KR20230006543A - 가스 분배 조립체 - Google Patents

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수렌드라 카니미할리 세티
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수 영 최
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Abstract

본 개시내용은 제1 부분 및 제2 부분을 갖는 프레임을 포함하는 가스 분배 조립체를 제공하며, 제1 부분과 제2 부분은 서로 평행하고 서로 대향한다. 매니폴드들이 제1 부분과 제2 부분 사이에 그리고 제1 부분 및 제2 부분과 평행하게 배치된다. 각각의 매니폴드는 제1 면 및 제2 면을 갖는다. 제1 면은 가스 유입구를 가지며, 제2 면은 배출구들을 갖는다. 가스 분배 조립체는 노즐들을 포함한다. 각각의 노즐은 제2 면의 배출구들 중 하나에 결합되고, 각각의 노즐은 각각의 노즐의 배출구로부터 연장되는 노즐 핀홀을 포함한다. 가스 분배 조립체는 튜브들을 포함하며, 각각의 튜브는 매니폴드들 중 제1 매니폴드에 결합된 제1 단부 및 매니폴드들 중 제2 매니폴드에 결합된 제2 단부를 갖는다. 튜브들 각각은 서로 평행하게 배치된다.

Description

가스 분배 조립체
[0001] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로 프로세스 챔버(process chamber)에서 가스를 분배하기 위한 가스 분배 조립체(gas distribution assembly)에 관한 것이다.
[0002] 화학 기상 증착(CVD)은 디스플레이(display)들와 같은 특정 응용들에서 사용되는 기판들 상에 박막들을 증착하는 데 사용된다. CVD는 기판을 수용하는 챔버 내로 전구체 가스(precursor gas) 또는 가스 혼합물을 도입하는 것을 포함한다. 전구체 가스 또는 가스 혼합물은 전형적으로 챔버의 상부 부분으로부터 분배 플레이트(distribution plate)와 같은 분배 조립체를 통해 하향으로 지향된다. 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD)에서, 챔버 내의 전구체 가스 또는 가스 혼합물은 무선 주파수(RF) 전력을 하나 이상의 RF 전원들로부터 챔버 또는 분배 플레이트에 인가함으로써 플라즈마로 에너자이징된다. 여기된 가스 또는 가스 혼합물은 기판 지지부 상에 포지셔닝된 기판의 표면 상에 재료 층을 형성하도록 반응한다. PECVD에 의해 프로세싱되는 평면 패널 디스플레이(flat panel display)들에 사용되는 기판들과 같은 특정 기판들은 대형이다. 결과적으로, 평면 패널들에 걸쳐 균일한 프로세스 가스 유동을 제공하는 데 사용되는 가스 분배 플레이트들도 또한 대형이다. 예컨대 액정 디스플레이(LCD) 및 발광 다이오드(LED) 산업에서, 기판들의 크기가 계속해서 증가함에 따라, 대면적 플라즈마 강화 화학 증착을 위한 막 두께 및 막 특성 균일성 제어는 추가 고려사항들을 제시한다.
[0003] 따라서, 대형 기판들에 대한 막 두께 및 균일성 제어를 위한 가스 분배 조립체에 대한 요구가 존재한다.
[0004] 일부 실시예들에서, 제1 부분 및 제2 부분을 갖는 프레임을 포함하는 가스 분배 조립체가 제공되며, 제2 부분은 제1 부분과 평행하고 제1 부분과 대향한다. 복수의 매니폴드들이 제1 부분과 제2 부분 사이에 그리고 제1 부분 및 제2 부분과 평행하게 배치된다. 각각의 매니폴드는 서로 평행하게 배치된다. 각각의 매니폴드는 제1 면 및 제2 면을 갖는다. 제1 면은 가스 유입구를 가지며, 제2 면은 복수의 배출구들을 갖는다. 가스 분배 조립체는 복수의 노즐들을 포함한다. 각각의 노즐은 제2 면의 복수의 배출구들 중 하나에 제거 가능하게 결합되고, 각각의 노즐은 각각의 노즐의 배출구로부터 연장되는 노즐 핀홀(nozzle pinhole)을 포함한다. 가스 분배 조립체는 복수의 튜브들을 포함한다. 각각의 튜브는 복수의 매니폴드들 중 제1 매니폴드에 결합된 제1 단부 및 복수의 매니폴드들 중 제2 매니폴드에 결합된 제2 단부를 포함한다.
[0005] 일부 실시예들에서, 서로 인접하게 배치된 복수의 매니폴드들을 포함하는 가스 분배 조립체가 제공된다. 각각의 매니폴드는 제1 면 및 제2 면을 포함하며, 제1 면은 가스 유입구를 갖고, 제2 면은 복수의 배출구들을 갖는다. 가스 분배 조립체는 복수의 노즐들을 포함하며, 각각의 노즐은 제2 면의 복수의 배출구들 중 하나 이상에 제거 가능하게 결합된다. 각각의 노즐은 각각의 노즐의 배출구로부터 연장되는 노즐 핀홀을 갖는다. 가스 분배 조립체는 복수의 튜브들을 포함한다. 각각의 튜브는 복수의 매니폴드들 중 제1 매니폴드에 결합된 제1 단부 및 복수의 매니폴드들 중 제2 매니폴드에 결합된 제2 단부를 포함한다. 튜브들 각각은 복수의 천공부(perforation)들을 포함한다.
[0006] 일부 실시예들에서, 가스 분배 조립체를 포함하는 프로세스 챔버가 제공된다. 가스 분배 조립체는 복수의 매니폴드들 및 복수의 튜브들을 포함한다. 튜브들 각각은 복수의 천공부들을 포함한다. 복수의 튜브들은 인접한 매니폴드들 사이에서 연장되고, 복수의 매니폴드들 중 적어도 하나의 매니폴드와 유체 연통한다. 복수의 매니폴드들 및 복수의 튜브들은 제1 면 및 제2 면을 포함하는 평면형 어레인지먼트(planar arrangement)를 형성한다. 가스 분배 조립체는 제2 면에 결합된 복수의 노즐들을 포함한다. 각각의 노즐은 각각의 노즐의 배출구에 노즐 핀홀을 갖는다. 가스 유입구가 복수의 매니폴드들 중 하나 이상에 배치된다. 가스 유입구는 평면형 어레인지먼트의 제1 면 상에 배치된다. 기판 지지부는 평면형 어레인지먼트의 제2 면에 대향하게 프로세스 챔버에 배치된다.
[0007] 본 개시내용의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 개시내용의 단지 예시적인 실시예들만을 예시하는 것이므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 개시내용이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0008] 도 1은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 예시적인 가스 분배 조립체를 갖는 프로세스 챔버의 개략적인 단면도를 묘사한다.
[0009] 도 2a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 가스 분배 조립체의 저면도를 묘사한다.
[0010] 도 2b는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 가스 분배 조립체의 근접 저면도를 묘사한다.
[0011] 도 2c는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 가스 분배 조립체의 매니폴드들 및 튜브들의 평면형 어레인지먼트의 평면 단면도를 묘사한다.
[0012] 도 3a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 가스 분배 조립체의 매니폴드 및 튜브의 측단면도를 묘사한다.
[0013] 도 3b는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 가스 분배 조립체의 튜브의 단부도를 묘사한다.
[0014] 도 4는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 가스 분배 조립체의 노즐의 단면도를 묘사한다.
[0015] 도 5는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 가스 유동 플레이트의 개략적인 저면도를 묘사한다.
[0016] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 특징들이 추가의 언급없이 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있음이 고려된다.
[0017] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로 프로세스 챔버에서 가스를 분배하기 위한 가스 분배 조립체에 관한 것이다. 본 개시내용은 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD) 시스템과 같은, 대면적 기판들을 프로세싱하도록 구성된 플라즈마 강화 화학 기상 증착 시스템을 참조하여 본원에서 예시적으로 설명된다. 그러나, 본 개시내용은, 원형, 직사각형 또는 다른 다각형 형상의 기판들을 프로세싱하도록 구성된 해당 시스템들을 포함하여, 에칭 시스템(etch system)들, 다른 화학 기상 증착 시스템들, 및 가스가 프로세스 챔버 내에서 분배되는 임의의 다른 시스템과 같은 다른 시스템 구성들 및/또는 프로세스들에 유용하다는 것이 이해되어야 한다.
[0018] 도 1은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 가스 분배 조립체(128)를 갖는 프로세스 시스템(100)의 개략적인 단면도를 묘사한다. 시스템(100)은 가스 소스(gas source)(122)와 유체 연통하거나 가스 소스(122)에 다른 방식으로 결합된 프로세스 챔버(120)를 포함한다. 프로세스 챔버(120)는 프로세스 챔버(120) 내부의 프로세스 용적부(process volume)(110)를 한정하는 측벽들(114), 하부(112) 및 상부(108)를 갖는다. 전원(power source)(104)은 가스 분배 조립체(128)에 결합되고, 프로세스 용적부(110)에 존재하는 가스를 여기시키는 데 사용된다.
[0019] 프로세스 용적부(110)는 프로세스 챔버(120) 내부 및 외부로의 기판(도시되지 않음)의 이동을 용이하게 하는 측벽들(114)의 포트(port)(도시되지 않음)를 통해 접근된다. 기판은 프로세싱 전에 기판 지지부(102) 상에 배치된다. 기판 지지부(102)는 전력 공급부(power supply)(106)에 결합된 히터(heater)를 사용하여 온도가 제어된다. 기판 지지부(102)는 가스 분배 조립체(128)와 대향하게 프로세스 용적부(110)에 배치된다. 작동 시에, 하나 이상의 가스 소스들(예를 들어, 122)로부터의 하나 이상의 가스들은 가스 유동 플레이트(gas flow plate)(130)를 통해 가스 분배 조립체(128)로 진입한다. 가스 유동 플레이트(130)는 복수의 매니폴드(manifold)들(예를 들어, 도 2a에서 206으로 묘사됨)의 제1 면(128a) 상의 복수의 가스 유입구들에 가스를 제공한다. 제1 면(128a)은 가스 유동 플레이트(130)에 결합된다. 매니폴드들(206) 내의 가스는 매니폴드들의 제2 면(128b) 상의 복수의 배출구들을 통해 매니폴드들(206)을 빠져나가서, 각각의 매니폴드의 각각의 종방향측에서 각각의 매니폴드에 결합된 튜브들(예를 들어, 도 2a에서 210으로 묘사됨) 내로 들어간다. 제1 면(128a)의 복수의 가스 유입구들 각각은 가스 분배 조립체(128)의 가스 유동 플레이트(130)로부터 가스를 수용한다. 기판 지지부(102)는 매니폴드들(206)의 제2 면(128b)에 대향하게 배치된다. 작동 시에, 프로세스 온도들은 약 100 ℃ 이상, 예컨대 약 100 ℃ 내지 약 800 ℃, 예컨대 약 200 ℃ 내지 약 600 ℃이다.
[0020] 도 2a는 가스 분배 조립체(128)의 저면도(예를 들어, 도 1에 도시된 제2 면(128b))를 묘사한다. 본원에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 가스 분배 조립체(128)의 형상은 처리될 기판의 형상과 실질적으로 동일하다. 예시의 목적을 위해, 가스 분배 조립체(128)의 형상은 직사각형으로 묘사되어 있지만, 원형 형상과 같은 다른 형상들을 취할 수 있다. 가스 분배 조립체(128)는 제1 부분(202) 및 제2 부분(204)을 갖는 프레임(frame)(200)을 포함한다. 본 개시내용의 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 제2 부분(204)은 제1 부분(202)과 평행하고 제1 부분(202)과 대향한다. 프레임(200)은 제1 부분(202)으로부터 제2 부분(204)까지 연장되는 지지 빔(support beam)들(210)을 포함한다. 가스 분배 조립체(128)는 제1 부분(202)과 제2 부분(204) 사이에 그리고 제1 부분(202) 및 제2 부분(204)과 평행하게 배치된 복수의 매니폴드들(206)을 포함한다. 각각의 매니폴드(206)는 서로 평행하게 배치되고(예를 들어, 206Y(X-1) 및 206YX, 예컨대 206A(X-1) 및 206AX, 예컨대 206A1 및 206A2), 그리고/또는 단부와 단부가 맞대어(end-to-end) 정렬된다(예를 들어, 206(Y-1) 및 206Y, 예컨대 206(Y-1)X 및 206YX, 예컨대 206A1 및 206B1). 매니폴드들(206) 각각은 프레임(200)의 지지 빔들(210)에 결합된다. 본원에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 매니폴드 단부들(예를 들어, 206A1 및 206B1) 사이의 인터페이스들은 프레임(200)의 지지 빔들(210)에 결합된다.
[0021] 가스 분배 조립체(128)는 복수의 튜브들(208)을 포함한다. 튜브들(208)은 인접한 매니폴드들(예를 들어, 206Y(X-1) 및 206YX) 사이에서 연장되고, 적어도 하나의 매니폴드(206)와 유체 연통한다. 특히, 각각의 튜브(208)는 복수의 매니폴드들(206) 중 제1 매니폴드(예를 들어, 206A1)에 결합된 제1 단부 및 제2 매니폴드(예를 들어, 206A2)에 결합된 제2 단부를 갖는다. 튜브들(208) 각각은 서로 평행하게 그리고/또는 적어도 하나의 매니폴드(206)에 수직으로 배치된다. 복수의 매니폴드들(206) 및 복수의 튜브들(208)은 서로 유체 연통하고, 제1 면(예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같은 128a) 및 제2 면(예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같은 128b)을 포함하는 평면형 어레인지먼트에 있다. 평면형 어레인지먼트는 약 70 인치 내지 약 130 인치, 예컨대 약 80 인치 내지 약 100 인치, 예컨대 약 90 인치 내지 약 95 인치의 폭, 및 약 50 인치 내지 약 110 인치, 예컨대 약 60 인치 내지 약 80 인치, 예컨대 약 70 인치 내지 약 75 인치의 길이를 포함한다. 본원에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 복수의 매니폴드들(206) 각각은 지지 빔들(210)에 제거 가능하게 결합된다.
[0022] 도 2b는 가스 분배 조립체(128)의 근접 저면도(예를 들어, 제2 면(128b))를 묘사한다. 가스 분배 조립체(128)는 단부와 단부가 맞대어 배열되어 제1 세트의 매니폴드 단부 인터페이스들(216)을 형성하는 제1 세트의 매니폴드들(206A1, 206B1, ... 206Y1)을 포함하며, 제1 세트의 매니폴드 인터페이스들(216)의 각각의 매니폴드 단부는 프레임(200)의 지지 빔(210)에 제거 가능하게 결합된다. 가스 분배 조립체(128)는 제1 세트의 매니폴드들에 인접하고 제1 세트의 매니폴드들로부터 이격되는 제2 세트의 매니폴드들(206A2, 206B2, ... 206Y2)을 더 포함한다. 제2 세트의 매니폴드들(206)의 각각의 매니폴드는 단부와 단부가 맞대어 배열되어 제2 세트의 매니폴드 단부 인터페이스들(216)을 형성한다. 제2 세트의 매니폴드 인터페이스들의 각각의 매니폴드 단부는 프레임(200)의 지지 빔(210)에 제거 가능하게 결합된다. 본원에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 제2 면(128b)은 패스너(fastener)들을 사용하여 제1 면(128a)에 고정된다. 대안적으로, 매니폴드(206)에 대한 각각의 면(128a, 128b)은 서로 제거 가능하지 않다. 매니폴드(206)는 패스너들(224)을 사용하여 가스 유동 플레이트(130)에 고정된다.
[0023] 각각의 매니폴드(206)는 제2 면(128b)에 결합된 복수의 노즐(nozzle)들(220)을 포함한다. 각각의 노즐(220)은, 각각의 노즐(220)에 형성되고 각각의 노즐(220)의 배출구로부터 연장되는 노즐 핀홀(214)을 갖는다. 각각의 매니폴드(206)는 적어도 1 개의 노즐, 또는 약 2 개 내지 약 40 개의 노즐들, 예컨대 약 4 개 내지 약 32 개의 노즐들, 예컨대 약 6 개 내지 약 30 개의 노즐들, 예컨대 약 8 개 내지 약 24 개의 노즐들, 예컨대 약 10 개 내지 약 20 개의 노즐들, 예컨대 약 14 개 내지 약 18 개 노즐들, 예컨대 약 16 개의 노즐들을 포함한다. 노즐들(220)은 튜브들(208)이 매니폴드(206)에 결합되는 포지션에서 동일선상에 정렬된다. 대안적인 실시예에서, 노즐들(220)은 면외에(out of plane) 포지셔닝되거나, 튜브들(208)과 비-동일선상 정렬로 포지셔닝될 수 있다. 본원에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 각각의 노즐(220)은 매니폴드(206) 및 튜브(208)와 유체 연통한다.
[0024] 각각의 매니폴드(206)는 하나 이상의 튜브들(208), 예컨대 약 2 개 내지 약 40 개의 튜브들, 예컨대 약 4 개 내지 약 32 개의 튜브들, 예컨대 약 6 개 내지 약 30 개의 튜브들, 예컨대 약 8 개 내지 약 24 개의 튜브들, 예컨대 약 10 개 내지 약 20 개의 튜브들, 예컨대 약 14 개 내지 약 18 개의 튜브들, 예컨대 약 16 개의 튜브들에 결합된다. 튜브들(208) 각각은 가스 분배 조립체(128)의 제2 면(128b)에 하나 이상의 천공부들(212)을 갖는다. 본 개시내용의 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 각각의 튜브는 각각의 튜브(208)를 따라 이격된 약 1 개 내지 약 25 개의 천공부들, 예컨대 튜브당 약 2 개 내지 약 20 개의 천공부들, 예컨대 튜브당 약 4 개 내지 약 16 개의 천공부들, 예컨대 튜브당 약 6 개 내지 약 12 개의 천공부들, 예컨대 튜브당 약 8 개 내지 약 10 개의 천공부들을 갖는다.
[0025] 튜브들(208)의 길이는 프로세스 및 프로세싱될 기판에 기초하여 조정된다. 본원에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 각각의 튜브는 약 10 ㎝ 내지 약 80 ㎝, 예컨대 약 30 ㎝ 내지 약 60 ㎝, 예컨대 약 40 ㎝ 내지 약 50 ㎝의 길이를 포함한다. 인접한 튜브들(208) 사이의 거리는 약 10 ㎜ 내지 약 100 ㎜, 예컨대 약 20 ㎜ 내지 약 80 ㎜, 예컨대 약 30 ㎜ 내지 약 60 ㎜, 예컨대 약 40 ㎜ 내지 약 50 ㎜이다. 인접한 튜브들(208) 사이의 거리는 가스 분배 조립체(128) 전체에 걸쳐 균일하거나, 인접한 튜브들(208) 사이의 거리는 가스 분배 조립체(128) 전체에 걸쳐 상이하다. 각각의 튜브(208)에서의 천공부들(212) 사이의 거리는 약 0.5 인치 내지 약 5 인치, 예컨대 약 1 인치 내지 약 3 인치, 예컨대 약 1.5 인치 내지 약 2 인치이다. 천공부들(212) 사이의 거리, 인접한 튜브들(208) 사이의 거리 및 인접한 매니폴드들(206) 사이에 배치된 각각의 튜브(208)의 길이 중 하나 이상은 가스 분배의 균일성, 기판 상에 증착된 막의 막 두께, 막 두께 균일성, 및/또는 다른 가스 분배 특성들을 제어하도록 조정된다. 본원에 설명된 CVD 프로세스들에서 증착되는 막들의 예는 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 실리콘 산질화물, 비정질 실리콘, 미정질 실리콘(micro-crystalline silicon), 비정질 탄소, 포스핀 도핑된 실리콘(phosphine doped silicon), 및 이들의 조합들을 포함한다(그러나 이에 제한되지 않음). 막 두께는 약 100 Å 내지 약 10,000 Å, 예컨대 약 300 Å 내지 약 600 Å, 예컨대 약 300 Å 내지 약 340 Å, 또는 약 320 Å 내지 약 360 Å, 또는 약 340 Å 내지 약 380 Å이고, 또는 약 360 Å 내지 약 400 Å이다. 분배 조립체(128)는 26% 미만, 예컨대 16% 미만, 예컨대 12% 미만, 예컨대 11% 미만, 예컨대 약 5% 내지 약 10%, 예컨대 약 6% 내지 약 9.4%, 대안적으로 약 5% 미만, 예컨대 약 1% 내지 약 5%, 예컨대 약 1% 내지 약 4%의 불균일성 백분율을 갖는 막을 증착하도록 구성된다. 본원에 개시된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 증착된 막의 두께는 두께 측정법을 사용하여 13 개의 포인트들 x 15 개의 포인트들의 매트릭스 패턴(matrix pattern)으로 총 195 개의 포인트들에서 측정된다. 목표 두께로부터의 불균일성 백분율은 최대 및 최소 측정 두께의 차이와 최대 및 최소 거리의 합의 비(ratio) 미만 또는 초과인 백분율이다(예를 들어, NU = ±(최대-최소)/(최대+최소)).
[0026] 도 2c는 가스 분배 조립체(128)의 매니폴드들(206) 및 튜브들(208)의 평면 단면도(예를 들어, 제1 면(128a))를 묘사한다. 각각의 매니폴드(206)는 하나 이상의 채널(channel)들(230)을 포함한다. 채널들(230)은 각각의 매니폴드(206)의 제1 면(128a) 상의 유입구(234)와 유체 연통한다. 유입구(234)는 가스 소스와 유체 연통하고, 각각의 매니폴드(206) 내의 채널들(230)에 가스를 전달하도록 기능한다. 채널들(230)은 튜브 연결 지점(232)에서 매니폴드들(206) 각각에 결합된 튜브들(208) 각각과 유체 연통한다. 채널들(230)은 매니폴드 단부 인터페이스들(216)에서 이웃하는 매니폴드들(예를 들어, 206A 및 206B)의 채널들(230)과 유체적으로 연결된다.
[0027] 도 3a는 가스 분배 조립체(128)의 매니폴드들(206) 및 튜브들(208) 중 하나의 측단면도를 묘사한다. 가스는 각각의 매니폴드(206)의 제1 면(308)(예를 들어, 매니폴드들(206)과 가스 유동 플레이트(130) 사이의 인터페이스) 상의 유입구들(234)을 통해 채널들(230)로 도입되고, 매니폴드들(206)의 채널들(230)을 통해 유동한다. 가스는 각각의 매니폴드(206)의 제2 면(309) 상에 배치된 노즐들(220)의 노즐 핀홀들(214)을 통해 그리고/또는 튜브들(208)을 통해 각각의 매니폴드(206)를 빠져나간다. 가스는 노즐 핀홀들(214)을 통해 그리고/또는 튜브들(208) 각각의 천공부들(212)을 통해 프로세스 용적부(110)로 분배된다. 각각의 튜브(208)는 커버 플레이트(cover plate)(307), 예컨대 알루미늄 커버 플레이트를 사용하여 튜브(208)의 각각의 단부에서 매니폴드(206)에 결합된다. 커버 플레이트(307)는 스크루들의 세트를 사용하여 매니폴드(206) 상에 장착되고, 커버 플레이트(307)는 O-링 또는 다른 엘라스토머 부재(elastomeric member)와 같은 시일(seal)(322)을 제자리에 유지한다. 각각의 노즐(220)은 노즐(220) 주위의 누출을 방지하기 위해 O-링 또는 다른 엘라스토머 부재와 같은 시일(320)을 포함한다.
[0028] 도 3b는 가스 분배 조립체(128)의 튜브(208)의 단부도를 묘사한다. 튜브(208)는 약 0.1 인치 내지 약 0.4 인치, 예컨대 약 0.2 인치 내지 약 0.3 인치, 예컨대 약 0.24 인치의 직경을 갖는 내주부(312), 및 약 0.2 인치 내지 약 0.55 인치, 예컨대 약 0.3 내지 약 0.45 인치, 예컨대 약 0.375 인치의 직경을 갖는 외주부(310)를 포함한다. 튜브(208)의 천공부(212)는 약 0.005 인치 내지 약 0.02 인치, 예컨대 약 0.008 인치 내지 약 0.014 인치, 예컨대 약 0.011 인치의 직경(314)을 갖는다.
[0029] 도 4는 가스 분배 조립체(128)의 노즐(220)의 단면도를 묘사한다. 각각의 노즐(220)은 약 0.3 인치 내지 약 0.4 인치의 전체 높이(412)를 갖는다. 각각의 노즐(220)은 오리피스(orifice)(426) 및 핀홀(214)을 갖는다. 각각의 핀홀(214)은 길이(L)(402), 직경(D)(404), 및 핀홀(214)을 통한 L과 D4의 비로 규정되는 제한 상수(restriction constant)를 포함한다. 제한 상수(L/D4)는 10-3 초과, 예컨대 1.6 x 10-3 초과, 예컨대 약 2.0 x 10-3 내지 약 5.0 x 10-3, 예컨대 약 3.0 x 10-3 내지 약 4.5 x 10-3이다.
핀홀(214)의 길이는 약 0.05 인치 내지 약 0.12 인치, 예컨대 약 0.06 인치 내지 약 0.07 인치, 또는 약 0.07 인치 내지 약 0.095 인치, 예컨대 약 0.08 인치 내지 약 0.085 인치이다. 핀홀의 직경은 약 0.008 인치 내지 약 0.020 인치, 예컨대 약 0.009 인치 내지 약 0.012 인치, 또는 약 0.015 인치 내지 약 0.017 인치이다. 핀홀(214)의 최외측 부분(406)은 원추형이다. 핀홀(214)의 최내측 부분(424)은 원추형이다. 노즐(220)의 최내측 부분(408)은 원추형이다. 노즐(220)은 금속, 금속 산화물, 금속 질화물, 알루미늄, 알루미늄 산화물, 실리콘 탄화물, 석영, 또는 이들의 조합들 및 혼합물로 제조된다. 노즐(220)은 배출구 부분(420)을 갖는다. 배출구 부분(420)은 원형 둘레부를 갖거나, 배출구 부분(420)은 육각형 둘레부와 같은 다각형 둘레부를 갖는다. 본원에 개시된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 노즐(220)은 유입구 부분(422)을 갖는다. 유입구 부분(422)은 적어도 부분적으로 나사산이 형성되어 있고, 매니폴드(206)의 나사산형성된 부분에 의해 수용된다. 노즐(220)의 유입구 부분(422)은 노즐의 유입구 부분(422)을 매니폴드(206)의 나사산형성된 부분 내로 스크루잉(screwing)함으로써 매니폴드(206)의 나사산형성된 부분에 결합된다. 본원에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 노즐들(220)은 렌치(wrench), 스크루드라이버(screwdriver), 또는 노즐들을 제거 및 고정하기 위한 다른 적합한 공구와 같은 공구를 사용하여 제거된다. 각각의 노즐(220)은 매니폴드(206)로부터 제거 가능하고, 예방적인 유지보수를 위해 그리고/또는 상이한 제한 비를 갖는 핀홀 디자인과 같은 상이한 핀홀 디자인을 갖는 노즐과 같은 상이한 노즐 디자인을 갖는 노즐(220)을 교체하기 위해 교체 가능하다. 도면들은 핀홀(214)의 길이보다 긴 것으로 오리피스(426)를 묘사하고 있지만, 본원에 사용되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 오리피스(426)의 길이는 핀홀(214)의 길이와 동일하거나, 오리피스(426)의 길이는 핀홀(214)의 길이보다 짧다. 노즐(206)의 오리피스(426)는 핀홀(214)의 내경(404)보다 큰 내경(410)을 갖는다. 내경(410)은 약 0.02 인치 내지 약 0.04 인치, 예컨대 약 0.03 인치이다. 오리피스(426)의 길이는 약 0.1 인치 내지 약 0.3 인치, 예컨대 약 0.20 인치 내지 약 0.25 인치이다.
[0030] 이론에 얽매이지 않고, 길이(L)(402) 및 직경(D)(404) 중 하나 이상을 서로에 대해 변화시킴으로써 각각의 핀홀(214)의 제한 상수를 증가시키는 것은 가스 분배 조립체(128) 전체에 걸친 가스 유동 제한을 증가시키고, 따라서 프로세스 용적부(110)에서 보다 균일한 가스 분배 프로파일을 생성한다고 여겨진다. 가스 유동 제한을 증가시킴으로써, 가스 분포 균일성은 유동 영역 제어 및 오리피스 디자인에 의해 영향을 덜 받는다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "유동 영역 제어"는 가스 분배 조립체(128)의 유입구에 대한 가스 분배를 지칭한다. 유동 영역 제어는 하기에서 도 5를 참조하여 설명되는 바와 같이 가스 분배 조립체(128)의 중앙, 코너 및 에지 영역들을 참조하여 추가로 설명된다.
[0031] 도 5는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 가스 유동 플레이트(130)의 개략적인 저면도를 묘사한다. 가스 유동 플레이트(130)는 복수의 가스 인젝터(gas injector)들(510)을 포함하며, 각각의 인젝터(510)는 각각의 매니폴드(206)의 가스 유입구(234)에 결합되도록 구성된다. 인젝터들(510)은 가스 소스(122)로부터 가스 파이프라인(gas pipeline)들의 하나 이상의 세트들을 통해 가스를 수용한다. 본원에 개시된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 가스 파이프라인들 또는 구역들의 3 개의 개별 세트들이 제공된다. 중앙 구역(502)은 가스 분배 조립체(128)의 중앙 영역에 배치된 제1 세트의 매니폴드들에 가스를 제공하는 인젝터들(510)을 포함한다. 중앙 구역(502)에 있는 인젝터들(510) 각각은 서로 유체 연통하고, 중앙 구역 제어기(512)에 의해 집합적으로 제어된다. 중앙 구역 제어기(512)는 제1 압력 제어 밸브(pressure control valve)(522)를 사용하여 가스 소스(122)로부터 중앙 구역(502)으로의 제1 가스 유량을 제어한다. 코너 구역(504)은 가스 분배 조립체(128)의 코너 영역들에 배치된 제2 세트의 매니폴드들에 가스를 제공하는 인젝터들(510)을 포함한다. 가스 유동 플레이트(130)의 코너 구역(504)에 있는 인젝터들(510) 각각은 서로 유체 연통하고, 코너 구역 제어기(514)에 의해 집합적으로 제어된다. 코너 구역 제어기(514)는 제2 압력 제어 밸브(524)를 사용하여 가스 소스(122)로부터 코너 구역(504)으로의 제2 가스 유량을 제어한다. 에지 구역(506)은 가스 분배 조립체(128)의 에지 영역들에 배치된 제3 세트의 매니폴드들에 가스를 제공하는 인젝터들(510)을 포함한다. 가스 유동 플레이트(130)의 에지 구역(506)에 있는 인젝터들(510) 각각은 서로 유체 연통하고, 에지 구역 제어기(516)에 의해 집합적으로 제어된다. 에지 구역 제어기(516)는 제3 압력 제어 밸브(526)를 사용하여 가스 소스(122)로부터 에지 구역(506)으로의 제3 가스 유량을 제어한다. 가스 유동 제어기(540)는 가스 소스(122)로부터 구역들(502, 504 및 506)로의 가스 유량을 제어하는 소스 압력 제어 밸브(530)를 제어한다. 도 5는 구역들의 특정 어레인지먼트를 묘사하고 있지만, 프로세스의 유형 및 가스 분배 조립체(128)의 어레인지먼트에 따라 다른 어레인지먼트들이 고려된다. 특히, 본원에 설명된 예시적인 가스 분배 조립체(128)를 사용하는 프로세스들은 균일성 개선 및 가스 유동 플레이트(130)의 유량 제어에 대한 의존도 감소를 가능하게 한다는 것이 발견되었다. 본원에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 본원에 설명된 예시적인 가스 분배 조립체(128)는 가스 유동 제어의 단일 구역 또는 2 개의 구역들(예를 들어, 조합된 2 개 이상의 구역들(502, 504, 506) 및/또는 상이한 구역 어레인지먼트)과 함께 사용된다.
[0032] 요약하면, 본원에 설명된 가스 분배 조립체는 높은 균일성 가스 분배 및 높은 균일성 막 증착을 가능하게 한다. 가스 분배 조립체는 제1 부분 및 제2 부분을 갖는 프레임을 포함하며, 제1 부분과 제2 부분은 서로 평행하고 서로 대향한다. 매니폴드들이 제1 부분과 제2 부분 사이에 그리고 제1 부분 및 제2 부분과 평행하게 배치된다. 각각의 매니폴드는 제1 면 및 제2 면을 갖는다. 제1 면은 가스 유입구를 가지며, 제2 면은 배출구들을 갖는다. 가스 분배 조립체는 노즐들을 포함한다. 각각의 노즐은 제2 면의 배출구들 중 하나에 결합되고, 각각의 노즐은 각각의 노즐의 배출구로부터 연장되는 노즐 핀홀을 포함한다. 가스 분배 조립체는 튜브들을 포함하며, 각각의 튜브는 매니폴드들 중 제1 매니폴드에 결합된 제1 단부 및 매니폴드들 중 제2 매니폴드에 결합된 제2 단부를 갖는다. 튜브들 각각은 서로 평행하게 배치된다.
[0033] 본원에서 설명된 특정 특징들, 구조들, 조성들, 재료들, 또는 특성들은 하나 이상의 실시예들에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다. 본원에서의 본 개시내용이 특정 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 이들 실시예들이 단지 본 개시내용의 원리들 및 애플리케이션들을 예시한다는 것이 이해되어야 한다. 본 개시내용의 방법 및 시스템들에 대해 다양한 수정들 및 변형들이 이루어질 수 있다는 것이 당업자들에게 명백할 것이다. 따라서, 본 개시내용은 첨부된 청구항들 및 이들의 등가물들의 범위 내에 있는 수정들 및 변형들을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 가스 분배 조립체(gas distribution assembly)로서,
    제1 부분 및 제2 부분을 포함하는 프레임(frame) ― 상기 제2 부분은 상기 제1 부분과 평행하고 그리고 상기 제1 부분과 대향함 ―;
    상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 그리고 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분과 평행하게 배치된 복수의 매니폴드(manifold)들 ― 각각의 매니폴드는 서로 평행하게 배치되고, 각각의 매니폴드는 제1 면 및 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면은 가스 유입구를 포함하고, 상기 제2 면은 복수의 배출구들을 포함함 ―;
    복수의 노즐(nozzle)들 ― 각각의 노즐은 상기 제2 면의 복수의 배출구들 중 하나에 제거 가능하게 결합되고, 각각의 노즐은 각각의 노즐의 배출구로부터 연장되는 노즐 핀홀(nozzle pinhole)을 포함함 ―; 및
    복수의 튜브(tube)들 ― 각각의 튜브는 상기 복수의 매니폴드들 중 제1 매니폴드에 결합된 제1 단부 및 상기 복수의 매니폴드들 중 제2 매니폴드에 결합된 제2 단부를 포함하며, 상기 튜브들 각각은 서로 평행하게 배치됨 ― 을 포함하는,
    가스 분배 조립체.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 프레임은 상기 제1 부분으로부터 상기 제2 부분까지 연장되는 지지 빔(support beam)들을 더 포함하며, 상기 복수의 매니폴드들은 상기 지지 빔들 중 하나 이상에 제거 가능하게 결합되도록 구성되는,
    가스 분배 조립체.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 복수의 튜브들은 상기 복수의 매니폴드들 중 하나 이상에 제거 가능하게 결합되는,
    가스 분배 조립체.
  4. 제1 항에 있어서,
    각각의 핀홀은 길이(L) 및 직경(D)을 포함하며, 상기 핀홀을 통한 L과 D4의 비(ratio)에 의해 규정되는 제한 상수(restriction constant)는 10-3보다 큰,
    가스 분배 조립체.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제한 상수는 1.6 x 10-3보다 큰,
    가스 분배 조립체.
  6. 제1 항에 있어서,
    각각의 노즐은 금속, 금속 산화물, 금속 질화물, 알루미늄, 알루미늄 산화물, 실리콘 탄화물, 석영, 또는 이들의 조합들을 포함하는,
    가스 분배 조립체.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 매니폴드들은,
    제1 세트의 매니폴드들 ― 상기 제1 세트의 매니폴드들의 각각의 매니폴드는 단부와 단부가 맞대어(end to end) 배열되어 제1 세트의 매니폴드 단부 인터페이스(manifold end interface)들을 형성하고, 상기 제1 세트의 매니폴드 단부 인터페이스들의 각각의 매니폴드 단부는 상기 프레임의 지지 빔에 제거 가능하게 결합됨 ―; 및
    상기 제1 세트의 매니폴드들에 인접하고 그리고 상기 제1 세트의 매니폴드들로부터 이격된 제2 세트의 매니폴드들 ― 상기 제2 세트의 매니폴드들의 각각의 매니폴드는 단부와 단부가 맞대어 배열되어 제2 세트의 매니폴드 단부 인터페이스들을 형성하고, 상기 제2 세트의 매니폴드 단부 인터페이스들의 각각의 매니폴드 단부는 상기 프레임의 지지 빔에 제거 가능하게 결합됨 ― 을 더 포함하는,
    가스 분배 조립체.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 세트의 매니폴드들의 각각의 매니폴드는 하나 이상의 채널(channel)들을 더 포함하며, 상기 하나 이상의 채널들은 상기 제1 세트의 매니폴드들의 각각의 매니폴드의 각각의 제1 면 상의 유입구, 각각의 매니폴드의 각각의 제2 면 상의 노즐, 매니폴드 단부 인터페이스들에서의 다른 매니폴드들의 하나 이상의 채널들, 및 상기 복수의 튜브들 중 적어도 하나와 유체 연통하는,
    가스 분배 조립체.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 노즐들 중 적어도 하나의 노즐은 상기 복수의 매니폴드들 중 하나의 매니폴드에 있는 채널 및 상기 매니폴드의 채널에 유체적으로 결합된 튜브와 유체 연통하는,
    가스 분배 조립체.
  10. 가스 분배 조립체로서,
    서로 인접하게 배치된 복수의 매니폴드들 ― 각각의 매니폴드는 제1 면 및 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면은 가스 유입구를 포함하고, 상기 제2 면은 복수의 배출구들을 포함함 ―;
    복수의 노즐들 ― 각각의 노즐은 상기 제2 면의 복수의 배출구들 중 하나 이상에 제거 가능하게 결합되고, 각각의 노즐은 각각의 노즐의 배출구로부터 연장되는 노즐 핀홀을 포함함 ―; 및
    복수의 튜브들 ― 각각의 튜브는 상기 복수의 매니폴드들 중 제1 매니폴드에 결합된 제1 단부 및 상기 복수의 매니폴드들 중 제2 매니폴드에 결합된 제2 단부를 포함하며, 각각의 노즐은 상기 복수의 튜브들의 제1 단부 및 제2 단부 중 하나 이상에 근접하게 배치되고, 상기 튜브들 각각은 복수의 천공부(perforation)들을 포함함 ― 을 포함하는,
    가스 분배 조립체.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 복수의 튜브들 중 제1 튜브 및 제2 튜브는 약 1 인치 내지 약 3 인치만큼 이격되는,
    가스 분배 조립체.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 매니폴드들의 각각의 제1 면은 가스 유동 플레이트(gas flow plate)와 유체 연통하는,
    가스 분배 조립체.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 튜브들은 약 12 인치 내지 약 20 인치의 튜브 길이 및 0.2 인치 내지 약 0.3 인치의 내경을 포함하는,
    가스 분배 조립체.
  14. 제10 항에 있어서,
    각각의 핀홀은 길이(L) 및 직경(D)을 포함하며, 상기 핀홀을 통한 L과 D4의 비에 의해 규정되는 제한 상수는 10-3보다 큰,
    가스 분배 조립체.
  15. 제10 항에 있어서,
    각각의 노즐은 나사산이 형성되어 있고, 각각의 매니폴드의 나사산형성된 배출구에 결합되는,
    가스 분배 조립체.
  16. 제10 항에 있어서,
    상기 매니폴드들은 가스 유동 플레이트에 결합되고, 각각의 매니폴드로의 가스 유동은 상기 가스 유동 플레이트의 제1 구역 및 제2 구역에서 제어되고, 상기 제1 구역은 가스 유동 플레이트의 중앙 영역에 배치된 제1 세트의 매니폴드들에 가스를 제공하는 제1 세트의 가스 도관을 포함하고, 상기 제2 구역은 상기 가스 유동 플레이트의 주변 영역에 배치된 제2 세트의 매니폴드들에 가스를 제공하는 제2 세트의 가스 도관을 포함하는,
    가스 분배 조립체.
  17. 프로세스 챔버(process chamber)로서,
    가스 분배 조립체;
    가스 유입구; 및
    기판 지지부를 포함하며,
    상기 가스 분배 조립체는,
    복수의 매니폴드들;
    복수의 천공부들을 포함하는 복수의 튜브들 ― 상기 복수의 튜브들은 인접한 매니폴드들 사이에서 연장되고 그리고 상기 복수의 매니폴드들 중 적어도 하나의 매니폴드와 유체 연통하고, 상기 복수의 매니폴드들 및 상기 복수의 튜브들은 제1 면 및 제2 면을 포함하는 평면형 어레인지먼트(planar arrangement)를 형성함 ―;
    상기 제2 면에 제거 가능하게 결합된 복수의 노즐들을 포함하고, 각각의 노즐은 각각의 노즐의 배출구에 노즐 핀홀을 포함하고,
    상기 가스 유입구는 상기 복수의 매니폴드들 중 하나 이상에 배치되고, 상기 가스 유입구는 상기 평면형 어레인지먼트의 제1 면 상에 배치되고, 그리고
    상기 기판 지지부는 상기 평면형 어레인지먼트의 제2 면에 대향하게 상기 프로세스 챔버에 배치되는,
    프로세스 챔버.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 평면형 어레인지먼트는 약 80 인치 내지 약 100 인치의 폭 및 약 60 인치 내지 약 80 인치의 길이를 포함하는,
    프로세스 챔버.
  19. 제17 항에 있어서,
    각각의 노즐은 나사산이 형성되어 있고, 상기 평면형 어레인지먼트의 제2 면 상의 나사산형성된 배출구에 결합되는,
    프로세스 챔버.
  20. 제17 항에 있어서,
    각각의 핀홀은 길이(L) 및 직경(D)을 포함하며, 상기 핀홀을 통한 L과 D4의 비에 의해 규정되는 제한 상수는 10-3보다 큰,
    프로세스 챔버.
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