KR20220034099A - 기판 프로세싱 시스템 내의 재순환을 감소시키기 위한 칼라, 원추형 샤워헤드들 및/또는 상단 플레이트들 - Google Patents

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Abstract

기판 프로세싱 시스템의 프로세싱 챔버는 상부 표면, 측벽들, 및 하단 표면; 프로세싱 챔버의 상부 표면에 연결되고 상부 표면으로부터 하향으로 연장하는 샤워헤드; 및 프로세싱 챔버의 상부 표면 및 측벽들에 인접하게 배치된 뒤집힌 원추형 표면을 포함한다.

Description

기판 프로세싱 시스템 내의 재순환을 감소시키기 위한 칼라, 원추형 샤워헤드들 및/또는 상단 플레이트들{COLLAR, CONICAL SHOWERHEADS AND/OR TOP PLATES FOR REDUCING RECIRCULATION IN A SUBSTRATE PROCESSING SYSTEM}
본 개시는 기판 프로세싱 시스템들, 보다 구체적으로 재순환을 감소시키기 위한 칼라, 원추형 샤워헤드들 및/또는 상단 플레이트들을 포함한 기판 프로세싱 시스템들에 관한 것이다.
본 명세서에 제공된 배경 기술 설명은 일반적으로 본 개시의 맥락을 제공하기 위한 것이다. 본 발명자들의 성과로서 본 배경기술 섹션에 기술되는 정도의 성과, 뿐만 아니라 출원시 종래 기술로서 인정되지 않을 수도 있는 기술의 양태들은 본 개시에 대한 종래 기술로서 명시적으로나 암시적으로 인정되지 않는다.
기판 프로세싱 시스템들은 반도체 웨이퍼와 같은 기판 상에 막을 증착, 에칭 또는 달리 처리하도록 사용될 수도 있다. 기판 프로세싱 시스템들은 통상적으로 프로세싱 챔버, 샤워헤드와 같은 가스 분배 디바이스 및 기판 지지부를 포함한다. 프로세싱 동안, 기판은 기판 지지부 상에 배치된다. 상이한 가스 혼합물들이 프로세싱 챔버 내로 도입될 수도 있고 그리고 열 또는 RF (radio frequency) 플라즈마가 화학 반응들을 활성화시키도록 일부 프로세스들 동안 사용될 수도 있다.
프로세싱 챔버는 통상적으로 상부 표면과 하부 표면 및 측벽들을 포함한다. 샤워헤드는 통상적으로 가스 플레넘을 규정하는 실린더형 베이스 부분을 포함한다. 대면 플레이트는 가스 플레넘의 일 측에 배치되고 그리고 복수의 이격된 쓰루 홀들을 포함한다. 샤워헤드는 일 단부에서 프로세싱 챔버의 상부 표면에 그리고 반대편의 단부에서 실린더형 베이스의 중심에 연결되는 중공형 스템 부분을 더 포함한다. 샤워헤드의 스템 부분은 프로세스 가스를 실린더형 베이스의 가스 플레넘으로 전달한다. 가스는 대면 플레이트의 이격된 쓰루 홀들을 통해 흐르고 그리고 샤워헤드 아래에 위치된 기판 지지부 상에 배치된 기판에 대해 균일하게 분산된다.
스템 부분 주위에 위치된 칼라는 샹들리에 스타일 샤워헤드들을 가진 인접한 프로세싱 스테이션들을 격리하도록 특정한 가스를 전달하기 위해 사용될 수도 있다. 칼라는 또한 프로세싱 챔버의 상부 표면에 스템 부분을 연결하도록 사용될 수도 있다. 칼라는 프로세싱 동안 프로세싱 챔버의 상부 표면과 실린더형 베이스 부분 사이에 2차 퍼지 가스를 전달하는 하나 이상의 가스 슬릿들을 포함할 수도 있다. 갭은 프로세싱 챔버의 측벽들과 샤워헤드의 실린더형 베이스 부분의 방사상으로 외측 에지들 사이에 규정된다. 2차 퍼지 가스는 갭 및 칼라 상의 슬릿들을 통해 흐르고 그리고 이어서 배기 포트를 통해 배기된다. 샤워헤드의 대칭인 구성은 2차 퍼지 가스의 재순환을 유발할 수도 있다. 입자들은 프로세싱 동안 샤워헤드 위의 재순환하는 가스에 의해 트랩핑될 수도 있고 그리고 디펙트들을 유발할 수도 있다.
기판 프로세싱 시스템은 프로세싱 챔버와 대면 플레이트, 스템 부분 및 실린더형 베이스 부분을 포함한 샤워헤드를 포함한다. 칼라는 프로세싱 챔버의 상단 표면에 샤워헤드를 연결한다. 칼라는 2차 퍼지 가스를 수용하기 위한 가스 채널 및 가스 채널로부터 2차 퍼지 가스를 방사상으로 외향 방향 및 하향 방향으로 지향시키기 위한 복수의 가스 슬릿들을 규정한다. 원추형 표면은 실린더형 베이스에 인접하게 그리고 샤워헤드의 스템 부분 주위에 배치된다. 뒤집힌 원추형 표면은 프로세싱 챔버의 측벽들 및 상단 표면에 인접하게 배치된다. 원추형 표면 및 뒤집힌 원추형 표면은 복수의 가스 슬릿들로부터 실린더형 베이스 부분의 방사상으로 외측 부분과 프로세싱 챔버의 측벽들 사이에 규정된 갭으로 기울어진 가스 채널을 규정한다.
다른 특징들에서, 가스 채널은 일정한 폭을 갖고 그리고 복수의 가스 슬릿들로부터 흐르는 2차 퍼지 가스의 방향에 평행한 플로우 경로를 규정한다. 원추형 표면은 중공형이고 그리고 샤워헤드의 스템 부분 및 베이스 부분 중 적어도 하나에 부착된다. 원추형 표면은 속이 채워져 있고 (solid) 그리고 샤워헤드의 스템 부분 및 베이스 부분 중 적어도 하나에 부착된다.
다른 특징들에서, 원추형 표면은 샤워헤드의 스템 부분 및 베이스 부분 중 적어도 하나와 통합된다. 뒤집힌 원추형 표면은 중공형이고 그리고 프로세싱 챔버의 상단 표면 및 측벽들 중 적어도 하나에 부착된다. 뒤집힌 원추형 표면은 속이 채워져 있고 그리고 프로세싱 챔버의 상단 표면 및 측벽들 중 적어도 하나에 부착된다.
다른 특징들에서, 뒤집힌 원추형 표면은 프로세싱 챔버의 상단 표면 및 측벽들 중 적어도 하나와 통합된다. 원추형 표면은 스템 부분을 수용하기 위한 중심 개구부를 포함한다. 복수의 가스 슬릿들은 칼라를 따라 방사상 방향 및 축 방향으로 이격된다.
기판 프로세싱 시스템은 프로세싱 챔버, 및 대면 플레이트, 스템 부분 및 실린더형 베이스 부분을 포함한 샤워헤드를 포함한다. 칼라는 프로세싱 챔버의 상단 표면에 샤워헤드를 연결한다. 칼라는 가스 채널을 규정하고 그리고 방사상으로 내측 표면, 방사상으로 외측 표면 및 복수의 가스 슬릿들을 포함한다. 2차 퍼지 가스는 가스 채널로부터 가스 슬릿들을 통해 방사상으로 외향 방향으로 흐른다. 실린더형 베이스 부분으로 축 거리가 감소하기 때문에 방사상으로 내측 표면은 단조적으로 증가하는 내경을 규정한다.
다른 특징들에서, 칼라의 방사상으로 내측 표면 및 샤워헤드의 스템 부분은 그들 사이에 가스 채널을 규정한다. 원추형 표면은 프로세싱 챔버의 상단 표면에 인접하게 배치되고, 뒤집힌 원추형 표면은 가스 슬릿들로부터 흐르는 2차 퍼지 가스를 하향 방향 및 외향 방향으로 재지향시킨다.
다른 특징들에서, 스페이서는 스템 부분에 대해 칼라의 위치를 유지하도록 스템 부분 주위에 배치된다. 스페이서는 실린더형 베이스 부분에 인접하게 배치된 환형 베이스 부분, 및 칼라의 방사상으로 내측 표면을 바이어싱하도록 상향으로 연장하는 복수의 암들을 포함한다.
다른 특징들에서, 복수의 가스 슬릿들은 칼라를 따라 방사상 방향 및 축 방향으로 이격된다.
본 개시의 적용 가능성의 추가의 영역들은 상세한 기술, 청구항들 및 도면들로부터 분명해질 것이다. 상세한 기술 및 구체적인 예들은 오직 예시의 목적들을 위해 의도된 것이고 본 개시의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.
본 개시는 상세한 기술 및 첨부된 도면들로부터 보다 완전히 이해될 것이다.
도 1은 본 개시에 따른 기판 프로세싱 시스템의 예의 기능적 블록도이다.
도 2는 기판 프로세싱 시스템의 예의 측단면도이다.
도 3은 본 개시에 따른 기판 프로세싱 시스템의 예의 측단면도이다.
도 4는 본 개시에 따른 기판 프로세싱 시스템의 또 다른 예의 측단면도이다.
도면들에서, 참조 번호들은 유사한 그리고/또는 동일한 엘리먼트들 (elements) 을 식별하기 위해 재사용될 수도 있다.
본 개시에 따른 칼라들, 원추형 샤워헤드들 및/또는 상단 플레이트들은 디펙트-트랩핑 재순환 구역들을 최소화하도록 프로세싱 챔버의 상단 표면과 샤워헤드 사이에 라미나형 (laminar) 가스 플로우를 생성하기 위해 사용된다. 일부 예들에서, 칼라들, 원추형 샤워헤드들, 및/또는 상단 플레이트들은 ALD (atomic layer deposition) 반응기들 내에서 대칭인 상단 플레이트들과 함께 사용되지만, 다른 타입들의 반응기들이 사용될 수도 있다.
이제 도 1을 참조하면, 기판 프로세싱 시스템 (10) 은 상부 표면 및 하부 표면 및 측벽들을 가진 프로세싱 챔버 (12) 를 포함한다. 일부 예들에서, 기판 프로세싱 시스템 (10) 은 ALD를 수행하지만, 다른 타입들의 기판 프로세싱 시스템들 및/또는 다른 프로세스들 예컨대, CVD (chemical vapor deposition), 에칭, 등이 수행될 수 있다. 샤워헤드 (14) 와 같은 가스 분배 디바이스는 프로세싱 챔버 (12) 의 내부에 배치된다. 정전 척, 페데스탈 또는 다른 기판 지지부와 같은 기판 지지부 (16) 는 샤워헤드 (14) 아래에 배치된다. 기판 (18) 은 프로세싱 동안 기판 지지부 (16) 상에 배치된다.
기판 프로세싱 시스템 (10) 은 하나 이상의 가스 소스들 (22-1, 22-2, ... 및 22-N) (집합적으로 가스 소스들 (22)) 을 포함한 가스 전달 시스템 (20) 을 더 포함하고, 여기서 N은 0보다 큰 정수이다. 하나 이상의 밸브들 (24-1, 24-2, ... 및 24-N) 및 MFC들 (mass flow controllers) (26-1, 26-2, ... 및 26-N) 은 가스 소스들 (22) 로부터 매니폴드 (30) 로의 가스의 플로우 및 가스 플로우 레이트들을 제어하도록 사용될 수도 있다. 매니폴드 (30) 의 출력부는 샤워헤드 (14) 와 유체로 연통한다.
제어기 (40) 및/또는 온도 제어기 (42) 는 기판 지지부 (16) 의 온도를 제어하도록 사용될 수도 있다. 제어기 (40) 및/또는 온도 제어기 (42) 는 가열 및/또는 냉각을 수행할 수도 있다. 기판 지지부 (16) 는 기판 지지부 (16) 의 하나 이상의 존들의 가열 및/또는 냉각을 제어하는 하나 이상의 저항성 가열기들, 유체 채널들, TED들 (thermoelectric devices) 또는 다른 디바이스들을 포함할 수도 있다. 하나 이상의 센서들 (41) 예컨대, 온도 및/또는 압력 센서들은 기판 (18), 기판 지지부 (16), 또는 프로세싱 챔버 (12) 의 내부 표면 또는 외부 표면의 온도 및/또는 압력 값들을 센싱하도록 사용될 수도 있다. 제어기 (40) 는 센서들 (41) 의 출력값들을 수신하고 그리고 출력값들에 기초하여 프로세스 동작 파라미터들을 제어한다. 제어기 (40) 는 또한 프로세스 동안 미리 결정된 인터벌들로 프로세스 및/또는 퍼지 가스들을 공급하도록 가스 전달 시스템 (20) 을 제어한다.
제어기 (40) 는 선택적으로 플라즈마 생성기 (46) 로 하여금 프로세싱 챔버 (12) 내에서 플라즈마를 생성하게 하고 그리고 플라즈마를 소화시키게 한다. 제어기 (40) 는 프로세싱 챔버 (12) 내의 압력을 제어하고 그리고/또는 프로세싱 챔버 (12) 로부터 반응물질들을 제거하도록 선택 가능한 밸브 (50) 및 펌프 (52) 를 제어한다. 일부 예들에서, 펌프 (52) 는 터보분자 펌프를 포함할 수도 있다.
플라즈마 생성기 (46) 는 RF 전력을 공급하는 RF 소스 (60) 및 RF 소스 (60) 의 임피던스와 플라즈마 생성기 (46) 의 출력값을 매칭하는 매칭 네트워크 (64) 를 포함한다. 일부 예들에서, 플라즈마 생성기 (46) 는 RF 전력을 샤워헤드 (14) 로 출력하고 그리고 기판 지지부 (16) 의 전극 (미도시) 은 접지된다. 다른 예들에서, 샤워헤드 (14) 가 접지되고 그리고 RF 전력이 기판 지지부 (16) 의 전극에 출력된다. 제어기 (40) 는 플라즈마 생성기 (46) 와 통신하고 그리고 플라즈마의 스트라이킹 및 소화를 포함한 플라즈마 생성기 (46) 의 동작을 제어한다. 이하에 더 기술될 바와 같이, 퍼지 가스 소스 (80) 및 밸브 (82) 는 2차 퍼지 가스를 칼라 (84) 로 선택적으로 공급하도록 제어기 (40) 에 의해 사용될 수도 있다.
이제 도 2를 참조하면, 기판 프로세싱 시스템 (100) 은 상부 표면 (112), 측벽들 (114) 및 하단 표면 (116) 을 가진 프로세싱 챔버 (110) 를 포함한다. 칼라 (122) 는 베이스 부분 (124) 및 베이스 부분 (124) 으로부터 하향으로 연장하는 스템 부분 (126) 을 포함한다. 칼라 (122) 는 가스 채널 (128) 을 규정한다. 일부 예들에서, 가스 채널은 칼라 (122) 와 샤워헤드의 스템 부분 사이에 규정된다. 다른 예들에서, 칼라 (122) 는 가스 채널을 단독으로 규정한다. 일부 예들에서, 가스 채널 (128) 은 환형-형상이다. 유입부 (129) 는 2차 퍼지 가스와 같은 가스 소스를 가스 채널 (128) 에 연결하도록 사용될 수도 있다. 스템 부분 (126) 은 가스를 가스 채널 (128) 로부터 프로세싱 챔버 (110) 의 상부 표면 (112) 에 대해 평행한 방향으로 방사상으로 외향으로 지향시키는 하나 이상의 가스 슬릿들 (130) 을 규정한다.
샤워헤드 (144) 는 실린더형 베이스 부분 (146) 및 스템 부분 (152) 을 포함한다. 실린더형 베이스 부분 (146) 은 측벽들 (114) 에 대한 갭을 규정하도록 스템 부분 (152) 으로부터 방사상으로 외향으로 연장한다. 실린더형 베이스 부분 (146) 은 가스 플레넘 (156) 을 더 규정한다. 스템 부분 (152) 은 실린더형 베이스 부분 (146) 의 가스 플레넘 (156) 과 유체로 연통하는 실린더형 가스 채널 (157) 을 규정하는 중공형 실린더형 형상을 가질 수도 있다. 가스 분산 플레이트 (158) 는 스템 부분 (152) 으로부터 실린더형 베이스 부분 (146) 으로 흐르는 가스를 분산시키도록 사용될 수도 있다. 샤워헤드 (144) 는 복수의 이격된 쓰루 홀들 (162) 을 규정하는 대면 플레이트 (160) 를 더 포함할 수도 있다. 대면 플레이트 (160) 는 대면 플레이트 (160) 아래의 기판 지지부 (168) 상에 위치된 기판 (166) 에 대해 상대적으로 균일한 방식으로 프로세스 가스를 분산시킨다.
동작 동안, 프로세스 가스는 스템 부분 (152) 의 가스 채널 (157) 을 통해 실린더형 베이스 부분 (146) 의 가스 플레넘 (156) 내로 공급된다. 가스는 가스 플레넘 (156) 으로부터 대면 플레이트 (160) 의 이격된 쓰루 홀들 (162) 을 통해 흐른다. 프로세스의 일부 부분들 동안, 2차 퍼지 가스는 칼라 (122) 의 가스 채널 (128) 로 공급될 수도 있다. 2차 퍼지 가스의 일부는 169에서 보이는 바와 같이 가스 채널 (128) 및 가스 슬릿들 (130) 을 통해 흐른다. 가스 채널 (128) 내의 2차 퍼지 가스의 나머지는 실린더형 베이스 부분 (146) 을 향하여 하향으로 흐르고 그리고 170에서 보이는 바와 같이 방사상으로 외향으로 흐른다.
실린더형 베이스 부분 (146) 과 프로세싱 챔버 (110) 의 상부 표면 (112) 사이에 위치된 2차 퍼지 가스는 174에서 보이는 바와 같이 실린더형 베이스 부분 (146) 과 측벽들 (114) 사이의 갭을 통해 흐른다. 2차 퍼지 가스의 적어도 일부는 172에서 보이는 바와 같이 재순환된다. 상기에 기술된 바와 같이, 재순환하는 2차 퍼지 가스는 디펙트들을 유발할 수도 있는 입자들을 트랩핑할 수도 있다.
재순환을 방지하도록 2차 퍼지 가스의 속도 또는 플로우를 조절하는 것은 어렵다. Peclet 수 초과의 가스 플로우는 샤워헤드의 후면으로 다시 확산하는 샤워헤드로부터의 가스들을 방지한다 (2차 퍼지 가스의 기능임). 이 효과 없이, 입자들은 후면에 도달할 것이다 (재순환이 있거나 없거나).
이제 도 3을 참조하면, 본 개시에 따른 기판 프로세싱 시스템 (200) 은 상부 표면 (212), 측벽들 (214) 및 하단 표면 (216) 을 가진 프로세싱 챔버 (210) 를 포함한다. 특정한 플라즈마 프로세싱 챔버가 도시되지만, 다른 프로세싱 챔버들이 사용될 수도 있다. 칼라 (222) 는 베이스 부분 (224) 및 스템 부분 (226) 을 포함한다. 칼라 (222) 는 방사상으로 외측 표면 및 방사상으로 내측 표면을 포함한다. 방사상으로 내측 표면은 가스 채널 (228) 을 규정한다. 일부 예들에서, 가스 채널 (228) 은 환형 형상이다. 유입부 (229) 는 2차 퍼지 가스와 같은 가스 소스를 가스 채널 (228) 에 연결하도록 사용될 수도 있다. 이하에 더 기술될 바와 같이, 스템 부분 (226) 은 가스를 가스 채널 (228) 로부터 프로세싱 챔버 (210) 의 상부 표면 (212) 에 평행한 선에 대해 하향 각으로 지향시키는 하나 이상의 가스 슬릿들 (230) 을 규정한다. 단지 예를 들면, 가스 슬릿들 (230) 은 칼라 (222) 주위에 방사상 방향으로 이격된다. 단지 예를 들면, 가스 슬릿들 (230) 은 칼라 (222) 를 따라 축 방향으로 이격된다.
샤워헤드 (244) 는 실린더형 베이스 부분 (246) 및 스템 부분 (252) 을 포함한다. 실린더형 베이스 부분 (246) 은 가스 플레넘 (256) 을 규정한다. 스템 부분 (252) 은 실린더형 베이스 부분 (246) 의 가스 플레넘 (256) 과 유체로 연통하는 실린더형 가스 채널 (257) 을 규정하는 중공형 실린더형 형상을 가질 수도 있다. 가스 분산 플레이트 (258) 는 스템 부분 (252) 으로부터 실린더형 베이스 부분 (246) 로 흐르는 가스를 분산시키도록 사용될 수도 있다. 샤워헤드 (244) 는 복수의 이격된 쓰루 홀들 (262) 을 규정하는 대면 플레이트 (260) 를 더 포함할 수도 있다. 대면 플레이트 (260) 는 기판 지지부 (268) 상의 대면 플레이트 (260) 아래에 위치된 기판 (266) 에 대해 상대적으로 균일한 방식으로 가스를 분산시킨다.
원추형 표면 (274) 은 스템 부분 (252) 및 실린더형 베이스 부분 (246) 의 일부분을 따라 배치된다. 단지 예를 들면, 원추형 표면 (274) 은 중공형이거나 (도시된 바와 같음) 속이 채워져 있을 수 있다. 단지 예를 들면, 원추형 표면 (274) 은 원추형 표면 (274) 에 부착되는 샤워헤드 (244) 또는 분리된 표면과 통합될 수도 있다 (도시된 바와 같음). 원추형 표면 (274) 은 칼라 (222) 의 스템 부분 (252) 을 수용하기 위한 중심 개구부 (276) 를 포함한다. 원추형 표면 (274) 은 또한 실린더형 베이스 부분 (246) 의 상부 표면에 인접하게 배치되고 그리고/또는 실린더형 베이스 부분 (246) 의 상부 표면에 연결되는 방사상으로 외측 에지 (278) 를 포함한다.
뒤집힌 원추형 표면 (282) 은 프로세싱 챔버 (210) 의 상부 표면 (212) 및/또는 측벽들 (214) 에 인접하게 배치되고 그리고/또는 프로세싱 챔버 (210) 의 상부 표면 (212) 및/또는 측벽들 (214) 에 연결된다. 단지 예를 들면, 패스너들 (284) 이 사용될 수도 있다. 단지 예를 들면, 뒤집힌 원추형 표면 (282) 은 중공형이거나 속이 채워져 있을 수도 있다. 단지 예를 들면, 뒤집힌 원추형 표면 (282) 은 뒤집힌 원추형 표면 (282) 에 부착되는 상단 표면 (212) 및/또는 측벽들 (214) 또는 분리된 표면과 통합될 수도 있다 (도시된 바와 같음). 원추형 표면 (274) 및 뒤집힌 원추형 표면 (282) 은 플로우 채널 (290) 을 규정하는 대면 표면들 (286 및 288) 을 각각 포함한다. 일부 예들에서, 플로우 채널 (290) 의 대면 표면들 (286 및 288) 은 일반적으로 일정한 갭을 규정하고 그리고 일반적으로 평행하다. 다른 예들에서, 대면 표면들 (286 및 288) 에 의해 규정된 플로우 채널 (290) 의 각은 가스 슬릿들 (230) 로부터 흐르는 2차 퍼지 가스에 의해 규정된 각과 대략적으로 동일하다.
동작 동안, 프로세스 가스는 스템 부분 (252) 의 실린더형 가스 채널 (257) 을 통해 실린더형 베이스 부분 (246) 의 가스 플레넘 (256) 내로 공급된다. 가스는 가스 플레넘 (256) 으로부터 이격된 쓰루 홀들 (262) 을 통해 흐른다.
프로세스의 일부 부분들 동안, 2차 퍼지 가스는 칼라 (222) 의 가스 채널 (228) 로 공급될 수도 있다. 269에서 보이는 바와 같이 2차 퍼지 가스는 가스 채널 (228) 및 가스 슬릿들 (230) 을 통해 흐른다. 292에서 보이는 바와 같이 플로우 채널 (290) 내의 2차 퍼지 가스는 실린더형 베이스 부분 (246) 과 측벽들 (214) 사이의 갭을 통과한다. 보이는 바와 같이, 도 3의 배치는 2차 퍼지 가스의 실질적으로 라미나형 플로우를 보장하고, 이는 재순환 및 디펙트들을 감소시킨다.
일부 예들에서, 원추형 표면 (274) 은 실린더형 베이스 부분 (246) 의 방사상으로 외측 에지로부터 샤워헤드 (244) 의 스템 부분 (252) 의 방사상으로 외측 에지로 연장한다. 다른 예들에서, 원추형 표면 (274) 은 실린더형 베이스 부분 (246) 의 방사상으로 외측 에지 근방의 지점으로부터 샤워헤드 (244) 의 스템 부분 (252) 의 방사상으로 외측 에지로 연장한다. 즉, 갭은 실린더형 베이스 부분 (246) 에 인접하게 생성될 수도 있다. 다른 예들에서, 원추형 표면 (274) 은 실린더형 베이스 부분 (246) 의 방사상으로 외측 에지로부터 샤워헤드 (244) 의 스템 부분 (252) 의 방사상으로 외측 에지 근방의 지점으로 연장한다. 즉, 갭은 샤워헤드 (244) 에 인접하게 생성될 수도 있다. 여전히 다른 예들에서, 갭들은 원추형 표면 (274) 의 양측들에 생성된다.
일부 예들에서, 뒤집힌 원추형 표면 (282) 은 측벽들 (214) 로부터 칼라 (222) 의 스템 부분 (226) 의 방사상으로 외측 에지로 연장한다. 일부 예들에서, 뒤집힌 원추형 표면 (282) 은 측벽들 (214) 근방의 지점으로부터 칼라 (222) 의 스템 부분 (226) 의 방사상으로 외측 에지로 연장한다. 즉, 갭은 뒤집힌 원추형 표면 (282) 과 측벽들 (214) 사이에 생성될 수도 있다. 일부 예들에서, 뒤집힌 원추형 표면 (282) 은 측벽들 (214) 로부터 칼라 (222) 의 스템 부분 (226) 의 방사상으로 외측 에지 근방의 지점으로 연장한다. 즉, 갭은 뒤집힌 원추형 표면 (282) 과 칼라 (222) 사이에 생성될 수도 있다. 여전히 다른 예들에서, 갭들은 뒤집힌 원추형 표면 (282) 의 양측들에 생성된다.
이제 도 4를 참조하면, 본 개시에 따른 기판 프로세싱 시스템 (300) 은 상부 표면 (312), 측벽들 (314) 및 하단 표면 (316) 을 가진 프로세싱 챔버 (310) 를 포함한다. 특정한 플라즈마 프로세싱 챔버가 도시되지만, 다른 프로세싱 챔버들이 사용될 수도 있다.
칼라 (322) 는 베이스 부분 (324) 및 스템 부분 (326) 을 포함한다. 칼라 (322) 는 방사상으로 외측 표면 및 방사상으로 내측 표면을 포함한다. 칼라 (322) 는 가스 채널 (328) 을 규정한다. 일부 예들에서, 가스 채널 (328) 은 환형 형상이다. 유입부 (329) 는 퍼지 가스와 같은 가스 소스를 환형 가스 채널 (328) 에 연결하도록 사용될 수도 있다. 스템 부분 (326) 은 2차 퍼지 가스를 칼라 (322) 를 통해 가스 채널 (328) 로부터 프로세싱 챔버 (310) 내로 지향시키는 스템 부분 (326) 주위에 배치되는 하나 이상의 가스 슬릿들 (330-1, 330-2, ..., 330-S) (집합적으로 가스 슬릿들 (330)) 을 규정한다. 칼라 (322) 는 또한 가스 채널 (328) 로의 하부 개구부를 규정할 수도 있다. 사용된다면, 2차 퍼지 가스는 또한 칼라 (322) 의 하부 개구부를 통해 흐른다.
샤워헤드 (344) 는 실린더형 베이스 부분 (346) 및 스템 부분 (352) 을 포함한다. 실린더형 베이스 부분 (346) 은 가스 플레넘 (356) 을 규정한다. 스템 부분 (352) 은 실린더형 베이스 부분 (346) 의 가스 플레넘 (356) 과 유체로 연통하는 가스 채널 (357) 을 규정하는 중공형 실린더형 형상을 가질 수도 있다. 가스 분산 플레이트 (358) 는 스템 부분 (352) 으로부터 실린더형 베이스 부분 (346) 으로 흐르는 가스를 분산시키도록 사용될 수도 있다. 샤워헤드 (344) 는 복수의 이격된 쓰루 홀들 (362) 을 규정한 대면 플레이트 (360) 를 더 포함할 수도 있다. 대면 플레이트 (360) 는 기판 지지부 (368) 상의 대면 플레이트 (360) 아래에 위치된 기판 (366) 에 대해 상대적으로 균일한 방식으로 가스를 분산시킨다.
일부 예들에서, 칼라 (322) 의 스템 부분 (326) 상의 가스 슬릿들 (330) 은 가스를 가스 채널 (328) 로부터 프로세싱 챔버 (310) 의 상부 표면 (312) 에 대해 일반적으로 평행한 방향으로 지향시킨다. 일부 예들에서, 실린더형 베이스 부분 (346) 으로 수직 거리가 감소하기 때문에 칼라 (322) 의 스템 부분 (326) 의 내측 표면 (331) 은 단조적으로 증가하는 직경을 갖는다. 내측 표면 (331) 은 칼라 (322) 와 스템 부분 (352) 사이의 단조적으로 증가하는 갭을 규정한다. 가스 슬릿들 (330) 중 인접한 가스 슬릿들, 칼라 (322) 의 스템 부분 (326) 및 샤워헤드 (344) 의 스템 부분 (352) 사이에 경계가 있는 구역들 (332-1, 332-2, ... 332-S) 은 일반적으로 사다리꼴 단면을 가진 환형 형상이다. 일부 예들에서, 사다리꼴 단면의 방사상으로 내측 각들은 대략적으로 직각들이고 그리고 구역들 (332) 의 방사상으로 외측 표면들은 상단으로부터 하단으로 단조적으로 증가하는 직경을 갖는다.
뒤집힌 원추형 표면 (382) 은 프로세싱 챔버 (310) 의 상부 표면 (312) 에 인접하게 배치되고 그리고/또는 프로세싱 챔버 (310) 의 상부 표면 (312) 에 연결된다. 단지 예를 들면, 패스너들 (384) 이 사용될 수도 있다. 뒤집힌 원추형 표면 (382) 은 수평 가스 플로우를 하향 방향으로 재지향시키는 기울어진 표면 (386) 을 포함한다. 일부 예들에서, 기울어진 표면들 (386) 은 가스 슬릿들 (330) 로부터의 플로우에 대해 예각으로 배치된다. 일부 예들에서, 기울어진 표면들 (386) 은 가스 슬릿들 (330) 로부터의 플로우에 대해 30° 내지 60°의 각으로 배치된다. 일부 예들에서, 기울어진 표면들 (386) 은 가스 슬릿들 (330) 로부터의 플로우에 대해 40° 내지 50°의 각으로 배치된다. 일부 예들에서, 뒤집힌 원추형 표면 (382) 의 방사상으로 내측 에지는 칼라 (322) 로부터 이격된다. 일부 예들에서, 뒤집힌 원추형 표면 (382) 의 방사상으로 외측 에지의 하단 부분은 실린더형 베이스 부분 (346) 의 상부 표면에 또는 실린더형 베이스 부분 (346) 의 상부 표면 위에 위치된다.
스페이서 (370) 는 샤워헤드 (344) 의 스템 부분 (352) 에 대해 칼라 (322) 의 위치를 유지하도록 제공될 수도 있다. 스페이서 (370) 는 스템 부분 (352) 주위에 배치되고 실린더형 베이스 부분 (346) 상에 놓인 환형 베이스 부분 (371) 을 포함할 수도 있다. 스페이서 (370) 는 환형 베이스 부분 (371) 으로부터 상향으로 돌출한 2 개 이상의 암들 (372) 을 더 포함한다. 암들 (372) 의 상부 단부는 스템 부분 (326) 의 내측 표면을 상향 방향 및 외향 방향으로 바이어싱한다.
동작 동안, 프로세스 가스는 스템 부분 (352) 의 가스 채널 (357) 을 통해 실린더형 베이스 부분 (346) 의 가스 플레넘 (356) 내로 공급된다. 가스는 가스 플레넘 (356) 으로부터 이격된 쓰루 홀들 (362) 을 통해 흐른다.
프로세스의 일부 부분들 동안, 2차 퍼지 가스는 칼라 (322) 의 가스 채널 (328) 로 공급될 수도 있다. 369에서 보이는 바와 같이 2차 퍼지 가스는 가스 채널 (328) 및 가스 슬릿들 (330) 을 통해 흐른다. 가스 플로우 369는 샤워헤드 (344) 와 측벽들 (314) 사이의 갭 (387) 을 향하여 뒤집힌 원추형 표면 (382) 의 기울어진 표면들 (386) 에 의해 일반적으로 하향으로 재지향된다. 2차 퍼지 가스의 다른 부분들은 스템 부분 (326) 의 하단에서 하향으로 그리고 측벽들 (314) 을 향하여 외향으로 흐른다. 이해될 수 있는 바와 같이, 뒤집힌 원추형 표면 (382) 과 칼라 (322) 의 조합은 샤워헤드 (344) 위의 영역 내의 재순환을 감소시킨다.
전술한 기술은 단순히 특성을 예시하는 것이고 어떠한 방식으로도 본 개시, 이의 애플리케이션, 또는 용도를 제한하도록 의도되지 않는다. 본 개시의 광범위한 교시들은 다양한 형태들로 구현될 수 있다. 따라서, 본 개시는 특정한 예들을 포함하지만, 본 개시의 진정한 범위는 다른 수정들이 도면들, 명세서, 및 이하의 청구항들을 연구함으로써 명백해질 것이기 때문에 그렇게 제한되지 않아야 한다. 방법 내에서 하나 이상의 단계들은 본 개시의 원리들을 변경하지 않고 상이한 순서로 (또는 동시에) 실행될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 실시예들 각각이 특정한 피처들을 갖는 것으로 상기에 기술되지만, 본 개시의 임의의 실시예에 대해 기술된 임의의 하나 이상의 이들 피처들은, 조합이 명시적으로 기술되지 않아도, 임의의 다른 실시예들의 피처들로 및/또는 임의의 다른 실시예들의 피처들과 조합하여 구현될 수 있다. 즉, 기술된 실시예들은 상호 배타적이지 않고, 하나 이상의 실시예들의 또 다른 실시예와의 치환들이 본 개시의 범위 내에 남는다.
엘리먼트들 간 (예를 들어, 모듈들, 회로 엘리먼트들, 반도체 층들, 등 간) 의 공간적 및 기능적 관계들은, "연결된 (connected)", "인게이지된 (engaged)", "커플링된 (coupled)", "인접한 (adjacent)", "옆에 (next to)", "~의 상단에 (on top of)", "위에 (above)", "아래에 (below)", 및 "배치된 (disposed)"을 포함하는, 다양한 용어들을 사용하여 기술된다. "직접적 (direct)"인 것으로 명시적으로 기술되지 않는 한, 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 간의 관계가 상기 개시에서 기술될 때, 이 관계는 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 사이에 다른 중개하는 엘리먼트가 존재하지 않는 직접적인 관계일 수 있지만, 또한 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 사이에 (공간적으로 또는 기능적으로) 하나 이상의 중개하는 엘리먼트들이 존재하는 간접적인 관계일 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 구 A, B, 및 C 중 적어도 하나는 비배타적인 논리 OR를 사용하여, 논리적으로 (A 또는 B 또는 C) 를 의미하는 것으로 해석되어야 하고, "적어도 하나의 A, 적어도 하나의 B, 및 적어도 하나의 C"를 의미하도록 해석되지 않아야 한다.
일부 구현예들에서, 제어기는 상술한 실례들의 일부일 수 있는 시스템의 일부이다. 이러한 시스템들은, 프로세싱 툴 또는 툴들, 챔버 또는 챔버들, 프로세싱용 플랫폼 또는 플랫폼들, 및/또는 특정 프로세싱 컴포넌트들 (웨이퍼 페데스탈, 가스 플로우 시스템, 등) 을 포함하는, 반도체 프로세싱 장비를 포함할 수 있다. 이러한 시스템들은 반도체 웨이퍼 또는 기판의 프로세싱 이전에, 프로세싱 동안에 그리고 프로세싱 이후에 그들의 동작을 제어하기 위한 전자장치에 통합될 수도 있다. 전자장치는 시스템 또는 시스템들의 다양한 컴포넌트들 또는 하위부품들을 제어할 수도 있는 "제어기"로서 지칭될 수도 있다. 제어기는, 시스템의 프로세싱 요건들 및/또는 타입에 따라서, 예를 들어 프로세싱 가스들의 전달, 온도 설정사항들 (예를 들어, 가열 및/또는 냉각), 압력 설정사항들, 진공 설정사항들, 전력 설정사항들, 무선 주파수 (RF) 생성기 설정사항들, RF 매칭 회로 설정사항들, 주파수 설정사항들, 플로우 레이트 설정사항들, 유체 전달 설정사항들, 위치 및 동작 설정사항들, 툴들 및 다른 전달 툴들 및/또는 특정 시스템과 연결되거나 인터페이싱된 로드록들 내외로의 웨이퍼 전달들을 포함하는, 본 명세서에 개시된 프로세스들 중 임의의 프로세스를 제어하도록 프로그램될 수도 있다.
일반적으로 말하면, 제어기는 인스트럭션들을 수신하고 인스트럭션들을 발행하고 동작을 제어하고 세정 동작들을 인에이블하고, 엔드포인트 측정들을 인에이블하는 등을 하는 다양한 집적 회로들, 로직, 메모리, 및/또는 소프트웨어를 갖는 전자장치로서 규정될 수도 있다. 집적 회로들은 프로그램 인스트럭션들을 저장하는 펌웨어의 형태의 칩들, 디지털 신호 프로세서들 (DSP), ASIC (application specific integrated circuit) 으로서 규정되는 칩들 및/또는 프로그램 인스트럭션들 (예를 들어, 소프트웨어) 을 실행하는 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 마이크로제어기들을 포함할 수도 있다. 프로그램 인스트럭션들은 반도체 웨이퍼 상에서 또는 반도체 웨이퍼에 대한 특정 프로세스를 실행하기 위한 동작 파라미터들을 규정하는, 다양한 개별 설정사항들 (또는 프로그램 파일들) 의 형태로 제어기로 또는 시스템으로 전달되는 인스트럭션들일 수도 있다. 일부 실시예들에서, 동작 파라미터들은 하나 이상의 층들, 재료들, 금속들, 옥사이드들, 실리콘, 실리콘 다이옥사이드, 표면들, 회로들, 및/또는 웨이퍼의 다이들의 제조 동안에 하나 이상의 프로세싱 단계들을 달성하도록 프로세스 엔지니어에 의해서 규정된 레시피의 일부일 수도 있다.
제어기는, 일부 구현예들에서, 시스템에 통합되거나, 시스템에 커플링되거나, 이와 달리 시스템에 네트워킹되거나, 또는 이들의 조합으로 되는 컴퓨터에 커플링되거나 이의 일부일 수도 있다. 예를 들어, 제어기는 웨이퍼 프로세싱의 리모트 액세스를 가능하게 할 수 있는 공장 (fab) 호스트 컴퓨터 시스템의 전부 또는 일부이거나 "클라우드" 내에 있을 수도 있다. 컴퓨터는 제조 동작들의 현 진행을 모니터링하고, 과거 제조 동작들의 이력을 조사하고, 복수의 제조 동작들로부터 경향들 또는 성능 계측치들을 조사하고, 현 프로세싱의 파라미터들을 변경하고, 현 프로세싱을 따르는 프로세싱 단계들을 설정하고, 또는 새로운 프로세스를 시작하기 위해서 시스템으로의 리모트 액세스를 인에이블할 수도 있다. 일부 예들에서, 리모트 컴퓨터 (예를 들어, 서버) 는 로컬 네트워크 또는 인터넷을 포함할 수도 있는 네트워크를 통해서 프로세스 레시피들을 시스템에 제공할 수 있다. 리모트 컴퓨터는 차후에 리모트 컴퓨터로부터 시스템으로 전달될 파라미터들 및/또는 설정사항들의 입력 또는 프로그래밍을 가능하게 하는 사용자 인터페이스를 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 제어기는 하나 이상의 동작들 동안에 수행될 프로세스 단계들 각각에 대한 파라미터들을 특정한, 데이터의 형태의 인스트럭션들을 수신한다. 이 파라미터들은 제어기가 제어하거나 인터페이싱하도록 구성된 툴의 타입 및 수행될 프로세스의 타입에 특정적일 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 상술한 바와 같이, 제어기는 예를 들어 서로 네트워킹되어서 함께 공통 목적을 위해서, 예를 들어 본 명세서에 기술된 프로세스들 및 제어들을 위해서 협력하는 하나 이상의 개별 제어기들을 포함함으로써 분산될 수도 있다. 이러한 목적을 위한 분산형 제어기의 예는 챔버 상의 프로세스를 제어하도록 조합되는, (예를 들어, 플랫폼 레벨에서 또는 리모트 컴퓨터의 일부로서) 원격으로 위치한 하나 이상의 집적 회로들과 통신하는 챔버 상의 하나 이상의 집적 회로들일 수 있다.
비한정적으로, 예시적인 시스템들은 플라즈마 에칭 챔버 또는 모듈, 증착 챔버 또는 모듈, 스핀-린스 챔버 또는 모듈, 금속 도금 챔버 또는 모듈, 세정 챔버 또는 모듈, 베벨 에지 에칭 챔버 또는 모듈, PVD (physical vapor deposition) 챔버 또는 모듈, CVD (chemical vapor deposition) 챔버 또는 모듈, ALD (atomic layer deposition) 챔버 또는 모듈, ALE (atomic layer etch) 챔버 또는 모듈, 이온 주입 챔버 또는 모듈, 트랙 (track) 챔버 또는 모듈, 및 반도체 웨이퍼들의 제조 및/또는 제작 시에 사용되거나 연관될 수도 있는 임의의 다른 반도체 프로세싱 시스템들을 포함할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 툴에 의해서 수행될 프로세스 단계 또는 단계들에 따라서, 제어기는, 반도체 제조 공장 내의 툴 위치들 및/또는 로드 포트들로부터/로 웨이퍼들의 컨테이너들을 이동시키는 재료 이송 시에 사용되는, 다른 툴 회로들 또는 모듈들, 다른 툴 컴포넌트들, 클러스터 툴들, 다른 툴 인터페이스들, 인접 툴들, 이웃하는 툴들, 공장 도처에 위치한 툴들, 메인 컴퓨터, 다른 제어기 또는 툴들 중 하나 이상과 통신할 수도 있다.

Claims (18)

  1. 기판 프로세싱 시스템의 프로세싱 챔버에 있어서,
    상부 표면, 측벽들, 및 하단 표면;
    상기 프로세싱 챔버의 상기 상부 표면에 연결되고 상기 상부 표면으로부터 하향으로 연장하는 샤워헤드로서, 상기 샤워헤드는 스템 부분 및 베이스 부분을 포함하는, 상기 샤워헤드; 및
    상기 프로세싱 챔버의 상기 상부 표면 및 상기 측벽들에 인접하게 배치된 뒤집힌 원추형 표면을 포함하고, 상기 뒤집힌 원추형 표면은 상기 샤워헤드 위의 가스 플로우를 (i) 수평 방향으로부터 하향 방향으로 그리고 (ii) 상기 베이스 부분의 방사상으로 외측 부분과 상기 프로세싱 챔버의 상기 측벽들 사이의 갭 내로 재지향시키도록 배치된 기울어진 표면을 포함하는, 프로세싱 챔버.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 부분은 가스 플레넘을 규정하고 그리고 상기 스템 부분은 상기 가스 플레넘과 유체로 연통하는 가스 채널을 규정하는, 프로세싱 챔버.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 샤워헤드는 상기 프로세싱 챔버 내로 가스를 분산시키도록 구성된 대면 플레이트를 포함하는, 프로세싱 챔버.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 샤워헤드를 상기 프로세싱 챔버의 상기 상부 표면에 연결하는 칼라를 더 포함하고, 상기 칼라는 상기 칼라의 방사상 내측 표면과 상기 샤워헤드의 상기 스템 부분 사이에 가스 채널을 규정하고, 그리고 상기 칼라는 상기 가스 채널로부터 상기 샤워헤드 위의 영역으로 퍼지 가스들을 지향시키도록 구성된 하나 이상의 슬릿들을 포함하는, 프로세싱 챔버.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 방사상으로 내측 표면은 상기 프로세싱 챔버의 상기 상부 표면으로부터 수직 거리가 증가함에 따라 증가하는 직경을 갖는, 프로세싱 챔버.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 슬릿들은 상기 수평 방향으로 상기 퍼지 가스들을 지향시키는, 프로세싱 챔버.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 기울어진 표면은 상기 수평 방향에 대해 예각으로 배치되는, 프로세싱 챔버.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 기울어진 표면은 상기 수평 방향에 대해 30° 내지 60°의 각도로 배치되는, 프로세싱 챔버.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 기울어진 표면은 상기 수평 방향에 대해 40° 내지 50°의 각도로 배치되는, 프로세싱 챔버.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 뒤집힌 원추형 표면의 방사상으로 내측 에지는 상기 칼라로부터 이격되는, 프로세싱 챔버.
  11. 제 4 항에 있어서,
    상기 샤워헤드의 상기 스템 부분에 대해 상기 칼라의 위치를 유지하도록 구성된 스페이서를 더 포함하는, 프로세싱 챔버.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 스페이서는 상기 샤워헤드의 상기 베이스 부분 상에 그리고 상기 샤워헤드의 상기 스템 부분 둘레에 배치된 환형 베이스 부분을 포함하는, 프로세싱 챔버.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 스페이서는 상기 환형 베이스 부분으로부터 상향으로 돌출하는 2 개 이상의 암들을 포함하고, 상기 2 개 이상의 암들의 상부 단부들은 상향 방향 및 외향 방향으로 상기 칼라를 바이어싱하는, 프로세싱 챔버.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 뒤집힌 원추형 표면을 상기 프로세싱 챔버의 상기 상부 표면에 연결하는 패스너들을 더 포함하는, 프로세싱 챔버.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 부분에 인접하고 상기 샤워헤드의 상기 스템 부분 둘레에 배치된 원추형 표면을 더 포함하고, 상기 원추형 표면 및 상기 뒤집힌 원추형 표면은 상기 샤워헤드의 상기 스템 부분으로부터 방사상으로 외향으로 연장하는 기울어진 가스 채널을 규정하는, 프로세싱 챔버.
  16. 기판 프로세싱 시스템의 프로세싱 챔버를 위한 샤워헤드 어셈블리에 있어서,
    상기 프로세싱 챔버의 상부 표면에 연결되고 이로부터 하향으로 연장하도록 구성된 샤워헤드로서, 상기 샤워헤드는 스템 부분 및 베이스 부분을 포함하는, 상기 샤워헤드;
    상기 베이스 부분에 인접하고 상기 샤워헤드의 스템 부분 둘레에 배치된 원추형 표면; 및
    상기 프로세싱 챔버의 상기 상부 표면 및 측벽들에 인접하게 배치되도록 구성된 뒤집힌 원추형 표면을 포함하고, 상기 원추형 표면 및 상기 뒤집힌 원추형 표면은 상기 샤워헤드의 상기 스템 부분으로부터 방사상 외향으로 그리고 하향으로 연장하는 기울어진 가스 채널을 규정하는, 샤워헤드 어셈블리.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 프로세싱 챔버의 상기 상부 표면에 상기 샤워헤드를 연결하도록 구성된 칼라를 더 포함하고, 상기 칼라는 상기 칼라의 방사상으로 내측 표면과 상기 샤워헤드의 상기 스템 부분 사이에 가스 채널을 규정하고, 그리고 상기 칼라는 상기 칼라 내에 형성된 상기 가스 채널로부터 그리고 상기 원추형 표면과 상기 뒤집힌 원추형 표면 사이에 규정된 상기 기울어진 가스 채널 내로 퍼지 가스들을 지향시키도록 구성된 하나 이상의 슬릿들을 포함하는, 샤워헤드 어셈블리.
  18. 제 16 항에 기재된 샤워헤드 어셈블리를 포함하는 프로세싱 챔버.
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