KR20220114044A - 고밀도 플라즈마 강화 화학 기상 증착 챔버 - Google Patents

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Abstract

본 개시내용은 증착 챔버를 위한 샤워헤드를 위한 방법들 및 장치에 관한 것이다. 일 실시예에서, 플라즈마 증착 챔버를 위한 샤워헤드가 제공되며, 이는, 복수의 지지 부재들 중 하나 이상에 각각 커플링된 복수의 천공된 타일들, 및 샤워헤드 내의 복수의 유도 결합기들을 포함하고, 복수의 유도 결합기들 중 하나의 유도 결합기는 복수의 천공된 타일들 중 하나에 대응하며, 지지 부재들은 유도 결합기들과 천공된 타일들 사이에 형성된 볼륨에 전구체 가스들을 제공한다.

Description

고밀도 플라즈마 강화 화학 기상 증착 챔버
[0001] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 대면적 기판들을 프로세싱하기 위한 장치에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 개시내용의 실시예들은 디바이스 제작을 위한 화학 기상 증착 시스템에 관한 것이다.
[0002] 솔라 패널들 또는 평판(flat panel) 디스플레이들의 제조 시에, 반도체 기판들, 솔라 패널 기판들, 그리고 LCD(liquid crystal display) 및/또는 OLED(organic light-emitting diode) 기판들과 같은 기판들 상에 박막들을 증착하여 이러한 기판들 상에 전자 디바이스들을 형성하기 위해 많은 프로세스들이 사용된다. 증착은 일반적으로, 온도 제어식 기판 지지부 상에 기판이 배치되어 있는 진공 챔버 내로 전구체 가스를 도입함으로써 달성된다. 전구체 가스는 통상적으로, 진공 챔버의 최상부 근처에 놓인 가스 분배 플레이트를 통해 지향된다. 진공 챔버 내의 전구체 가스는, 챔버에 커플링된 하나 이상의 RF(radio frequency) 소스들로부터 챔버에 배치된 전도성 샤워헤드로 RF 전력을 인가함으로써, 플라즈마로 에너자이징(energize)(예컨대, 여기)될 수 있다. 여기된 가스가 반응하여, 온도 제어식 기판 지지부 상에 포지셔닝되는 기판의 표면 상에 재료 층을 형성한다.
[0003] 현재, 전자 디바이스들을 형성하기 위한 기판들의 사이즈는 일상적으로, 표면적이 1 제곱 미터를 초과한다. 이들 기판들에 걸친 막 두께의 균일성은 달성하기 어렵다. 막 두께 균일성은 기판 사이즈들이 증가함에 따라 훨씬 더 어려워진다. 통상적으로, 가스 원자들을 이온화하기 위해, 그리고 용량 결합 전극 어레인지먼트(arrangement)를 사용하여 이러한 사이즈의 기판들 상에 막 층을 증착하는 데 유용한, 증착 가스의 라디칼들을 형성하기 위해, 종래의 챔버들에서 플라즈마가 형성된다. 최근, 둥근 기판들 또는 웨이퍼들 상의 증착 시에 역사적으로 활용된 유도 결합 플라즈마 어레인지먼트들에 대한 관심이 이들 대형 기판들에 대한 증착 프로세스들에서의 사용을 위해 탐구되고 있다. 그러나, 유도 결합은 구조적 지지 컴포넌트들로서 유전체 재료들을 활용하며, 이들 재료들은, 이들 더 큰 기판들에 대해 종래의 챔버들에서 사용된 바와 같이, 챔버의 대기 측에서 챔버의 대면적 구조적 부분의 일 측에 대한 대기압의 존재에 의해 생성되는 구조적 하중들을 견딜 수 있는 구조적 강도, 그리고 챔버의 다른 측에서의 진공 압력 조건들에 대한 구조적 강도를 갖지 않는다. 그러므로, 유도 결합 플라즈마 시스템들은 대면적 기판 플라즈마 프로세스들을 위한 개발을 겪어왔다. 그러나, 프로세스 균일성, 예컨대, 대형 기판에 걸친 증착 두께 균일성은 바람직하지 못하다.
[0004] 그러므로, 기판의 증착 표면에 걸쳐 막 두께 균일성을 개선하도록 구성된, 대면적 기판들에 대해 사용하기 위한 유도 결합 플라즈마 소스가 필요하다.
[0005] 본 개시내용의 실시예들은 샤워헤드를 위한 방법 및 장치, 그리고 대면적 기판 상에 하나 이상의 막 층들을 형성할 수 있는, 샤워헤드를 갖는 플라즈마 증착 챔버를 포함한다.
[0006] 일 실시예에서, 플라즈마 증착 챔버를 위한 샤워헤드가 제공되며, 플라즈마 증착 챔버를 위한 샤워헤드는, 복수의 지지 부재들 중 하나 이상에 각각 커플링된 복수의 천공된 타일들, 및 샤워헤드 내의 복수의 유도 결합기들을 포함하고, 복수의 유도 결합기들 중 하나의 유도 결합기는 복수의 천공된 타일들 중 하나에 대응하며, 지지 부재들은 유도 결합기들과 천공된 타일들 사이에 형성된 볼륨에 전구체 가스들을 제공한다.
[0007] 다른 실시예에서, 플라즈마 증착 챔버가 제공되며, 플라즈마 증착 챔버는, 복수의 천공된 타일들을 갖는 샤워헤드, 복수의 천공된 타일들 중 하나 이상에 대응하는 유도 결합기, 및 천공된 타일들 각각을 지지하기 위한 복수의 지지 부재들을 포함하며, 지지 부재들 중 하나 이상은 유도 결합기들과 천공된 타일들 사이에 형성된 볼륨에 전구체 가스들을 제공한다.
[0008] 다른 실시예에서, 플라즈마 증착 챔버가 제공되며, 플라즈마 증착 챔버는, 복수의 지지 부재들 중 하나 이상에 각각 커플링된 복수의 천공된 타일들을 갖는 샤워헤드, 복수의 유전체 플레이트들 ―복수의 유전체 플레이트들 중 하나는 복수의 천공된 타일들 중 하나에 대응함―, 및 복수의 유도 결합기들을 포함하며, 복수의 유도 결합기들 중 하나의 유도 결합기는 복수의 유전체 플레이트들 중 하나에 대응하며, 지지 부재들은 유도 결합기들과 천공된 타일들 사이에 형성된 볼륨에 전구체 가스들을 제공한다.
[0009] 다른 실시예에서, 기판 상에 막들을 증착하기 위한 방법이 개시되며, 방법은, 샤워헤드의 복수의 가스 볼륨들로 전구체 가스를 유동시키는 단계 ―가스 볼륨들 각각은, 개개의 가스 볼륨과 전기 연통하는 유도 결합기 및 천공된 타일을 포함함―, 및 가스 볼륨들 각각 내로의 전구체 가스의 유동을 변화시키는 단계를 포함한다.
[0010] 본 개시내용의 위에서 언급된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 위에서 간략히 요약된 본 개시내용의 보다 상세한 설명은 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있으며, 이러한 실시예들 중 일부는 첨부된 도면들에 예시된다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 개시내용의 단지 통상적인 실시예들을 예시하므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 개시내용이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0011] 도 1은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 예시적인 프로세싱 챔버를 도시하는 측단면도이다.
[0012] 도 2a는 도 1의 덮개 조립체의 일부분의 확대도이다.
[0013] 도 2b는 코일의 일 실시예의 상부 평면도이다.
[0014] 도 3a는 샤워헤드의 페이스 플레이트의 일 실시예의 저면 평면도이다.
[0015] 도 3b는 샤워헤드의 페이스 플레이트의 다른 실시예의 부분 저면 평면도이다.
[0016] 도 4는 샤워헤드의 유동 제어의 다른 실시예를 도시하는 개략적인 저면 평면도이다.
[0017] 도 5는 샤워헤드를 위한 지지 프레임의 단면 평면도이다.
[0018] 도 6은 본원에서 설명되는 바와 같은 샤워헤드와 함께 사용될 수 있는 유입구의 일 실시예의 개략적인 단면도이다.
[0019] 도 7a는 본원에서 설명되는 바와 같은 샤워헤드를 위한 천공된 타일의 평면도이다.
[0020] 도 7b는 도 7a의 천공된 타일에 형성된 개구들 중 하나의 개구의 개략적인 단면도이다.
[0021] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예에서 개시되는 엘리먼트들은 특정 언급 없이 다른 실시예들에 대해 유익하게 활용될 수 있다는 것이 고려된다.
[0022] 본 개시내용의 실시예들은 대면적 기판 상에 복수의 층들을 증착하도록 동작가능한 프로세싱 시스템을 포함한다. 본원에서 사용되는 바와 같은 대면적 기판은, 통상적으로 약 1 제곱 미터 이상의 표면적을 갖는 기판과 같이, 대형 표면적을 갖는 주요 면(major side)들을 가지는 기판이다. 그러나, 기판은 임의의 특정 사이즈 또는 형상으로 제한되지 않는다. 일 양상에서, "기판"이라는 용어는 예컨대 평판 디스플레이들의 제작 시에 사용되는 유리 또는 폴리머 기판과 같은 임의의 다각형, 정사각형, 직사각형, 만곡된 또는 그렇지 않으면 비-원형 워크피스를 지칭한다.
[0023] 본원에서, 프로세싱 존에서 가스에 노출된 기판의 표면의 프로세싱의 균일성을 개선하기 위해서, 샤워헤드는, 이 샤워헤드를 통해 그리고 다수의 독립적으로 제어되는 존들에서 챔버의 프로세싱 볼륨 내로 가스를 유동시키도록 구성된다. 추가적으로, 각각의 존은 플리넘, 챔버의 프로세싱 볼륨과 플리넘 사이의 하나 이상의 천공된 플레이트들, 및 존 또는 개별적인 천공된 플레이트에 전용된 코일 또는 코일의 일부분으로 구성된다. 플리넘은 유전체 윈도우, 천공된 플레이트, 및 주변 구조 사이에 형성된다. 각각의 플리넘은, 프로세싱 가스(들)가 각각의 플리넘 내로 유동되고 분배될 수 있게 하여, 천공된 플레이트를 통한 그리고 프로세싱 볼륨 내로의 가스들의 비교적 균일한 유량, 또는 일부 경우에서는 맞춤화된 유량을 야기하도록 구성된다. 일부 실시예들에서의 플리넘은, 플리넘 내에서 프로세스 가스(들)의 압력들로 이러한 프로세스 가스(들)로 형성된 플라즈마의 암흑 공간(dark space)의 두께의 2 배 미만의 두께를 갖는다. 일부 실시예들에서, 코일 형상의 유도 결합기는 유전체 윈도우 뒤에 포지셔닝되고, 이는 프로세싱 볼륨 내의 플라즈마를 가격(strike) 및 지지하기 위해 유전체 윈도우, 플리넘, 및 천공된 플레이트를 통해 에너지를 유도 결합한다. 추가적으로, 인접한 천공된 플레이트들 사이의 구역에서, 추가적인 프로세스 가스 유동이 제공된다. 각각의 존에서의 그리고 천공된 플레이트들 사이의 구역을 통한 프로세스 가스(들)의 유동은 기판에 대한 원하는 프로세스 결과들을 달성하기 위해 균일한 또는 맞춤화된 가스 유동들을 야기하도록 제어된다.
[0024] 본 개시내용의 실시예들은 기판 상의 하나 이상의 층들 또는 막들로부터 동작가능한 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착(HDP CVD; high density plasma chemical vapor deposition) 프로세싱 챔버를 포함한다. 본원에서 개시되는 바와 같은 프로세싱 챔버는 플라즈마에서 생성되는, 전구체 가스의 에너자이징된 종(species)을 전달하도록 구성된다. 플라즈마는 진공 하에서 가스에 에너지를 유도 결합함으로써 생성될 수 있다. 본원에서 개시되는 실시예들은, 캘리포니아주 산타 클라라의 Applied Materials, Inc.의 자회사인 AKT America, Inc.로부터 입수가능한 챔버들에서 사용하도록 구성될 수 있다. 본원에서 논의되는 실시예들은 다른 제조자들로부터 입수가능한 챔버들에서도 또한 실시될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
[0025] 도 1은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 예시적인 프로세싱 챔버(100)를 도시하는 측단면도이다. 예시적인 기판(102)이 챔버 바디(104) 내에 도시된다. 프로세싱 챔버(100)는 또한, 덮개 조립체(106), 및 페데스탈 또는 기판 지지 조립체(108)를 포함한다. 덮개 조립체(106)는 챔버 바디(104)의 상부 단부에 배치되고, 기판 지지 조립체(108)는 챔버 바디(104) 내에 적어도 부분적으로 배치된다. 기판 지지 조립체(108)는 샤프트(110)에 커플링된다. 샤프트(110)는, 챔버 바디(104) 내에서 기판 지지 조립체(108)를 수직으로(Z 방향으로) 이동시키는 구동부(112)에 커플링된다. 도 1에 도시된 프로세싱 챔버(100)의 기판 지지 조립체(108)는 프로세싱 포지션에 있다. 그러나, 기판 지지 조립체(108)는 이송 포트(114)에 인접한 포지션으로 Z 방향으로 하강될 수 있다. 하강될 때, 기판 지지 조립체(108)에 이동가능하게 배치되는 리프트 핀들(116)은 챔버 바디(104)의 최하부(118)와 접촉한다. 리프트 핀들(116)이 최하부(118)와 접촉할 때, 리프트 핀들(116)은 더 이상 기판 지지 조립체(108)와 함께 아래쪽으로 이동할 수 없고, 기판 지지 조립체(108)의 기판 수용 표면(120)이 고정 포지션으로부터 아래쪽으로 이동할 때 기판(102)을 이러한 고정 포지션으로 유지할 수 없다. 그 후, 엔드 이펙터 또는 로봇 블레이드(미도시)가 이송 포트(114)를 통해 그리고 기판(102)과 기판 수용 표면(120) 사이에 삽입되어, 기판(102)을 챔버 바디(104) 밖으로 이송한다.
[0026] 덮개 조립체(106)는 챔버 바디(104) 상에 놓이는 배킹 플레이트(122)를 포함할 수 있다. 덮개 조립체(106)는 또한, 가스 분배 조립체 또는 샤워헤드(124)를 포함한다. 샤워헤드(124)는 가스 소스로부터 샤워헤드(124)와 기판(102) 사이의 프로세싱 구역(126)으로 프로세스 가스들을 전달한다. 샤워헤드(124)는 또한, 프로세싱 구역(126)에 세정 가스들, 이를테면 불소 함유 가스들을 제공하는 세정 가스 소스에 커플링된다.
[0027] 샤워헤드(124)는 또한, 플라즈마 소스(128)로서 기능한다. 플라즈마 소스(128)로서 기능하기 위해, 샤워헤드(124)는 하나 이상의 유도 결합 플라즈마 생성 컴포넌트들 또는 코일들(130)을 포함한다. 하나 이상의 코일들(130) 각각은 단일 코일(130), 2 개의 코일들(130), 또는 2 개 초과의 코일들(130)일 수 있으며, 이하에서 코일들(130)로서 간단히 설명된다. 하나 이상의 코일들(130) 각각은 전력 소스 및 접지(ground)(133)에 걸쳐 커플링된다. 샤워헤드(124)는 또한, 복수의 이산적인 천공된 타일들(134)을 포함하는 페이스 플레이트(132)를 포함한다. 전력 소스는 코일들(130)의 전기적 특성들을 조정하기 위한 정합 회로 또는 튜닝 능력을 포함한다.
[0028] 천공된 타일들(134) 각각은 복수의 지지 부재들(136)에 의해 지지된다. 하나 이상의 코일들(130) 또는 하나 이상의 코일들(130)의 일부분들 각각은 개개의 유전체 플레이트(138) 상에 또는 개개의 유전체 플레이트(138) 위에 포지셔닝된다. 덮개 조립체(106) 내에서 유전체 플레이트들(138) 위에 배치되는 코일(130)의 예가 도 2a에 더 명확하게 도시된다. 유전체 플레이트들(138), 천공된 타일들(134) 및 지지 부재들(136)의 표면들에 의해 복수의 가스 볼륨들(140)이 정의된다. 하나 이상의 코일들(130) 각각은, 가스가 가스 볼륨들(140) 내로 그리고 인접한 천공된 타일을 통해 가스 볼륨들(140) 아래의 챔버 볼륨 내로 유동하고 있을 때 가스 볼륨들(140) 아래의 프로세싱 구역(126) 내의 플라즈마로 프로세스 가스들을 에너자이징하는 전자기장을 생성하도록 구성되며, 가스 소스로부터의 프로세스 가스들은 지지 부재들(136) 내의 도관들을 통해 가스 볼륨들(140) 각각에 제공된다. 샤워헤드에 들어가고 샤워헤드를 떠나는 가스(들)의 볼륨 또는 유량은 샤워헤드(124)의 상이한 존들에서 제어된다. 프로세싱 가스들의 존 제어는 도 1에 예시된 질량 유동 제어기들(142, 143 및 144)과 같은 복수의 유동 제어기들에 의해 제공된다. 예컨대, 샤워헤드(124)의 주변 또는 외부 존들로의 가스들의 유량은 유동 제어기들(142, 143)에 의해 제어되는 한편, 샤워헤드(124)의 중심 존으로의 가스들의 유량은 유동 제어기(144)에 의해 제어된다. 챔버 세정이 요구되는 경우, 세정 가스 소스로부터의 세정 가스들은 가스 볼륨들(140) 각각으로 유동되고, 그 후 프로세싱 볼륨(140) 내로 유동되며, 프로세싱 볼륨(140) 내에서, 세정 가스들이 이온들, 라디칼들, 또는 둘 모두로 에너자이징된다. 에너자이징된 세정 가스들은, 챔버 컴포넌트들을 세정하기 위해서, 천공된 타일들(134)을 통해 그리고 프로세싱 구역(126) 내로 유동한다.
[0029] 도 2a는 도 1의 덮개 조립체(106)의 일부분의 확대도이다. 위에서 설명된 바와 같이, 전구체 가스들은 가스 소스로부터, 배킹 플레이트(122)를 관통하여 형성된 유입구들(200)을 통해 가스 볼륨들(140)로 유동한다. 유입구들(200) 각각은 지지 부재들(136)에 형성된 개개의 도관들(205)에 커플링된다. 도관들(205)은 배출구 개구(210)에서 가스 볼륨들(140)에 전구체 가스들을 제공한다. 도관들(205) 중 일부는 2 개의 인접한 가스 볼륨들(140)에 가스들을 제공한다(도 2a에서 도관들(205) 중 하나는 가상(phantom)으로 도시됨). 대표적인 가스 볼륨들(140) 내로의 가스 유동들이 도 4에서 더 명확하게 도시된다.
[0030] 도관들(205)은 가스 볼륨들(140)로의 유동을 제어하기 위한 유동 제한기(215)를 포함한다. 유동 제한기들(215)의 사이즈는 유동 제한기들(215)을 통한 가스 유동을 제어하기 위해서 변화될 수 있다. 예컨대, 유동 제한기들(215) 각각은 유동을 제어하기 위해 활용되는 특정 사이즈(예컨대, 직경)의 오리피스를 포함한다. 추가로, 유동 제한기들(215) 각각의 치수들은, 더 큰 오리피스 사이즈 또는 더 작은 오리피스 사이즈를 필요에 따라 제공하여 이를 통하는 유동을 제어하도록 필요에 따라 변경될 수 있다.
[0031] 도 2a에 도시된 바와 같이, 천공된 타일들(134)은 이러한 천공된 타일들(134)을 관통하여 연장되는 복수의 개구들(218)을 포함한다. 개구들(218) 각각은 커버 플레이트(222)에 형성된 개구(220)와 (동심으로) 정렬된다. 복수의 개구들(218) 및 개구들(220) 각각은, 가스 볼륨(140)과 커버 플레이트(222) 사이에서 연장되는 개구들(218)의 직경에 기인하여 원하는 유량들로 가스들이 가스 볼륨들(140)로부터 프로세싱 구역(126) 내로 유동할 수 있게 한다. 개구들(218 및/또는 220), 및/또는 개구들(218 및/또는 220)의 행들 및 열들은, 천공된 타일들(134) 각각 및 커버 플레이트들(222) 각각을 통하는 가스 유동을 균등하게 하기 위해서 상이하게 사이징되고 그리고/또는 상이하게 이격될 수 있다. 대안적으로, 개구들(218 및/또는 220) 각각으로부터의 가스 유동은 원하는 가스 유동 특성들에 따라 불균일할 수 있다.
[0032] 커버 플레이트들(222) 각각은 천공된 타일들(134)의 측면(side)들을 둘러싸는 장착 부분(225)을 포함한다. 각각의 장착 부분(225)은, 가스가 도관들(205)로부터 2 차 플리넘(235) 내로 그리고 이어서 프로세싱 구역(126) 내로 유동할 수 있게 하는 복수의 개구들(230)을 포함한다.
[0033] 지지 부재들(136)은 볼트들 또는 스크루들과 같은 패스너들(240)에 의해 배킹 플레이트(122)에 커플링된다. 지지 부재들(136) 각각은 천공된 타일들(134)을 커버 플레이트(222)의 인터페이스 부분(245)으로 지지한다. 인터페이스 부분들(245) 각각은 천공된 타일들(134)의 에지 또는 둘레의 일부분을 지지하는 레지(ledge) 또는 셸프(shelf)일 수 있다. 인터페이스 부분들(245)은 볼트 또는 스크루와 같은 패스너(250)에 의해 지지 부재들(136)에 체결된다. 인터페이스 부분들(245)의 일부분은 2 차 플리넘(235)을 포함한다. 인터페이스 부분들(245) 각각은 또한, 천공된 타일들(134)의 에지 또는 둘레를 지지한다. 가스 볼륨들(140)을 밀봉하기 위해 하나 이상의 밀봉부들(265)이 활용된다. 예컨대, 밀봉부들(265)은 O-링 밀봉부 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 조인트 밀봉재 재료와 같은 엘라스토머 재료들이다. 하나 이상의 밀봉부들(265)은 지지 부재들(136)과 천공된 타일들(134) 및 커버 플레이트들(222)의 장착 부분(225) 사이에 제공될 수 있다. 커버 플레이트들(222)은, 하나 이상의 천공된 타일들(134)을 교체하기 위해, 필요에 따라 제거될 수 있다.
[0034] 추가하여, 지지 부재들(136) 각각은 유전체 플레이트들(138)로부터 연장되는 셸프(270)를 활용하여 유전체 플레이트들(138)을 지지한다(도 2a에 도시됨). 샤워헤드(124)/플라즈마 소스(128)의 실시예들에서, 유전체 플레이트들(138)은 전체 샤워헤드(124)/플라즈마 소스(128)의 표면적과 비교할 때 측방향 표면적(X-Y 평면)이 더 작다. 유전체 플레이트들(138)을 지지하기 위해서, 셸프들(270)이 활용된다. 다수의 유전체 플레이트들(138)의 감소된 측방향 표면적은, 대기압 하중을 지지하는 넓은 영역에 기반하여 그 내부에 큰 응력들을 부과하지 않으면서, 인접 코일(130)이 통상적으로 포지셔닝되는 대기 환경과, 가스 볼륨(140) 및 프로세싱 구역(126) 내의 진공 환경 및 플라즈마 사이의 물리적 장벽으로서 유전체 재료들의 사용을 가능하게 한다.
[0035] 밀봉부들(265)은 (프로세싱 동안 밀리토르 이하 범위의 대기압 미만(sub-atmospheric) 압력들에 있는) 가스 볼륨들(140)로부터 (대기압 또는 거의 대기압에 있는) 볼륨들(275)을 밀봉하기 위해 사용된다. 인터페이스 부재들(280)이 지지 부재들(136)로부터 연장되는 것으로 도시되며, 패스너들(285)이 유전체 플레이트들(138)을 밀봉부들(265) 및 셸프들(270)에 대해 고정, 즉 푸시하기 위해 활용된다. 밀봉부들(265)은 또한, 천공된 타일들(134)의 외부 둘레와 지지 부재들(136) 사이의 공간을 밀봉하기 위해 활용될 수 있다.
[0036] 샤워헤드(124)/플라즈마 소스(128)를 위한 재료들은 전기적 특성들, 강도 및 화학적 안정성 중 하나 이상에 기반하여 선정된다. 코일들(130)은 전기 전도성 재료로 제조된다. 배킹 플레이트(122) 및 지지 부재들(136)은, 금속 또는 다른 유사한 재료를 포함할 수 있는, 대기압 하중 및 지지되는 컴포넌트들의 중량을 지지할 수 있는 재료로 제조된다. 배킹 플레이트(122) 및 지지 부재들(136)은 비-자성 재료(예컨대, 비-상자성 또는 비-강자성 재료), 이를테면 알루미늄 재료로 제조될 수 있다. 커버 플레이트들(222)은 또한, 비-자성 재료, 이를테면 금속성 재료, 이를테면 알루미늄으로 형성된다. 천공된 타일들(134)은 세라믹 재료, 이를테면 석영, 알루미나 또는 다른 유사한 재료로 제조된다. 유전체 플레이트들(138)은 석영, 알루미나 또는 사파이어 재료들로 제조된다.
[0037] 도 2b는 덮개 조립체(106)에서 발견되는 유전체 플레이트들(138) 상에 포지셔닝된 코일(130)의 일 실시예의 상부 평면도이다. 일 실시예에서, 도 2b에 도시된 코일(130) 구성은, 예시된 코일 구성이 유전체 플레이트들(138) 각각 위에 개별적으로 형성되고, 이에 따라, 각각의 평면형 코일들은 샤워헤드(124)에 걸쳐 원하는 패턴으로 인접하게 포지셔닝된 코일들(130)과 직렬로 연결되도록 사용될 수 있다. 코일(130)은 직사각형 나선형(spiral) 형상인 전도체 패턴(290)을 포함한다. 전기 연결들은 전기 입력 단자(295A) 및 전기 출력 단자(295B)를 포함한다. 샤워헤드(124)의 하나 이상의 코일들(130) 각각은 직렬로 그리고/또는 병렬로 연결된다.
[0038] 도 3a는 샤워헤드(124)의 페이스 플레이트(132)의 일 실시예의 저면 평면도이다. 위에서 설명된 바와 같이, 샤워헤드(124)는 하나 이상의 존들을 포함하도록 구성되며, 하나 이상의 존들 각각은 이러한 하나 이상의 존들 각각으로의 독립적으로 제어되는 가스 유동을 갖는다. 예컨대, 페이스 플레이트(132)는 중심 존(300A), 중간 존들(300B1 및 300B2), 및 외부 존들(300C1 및 300C2)을 포함한다.
[0039] 샤워헤드(124)는 중심 존(300A), 중간 존들(300B1 및 300B2), 및 외부 존들(300C1 및 300C2) 각각으로의 가스 유동을 제어하는 가스 분배 매니폴드(305)를 포함했다. 존들로의 가스 유동은 도 1에 도시된 유동 제어기들(142, 143 및 144)인 복수의 유동 제어기들(310)에 의해 제어된다. 유동 제어기들(310) 각각은 니들 밸브 또는 질량 유동 제어기일 수 있다. 유동 제어기들(310)은 또한, 가스 유동을 시작 또는 정지시키기 위한 다이어프램 밸브를 포함할 수 있다.
[0040] 도 3b는 샤워헤드(124)의 페이스 플레이트(132)의 다른 실시예의 부분 저면 평면도이다. 이 실시예에서, 천공된 타일들(134)은 커버 플레이트들(222)에 의해 지지된다. 패스너(250)가 천공된 커버 플레이트들(222)을 지지 부재들(136)에 고정시키기 위해 활용되며, 지지 부재들(136)은 이 도면에서 커버 플레이트들(222) 뒤에 있기 때문에 이 도면에서는 도시되지 않는다.
[0041] 도 4는 샤워헤드(124) 내에 형성된 가스 볼륨들(140) 내로의 가스 유동 주입 패턴을 예시하는, 샤워헤드(124)의 다른 실시예를 도시하는 개략적인 저면 평면도이다. 기판의 길이(400) 및 폭(405)이 샤워헤드(124)의 측면들 상에 도시된다. 가스 볼륨들(140)로의 전구체 유동은 화살표들(410)에 의해 표시된 바와 같이 단방향으로 또는 화살표들(415)에 의해 표시된 바와 같이 양방향으로 제공될 수 있다. 전구체 유동 제어는 유동 제어기들(142, 143 및 144)(도 1에 도시됨)에 의해 제공될 수 있다. 추가하여, 가스 유동 존들, 이를테면 에지 존들(420), 코너 존들(425), 및 중심 존(430)이 유동 제어기들(142, 143 및 144)(도 1에 도시됨)에 의해 제공될 수 있다. 가스 볼륨들(140) 및/또는 존들 각각으로의 전구체들의 유량들은, 개구들(220), 개구들(230) 및 유동 제한기(215)(모두, 도 2a에 도시됨) 중 하나 또는 이들의 조합의 사이즈들을 변화시킴으로써 조정될 수 있다.
[0042] 가스 볼륨들(140) 각각으로의 유량들은 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 가스 볼륨들(140)로의 유량들은 도 1에 도시된 질량 유동 제어기들(142, 143 및 144)에 의해 제어될 수 있다. 가스 볼륨들(140)로의 유량들은 추가적으로, 위에서 설명된 바와 같이 유동 제한기들(215)의 사이징에 의해 제어될 수 있다. 프로세싱 구역(126)으로의 유량들은 천공된 타일들(134)에 있는 개구들(220)의 사이즈뿐만 아니라 커버 플레이트들(222)에 있는 개구들(230)의 사이즈에 의해 제어될 수 있다. 가스 볼륨들(140) 내로의 양방향 유동 또는 단방향 유동은, 필요에 따라, 프로세싱 구역(126)에 충분한 가스 유동을 제공하기 위해 활용된다.
[0043] 가스 유동을 제어하기 위한 방법들은 1) 질량 유동 제어기들(142, 143 및 144)과 상이한 유량들을 사용하는 멀티-존(중심/에지/코너/임의의 다른 존) 제어; 2) 상이한 오리피스 사이즈(유동 제한기들(215)의 사이즈들)에 의한 유동 제어; 3) 가스 볼륨들(140) 내로의 유동 방향 제어(단방향 또는 양방향); 및 4) 천공된 타일들(134)에 있는 개구들(220)의 사이즈, 천공된 타일들(134)에 있는 개구들(220)의 수 및/또는 천공된 타일들(134)에 있는 개구들(220)의 위치들에 의한 유동 제어를 포함한다. 본원에서 설명되는 바와 같은 샤워헤드(124)에 의해 제공되는 가스들의 질량 유량들은 불균일성 퍼센티지(NU%)를 약 280 퍼센트만큼(예컨대, 57% 불균일성(종래 기술)으로부터 약 15% 불균일성으로) 개선한다.
[0044] 도 5는 도 1에 도시된 단면선에서 본 지지 프레임(500)의 저면 단면도이다. 지지 프레임(500)은 복수의 지지 부재들(136)로 구성된다. 도 5의 도면에서의 지지 프레임(500)은 유동 제한기들(215)의 다양한 직경들(오리피스 사이즈들)을 드러내는 도관들(205)의 섹션을 따라 절단된다. 일 실시예에서, 유동 제한기들(215) 각각의 다양한 오리피스들은 원하는 가스 유동 특성들에 기반하여 변경되거나 또는 구성될 수 있다.
[0045] 이 실시예에서의 유동 제한기들(215) 각각은 제1 직경 부분(505), 제2 직경 부분(510), 및 제3 직경 부분(515)을 포함한다. 제1 직경 부분(505), 제2 직경 부분(510), 및 제3 직경 부분(515)의 직경들 각각은 상이하거나 또는 동일하다. 직경들 각각은 샤워헤드(124)에 대한 원하는 유동 특성들에 기반하여 선정될 수 있다. 일 실시예에서, 여기서 제1 직경 부분(505)은 가장 작은 직경을 갖고, 여기서 제3 직경 부분(515)은 가장 큰 직경을 가지며, 제2 직경 부분(510)은 제1 직경 부분(505)의 직경과 제3 직경 부분(515)의 직경 사이의 직경을 갖는다. 도시된 실시예에서, 제1 직경 부분(505)을 갖는 복수의 유동 제한기들(215)이 지지 프레임(500)의 중심 부분에 도시되는 한편, 제3 직경 부분(515)을 갖는 복수의 유동 제한기들(215)은 지지 프레임(500)의 외부 부분에 도시된다.
[0046] 추가적으로, 제2 직경 부분(510)을 갖는 복수의 유동 제한기들(215)이 중심 부분과 외부 부분 사이의 중간 존에 도시된다. 다른 실시예들에서, 제1 직경 부분(505), 제2 직경 부분(510), 및 제3 직경 부분(515)을 갖는 유동 제한기들(215)의 위치들은 도 5에 도시된 바와 같은 지지 프레임(500)의 부분들에서 반전될(reversed) 수 있다. 대안적으로, 제1 직경 부분(505), 제2 직경 부분(510), 및 제3 직경 부분(515)을 갖는 유동 제한기들(215)은 가스 볼륨들(140)을 통한 제어 및 원하는 특성들에 따라 지지 프레임(500)의 다양한 부분들에 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 샤워헤드(124)에 걸친 균일한 가스 유동이 바람직할 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 샤워헤드(124)의 가스 볼륨들(140) 각각으로의 가스 유동은 균일하지 않을 수 있다. 불균일한 가스 유동은 프로세싱 챔버(100)의 어떤 물리적 구조(들) 및/또는 기하학적 구조에 기인할 수 있다. 예컨대, 샤워헤드(124)의 다른 부분들에서의 가스 유동과 비교할 때, 이송 포트(114)(도 1에 도시됨)에 인접한, 샤워헤드(124)의 부분들에서 더 많은 가스 유동을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
[0047] 도 6은 본원에서 설명되는 바와 같은 샤워헤드(124)와 함께 사용될 수 있는 유입구(200)의 일 실시예의 개략적인 단면도이다. 유입구(200)는 도 2a에서 설명된 바와 같은 유동 제한기(215)를 포함하는 도관(205)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 유동 제한기(215)의 배출구 개구(210)의 직경(600)은 약 1.4 mm(millimeter) 내지 약 1.6 mm의 제1 사이즈(605A)를 포함한다. 다른 실시예들에서, 유동 제한기(215)의 배출구 개구(210)의 직경(600)은 약 1.9 mm 내지 약 2.1 mm의 제2 사이즈(605B)를 포함한다. 배출구 개구(210)의 직경(600)은 샤워헤드(124)의 치수들(예컨대, 길이/폭)에 걸쳐 변한다. 예컨대, 제1 사이즈(605A)를 갖는 유동 제한기들(215)은 위의 도 3a에서 설명된 바와 같이 중심 존(300A)에서 활용될 수 있다. 제2 사이즈(605B)를 갖는 유동 제한기들(215)은, 위의 도 3a에서 설명된 바와 같은 중심 존(300A) 이외의, 샤워헤드(124)의 존들(예컨대, 중간 존들(300B1 및 300B2), 및 외부 존들(300C1 및 300C2))에서 활용될 수 있다. 추가하여, 유동 제한기(215)는 샤워헤드(124) 내에서 상이할 수 있는 길이(610)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 길이(610)는 약 11 mm 내지 약 12 mm일 수 있는 제1 길이(615A)를 포함한다. 다른 실시예들에서, 유동 제한기(215)의 길이(610)는 약 22 mm 내지 약 24 mm의 제2 길이(615B)를 포함한다. 제1 길이(615A)를 갖는 유동 제한기들(215)은 위의 도 3a에서 설명된 바와 같은 중심 존(300A)에서 활용될 수 있다. 제2 길이(615B)를 갖는 유동 제한기들(215)은, 위의 도 3a에서 설명된 바와 같은 중심 존(300A) 이외의, 샤워헤드(124)의 존들(예컨대, 중간 존들(300B1 및 300B2), 및 외부 존들(300C1 및 300C2))에서 활용될 수 있다. 위에서 설명된 바와 같은 "사이즈들" 및/또는 "길이들"과 관련하여 "약"이라는 용어는 +/- 0.01 mm이다.
[0048] 도 7a 및 도 7b는 본원에서 설명되는 바와 같은 샤워헤드(124)에 활용될 수 있는 천공된 타일들(134) 중 하나의 천공된 타일의 일 실시예의 다양한 도면들이다. 도 7a는 커버 플레이트(222)(도 2a에 도시됨)를 향하는 천공된 타일(134)의 제1 표면(700)의 저면 평면도이다. 도 7b는 천공된 타일(134)에 형성된 개구들(218) 중 하나의 개구의 개략적인 단면도이다.
[0049] 천공된 타일(134)은 알루미나(Al2O3)와 같은 세라믹 재료로 제조된 바디(705)를 포함한다. 바디(705)는 제1 표면(700) 및 제1 표면(700)에 대향하는 제2 표면(710)(도 7b에 도시됨)을 포함한다. 제1 표면(700)과 제2 표면(710)은 일반적으로 평행하다. 적어도 제2 표면(710)은 (GD&T(geometric dimensioning and tolerancing)에 의해 정의된 엔지니어링 공차들에 따라) 약 0.005 인치 이하의 평탄도를 갖는다. 바디(705)의 주변 에지(720)는 제1 표면(700)과 제2 표면(710) 사이에 형성된 복수의 개구들(218)을 포함한다.
[0050] 제1 표면(700)은 바디(705)의 주변 에지(720)와 제1 표면(700) 사이에서 인터페이싱하는 리세스된 표면(715)을 포함한다. 리세스된 표면(715)은 전이 구역(725)을 포함한다. 전이 구역(725)은, 제1 표면(700)의 에지에서 시작하여 바디(705)의 주변 에지(720)까지 연장되는 급격한 견부(sharp shoulder) 또는 베벨일 수 있다. 전이 구역(725)은 둥근 코너들(730)을 포함한다. 바디(705)의 주변 에지(720)는 정사각형 코너들(735)을 포함한다.
[0051] 복수의 개구들(218) 중 하나가 도 7b에 도시된다. 개구(218)는 제2 표면(710)에 형성된 유입구 홀 또는 제1 홀(740)을 포함한다. 개구(218)는 또한, 제1 표면(700)에 형성된 배출구 홀 또는 제2 홀(745)을 포함한다. 제1 홀(740) 및 제2 홀(745)은 계단형 홀(750)에 의해 유체적으로 연결된다. 제1 홀(740) 및 제2 홀(745) 각각은 플레어형 측벽(755)을 포함한다. 플레어형 측벽들(755)은 약 90도(예컨대, 표면들(700 및 710)의 평면으로부터 약 45도)의 각도(α)를 포함할 수 있다.
[0052] 계단형 홀(750)은 제1 오리피스(760) 및 제2 오리피스(765)를 포함한다. 제1 오리피스(760)는 직경(770)을 포함하고, 제2 오리피스(765)는 직경(775)을 포함한다. 직경(775)은 직경(770)보다 더 크다. 제1 오리피스(760)와 제2 오리피스(765) 사이에 플레어형 섹션(780)이 제공된다. 플레어형 섹션(780)은 약 90도의 각도(α)를 포함한다. 직경(770)은 약 0.017 인치 내지 약 0.018 인치일 수 있다.
[0053] 본 개시내용의 실시예들은 샤워헤드를 위한 방법 및 장치, 그리고 대면적 기판 상에 하나 이상의 막 층들을 형성할 수 있는, 샤워헤드를 갖는 플라즈마 증착 챔버를 포함한다. 가스(또는 전구체) 유동뿐만 아니라 플라즈마 균일성은, 개별적인 천공된 타일들(134), 천공된 타일들(134) 중 특정 천공된 타일들에 전용되는 코일(130) 및/또는 유동 제어기들(142, 143 및 144)의 구성들의 조합에 의해 제어될뿐만 아니라, 유동 제한기들(215)의 사이즈들 및/또는 포지션들을 변화시킴으로써 제어된다.
[0054] 전술된 내용이 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 그리고 추가적인 실시예들이 본 개시내용의 기본적인 범위를 벗어나지 않으면서 안출될 수 있으며, 본 개시내용의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 플라즈마 증착 챔버로서,
    복수의 지지 부재들 중 하나 이상에 각각 커플링된 복수의 천공된 타일들을 갖는 샤워헤드;
    복수의 유전체 플레이트들 ―상기 복수의 유전체 플레이트들 중 하나는 상기 복수의 천공된 타일들 중 하나에 대응함―; 및
    복수의 유도 결합기들
    을 포함하며,
    상기 복수의 유도 결합기들 중 하나의 유도 결합기는 상기 복수의 유전체 플레이트들 중 하나에 대응하며, 상기 지지 부재들은 상기 유도 결합기들과 상기 천공된 타일들 사이에 형성된 볼륨에 전구체 가스들을 제공하는 복수의 유입구들을 포함하며, 상기 유입구들 각각은 상기 샤워헤드에 걸쳐 변하는 직경을 포함하는 유동 제한기를 갖는,
    플라즈마 증착 챔버.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 유입구들 각각은 제1 직경 및 제2 직경을 갖는 도관을 포함하는,
    플라즈마 증착 챔버.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 유동 제한기들 각각은 상기 샤워헤드에 걸쳐 변하는 길이를 포함하는,
    플라즈마 증착 챔버.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 유도 결합기들 각각과 연관된 유전체 플레이트를 더 포함하며, 상기 유전체 플레이트는 상기 볼륨의 일 측을 한정(bounding)하는,
    플라즈마 증착 챔버.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 천공된 타일들 및 상기 복수의 지지 부재들 각각은 인터페이스 부분을 포함하는,
    플라즈마 증착 챔버.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 천공된 타일들 각각 주위에 포지셔닝된 커버 플레이트를 더 포함하는,
    플라즈마 증착 챔버.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 커버 플레이트는 내부에 형성된 개구들을 포함하는,
    플라즈마 증착 챔버.
  8. 제7 항에 있어서,
    각각의 천공된 타일은 상기 커버 플레이트에 형성된 상기 개구들과 정렬되는 개구들을 포함하는,
    플라즈마 증착 챔버.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 샤워헤드는, 중심 존, 상기 중심 존에 인접한 중간 존, 및 상기 중간 존에 인접한 외부 존들을 포함하는 이산 가스 전달 존들로 분할되는,
    플라즈마 증착 챔버.
  10. 플라즈마 증착 챔버를 위한 샤워헤드로서,
    복수의 제1 지지 표면들 및 복수의 제2 지지 표면들을 포함하는 지지 부재 ―상기 복수의 제1 지지 표면들은 제1 방향으로 상기 복수의 제2 지지 표면들로부터 제1 거리에 배치됨―;
    복수의 천공된 타일들 및 복수의 유전체 플레이트들을 포함하는 복수의 가스 전달 조립체들 ―상기 복수의 가스 전달 조립체들 각각은,
    상기 복수의 제1 지지 표면들 중의 제1 지지 표면 상에 배치된 천공된 타일; 및
    상기 복수의 제2 지지 표면들 중의 제2 지지 표면 상에 배치된 유전체 플레이트를 포함하며,
    상기 유전체 플레이트의 표면과 상기 천공된 타일의 표면 사이에 가스 볼륨이 정의됨―;
    상기 복수의 가스 전달 조립체들의 가스 볼륨에 전구체 가스들을 제공하는 복수의 유입구들 ―상기 유입구들 각각은 상기 샤워헤드에 걸쳐 변하는 길이를 포함하는 유동 제한기를 가짐―; 및
    상기 샤워헤드 내에서 상기 복수의 가스 전달 조립체들 중 하나 이상 위에 배치된 코일
    을 포함하는,
    플라즈마 증착 챔버를 위한 샤워헤드.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 유입구들 각각은 제1 직경 및 제2 직경을 갖는 도관을 포함하는,
    플라즈마 증착 챔버를 위한 샤워헤드.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 유동 제한기들 각각은 상기 샤워헤드에 걸쳐 변하는 직경을 포함하는,
    플라즈마 증착 챔버를 위한 샤워헤드.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 유전체 플레이트는 상기 가스 볼륨의 일 측을 한정하는,
    플라즈마 증착 챔버를 위한 샤워헤드.
  14. 제10 항에 있어서,
    상기 복수의 천공된 타일들 및 상기 지지 부재 각각은 인터페이스 부분을 포함하는,
    플라즈마 증착 챔버를 위한 샤워헤드.
  15. 제10 항에 있어서,
    상기 천공된 타일들 각각 주위에 포지셔닝된 커버 플레이트를 더 포함하는,
    플라즈마 증착 챔버를 위한 샤워헤드.
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