, 실리콘 나이트라이드들, 실리콘 다이옥사이드, 텅스텐, 니켈, 몰리브덴, 알루미늄, 그래핀, 다이아몬드, 등과 같은 특정한 금속들, 알루미늄 옥사이드, 하프늄 옥사이드, 지르코늄 옥사이드, 등을 포함하지만 이로 제한되지 않는 금속 옥사이드들을 포함할 수도 있다. 본 명세서에 열거된 막들의 유형이 단지 예시적이고, 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다는 것이 이해되어야 한다. CVD 툴 (10) 은 본 명세서에 열거된 박막들뿐만 아니라 거의 모든 유형의 박막을 증착하기 위해 사용될 수 있다. 기판 (18) 은 반도체 웨이퍼, 평판 디스플레이, 광전지 디바이스, 또는 임의의 다른 워크피스일 수도 있다.
기판 (18) 상에 증착된 재료 또는 막의 유형은 프로세싱 챔버 (12) 내로 도입되는 화학 물질들에 종속된다. 비배타적인 실시 예들에서, 제 1 가스(들) 및/또는 증기들 및 제 2 가스(들) 및/또는 증기들은 샤워헤드 (14) 를 통해 프로세싱 챔버 (12) 내로 교번적으로 도입된다. 예를 들어, 증착될 재료를 함유하는 제 1 가스(들) 및/또는 증기(들)가 챔버 (12) 내로 도입된다. 일단 제 1 가스(들) 및/또는 증기(들)가 챔버 (12) 내에 분산되면, 그 후 제 2 반응 물질 가스(들) 및/또는 증기(들)가 챔버 (12) 내로 도입된다. 대안적으로, 제 1 가스(들) 및/또는 증기(들) 및 제 2 가스(들) 및/또는 증기(들)는 챔버 (12) 내에 동시에 분산될 수도 있다.
전달 타이밍과 무관하게, 예시적인 화학 물질들은 이로 제한되는 것은 아니지만, 폴리실리콘의 증착을 위한 실란 (SiH4) 또는 트리클로로실란 (SiHCl 3 ), 실리콘 다이옥사이드의 증착을 위한 실란 및 산소 (O2), 디클로로실란 (SiH 2 Cl 2 ), 아산화질소 (N2O) 및/또는 테트라에틸오소실리케이트 (tetraethylorthosilicate (TEOS)), 텅스텐의 증착을 위한 텅스텐 헥사플루오라이드 (WF6) 와 같은 텅스텐 전구체들, 몰리브덴의 증착을 위한 몰리브덴 트리옥사이드 (MoO3) 또는 암모늄 헵타몰리브데이트 (ammonium heptamolybdate (AHM)) 와 같은 몰리브덴 전구체들, 실리콘 나이트라이드 및 실리콘 옥사이드, 등을 위한 전구체인 비스(3차-부틸아미노)실란 (Bis(tertiary-butylamino)silane (BTBAS)) 을 포함할 수도 있다. 반응 물질 화학 물질은 통상적으로 암모니아, 물, 알코올, 또는 물과 알코올의 조합, 등을 포함한다. 상기 열거된 화학 물질들은 단지 예시적이고 어떠한 방식으로도 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다는 것을 주의해야 한다. 다시, 증착될 막의 유형에 따라, 프로세싱 챔버 (12) 내에서 사용된 제 1 가스(들) 및/또는 증기들 및 제 2 가스(들) 및/또는 증기들은 광범위하게 가변할 수도 있고, 본 명세서에 실질적으로 열거하기에는 너무 많다.
샤워헤드 (14) 로 도입된 프로세스 및 반응 물질 화학 물질들은 통상적으로 가스 및/또는 액체 형태이다. 이어서 프로세스 및 반응 물질 화학 물질들은 통상적으로 샤워헤드 (14) 내에서 가열된다. 그 결과, 프로세스 및 반응 물질 화학 물질들은 바람직하게 대면 플레이트 (faceplate) (36) 에서 가스 상태 형태이다. 그러나, 일부 환경들에서, 프로세스 및 반응 물질 화학 물질들의 일부는 대면 플레이트 (36) 에서 가스 상태로 완전히 변환되지 않거나 응결될 수도 있다. 그럼에도 불구하고, 샤워헤드 (14) 의 일반적인 목적은 기판 (18) 위의 프로세싱 챔버 (12) 의 영역에서, 목표된 농도 레벨들 또는 범위들로 프로세스 및 반응 물질들의 완전한 혼합을 달성하는 것이다.
기판 (18) 의 프로세싱 동안, 제 1 가스(들) 및/또는 증기(들) 및 제 2 가스(들) 및/또는 증기(들)는 샤워헤드 (14) 에 의해 하나 이상의 플레넘들 (plenums) (미도시) 을 통해 프로세싱 챔버 내로 도입되고 분산된다. RF 생성기 (20) 에 의해 생성된 RF 전위가 이어서 샤워헤드 (14) 상의 전극 (미도시) 에 인가된다. (RF 전위가 또한 가능하게 기판 홀더 (16) 에도 인가될 수도 있다는 것을 주의하라.) RF 전위는 프로세싱 챔버 (12) 내에서 플라즈마 (22) 의 생성을 발생시킨다. 플라즈마 (22) 내에서, 에너자이징된 (energized) 전자들은 프로세싱 챔버 (12) 내의 가스(들) 및/또는 증기들로부터 이온화되거나 해리되어 (즉, "열분해 (crack)"), 화학적으로 반응성인 라디칼들을 생성한다. 이들 라디칼들이 반응할 때, 이들은 기판 (18) 상에 박막을 증착하고 형성한다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 샤워헤드 (14) 의 사시도 및 분해도가 예시된다. 샤워헤드 (14) 는 제 1 플레넘 (32) 및 제 2 플레넘 (보이지 않음) 을 하우징하기 위한 스템 (30), 제 2 플레넘에 유체로 연결된 유입구 (34), 후면 (36B) (도 2a에서 보이지 않음) 을 갖는 대면 플레이트 (36), 중간 플레이트 (38) 및 배면 플레이트 (back plate) (40) 를 포함한다. 도 2b에서 보이는 바와 같이, 대면 플레이트 (36) 의 후면 (36B) 은 동심 원들로 배열되고 중간 플레이트 (38) 를 향한 방향으로 연장하는 "리브들 (ribs)" 또는 돌출부들 (41) 을 더 포함한다. 확산기 (42) 가 대면 플레이트 (36) 와 중간 플레이트 (38) 사이에 제공된다. 중간 플레이트 (38) 는 도시된 특정한 실시 예에서, 돌출부들 (41) 과 정렬되는 동심 원들의 패턴으로 배열된 홀들 또는 슬롯들의 세트 (43) 를 포함한다. 스템 (30) 및 배면 플레이트 (40) 는 일체형 피스 (unitary piece) 로서 제조될 수 있거나, 개별적으로 제조될 수 있고 이어서 용접, 브레이징, 등과 같은 임의의 수의 접합 기법들을 사용하여 일체형 피스를 형성하도록 기계적으로 접합될 수 있다는 것을 주의한다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 대면 플레이트 (36) 및 후면 (36B) 의 사시도들이 예시된다.
도 3a에 가장 잘 예시된 바와 같이, 대면 플레이트 (36) 는 제 1 세트의 홀들 (44) 및 제 2 세트의 홀들 (46) 을 포함한다. 도시된 실시 예에서, 제 1 세트의 홀들 (44) 은 대면 플레이트 (36) 의 표면에 걸쳐 균일하게 이격되는 한편, 제 2 세트의 홀들 (46) 은 중간 플레이트 (38) 를 관통하여 제공된 돌출부들 (41) 및 홀들 또는 슬롯들의 세트 (43) 와 정렬되는 동심 원들로 배열된다.
도 3b에서 보이는 바와 같이, 제 1 세트의 홀들 (44) 은 대면 플레이트 (36) 의 두께를 관통하여 후면 (36B) 으로 연장한다. 제 2 세트의 홀들 (46) 은 대면 플레이트 (36) 로부터 그리고 돌출부들 (41) 을 통해 연장한다. 이 구성으로, 이하에 보다 상세히 기술된 바와 같이, 별도의 가스(들) 및/또는 증기들은 (a) 제 1 세트의 홀들 (44) 및 (b) 제 2 세트의 홀들 (46) 각각을 통해 프로세싱 챔버 (12) 내로 제공될 수 있다.
예시된 바와 같이, 홀들 (44, 46) 은 단지 예시적이고, 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다는 것이 이해되어야 한다. 대안적인 실시 예들에서, 제 1 세트의 홀들 (44) 및 제 2 세트의 홀들 (46) 은 목표된 농도 레벨들에서, 프로세싱 챔버 (12) 내의 제 1 가스(들) 및/또는 증기들 및 제 2 가스(들) 및/또는 증기들을 분배하고 혼합하기에 적합한 임의의 패턴, 홀 수량, 피치, 직경, 등으로 배열될 수도 있다. 이러한 목적을 염두에 두고, 홀들 (44, 46) 은 균일하거나 불균일한 패턴들, 동심 또는 비동심 패턴들, 다양한 나선형 패턴들, 또는 복수의 가변 거리 방사상 패턴들로 구성될 수도 있다. 동심 패턴이 사용되는 정도로, 동심 원 패턴은 정사각형들, 직사각형들, 타원형들, 다각형들 또는 거의 모든 다른 형상 또는 패턴일 수 있다.
도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 조립된 샤워헤드 (14) 의 다양한 단면도들이 예시된다. 이들 도면들에서 명백한 바와 같이, 샤워헤드 (14) 는 스템 (30), 후면 (36B) 을 포함하는 대면 플레이트 (36), 중간 플레이트 (38) 및 배면 플레이트 (40) 를 포함한다.
스템 (30) 은 원통형 형상이다. 제 1 플레넘 (32) 은 스템 (30) 에 의해 규정된 실린더를 통해 세로로 연장한다. 이전 도면들에서 보이지 않은 제 2 플레넘 (50) 은 원통형 스템 (30) 의 외측 벽 및 내측 벽 내에 규정된다.
샤워헤드 (14) 는 2 개의 챔버들 (52 및 54) 을 포함한다:
(1) 제 1 챔버 (52) 는 중간 플레이트 (38) 와 대면 플레이트 (36) 의 후면 (36B) 사이의 공간에 의해 규정된다. 유입구 (32A) 가 대면 플레이트 (36) 에 대해 원위인 제 1 플레넘의 단부에 제공된다. 제 1 챔버 (52) 는 제 1 플레넘 (32) 과 유체로 연통하고 제 1 플레넘 (32) 에 의해 공급된다. 이 구성으로, 제 1 챔버 (52) 는 대면 플레이트 (36) 의 후면 (36B) 바로 뒤에 제공된다.
본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "바로 (immediate)"는 제 1 챔버 (52) 와 후면 (36B) 사이에 제공된 프로세싱 챔버 (12) 내로 가스(들) 및/또는 증기(들)를 분배하기 위한 챔버가 없다는 것을 의미한다는 것이 이해되어야 한다. 그러나, 용어 바로는 챔버 (52) 와 후면 (36B) 사이에 다른 기계적 피처들 또는 엘리먼트들이 아마도 제공될 수도 있다는 것을 의미하도록 광범위하게 해석되도록 의도된다.
(2) 제 2 챔버 (54) 는 중간 플레이트 (38) 와 배면 플레이트 (40) 사이의 공간에 의해 규정된다. 유입구 (34) 는 제 2 플레넘 (50) 에 유체로 연결된다. 제 2 챔버 (54) 는 제 2 플레넘 (50) 과 유체로 연통하고 제 2 플레넘 (50) 에 의해 공급된다.
돌출부들 (41) 은 후면 (36B) 으로부터 제 1 챔버 (52) 를 통해 중간 플레이트 (38) 와 콘택트하도록 연장한다. 돌출부들 (41) 을 통해 상향으로 연장하는 홀들 (46) 이 중간 플레이트 (38) 에 형성된 홀들 또는 슬롯들 (43) 과 정렬되기 때문에, 제 2 챔버 (54) 는 홀들 (46) 을 통해 프로세싱 챔버 (12) 와 유체로 연통한다.
제 1 가스 및/또는 액체 화학 물질은 제 1 플레넘 (32) 의 유입구 (32A) 를 통해 샤워헤드 (14) 로 공급된다. 샤워헤드 내에서, 가스 및/또는 액체는 가열되어 전체적으로 가스 또는 가스 및/또는 증기가 된다. 제 1 가스 및/또는 증기가 대면 플레이트 (36) 를 향해 플레넘 (32) 아래로 흐를 때, 이는 확산기 (42) 에 의해 확산되고 제 1 챔버 (52) 로 들어간다. 제 1 챔버 (52) 내에서, 제 1 가스 및/또는 증기는 (a) 플레넘 (32) 에 의해 규정된 축 (예를 들어, Z 축) 에 수직인, (b) 대면 플레이트 (36) 에 대해 측방향인, 그리고 (c) 또한 제 1 플레넘 (32) 에 축방향인 제 1 세트의 홀들 (44) 을 통해 프로세싱 챔버 (12) 내로의 방향들로 흐른다.
제 2 플레넘 (50) 은 유입구 (34) 를 통해 제 2 가스 및/또는 액체를 수용하도록 구성된다. 샤워헤드 내에서, 가스 및/또는 액체는 가열되어 전체적으로 가스 또는 가스 및/또는 증기가 된다. 제 2 가스 및/또는 증기가 대면 플레이트 (36) 를 향해 플레넘 (50) 아래로 흐를 때, 이는 제 2 챔버 (54) 로 들어간다. 제 2 챔버 (54) 내에서, 제 2 가스 및/또는 증기는 (a) 플레넘 (50) 에 의해 규정된 축 (예를 들어, Z 축) 에 수직인, (b) 샤워헤드 (14) 의 대면 플레이트 (36) 에 대해 측방향인, 그리고 (c) 정렬된 홀들 또는 슬롯들 (43) 및 홀들 (46) 을 통해 그리고 프로세스 챔버 (12) 내로의 방향들로 흐른다. 홀들 또는 슬롯들 (43) 및 홀들 (46) 은 또한 모두 플레넘 (50) 에 축방향이다.
상기 기술된 구성으로, 제 1 가스(들) 및/또는 증기(들) 및 제 2 가스(들) 및/또는 증기(들)는 샤워헤드 (14) 내부에서 별도로 유지된다. 일단 이들이 대면 플레이트 (36) 를 나가면, 제 1 가스(들) 및/또는 증기(들) 및 제 2 가스(들) 및/또는 증기(들)는 프로세싱 챔버 (12) 내에서 자유롭게 혼합된다.
상기 기술된 바와 같은 실시 예들을 사용하여, 제 1 가스(들) 및/또는 증기들 및 제 2 가스(들) 및/또는 증기들은 드릴링된 교차-홀들 (cross-holes) 의 네트워크를 통해 흐를 필요 없이 제 1 챔버 및 제 2 챔버 (52, 54) 내의 대면 플레이트 (36) 의 후면 (36A) 에 대해 측방향으로 흐르게 된다. 그 결과, (1) 샤워헤드를 머시닝할 때 보다 적은 복잡성 및 비용, (2) 드릴링으로부터 달리 발생하는 금속 부스러기들 (shavings), 입자들 및 잔류 오일의 감소 또는 제거, (3) 샤워헤드를 나가는 가스(들) 및/또는 증기들의 보다 균일한 분배, (4) 가스(들) 및/또는 증기들의 응결의 감소 또는 제거 및 (5) 기판들 상의 입자들 및 결함들의 제거를 포함하는, 다수의 이익들이 실현된다.
본 명세서에 기술된 실시 예들이 대체로 증착 툴들 및 에칭 툴들과 관련되지만, 이는 결코 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다는 것이 이해되어야 한다. 반대로, 본 명세서에 기술된 주제는 워크피스의 유형 또는 워크피스가 프로세싱되는 방법과 무관하게, 임의의 유형의 워크피스 프로세싱 툴과 함께 사용될 수도 있다.
본 명세서에 제공된 실시 예들이 단지 예시적이고, 어떠한 관점으로 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다는 것이 이해되어야 한다. 몇몇 실시 예들만이 상세히 기술되었지만, 본 출원은 본 명세서에 제공된 개시의 정신 또는 범위로부터 벗어나지 않고 많은 다른 형태들로 구현될 수도 있다는 것이 인식되어야 한다. 따라서, 본 실시 예들은 제한적이지 않고 예시적인 것으로 간주되어야 하고, 본 명세서에 제공된 상세들로 제한되지 않고, 첨부된 청구항들의 범위 및 등가물 내에서 수정될 수도 있다.

Claims (19)

  1. 프로세싱 챔버;
    상기 프로세싱 챔버 내에 기판을 홀딩하기 위한 기판 홀더; 및
    상기 프로세싱 챔버 내로 제 1 가스 및/또는 증기를 분배하기 위한 대면 플레이트 (faceplate) 를 갖는 샤워헤드로서,
    제 1 플레넘 (plenum);
    상기 샤워헤드의 상기 대면 플레이트의 후면 바로 뒤에 제공된 제 1 챔버; 및
    상기 샤워헤드의 상기 대면 플레이트를 통해 형성되고 상기 제 1 챔버와 유체로 연통하는 제 1 세트의 홀들을 포함하는, 상기 샤워헤드를 포함하는, 증착 툴.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 2 플레넘;
    상기 제 1 챔버가 상기 제 2 챔버와 상기 대면 플레이트의 상기 후면 사이에 제공되도록 배열된 제 2 챔버;
    상기 샤워헤드의 상기 대면 플레이트 내에 형성되고 상기 제 1 챔버를 통해 연장하는 돌출부들을 통해 상기 프로세싱 챔버와 유체로 연통하는 제 2 세트의 홀들을 더 포함하는, 증착 툴.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 가스 및/또는 증기는 상기 샤워헤드를 통해 드릴링된 교차-홀들 (cross-holes) 을 통해 흐를 필요 없이 상기 제 1 챔버 내의 상기 샤워헤드의 상기 대면 플레이트의 상기 후면에 대해 측방향으로 흐르게 되는, 증착 툴.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 가스 및/또는 증기는 상기 샤워헤드를 통해 드릴링된 교차-홀들을 통해 흐를 필요 없이 상기 제 2 챔버 내의 상기 샤워헤드의 상기 대면 플레이트의 상기 후면에 대해 측방향으로 흐르게 되는, 증착 툴.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 대면 플레이트 및 상기 제 1 플레넘을 관통하여 형성된 상기 제 1 세트의 홀들은 제 1 축방향으로 연장하고, 그리고
    상기 제 1 가스 및/또는 증기는 상기 제 1 축방향에 수직인 제 2 축방향들로 상기 샤워헤드의 상기 대면 플레이트의 상기 후면에 대해 상기 제 1 챔버 내에서 측방향으로 흐르게 되는, 증착 툴.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 대면 플레이트 및 상기 제 2 플레넘을 관통하여 형성된 상기 제 2 세트의 홀들은 제 1 축방향으로 연장하고, 그리고
    상기 제 2 가스 및/또는 증기는 상기 제 1 축방향에 수직인 제 2 축방향들로 상기 샤워헤드의 상기 대면 플레이트의 상기 후면에 대해 상기 제 2 챔버 내에서 측방향으로 흐르게 하는, 증착 툴.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 플레넘, 상기 제 1 챔버 및 상기 제 1 세트의 홀들은:
    (a) 상기 제 1 플레넘을 통해 상기 제 1 챔버로 제 1 가스 및/또는 증기를 공급하고,
    (b) 상기 제 1 가스 및/또는 증기로 하여금 상기 샤워헤드의 상기 대면 플레이트에 대해 측방향으로 상기 제 1 챔버 내에서 흐르게 하고, 그리고
    (c) 상기 샤워헤드의 상기 대면 플레이트를 관통하여 형성된 상기 제 1 세트의 홀들을 통해 상기 제 1 챔버로부터 상기 프로세싱 챔버 내로 상기 제 1 가스 및/또는 증기를 분배하도록 구성되는, 증착 툴.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 플레넘, 상기 제 2 챔버, 및 상기 제 2 세트의 홀들은:
    (d) 상기 제 2 플레넘을 통해 상기 제 2 챔버로 제 2 가스 및/또는 증기를 공급하고,
    (e) 상기 제 2 가스 및/또는 증기로 하여금 상기 샤워헤드의 상기 대면 플레이트에 대해 측방향으로 상기 제 2 챔버 내에서 흐르게 하고, 그리고
    (f) 상기 샤워헤드의 상기 대면 플레이트를 관통하여 형성된 상기 제 2 세트의 홀들을 통해 상기 제 2 챔버로부터 상기 프로세싱 챔버 내로 상기 제 2 가스 및/또는 증기를 분배하도록 구성되는, 증착 툴.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 샤워헤드는 스템을 더 포함하고, 상기 스템은 상기 제 1 플레넘 및 상기 제 2 플레넘을 포함하는, 증착 툴.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 샤워헤드는 상기 샤워헤드의 상기 대면 플레이트의 상기 후면에 인접하게 위치되는 중간 플레이트를 더 포함하고, 상기 중간 플레이트 및 상기 대면 플레이트의 상기 후면은 상기 제 1 챔버를 적어도 부분적으로 규정하는, 증착 툴.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 샤워헤드는,
    상기 샤워헤드의 상기 대면 플레이트의 상기 후면에 인접하게 위치되는 중간 플레이트로서, 상기 중간 플레이트 및 상기 대면 플레이트의 상기 후면은 상기 제 1 챔버를 적어도 부분적으로 규정하는, 상기 중간 플레이트; 및
    상기 중간 플레이트 옆에 위치된 배면 플레이트 (back plate) 로서, 상기 배면 플레이트 및 상기 중간 플레이트는 상기 제 2 챔버를 적어도 부분적으로 규정하는, 상기 배면 플레이트를 더 포함하는, 증착 툴.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 세트의 홀들은 상기 샤워헤드의 상기 대면 플레이트 상에 고르게 배열되는, 증착 툴.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 세트의 홀들은 상기 샤워헤드의 상기 대면 플레이트 상에 동심 패턴으로 배열되는, 증착 툴.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 동심 패턴은,
    (a) 동심 원들;
    (b) 동심 정사각형들;
    (c) 동심 직사각형들;
    (d) 동심 타원들; 또는
    (e) 동심 다각형들 중 하나인, 증착 툴.
  15. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 세트의 홀들은 상기 제 2 세트의 홀들의 수보다 많고 상기 제 2 가스 및/또는 증기는 상기 제 1 가스 및/또는 증기에 대해 상기 프로세싱 챔버 내에서 보다 쉽게 분산되는, 증착 툴.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 가스 및/또는 증기는 상기 프로세싱 챔버에서 프로세싱될 때 상기 기판 상에 증착될 재료를 함유하는 프로세스 화학 물질인, 증착 툴.
  17. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 가스 및/또는 증기 및 상기 제 2 가스 및/또는 증기는 상기 샤워헤드 내부에서 격리되고 서로 분리되지만, 상기 프로세싱 챔버 내부의 상기 샤워헤드 외부에서 자유롭게 혼합되는, 증착 툴.
  18. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 가스 및/또는 증기는 상기 프로세싱 챔버에서 프로세싱될 때 상기 기판 상에 증착될 재료를 함유하는 프로세스 화학 물질이고 상기 제 2 가스 및/또는 증기는 반응 물질 가스 및/또는 증기인, 증착 툴.
  19. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 가스는 반응 물질 가스 및/또는 증기이고 상기 제 2 가스 및/또는 증기는 상기 프로세싱 챔버에서 프로세싱될 때 상기 기판 상에 증착될 재료를 함유하는 프로세스 화학 물질인, 증착 툴.
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