KR20230031270A - 열 반복성 및 인-시튜 샤워헤드 온도 모니터링 - Google Patents

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Abstract

본원에 설명되는 실시예들은 일반적으로 기판 프로세싱 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 기판 프로세싱 장치에 대한 개선된 샤워헤드 어셈블리에 관한 것이다. 샤워헤드 어셈블리는, 가스 분배 플레이트 및 하나 또는 그 초과의 온도 검출 어셈블리들을 포함한다. 가스 분배 플레이트는, 최상부 표면 및 최하부 표면을 갖는 바디를 포함한다. 하나 또는 그 초과의 온도 검출 어셈블리들은, 가스 분배 플레이트와 하나 또는 그 초과의 온도 검출 어셈블리들 각각의 사이에 열적 본드가 형성되도록, 가스 분배 플레이트의 최상부 표면과 인터페이싱된다. 각각의 온도 검출 어셈블리는 돌출 피쳐 및 온도 프로브를 포함한다. 돌출 피쳐는, 돌출 피쳐의 축을 따라 가스 분배 플레이트 상에 축방향 로드가 배치되도록, 가스 분배 플레이트의 최상부 표면과 인터페이싱된다. 온도 프로브는 돌출 피쳐의 바디에 포지셔닝된다.

Description

열 반복성 및 인-시튜 샤워헤드 온도 모니터링{THERMAL REPEATABILITY AND IN-SITU SHOWERHEAD TEMPERATURE MONITORING}
[0002] 본원에 설명되는 실시예들은 일반적으로 기판 프로세싱 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 기판 프로세싱 장치를 위한 개선된 샤워헤드(showerhead) 어셈블리에 관한 것이다.
[0004] RIE(reactive ion etching)로 또한 알려져 있는, 플라즈마 가스들을 통해 반도체 기판의 "건식" 에칭을 수행하는 반도체 프로세싱 시스템들은, 지속적인 모니터링을 요구한다. 에칭 파라미터들을 사전정의하여 시스템들이 에칭 프로세스를 모니터됨이 없이 수행하는 것을 허용하는 것이 가능하지만, 시스템들 내의 조건들은 시간의 경과에 따라 변할 수 있다. 예컨대, 기판 프로세싱 장치에 대한 샤워헤드 어셈블리의 온도를 모니터링하는 것은, 안정적인 프로세스 제어를 유지하는 것을 보조할 수 있는 온도 피드백을 제공하는 것을 보조한다. 에칭 가스의 조성 또는 압력 또는 프로세스 챔버 또는 기판 온도의 미세한 변화들이 바람직하지 않은 에칭 결과들을 생성할 수 있다.
[0005] 따라서, 기판 프로세싱 장치를 위한 강화된 샤워헤드 어셈블리의 필요성이 존재한다.
[0006] 본원에 설명되는 실시예들은 일반적으로 기판 프로세싱 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 기판 프로세싱 장치에 대한 개선된 샤워헤드 어셈블리에 관한 것이다. 샤워헤드 어셈블리는, 가스 분배 플레이트 및 하나 또는 그 초과의 온도 검출 어셈블리들을 포함한다. 가스 분배 플레이트는, 최상부 표면 및 최하부 표면을 갖는 바디(body)를 포함한다. 하나 또는 그 초과의 온도 검출 어셈블리들은, 가스 분배 플레이트의 최상부 표면과 물리적으로 인터페이싱(interface)된다. 각각의 온도 검출 어셈블리는 돌출 피쳐(protruded feature) 및 온도 프로브(probe)를 포함한다. 돌출 피쳐는, 가스 분배 플레이트의 최상부 표면과 접촉한다. 온도 프로브는 돌출 피쳐에 포지셔닝된다.
[0007] 다른 실시예에서, 프로세싱 챔버가 본원에 개시된다. 프로세싱 챔버는, 기판 지지 부재 및 샤워헤드 어셈블리를 포함한다. 기판 지지 부재는 기판을 지지하도록 구성된다. 샤워헤드 어셈블리는, 가스 분배 플레이트 및 하나 또는 그 초과의 온도 검출 어셈블리들을 포함한다. 가스 분배 플레이트는, 최상부 표면 및 최하부 표면을 갖는 바디를 포함한다. 하나 또는 그 초과의 온도 검출 어셈블리들은, 가스 분배 플레이트의 최상부 표면과 인터페이싱된다. 각각의 온도 검출 어셈블리는 축방향으로 로딩(load)된 돌출 피쳐 및 온도 프로브를 포함한다. 돌출 피쳐는, 가스 분배 플레이트의 최상부 표면에 본딩(bond)된다. 온도 프로브는 돌출 피쳐에 포지셔닝된다.
[0008] 다른 실시예에서, 기판을 프로세싱하는 방법이 본원에 개시된다. 프로세싱 챔버의 프로세싱 영역에 플라즈마가 형성된다. 프로세싱 영역은, 샤워헤드 어셈블리와 기판 지지 어셈블리 사이에 정의된다. 샤워헤드 어셈블리는 가스 분배 플레이트를 포함한다. 기판 지지 어셈블리는 기판을 지지하도록 구성된다. 가스 분배 플레이트의 온도는 온도 검출 어셈블리를 이용하여 모니터링된다. 온도 검출 어셈블리는, 가스 분배 플레이트와 온도 검출 어셈블리 사이에 열적 본드(thermal bond)가 형성되도록, 가스 분배 플레이트의 최상부 표면과 인터페이싱된다. 온도 검출 어셈블리는 돌출 피쳐 및 온도 프로브를 포함한다. 돌출 피쳐는, 돌출 피쳐의 축을 따라 가스 분배 플레이트 상에 축방향 로드가 배치되도록, 가스 분배 플레이트의 최상부 표면과 인터페이싱된다. 온도 프로브는 돌출 피쳐에 의해 지지된다. 온도 프로브는, 가스 분배 플레이트의 온도를 모니터링하도록 구성된다. 이후, 온도 검출 어셈블리에 의해 모니터링되는 온도에 기초하여 프로세스 레시피가 조정된다.
[0009] 본 개시내용의 상기 인용된 특징들이 상세하게 이해될 수 있는 방식으로, 위에서 간략하게 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조하여 이루어질 수 있으며, 이러한 실시예들 중 일부가 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 하지만, 첨부된 도면들은 본 개시내용의 단지 통상적인 실시예들을 예시하는 것이므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 개시내용이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0010] 도 1은 일 실시예에 따른, 프로세싱 챔버의 단면도를 예시한다.
[0011] 도 2는 일 실시예에 따른, 도 1의 샤워헤드 어셈블리의 부분 단면도를 예시한다.
[0012] 도 3a는 일 실시예에 따른, 도 1 및 도 2의 가스 분배 플레이트의 평면도를 예시한다.
[0013] 도 3b는 일 실시예에 따른, 도 1 및 도 2의 가스 분배 플레이트의 평면도를 예시한다.
[0014] 도 4는 일 실시예에 따른, 도 1 및 도 2의 샤워헤드 어셈블리의 평면도를 예시한다.
[0015] 명확성을 위해, 도면들 간에 공통적인 동일한 엘리먼트들을 가리키기 위해 적용가능한 경우 동일한 도면부호들이 사용되었다. 부가적으로, 일 실시예의 엘리먼트들은, 본원에서 설명되는 다른 실시예들에서의 활용을 위해 유리하게 적응될 수 있다.
[0016] 도 1은 일 실시예에 따른, 개선된 샤워헤드 어셈블리(150)를 갖는 프로세싱 챔버(100)의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 프로세싱 챔버(100)는 기판, 이를테면 기판(101)을 에칭하는 데 적절한 에칭 챔버이다. 본 개시내용의 예시적인 실시예들로부터 이익을 얻도록 적응될 수 있는 프로세싱 챔버들의 예들은, California 주 Santa Clara에 위치된 Applied Materials, Inc.로부터 상업적으로 입수가능한 Sym3® 프로세싱 챔버 및 Mesa™ 프로세싱 챔버이다. 다른 제조자들로부터의 프로세싱 챔버들을 포함하는 다른 프로세싱 챔버들이 본 개시내용의 예시적인 실시예들로부터 이익을 얻도록 적응될 수 있다는 것이 고려된다.
[0017] 프로세싱 챔버(100)는 다양한 플라즈마 프로세스들에 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 프로세싱 챔버(100)는, 하나 또는 그 초과의 에칭제(etching agent)들로 건식 에칭을 수행하는 데 사용될 수 있다. 예컨대, 프로세싱 챔버는, 전구체 CxFy(여기서, x 및 y는 상이한 허용된 조합들일 수 있음), O2, NF3, 또는 이들의 조합들로부터의 플라즈마의 점화에 사용될 수 있다.
[0018] 프로세싱 챔버(100)는, 챔버 바디(102), 리드(lid) 어셈블리(104), 및 지지 어셈블리(106)를 포함한다. 리드 어셈블리(104)는 챔버 바디(102)의 상단부(upper end)에 포지셔닝된다. 지지 어셈블리(106)는, 챔버 바디(102)에 의해 정의되는 내부 볼륨(volume)(108)에서 보여진다. 챔버 바디(102)는, 챔버 바디(102)의 측벽에 형성되는 슬릿 밸브 개구(110)를 포함한다. 슬릿 밸브 개구(110)는, 기판 이송을 위해 기판 핸들링(handling) 로봇(도시되지 않음)이 내부 볼륨(108)에 액세스하는 것을 허용하기 위해, 선택적으로 개방 및 폐쇄된다.
[0019] 챔버 바디(102)는, 지지 어셈블리(106)를 둘러싸는 라이너(liner)(112)를 더 포함할 수 있다. 라이너(112)는 정비 및 세정을 위해 제거가능하다. 라이너(112)는, 금속, 이를테면 알루미늄, 세라믹 재료, 또는 임의의 다른 프로세스 호환가능 재료로 제조될 수 있다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 라이너(112)는, 내부에 형성되고 진공 포트(118)와 유체 연통하는 하나 또는 그 초과의 애퍼쳐(aperture)들(114) 및 펌핑 채널(116)을 포함한다. 애퍼쳐들(114)은, 펌핑 채널(116)로의 가스들에 대한 유동 경로를 제공한다. 펌핑 채널(116)은, 진공 포트(118)로의 챔버(100) 내의 가스들에 대한 출구(egress)를 제공한다.
[0020] 진공 시스템(120)은 진공 포트(118)에 커플링된다. 진공 시스템(120)은, 진공 펌프(122) 및 스로틀 밸브(124)를 포함할 수 있다. 스로틀 밸브(124)는, 챔버(100)를 통한 가스들의 유동을 조절한다. 진공 펌프(122)는, 내부 볼륨(108)에 배치되는 진공 포트(118)에 커플링된다.
[0021] 리드 어셈블리(104)는 적어도 2개의 적층형 컴포넌트들을 포함하며, 이 컴포넌트들은, 그들 사이에 플라즈마 볼륨 또는 캐비티(cavity)를 형성하도록 구성된다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 리드 어셈블리(104)는, 제2 전극("하부 전극")(128) 위에 수직으로 배치되는 제1 전극("상부 전극")(126)을 포함한다. 상부 전극(126) 및 하부 전극(128)은 그들 사이에 플라즈마 캐비티(130)를 한정한다. 제1 전극(126)은 전력 소스(132), 이를테면 RF 전력 공급부에 커플링된다. 제2 전극(128)은 접지에 연결되어, 2개의 전극들(126, 128) 사이에 커패시터가 형성되게 한다. 상부 전극(126)은 가스 인렛(inlet)(134)과 유체 연통한다. 하나 또는 그 초과의 가스 인렛들(134)의 제1 단부는 플라즈마 캐비티(130) 내로 개방된다.
[0022] 리드 어셈블리(104)는 또한, 제1 전극(126)을 제2 전극(128)으로부터 전기적으로 절연시키는 절연체 링(136)을 포함할 수 있다. 절연체 링(136)은, 알루미늄 산화물 또는 프로세싱 호환가능한 임의의 다른 절연성 재료로 제조될 수 있다.
[0023] 리드 어셈블리(104)는 또한, 샤워헤드 어셈블리(150) 및 선택적으로 차단 플레이트(140)를 포함할 수 있다. 샤워헤드 어셈블리(150)는, 가스 분배 플레이트(138), 가스 플레이트(139), 및 냉각(chill) 플레이트(151)를 포함한다. 샤워헤드 어셈블리(150)는 아래의 도 2-3과 관련해서 더 상세히 논의된다. 제2 전극(128), 가스 분배 플레이트(138), 냉각 플레이트(151), 및 차단 플레이트(140)는, 챔버 바디(102)에 커플링되는 리드 림(rim)(142) 상에 적층 및 배치될 수 있다.
[0024] 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 제2 전극(128)은, 플라즈마 캐비티(130) 아래에 형성되는 복수의 가스 통로들(144)을 포함하여, 플라즈마 캐비티(130)로부터의 가스가 그들을 통해 유동하는 것을 허용할 수 있다. 가스 분배 플레이트(138)는 복수의 애퍼쳐들(146)을 포함하며, 복수의 애퍼쳐들(146)은, 이들을 통한 가스들의 유동을 분배하도록 구성된다. 차단 플레이트(140)는 선택적으로, 제2 전극(128)과 가스 분배 플레이트(138) 사이에 배치될 수 있다. 차단 플레이트(140)는, 제2 전극(128)으로부터 가스 분배 플레이트(138)로의 복수의 가스 통로들을 제공하기 위한 복수의 애퍼쳐들(148)을 포함한다.
[0025] 지지 어셈블리(106)는 지지 부재(180)를 포함할 수 있다. 지지 부재(180)는, 프로세싱을 위한 기판(101)을 지지하도록 구성된다. 지지 부재(180)는, 챔버 바디(102)의 최하부 표면을 통해 연장되는 샤프트(shaft)(184)를 통해 리프트(lift) 메커니즘(182)에 커플링될 수 있다. 리프트 메커니즘(182)은, 샤프트(184) 주위로부터의 진공 누설을 방지하는 벨로우즈(bellows)(186)에 의해 챔버 바디(102)에 탄력적으로(flexibly) 시일링(seal)될 수 있다. 리프트 메커니즘(182)은, 지지 부재(180)가, 하부 이송 부분과 다수의 상승된 프로세스 포지션들 사이로 챔버 바디(102) 내에서 수직으로 이동되는 것을 허용한다. 부가적으로, 하나 또는 그 초과의 리프트 핀(pin)들(188)이 지지 부재(180)를 통해 배치될 수 있다. 하나 또는 그 초과의 리프트 핀들(188)은, 기판(101)이 지지 부재(180)의 표면으로부터 상승될 수 있도록 지지 부재(180)를 통해 연장되게 구성된다. 하나 또는 그 초과의 리프트 핀들(188)은 리프트 링(190)에 의해 활성화될 수 있다.
[0026] 프로세싱 챔버는 또한 제어기(191)를 포함할 수 있다. 제어기(191)는, 기판 프로세싱의 제어를 가능하게 하기 위해 프로세싱 시스템의 다양한 컴포넌트들에 커플링되는 전력 공급부들, 클록들, 캐시, I/O(input/output) 회로들 등과 같은, 메모리(194) 및 대용량 저장 디바이스, 입력 제어 유닛, 및 디스플레이 유닛(도시되지 않음)과 함께 동작가능한 프로그래밍가능 CPU(central processing unit)(192)를 포함한다.
[0027] 위에 설명된 챔버(100)의 제어를 가능하게 하기 위해, CPU(192)는, 다양한 챔버들 및 서브-프로세서들을 제어하기 위한, PLC(programmable logic controller)와 같은, 산업 환경에서 사용될 수 있는 임의의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서 중 하나일 수 있다. 메모리(194)는 CPU(192)에 커플링되며, 메모리(194)는 비-일시적이고 그리고 용이하게 이용가능한 메모리, 이를테면, RAM(random access memory), ROM(read only memory), 플로피 디스크 드라이브, 하드 디스크, 또는 로컬 또는 원격의, 임의의 다른 형태의 디지털 저장소 중 하나 또는 그 초과일 수 있다. 종래의 방식으로 프로세서를 지원하기 위해 지원 회로들(196)이 CPU(192)에 커플링된다. 일반적으로, 대전된 종(charged species) 생성, 가열, 및 다른 프로세스들은, 통상적으로 소프트웨어 루틴으로서 메모리(194)에 저장된다. 소프트웨어 루틴은 또한, CPU(192)에 의해 제어되는 프로세싱 챔버(100)로부터 원격으로 로케이팅되는 제2 CPU(도시되지 않음)에 의해 저장 및/또는 실행될 수 있다.
[0028] 메모리(194)는, CPU(192)에 의해 실행되는 경우 챔버(100)의 동작을 가능하게 하는 명령들을 포함하는 컴퓨터-판독가능 저장 매체의 형태이다. 메모리(194)의 명령들은, 본 개시내용의 방법을 구현하는 프로그램과 같은 프로그램 제품의 형태이다. 프로그램 코드는, 다수의 상이한 프로그래밍 언어들 중 임의의 언어를 준수할 수 있다. 일 예에서, 본 개시내용은, 컴퓨터 시스템과 함께 사용하기 위해 컴퓨터-판독가능 저장 매체 상에 저장되는 프로그램 제품으로서 구현될 수 있다. 프로그램 제품의 프로그램(들)은 (본원에서 설명되는 방법들을 비롯한) 실시예들의 기능들을 정의한다. 예시적인 컴퓨터-판독가능 저장 매체는: (i) 정보가 영구적으로 저장되는 비-기록가능 저장 매체(예컨대, 컴퓨터 내의 판독-전용 메모리 디바이스들, 이를테면, CD-ROM 드라이브에 의해 판독가능한 CD-ROM 디스크들, 플래시 메모리, ROM 칩들 또는 임의의 유형의 고체-상태 비-휘발성 반도체 메모리); 및 (ii) 변경가능 정보가 저장되는 기록가능 저장 매체(예컨대, 디스켓 드라이브 또는 하드-디스크 드라이브 내의 플로피 디스크들 또는 임의의 유형의 고체-상태 랜덤-액세스 반도체 메모리)를 포함(그러나 이에 제한되지 않음)한다. 그러한 컴퓨터-판독가능 저장 매체는, 본원에서 설명되는 방법들의 기능들을 지시하는 컴퓨터-판독가능 명령들을 보유하는 경우, 본 개시내용의 실시예들이다.
[0029] 도 2는 일 실시예에 따른, 샤워헤드 어셈블리(150)의 부분 단면도를 예시한다. 샤워헤드 어셈블리(150)는, 가스 분배 플레이트(138), 가스 분배 플레이트(138)의 최상부 표면 상에 포지셔닝되는 가스 플레이트(139), 및 가스 플레이트(139)의 최상부 표면 상에 포지셔닝되는 냉각 플레이트(151)를 포함한다. 가스 분배 플레이트(138)는, 최상부 표면(204) 및 최하부 표면(206)을 갖는 바디(202)를 포함한다. 최하부 표면(206)은 프로세싱 챔버(100)의 프로세싱 영역을 대면한다. 하나 또는 그 초과의 관통 홀(hole)들(208)이 바디(202)를 통해 형성되며, 최상부 표면(204)으로부터 최하부 표면(206)으로 연장된다. 하나 또는 그 초과의 관통 홀들(208)은, 가스 분배 플레이트(138)를 통해 프로세싱 영역 내로의 프로세싱 가스의 통로를 허용하도록 구성된다.
[0030] 도 3a는 일 실시예에 따른, 가스 분배 플레이트(138)의 평면도를 예시한다. 도시된 바와 같이, 샤워헤드 어셈블리(150)는, 하나 또는 그 초과의 온도 검출 어셈블리들(250)을 더 포함한다. 일 실시예에서, 하나 또는 그 초과의 온도 검출 어셈블리들(250)은, 가스 분배 플레이트(138)의 최상부 표면(204)에 커플링된다. 하나 또는 그 초과의 온도 검출 어셈블리들(250)은, 프로세싱 동안 가스 분배 플레이트(138)의 온도를 모니터링하도록 구성된다. 각각의 온도 검출 어셈블리(250)는 돌출 피쳐(252) 및 온도 프로브(256)를 포함한다. 돌출 피쳐(252)는, 가스 분배 플레이트(138)의 최상부 표면(204)과 접촉하게 포지셔닝된다. 돌출 피쳐(252)는, 가스 분배 플레이트(138)의 재료와 유사한 재료 또는 동일한 재료로 형성될 수 있다. 예컨대, 일 실시예에서, 돌출 피쳐(252)는 실리콘으로 형성되고, 가스 분배 플레이트(138)는 실리콘으로 형성된다. 가스 분배 플레이트(138)의 재료와 유사하거나 동일한 재료로 돌출 피쳐(252)를 형성하는 것은, 가스 분배 플레이트(138)로부터 돌출 피쳐(252)를 거쳐 온도 프로브(256)까지의 향상된 열 전달을 허용하며, 그에 따라, 온도 판독의 정확도가 증가된다. 다른 예에서, 돌출 피쳐(252)는, 가스 분배 플레이트(138)의 재료와 상이한, 양호한 열 전도성을 갖는 재료로 형성될 수 있다. 예컨대, 돌출 피쳐(252)는, 알루미늄, 스테인리스 강, 실리콘 탄화물, 알루미늄 질화물 등(그러나 이에 제한되지 않음)으로 형성될 수 있다.
[0031] 온도 검출 어셈블리들(250)은 선택적으로, 가스 분배 플레이트(138) 상에 포지셔닝될 수 있다. 예컨대, 온도 검출 어셈블리들(250)은, 가스 분배 플레이트(138)의 중심 근처에 어레이로 포지셔닝될 수 있다. 하나의 온도 검출 어셈블리(250)는 중심선을 통해 형성되는 개구들(228, 272)을 통해 배치될 수 있다. 도 3a에 도시된 실시예에서, 온도 검출 어셈블리들(250)은 가스 분배 플레이트(138)의 중심선에 대해 격자 패턴 또는 극성 어레이로 배열되며, 일 실시예에서, 온도 검출 어셈블리들(250)의 중심선들(282)은 등거리에 이격된다. 다른 예에서, 온도 검출 어셈블리들(250)은 가스 분배 플레이트(138)의 중심과 동심인 링에 배열된다. 일반적으로, 온도 검출 어셈블리들(250)은, 하나 또는 그 초과의 관통 홀 공핍(depleted) 영역들(290)에서 가스 분배 플레이트(138) 상에 포지셔닝될 수 있다. 홀 공핍 영역들(290)은, 가스 분배 플레이트(138)를 통해 형성되는 어떠한 가스 관통 홀들(208)도 갖지 않는, 가스 분배 플레이트(138)의 영역들이다. 관통 홀 공핍 영역들(290)에 온도 검출 어셈블리들(250)을 포지셔닝하는 것은, 온도 검출 어셈블리들(250)이 프로세스 영역 내로의 균일한 프로세스 가스 분배에 간섭하는 것을 방지한다.
[0032] 돌출 피쳐(252)는, 최상부 표면(258) 및 최하부 표면(260)을 갖는 세장형(elongated) 바디를 포함한다. 돌출 피쳐(252)의 최하부 표면(260)은 가스 분배 플레이트(138)의 최상부 표면(204)과 인터페이싱된다. 일 실시예에서, 돌출 피쳐(252)는, 높은 열 전도 재료를 사용하여 최하부 표면(260)을 최상부 표면(204)에 본딩함으로써 최상부 표면(204)에 열적으로 커플링될 수 있고, 그에 따라 열적 본드(280)가 생성된다. 예컨대, 높은 열 전도 재료는, 알루미늄, 티타늄, 니켈-코발트 철 합금, 이를테면 KOVAR® 등(그러나 이에 제한되지 않음)으로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 돌출 피쳐(252)는 가스 분배 플레이트(138)의 일부로서 일체로 형성(즉, 균질의 일체형 바디로서 형성)될 수 있다. 예컨대, 돌출 피쳐(252) 및 가스 분배 플레이트(138)는 단일의 일체형 바디일 수 있다. 하나 또는 그 초과의 온도 검출 어셈블리들(250) 각각과 가스 분배 플레이트(138) 간의 열적 본드(280)는, 온도 프로브(256)에 의한, 가스 분배 플레이트(138)의 온도 변화들의 빠르고 신뢰가능한 검출을 보장한다.
[0033] 선택적으로, 냉각 플레이트(151)의 상부(최상부) 표면(222) 위로 연장되는 돌출 피쳐들(252) 중 적어도 하나의 적어도 부분은 나사형 섹션(threaded section)(262)을 갖는다. 나사형 섹션(262)은, 탄성(resilient) 에너지 저장 구조(266)를 압축하기 위해, 가스 분배 플레이트(138)에 열적 본딩되는 돌출 피쳐(252)의 나사형 섹션(262) 상에 너트(264)가 나사결합되게 한다. 탄성 에너지 저장 구조(266)는, 압축 스프링, 코일 스프링, 판 스프링(flat spring) 형태, Belleville 와셔(washer)(즉, 원뿔형 스프링 와셔), 탄성 엘라스토머(elastomer), 또는 다른 힘 생성 디바이스/구조일 수 있다. 에너지 저장 구조(266)는, 너트(264)에 의해 압축되는 경우, 압축 화살표들(268)에 의해 도시된 바와 같이, 냉각 플레이트(151), 가스 플레이트(139), 및 가스 분배 플레이트(138)를 함께 압축하도록 돌출 피쳐(252)를 축방향으로 로딩한다. 유리하게, 압축된 에너지 저장 구조(266)에 의한 축방향 로딩에 의해 가스 플레이트(139) 및 가스 분배 플레이트(138)가 함께 압박(urge)되기 때문에, 돌출 피쳐(252)에 인접한 가스 분배 플레이트(138)와 가스 플레이트(139) 간의 인터페이스의 영역(270)은 가까운 물리적 접촉으로 유지되며, 그에 따라, 돌출 피쳐(252)를 통해 온도 프로브(256)에 의해 감지되는 온도가, 돌출 피쳐(252) 바로 아래의 온도만을 나타내는 핀포인트(pinpoint) 판독이 아니라 프로브(256)에 인접한 가스 분배 플레이트(138)의 영역의 더 정확한 판독임이 보장된다. 돌출 피쳐(252)는, 돌출 피쳐(252)에 인접한 가스 분배 플레이트(138)와 가스 플레이트(139) 간에 양호한 압축을 제공하도록 다른 방식들로 축방향으로 로딩될 수 있음이 고려된다.
[0034] 일 예에서, 각각이 개개의 온도 프로브(256)와 인터페이싱되는 돌출 피쳐들(252) 중 하나 또는 그 초과 또는 심지어 그 전부가 축방향으로 로딩된다. 다른 예들에서, 어레이를 포함하는 돌출 피쳐들(252) 중 일부는 온도 프로브(256)와 인터페이싱되지 않을 수 있으며, 온도 프로브가 없는(즉, 온도 프로브(256)와 인터페이싱되지 않는) 돌출 피쳐들(252) 중 하나 또는 그 초과 또는 심지어 전부가 축방향으로 로딩된다. 프로브가 없든 그렇지 않든 간에, 축방향으로 로딩된 돌출 피쳐들(252)의 어레이는 추가로, 가스 분배 플레이트(138) 및 가스 플레이트(139)의 더 큰 표면 영역이 가까운 물리적 접촉으로 함께 클램핑(clamp)되는 것을 보장하며, 그에 따라, 심지어 사용 중인 플라즈마 조건들에 노출된 경우라 하더라도, 측방향으로 가스 분배 플레이트(138)에 걸친 온도 균일성이 촉진된다. 요약하면, 돌출 피쳐들(252)의 어레이에 포함된 적어도 제1 돌출 피쳐(252)는 온도 프로브(256)를 포함하고, 제1 돌출 피쳐(252)는 축방향으로 로딩되거나 축방향으로 로딩되지 않을 수 있다. 돌출 피쳐들(252)의 어레이에 포함된, 제1 돌출 피쳐(252) 이외의 돌출 피쳐들(252)은, 온도 프로브(256)를 포함하거나 포함하지 않을 수 있고, 축방향으로 로딩되거나 로딩되지 않을 수 있다.
[0035] 도 2를 계속 참조하면, 최상부 표면(258)은 최하부 표면(260)에 대향한다. 최상부 표면(258)은 온도 프로브(256)를 지지하도록 구성된다. 예컨대, 일 실시예에서, 프로브 지지부(254)는 돌출 피쳐(252)의 최상부 표면(258)에 형성될 수 있다. 프로브 지지부(254)는, 그 내부에서 온도 프로브(256)가 슬라이딩가능하게 포지셔닝되도록 돌출 피쳐(252)를 통해 형성된 개구일 수 있다. 도 2에 도시된 예에서, 프로브 지지부(254)는 돌출 피쳐(252)를 통해 형성된 교차-홀(cross-hole)이다. 다른 예에서, 프로브 지지부(254)는 돌출 피쳐(252)의 중심 축에 대해 평행하거나 동축으로 형성된 홀, 이를테면, 예컨대 온도 프로브(256)가 돌출 피쳐(252) 내부에 그리고 적어도 부분적으로 냉각 플레이트(151) 아래에 그리고 가스 분배 플레이트(138)에 더 가깝게 포지셔닝되는 것을 허용하는, 돌출 피쳐(252)의 최상부 표면(258)에 형성된 블라인드(blind) 홀이다.
[0036] 도 3b는 다른 실시예에 따른, 가스 분배 플레이트(138)의 평면도를 예시한다. 도시된 실시예에서, 샤워헤드 어셈블리(150)는 온도 검출 어셈블리(300)를 포함한다. 온도 검출 어셈블리(300)는 온도 검출 어셈블리(250)와 실질적으로 유사하다. 온도 검출 어셈블리는 하나 또는 그 초과의 돌출 피쳐들(302)을 포함한다. 하나 또는 그 초과의 돌출 피쳐들 각각은, 가스 분배 플레이트(138)와 동심인 링 형상 바디(304)를 갖는다. 예컨대, 도 3b는, (가스 분배 플레이트(138)의 중심으로부터 측정된) 제1 반경(r1)을 갖는 제1 돌출 피쳐(3021) 및 제2 반경(r2)을 갖는 제2 돌출 피쳐(3022)를 예시한다. 제1 반경(r1)은 가스 분배 플레이트(138)의 반경 R보다 작다. 제2 반경(r2)은 제1 반경(r1)보다 작다. 부가적으로, 하나 또는 그 초과의 돌출 피쳐들(302)은, 하나 또는 그 초과의 관통 홀 공핍 영역들(306)에서 가스 분배 플레이트(138) 상에 포지셔닝된다. 하나 또는 그 초과의 돌출 피쳐들(302)을 관통 홀 공핍 영역들(306)에 포지셔닝하는 것은, 프로세싱 가스가 프로세싱 영역 내로 고르게 분배되는 것을 보장한다.
[0037] 종래의 온도 모니터링 시스템들은, 가스 분배 플레이트 내부에 매립(embed)된 컴포넌트를 이용한다. 그러나, 그러한 컴포넌트들을 가스 분배 플레이트에 매립하는 것은, 가스 분배 플레이트의 바디들 내에서 열적 미스매치(mismatch)를 갖게 되어, 베이스 컴포넌트들(즉, 가스 분배 플레이트)에서의 열적 비일관성들을 초래할 수 있다. 돌출 피쳐(252)가 가스 분배 플레이트(138) 내부에 매립되는 것이 아니라 본원에 개시된 것과 같이 그로부터 연장되게 하는 것은, 가스 분배 플레이트(138)의 열적 균질성을 보장한다.
[0038] 온도 검출 어셈블리(300)는, 하나 또는 그 초과의 돌출 피쳐들과 일체로 형성되는 하나 또는 그 초과의 프로브 지지 부재들(308)을 더 포함할 수 있다. 프로브 지지 부재들(308)은, 하나 또는 그 초과의 돌출 피쳐들(302)의 재료와 동일한 재료로 형성될 수 있다. 각각의 프로브 지지 부재(308)는, 온도 프로브(256)를 지지하도록 구성된다. 각각의 프로브 지지 부재(308)는, 온도 프로브(256)가 냉각 플레이트(151) 상에 그리고 냉각 플레이트(151) 위에 지지될 수 있도록 포지셔닝된다.
[0039] 도 2를 다시 참조하면, 가스 플레이트(139)는, 최상부 표면(212) 및 최하부 표면(214)을 갖는 바디(210)를 포함한다. 최하부 표면(214)은, 가스 플레이트(139)와 가스 분배 플레이트(138) 간에 실질적으로 어떠한 갭도 형성되지 않도록, 가스 분배 플레이트(138)의 최상부 표면(204) 위에 포지셔닝된다. 가스 플레이트(139)는, 하나 또는 그 초과의 가스 통로들(218) 및 하나 또는 그 초과의 가스 전달 채널들(220)을 포함한다. 하나 또는 그 초과의 가스 통로들(218)은, 가스 소스로부터 프로세싱 챔버로의 프로세스 가스의 전달을 허용한다. 하나 또는 그 초과의 가스 전달 채널들(220)은, 하나 또는 그 초과의 가스 통로들(218)로부터 가스 플레이트(139)의 최하부 표면(214)으로 연장되어, 하나 또는 그 초과의 가스 통로들(218)로부터 하나 또는 그 초과의 관통 홀들(208)로 그리고 프로세싱 영역으로 가스가 유동되는 것을 허용한다. 가스 플레이트(139)는 바디(210)를 통해 형성되는 개구들(272)을 더 포함한다. 개구들(272)은, 가스 분배 플레이트(138)에 커플링된 돌출 피쳐들(252)이 그들을 통해 연장되는 것을 허용한다. 개구들(272) 각각은, 돌출 피쳐(252)가 가스 플레이트(139)와 접촉하지 않게 하는 직경을 갖는다. 그러한 접촉은 온도 프로브(256)의 온도 판독들의 오염(contamination)을 유발할 수 있다.
[0040] 냉각 플레이트(151)는, 최상부 표면(222) 및 최하부 표면(224)을 갖는 바디(216)를 포함한다. 최하부 표면(224)은, 가스 플레이트(139)의 최상부 표면(212) 위에 포지셔닝된다. 냉각 플레이트(151)는, 프로세싱 동안 가스 분배 플레이트(138)의 온도를 조절하도록 구성된다. 예컨대, 냉각 플레이트(151)는 그들을 통해 형성되는 하나 또는 그 초과의 온도 제어 채널들(226)을 포함할 수 있어서, 온도 제어 유체가 그 채널들 내에 제공되어 가스 분배 플레이트(138)의 온도를 조절할 수 있다. 냉각 플레이트(151)는, 냉각 플레이트(151)를 통해 형성되는 하나 또는 그 초과의 개구들(228)을 더 포함한다. 하나 또는 그 초과의 개구들(228)은, 가스 분배 플레이트(138)에 커플링된 돌출 피쳐들(252)이 그들을 통해 연장되는 것을 허용한다. 하나 또는 그 초과의 개구들(228) 각각은, 돌출 피쳐(252)가 냉각 플레이트(151)와 접촉하지 않게 하는 직경을 갖는다. 그러한 접촉은 온도 프로브의 온도 판독들의 오염을 유발할 수 있다.
[0041] 도 2에 도시된 실시예에서, 온도 검출 어셈블리(250)는, 프로브 지지부(254)(또는 도 3의 프로브 지지 부재(308))를 적어도 부분적으로 둘러싸는 절연성 슬리브(240)를 더 포함할 수 있다. 절연성 슬리브(240)는, 폴리머 또는 다른 적절한 재료로 제조될 수 있다. 절연성 슬리브(240)는, 냉각 플레이트(151) 및 가스 플레이트(139)로부터 온도 검출 어셈블리(250)를 절연시키도록 구성된다. 예컨대, 도 2에 도시된 실시예에서, 절연성 슬리브(240)는, 냉각 플레이트(151)의 개구(228) 및 가스 플레이트(139)의 개구(272) 내로, 개구들(272 및 228) 내에 있는 온도 검출 어셈블리(250)의 부분을 절연성 슬리브(240)가 완전히 둘러싸도록, 하향으로 연장된다.
[0042] 도 4는 일 실시예에 따른 샤워헤드 어셈블리(150)의 평면도를 예시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 가스 분배 플레이트(138) 상에 하나 또는 그 초과의 온도 검출 어셈블리들(250)이 포지셔닝된다. 하나 또는 그 초과의 온도 검출 어셈블리들(250)은, 온도 프로브(256)가 냉각 플레이트(151) 위에 지지되도록, 가스 플레이트(139) 및 냉각 플레이트(151)를 통해 연장된다. 일단 프로브 지지부(254)에 포지셔닝되면, 온도 프로브(256)는, 돌출 피쳐(252) 위쪽으로 전달되는 열을 측정함으로써 가스 분배 플레이트(138)의 온도를 측정하도록 구성된다. 가스 분배 플레이트(138)의 인-시튜(in-situ) 실시간 온도 모니터링은, 안정적인 프로세스 제어를 유지하는 것을 보조하는 중요한 온도 피드백을 제공한다.
[0043] 전술한 내용들이 특정 실시예들에 관한 것이지만, 다른 그리고 추가적인 실시예들이 그 기본 범위로부터 벗어나지 않으면서 안출될 수 있으며, 그 범위는 하기의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 샤워헤드 어셈블리(showerhead assembly)로서,
    최상부 표면 및 최하부 표면을 갖는 가스 분배 플레이트(gas distribution plate); 및
    상기 가스 분배 플레이트의 최상부 표면과 접촉하는 하나 또는 그 초과의 온도 검출 어셈블리들을 포함하며,
    각각의 온도 검출 어셈블리는,
    상기 가스 분배 플레이트의 최상부 표면과 접촉하는 돌출 피쳐(protruded feature), 및
    상기 돌출 피쳐에 포지셔닝(position)되는 온도 프로브(probe)
    를 포함하는, 샤워헤드 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 분배 플레이트는 복수의 관통 홀(through hole)들을 포함하고, 상기 복수의 관통 홀들은, 하나 또는 그 초과의 구역들에서 상기 가스 분배 플레이트 상에 배열되는, 샤워헤드 어셈블리.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 온도 검출 어셈블리들은, 상기 하나 또는 그 초과의 구역들 외부의 영역들에서 상기 가스 분배 플레이트 상에 포지셔닝되는, 샤워헤드 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가스 분배 플레이트의 최상부 표면과 접촉하고 그리고 온도 프로브와 인터페이싱(interface)되지 않는 돌출 피쳐를 더 포함하며,
    상기 돌출 피쳐는 상기 가스 분배 플레이트를 가스 플레이트에 대하여 압박(urge)하도록 축방향으로 로딩(load)되는, 샤워헤드 어셈블리.
  5. 프로세싱 챔버로서,
    기판을 지지하도록 구성되는 기판 지지 부재; 및
    샤워헤드 어셈블리를 포함하며,
    상기 샤워헤드 어셈블리는,
    최상부 표면 및 최하부 표면을 갖는 가스 분배 플레이트, 및
    상기 가스 분배 플레이트의 최상부 표면과 인터페이싱되는 하나 또는 그 초과의 온도 검출 어셈블리들
    을 포함하고,
    각각의 온도 검출 어셈블리는,
    상기 가스 분배 플레이트의 최상부 표면에 본딩(bond)되는 돌출 피쳐, 및
    상기 돌출 피쳐에 포지셔닝되는 온도 프로브
    를 포함하는, 프로세싱 챔버.
  6. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    최상부 표면 및 최하부 표면을 갖는 가스 플레이트를 더 포함하며,
    상기 가스 플레이트는, 상기 최상부 표면 및 상기 최하부 표면으로부터 상기 가스 플레이트를 통해 형성되는 하나 또는 그 초과의 개구들을 갖고, 상기 가스 플레이트의 최하부 표면은, 상기 각각의 온도 검출 어셈블리의 돌출 피쳐가 상기 가스 플레이트의 개구를 통해 연장되도록 상기 가스 분배 플레이트의 최상부 표면 위에 포지셔닝되는, 샤워헤드 어셈블리 또는 프로세싱 챔버.
  7. 제6항에 있어서,
    최상부 표면 및 최하부 표면을 갖는 냉각(chill) 플레이트를 더 포함하며,
    상기 냉각 플레이트는, 상기 최상부 표면으로부터 상기 최하부 표면으로 형성되는 하나 또는 그 초과의 개구들을 갖고, 상기 냉각 플레이트의 최하부 표면은, 상기 각각의 온도 검출 어셈블리의 돌출 피쳐가 상기 냉각 플레이트의 개구를 통해 연장되도록 상기 가스 플레이트의 최상부 표면 위에 포지셔닝되는, 샤워헤드 어셈블리 또는 프로세싱 챔버.
  8. 제5항에 있어서,
    각각의 돌출 피쳐의 최상부 표면은, 냉각 플레이트 위에 상기 온도 프로브를 지지하도록 구성되는 프로브 지지부를 포함하는, 프로세싱 챔버.
  9. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 샤워헤드 어셈블리는,
    하나 또는 그 초과의 절연성 슬리브(insulative sleeve)들을 더 포함하며,
    각각의 절연성 슬리브는 상기 돌출 피쳐를 적어도 부분적으로 둘러싸는, 샤워헤드 어셈블리 또는 프로세싱 챔버.
  10. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    돌출 피쳐들 중 적어도 하나는, 상기 가스 분배 플레이트를 가스 플레이트에 대하여 압박하도록 축방향으로 로딩되는, 샤워헤드 어셈블리 또는 프로세싱 챔버.
  11. 제5항에 있어서
    상기 가스 분배 플레이트의 최상부 표면과 접촉하고 그리고 온도 프로브와 인터페이싱되지 않는 돌출 피쳐를 더 포함하며,
    상기 돌출 피쳐는 상기 가스 분배 플레이트를 가스 플레이트에 대하여 압박하도록 축방향으로 로딩되는, 프로세싱 챔버.
  12. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    돌출 피쳐들 중 적어도 일부는, 상기 가스 분배 플레이트와 동심인 링에 배열되는, 샤워헤드 어셈블리 또는 프로세싱 챔버.
  13. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 온도 검출 어셈블리 및 상기 가스 분배 플레이트는 단일 바디로부터 형성되는, 샤워헤드 어셈블리 또는 프로세싱 챔버.
  14. 기판을 프로세싱하는 방법으로서,
    가스 분배 플레이트를 갖는 샤워헤드 어셈블리와 상기 기판을 지지하도록 구성되는 기판 지지 어셈블리 사이에 정의되는 프로세싱 챔버의 프로세싱 영역에 플라즈마를 형성하는 단계;
    상기 가스 분배 플레이트와 온도 검출 어셈블리 사이에 열적 본드(thermal bond)가 형성되도록 상기 가스 분배 플레이트의 최상부 표면과 인터페이싱되는 상기 온도 검출 어셈블리를 이용하여 상기 샤워헤드 어셈블리의 온도를 검출하는 단계 ― 상기 온도 검출 어셈블리는,
    상기 가스 분배 플레이트의 최상부 표면과 인터페이싱되는 돌출 피쳐,
    상기 돌출 피쳐에 의해 지지되는 온도 프로브
    를 포함하고,
    상기 온도 프로브는 상기 가스 분배 플레이트의 온도를 모니터링하도록 구성됨 ―; 및
    상기 온도 검출 어셈블리에 의해 모니터링되는 온도에 기초하여 프로세스 레시피를 조정하는 단계를 포함하는, 기판을 프로세싱하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 온도 검출 어셈블리에 의해 검출되는 온도에 대한 응답으로, 상기 가스 분배 플레이트 위에 포지셔닝되는 냉각 플레이트에 온도 제어 유체를 제공하는 단계를 더 포함하는, 기판을 프로세싱하는 방법.
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