KR20220127895A - 트렌치 프로파일 최적화를 위한 멀티 존 가스 분배 플레이트 - Google Patents

트렌치 프로파일 최적화를 위한 멀티 존 가스 분배 플레이트 Download PDF

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Abstract

기판 프로세싱 시스템을 위한 가스 분배 디바이스는 제 1 홀 및 복수의 제 2 홀들을 포함하는 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 포함한다. 하부 플레이트는 하부 플레이트의 상부 표면 및 상부 플레이트의 하부 표면 중 하나에 형성된 리세스된 영역을 포함한다. 리세스된 영역은 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이에 플레넘 볼륨을 규정한다. 하부 플레이트는 리세스된 영역 내에 위치된 상승된 펜스를 더 포함한다. 펜스는 플레넘 볼륨을 제 1 플레넘 및 제 2 플레넘으로 분리하고, 제 1 플레넘은 제 1 홀과 유체 연통하고, 제 2 플레넘은 복수의 제 2 홀들과 유체 연통한다.

Description

트렌치 프로파일 최적화를 위한 멀티 존 가스 분배 플레이트
본 개시는 기판 프로세싱 시스템들의 프로세싱 챔버 내로 프로세스 가스들을 주입하기 위한 가스 분배 디바이스에 관한 것이다.
본 명세서에 제공된 배경기술 기술 (description) 은 본 개시의 맥락을 일반적으로 제시할 목적이다. 이 배경기술 섹션에 기술된 정도의 본 명세서에 명명된 발명자들의 업적, 뿐만 아니라 출원 시 종래 기술로서 달리 인증되지 않을 수도 있는 본 기술의 양태들은 본 개시에 대한 종래 기술로서 명시적으로나 암시적으로 인정되지 않는다.
기판 프로세싱 시스템들은 반도체 웨이퍼들과 같은 기판들의 에칭, 증착, 및/또는 다른 처리를 수행하도록 사용될 수도 있다. 기판 상에서 수행될 수도 있는 예시적인 프로세스들은 이로 제한되는 것은 아니지만, PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) 프로세스, CEPVD (chemically enhanced plasma vapor deposition) 프로세스, 스퍼터링 PVD (physical vapor deposition) 프로세스, 이온 주입 프로세스, 및/또는 다른 에칭 (예를 들어, 화학적 에칭, 플라즈마 에칭, 반응성 이온 에칭, 등) 프로세스, 증착 프로세스, 및 세정 프로세스를 포함한다.
기판은 기판 프로세싱 시스템의 프로세싱 챔버 내의 페데스탈, 정전 척 (ESC), 등과 같은 기판 지지부 상에 배치될 수도 있고, 하나 이상의 프로세스 가스들을 포함하는 가스 혼합물이 프로세싱 챔버 내로 도입될 수도 있다. 예를 들어, 플라즈마-기반 에칭 프로세스들 동안, 하나 이상의 전구체들을 포함하는 가스 혼합물이 프로세싱 챔버 내로 도입되고 플라즈마가 기판을 에칭하도록 스트라이킹된다 (strike).
관련 출원들에 대한 교차 참조
본 출원은 2020년 1월 13일에 출원된 미국 특허 가출원 번호 제 62/960,390 호의 이익을 주장한다. 상기 참조된 출원의 전체 개시는 참조로서 본 명세서에 인용된다.
기판 프로세싱 시스템을 위한 가스 분배 디바이스는 제 1 홀 및 복수의 제 2 홀들을 포함하는 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 포함한다. 하부 플레이트는 하부 플레이트의 상부 표면 및 상부 플레이트의 하부 표면 중 하나에 형성된 리세스된 영역을 포함한다. 리세스된 영역은 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이에 플레넘 볼륨을 규정한다. 하부 플레이트는 리세스된 영역 내에 위치된 상승된 펜스를 더 포함한다. 펜스는 플레넘 볼륨을 제 1 플레넘 및 제 2 플레넘으로 분리하고, 제 1 플레넘은 제 1 홀과 유체 연통하고 (fluid communication), 그리고 제 2 플레넘은 복수의 제 2 홀들과 유체 연통한다.
다른 특징들에서, 상부 플레이트는 리셉터클 (receptacle) 을 포함하고, 그리고 제 1 홀 및 복수의 제 2 홀들은 리셉터클 내에 위치된다. 리셉터클은 제 1 채널 및 제 2 채널을 포함하는 중앙 주입기를 수용하도록 구성된다. 가스 분배 디바이스는 중앙 주입기를 더 포함하고, 제 1 홀은 리셉터클 내에 중심에 위치되고, 그리고 제 1 채널은 제 1 홀과 정렬되고 제 1 홀과 유체 연통한다. 제 2 채널은 복수의 제 2 홀들과 정렬되고 복수의 제 2 홀들과 유체 연통하는 환형 하단 부분을 포함한다.
다른 특징들에서, 제 1 홀은 상부 플레이트의 중심에 위치되고 복수의 제 2 홀들은 제 1 홀의 방사상 외측에 위치된다. 제 1 홀의 면적은 복수의 제 2 홀들의 전체 면적과 실질적으로 동일하다. 제 1 플레넘 및 제 2 플레넘은 동일 평면 상에 있다. 펜스의 높이는 리세스된 영역을 둘러싸는 하부 플레이트 및 상부 플레이트 중 대응하는 하나의 외측 부분의 높이와 동일하다.
다른 특징들에서, 제 1 플레넘은 제 1 복수의 로브들 (lobes) 을 포함하고, 펜스는 제 2 복수의 로브들을 포함하고, 그리고 제 2 복수의 로브들 각각은 제 1 복수의 로브들의 각각의 로브를 둘러싼다. 제 1 플레넘은 4 개의 로브들을 포함하는 클로버 잎 형상을 갖는다. 제 2 플레넘은 펜스의 제 2 복수의 로브들의 인접한 쌍들 사이에 위치된 제 3 복수의 로브들을 포함한다. 펜스는 제 2 복수의 로브들의 인접한 쌍들을 연결하고 제 1 복수의 로브들의 인접한 쌍들 사이에서 내측으로 돌출하는 스위치 백들을 포함한다. 스위치 백들은 제 3 복수의 로브들 각각의 플로우 채널들을 규정한다. 플로우 채널들은 제 1 복수의 로브들의 인접한 쌍들과 제 2 복수의 로브들의 인접한 쌍들 사이의 제 3 복수의 로브들의 각각의 로브 내로 방사상 외측으로 연장된다. 플로우 채널들의 방사상 내측 단부들은 제 2 복수의 홀들과 정렬된다.
다른 특징들에서, 하부 플레이트는 제 1 플레넘으로부터 하부 플레이트의 하부 표면으로 연장되는 제 1 복수의 홀들 및 제 2 플레넘으로부터 하부 플레이트의 하부 표면으로 연장되는 제 2 복수의 홀들을 포함한다. 제 2 복수의 홀들은 제 1 복수의 홀들의 방사상 외측에 위치된다.
기판 프로세싱 시스템을 위한 가스 분배 디바이스는 제 1 홀 및 복수의 제 2 홀들을 포함하는 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 포함한다. 하부 플레이트는 하부 플레이트의 상부 표면 및 상부 플레이트의 하부 표면 중 하나에 형성된 리세스된 영역을 포함한다. 리세스된 영역은 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이에 플레넘 볼륨을 규정한다. 하부 플레이트는 리세스된 영역 내에 위치된 복수의 홈들 및 복수의 홈들의 각각의 홈에 위치된 복수의 시일링 (sealing) 부재들을 더 포함한다. 복수의 시일링 부재들은 플레넘 볼륨을 제 1 플레넘 및 복수의 제 2 플레넘들로 분리하고, 제 1 플레넘은 제 1 홀과 유체 연통하고, 그리고 복수의 제 2 플레넘들은 복수의 제 2 홀들과 유체 연통한다.
다른 특징들에서, 시일링 부재들은 O-링들이다.
본 개시의 추가 적용 가능 영역들은 상세한 기술 (description), 청구항들 및 도면들로부터 자명해질 것이다. 상세한 기술 및 구체적인 예들은 단지 예시의 목적들을 위해 의도되고, 본 개시의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.
본 개시는 상세한 기술 및 첨부된 도면들로부터 보다 완전히 이해될 것이다.
도 1은 본 개시의 원리들에 따른 예시적인 기판 프로세싱 시스템의 기능적 블록도이다.
도 2는 본 개시의 원리들에 따른 2 개의 가스 분배 존들을 포함하는 예시적인 가스 분배 디바이스이다.
도 3a 및 도 3b는 본 개시의 원리들에 따른 가스 분배 디바이스의 예시적인 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 본 개시의 원리들에 따른 가스 분배 디바이스의 또 다른 예시적인 하부 플레이트를 도시한다.
도면들에서, 참조 번호들은 유사한 그리고/또는 동일한 엘리먼트들을 식별하기 위해 재사용될 수도 있다.
기판 프로세싱 시스템들에서, 하나 이상의 프로세스 가스들을 포함하는 가스 혼합물은 가스 분배 디바이스를 사용하여 프로세싱 챔버 내로 도입될 수도 있다. 일부 예들에서, 가스 분배 디바이스는 (예를 들어, 가스들을 분배하기 위해 노즐 및/또는 방향 전환기 (diverter) 를 사용하여) 프로세싱 챔버 내로 가스들을 주입하도록 구성된 중심에 위치된 가스 주입기를 포함한다. 다른 예들에서, 가스 분배 디바이스는 플레넘을 규정하는 샤워헤드를 포함한다. 가스들은 플레넘으로 공급되고, 샤워헤드의 기판-대면 표면 또는 샤워헤드의 대면 플레이트에 배치된 복수의 홀들을 통해 플레넘으로부터 프로세싱 챔버 내로 흐른다. 홀들이 샤워헤드의 상이한 배열들 또는 존들에 제공될 수도 있지만, 가스들의 분배는 중앙 주입 지점으로부터 홀들의 각각의 거리들에 따라 바이어스될 수도 있다.
본 개시에 따른 가스 분배 디바이스 또는 플레이트는 2 개 이상의 가스 분배 존들을 포함한다. 예를 들어, 가스 분배 디바이스는 2 개의 플레이트들 (예를 들어, 상부 플레이트 및 하부 플레이트) 및 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이에 규정된 플레넘 볼륨을 포함한다. 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이의 계면은 플레넘 볼륨을 제 1 플레넘들 및 제 2 플레넘들로 분리하도록 구성된다. 가스들은 상부 플레이트를 통해 플레넘들 내로 도입된다. 예를 들어, 중앙 주입기는 상부 플레이트의 각각의 홀들을 통해 플레넘들 내로 가스들을 분리하여 공급하도록 구성된다. 계면은 제 1 플레넘들 및 제 2 플레넘들 내에서 가스들의 분리를 유지한다.
예를 들어, 계면은 하부 플레이트의 상부 표면에 형성된 상승된 영역 또는 리세스된 영역에 대응할 수도 있다. 반대로, 상부 플레이트의 하부 표면은 실질적으로 편평할 수도 있다. 따라서, 하부 플레이트의 상부 표면의 리세스된 영역들은 플레넘들을 규정한다. 일부 예들에서, 리세스된 영역들은 상부 플레이트의 하부 표면에 형성되고 하부 플레이트의 상부 표면은 실질적으로 편평하다.
또 다른 예에서, 플레넘 볼륨은 하부 플레이트의 상부 표면 또는 상부 플레이트의 하부 표면에 형성된 단일 리세스된 영역에 대응할 수도 있다. 이 예에서, 리세스된 영역은 각각의 존들을 규정하는 복수의 홈들 및 홈들 내에 배치된 각각의 O-링들을 포함할 수도 있다. O-링들은 홈들에 의해 규정된 각각의 존들 내에서 가스들의 분리를 유지한다.
이제 도 1을 참조하면, (예를 들어, 무선 주파수, 또는 RF, 플라즈마를 사용하여) 증착 및 에칭을 포함하지만 이에 제한되지 않는 프로세스들을 수행하기 위한 예시적인 기판 프로세싱 시스템 (100) 이 도시된다. 기판 프로세싱 시스템 (100) 은 기판 프로세싱 시스템 (100) 의 다른 컴포넌트들을 둘러싸는 프로세싱 챔버 (102) 를 포함한다. 기판 프로세싱 시스템 (100) 은 상부 전극 (104) 및 정전 척 (electrostatic chuck; ESC) 과 같은 기판 지지부 (106) 를 포함한다. 동작 동안, 기판 (108) 이 기판 지지부 (106) 상에 배치된다.
단지 예를 들면, 상부 전극 (104) 은 프로세싱 챔버 (102) 내로 프로세스 가스들을 도입하고 분배하는 샤워헤드 (110) 와 같은 가스 분배 디바이스를 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 샤워헤드 (110) 는 프로세싱 챔버 (102) 의 상단 표면에 연결된 일 단부를 포함하는 스템 부분 (stem portion) (112) 을 포함할 수도 있다. 스템 부분 (112) 은 프로세스 가스들을 수용하고 샤워헤드 (110) 를 통해 프로세싱 챔버 (102) 로 프로세스 가스들을 공급하도록 구성된 중앙 주입기에 대응할 수도 있다.
샤워헤드 (110) 는 일반적으로 실린더형이고 프로세싱 챔버 (102) 의 상단 표면으로부터 이격되는 위치에서 스템 부분 (112) 의 반대편 단부로부터 방사상 외측으로 연장된다. 샤워헤드 (110) 의 기판-대면 표면 또는 샤워헤드 (110) 의 대면 플레이트는 프로세스 가스 또는 퍼지 가스가 흐르는 복수의 홀들을 포함한다. 다른 예들에서, 샤워헤드 (110) 는 프로세싱 챔버 (102) 의 상부 표면에 인접하게 또는 상부 표면 상에 배치될 수도 있다. 일부 예들에서, 샤워헤드 (110) 는 프로세싱 챔버 (102) 내에 통합될 수도 있고 그리고/또는 프로세싱 챔버 (102) 의 리드로서 기능할 수도 있다. 본 개시에 따른 샤워헤드 (110) 는 이하에 보다 상세히 기술된 바와 같이 2 개 이상의 가스 분배 존들을 포함한다.
기판 지지부 (106) 는 하부 전극으로서 작용하는 전도성 베이스플레이트 (114) 를 포함한다. 베이스 플레이트 (114) 는 세라믹 히팅 플레이트에 대응할 수도 있는 세라믹 층 (116) 을 지지한다. RF 생성 시스템 (120) 이 RF 전압을 생성하고, 상부 전극 (104) 및 하부 전극 (예를 들어, 기판 지지부 (106) 의 베이스 플레이트 (114)) 중 하나로 출력한다. 상부 전극 (104) 및 베이스플레이트 (114) 중 다른 하나는 DC 접지될 수도 있거나, AC 접지될 수도 있거나, 또는 플로팅할 수도 있다. 단지 예를 들면, RF 생성 시스템 (120) 은 매칭 및 분배 네트워크 (124) 에 의해 상부 전극 (104) 또는 베이스플레이트 (114) 에 피딩되는 RF 전압을 생성하는 RF 전압 생성기 (122) 를 포함할 수도 있다. 다른 예들에서, 플라즈마는 유도적으로 (inductively) 또는 리모트로 (remotely) 생성될 수도 있다.
본 명세서에 기술된 바와 같이, RF 생성 시스템 (120) 은 TCP (transformer coupled plasma) 시스템에 대응할 수도 있다. 다른 예들에서, 본 개시의 원리들은 CCP (capacitively coupled plasma) 시스템들, CCP 캐소드 시스템들, 리모트 마이크로파 플라즈마 생성 및 전달 시스템들, 등과 같은 다른 타입들의 기판 프로세싱 시스템들에서 구현될 수도 있다.
가스 전달 시스템 (130) 은 하나 이상의 가스 소스들 (132-1, 132-2, … 및 132-N) (집합적으로 가스 소스들 (132)) 을 포함하고, 여기서 N은 0보다 큰 정수이다. 가스 소스들 (132) 은 하나 이상의 전구체들 및 이들의 혼합물들을 공급한다. 가스 소스들 (132) 은 또한 퍼지 가스를 공급할 수도 있다. 기화된 전구체가 또한 사용될 수도 있다. 가스 소스들 (132) 은 밸브들 (134-1, 134-2, … 및 134-N) (집합적으로 밸브들 (134)) 및 질량 유량 제어기들 (mass flow controllers; MFCs) (136-1, 136-2, … 및 136-N) (집합적으로 질량 유량 제어기들 (136)) 에 의해 매니폴드 (140) 에 연결된다. 매니폴드 (140) 의 출력이 프로세싱 챔버 (102) 에 피딩된다. 단지 예를 들면, 매니폴드 (140) 의 출력은 샤워헤드 (110) 에 피딩된다.
밸브 (150) 및 펌프 (152) 가 프로세싱 챔버 (102) 로부터 반응 물질들을 배기한다. 시스템 제어기 (160) 가 기판 프로세싱 시스템 (100) 의 컴포넌트들을 제어한다. 로봇 (170) 이 기판 지지부 (106) 상으로 기판들을 전달하고, 기판 지지부 (106) 로부터 기판들을 제거한다. 예를 들어, 로봇 (170) 은 기판 지지부 (106) 와 로드 록 (172) 사이에서 기판들을 이송할 수도 있다. 별개의 제어기들로 도시되었지만, 온도 제어기 (142) 는 시스템 제어기 (160) 내에서 구현될 수도 있다.
도 2는 본 개시의 원리들에 따른 2 개의 가스 분배 존들을 포함하는 예시적인 가스 분배 디바이스 (200) (예를 들어, 샤워헤드) 를 도시한다. 가스 분배 디바이스는 2 개의 플레이트들 (예를 들어, 상부 플레이트 (204) 및 하부 플레이트 (208)) 및 상부 플레이트 (204) 와 하부 플레이트 (208) 사이에 규정된 플레넘 볼륨 (212) 을 포함한다. 상부 플레이트 (204) 와 하부 플레이트 (208) 사이의 (리세스된 영역 (216) 에 대응하는) 계면은 제 1 플레넘 및 제 2 플레넘 (도 2에 미도시) 으로 플레넘 볼륨 (212) 을 분리하도록 구성된다. 가스들은 중앙 주입기 (224) 를 사용하여 상부 플레이트 (204) 의 복수의 홀들 (220) 을 통해 플레넘 볼륨 (212) 내로 도입된다. 예를 들어, 상부 플레이트 (204) 는 중앙 주입기 (224) 를 수용하도록 구성된 소켓 또는 리셉터클 (receptacle) (226) 과 같은 리세스된 영역을 포함한다.
중앙 주입기 (224) 는 내부에 규정된 각각의 채널들을 통해 플레넘 볼륨 (212) 의 제 1 플레넘 및 제 2 플레넘 내로 가스들을 분리하여 공급하도록 구성된다. 예를 들어, 제 1 채널 (228) 은 복수의 홀들 (220) 의 제 1 홀 (예를 들어, 중심 홀) 을 통해 제 1 플레넘으로 가스들을 공급한다. 반대로, 제 2 채널 (232) 은 복수의 홀들 (220) 의 2 개 이상의 제 2 홀들 (예를 들어, 외측 홀들) 을 통해 제 2 플레넘으로 가스들을 공급한다. 예를 들어, 제 2 채널 (232) 은 복수의 홀들 (220) 과 유체 연통하고 (fluid communication) 정렬된 환형 하단 부분 (236) 을 포함한다.
리세스된 영역 (216) 은 제 1 플레넘 및 제 2 플레넘 내에서 가스들의 분리를 유지하도록 구성된 상승된 피처들 (도 2에 미도시; 이하에 보다 상세히 기술됨) 을 포함한다. 예를 들어, 리세스된 영역 (216) 은 하부 플레이트 (208) 의 상부 표면 (240) 에 형성되는 한편, 상부 플레이트 (204) 의 하부 표면 (244) 은 실질적으로 편평할 수도 있다. 다른 예들에서, 리세스된 영역 (216) 은 상부 플레이트 (204) 의 하부 표면 (244) 에 형성될 수도 있고 하부 플레이트 (208) 의 상부 표면 (240) 은 실질적으로 편평하다. 제 1 플레넘들 및 제 2 플레넘들에 공급된 가스들은 기판-대면 표면 (252) 또는 하부 플레이트 (208) 의 대면 플레이트 내의 복수의 홀들 (248) 을 통해 프로세싱 챔버 내로 흐른다.
이 예에서, 하부 플레이트 (208) 는 리세스된 영역 (216) 및 플레넘 볼륨 (212) 내에 규정된 제 1 플레넘 및 제 2 플레넘의 구성을 커스터마이징하도록 (customize) 제거 가능하고 교체 가능할 수도 있다. 즉, 상부 플레이트 (204) 의 홀들 (220) 의 위치들이 고정될 수도 있지만, 하부 플레이트 (208) 의 상이한 구성들은 제 1 플레넘 및 제 2 플레넘의 목표된 구성, 홀들 (248) 의 상이한 구성 및 플로우 패턴 등에 따라 선택되고 설치될 수도 있다. 일부 예들에서, 하부 플레이트 (208) 는 단일 가스 분배 존만을 규정하는 하부 플레이트로 대체될 수도 있다. 하부 플레이트 (208) 는 또한 마모로 인해 교체될 수도 있고 그리고/또는 수리를 위해 제거될 수도 있고, 재코팅 또는 재포장 (resurfacing) 등을 위해 제거될 수도 있다. 단지 예를 들면, 상부 플레이트 (204) 및 하부 플레이트 (208) 는 세라믹 (예를 들어, 알루미나, 석영, 등) 으로 구성될 수도 있고 하부 플레이트 (208) 는 이트리아-코팅될 수도 있다. 일부 예들에서, 하부 플레이트 (208) 는 하부 플레이트 (208) 와 프로세싱 챔버의 측벽들 사이에 배치된 캐리어 링 (미도시) 상에 지지될 수도 있다. 예를 들어, 하부 플레이트 (208) 는 전체 내용이 본 명세서에 인용된, 2020년 9월 21일에 출원된 미국 특허 가출원 번호 제 63/081,252 호에 기술된 바와 같이 캐리어 링 상에 지지될 수도 있다.
이제 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 개시에 따른 예시적인 상부 플레이트 (300) 및 하부 플레이트 (304) 가 도시된다. 상부 플레이트 (300) 의 상부 표면 (308) 은 중앙 주입기 (예를 들어, 도 2의 중앙 주입기 (224)) 를 수용하도록 구성된 소켓 또는 리셉터클 (312) 과 같은 리세스된 영역을 포함한다. 리셉터클 (312) 은 중앙 주입기 (224) 내에 규정된 각각의 채널들과 정렬된 복수의 개구부들 또는 홀들 (예를 들어, 홀들 (220) 에 대응함) 을 포함한다. 예를 들어, 리셉터클 (312) 은 제 1 채널 (228) 과 정렬된 중심 홀 (316) 및 제 2 채널 (232) 의 환형 하단 부분 (236) 과 정렬된 복수의 외측 홀들 (320) (예를 들어, 중심 홀 (316) 의 방사상으로 외측에 위치됨) 을 포함한다. 이러한 방식으로, 제 1 채널 (228) 을 통해 공급된 가스들은 중심 홀 (316) 을 통해 상부 플레이트 (300) 를 통해 흐르고 제 2 채널 (232) 을 통해 공급된 가스들은 외측 홀들 (320) 을 통해 상부 플레이트 (300) 를 통해 흐른다. 중심 홀 (316) 을 통한 가스들의 플로우가 외측 홀들 (320) 을 통한 가스들의 플로우와 실질적으로 동일하도록 중심 홀 (316) 의 면적은 외측 홀들 (320) 의 전체 면적과 실질적으로 동일할 수도 있다 (예를 들어, 전체 면적의 +/- 5 ％ 이내).
하부 플레이트 (304) 의 상부 표면 (324) 은 리세스된 영역 (328) 을 포함한다. 리세스된 영역 (328) 은 상부 플레이트 (300) 와 하부 플레이트 (304) 사이에 플레넘 볼륨 (332) 을 규정한다. 상승된 패턴 또는 피처 (예를 들어, "펜스") (336) 는 플레넘 볼륨 (332) 을 각각의 내측 존 및 외측 존에 대응하는 제 1 (예를 들어, 내측) 플레넘 (340) 및 제 2 (예를 들어, 외측) 플레넘 (344) 으로 분리하도록 구성된다. 제 1 플레넘 (340) 및 제 2 플레넘 (344) 은 동일 평면 상에 있다. 예를 들어, 펜스 (336) 의 높이는 하부 플레이트 (304) 의 외측 부분 (348) 의 높이와 동일할 수도 있다. 이에 따라, 펜스 (336) 및 외측 부분 (348) 은 제 1 플레넘 (340) 과 제 2 플레넘 (344) 사이의 가스들의 누설을 방지하도록 상부 플레이트 (300) 의 하부 표면 (352) 과 콘택트한다. 즉, 펜스 (336) 는 제 1 플레넘 (340) 과 제 2 플레넘 (344) 사이에 배리어를 규정한다.
제 1 플레넘 (340) 은 중심 홀 (316) 및 제 1 채널 (228) 과 유체 연통한다. 반대로, 제 2 플레넘 (344) 은 복수의 외측 홀들 (320) 및 제 2 채널 (232) 과 유체 연통한다. 펜스 (336) 는 제 1 플레넘 (340) 및 제 2 플레넘 (344) 에 각각 공급된 가스들의 분리를 유지한다. 제 1 플레넘 (340) 에 공급된 가스는 제 1 복수의 홀들 (356) 을 통해 프로세싱 챔버 내로 흐른다. 제 2 플레넘 (344) 에 공급된 가스는 제 2 복수의 홀들 (360) 을 통해 프로세싱 챔버 내로 흐른다.
하부 플레이트 (304) 는 리세스된 영역 (328), 펜스 (336), 제 1 플레넘 (340), 및/또는 제 2 플레넘 (344) 의 구성을 커스터마이징하도록 제거 가능하고 교체 가능할 수도 있다. 즉, 상부 플레이트 (300) 의 홀들 (316 및 320) 의 위치들이 고정될 수도 있지만, 하부 플레이트 (304) 의 상이한 구성들은 제 1 플레넘 (340) 및 대응하는 제 1 복수의 홀들 (356) 및 제 2 플레넘 (344) 및 대응하는 제 2 복수의 홀들 (360) 의 목표된 구성들에 따라 선택되고 설치될 수도 있다.
단지 예를 들면, 도시된 바와 같이, 제 1 플레넘 (340) 은 펜스 (336) 의 각각의 로브들 (lobes) (368) 에 의해 둘러싸인 4 개의 사분면들 (예를 들어, 로브들 (364)) 을 포함하는 클로버 잎 패턴을 갖는다. 제 1 플레넘 (340) 내로 (예를 들어, 중심 홀 (316) 과 정렬된 위치 (370) 에서) 공급된 가스는 각각의 로브들 (364) 내로 외측으로 흐른다. 반대로, 제 2 플레넘 (344) 은 펜스 (336) 의 로브들 (368) 의 각각의 인접한 쌍들 사이에 위치된 4 개의 사분면들 또는 로브들 (372) 을 포함한다. 펜스 (336) 의 로브들 (368) 의 인접한 쌍들은 제 2 플레넘 (344) 의 로브들 (372) 의 각각의 플로우 채널들 (380) 을 규정하는 내측으로 돌출하는 구불구불한 경로들 (376) (예를 들어, 스위치 백들) 에 의해 연결된다. 플로우 채널들 (380) 은 펜스 (336) 의 로브들 (368) 중 인접한 로브들 사이에서 제 2 플레넘 (344) 의 로브들 (372) 로부터 방사상 내측으로 연장된다 (또는, 하부 플레이트 (304) 의 중심 영역으로부터 방사상 외측으로 연장된다). 제 2 플레넘 (344) 내로 공급된 가스 (예를 들어, 외측 홀들 (320) 각각과 정렬된 위치들 (382)) 는 플로우 채널들 (380) 을 통해 각각의 로브들 (372) 내로 방사상 외측으로 흐른다.
도시된 바와 같이, 제 1 플레넘 (340) 이 펜스 (336) 의 4 개의 로브들 (368) 에 의해 둘러싸인 4 개의 로브들 (364) 을 포함하지만, 다른 예들에서 하부 플레이트 (324) 는 보다 적은 (예를 들어, 2 개 또는 3 개) 또는 보다 많은 (예를 들어, 5 개 이상) 의 로브들 (364 및 368) 을 포함할 수도 있다. 이에 따라, 하부 플레이트 (324) 는 보다 적은 (예를 들어, 2개 또는 3개) 또는 보다 많은 (예를 들어, 5 개 이상) 의 로브들 (372), 구불구불한 경로들 (376), 플로우 채널들 (380), 등을 포함할 수도 있다.
이러한 방식으로, 리세스된 영역 (328) 은 제 1 플레넘 (340) 및 제 2 플레넘 (344) 에 각각 대응하는 2 개의 별개의 가스 분배 존들 (예를 들어, 방사상으로 내측 존 및 방사상으로 외측 존) 을 규정한다. 가스가 중앙으로 (예를 들어, 중앙 주입기 (224) 를 통해) 공급되지만, 가스는 제 1 플레넘 (340) 및 제 2 플레넘 (344) 전체에 균일하게 분배된다.
또 다른 예에서, 플레넘 볼륨은 하부 플레이트의 상부 표면에 형성된 단일 리세스된 영역에 대응할 수도 있다. 이 예에서, 리세스된 영역은 각각의 존들을 규정하는 복수의 홈들 및 홈들 내에 배치된 각각의 O-링들을 포함할 수도 있다. O-링들은 홈들에 의해 규정된 각각의 존들 내에서 가스들의 분리를 유지한다. 예를 들어, 이제 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상부 표면 (404) 및 하부 표면 (408) 을 포함하는 또 다른 예시적인 하부 플레이트 (400) 가 도시된다. 하부 플레이트 (400) 의 상부 표면 (404) 은 상부 플레이트 (예를 들어, 상부 플레이트 (300)) 와 하부 플레이트 (400) 사이에 플레넘 볼륨 (416) 을 규정하는 리세스된 영역 (412) 을 포함한다.
도 3a 및 도 3b에서 상기 기술된 펜스 (336) 대신, 리세스된 영역 (412) 은 복수의 홈들 (420) 및 홈들 (420) 내에 배치된 개스킷들 또는 O-링들 (424) 과 같은 각각의 시일링 (sealing) 부재들을 포함한다. O-링들 (424) 은 플레넘 볼륨 (416) 을 각각의 내측 존들 및 외측 존들에 대응하는 제 1 (예를 들어, 내측) 플레넘 (428) 및 제 2 (예를 들어, 외측) 플레넘들 (432) 로 분리한다. O-링들 (424) 및 상부 표면 (404) 의 외측 부분 (426) 은 제 1 플레넘 (428) 과 제 2 플레넘들 (432) 사이의 가스들의 누설을 방지하도록 상부 플레이트의 하부 표면과 콘택트한다. 즉, O-링들 (424) 은 제 1 플레넘 (428) 과 제 2 플레넘들 (432) 사이에 시일을 제공한다.
(예를 들어, 상부 플레이트 (300) 와 같은) 상부 플레이트 및 중앙 주입기 (224) 를 갖는 가스 분배 디바이스 어셈블리에서, 제 1 플레넘 (428) 은 중심 홀 (316) 및 제 1 채널 (228) 과 유체 연통한다. 반대로, 제 2 플레넘들 (432) 은 복수의 외측 홀들 (320) 의 각각의 홀들 및 제 2 채널 (232) 과 유체 연통한다. 제 1 플레넘 (428) 에 공급된 가스는 제 1 복수의 홀들 (436) 을 통해 프로세싱 챔버 내로 흐른다. 제 2 플레넘들 (432) 에 공급된 가스는 제 2 복수의 홀들 (440) 을 통해 프로세싱 챔버 내로 흐른다.
전술한 기술은 본질적으로 단지 예시이고, 어떠한 방식으로도 본 개시, 이의 적용 예, 또는 사용들을 제한하도록 의도되지 않는다. 본 개시의 광범위한 교시들은 다양한 형태들로 구현될 수 있다. 따라서, 본 개시가 특정한 예들을 포함하지만, 본 개시의 진정한 범위는 다른 수정들이 도면들, 명세서 및 이하의 청구항들의 연구 시 자명해질 것이기 때문에 이렇게 제한되지 않아야 한다. 방법의 하나 이상의 단계들은 본 개시의 원리들을 변경하지 않고 상이한 순서로 (또는 동시에) 실행될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 실시 예들 각각이 특정한 피처들을 갖는 것으로 상기 기술되었지만, 본 개시의 임의의 실시 예에 대해 기술된 이들 피처들 중 임의의 하나 이상의 피처들은, 조합이 명시적으로 기술되지 않아도, 임의의 다른 실시 예들의 피처들로 및/또는 임의의 다른 실시 예들의 피처들과 조합하여 구현될 수 있다. 즉, 기술된 실시 예들은 상호 배타적이지 않고, 하나 이상의 실시 예들의 또 다른 실시 예들과의 치환들이 본 개시의 범위 내에 남는다.
엘리먼트들 간 (예를 들어, 모듈들, 회로 엘리먼트들, 반도체 층들, 등 간) 의 공간적 관계 및 기능적 관계는, "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 엘리먼트들이 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 명세서에 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 의미하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
일부 구현 예들에서, 제어기는 상기 기술된 예들의 일부일 수도 있는 시스템의 일부이다. 이러한 시스템들은 프로세싱 툴 또는 툴들, 챔버 또는 챔버들, 프로세싱을 위한 플랫폼 또는 플랫폼들 및/또는 특정 프로세싱 컴포넌트들 (웨이퍼 페데스탈, 가스 플로우 시스템, 등) 을 포함하는, 반도체 프로세싱 장비를 포함할 수 있다. 이들 시스템들은 반도체 웨이퍼 또는 기판의 프로세싱 이전에, 프로세싱 동안에, 그리고 프로세싱 이후에 그들의 동작을 제어하기 위한 전자장치 (electronics) 와 통합될 수도 있다. 전자장치는 시스템들 또는 시스템의 서브 파트들 또는 다양한 컴포넌트들을 제어할 수도 있는 "제어기 (controller)"로서 지칭될 수도 있다. 제어기는, 시스템의 프로세싱 요건들 및/또는 타입에 따라서, 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, 툴 및 다른 이송 툴들 및/또는 특정 시스템과 연결되거나 인터페이싱된 로드 록들 내외로의 웨이퍼 이송들을 포함하는, 본 명세서에 개시된 프로세스들 중 임의의 프로세스들을 제어하도록 프로그래밍될 수도 있다.
일반적으로 말하면, 제어기는 인스트럭션들을 수신하고, 인스트럭션들을 발행하고, 동작을 제어하고, 세정 동작들을 인에이블하고, 엔드포인트 측정들을 인에이블하게 하는, 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 (DSPs), ASICs (Application Specific Integrated Circuits) 로서 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 수행하기 위한 동작 파라미터들을 규정하는, 다양한 개별 설정사항들 (또는 프로그램 파일들) 의 형태로 제어기와 통신하는 또는 시스템과 통신하는 인스트럭션들일 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 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 엔지니어들에 의해서 규정된 레시피의 일부일 수도 있다.
제어기는, 일부 구현 예들에서, 시스템과 통합되거나, 시스템에 커플링되거나, 그렇지 않으면 시스템에 네트워킹되거나, 또는 이들의 조합으로 될 수 있는 컴퓨터에 커플링되거나 이의 일부일 수도 있다. 예를 들어, 제어기는 웨이퍼 프로세싱의 원격 액세스를 가능하게 할 수 있는 공장 (fab) 호스트 컴퓨터 시스템의 전부 또는 일부이거나 "클라우드" 내에 있을 수도 있다. 컴퓨터는 제조 동작들의 현 진행을 모니터링하거나, 과거 제조 동작들의 이력을 조사하거나, 복수의 제조 동작들로부터 경향들 또는 성능 계측치들을 조사하거나, 현 프로세싱의 파라미터들을 변경하거나, 현 프로세싱을 따르는 프로세싱 단계들을 설정하거나, 새로운 프로세스를 시작하기 위해서, 시스템으로의 원격 액세스를 인에이블할 수도 있다. 일부 예들에서, 원격 컴퓨터 (예를 들어, 서버) 가 로컬 네트워크 또는 인터넷을 포함할 수도 있는, 네트워크를 통해 프로세스 레시피들을 시스템에 제공할 수 있다. 원격 컴퓨터는 차후에 원격 컴퓨터로부터 시스템으로 전달될 파라미터들 및/또는 설정사항들의 입력 또는 프로그래밍을 인에이블하는 사용자 인터페이스를 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 제어기는 하나 이상의 동작들 동안 수행될 프로세싱 단계들 각각에 대한 파라미터들을 특정하는, 데이터의 형태의 인스트럭션들을 수신한다. 파라미터들은 제어기가 제어하거나 인터페이싱하도록 구성되는 툴의 타입 및 수행될 프로세스의 타입에 특정적일 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서 상기 기술된 바와 같이, 제어기는 예컨대 본 명세서에 기술된 프로세스들 및 제어들과 같은, 공통 목적을 향해 함께 네트워킹되고 작동하는 하나 이상의 개별 제어기들을 포함함으로써 분산될 수도 있다. 이러한 목적들을 위한 분산형 제어기의 일 예는 챔버 상의 프로세스를 제어하도록 조합되는 원격으로 (예컨대 플랫폼 레벨에서 또는 원격 컴퓨터의 일부로서) 위치한 하나 이상의 집적 회로들과 통신하는 챔버 상의 하나 이상의 집적 회로들일 것이다.
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 챔버 또는 모듈, ALD 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 제작 공장 내의 툴 위치들 및/또는 로드 포트들로부터/로드 포트들로 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, 또 다른 제어기, 또는 툴들 중 하나 이상과 통신할 수도 있다.

Claims (20)

  1. 기판 프로세싱 시스템을 위한 가스 분배 디바이스에 있어서,
    제 1 홀 및 복수의 제 2 홀들을 포함하는 상부 플레이트; 및
    하부 플레이트로서,
    (i) 상기 하부 플레이트의 상부 표면 및 (ii) 상기 상부 플레이트의 하부 표면 중 하나에 형성된 리세스된 영역으로서, 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이의 플레넘 볼륨을 규정하는, 상기 리세스된 영역, 및
    상기 리세스된 영역 내에 위치된 상승된 펜스로서, 상기 펜스는 상기 플레넘 볼륨을 제 1 플레넘 및 제 2 플레넘으로 분리하고, 상기 제 1 플레넘은 상기 제 1 홀과 유체 연통하고 (fluid communication), 그리고 상기 제 2 플레넘은 상기 복수의 제 2 홀들과 유체 연통하는, 상기 펜스를 포함하는, 상기 하부 플레이트를 포함하는, 가스 분배 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 플레이트는 리셉터클 (receptacle) 을 포함하고, 그리고 상기 제 1 홀 및 상기 복수의 제 2 홀들은 상기 리셉터클 내에 위치되는, 가스 분배 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 리셉터클은 제 1 채널 및 제 2 채널을 포함하는 중앙 주입기를 수용하도록 구성되는, 가스 분배 디바이스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 중앙 주입기를 더 포함하고, 상기 제 1 홀은 상기 리셉터클 내에 중심에 위치되고, 그리고 상기 제 1 채널은 상기 제 1 홀과 정렬되고 상기 제 1 홀과 유체 연통하는, 가스 분배 디바이스.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 채널은 상기 복수의 제 2 홀들과 정렬되고 상기 복수의 제 2 홀들과 유체 연통하는 환형 하단 부분을 포함하는, 가스 분배 디바이스.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 홀은 상기 상부 플레이트의 중심에 위치되고 상기 복수의 제 2 홀들은 상기 제 1 홀의 방사상 외측에 위치되는, 가스 분배 디바이스.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 홀의 면적은 상기 복수의 제 2 홀들의 전체 면적과 실질적으로 동일한, 가스 분배 디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 플레넘 및 상기 제 2 플레넘은 동일 평면 상에 있는, 가스 분배 디바이스.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 펜스의 높이는 상기 리세스된 영역을 둘러싸는 상기 하부 플레이트 및 상기 상부 플레이트 중 대응하는 하나의 외측 부분의 높이와 동일한, 가스 분배 디바이스.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 플레넘은 제 1 복수의 로브들 (lobes) 을 포함하고, 상기 펜스는 제 2 복수의 로브들을 포함하고, 그리고 상기 제 2 복수의 로브들 각각은 상기 제 1 복수의 로브들의 각각의 로브들을 둘러싸는, 가스 분배 디바이스.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 플레넘은 4 개의 로브들을 포함하는 클로버 잎 형상을 갖는, 가스 분배 디바이스.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 플레넘은 상기 펜스의 상기 제 2 복수의 로브들의 인접한 쌍들 사이에 위치된 제 3 복수의 로브들을 포함하는, 가스 분배 디바이스.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 펜스는 상기 제 2 복수의 로브들의 상기 인접한 쌍들을 연결하고 상기 제 1 복수의 로브들의 인접한 쌍들 사이에서 내측으로 돌출하는 스위치 백들을 포함하는, 가스 분배 디바이스.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 스위치 백들은 상기 제 3 복수의 로브들의 각각의 로브에 플로우 채널들을 규정하는, 가스 분배 디바이스.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 플로우 채널들은 상기 제 1 복수의 로브들의 상기 인접한 쌍들과 상기 제 2 복수의 로브들의 상기 인접한 쌍들 사이의 상기 제 3 복수의 로브들의 각각의 로브 내로 방사상 외측으로 연장되는, 가스 분배 디바이스.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 플로우 채널들의 방사상 내측 단부들은 상기 제 2 복수의 홀들과 정렬되는, 가스 분배 디바이스.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 플레이트는 상기 제 1 플레넘으로부터 상기 하부 플레이트의 하부 표면으로 연장되는 제 1 복수의 홀들 및 상기 제 2 플레넘으로부터 상기 하부 플레이트의 상기 하부 표면으로 연장되는 제 2 복수의 홀들을 포함하는, 가스 분배 디바이스.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 2 복수의 홀들은 상기 제 1 복수의 홀들의 방사상 외측에 위치되는, 가스 분배 디바이스.
  19. 기판 프로세싱 시스템을 위한 가스 분배 디바이스에 있어서,
    제 1 홀 및 복수의 제 2 홀들을 포함하는 상부 플레이트; 및
    하부 플레이트로서,
    (i) 상기 하부 플레이트의 상부 표면 및 (ii) 상기 상부 플레이트의 하부 표면 중 하나에 형성된 리세스된 영역으로서, 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이의 플레넘 볼륨을 규정하는, 상기 리세스된 영역, 및
    상기 리세스된 영역 내에 위치된 복수의 홈들, 및
    상기 복수의 홈들의 각각의 홈에 위치된 복수의 시일링 (sealing) 부재들로서, 상기 복수의 시일링 부재들은 상기 플레넘 볼륨을 제 1 플레넘 및 복수의 제 2 플레넘들로 분리하고, 상기 제 1 플레넘은 상기 제 1 홀과 유체 연통하고, 그리고 상기 복수의 제 2 플레넘들은 상기 복수의 제 2 홀들과 유체 연통하는, 상기 복수의 시일링 부재들을 포함하는, 상기 하부 플레이트를 포함하는, 가스 분배 디바이스.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 시일링 부재들은 O-링들인, 가스 분배 디바이스.
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