KR20230074554A - 고온 프로세스들을 위한 축방향으로 냉각된 금속 샤워헤드들 - Google Patents
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Abstract
샤워헤드의 베이스 부분은 제 1 금속 재료로 이루어지고, 가스 유입구 및 제 2 표면을 포함하는 제 1 표면을 갖고, 그리고 통로들을 포함한다. 대면플레이트는 제 2 금속 재료로 이루어지고 그리고 제 2 표면에 부착된 측면들을 갖고 그리고 제 2 표면과 함께 플레넘을 규정하는 하단 표면을 갖는다. 대면플레이트는 하단 표면으로부터 플레넘을 통해 상향으로 연장하고 그리고 제 2 표면과 콘택트하는 벽들, 및 벽들을 따라 배치된 (arrange) 유출구들을 포함한다. 히터는 베이스 부분의 주변을 따라 홈 (groove) 내에 배치된다 (dispose). 냉각 플레이트는 제 1 표면 상에 배치되고 그리고 냉각제를 위한 도관을 포함한다. 플레이트는 제 1 금속 재료 및 제 2 금속 재료보다 더 낮은 열 전도도를 갖는 제 3 재료로 이루어지고 그리고 냉각 플레이트와 베이스 부분 사이에 배치된다.
Description
본 개시는 일반적으로 기판 프로세싱 시스템들에 관한 것이고, 더 구체적으로 고온 프로세스들을 위한 축으로-냉각된 금속 샤워헤드들에 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.
원자 층 증착 (Atomic Layer Deposition; ALD) 은 재료의 표면 (예를 들어, 반도체 웨이퍼와 같은 기판의 표면) 상에 박막을 증착하기 위해 가스성 화학 프로세스를 순차적으로 수행하는 박막 증착 방법이다. 대부분의 ALD 반응들은 재료의 표면과 순차적인 자기-제한 방식으로 한 번에 하나의 전구체가 반응하는 전구체들 (reactants) 이라고 하는 적어도 2 개의 화학 물질들을 사용한다. 별개의 전구체들에 대한 반복된 노출을 통해, 박막은 재료의 표면 상에 점진적으로 증착된다.
열적 ALD (Thermal ALD; T-ALD) 는 가열된 프로세싱 챔버에서 수행된다. 프로세싱 챔버는 진공 펌프 및 제어된 불활성 가스의 플로우를 사용하여 대기압 미만 (sub-atmospheric) 의 압력으로 유지된다. ALD 막으로 코팅될 기판은 프로세싱 챔버 내에 배치되고 (place) ALD 프로세스를 시작하기 전에 프로세싱 챔버의 온도와 평형을 이루게 된다.
관련 출원들에 대한 교차 참조
본 개시는 2020년 9월 25일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제 63/083,442 호의 PCT 국제 출원이다. 상기 참조된 출원의 전체 개시는 참조로서 본 명세서에 인용된다.
샤워헤드는 베이스 부분, 대면플레이트, 히터, 냉각 플레이트, 및 금속 플레이트를 포함한다. 베이스 부분은 제 1 금속 재료로 이루어지고, 가스 유입구를 포함하는 제 1 표면 및 제 1 표면에 반대되는 제 2 표면을 갖고, 가스 유입구와 유체로 연통하는 (in fluid communication) 복수의 통로들을 포함한다. 대면플레이트는 제 2 금속 재료로 이루어지고 그리고 베이스 부분의 제 2 표면에 부착된 측면들 및 하단 표면을 갖는다. 대면플레이트의 측면들 및 하단 표면 및 베이스 부분의 제 2 표면은 복수의 통로들과 유체로 연통하는 플레넘을 규정한다. 대면플레이트는 하단 표면으로부터 플레넘을 통해 상향으로 연장하고 그리고 베이스 부분의 제 2 표면과 콘택트하는 복수의 벽들을 포함한다. 하단 표면은 플레넘과 유체로 연통하는 벽들을 따라 배치된 (arrange) 복수의 유출구들을 포함한다. 히터는 베이스 부분의 주변을 따라 홈 (groove) 내에 배치된다 (dispose). 냉각 플레이트는 베이스 부분의 제 1 표면 상에 배치되고 그리고 냉각제를 수용하기 위한 유입구 및 유출구를 갖는 도관을 포함한다. 금속 플레이트는 제 1 금속 재료 및 제 2 금속 재료보다 더 낮은 열 전도도를 갖는 제 3 재료로 이루어지고 그리고 냉각 플레이트와 샤워헤드의 베이스 부분 사이에 배치된다.
다른 특징들에서, 냉각 플레이트의 외경 및 금속 플레이트의 외경은 홈의 내경 이하이다.
다른 특징들에서, 벽들은 수직이고 그리고 동심원이다.
또 다른 특징에서, 벽들은 상이한 높이들을 갖는다.
또 다른 특징에서, 벽들은 상이한 폭들을 갖는다.
다른 특징들에서, 벽들 및 유출구들은 대면플레이트의 영역 내에 배치되고, 그리고 냉각 플레이트의 외경 및 금속 플레이트의 외경은 영역의 직경 이하이다.
다른 특징들에서, 벽들 및 유출구들은 대면플레이트의 영역 내에 배치되고, 그리고 영역의 직경은 홈의 내경 이하이다.
다른 특징들에서, 냉각 플레이트 및 금속 플레이트는 베이스 부분의 외경 및 대면플레이트의 외경보다 더 작은 직경을 갖는다.
다른 특징들에서, 제 1 금속 재료 및 제 2 금속 재료는 동일하다.
다른 특징들에서, 베이스 부분은 베이스 부분의 상단 단부로부터 방사상으로 외향으로 연장하는 플랜지를 포함하고, 그리고 샤워헤드는 히터 상에 배치된 수직 부분을 갖고 그리고 플랜지에 부착된 수평 부분을 갖는 클램핑 링을 더 포함한다.
다른 특징들에서, 금속 플레이트는 상단 표면 및 하단 표면 중 적어도 하나 상에 하나 이상의 리세스된 부분들을 포함한다.
또 다른 특징에서, 샤워헤드는 금속 플레이트와 베이스 부분 사이에 배치된 비금속으로 이루어진 부가적인 플레이트를 더 포함한다.
또 다른 특징에서, 비금속은 제 3 금속 재료보다 더 낮은 열 전도도를 갖는다.
또 다른 특징에서, 부가적인 플레이트의 외경은 금속 플레이트의 외경 이하이다.
또 다른 특징에서, 금속 플레이트는 부가적인 플레이트보다 더 두껍다.
또 다른 특징에서, 대면플레이트는 베이스 부분에 확산 본딩된다 (bond).
또 다른 특징에서, 베이스 부분 및 대면플레이트는 항 부식 재료로 코팅된다.
다른 특징들에서, 금속 플레이트는 하나 이상의 리세스된 부분들을 포함하는 제 1 층, 편평한 제 2 층, 및 하나 이상의 리세스된 부분들을 포함하는 제 3 층을 포함한다.
다른 특징들에서, 제 1 층, 제 2 층 및 제 3 층은 확산 본딩된다.
다른 특징들에서, 제 1 층의 리세스된 부분 및 제 3 층의 리세스된 부분은 서로 정렬된다.
다른 특징들에서, 제 1 층의 리세스된 부분 및 제 3 층의 리세스된 부분은 부분적으로 오버랩한다 (overlap).
다른 특징들에서, 제 1 층의 리세스된 부분 및 제 3 층의 리세스된 부분은 오버랩하지 않는다.
다른 특징들에서, 베이스 부분은 제 1 디스크-형상 엘리먼트 및 제 2 디스크-형상 엘리먼트와 원통형 엘리먼트를 포함한다. 제 1 디스크-형상 엘리먼트는 제 1 디스크-형상 엘리먼트의 외경에 근접한 홈을 포함한다. 히터는 홈 내에 배치된다. 제 2 디스크-형상 엘리먼트는 제 1 디스크-형상 엘리먼트 상에 배치되고 그리고 홈의 내경 이하인 외경을 갖는다. 원통형 엘리먼트는 제 1 디스크-형상 엘리먼트 상에 배치되고 그리고 홈의 외경 이상인 내경을 갖는다.
다른 특징들에서, 제 1 디스크-형상 엘리먼트 및 제 2 디스크-형상 엘리먼트와 원통형 엘리먼트는 확산 본딩된다.
또 다른 특징에서, 홈은 제 1 디스크-형상 엘리먼트의 상단 표면으로부터 제 1 디스크-형상 엘리먼트의 하단 표면을 향해 수직으로 연장한다.
다른 특징들에서, 제 1 디스크-형상 엘리먼트의 외경 및 제 2 디스크-형상 엘리먼트의 외경과 원통형 엘리먼트의 하단 부분의 외경은 동일하다.
다른 특징들에서, 제 1 디스크-형상 엘리먼트는 제 1 디스크-형상 엘리먼트의 상단 표면의 중심에 슬롯을 포함한다. 슬롯은 가스 유입구와 유체로 연통하고 그리고 슬롯으로부터 방사상으로 연장하는 복수의 홈들을 포함한다. 통로들은 홈들의 원위 단부들로부터 제 1 디스크-형상 엘리먼트의 하단 표면을 향해 그리고 제 1 디스크-형상 엘리먼트의 하단 표면을 통해 하향으로 연장한다.
다른 특징들에서, 원통형 엘리먼트의 상단 단부는 방사상으로 외향으로 연장하는 플랜지를 포함하고, 그리고 샤워헤드는 히터 상에 배치된 수직 부분을 갖고 그리고 플랜지에 부착된 수평 부분을 갖는 클램핑 링을 더 포함한다.
다른 특징들에서, 대면플레이트는 대면플레이트의 중심으로부터 방사상으로 외향으로 연장하는 복수의 홈들을 포함한다.
다른 특징들에서, 홈들은 상이한 길이들이다.
다른 특징들에서, 벽들은 수직이고 그리고 동심원이고, 그리고 홈들은 벽들과 교차한다 (intersect).
다른 특징들에서, 대면플레이트는 하단 표면의 외경을 따라 환형 리세스를 포함하고, 그리고 샤워헤드는 환형 리세스 내에 배치된 에지 링을 더 포함한다.
다른 특징들에서, 프로세싱 챔버는 샤워헤드 및 페데스탈을 포함한다. 에지 링은 페데스탈의 상단 표면의 외측 에지에 근접한다.
또 다른 특징에서, 에지 링과 페데스탈의 상단 표면의 외측 에지 사이의 갭을 통한 방사상으로 외향인 가스 플로우는 기판 프로세싱 동안 페데스탈 상에 배치된 기판을 향해 오염물들 (contaminants) 이 프로세싱 챔버로부터 갭을 통해 흐르는 것을 방지한다.
다른 특징들에서, 시스템은 샤워헤드, 가스 유입구에 프로세스 가스를 공급하기 위한 가스 분배 시스템, 냉각 플레이트의 도관에 유체를 공급하기 위한 유체 분배 시스템, 및 히터에 전력을 공급하기 위한 전력 공급부를 포함한다.
또 다른 특징에서, 시스템은 가스 분배 시스템, 유체 분배 시스템, 및 전력 공급부를 제어하기 위한 제어기를 더 포함한다.
또 다른 특징들에서, 샤워헤드는 베이스 부분, 대면플레이트, 냉각 플레이트, 제 1 금속 플레이트 및 제 2 플레이트를 포함한다. 베이스 부분은 가스 유입구를 포함하는 제 1 표면 및 제 1 표면에 반대되는 제 2 표면을 갖는다. 베이스 부분은 가스 유입구와 유체로 연통하는 복수의 통로들을 포함한다. 대면플레이트는 베이스 부분의 제 2 표면에 부착된 측면들 및 복수의 유출구들을 포함하는 하단 표면을 갖는다. 대면플레이트는 하단 표면으로부터 상향으로 연장하고 그리고 베이스 부분의 제 2 표면과 콘택트하는 복수의 벽들을 포함한다. 냉각 플레이트는 베이스 부분의 제 1 표면 상에 배치된다. 냉각 플레이트는 냉각제를 수용하기 위한 유입구 및 유출구를 갖는 도관을 포함한다. 제 1 금속 플레이트는 냉각 플레이트와 샤워헤드의 베이스 부분 사이에 배치된다. 제 1 금속 플레이트는 대면플레이트 및 냉각 플레이트보다 더 낮은 열 전도도를 갖는다. 제 2 플레이트는 제 1 금속 플레이트와 베이스 부분 사이에 배치된다. 제 2 플레이트는 제 1 금속 플레이트보다 더 낮은 열 전도도를 갖는 비금속으로 이루어진다.
또다른 특징들에서, 제 1 금속 플레이트는 하나 이상의 리세스된 부분들을 포함하는 제 1 층, 편평한 제 2 층, 및 하나 이상의 리세스된 부분들을 포함하는 제 3 층을 포함한다.
또 다른 특징에서, 베이스 부분은 제 1 디스크-형상 엘리먼트, 제 2 디스크-형상 엘리먼트, 및 원통형 엘리먼트를 포함한다. 제 1 디스크-형상 엘리먼트는 제 1 디스크-형상 엘리먼트의 외경에 근접한 홈 내에 배치된 히터를 포함한다. 제 2 디스크-형상 엘리먼트는 제 1 디스크-형상 엘리먼트 상에 배치되고 그리고 홈의 내경 이하인 외경을 갖는다. 원통형 엘리먼트는 제 1 디스크-형상 엘리먼트 상에 배치되고 그리고 홈의 외경 이상인 내경을 갖는다. 원통형 엘리먼트의 하단 부분의 외경과 제 1 디스크-형상 엘리먼트의 외경 및 제 2 디스크-형상의 엘리먼트의 외경은 동일하다.
다른 특징들에서, 제 1 디스크-형상 엘리먼트는 제 1 디스크-형상 엘리먼트의 상단 표면의 중심에 슬롯을 포함한다. 슬롯은 가스 유입구와 유체로 연통하고 그리고 슬롯으로부터 방사상으로 연장하는 복수의 홈들을 포함한다. 통로들은 홈들의 원위 단부들로부터 제 1 디스크-형상 엘리먼트의 하단 표면을 향해 그리고 제 1 디스크-형상 엘리먼트의 하단 표면을 통해 하향으로 연장한다.
다른 특징들에서, 원통형 엘리먼트의 상단 단부는 방사상으로 외향으로 연장하는 플랜지를 포함한다. 샤워헤드는 히터 상에 배치된 수직 부분을 갖고 그리고 플랜지에 부착된 수평 부분을 갖는 클램핑 링을 더 포함한다.
다른 특징들에서, 대면플레이트는 대면플레이트의 중심으로부터 방사상으로 외향으로 연장하는 복수의 홈들을 포함한다. 홈들은 상이한 길이들이다. 벽들은 수직이고 그리고 동심원이다. 홈들은 벽들과 교차한다. 대면플레이트는 하단 표면의 외경을 따라 환형 리세스를 포함한다. 환형 리세스는 에지 링과 페데스탈의 상단 표면의 외측 에지 사이의 갭을 통해 방사상으로 외향으로 가스가 흐르게 하는 에지 링을 포함한다.
또 다른 특징들에서, 샤워헤드는 베이스 부분, 대면플레이트, 히터, 냉각 플레이트, 및 플레이트를 포함한다. 베이스 부분은 제 1 금속 재료로 이루어진다. 베이스 부분은 가스 유입구를 포함하는 제 1 표면 및 제 1 표면에 반대되는 제 2 표면을 갖는다. 베이스 부분은 가스 유입구와 유체로 연통하는 복수의 통로들을 포함한다. 대면플레이트는 제 2 금속 재료로 이루어진다. 대면플레이트는 베이스 부분의 제 2 표면에 부착된 측면들 및 하단 표면을 갖는다. 대면플레이트의 측면들 및 하단 표면 및 베이스 부분의 제 2 표면은 복수의 통로들과 유체로 연통하는 플레넘을 규정한다. 대면플레이트는 하단 표면으로부터 플레넘을 통해 상향으로 연장하고 그리고 베이스 부분의 제 2 표면과 콘택트하는 복수의 벽들을 포함한다. 하단 표면은 플레넘과 유체로 연통하는 벽들을 따라 배치된 (arrange) 복수의 유출구들을 포함한다. 히터는 베이스 부분의 주변을 따라 홈 (groove) 내에 배치된다. 냉각 플레이트는 베이스 부분의 제 1 표면 상에 배치된다. 냉각 플레이트는 냉각제를 수용하기 위한 유입구 및 유출구를 갖는 도관을 포함한다. 플레이트는 제 1 금속 재료 및 제 2 금속 재료보다 더 낮은 열 전도도를 갖는 제 3 재료로 이루어진다. 플레이트는 냉각 플레이트와 샤워헤드의 베이스 부분 사이에 배치된다.
다른 특징들에서, 냉각 플레이트의 외경 및 플레이트의 외경은 홈의 내경 이하이다.
다른 특징들에서, 벽들은 수직이고 그리고 동심원이다. 벽들은 상이한 높이들을 갖는다. 벽들은 상이한 폭들을 갖는다.
다른 특징들에서, 벽들 및 유출구들은 대면플레이트의 영역 내에 배치된다. 냉각 플레이트의 외경 및 플레이트의 외경은 상기 영역의 직경 이하이다. 영역의 직경은 홈의 내경 이하이다.
다른 특징들에서, 베이스 부분은 베이스 부분의 상단 단부로부터 방사상으로 외향으로 연장하는 플랜지를 포함한다. 샤워헤드는 히터 상에 배치된 수직 부분을 갖고 그리고 플랜지에 부착된 수평 부분을 갖는 클램핑 링을 더 포함한다.
다른 특징들에서, 제 3 재료는 열가소성 재료를 포함한다. 샤워헤드는 플레이트와 냉각 플레이트 사이에 배치된 부가적인 플레이트를 더 포함한다. 부가적인 플레이트는 제 3 재료와 상이한 열 전도도를 갖는다.
다른 특징들에서, 부가적인 플레이트의 제 1 외경은 플레이트의 제 2 외경 이상이다. 플레이트는 부가적인 플레이트보다 박형이다.
다른 특징들에서, 제 3 재료는 열가소성 재료를 포함한다. 금속 플레이트는 하나 이상의 리세스된 부분들을 포함하는 제 1 층, 편평한 제 2 층, 및 하나 이상의 리세스된 부분들을 포함하는 제 3 층을 포함한다.
다른 특징들에서, 제 1 층의 리세스된 부분 및 제 3 층의 리세스된 부분은 서로 정렬되거나, 제 1 층의 리세스된 부분 및 제 3 층의 리세스된 부분은 부분적으로 오버랩하거나, 또는 제 1 층의 리세스된 부분 및 제 3 층의 리세스된 부분은 오버랩하지 않는다.
다른 특징들에서, 베이스 부분은 제 1 디스크-형상 엘리먼트, 제 2 디스크-형상 엘리먼트, 및 원통형 엘리먼트를 포함한다. 제 1 디스크-형상 엘리먼트는 제 1 디스크-형상 엘리먼트의 외경에 근접한 홈을 포함한다. 히터는 홈 내에 배치된다. 제 2 디스크-형상 엘리먼트는 제 1 디스크-형상 엘리먼트 상에 배치되고 그리고 홈의 내경 이하인 외경을 갖는다. 원통형 엘리먼트는 제 1 디스크-형상 엘리먼트 상에 배치되고 그리고 홈의 외경 이상인 내경을 갖는다. 제 1 디스크-형상 엘리먼트의 외경 및 제 2 디스크-형상 엘리먼트의 외경과 원통형 엘리먼트의 하단 부분의 외경은 동일하다. 제 1 디스크-형상 엘리먼트 및 제 2 디스크-형상 엘리먼트와 원통형 엘리먼트는 확산 본딩된다.
다른 특징들에서, 제 1 디스크-형상 엘리먼트는 제 1 디스크-형상 엘리먼트의 상단 표면의 중심에 슬롯을 포함한다. 슬롯은 가스 유입구와 유체로 연통하고 그리고 슬롯으로부터 방사상으로 연장하는 복수의 홈들을 포함한다. 통로들은 홈들의 원위 단부들로부터 제 1 디스크-형상 엘리먼트의 하단 표면을 향해 그리고 제 1 디스크-형상 엘리먼트의 하단 표면을 통해 하향으로 연장한다.
다른 특징들에서, 원통형 엘리먼트의 상단 단부는 방사상으로 외향으로 연장하는 플랜지를 포함한다. 샤워헤드는 히터 상에 배치된 수직 부분을 갖고 그리고 플랜지에 부착된 수평 부분을 갖는 클램핑 링을 더 포함한다.
다른 특징들에서, 대면플레이트는 대면플레이트의 중심으로부터 방사상으로 외향으로 연장하는 복수의 홈들을 포함한다. 홈들은 상이한 길이들이다. 벽들은 수직이고 그리고 동심원이다. 홈들은 벽들과 교차한다.
다른 특징들에서, 프로세싱 챔버는 샤워헤드 및 페데스탈을 포함한다. 대면플레이트는 하단 표면의 외경을 따라 환형 리세스를 포함한다. 샤워헤드는 환형 리세스 내에 배치된 에지 링을 포함한다. 에지 링은 페데스탈의 상단 표면의 외측 에지에 근접한다. 에지 링과 페데스탈의 상단 표면의 외측 에지 사이의 갭을 통한 방사상으로 외향인 가스 플로우는 기판 프로세싱 동안 페데스탈 상에 배치된 기판을 향해 오염물들이 프로세싱 챔버로부터 갭을 통해 흐르는 것을 방지한다.
또 다른 특징들에서, 샤워헤드는 베이스 부분, 대면플레이트, 냉각 플레이트, 및 플레이트를 포함한다. 베이스 부분은 가스 유입구를 포함하는 제 1 표면 및 제 1 표면에 반대되는 제 2 표면을 갖는다. 베이스 부분은 가스 유입구와 유체로 연통하는 복수의 통로들을 포함한다. 대면플레이트는 베이스 부분의 제 2 표면에 부착된 측면들 및 복수의 유출구들을 포함하는 하단 표면을 갖는다. 대면플레이트는 하단 표면으로부터 상향으로 연장하고 그리고 베이스 부분의 제 2 표면과 콘택트하는 복수의 벽들을 포함한다. 냉각 플레이트는 베이스 부분의 제 1 표면 상에 배치된다. 냉각 플레이트는 냉각제를 수용하기 위한 유입구 및 유출구를 갖는 도관을 포함한다. 플레이트는 대면플레이트 및 냉각 플레이트보다 더 낮은 열 전도도를 갖는다. 플레이트는 냉각 플레이트와 샤워헤드의 베이스 부분 사이에 배치된다.
다른 특징들에서, 플레이트는 열가소성 재료로 이루어진다. 금속 플레이트는 하나 이상의 리세스된 부분들을 포함하는 제 1 층, 편평한 제 2 층, 및 하나 이상의 리세스된 부분들을 포함하는 제 3 층을 포함한다.
다른 특징들에서, 베이스 부분은 제 1 디스크-형상 엘리먼트, 제 2 디스크-형상 엘리먼트, 및 원통형 엘리먼트를 포함한다. 제 1 디스크-형상 엘리먼트는 제 1 디스크-형상 엘리먼트의 외경에 근접한 홈 내에 배치된 히터를 포함한다. 제 2 디스크-형상 엘리먼트는 제 1 디스크-형상 엘리먼트 상에 배치되고 그리고 홈의 내경 이하인 외경을 갖는다. 원통형 엘리먼트는 제 1 디스크-형상 엘리먼트 상에 배치되고 그리고 홈의 외경 이상인 내경을 갖는다. 원통형 엘리먼트의 하단 부분의 외경과 제 1 디스크-형상 엘리먼트의 외경 및 제 2 디스크-형상의 엘리먼트의 외경은 동일하다.
다른 특징들에서, 제 1 디스크-형상 엘리먼트는 제 1 디스크-형상 엘리먼트의 상단 표면의 중심에 슬롯을 포함한다. 슬롯은 가스 유입구와 유체로 연통하고 그리고 슬롯으로부터 방사상으로 연장하는 복수의 홈들을 포함한다. 통로들은 홈들의 원위 단부들로부터 제 1 디스크-형상 엘리먼트의 하단 표면을 향해 그리고 제 1 디스크-형상 엘리먼트의 하단 표면을 통해 하향으로 연장한다.
다른 특징들에서, 원통형 엘리먼트의 상단 단부는 방사상으로 외향으로 연장하는 플랜지를 포함한다. 샤워헤드는 히터 상에 배치된 수직 부분을 갖고 그리고 플랜지에 부착된 수평 부분을 갖는 클램핑 링을 더 포함한다.
다른 특징들에서, 대면플레이트는 대면플레이트의 중심으로부터 방사상으로 외향으로 연장하는 복수의 홈들을 포함한다. 홈들은 상이한 길이들이다. 벽들은 수직이고 그리고 동심원이다. 홈들은 벽들과 교차한다. 대면플레이트는 하단 표면의 외경을 따라 환형 리세스를 포함한다. 환형 리세스는 에지 링과 페데스탈의 상단 표면의 외측 에지 사이의 갭을 통해 방사상으로 외향으로 가스가 흐르게 하는 에지 링을 포함한다.
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 더 완전히 이해될 것이다.
도 1은 프로세싱 챔버를 포함하는 기판 프로세싱 시스템의 일 예를 도시한다.
도 2는 샤워헤드의 일 예를 도시한다.
도 3은 복수의 수직 벽들을 갖는 대면플레이트를 포함하는 샤워헤드의 일 예를 도시한다.
도 4는 복수의 수직 벽들 및 열 초크 (heat choke) 를 갖는 대면플레이트를 포함하는 샤워헤드의 일 예를 도시한다.
도 5는 페데스탈을 갖는 도 4의 샤워헤드를 도시한다.
도 6은 도 4의 샤워헤드의 열 초크의 일 예를 도시한다.
도 7은 도 4의 샤워헤드의 평면도를 도시한다.
도 8은 도 4의 샤워헤드의 저면도를 도시한다.
도 9a 및 도 9b는 도 4의 샤워헤드를 더 상세히 도시한다.
도 10a 및 도 10b는 도 4의 샤워헤드의 등각도 및 측단면도이다.
도 11a 및 도 11b는 도 4의 샤워헤드의 대면플레이트의 등각도 및 상단면도를 도시한다.
도면들에서, 참조 번호들은 유사한 그리고/또는 동일한 엘리먼트들을 식별하기 위해 재사용될 수도 있다.
도 1은 프로세싱 챔버를 포함하는 기판 프로세싱 시스템의 일 예를 도시한다.
도 2는 샤워헤드의 일 예를 도시한다.
도 3은 복수의 수직 벽들을 갖는 대면플레이트를 포함하는 샤워헤드의 일 예를 도시한다.
도 4는 복수의 수직 벽들 및 열 초크 (heat choke) 를 갖는 대면플레이트를 포함하는 샤워헤드의 일 예를 도시한다.
도 5는 페데스탈을 갖는 도 4의 샤워헤드를 도시한다.
도 6은 도 4의 샤워헤드의 열 초크의 일 예를 도시한다.
도 7은 도 4의 샤워헤드의 평면도를 도시한다.
도 8은 도 4의 샤워헤드의 저면도를 도시한다.
도 9a 및 도 9b는 도 4의 샤워헤드를 더 상세히 도시한다.
도 10a 및 도 10b는 도 4의 샤워헤드의 등각도 및 측단면도이다.
도 11a 및 도 11b는 도 4의 샤워헤드의 대면플레이트의 등각도 및 상단면도를 도시한다.
도면들에서, 참조 번호들은 유사한 그리고/또는 동일한 엘리먼트들을 식별하기 위해 재사용될 수도 있다.
알루미늄과 같은 금속으로 이루어진 샤워헤드들은 일반적으로 약 575 ℃ 내지 650 ℃의 페데스탈 온도들을 필요로 하는 프로세스들이 샤워헤드로의 상대적으로 큰 열 플로우를 발생시키기 때문에 상대적으로 높은 페데스탈 온도들에서 수행된 프로세스들에 사용되지 않는다. 샤워헤드로의 열 플로우는 통상적으로 샤워헤드의 중심 영역들로부터 에지 영역들로 방사상으로 구동된 열 플럭스 방향에 의해 밸런싱된다. 샤워헤드의 에지 영역들에서, 프로세싱 챔버의 더 저온인 (cold) 상단 플레이트 또는 측벽에 열적 커플링이 이루어진다. 열적 커플링은 금속 샤워헤드들에서 (예를 들어, 약 80 내지 120 ℃의) 온도 기울기 (gradient) 를 유발한다. 결국 온도 기울기는, 특히 샤워헤드와 기판 사이의 갭이 상대적으로 작을 때 (예를 들어, ALD와 같은 프로세스들에서), 샤워헤드와 기판 사이의 열적 커플링으로 인해 프로세싱 동안 기판들에서 상대적으로 큰 온도 기울기를 유발한다.
본 개시에서, 샤워헤드의 수직 플레넘 벽들을 통한 열 플로우 경로들은 샤워헤드의 하단부로부터 상단부로의 축방향 열 플로우를 향상시키고, 이는 결국 샤워헤드에 걸친 방사상 온도 기울기를 감소시킨다. 구체적으로, 샤워헤드의 중심에 캐비티를 갖는 개방 플레넘을 사용하는 대신, 본 개시에 따른 샤워헤드는 샤워헤드 내에 가스 플로우를 분배하기 위해 (이하에 상세히 도시되고 기술된) 샤워헤드의 대면플레이트 내에서 스포크 (spoke)-유사 홈들 (grooves) 을 사용한다. 스포크-유사 홈들은 2 개의 용도 (purpose) 역할을 하는 (serve) 샤워헤드의 플레넘 내에 수직 벽들의 포함을 허용한다. 샤워헤드 내에서 가스 플로우를 분배하는 것에 더하여, 이들 벽들은 또한 샤워헤드의 하단부로부터 상단부로의 열 플로우 경로들을 제공한다. 발생되는 축방향 열 플로우 경로들 및 샤워헤드의 축방향 온도 기울기는 샤워헤드의 대면플레이트에 걸친 방사상 온도 범위를 (예를 들어, 일부 프로세스들에서 약 150 ℃에서 약 30 ℃로) 상당히 감소시킨다.
부가적인 열적 관리를 위해, 가열, 냉각, 및 열 초크 (heat choke) (이하에 설명됨) 의 조합이 본 개시에 따른 샤워헤드에서 사용된다. 냉각 플레이트는 샤워헤드의 상단 표면 상에 배치되고 (arrange) 그리고 온도 제어를 위해 샤워헤드의 에지에서 가열 용량을 유지하면서 샤워헤드의 중심 영역을 냉각하도록 설계된다. 히터 코일은 샤워헤드의 주변을 따라 배치된다 (dispose). 열 초크는 이하에 기술된 바와 같이 냉각 플레이트와 샤워헤드의 대면플레이트 사이에 배치된다.
가열, 냉각, 및 열 초크로 인해, 샤워헤드는 샤워헤드를 상대적으로 저온으로 (cool) (예를 들어, 200 ℃ 이하의 온도들로) 유지하는 동안 샤워헤드와 페데스탈 사이에 상대적으로 작은 갭들을 갖는 650 ℃만큼 높은 온도들에서 수행되는 프로세스들에서 사용될 수 있다. 샤워헤드를 저온으로 유지하는 것은 샤워헤드에 도포된 (applied) 내부식성 (corrosion resistant) 코팅을 보존한다. 가열, 냉각, 및 열 초크에 의해 제공된 열적 관리로 인해, 샤워헤드는 이러한 감소된 갭들에서 동작하는 동안 페데스탈로부터의 열 부하로 인해 손상되지 않는다.
부가적으로, 샤워헤드와 페데스탈 사이의 갭을 감소시킴으로써, 샤워헤드를 통해 흐르는 가스들의 볼륨은 샤워헤드 내 캐비티를 갖는 플레넘을 사용하는 대신 샤워헤드 내 가스 분배를 위해 사용된 홈들 및 벽들로 인해 상당히 감소될 수 있다. 플로우 볼륨의 감소는 비용을 감소시키는 프로세스들에서 전구체 소비를 감소시키는 것을 돕는다. 플로우 볼륨의 감소로 인해, 프로세스 가스들은 신속하게 퍼지될 수 있고, 이는 가스 전이들 사이의 시간 지속 기간들을 감소시키고, 이는 결국 ALD와 같은 프로세스들에서 사이클 시간들을 감소시킨다. 감소된 사이클 시간들로 인해, 더 많은 수의 기판들이 동일한 양의 시간에 프로세싱될 수 있고, 이는 쓰루풋 (throughput) 을 증가시킨다. 본 개시에 따른 샤워헤드의 이들 및 다른 특징들은 이하에 상세히 기술된다.
본 개시는 다음과 같이 구체화된다. 본 개시에 따른 샤워헤드가 사용될 수 있는 프로세싱 챔버의 일 예가 도 1을 참조하여 도시되고 기술된다. 본 개시의 샤워헤드에 의해 해결된 문제들은 도 2를 참조하여 기술된다. 문제들을 해결하는 본 개시에 따른 샤워헤드들의 예시들이 도 3 내지 도 5를 참조하여 도시되고 기술된다. 도 4의 샤워헤드에 사용된 열 초크들의 예들은 도 6을 참조하여 도시되고 기술된다. 도 4의 샤워헤드의 평면도 및 저면도는 도 7 및 도 8을 각각 참조하여 도시되고 기술된다. 도 4의 샤워헤드는 도 9a 내지 도 11b를 참조하여 더 상세히 도시되고 기술된다.
도 1은 열적 원자 층 증착 (thermal atomic layer deposition; T-ALD) 을 사용하여 기판을 프로세싱하도록 구성된 프로세싱 챔버 (102) 를 포함하는 기판 프로세싱 시스템 (100) 의 일 예를 도시한다. 프로세싱 챔버 (102) 는 기판 프로세싱 시스템 (100) 의 다른 컴포넌트들을 인클로징한다 (enclose). 프로세싱 챔버 (102) 는 기판 지지부 (예를 들어, 페데스탈) (104) 를 포함한다. 프로세싱 동안, 기판 (106) 이 페데스탈 (104) 상에 배치된다.
하나 이상의 히터들 (108) (예를 들어, 히터 어레이) 은 프로세싱 동안 기판 (106) 을 가열하기 위해 페데스탈 (104) 의 금속성 베이스플레이트 상에 배치된 세라믹 플레이트 내에 배치될 수도 있다. 존 (zone) 히터들 또는 주 (primary) 히터들 (미도시) 이라고 하는 하나 이상의 부가적인 히터들이 히터들 (108) 위 또는 아래의 세라믹 플레이트에 배치될 수도 있다. 부가적으로, 도시되지 않지만, 페데스탈 (104) 을 냉각하기 위해 냉각제가 흐를 수 있는 냉각 채널들을 포함하는 냉각 시스템이 페데스탈 (104) 의 베이스플레이트 내에 배치될 수도 있고; 그리고 하나 이상의 온도 센서들이 페데스탈 (104) 의 온도를 센싱하도록 페데스탈 (104) 내에 배치될 수도 있다.
프로세싱 챔버 (102) 는 프로세싱 챔버 (102) 내로 프로세스 가스들을 도입하고 분배하기 위해 샤워헤드와 같은 가스 분배 디바이스 (110) 를 포함한다. 가스 분배 디바이스 (이하, 샤워헤드) (110) 는 알루미늄 또는 합금과 같은 금속으로 이루어진다. 샤워헤드 (110) 는 프로세싱 챔버 (102) 의 상단 표면에 연결된 일 단부를 포함하는 스템 부분 (stem portion) (112) 을 포함할 수도 있다. 샤워헤드 (110) 의 베이스 부분 (114) 은 일반적으로 원통형이고 그리고 프로세싱 챔버 (102) 의 상단 표면으로부터 이격되는 위치에서 스템 부분 (112) 의 반대편 단부로부터 방사상으로 외향으로 연장한다.
샤워헤드 (110) 의 베이스 부분 (114) 의 기판-대면 표면은 (이후의 도면들에 도시된) 대면플레이트를 포함한다. 대면플레이트는 전구체들이 프로세싱 챔버 (102) 내로 흐르는 복수의 유출구들 또는 피처들 (예를 들어, 슬롯들 또는 쓰루 홀들 (through holes)) 을 포함한다. 샤워헤드 (110) 의 대면플레이트가 도 10a 내지 도 11b를 참조하여 상세히 도시되고 기술된다.
샤워헤드 (110) 는 또한 냉각 플레이트 및 히터를 포함한다 (이후의 도면들을 참조하여 도시되고 기술됨). 냉각 플레이트는 냉각제가 이하에 기술된 바와 같이 순환될 수 있는 도관 (도 7 참조) 을 포함한다. 부가적으로, 도시되지 않지만, 하나 이상의 온도 센서들이 샤워헤드 (110) 의 온도를 센싱하도록 샤워헤드 (110) 내에 배치될 수도 있다. 샤워헤드 (110) 는 하나 이상의 열 초크들 및 에지 링과 같은 부가적인 피처들을 포함하고, 이는 후속하는 도면들을 참조하여 이하에 상세히 도시되고 기술된다.
가스 전달 시스템 (130) 은 하나 이상의 가스 소스들 (132-1, 132-2, … 및 132-N) (집합적으로 가스 소스들 (132)) 을 포함하고, 여기서 N은 0을 초과하는 정수이다. 가스 소스들 (132) 은 밸브들 (134-1, 134-2, …, 및 134-N) (집합적으로 밸브들 (134)) 및 질량 유량 제어기들 (mass flow controllers; MFC) (136-1, 136-2, …, 및 136-N) (집합적으로 MFC들 (136)) 에 의해 매니폴드 (139) 에 연결된다. 매니폴드 (139) 의 출력이 프로세싱 챔버 (102) 에 피딩된다 (feed). 가스 소스들 (132) 은 프로세스 가스들, 세정 가스들, 퍼지 가스들, 불활성 가스들, 등을 프로세싱 챔버 (102) 에 공급할 수도 있다.
유체 전달 시스템 (140) 은 페데스탈 (104) 내의 냉각 시스템으로 그리고 샤워헤드 (110) 의 냉각 플레이트로 냉각제를 공급한다. 온도 제어기 (150) 는 페데스탈 (104) 의 히터들 (108), 존 히터들, 냉각 시스템, 및 온도 센서들에 연결될 수도 있다. 온도 제어기 (150) 는 또한 샤워헤드 (110) 의 냉각 플레이트에, 히터들에, 그리고 온도 센서들에 연결될 수도 있다. 온도 제어기 (150) 는 페데스탈 (104) 및 기판 (106) 의 온도를 제어하도록 히터들 (108), 존 히터들에 공급된 전력, 및 페데스탈 (104) 내의 냉각 시스템을 통한 냉각제 플로우를 제어할 수도 있다. 온도 제어기 (150) 는 또한 샤워헤드 (110) 의 온도를 제어하도록 샤워헤드 (110) 에 배치된 히터에 공급된 전력 및 샤워헤드 (110) 의 냉각 플레이트에 배치된 도관을 통한 냉각제 플로우를 제어할 수도 있다.
진공 펌프 (158) 는 기판 프로세싱 동안 프로세싱 챔버 (102) 내부에 대기압 미만 (sub-atmospheric) 의 압력을 유지한다. 밸브 (156) 는 프로세싱 챔버 (102) 의 배기 포트에 연결된다. 밸브 (156) 및 진공 펌프 (158) 는 프로세싱 챔버 (102) 내 압력을 제어하고 밸브 (156) 를 통해 프로세싱 챔버 (102) 로부터 반응 물질들을 배기하도록 사용된다. 시스템 제어기 (160) 가 기판 프로세싱 시스템 (100) 의 컴포넌트들을 제어한다.
도 2는 베이스 부분 (202) 및 베이스 부분 (202) 의 하단 표면 (203) 으로부터 공간적으로 오프셋된 (offset) 베이스 부분 (202) 에 부착된 대면플레이트 (204) 를 포함하는 샤워헤드 (200) 를 도시한다. 샤워헤드 (200) (즉, 베이스 부분 (202) 및 대면플레이트 (204) 모두) 는 알루미늄 또는 합금과 같은 금속으로 이루어진다. 일부 예들에서, 베이스 부분 (202) 및 대면플레이트 (204) 는 상이한 금속들 또는 합금들로 이루어질 수도 있다.
베이스 부분 (202) 의 하단 표면 (203) 은 비평면형이다. 예를 들어, 베이스 부분 (202) 의 하단 표면 (203) 은 실질적으로 오목하다 (concave). 대면플레이트 (204) 의 상단 표면 (209) 은 평면형이다. 베이스 부분 (202) 의 하단 표면 (203) 및 대면플레이트 (204) 의 상단 표면 (209) 은 플레넘 (206) 을 규정한다.
베이스 부분 (202) 의 상단 표면 (205) 은 실질적으로 평면형이다. 상단 표면 (205) 은 상단 표면 (205) 의 외경 (OD) 에 근접한 홈 (207) 을 포함한다. 히터 코일 (212) 이 편평한 링 (223) 을 사용하여 홈 (207) 내에 장착된다. 편평한 링 (223) 은 베이스 부분 (202) 의 상단 표면 (205) 과 동일 평면 상에 (coplanar) 있고 그리고 홈 (207) 의 외측 에지로부터 베이스 부분 (202) 의 중심을 향해 방사상으로 내향으로 연장한다. 상단 표면 (205) 은 홈 (207) 의 외경 (OD) 으로부터 상단 표면 (205) 의 외경 (OD) 을 향해 방사상으로 외향으로 연장하고, 이어서 수직으로 하향으로 연장하고, 그리고 이어서 제 1 플랜지 (211) 를 형성하도록 베이스 부분 (202) 의 중심을 향해 방사상으로 내향으로 연장한다.
프로세싱 챔버의 상단 플레이트 (213) 는 샤워헤드 (200) 의 베이스 부분 (202) 및 대면플레이트 (204) 를 둘러싼다. 상단 플레이트 (213) 는 상단 플레이트 (213) 의 내경 (ID) 으로부터 방사상으로 내향으로 연장하는 플랜지 (217) 를 포함한다. 베이스 부분 (202) 의 제 1 플랜지 (211) 는 상단 플레이트 (213) 의 플랜지 (217) 에 오버행한다 (overhang). O-링 (215) 은 플랜지 (217) 내의 홈 (219) 내에 배치된다.
베이스 부분 (202) 은 베이스 부분 (202) 의 외경 (OD) 에서 하단 표면 (203) 으로부터 수직으로 상향으로 연장하고, 이어서 방사상으로 외향으로, 그리고 이어서 제 1 플랜지 (211) 의 하단부로 수직으로 상향으로 연장하고, 이는 제 2 플랜지 (229) 를 형성한다. 제 2 플랜지 (229) 는 제 1 플랜지 (211) 보다 더 작은 직경을 갖는다. 대면플레이트 (204) 의 주변 부분 (231) 은 대면플레이트 (204) 의 외경 (OD) 으로부터 제 2 플랜지 (229) 로 수직으로 상향으로 연장한다. 대면플레이트 (204) 는 제 2 플랜지 (229) 에서 베이스 부분 (202) 에 부착된다.
샤워헤드 (200) 는 스템 부분 (208) 을 갖는다. 스템 부분 (208) 의 일 단부는 프로세싱 챔버의 상단부에 부착된다. 스템 부분 (208) 의 다른 단부는 패스너들 (fasteners) (221-1 및 221-2) 을 사용하여 베이스 부분 (202) 의 상단 영역 (237) 의 중심에 부착된다. 스템 부분 (208) 은 가스 전달 시스템으로부터 하나 이상의 가스들을 수용하기 위한 유입구 (210) 를 포함한다. 유입구 (210) 는 스템 부분 (208) 을 통해, 베이스 부분 (202) 의 중심을 통해, 플레넘 (206) 내로 수직으로 하향으로 연장한다. 가스들은 유입구 (210) 로부터 플레넘 (206) 내로 흐르고, 그리고 이어서 복수의 홀들 (227-1, 227-2, 227-3, …, 및 227-N) (집합적으로, 쓰루 홀들 (227)) 을 통해 프로세싱 챔버 내로 흐르고, 여기서 N은 1보다 큰 정수이다.
냉각 플레이트 (214) 가 베이스 부분 (202) 위에 배치된다. 냉각 플레이트 (214) 는 베이스 부분 (202) 의 외경 (OD) 과 실질적으로 동일한 외경 (OD) 을 갖는 환형이다. 냉각 플레이트 (214) 의 내경 (ID) 은 홈 (207) 의 내경 (ID) 과 실질적으로 동일하다. 냉각 플레이트 (214) 는 유체 전달 시스템으로부터 냉각제가 흐르는 도관 (225) 을 포함한다. 도관 (225) 은 냉각 플레이트 (214) 내의 홈 (233) 내에 배치된다. 냉각 플레이트 (214) 는 베이스 부분 (202) 의 에지에서 냉각을 제공한다.
상대적으로 높은 온도들을 필요로 하는 프로세스들 (예를 들어, ALD) 에서 페데스탈에 매우 근접하게 사용될 때, 샤워헤드 (200) 의 대면플레이트 (204) 는 상대적으로 큰 방사상 온도 기울기를 갖는다. 예를 들어, 열은 화살표들에 의해 도시된 경로들을 따라 대면플레이트 (204) 의 중심으로부터 대면플레이트 (204) 의 외경 (OD) 을 향해 그리고 냉각 플레이트 (214) 를 향해 상향으로 흐른다. 예를 들어, 일부 프로세스들에서, 대면플레이트 (204) 의 중심에서의 온도는 약 330 ℃일 수 있는 한편, 대면플레이트 (204) 의 에지에서의 온도는 (상대적으로 더 저온인 상단 플레이트 (213) 에 대한 열 손실로 인해) 약 190 ℃일 수 있고, 이는 약 140 ℃의 대면플레이트 (204) 에 걸친 방사상 온도 기울기를 발생시킨다.
도 3은 본 개시에 따른 페데스탈 (312) 에 매우 근접하게 배치된 샤워헤드 (300) 를 도시한다. 샤워헤드 (300) 는 베이스 부분 (302) 및 대면플레이트 (304) 를 포함한다. 샤워헤드 (300) (즉, 베이스 부분 (302) 및 대면플레이트 (304) 모두) 는 함께 확산 본딩된 (bond) 알루미늄 또는 합금과 같은 금속으로 이루어진다. 일부 예들에서, 베이스 부분 (302) 및 대면플레이트 (304) 는 상이한 금속들 또는 합금들로 이루어질 수도 있다.
베이스 부분 (302) 은 함께 확산 본딩된 2 개의 엘리먼트들 (302-1 및 302-2) (집합적으로, 베이스 부분 (302)) 을 포함한다. 제 1 엘리먼트 (302-1) 는 원통형이다. 제 1 엘리먼트 (302-1) 의 주변 부분 (333) 은 제 1 엘리먼트 (302-1) 의 외경 (OD) 을 따라 플랜지 (307) 를 형성하도록 수직으로 상향으로 그리고 이어서 방사상으로 외향으로 연장한다. 제 1 엘리먼트 (302-1) 의 상단 표면 (301) 은 실질적으로 평면형이고 그리고 홈 (311) 을 포함한다. 홈 (311) 은 제 1 엘리먼트 (302-1) 의 주변 부분 (333) 에 근접하게 위치된다. 히터 코일 (322) 이 편평한 링 (326) 을 사용하여 홈 (311) 내에 장착된다. 편평한 링 (326) 은 홈 (311) 의 외측 에지로부터 제 1 엘리먼트 (302-1) 의 중심을 향해 방사상으로 내향으로 연장한다. 베이스 부분 (302) 의 제 2 엘리먼트 (302-2) 는 제 1 엘리먼트 (302-1) 의 상단 표면 (309) 에 부착되는 편평한 디스크-형상 엘리먼트이다. 제 2 엘리먼트 (302-2) 는 편평한 링 (326) 의 내경 (ID) 과 동일한 외경 (OD) 을 갖는다.
샤워헤드 (300) 는 도 2에 도시된 샤워헤드 (200) 와 많은 점들에서 상이하다. 첫째로, 샤워헤드 (300) 의 베이스 부분 (302) 구조 및 대면플레이트 (304) 의 구조는 도 2에 도시된 샤워헤드 (200) 의 베이스 부분 (202) 구조 및 대면플레이트 (204) 의 구조와 상이하다. 구체적으로, 샤워헤드 (200) 의 베이스 부분 (202) 의 하단 표면 (203) 이 비평면형이고 그리고 대면플레이트 (204) 로부터 공간적으로 오프셋되는 한편, 샤워헤드 (300) 의 베이스 부분 (302) 의 하단 표면 (303) 은 평면형이다.
둘째로, 베이스 부분 (302) 의 하단 표면 (303) 은 대면플레이트 (304) 의 상단 표면 (309) 과 직접적으로 콘택트하고, 이는 또한 평면형이다. 베이스 부분 (302) 및 대면플레이트 (304) 는 샤워헤드 (200) 의 플레넘 (206) 과 달리 플레넘 (305) 을 규정한다. 샤워헤드 (200) 의 대면플레이트 (204) 와 달리, 샤워헤드 (300) 의 대면플레이트 (304) 는 복수의 수직 벽들 (316-1, 316-2, 316-3, …, 및 316-N) (집합적으로, 수직 벽들 (316)) 을 포함하기 때문에 샤워헤드 (300) 의 플레넘 (305) 은 샤워헤드 (300) 의 플레넘 (206) 과 상이하고, 여기서 N은 1보다 큰 정수이다. 대면플레이트 (304) 로부터 베이스 부분 (302) 으로 플레넘 (305) 을 통해 연장하는 수직 벽들 (316) 은 샤워헤드 (200) 의 플레넘 (206) 내에 없다.
수직 벽들 (316) 은 균일한 높이를 가질 수도 있고 또는 상이한 높이들을 가질 수도 있다. 수직 벽들 (316) 은 균일한 폭을 가질 수도 있고 또는 상이한 폭들을 가질 수도 있다. 수직 벽들 (316) 이 대면플레이트 (304) 의 하단부로부터 대면플레이트 (304) 의 상단 표면 (309) 으로 연장하고 그리고 베이스 부분 (302) 의 하단 표면 (303) 과 콘택트하기 때문에, 수직 벽들 (316) 은 대면플레이트 (304) 의 하단부로부터 베이스 부분 (302) 으로 샤워헤드 (300) 의 수직 축을 따른 열 플로우 경로들을 제공한다. 따라서, 수직 벽들 (316) 은 샤워헤드 (300) 의 축방향 냉각을 제공한다. 수직 벽들 (316) 에 의해 제공된 이들 열 플로우 경로들 및 축방향 냉각은 샤워헤드 (200) 내에 없다. 수직 벽들 (316) 에 의해 제공된 축방향 냉각은 샤워헤드 (300) 의 대면플레이트 (304) 에 걸친 방사상 온도 기울기를 감소시키는 것을 돕는다.
셋째로, 샤워헤드 (300) 는 샤워헤드의 냉각 플레이트 (214) 와 상이한 냉각 플레이트 (320) 를 포함한다. 구체적으로, 환형이고 그리고 샤워헤드 (200) 의 에지에서만 냉각을 제공하는 냉각 플레이트 (214) 와 달리, 냉각 플레이트 (320) 는 냉각 플레이트 (214) 보다 사이즈 (샤워헤드와 콘택트하는 더 큰 표면적) 가 더 크고 그리고 샤워헤드 (300) 의 중심으로부터 (구체적으로 이하에 기술된 스템 부분으로부터) 샤워헤드 (300) 의 베이스 부분 (302) 의 제 2 엘리먼트 (302-2) 의 외경 (OD) 으로 연장한다.
냉각 플레이트 (320) 는 베이스 부분 (302) 의 제 2 엘리먼트 (302-2) 의 상단부 상에 배치되고, 그리고 제 2 엘리먼트 (302-2) 의 상단부에 부착된다. 냉각 플레이트 (320) 는 유체 전달 시스템으로부터 냉각제가 흐르는 도관 (324) 을 포함한다. 도관 (324) 은 냉각 플레이트 (320) 내의 홈 (325) 내에 배치된다. 열은 수직 화살표들에 의해 도시된 바와 같이, 대면플레이트 (304) 의 하단부로부터, 수직 벽들 (316) 을 통해, 베이스 부분 (302) 의 제 1 엘리먼트 (302-1) 및 제 2 엘리먼트 (302-2) 를 통해, 냉각 플레이트 (320) 로 흐른다. 이에 따라, 샤워헤드 (200) 의 에지를 냉각하는 냉각 플레이트 (214) 와 달리, 냉각 플레이트 (320) 는 샤워헤드 (300) 의 중심 영역을 냉각한다.
프로세싱 챔버의 상단 플레이트 (313) 는 샤워헤드 (300) 의 베이스 부분 (302) 및 대면플레이트 (304) 를 둘러싼다. 상단 플레이트 (313) 는 상단 플레이트 (313) 의 내경 (ID) 으로부터 방사상으로 내향으로 연장하는 플랜지 (317) 를 포함한다. 베이스 부분 (302) 의 플랜지 (307) 는 상단 플레이트 (313) 의 플랜지 (317) 에 오버행한다. O-링 (315) 은 플랜지 (317) 내의 홈 (319) 내에 배치된다.
샤워헤드 (300) 는 스템 부분 (308) 을 갖는다. 스템 부분 (308) 의 일 단부는 프로세싱 챔버의 상단 단부에 부착된다. 스템 부분 (308) 의 다른 단부는 베이스 부분 (302) 의 제 2 엘리먼트 (302-2) 의 상단 표면 (335) 의 중심에 부착된다. 스템 부분 (308) 은 가스 전달 시스템으로부터 하나 이상의 가스들을 수용하기 위한 유입구 (310) 를 포함한다.
유입구 (310) 는 스템 부분 (308) 을 통해 수직으로 하향으로 연장하고 그리고 베이스 부분 (302) 의 중심에 있는 슬롯 (일 예는 도 9a 내지 도 10b에 도시됨) 을 통해 플레넘 (305) 에 연결된다. 대면플레이트 (304) 의 하단 표면 (339) 은 복수의 홀들 (327-1, 327-2, 327-3, …, 및 327-N) (집합적으로, 쓰루 홀들 (327)) 을 포함하고, 여기서 N은 1보다 큰 정수이다. 가스들은 유입구 (310) 로부터 슬롯을 통해 플레넘 (305) 내로, 그리고 이어서 대면플레이트 (304) 의 하단 표면 (339) 의 복수의 홀들 (327) 을 통해 프로세싱 챔버 내로 흐른다. 대면플레이트 (304) 의 하단 표면 (339) 은 프로세싱 챔버 내에 배치된 페데스탈 (312) 의 상단 표면 (349) 에 매우 근접하다.
프로세싱 동안, 기판 (341) 이 페데스탈 (312) 상에 배치된다. 페데스탈은 기판 (341) 을 지지하도록 페데스탈 (312) 의 상단 표면 (349) 을 둘러싸는 링 (343) 을 포함한다. 도시되지 않지만, 페데스탈 (312) 은 도 1을 참조하여 기술된 기판 지지부 (110) 의 다른 피처들을 포함한다.
대면플레이트 (304) 내의 수직 벽들 (316) 에 의해 제공된 샤워헤드 (300) 의 축방향 냉각은 향상될 수 있고 그리고 샤워헤드 (300) 에 걸친 방사상 온도 기울기는 이하에 설명된 바와 같이 냉각 플레이트 (320) 의 직경을 증가시키고 그리고 히터 코일 (322) 을 상이하게 배치함으로써 더 감소될 수 있다. 열 초크가 열적 관리를 더 향상시키고 그리고 이하에 설명된 바와 같이 샤워헤드에 걸친 축방향 냉각 및 방사상 온도 기울기를 더 개선하도록 부가될 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 개시에 따른 샤워헤드 (400) 를 도시한다. 도 4는 샤워헤드 (400) 를 도시하고, 그리고 도 5는 본 개시에 따른 페데스탈 (312) 상에 배치된 샤워헤드 (400) 를 도시한다. 샤워헤드 (400) 는 베이스 부분 (402), 대면플레이트 (404), 및 플랜지 부분 (530) 을 포함한다. 샤워헤드 (400) (즉, 베이스 부분 (402), 대면플레이트 (404), 및 플랜지 부분 (530)) 는 함께 확산 본딩된 알루미늄 또는 합금과 같은 금속으로 이루어진다. 일부 예들에서, 베이스 부분 (402) 및 대면플레이트 (404) 는 상이한 금속들 또는 합금들로 이루어질 수도 있다.
샤워헤드 (400) 는 샤워헤드 (300) 와 많은 점들에서 상이하다. 샤워헤드 (300) 보다 더 큰 냉각 플레이트 및 히터 코일의 상이한 배열을 사용하는 것에 더하여, 샤워헤드 (400) 는 샤워헤드 (300) 내에 없는 열 초크를 부가적으로 포함한다. 샤워헤드 (400) 의 이들 엘리먼트들은 이하에 상세히 기술된다.
베이스 부분 (402) 및 대면플레이트 (404) 는 도 9a 내지 도 11b를 참조하여 더 상세히 도시되고 기술된다. 간략하게, 베이스 부분 (402) 은 3 개의 컴포넌트들, 제 1 컴포넌트 (500), 제 2 컴포넌트 (520), 및 제 3 컴포넌트 (530) 를 포함하고, 이는 집합적으로 베이스 부분 (402) 으로 지칭된다. 제 1 컴포넌트 (500) 는 평면형 상단 표면 (560) 및 하단 표면 (562) 을 갖는 디스크-형상 엘리먼트이다. 제 2 컴포넌트 (520) 는 제 1 컴포넌트 (500) 의 상단 표면 (560) 에 부착된 편평한 디스크-형상 엘리먼트이다.
제 3 컴포넌트 (530) (이하에 기술된 플랜지 (428) 를 포함하기 때문에 위에서 플랜지 부분 (530) 으로 지칭됨) 는 제 1 컴포넌트 (500) 의 외경 (OD) 에서 제 1 컴포넌트 (500) 에 부착된 원통형 엘리먼트이다. 제 1 컴포넌트 (500) 에 부착된 제 3 컴포넌트 (530) 의 하단 부분의 외경 (OD) 은 제 1 컴포넌트 (500) 의 외경 (OD) 과 동일하다. 제 3 컴포넌트 (530) 는 제 1 컴포넌트 (500) 의 외경 (OD) 으로부터 수직으로 연장하고 그리고 이어서 플랜지 (428) 를 형성하도록 방사상으로 외향으로 연장한다.
제 1 컴포넌트 (500) 의 상단 표면 (560) 은 제 1 컴포넌트 (500) 의 외경 (OD) 에 근접한 홈 (411) 을 포함한다. 히터 코일 (422) 은 뒤집힌 (inverted) L 형상을 갖는 클램핑 링 (564) 을 사용하여 홈 (411) 내에 장착된다. 클램핑 링 (564) 은 히터 코일 (422) 의 상단부로부터 수직으로 상향으로 연장하고 그리고 이어서 뒤집힌 L 형상을 형성하는 방사상으로 외향으로 연장하고 그리고 플랜지 (428) 에 부착된다. 베이스 부분 (402) 은 도 9a 및 도 9b를 참조하여 이하에 더 상세히 도시되고 기술된다.
샤워헤드 (400) 는 도 3에 도시된 샤워헤드 (300) 와 많은 점들에서 상이하다. 첫째로, 방사상으로 내향으로 연장하는, 샤워헤드 (300) 내에 히터 코일 (322) 을 장착하도록 사용된 편평한 링 (326) 과 달리, 샤워헤드 (400) 내에 히터 코일 (422) 을 장착하도록 사용된 뒤집힌 L 형상 클램핑 링 (564) 은 수직으로 위로 그리고 이어서 방사상으로 외향으로 연장한다. 클램핑 링 (564) 의 이 뒤집힌 L 형상은 샤워헤드 (300) 에 사용된 냉각 플레이트 (320) 보다 더 큰 직경의 냉각 플레이트 (420) 를 사용하게 한다. 냉각 플레이트 (420) 의 외경 (OD) 은 히터 코일 (422) 이 배치되는 홈 (411) 의 내경 (ID) 이하이다. 냉각 플레이트 (420) 의 증가된 사이즈 (직경) 는 샤워헤드 (300) 에 대해 냉각 플레이트 (320) 에 의해 제공된 축방향 냉각과 비교하여 샤워헤드 (400) 의 수직 축을 따른 축방향 냉각을 증가시킨다. 냉각 플레이트 (420) 에 의해 제공된 증가된 축방향 냉각은 결국 샤워헤드 (400) 의 대면플레이트 (404) 에 걸친 방사상 온도 기울기를 더 감소시킨다.
둘째로, 샤워헤드 (300) 와 달리, 샤워헤드 (400) 는 각각 베이스 부분 (402) 및 대면플레이트 (404) 에 사용된 금속(들) 또는 합금(들)보다 더 낮은 열 전도도를 갖는, 제 1 플레이트 (430) 및 제 2 플레이트 (432) 에 의해 형성된 열적 저항기 (resistor) 를 포함한다. 제 1 플레이트 (430) 및 제 2 플레이트 (432) 는 이하에 더 상세히 설명된 바와 같이 냉각 플레이트 (420) 내의 냉각제가 끓는 것을 방지하도록 대면플레이트 (404) 로부터 냉각 플레이트 (420) 로의 열 플로우를 방해한다 (즉, 열 플로우를 점진적으로 만든다). 부가적으로, 도 6을 참조하여 이하에 더 상세히 기술되는 바와 같이, 제 1 플레이트 (430) 는 제 1 플레이트 (430) 및 제 2 플레이트 (432) 에 의해 형성된 열적 저항기의 임피던스를 더 상승시키는 복수의 리세스된 부분들 (434-1, 434-2) (집합적으로, 도 6에 상세히 도시된, 리세스된 부분들 (434)) 을 포함한다.
냉각 플레이트 (420), 히터 코일 (422), 및 제 1 플레이트 (430) 및 제 2 플레이트 (432) 의 조합은 샤워헤드 (300) 와 비교하여 샤워헤드 (400) 의 가열 및 냉각을 밸런싱함으로써 샤워헤드 (400) 내 열적 관리를 상당히 개선한다. 개선된 열적 관리는 샤워헤드 (400) 의 대면플레이트 (404) 에 걸친 방사상 온도 기울기를 감소시킨다. 샤워헤드 (400) 에 대한 감소된 열적 응력들은 샤워헤드 (400) 로 하여금 샤워헤드 (300) 보다 페데스탈 (312) 에 더 가깝게 배치되게 (place) 한다.
대면플레이트 (404) 와 페데스탈 (312) 사이의 더 작은 갭은 프로세스 가스들의 플로우 볼륨을 감소시키게 하고, 이는 비용을 감소시킨다. 프로세스 가스들의 플로우 볼륨을 감소시키는 것은 더 적은 양의 프로세스 가스들이 신속하게 퍼지될 수 있고, 프로세스 사이클들 동안 프로세스 가스들 사이의 전이가 더 빠르게 수행될 수 있기 때문에 프로세스 사이클들을 더 빠르게 만든다. 이는 결국 동일한 양의 시간에 더 많은 수의 기판들을 프로세싱하는 것을 가능하게 하여, 더 높은 쓰루풋을 발생시킨다.
보다 구체적으로, 평면형인 베이스 부분 (402) 의 하단 표면 (562) 은 또한 평면형인 대면플레이트 (404) 의 상단 표면 (409) 과 직접적으로 콘택트한다. 베이스 부분 (402) 및 대면플레이트 (404) 는 플레넘 (405) 을 규정한다. 샤워헤드 (400) 의 대면플레이트 (404) 는 복수의 수직 벽들 (416-1, 416-2, 416-3, …, 및 416-N) (집합적으로, 수직 벽들 (416)) 을 포함하고, 여기서 N은 1보다 큰 정수이다. 수직 벽들 (416) 은 대면플레이트 (404) 로부터 베이스 부분 (402) 으로 플레넘 (405) 을 통해 연장하고 그리고 베이스 부분 (402) 과 콘택트한다.
수직 벽들 (416) 이 대면플레이트 (404) 의 하단부로부터 대면플레이트 (404) 의 상단 표면 (409) 으로 연장하고 그리고 베이스 부분 (402) 의 하단 표면 (562) 과 콘택트하기 때문에, 수직 벽들 (416) 은 샤워헤드 (400) 의 수직 축을 따라 대면플레이트 (404) 의 하단부로부터 베이스 부분 (402) 으로 열 플로우 경로들을 제공한다. 따라서, 수직 벽들 (416) 은 샤워헤드 (400) 의 축방향 냉각을 제공한다. 수직 벽들 (416) 에 의해 제공된 축방향 냉각은 샤워헤드 (400) 의 대면플레이트 (404) 에 걸친 방사상 온도 기울기를 (예를 들어, 일부 프로세스들에서 약 150 ℃에서 약 30 ℃로) 감소시키는 것을 돕는다. 수직 벽들 (416) 은 균일한 높이를 가질 수도 있고 또는 상이한 높이들을 가질 수도 있다. 수직 벽들 (416) 은 균일한 폭을 가질 수도 있고 또는 상이한 폭들을 가질 수도 있다. 수직 벽들 (416) 은 도 10a 내지 도 11b를 참조하여 더 상세히 도시되고 기술된다.
냉각 플레이트 (420) 는 샤워헤드 (400) 의 중심으로부터 (구체적으로 이하에 기술된 스템 부분으로부터) 샤워헤드 (400) 의 베이스 부분 (402) 의 제 2 컴포넌트 (520) 의 외경 (OD) 으로 연장한다. 냉각 플레이트 (420) 는 제 1 플레이트 (430) 및 제 2 플레이트 (432) 의 상단부 상에 배치되고, 그리고 상단부에 부착된다. 냉각 플레이트 (420) 는 유체 전달 시스템으로부터 냉각제가 흐르는 도관 (424) 을 포함한다. 도관 (424) 은 냉각 플레이트 (420) 내의 홈 (425) 내에 배치된다. 열은 대면플레이트 (404) 의 하단부로부터, 수직 벽들 (416) 을 통해, 베이스 부분 (402) 을 통해 및 제 1 플레이트 (430) 및 제 2 플레이트 (432) 를 통해, 냉각 플레이트 (420) 로 흐른다.
샤워헤드 (400) 의 냉각 플레이트 (420) 가 샤워헤드 (300) 의 냉각 플레이트 (320) 보다 직경이 더 크기 때문에, 냉각 플레이트 (420) 는 샤워헤드 (300) 의 냉각 플레이트 (320) 에 의해 커버되고 그리고 냉각되는 베이스 부분 (302) 의 면적보다 베이스 부분 (402) 의 더 큰 면적을 커버하고 그리고 냉각시킨다. 구체적으로, 냉각 플레이트 (420) 는 샤워헤드 (400) 의 중심으로부터 히터 코일 (422) 까지 연장하는 샤워헤드 (400) 의 대부분을 냉각한다. 따라서, 냉각 플레이트 (420) 는 샤워헤드 (300) 내의 냉각 플레이트 (320) 에 의해 제공된 축방향 냉각과 비교하여 샤워헤드 (400) 에 걸친 축방향 냉각을 상당히 개선한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 샤워헤드 (400) 는 스템 부분 (408) 을 갖는다. 스템 부분 (408) 의 일 단부는 프로세싱 챔버의 상단부에 부착된다. 스템 부분 (408) 의 다른 단부는, 패스너들 (421-1, 421-2) 을 사용하여 베이스 부분 (402) 의 제 2 컴포넌트 (520) 의 상단 표면 (435) 의 중심에, 제 1 플레이트 (430) 및 제 2 플레이트 (432) 를 통해, 부착된다. 스템 부분 (308) 은 가스 전달 시스템으로부터 하나 이상의 가스들을 수용하기 위한 유입구 (410) 를 포함한다.
유입구 (410) 는 스템 부분 (408) 을 통해, 제 1 플레이트 (430) 및 제 2 플레이트 (432) 및 베이스 부분 (402) 을 통해 수직으로 하향으로 연장하고, 그리고 베이스 부분 (402) 의 제 1 컴포넌트 (500) 의 중심에서 (도 9a 내지 도 11b에 더 상세히 도시되고 기술된) 슬롯 (502) 을 통해 플레넘 (405) 에 연결된다. 대면플레이트 (404) 의 하단 표면 (439) 은 복수의 쓰루 홀들 (427-1, 427-2, 427-3, …, 및 427-N) (집합적으로, 쓰루 홀들 (427)) 을 포함하고, 여기서 N은 1보다 큰 정수이다. 가스들은 유입구 (410) 로부터 슬롯 (502) 을 통해 플레넘 (405) 내로, 그리고 이어서 대면플레이트 (404) 의 하단 표면 (439) 의 복수의 쓰루 홀들 (427) 을 통해 프로세싱 챔버 내로 흐른다. 대면플레이트 (404) 의 하단 표면 (439) 은 프로세싱 챔버 내에 배치된 페데스탈 (312) 의 상단 표면 (349) 에 매우 근접하다.
프로세싱 동안, 기판 (341) 이 페데스탈 (312) 상에 배치된다. 페데스탈 (312) 은 기판 (341) 을 지지하도록 페데스탈 (312) 의 상단 표면 (349) 을 둘러싸는 링 (343) 을 포함한다. 도시되지 않지만, 페데스탈 (312) 은 도 1을 참조하여 기술된 기판 지지부 (110) 의 다른 피처들을 포함한다.
프로세싱 챔버의 상단 플레이트 (313) 는 샤워헤드 (400) 의 베이스 부분 (402) 및 대면플레이트 (404) 를 둘러싼다. 상단 플레이트 (313) 는 상단 플레이트 (313) 의 내경 (ID) 으로부터 방사상으로 내향으로 연장하는 플랜지 (317) 를 포함한다. 베이스 부분 (402) 의 플랜지 (428) 는 상단 플레이트 (313) 의 플랜지 (317) 에 오버행한다. O-링 (315) 은 플랜지 (317) 내의 홈 (319) 내에 배치된다.
프로세싱 챔버의 상단 플레이트 (313) 는 샤워헤드 (400) 보다 더 저온이다. 그 결과, 대면플레이트 (404) 의 중심 영역이 페데스탈 (312) 로부터의 열 부하로 인해 상대적으로 고온이지만 (hot), 샤워헤드 (400) 의 에지는 프로세싱 챔버의 상단 플레이트 (313) 에 열을 잃는다. 히터 코일 (422) 은 샤워헤드 (400) 의 에지를 따라 열 손실을 오프셋하는 것을 돕고, 그리고 냉각 플레이트 (420) 는 샤워헤드 (400) 의 중심 영역을 냉각한다. 가열 및 냉각의 조합은 샤워헤드 (400) 의 중심으로부터 외경 (OD) 으로 방사상 온도 기울기를 감소시킨다.
샤워헤드 (400), 구체적으로 베이스 부분 (402) 및 대면플레이트 (404) 는 니켈과 같은 항 부식 재료로 코팅된다. 항 부식 재료의 방사율 (emissivity) 은 샤워헤드 (400) 에 걸친 온도 기울기를 더 감소시킨다. 그러나, 코팅은 문턱 값 (threshold) 온도 (예를 들어, 니켈 코팅의 경우 약 200 ℃) 이상으로 열화 (예를 들어, 결정화) 될 수 있다. 코팅을 열화되는 것으로부터 방지하기 위해, 냉각 플레이트 (420) 는 샤워헤드 (400) 의 온도를 문턱 값 온도 이하로 유지한다.
그러나, 냉각 플레이트 (420) 가 샤워헤드 (400) 의 온도를 문턱 값 온도 이하로 유지하는 동안, 열이 대면플레이트 (404) 로부터 냉각 플레이트 (420) 로 흐를 때 도관 (424) 을 통해 흐르는 냉각제가 고온일 수 있고 그리고 냉각을 제공하는 능력 (즉, 냉각 용량) 을 잃을 수 있다. 예를 들어, (다른 냉각제들이 사용될 수 있지만) 물이 냉각제로서 사용된다면, 물은 100 ℃에서 끓을 수 있고 그리고 냉각 용량을 잃을 수 있다. 샤워헤드 (400) 의 온도가 약 200 ℃에 도달할 수 있기 때문에, 냉각제의 온도는 냉각제의 끓는 점보다 상당히 낮게 (예를 들어, 물이 냉각제로 사용된다면 100 ℃보다 상당히 낮게) 유지되어야 한다. 이는 대면플레이트 (404) 로부터 냉각 플레이트 (420) 로의 열 플로우를 방해하도록 그리고 냉각제가 과열되고 끓는 것을 방지하도록 대면플레이트 (404) 와 냉각 플레이트 (420) 사이에 개재되는 (interpose) 제 1 플레이트 (430) 및 제 2 플레이트 (432) 를 포함하는 열적 저항기 (또한 열 초크라고 함) 를 사용함으로써 달성된다.
구체적으로, 샤워헤드 (400) 는 도시된 바와 같이 냉각 플레이트 (420) 와 베이스 부분 (402) 사이에 배치된 (더 구체적으로 냉각 플레이트 (320) 와 베이스 부분 (402) 의 제 2 컴포넌트 (520) 사이에 배치된) 제 1 플레이트 (430) 및 제 2 플레이트 (432) 를 포함한다. 열적 저항기 (또는 열 초크) 를 형성하는, 제 1 플레이트 (430) 및 제 2 플레이트 (432) 는 도 6을 참조하여 이하에 더 상세히 도시되고 기술된다. 간략하게, 제 1 플레이트 (430) 및 제 2 플레이트 (432) 는, 각각 베이스 부분 (402) 및 대면플레이트 (404) 를 이루는 금속(들) 또는 합금(들)의 열 전도도보다 더 작은, 상이한 열 전도도들을 갖는 재료들로 이루어진다. 예를 들어, 베이스 부분 (402) 및 대면플레이트 (404) 가 알루미늄으로 제조된다면, 제 1 플레이트 (430) 는 스테인리스 강으로 이루어질 수 있고, 그리고 제 2 플레이트 (432) 는 비금속 (예를 들어, 반도체 재료) 으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제 1 플레이트 (430) 의 열 전도도는 베이스 부분 (402) 및 대면플레이트 (404) 의 열 전도도보다 더 작고 그리고 제 2 플레이트 (432) 의 열 전도도보다 더 크다.
이에 따라, 제 1 플레이트 (430) 및 제 2 플레이트 (432) 는 도관 (424) 내의 냉각제의 과열을 방지하기 위해 대면플레이트 (404) 로부터 냉각 플레이트 (420) 로의 열 플로우를 점진적으로 방해하는 (즉, 열 플로우를 점진적으로 만드는) 열적 저항기를 형성한다. 구체적으로, 열적 저항기는 냉각제가 냉각제의 끓는 점에 도달하는 것을 방지한다. 제 1 플레이트 (430) 는, 열적 저항기의 열적 저항을 더 상승시키는 에어 포켓들을 제공하는, 리세스된 부분들 (434) 을 부가적으로 포함한다.
샤워헤드 (400) 는 세라믹 대면플레이트를 포함하는 샤워헤드들에 비해 많은 이점들을 제공한다. 구체적으로, 하나 이상의 금속들 또는 합금들로 이루어진 샤워헤드 (400) 는 세라믹 대면플레이트를 포함하는 샤워헤드들보다 더 높은 열 전도도를 갖는다. 예를 들어, 알루미늄의 열 전도도는 세라믹 재료의 열 전도도보다 약 5 배 내지 6 배 더 높다. 샤워헤드 (400) 의 더 높은 전도도는 샤워헤드 (400) 에 걸친 온도 기울기를 감소시킨다. 또한, 열적 응력들이 세라믹 대면플레이트를 손상 (예를 들어, 파괴) 시킬 수 있지만, 열적 응력들은 샤워헤드 (400) 내에서 이러한 치명적인 (catastrophic) 고장들을 유발하지 않는다. 따라서, 샤워헤드 (400) 는 세라믹 대면플레이트를 포함하는 샤워헤드들보다 페데스탈 (312) (도 5 참조) 에 더 가깝게 배치될 수 있다.
이에 더하여, 상기 설명된 바와 같이, 샤워헤드 (400) 에 걸친 온도 기울기는 베이스 부분 (402), 냉각 플레이트 (420), 히터 코일 (422), 및 제 1 플레이트 (430) 및 제 2 플레이트 (432) 와 콘택트하는 대면플레이트 (404) 내의 수직 벽들 (416) 에 의해 제공된 개선된 축방향 냉각으로 인해 상당히 (예를 들어, 약 650 ℃의 페데스탈 설정점들과 함께 약 30 ℃까지) 감소된다. 따라서, 대면플레이트 (404) 와 페데스탈 (312) 사이의 갭은 더 감소될 수 있다 (도 5 참조). 예를 들어, 샤워헤드 (400) 와 페데스탈 (312) 사이에 약 0.2 인치, 0.15 인치, 및 0.11 인치의 갭들은 대면플레이트 (404) 를 손상시키지 않는 약 650 ℃의 페데스탈 설정점들과 함께 샤워헤드 (400) 에 걸쳐 약 30 ℃의 방사상 온도 기울기를 유지하면서 달성될 수 있다.
갭의 부가적인 감소는 기판 프로세싱 동안 사용된 프로세스 가스들의 양을 감소시키게 하고, 이는 비용을 감소시킨다. 예를 들어, 도 2에 도시된 샤워헤드 (200) 와 함께 사용된 프로세스 가스들의 양은 약 820 cc일 수도 있는 반면, 도 4에 도시된 샤워헤드 (400) 와 함께 사용된 프로세스 가스들의 양은 약 530 cc일 수도 있다. 사용된 가스들의 양의 상당한 감소로 인해, 가스들은 신속하게 퍼지되고 그리고 전이될 수 있고, 그리고 따라서 프로세스 사이클들 (예를 들어, ALD 사이클들) 이 신속하게 수행될 수 있고, 이는 결국 쓰루풋을 증가시킨다 (즉, 더 많은 수의 기판들이 동일한 양의 시간 내 프로세싱될 수 있다).
샤워헤드 (400) 는 대면플레이트 (404) 와 페데스탈 (312) 의 상단부 사이의 영역에서 프로세싱 챔버로부터 마이크로-볼륨의 프로세스 가스들에 오염물들 (contaminants) 의 역 (back) 확산을 방지하는 것을 돕는 에지 링 (442) 을 더 포함한다. 구체적으로, 대면플레이트 (404) 의 하단 표면 (439) 은 대면플레이트 (404) 의 외경 (OD) 을 따라 환형 리세스 (440) 를 포함한다. 에지 링 (442) 은 환형 리세스 (440) 내에 배치된다. 프로세싱 동안, 프로세스 가스들이 상이한 프로세스 가스 플로우들과 무관하게 에지 링 (442) 과 페데스탈 (312) 의 에지 사이의 갭 (444) 을 통해 흐르는 속도가 상대적으로 높다면, 마이크로-볼륨의 프로세스 가스들에 오염물들의 확산은 방지될 수 있다. 상이한 프로세스 가스 플로우들과 무관하게 갭 (444) 을 통한 상대적으로 고속의 가스 플로우는 다음과 같이 제공될 수 있다.
갭 (444) 은 도 5에 도시된 2 개의 파라미터들: 에지 링 (442) 의 하단부와 페데스탈 (312) 의 에지에서의 링 (343) 의 상단부 사이의 거리 (h) (즉, 갭 (444) 의 높이), 및 갭 (444) 을 통한 통로의 길이 (L) (대략 페데스탈 (312) 의 에지에서의 링 (343) 의 내경 (ID) 과 외경 (OD) 사이의 거리) 에 의해 규정된다. 프로세스 가스들이 갭 (444) 을 통해 흐르는 속도는 거리 (h), 길이 (L), 및 프로세스에 사용된 총 가스 플로우의 함수이다. 예를 들어, 거리 (h) 의 값이 더 작을수록, 갭 (444) 내 가스 플로우의 속도가 더 높다.
갭 (444) 내로 진입하기 전에 가스의 속도는 프로세스에 사용된 총 가스 플로우에 따라 스케일링된다 (scale). 갭 (444) 에 들어가기 전에 가스의 속도가 낮다면 거리 (h) 의 값은 더 작아질 필요가 있다. 반대로, 갭 (444) 에 들어가기 전에 가스의 속도가 높다면 거리 (h) 의 값은 더 높을 수 있다. 따라서, 갭 (444) 내에서 상대적으로 고속을 유지하기 위해, 상이한 프로세스 가스 플로우들에 대해 상이한 값들의 거리 (h) 가 필요하다. 상이한 값들의 거리 (h) 는 대면플레이트 (404) 와 페데스탈 (312) 사이의 거리를 변화시키지 않고 상이한 프로세스들에 대해 적합한 두께의 에지 링 (442) 을 사용함으로써 제공될 수 있다.
도 6은 제 1 플레이트 (430) 및 제 2 플레이트 (432) 를 포함하는 열적 저항기를 더 상세히 도시한다. 제 1 플레이트 (430) 의 외경 및 제 2 플레이트 (432) 의 외경은 베이스 부분 (402) 의 제 2 컴포넌트 (520) 의 외경 (OD) 이하이다. 도시되지 않지만, 제 1 플레이트 (430) 및 제 2 플레이트 (432) 는 패스너들이 냉각 플레이트 (420) 를 베이스 부분 (402) 에 패스닝하도록 (fasten) 삽입될 수 있는 도 7 내지 도 9b에 도시된 다양한 세트들의 홀들과 정렬하는 홀들을 포함한다.
제 1 플레이트 (430) 는 복수의 리세스된 부분들 (434-1, 434-2, 434-3, …, 및 434-N) (집합적으로, 리세스된 부분들 (434)) 을 포함하고, 여기서 N은 1보다 큰 정수이다. 리세스된 부분들 (434) 은 제 1 플레이트 (430) 의 상단 표면 및 하단 표면 중 적어도 하나 상에 배치될 수 있다. 제 1 플레이트 (430) 의 상단 표면 상의 리세스된 부분들 (434) 의 사이즈, 형상 및 수량은 제 1 플레이트 (430) 의 상단 표면의 표면적의 약 65 ％가 냉각 플레이트 (420) 의 하단 표면과 콘택트하도록 할 수 있다. 유사하게, 제 1 플레이트 (430) 의 하단 표면 상의 리세스된 부분들 (434) 의 사이즈, 형상 및 수량은 제 1 플레이트 (430) 의 하단 표면의 표면적의 약 65 ％가 제 2 플레이트 (432) 의 상단 표면과 콘택트하도록 할 수 있다. 다른 백분율들이 제 1 플레이트 (430) 의 상단 표면 및 하단 표면의 콘택트 면적들에 사용될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 플레이트 (430) 의 상단 표면 및 하단 표면의 콘택트 면적들은 50 내지 80 ％로 가변할 수도 있다. 또한, 제 1 플레이트 (430) 의 상단 표면 및 하단 표면의 콘택트 면적들은 상이할 수도 있다 (즉, 같지 않다).
제 1 플레이트 (430) 및 제 2 플레이트 (432) 는 상대적으로 낮은 열 전도도들을 갖는 재료들로 이루어진다. 제 1 플레이트 (430) 는 제 2 플레이트 (432) 보다 더 높은 열 전도도를 가질 수도 있다. 예를 들어, 제 1 플레이트 (430) 및 제 2 플레이트 (432) 의 열 전도도들은 각각 약 15 W/mK (미터-켈빈 당 와트) 및 2 W/mK일 수 있다. 제 1 플레이트 (430) 및 제 2 플레이트 (432) 는 대면플레이트 (404) 로부터 냉각 플레이트 (420) 로 흐르는 열에 대한 열적 배리어들을 제공한다.
제 2 플레이트 (432) 는 대면플레이트 (404) 로부터 제 1 플레이트 (430) 로 흐르는 열에 대한 열적 배리어를 제공하고, 그리고 제 1 플레이트 (430) 는 제 2 플레이트 (432) 로부터 냉각 플레이트 (420) 로 흐르는 열에 대한 열적 배리어를 제공한다. 제 1 플레이트 (430) 및 제 2 플레이트 (432) 는 서로 직렬인 (in series) 열 초크들 또는 열적 저항기들로서 기능한다. 따라서, 제 2 플레이트 (432) 및 제 1 플레이트 (430) 는 대면플레이트 (404) 로부터 냉각 플레이트 (420) 로 흐르는 열에 대해 점진적으로 상승하는 열적 배리어 또는 열적 저항을 제공한다.
리세스된 부분들 (434) 은 에어 포켓들을 포함하고 그리고 열적 배리어를 더 증가시키도록 상단 표면 및 하단 표면 중 적어도 하나 상의 제 1 플레이트 (430) 전체에 걸쳐 이격된다. 제 1 플레이트 (430) 및 제 2 플레이트 (432) 의 스택 (stack) 은 냉각 플레이트 (420) 가 샤워헤드 (400) 로부터 상대적으로 많은 양의 열을 전도하는 것을 방지하는 열적 저항기를 형성하고, 이는 히터 코일 (422) 로 하여금 상대적으로 더 높은 용량으로 동작하게 할 수 있다. 열적 저항기는 도관 (424) 내의 냉각제 (예를 들어, 물) 가 열 플로우로 인해 냉각제의 끓는 점에 접근하는 것을 방지한다.
이에 따라, 냉각 플레이트 (420), 히터 코일 (422), 및 제 1 플레이트 (430) 및 제 2 플레이트 (432) 에 의해 형성된 열적 저항기는 샤워헤드 (400) 상의 항 부식 코팅을 보존하기 위해 샤워헤드 (400) 에 걸친 온도 기울기를 최소화하고 그리고 샤워헤드 (400) 의 온도를 문턱 값 온도 이하 (예를 들어, 200 ℃) 로 유지하도록 샤워헤드 (400) 의 가열과 냉각 사이의 밸런스를 제공한다.
제 1 플레이트 (430) 는 모놀리식 (monolithic) 플레이트로 제작될 수도 있다. 대안적으로, 제 1 플레이트 (430) 는 3 개의 층들: (층들을 통해 절단되는 리세스들 또는 슬롯들의 형태로) 리세스된 부분들 (434) 을 포함하는 2 개의 층들 (상단 층 및 하단 층), 및 편평하고 (즉, 리세스된 부분들 (434) 이 없고) 그리고 2 개의 층들 사이에 샌드위치되는 제 3 층을 포함할 수도 있다. 3 개의 층들은 서로 본딩 (예를 들어, 브레이징 (braze) 또는 확산 본딩) 될 수도 있다.
리세스된 부분들 (434) 은 많은 방식들로 제 1 플레이트 (430) 의 상단 표면 및 하단 표면 중 적어도 하나 상에 배치될 수 있다. 제 1 플레이트 (430) 의 상단 표면 상의 리세스된 부분들 (434) 은 제 1 플레이트 (430) 의 하단 표면 상의 리세스된 부분들 (434) 과 정렬될 수도 있다. 대안적으로, 제 1 플레이트 (430) 의 상단 표면 상의 리세스된 부분들 (434) 은 제 1 플레이트 (430) 의 하단 표면 상의 리세스된 부분들 (434) 에 대해 오프셋될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 플레이트 (430) 의 상단 표면 상의 리세스된 부분들 (434) 은 제 1 플레이트 (430) 의 하단 표면 상의 리세스된 부분들 (434) 중 적어도 하나와 오버랩할 (overlap) 수도 있다. 대안적으로, 제 1 플레이트 (430) 의 상단 표면 상의 리세스된 부분들 (434) 은 제 1 플레이트 (430) 의 하단 표면 상의 리세스된 부분들 (434) 과 오버랩하지 않을 수도 있다.
제 1 플레이트 (430) 의 상단 표면 및 하단 표면 상의 리세스된 부분들 (434) 은 제 1 플레이트 (430) 의 상단 표면 및 하단 표면의 콘택트 면적들이 상기 기술된 바와 같은 한 임의의 사이즈, 형상, 및 수량을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 플레이트 (430) 의 상단 표면 및 하단 표면 상의 리세스된 부분들 (434) 은 동일한 사이즈 및 형상일 수도 있다. 대안적으로, 제 1 플레이트 (430) 의 상단 표면 상의 리세스된 부분들 (434) 은 제 1 플레이트 (430) 의 하단 표면 상의 리세스된 부분들 (434) 과 상이한 사이즈 및/또는 형상일 수도 있다. 리세스된 부분들 (434) 은 대칭적으로 또는 비대칭적으로 제 1 플레이트 (430) 의 상단 표면 및 하단 표면 상에 배치될 수 있다.
리세스된 부분들 (434) 의 수는 도시된 것과 상이할 수 있다 (예를 들어, 더 적거나 더 많을 수 있다). 제 1 플레이트 (430) 의 상단 표면 및 하단 표면은 동일한 수의 리세스된 부분들 (434) 을 가질 수도 있다. 대안적으로, 제 1 플레이트 (430) 의 상단 표면은 제 1 플레이트 (430) 의 하단 표면과 상이한 수의 리세스된 부분들 (434) 을 가질 수도 있다.
리세스된 부분들 (434) 의 깊이는 동일할 수 있거나 또는 상이할 수 있다. 제 1 플레이트의 상단 표면 및 하단 표면 상의 리세스된 부분들 (434) 은 동일한 깊이를 가질 수 있다. 대안적으로, 제 1 플레이트 (430) 의 상단 표면 상의 리세스된 부분들 (434) 은 제 1 깊이를 가질 수 있고, 그리고 제 1 플레이트 (430) 의 하단 표면 상의 리세스된 부분들 (434) 은 제 2 깊이를 가질 수 있다. 제 1 플레이트 (430) 의 상단 표면 상의 리세스된 부분들 (434) 의 깊이들은 제 1 패턴으로 가변할 수 있고, 그리고 제 1 플레이트 (430) 의 하단 표면 상의 리세스된 부분들 (434) 의 깊이들은 제 2 패턴으로 가변할 수 있다. 상기 변형들의 임의의 조합이 사용될 수도 있다.
제 1 플레이트 (430) 의 외경 (OD) 및 제 2 플레이트 (432) 의 외경 (OD) 은 냉각 플레이트 (420) 의 외경 (OD) 이하이고 그리고 히터 코일 (422) 이 베이스 부분 (402) 내에 배치되는 홈의 내경 (ID) 이하이다. 제 1 플레이트 (430) 의 두께 및 제 2 플레이트 (432) 의 두께는 프로세스 요건들에 따라 가변될 수 있다. 제 1 플레이트 (430) 는 제 2 플레이트 (432) 보다 더 두꺼울 수도 있다.
일부 적용 예들에서, 제 2 플레이트 (432) 는 또한 상단 표면 및 하단 표면 중 적어도 하나 상에 리세스된 부분들을 포함할 수도 있고 그리고 제 1 플레이트 (430) 를 참조하여 상기 기술된 임의의 변형들을 포함할 수도 있다. 또한, 제 1 플레이트 (430) 의 리세스된 부분과 제 2 플레이트 (432) 의 리세스된 부분 사이에 가능한 부가적인 치환들 (permutations) 및 조합들이 있을 수도 있다. 일부 적용 예들에서, 제 2 플레이트 (432) 는 열가소성 재료 (예를 들어, 폴리이미드) 로 이루어질 수 있고, 상기 기술된 제 1 플레이트 (430) 의 모든 구조적 특징들을 포함할 수 있고, 그리고 독립적으로 (즉, 제 1 플레이트 (430) 와 함께 사용되는 대신 단독으로) 사용될 수 있다. 대안적으로, 일부 적용 예들에서, 제 2 플레이트 (432) 는 생략될 수도 있고, 제 1 플레이트 (430) 는 열가소성 재료 (예를 들어, 폴리이미드) 로 이루어질 수 있다.
또한, 도시되지 않았지만, 상대적으로 낮은 열 전도도를 갖는 제 3 플레이트가 제 1 플레이트 (430) 및 제 2 플레이트 (432) 에 더하여 사용될 수도 있다. 제 3 플레이트는 제 3 플레이트의 열 전도도가 제 1 플레이트 (430) 및 제 2 플레이트 (432) 와 상이할 수도 있다는 것을 제외하고 제 1 플레이트 (430) 및 제 2 플레이트 (432) 중 임의의 플레이트와 유사할 수도 있다. 제 3 플레이트는 제 1 플레이트 (430) 및 제 2 플레이트 (432) 위, 제 1 플레이트 (430) 및 제 2 플레이트 (432) 아래 또는 제 1 플레이트 (430) 와 제 2 플레이트 (432) 사이에 배치될 수도 있다. 제 3 플레이트의 열 전도도는 제 3 플레이트의 위치에 기초하여 선택될 수도 있다. 예를 들어, 제 2 플레이트 (432) 아래에 배치된 제 3 플레이트는 제 2 플레이트 (432) 보다 더 낮은 열 전도도를 가질 수도 있다. 제 1 플레이트 (430) 위에 배치된 제 3 플레이트는 제 1 플레이트 (430) 보다 더 높은 열 전도도를 가질 수도 있다. 제 1 플레이트 (430) 와 제 2 플레이트 (432) 사이에 배치된 제 3 플레이트는 제 1 플레이트 (430) 보다 더 작고 그리고 제 2 플레이트 (432) 보다 더 큰 열 전도도를 가질 수도 있다.
도 7 및 도 8은 각각 샤워헤드 (400) 의 평면도 및 저면도를 도시한다. 도 7에서, 냉각 플레이트 (420) 의 평면도를 볼 수 있다. 냉각 플레이트 (420) 는 홀들 (431) 을 통해 삽입된 패스너들에 의해 베이스 부분 (402) 의 제 2 컴포넌트 (520) 에 부착된다. 스템 부분 (408) 을 샤워헤드 (400) 에 부착하도록 패스너들을 삽입하기 위해 홀들 (409) 이 제공된다. 다양한 다른 세트들의 장착/패스닝 홀들 (431-1, 431-2, 및 431-3) 이 도시되고, 제 1 플레이트 (430) 및 제 2 플레이트 (432) 를 통해 냉각 플레이트 (420) 를 베이스 부분 (402) 에 패스닝하도록 패스너들이 삽입될 수 있다.
이 도면에서 보이는 클램핑 링 (564) 의 상단 수평 부분은 홀들 (433-1) 을 통해 삽입된 패스너들에 의해 이 도면에서 보이지 않는 (하지만 도 4 및 도 5에서 보이는) 클램핑 링 (564) 의 하단 수직 부분에 패스닝된다. 클램핑 링 (564) 의 상단 수평 부분은 홀들 (433-2) 을 통해 삽입된 패스너들에 의해 베이스 부분 (402) 의 플랜지 (428) 에 패스닝된다.
엘리먼트들 (437-1 및 437-2) 은 전력 공급부에 연결될 수 있는 히터 코일 (422) 의 제 1 단자 및 제 2 단자이다. 엘리먼트들 (429-1 및 429-2) 은 각각 유체 전달 시스템에 연결될 수 있는 도관 (424) 의 유입구 및 유출구이다.
냉각 플레이트 (420) 는 (도 5에서 보이는) 스템 부분 (408) 으로부터 베이스 부분 (402) 의 외경 (OD) 을 향해 방사상으로 외향으로 연장한다. 도관 (424) 은 냉각 플레이트 (420) 내의 대응하는 (도 5에서 보이는) 홈들 (425) 내에 배치된다. 도관 (424) 의 턴들 (turns) 의 수는 가변될 수도 있다 (즉, 도시된 것보다 더 많거나 또는 더 적은 턴들이 사용될 수도 있다). 도관 (424) 의 직경은 도관 (424) 의 길이 내내 (throughout) 균일할 수도 있다. 도관 (424) 의 사이즈, 형상 및 레이아웃은 프로세스 요건들에 적합하도록 최적화될 수도 있다.
대안적으로, 냉각 플레이트 (420) 는 복수의 존들로 분할될 수도 있고, 그리고 복수의 도관들이 이들 존들 내에 배치될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 도관은 냉각 플레이트 (420) 의 내측 절반 부분을 포함하는 제 1 존에 배치될 수도 있고, 그리고 제 2 도관은 냉각 플레이트 (420) 의 외측 절반 부분을 포함하는 제 2 존에 배치될 수도 있다. 또 다른 예로서, 제 1 도관 및 제 2 도관은, 각각, 냉각 플레이트 (420) 의 내경 (ID) 및 외경 (OD) 에 근접하게 규정된 제 1 존 및 제 2 존에 배치될 수도 있고; 그리고 제 3 도관은 제 1 존과 제 2 존 사이의 제 3 존에 배치될 수도 있다. 복수의 도관들 각각에 동일한 냉각제가 공급될 수도 있다. 대안적으로, 복수의 도관들 중 적어도 하나는 복수의 도관들 중 다른 도관들과 상이한 냉각제로 공급될 수도 있다. 복수의 도관들이 사용될 때, 도관 각각은 도관 (424) 을 참조하여 상기 기술된 임의의 특성들 (사이즈, 형상, 및 레이아웃) 을 가질 수도 있다.
도 8은 대면플레이트 (404) 의 기판-대면 측면 (즉, 하단 표면 (439)) 을 도시하는 샤워헤드 (400) 의 저면도를 도시한다. 대면플레이트 (404) 의 하단 표면 (439) 의 쓰루 홀들 (427) 이 이 도면에서 보인다. 쓰루 홀들 (427) 은 또한 도 11a 및 도 11b에 도시된 대면플레이트 (404) 의 부가적인 도면들에서 볼 수 있다. 에지 링 (442) 의 하단부가 또한 이 도면에서 보이고, 이는 도 4 및 도 5를 참조하여 상기 상세히 도시되고 기술된다.
도 9a 및 도 9b는 샤워헤드 (400) 의 베이스 부분 (402) 및 대면플레이트 (404) 를 더 상세히 도시한다. 도 9a는 샤워헤드 (400) 의 등각도를 도시한다. 제 1 컴포넌트 (500) 는 이 도면에서 상세히 보이지 않는다 (그러나 도 9b에서 더 상세히 보일 수 있다). 제 2 컴포넌트 (520) 는 도 7에 도시된 대응하는 홀들의 세트들 (409 및 431-2, 431-3) 과 각각 정렬하는 홀들의 세트들 (409 및 431-1, 431-2, 431-3) 을 포함한다. 플랜지 (428) 는 도 7에 도시된 홀들 (433-1) 과 정렬하는 홀들 (433-1) 을 포함한다.
도 9b에서, 베이스 부분 (402) 의 제 1 컴포넌트 (500), 제 2 컴포넌트 (520), 및 제 3 컴포넌트 (530) 가 더 상세히 도시된다. 베이스 부분 (402) 의 제 1 컴포넌트 (500) 는 제 1 컴포넌트 (500) 의 외경 (OD) 을 따라 홈 (411) 을 포함하는 제 1 디스크-형상 엘리먼트이다. 홈 (411) 은 제 1 컴포넌트 (500) 의 상단 표면 (560) 에서 개방되고 그리고 제 1 컴포넌트 (500) 의 하단 표면 (562) 을 향해 수직으로 하향으로 연장한다.
제 1 컴포넌트 (500) 는 제 1 컴포넌트 (500) 의 상단 표면 (560) 의 중심에 슬롯 (502) 을 포함한다. 슬롯 (502) 은 슬롯 (502) 의 중심으로부터 방사상으로 외향으로 연장하는 복수의 홈들 (504) 을 포함한다. 복수의 통로들 (506) 이 홈들 (504) 의 원위 단부들로부터 제 1 컴포넌트 (500) 를 통해 거의 절반쯤 (halfway) 수직으로 하향으로 연장한다. 통로 (hallway) 지점 주위로부터, 통로들 (506) 은 (507) 에 도시된 바와 같이 제 1 컴포넌트 (500) 의 나머지 (remainder) 를 통해 분할될 (split) 수도 있고 (즉, 분기될 (bifurcate) 수도 있고) 그리고 제 1 컴포넌트 (500) 의 하단 표면 (560) 에서 개방될 수도 있다. 따라서, 통로들 (506) 은 (507) 에 도시된 바와 같이 뒤집힌 문자 "Y"의 형상을 가질 수도 있지만, 다른 형상들 (예를 들어, 문자 U, V, 등) 이 고려된다. 유입구 (410) 를 통해 수용된 가스들은 슬롯 (502) 을 통해 그리고 통로들 (506) 을 통해 대면플레이트 (404) 내로 통과한다. 제 1 컴포넌트 (500) 는 대응하는 제 2 컴포넌트 (520) 의 홀들의 세트들 (409 및 431-1, 431-2, 431-3) 및 도 7에 도시된 홀들의 각각의 세트들과 각각 정렬하는 홀들의 세트들 (409 및 431-1, 431-2, 431-3) 을 포함한다.
베이스 부분 (402) 의 제 2 컴포넌트 (520) 는 제 2 디스크-형상 엘리먼트이다. 제 2 컴포넌트 (520) 의 외경 (OD) 은 제 1 컴포넌트 (500) 내 의 홈 (411) 의 내경 (ID) 이하이다. 제 2 컴포넌트 (520) 는 제 1 컴포넌트 (500) 의 상단 표면 (560) 상에 배치되고, 그리고 제 1 컴포넌트 (500) 의 상단 표면 (560) 에 패스닝되거나 또는 확산 본딩된다. 제 2 컴포넌트 (520) 의 중심에 있는 유입구 (410) 는 제 1 컴포넌트 (500) 의 슬롯 (502) 과 정렬되고 그리고 제 1 컴포넌트 (500) 의 슬롯 (502) 내로 개방된다.
베이스 부분 (402) 의 제 3 컴포넌트 (530) 는 또한 제 1 컴포넌트 (500) 상에 배치되고, 그리고 제 1 컴포넌트 (500) 에 패스닝되거나 또는 확산 본딩되는 원통형 엘리먼트이다. 제 3 컴포넌트 (530) 의 상단 단부는 플랜지 (428) 를 형성하도록 방사상으로 외향으로 연장한다. 제 3 컴포넌트 (530) 의 내경 (ID) 은 홈 (411) 의 외경 (OD) 이상이다. 하단 단부에서 제 3 컴포넌트 (530) 의 폭 또는 두께는 홈 (411) 의 외경 (OD) 과 제 2 컴포넌트 (520) 의 외경 (OD) 사이의 거리 (또는 차) 와 같다. 제 3 컴포넌트 (530) 의 하단 단부의 외경 (OD), 제 2 컴포넌트 (520) 의 외경 (OD), 및 대면플레이트 (404) 의 외경 (OD) 은 도 4 및 도 5에서 알 수 있는 바와 같이 동일하다.
제 2 컴포넌트 (520) 는 제 1 컴포넌트 (500) 상에 배치된다. 제 3 컴포넌트 (530) 는 또한 제 1 컴포넌트 (500) 상에 배치된다. 제 3 컴포넌트 (530) 는 제 2 컴포넌트 (520) 를 둘러싼다. 제 1 컴포넌트 (500), 제 2 컴포넌트 (520), 및 제 3 컴포넌트 (530) 는 샤워헤드 (400) 의 베이스 부분 (402) 을 형성하도록 확산 본딩을 사용하여 함께 결합될 (join) 수 있다. 확산 본딩은 컴포넌트들을 결합하기 위해 브레이징이 사용될 때 통상적으로 사용되는 필러들을 제거한다. 필러들을 제거하는 것은 브레이징 및 후속하는 세정 후에 지속되는 경향이 있는 잔류 필러들로 인한 오염 가능성을 제거한다.
대면플레이트 (404) 는 수직 벽들 (416) 을 포함한다. 예를 들어, 수직 벽들 (416) 은 동심원일 수 있다. 상기 기술된 바와 같이, 수직 벽들 (416) 은 상이한 높이들 및/또는 폭들을 가질 수 있다. 대면플레이트 (404) 가 베이스 부분 (402) 에 부착될 때, 수직 벽들 (416) 과 베이스 부분 (402) 의 제 1 컴포넌트 (500) 의 하단 표면 (562) 사이의 공간들은 대면플레이트 (404) 내의 플레넘 (405) 을 형성한다. 베이스 부분 (402) 의 제 1 컴포넌트 (500) 의 통로들 (506) 은 대면플레이트 (404) (또한 도 10a 및 도 10b에 도시됨) 의 플레넘 (405) 내로 개방된다.
대면플레이트 (404) 는 복수의 방사상으로 연장하는 홈들 (540-1, 540-2, 540-3, …, 및 540-N) (집합적으로, 홈들 (540)) 을 포함하고, 여기서 N은 1보다 큰 정수이고, 이는 휠 (wheel) 의 스포크들과 같이 배치된다. 홈들 (540) 은 수직 벽들 (416) 과 교차하고 (intersect) 그리고 수직 벽들 (416) 을 복수의 섹션들로 분할한다. 복수의 쓰루 홀들 (427) (도 8 내지 도 11b 참조) 은 대면플레이트 (404) 의 하단 표면 (439) (즉, 기판-대면 표면, 도 8 참조) 상의 수직 벽들 (416) 의 양 측면들 상에 배치된다.
수직 벽들 (416) 및 쓰루 홀들 (427) 은 대면플레이트 (404) 의 중심으로부터 대면플레이트 (404) 의 중심으로부터 미리 결정된 방사상 거리까지 연장하는 대면플레이트 (404) 의 영역 내에 형성된다. 미리 결정된 방사상 거리에 의해 규정된 대면플레이트 (404) 의 영역의 대응하는 미리 결정된 직경은 에지 링 (442) 이 배치된 대면플레이트 (404) 의 하단 표면 (439) 에서 리세스 (440) 의 내경 (ID) 과 정렬한다 (즉, 이하이다). 이에 따라, 수직 벽들 (416) 및 쓰루 홀들 (427) 을 포함하는 대면플레이트 (404) 의 영역의 미리 결정된 직경은 에지 링 (442) 의 내경 (ID) 이하이다. 미리 결정된 직경은 또한 도 4 및 도 5에서 알 수 있는 바와 같이 베이스 부분 (402) 내의 홈 (411) 의 내경 (ID) 이하이다.
수직 벽들 (416) 및 홈들 (540) 은 베이스 부분 (402) 의 제 1 컴포넌트 (500) 의 통로들 (506) 로부터 수용된 가스들을 쓰루 홀들 (427) 로 균일하게 분배한다. 또한, 도 4 및 도 5를 참조하여 상기 기술된 바와 같이, 수직 벽들 (416) 은 대면플레이트 (404) 로부터 수직으로 상향으로 연장하고 그리고 베이스 부분 (402) 의 하단 표면 (562) (즉, 베이스 부분 (402) 의 제 1 컴포넌트 (500) 의 하단 표면 (562)) 과 콘택트하기 때문에, 수직 벽들 (416) 은 대면플레이트 (404) 와 베이스 부분 (402) 사이에 열 경로들을 제공한다.
도 10a 및 도 10b는 각각 베이스 부분 (402) 및 대면플레이트 (404) 를 포함하는 샤워헤드 (400) 의 등각도 및 단면도를 도시한다. 샤워헤드 (400) 의 유입구 (410) 는 가스 분배 시스템 (예를 들어, 도 1에 도시된 엘리먼트 (130)) 으로부터 프로세스 가스들을 수용한다. 프로세스 가스들은 유입구 (410), 슬롯 (502), 홈들 (504), 및 통로들 (506) 을 통해 대면플레이트 (404) 내로 흐르고, 그리고 프로세스 가스들은 쓰루 홀들 (427) 을 통해 프로세싱 챔버로 대면플레이트 (404) 를 나온다 (exit). 샤워헤드 (400) 의 컴포넌트들, 특히 베이스 부분 (402) 및 대면플레이트 (404) 의 구조적 상세 및 기능적 상세는 이미 도 4 내지 도 9b를 참조하여 상세히 상기 기술되었고 그리고 따라서 간결성을 위해 여기서 다시 기술되지 않는다.
도 11a 및 도 11b는 각각 도 10b에 나타낸 대면플레이트 (404) 의 단면 (AA) 의 등각도 및 평면도를 도시한다. 도 11a 및 도 11b는 수직 벽들 (416), 홈들 (540), 및 수직 벽들 (416) 둘레에 배치된 쓰루 홀들 (427) 을 도시한다. 도시된 바와 같이, 홈들 (540) 은 패턴으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 홈들 (540) 은 대면플레이트 (404) 의 중심으로부터, 수직 벽들 (416) 및 쓰루 홀들 (427) 이 배치되는 대면플레이트 (404) 의 미리 결정된 직경까지 완전히 (all the way) 방사상으로 외향으로 연장할 수도 있다.
대안적으로, 홈들 (540) 중 일부는 대면플레이트 (404) 의 중심으로부터 방사상으로 외향으로 연장할 수도 있지만 그러나 미리 결정된 직경까지 완전히 연장하지 않을 수도 있다. 또 다른 구성에서, 홈들 (540) 중 일부는 대면플레이트 (404) 의 중심으로부터 시작되지 않을 수도 있고 그리고 미리 결정된 직경까지 완전히 방사상으로 외향으로 연장하거나 또는 연장하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 제 1 세트의 홈들 (540) 은 대면플레이트 (404) 의 중심으로부터 제 1 거리에서 시작될 수도 있고 그리고 이어서 미리 결정된 직경까지 완전히 또는 중간까지 (part of the way) 방사상으로 외향으로 연장할 수도 있고; 제 2 세트의 홈들 (540) 은 대면플레이트 (404) 의 중심으로부터 제 2 거리에서 시작될 수도 있고 그리고 이어서 미리 결정된 직경까지 완전히 또는 중간까지 방사상으로 외향으로 연장할 수도 있는; 등이고, 제 2 거리는 제 1 거리와 상이하다.
즉, 제 1 세트의 홈 (540), 제 2 세트의 홈 (540), 등의 길이들 및 크기들 (extents) 은 상이할 수도 있다 (즉, 같지 않을 수도 있다). 이에 따라, 수직 벽들 (416) 중 일부는 대면플레이트 (404) 의 중심으로부터 동일한 방사상 거리에 위치될 수도 있지만 그러나 상이한 아크 (arc)-길이들을 가질 수도 있다. 유입구 (410), 슬롯 (502), 홈들 (504), 및 통로들 (506) 로부터 수용된 가스들을 쓰루 홀들 (427) 을 통해 분배하는데 적합할 수도 있는 수직 벽들 (416) 및 홈들 (540) 의 다른 패턴들 및 배치들이 고려된다.
전술한 기술은 본질적으로 단지 예시이고, 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 있다.
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, 프로세싱용 플랫폼 또는 플랫폼들, 및/또는 특정 프로세싱 컴포넌트들 (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 전자 장치들과 통합될 수도 있다. 전자 장치들은 시스템 또는 시스템들의 다양한 컴포넌트들 또는 하위부분들을 제어할 수도 있는 "제어기 (controller)"로서 지칭될 수도 있다.
제어기는, 시스템의 프로세싱 요건들 및/또는 타입에 따라서, 프로세싱 가스들의 전달, 온도 설정들 (예를 들어, 가열 및/또는 냉각), 압력 설정들, 진공 설정들, 전력 설정들, 무선 주파수 (radio frequency; RF) 생성기 설정들, RF 매칭 회로 설정들, 주파수 설정들, 플로우 레이트 설정들, 유체 전달 설정들, 위치 및 동작 설정들, 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 가능하게 하고, 엔드포인트 측정들을 가능하게 하는, 등을 하는 다양한 집적 회로들, 로직, 메모리 및/또는 소프트웨어를 갖는 전자 장치로서 규정될 수도 있다. 집적 회로들은 프로그램 인스트럭션들을 저장하는 펌웨어의 형태의 칩들, 디지털 신호 프로세서들 (digital signal processors; DSPs), 주문형 집적 회로들 (application specific integrated circuits; ASICs) 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 설정들 (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 조합으로될 수 있는 컴퓨터에 커플링되거나 이의 일부일 수도 있다. 예를 들어, 제어기는 웨이퍼 프로세싱의 원격 액세스를 가능하게 할 수 있는 팹 (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 설정들의 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 이산 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 (spin-rinse) 챔버 또는 모듈, 금속 도금 챔버 또는 모듈, 세정 챔버 또는 모듈, 베벨 에지 에칭 챔버 또는 모듈, 물리적 기상 증착 (physical vapor deposition; PVD) 챔버 또는 모듈, 화학적 기상 증착 (chemical vapor deposition; CVD) 챔버 또는 모듈, 원자 층 증착 (atomic layer deposition; ALD) 챔버 또는 모듈, 원자 층 에칭 (atomic layer etch; ALE) 챔버 또는 모듈, 이온 주입 챔버 또는 모듈, 트랙 (track) 챔버 또는 모듈 및 반도체 웨이퍼들의 제작 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)
- 제 1 금속 재료로 이루어진 베이스 부분으로서, 상기 베이스 부분은 가스 유입구를 포함하는 제 1 표면 및 상기 제 1 표면에 반대되는 제 2 표면을 갖고, 상기 베이스 부분은 상기 가스 유입구와 유체로 연통하는 (in fluid communication) 복수의 통로들을 포함하는, 상기 베이스 부분;
제 2 금속 재료로 이루어진 대면플레이트 (faceplate) 로서, 상기 대면플레이트는 상기 베이스 부분의 상기 제 2 표면에 부착된 측면들 및 하단 표면을 갖고, 상기 대면플레이트의 상기 측면들 및 상기 하단 표면 및 상기 베이스 부분의 상기 제 2 표면은 상기 복수의 통로들과 유체로 연통하는 플레넘을 규정하고, 상기 대면플레이트는 상기 하단 표면으로부터 상기 플레넘을 통해 상향으로 연장하고 그리고 상기 베이스 부분의 상기 제 2 표면과 콘택트하는 복수의 벽들을 포함하고, 그리고 상기 하단 표면은 상기 플레넘과 유체로 연통하는 상기 벽들을 따라 배치된 (arrange) 복수의 유출구들을 포함하는, 상기 대면플레이트;
상기 베이스 부분의 주변을 따라 홈 (groove) 내에 배치된 (dispose) 히터;
상기 베이스 부분의 상기 제 1 표면 상에 배치된 냉각 플레이트로서, 상기 냉각 플레이트는 냉각제를 수용하기 위한 유입구 및 유출구를 갖는 도관을 포함하는, 상기 냉각 플레이트; 및
상기 냉각 플레이트와 상기 샤워헤드의 상기 베이스 부분 사이에 배치된 상기 제 1 금속 재료 및 상기 제 2 금속 재료보다 더 낮은 열 전도도를 갖는 제 3 재료로 이루어진 플레이트를 포함하는, 샤워헤드. - 제 1 항에 있어서,
상기 냉각 플레이트의 외경 및 상기 플레이트의 외경은 상기 홈의 내경 이하인, 샤워헤드. - 제 1 항에 있어서,
상기 벽들은 수직이고 그리고 동심원이고;
상기 벽들은 상이한 높이들을 갖고; 그리고
상기 벽들은 상이한 폭들을 갖는, 샤워헤드. - 제 1 항에 있어서,
상기 벽들 및 상기 유출구들은 상기 대면플레이트의 영역 내에 배치되고;
상기 냉각 플레이트의 외경 및 상기 플레이트의 외경은 상기 영역의 직경 이하이고; 그리고
상기 영역의 상기 직경은 상기 홈의 내경 이하인, 샤워헤드. - 제 1 항에 있어서,
상기 베이스 부분은 상기 베이스 부분의 상단 단부로부터 방사상으로 외향으로 연장하는 플랜지를 포함하고, 상기 샤워헤드는 상기 히터 상에 배치된 수직 부분을 갖고 그리고 상기 플랜지에 부착된 수평 부분을 갖는 클램핑 링을 더 포함하는, 샤워헤드. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 3 재료는 열가소성 재료를 포함하고, 상기 샤워헤드는 상기 플레이트와 상기 냉각 플레이트 사이에 배치된 부가적인 플레이트를 더 포함하고, 상기 부가적인 플레이트는 상기 제 3 재료와 상이한 열 전도도를 갖는, 샤워헤드. - 제 6 항에 있어서,
상기 부가적인 플레이트의 제 1 외경은 상기 플레이트의 제 2 외경 이상이고; 그리고
상기 플레이트는 상기 부가적인 플레이트보다 박형인, 샤워헤드. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 3 재료는 열가소성 재료를 포함하고 그리고 상기 플레이트는,
하나 이상의 리세스된 부분들을 포함하는 제 1 층;
편평한 제 2 층; 및
하나 이상의 리세스된 부분들을 포함하는 제 3 층을 포함하는, 샤워헤드. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 1 층의 상기 리세스된 부분 및 상기 제 3 층의 상기 리세스된 부분은 서로 정렬되거나;
상기 제 1 층의 상기 리세스된 부분 및 상기 제 3 층의 상기 리세스된 부분은 부분적으로 오버랩하거나 (overlap); 또는
상기 제 1 층의 상기 리세스된 부분 및 상기 제 3 층의 상기 리세스된 부분은 오버랩하지 않는, 샤워헤드. - 제 1 항에 있어서,
상기 베이스 부분은,
제 1 디스크-형상 엘리먼트의 외경에 근접한 홈을 포함하는 상기 제 1 디스크-형상 엘리먼트로서, 상기 히터는 상기 홈 내에 배치되는, 상기 제 1 디스크-형상 엘리먼트;
상기 제 1 디스크-형상 엘리먼트 상에 배치되고 그리고 상기 홈의 내경 이하인 외경을 갖는 제 2 디스크-형상 엘리먼트; 및
상기 제 1 디스크-형상 엘리먼트 상에 배치되고 그리고 상기 홈의 외경 이상인 내경을 갖는 원통형 엘리먼트를 포함하고,
상기 제 1 디스크-형상 엘리먼트의 외경 및 상기 제 2 디스크-형상 엘리먼트의 외경과 상기 원통형 엘리먼트의 하단 부분의 외경은 동일하고; 그리고
상기 제 1 디스크-형상 엘리먼트 및 상기 제 2 디스크-형상 엘리먼트와 상기 원통형 엘리먼트는 확산 본딩되는 (bond), 샤워헤드. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 디스크-형상 엘리먼트는,
상기 제 1 디스크-형상 엘리먼트의 상단 표면의 중심에 있는 슬롯을 포함하고,
상기 슬롯은 상기 가스 유입구와 유체로 연통하고 그리고 상기 슬롯으로부터 방사상으로 연장하는 복수의 홈들을 포함하고; 그리고
상기 통로들은 상기 홈들의 원위 단부들로부터 상기 제 1 디스크-형상 엘리먼트의 하단 표면을 향해 그리고 상기 제 1 디스크-형상 엘리먼트의 하단 표면을 통해 하향으로 연장하는, 샤워헤드. - 제 10 항에 있어서,
상기 원통형 엘리먼트의 상단 단부는 방사상으로 외향으로 연장하는 플랜지를 포함하고, 상기 샤워헤드는 상기 히터 상에 배치된 수직 부분을 갖고 그리고 상기 플랜지에 부착된 수평 부분을 갖는 클램핑 링을 더 포함하는, 샤워헤드. - 제 1 항에 있어서,
상기 대면플레이트는 상기 대면플레이트의 중심으로부터 방사상으로 외향으로 연장하는 복수의 홈들을 포함하고;
상기 홈들은 상이한 길이들이고;
상기 벽들은 수직이고 그리고 동심원이고; 그리고
상기 홈들은 상기 벽들과 교차하는 (intersect), 샤워헤드. - 제 1 항에 기재된 샤워헤드 및 페데스탈을 포함하는 프로세싱 챔버에 있어서,
상기 대면플레이트는 상기 하단 표면의 외경을 따라 환형 리세스를 포함하고;
상기 샤워헤드는 상기 환형 리세스 내에 배치된 에지 링을 포함하고;
상기 에지 링은 상기 페데스탈의 상단 표면의 외측 에지에 근접하고; 그리고
상기 에지 링과 상기 페데스탈의 상기 상단 표면의 상기 외측 에지 사이의 갭을 통한 방사상으로 외향인 가스 플로우는 기판 프로세싱 동안 상기 페데스탈 상에 배치된 기판을 향해 오염물들 (contaminants) 이 상기 프로세싱 챔버로부터 상기 갭을 통해 흐르는 것을 방지하는, 프로세싱 챔버. - 가스 유입구를 포함하는 제 1 표면 및 상기 제 1 표면에 반대되는 제 2 표면을 갖는 베이스 부분으로서, 상기 베이스 부분은 상기 가스 유입구와 유체로 연통하는 복수의 통로들을 포함하는, 상기 베이스 부분;
상기 베이스 부분의 상기 제 2 표면에 부착된 측면들 및 복수의 유출구들을 포함하는 하단 표면을 갖는 대면플레이트로서, 상기 대면플레이트는 상기 하단 표면으로부터 상향으로 연장하고 그리고 상기 베이스 부분의 상기 제 2 표면과 콘택트하는 복수의 벽들을 포함하는, 상기 대면플레이트;
상기 베이스 부분의 상기 제 1 표면 상에 배치된 냉각 플레이트로서, 상기 냉각 플레이트는 냉각제를 수용하기 위한 유입구 및 유출구를 갖는 도관을 포함하는, 상기 냉각 플레이트; 및
상기 대면플레이트 및 상기 냉각 플레이트보다 더 낮은 열 전도도를 갖고 상기 냉각 플레이트와 상기 샤워헤드의 상기 베이스 부분 사이에 배치된 플레이트를 포함하는, 샤워헤드. - 제 15 항에 있어서,
상기 플레이트는 열가소성 재료로 이루어지고 그리고 상기 플레이트는,
하나 이상의 리세스된 부분들을 포함하는 제 1 층;
편평한 제 2 층; 및
하나 이상의 리세스된 부분들을 포함하는 제 3 층을 포함하는, 샤워헤드. - 제 15 항에 있어서,
상기 베이스 부분은,
제 1 디스크-형상 엘리먼트의 외경에 근접한 홈 내에 배치된 히터를 포함하는 상기 제 1 디스크-형상 엘리먼트;
상기 제 1 디스크-형상 엘리먼트 상에 배치되고 그리고 상기 홈의 내경 이하인 외경을 갖는 제 2 디스크-형상 엘리먼트; 및
상기 제 1 디스크-형상 엘리먼트 상에 배치되고 그리고 상기 홈의 외경 이상인 내경을 갖는 원통형 엘리먼트를 포함하고, 그리고
상기 원통형 엘리먼트의 하단 부분의 외경과 상기 제 1 디스크-형상 엘리먼트의 외경 및 상기 제 2 디스크-형상의 엘리먼트의 외경은 동일한, 샤워헤드. - 제 17 항에 있어서,
상기 제 1 디스크-형상 엘리먼트는 상기 제 1 디스크-형상 엘리먼트의 상단 표면의 중심에 슬롯을 포함하고, 상기 슬롯은 상기 가스 유입구와 유체로 연통하고 그리고 상기 슬롯으로부터 방사상으로 연장하는 복수의 홈들을 포함하고, 상기 통로들은 상기 홈들의 원위 단부들로부터 상기 제 1 디스크-형상 엘리먼트의 하단 표면을 향해 그리고 상기 제 1 디스크-형상 엘리먼트의 하단 표면을 통해 하향으로 연장하는, 샤워헤드. - 제 17 항에 있어서,
상기 원통형 엘리먼트의 상단 단부는 방사상으로 외향으로 연장하는 플랜지를 포함하고, 상기 샤워헤드는 상기 히터 상에 배치된 수직 부분을 갖고 그리고 상기 플랜지에 부착된 수평 부분을 갖는 클램핑 링을 더 포함하는, 샤워헤드. - 제 15 항에 있어서,
상기 대면플레이트는,
상기 대면플레이트의 중심으로부터 방사상으로 외향으로 연장하는 복수의 홈들로서, 상기 홈들은 상이한 길이들이고, 상기 벽들은 수직이고 그리고 동심원이고, 그리고 상기 홈들은 상기 벽들과 교차하는, 상기 복수의 홈들; 및
상기 하단 표면의 외경을 따른 환형 리세스로서, 상기 환형 리세스는 상기 에지 링과 페데스탈의 상단 표면의 외측 에지 사이의 갭을 통해 방사상으로 외향으로 가스가 흐르게 하는 에지 링을 포함하는, 상기 환형 리세스를 포함하는, 샤워헤드.
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