KR20240052974A - 플라즈마 억제를 위한 가스 유동 가이드 설계 - Google Patents

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KR20240052974A
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밀란 시리
마이클 리앙
제프리 에이. 코
광수 허
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

본원에 설명된 실시예들은 프로세스 가스를 균일하게 전달하기 위한 가스 유동 입구 가이드를 갖는 챔버를 제공한다. 가스 유동 입구 가이드는 개구를 갖는 유동 가이드 하부 플레이트를 갖는다. 상부 플레이트는 유동 가이드 하부 플레이트 위에 배치되고, 플라즈마 차단기는 개구 위에 배치된다. 플라즈마 차단기는 플라즈마 밀도, 전자 온도, 이온 온도, 또는 프로세스 가스의 특성 중 하나 이상에 기초하여 크기설정된 하나 이상의 구멍들을 포함한다.

Description

플라즈마 억제를 위한 가스 유동 가이드 설계
[0001] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로 프로세스 챔버(process chamber)들을 위한 가스 유동 가이드(gas flow guide) 설계에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 개시내용의 실시예들은 프로세스 가스(process gas)를 균일하게 전달하고 결함들을 최소화하면서 기판들을 효과적으로 프로세싱하기 위한 가스 유동 가이드들에 관한 것이다.
[0002] 가스 분배 조립체들은 기판들 위에의 재료들의 균일한 증착을 제공하기 위해 ALD(atomic layer deposition) 챔버들 또는 PECVD(plasma enhanced CVD) 챔버들과 같은 다수의 프로세스 챔버들에 이용된다. 플라즈마 소스(plasma source) 또는 프로세스 챔버의 프로세스 볼륨(process volume)으로부터의 기생 플라즈마(parasitic plasma)는 가스 분배 조립체들에 침투하여 거기에 증착을 유발할 수 있다. 증착은 시간 경과에 따라 기판들을 오염시키거나 기판들에 결함들을 유발할 수 있는 입자들을 형성한다.
[0003] 따라서, 당업계에서는 프로세스 가스를 균일하게 전달하고 기생 플라즈마가 내부로 침투하는 것을 방지하는 가스 분배 조립체를 갖는 챔버가 요구된다.
[0004] 일 실시예에서, 가스 유동 입구 가이드는, 제1 개구 및 제2 개구를 포함하는 유동 가이드 하부 플레이트 ― 제2 개구는 제2 개구 위에 배치된 플라즈마 차단기를 포함함 ―; 플레넘을 정의하기 위해 유동 가이드 하부 플레이트 위에 배치되고 유동 가이드 하부 플레이트와 접촉하는 상부 플레이트; 및 가스들을 제1 개구로부터 제2 개구로 지향시키기 위해 플레넘 내에 배치된 복수의 유동 가이드들을 포함한다.
[0005] 다른 실시예에서, 가스 유동 입구 가이드는, 제1 개구 및 제2 개구를 포함하는 유동 가이드 하부 플레이트 ― 제2 개구는 제2 개구 위에 배치된 플라즈마 차단기를 포함함 ―; 플레넘을 정의하기 위해 유동 가이드 하부 플레이트 위에 배치되고 유동 가이드 하부 플레이트와 접촉하는 상부 플레이트; 제1 개구와 제2 개구 사이에서 플레넘 내에 배치된 유동 가이드 조절기; 및 가스들을 제1 개구로부터 제2 개구로 지향시키기 위해 플레넘 내에 배치된 복수의 유동 가이드들을 포함한다.
[0006] 다른 실시예에서, 프로세스 챔버는, 챔버 본체; 챔버 본체에 커플링된 덮개; 및 덮개에 커플링된 가스 유동 입구 가이드를 포함하며, 가스 유동 입구 가이드는, 제1 개구 및 제2 개구를 포함하는 유동 가이드 하부 플레이트 ― 제2 개구는 제2 개구 위에 배치된 플라즈마 차단기를 포함하고, 유동 가이드 하부 플레이트는 삼각형 형상을 가짐 ―; 플레넘을 정의하기 위해 유동 가이드 하부 플레이트 위에 배치되고 유동 가이드 하부 플레이트와 접촉하는 상부 플레이트 ― 상부 플레이트는 삼각형 형상을 가짐 ―; 제1 개구와 제2 개구 사이에서 플레넘 내에 배치된 유동 가이드 조절기; 및 가스들을 제1 개구로부터 제2 개구로 지향시키기 위해 플레넘 내에 배치된 복수의 유동 가이드들을 포함한다.
[0007] 본 개시내용의 상기에 기재된 특징들이 상세하게 이해될 수 있는 방식으로, 상기에서 간략하게 요약된 본 개시내용의 보다 특정한 설명이 실시예들을 참조하여 이루어질 수 있으며, 이 실시예들의 일부가 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 단지 예시적인 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.
[0008] 도 1은 일 실시예에 따른 원자층 증착 챔버의 개략적인 단면도이다.
[0009] 도 2는 일 실시예에 따른 가스 유동 입구 가이드의 개략적인 측단면도이다.
[0010] 도 3a는 일 실시예에 따른 가스 유동 입구 가이드의 유동 가이드 하부 플레이트의 개략도이다.
[0011] 도 3b는 일 실시예에 따른 유동 조절기의 개략도이다.
[0012] 도 4는 일 실시예에 따른 가스 유동 입구 가이드의 유동 가이드 상부 플레이트의 개략적인 저면도이다.
[0013] 도 5는 일 실시예에 따른 플라즈마 차단기의 메쉬 개구 크기를 결정하기 위한 예시적인 데바이 길이 곡선을 묘사한다.
[0014] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 특징들은 추가의 언급없이 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있는 것으로 고려된다.
[0015] 본원에 설명된 실시예들은 프로세스 가스를 균일하게 전달하기 위한 가스 유동 입구 가이드(gas flow inlet guide) 및 프로세스 가스들을 효과적으로 퍼지하고 퍼지 시간(purge time)을 감소시키기 위한 가스 유동 출구 가이드(gas flow outlet guide)를 갖는 챔버를 제공한다. 챔버는 덮개 조립체를 갖는 챔버 본체(chamber body), 챔버 내의 프로세싱 영역(processing region)과 유체 연통하도록 구성된 프로세스 가스 입구 및 프로세스 가스 출구, 프로세스 가스 입구에 배치된 가스 유동 입구 가이드, 및 프로세스 가스 출구에 배치된 가스 유동 출구 가이드를 포함한다. 가스 유동 입구 가이드는 유동 조절기(flow modulator) 및 입구 가이드 채널(inlet guide channel)들을 포함한다. 가스 유동 출구 가이드는 출구 가이드 채널(outlet guide channel)들을 포함한다.
[0016] 도 1은 일 실시예에 따른 ALD 챔버(100)의 개략적인 단면도이다. 적합한 ALD 챔버들은 캘리포니아주 산타클라라에 위치된 어플라이드 머티어리얼즈, 인코포레이티드(Applied Materials, Inc.)로부터 입수될 수 있다. 하기에서 설명되는 시스템은 예시적인 챔버이고, 다른 제조업체들의 챔버를 포함하는 다른 챔버들이 본 개시내용의 양상들을 달성하기 위해 사용되거나 수정될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. PECVD 챔버들도 또한 본 개시내용의 양상들로부터 이익을 얻을 수 있는 것으로 고려된다. ALD 챔버(100)는 챔버 본체(102), 덮개 조립체(104), 프로세스 키트(process kit)(106), 기판 지지 조립체(108), 프로세스 가스 입구(110) 및 프로세스 가스 출구(112)를 포함한다.
[0017] 덮개 조립체(104)는 챔버 본체(102) 위에 배치되고, 기판 지지 조립체(108)는 챔버 본체(102) 내에 적어도 부분적으로 배치된다. 프로세스 키트(106)는 덮개 조립체(104)에 커플링된다. 기판 지지 조립체(108)는 스템(stem)(118)에 의해 챔버 본체(102) 내에 이동 가능하게 배치된 페디스털(pedestal)(116)을 포함한다. 페디스털(116)은 기판(101)을 지지하도록 구성된 기판 지지 표면(132)을 포함한다. 스템(118)은 챔버 본체(102)를 통해 연장되고, 프로세싱 포지션(도시된 바와 같음)과 이송 포지션 사이에서 페디스털(116)을 이동시키는 리프트 시스템(lift system)(도시되지 않음)에 연결된다. 이송 포지션은 ALD 챔버(100)의 내부에의 접근을 제공하기 위해 챔버 본체(102)의 측벽에 형성된 슬릿 밸브 개구(slit valve opening)(114)를 통한 기판(101)의 이송을 촉진한다.
[0018] 프로세싱 포지션에서, 기판 지지 조립체(108)는 프로세스 키트(106)와 접촉하여 기판 지지 표면(132), 프로세스 키트(106) 및 덮개 조립체(104)의 하부 표면에 의해 정의되는 프로세싱 영역(120)을 형성한다. 프로세싱 포지션에 있는 기판 지지 조립체(108)가 프로세스 키트(106)와 접촉하여 프로세싱 영역(120)을 형성하는 경우, 프로세스 키트(106)의 가스 입구(122) 및 가스 출구(124)는 프로세스 가스 입구(110) 및 프로세스 가스 출구(112)에 각각 커플링되어, 밀봉된 개개의 가스 통로들을 형성한다. 프로세스 가스 입구(110) 및 프로세스 가스 출구(112)는 프로세싱 영역(120)과 유체 연통하도록 포지셔닝된다. 이러한 방식으로, 프로세스 가스들은 프로세스 가스 입구(110)에 그리고 가스 입구(122)를 통해 프로세싱 영역(120)에 제공된다. 프로세스 가스 출구(112)는 펌프(pump)(126)에 연결된다. 프로세스 가스들은 프로세싱 영역(120)에서 기판(101)을 가로질러 유동하고, 펌프(126)에 의해 가스 출구(124) 및 프로세스 가스 출구(112)를 통해 배출된다. RF(무선 주파수) 소스(128)는 덮개 조립체(104)의 전극(130)에 커플링된다. RF 소스(128)는 프로세싱 영역(120)의 프로세싱 가스들로부터 플라즈마의 생성을 촉진하도록 전극(130)에 전력을 공급한다. 페디스털(116)은 접지되거나, 페디스털(116)은 RF 소스(128)에 연결될 때 캐소드(cathode)로서 역할을 하여 덮개 조립체(104)의 하부 표면과 페디스털(116) 사이에 용량성 전기장을 생성하여 기판(101)을 향해 플라즈마 종들을 가속시킬 수 있다.
[0019] ALD 및/또는 PECVD에 사용되는 특정 가스 또는 가스들은 수행될 프로세스 또는 프로세스들에 따라 달라진다. 일 실시예에서, 가스들은 트리메틸알루미늄 (CH3)3Al(TMA), CpZr, 테트라키스 에틸 메틸 아미노 지르코늄 Zr[N(CH3)(C2H5)]4(TEMAZ), 질소(N2) 및 산소(O2)를 포함할 수 있지만, 가스들은 이에 제한되지 않으며, 하나 이상의 전구체(precursor)들, 환원제들, 촉매들, 캐리어(carrier)들, 퍼지 가스(purge gas)들, 세정 가스들(예를 들어, BCl3), 또는 이들의 임의의 혼합물 또는 조합물을 포함할 수 있다. 가스들은 일 측면으로부터 ALD 챔버(100) 내로 도입되어 기판(101)을 가로질러 유동한다. 예를 들어, 가스들은 프로세스 가스 입구(110), 가스 입구(122)를 통해 그리고 프로세싱 영역(120)을 가로질러 유동되고, 가스 출구(124) 및 프로세스 가스 출구(112)를 통해 배출된다.
[0020] 예시적인 산화알루미늄(Al2O3) 막 형성 프로세스에서, TMA의 유동이 프로세싱 영역(120)으로 전달된다. 프로세싱 영역(120)을 가로질러 유동하는 TMA는 기판(101)을 가로질러 유동하고 기판(101) 상에 TMA 층을 형성한다. 산소 함유 가스의 유동이 프로세싱 영역(120)으로 전달된다. 프로세싱 영역(120)을 가로질러 유동하는 산소 함유 가스는 기판(101)을 가로질러 유동하고 플라즈마로 활성화되어 TMA 층과의 반응을 위한 산소 라디칼(oxygen radical)들을 제공한다. 일 실시예에서, 산소 함유 가스는 O2 또는 오존(O3)이다. 산소 라디칼들은 기판(101) 상의 TMA 층과 반응하여 Al2O3 층을 형성한다. TMA를 유동시키는 것과, 산소 함유 가스를 유동시키는 것과, 산소 함유 가스를 플라즈마로 활성화하여 기판(101) 상에 추가 층들을 형성하는 것의 반복은 원하는 두께를 갖는 Al2O3 막이 형성될 때까지 계속된다.
[0021] 예시적인 이산화지르코늄(ZrO2) 막 형성 프로세스에서, TEMAZ의 유동이 프로세싱 영역(120)으로 전달된다. 프로세싱 영역(120)을 가로질러 유동하는 TEMAZ는 기판(101)을 가로질러 유동하고 기판(101) 상에 TEMAZ 층을 형성한다. 산소 함유 가스의 유동이 프로세싱 영역(120)으로 전달된다. 프로세싱 영역(120)을 가로질러 유동하는 산소 함유 가스는 기판(101)을 가로질러 유동하고 플라즈마로 활성화되어 TEMAZ 층과의 반응을 위한 산소 라디칼들을 제공한다. 산소 라디칼들은 기판(101) 상의 TEMAZ 층과 반응하여 기판(101) 상에 ZrO2 층을 형성한다. TEMAZ를 유동시키는 것과, O2를 유동시키는 것과, 산소 함유 가스를 플라즈마로 활성화하는 것의 반복은 원하는 두께를 갖는 ZrO2 막이 형성될 때까지 계속된다.
[0022] 프로세스 가스 유동을 균일하게 전달하기 위해 가스 유동 입구 가이드(202)가 제공되고, 프로세스 가스들을 효과적이고 효율적으로 퍼지하기 위해 가스 유동 출구 가이드(203)가 제공된다. 프로세싱 동안에, 기생 플라즈마, 예컨대 플라즈마 소스(도시되지 않음) 또는 프로세스 볼륨으로부터의 플라즈마는 기존의 가스 유동 입구 가이드들에 침투하여 유동 가이드 조립체 내에 증착을 유발한다. 증착은 기판 지지체 상에 배치된 유리 기판들과 같은 기판들 상에 오염을 유발하는 입자 생성을 야기한다. 그러나, 가스 유동 입구 가이드(202)로의 플라즈마 침투는 가스 유동 입구 가이드(202)의 개구와 프로세스 키트(106)의 인터페이스에 플라즈마 차단기(plasma blocker)(201)를 포함함으로써 실질적으로 감소될 수 있다는 것이 발견되었다. 플라즈마 차단기(201)는, 예를 들어 메쉬(mesh) 또는 금속으로 형성된 메쉬 재료를 포함할 수 있으며, 기생 플라즈마의 침투를 방지하면서, 그를 통한 가스의 유동을 허용한다. 적절한 크기의 메쉬 재료의 선택을 통해 기생 플라즈마 침투가 방지될 수 있다.
[0023] 도 2는 가스 유동 입구 가이드(202)의 개략적인 측단면도이다. 가스 유동 입구 가이드(202)는 유동 가이드 하부 플레이트(flow guide bottom plate)(206)에 커플링된 유동 가이드 상부 플레이트(flow guide top plate)(204)로 형성된다. 가스 유동 입구 가이드(202)는 그 내부에 형성된 프로세스 가스 입구(110)를 포함한다. 유동 가이드 상부 플레이트(204)는 프로세스 가스 입구(110)를 정의하기 위해 유동 가이드 하부 플레이트(206), 예컨대 상부 플레이트 시일(210), 예를 들어 O-링과 기밀성 시일(airtight seal)을 형성한다. 프로세스 가스 입구(110) 내에 적어도 하나의 채널(214)(복수 개가 도 3에 도시되어 있음)이 배치된다. 각각의 채널(214)은 인접한 가이드들(270) 사이에 정의되며, 유동 가이드들은 서로에 대해 평행하지 않은 구성으로 배열된다. 채널들(214)은 프로세스 가스 입구(110)를 통한 개선된 가스 유동을 촉진한다. 프로세스 가스는 입구(274)를 통해 프로세스 가스 입구(110) 내로 제공된다. 선택적인 유동 가이드 조절기(390)(도 3b를 참조하여 더욱 상세하게 설명됨)는 채널들(214)에서의 가스 유동의 지향 및/또는 조절을 촉진한다.
[0024] 유동 가이드 하부 플레이트(206)는 프로세싱 영역(120)(도 1에 도시됨)과 유체 연통하는 개구(208)를 포함한다. 개구(208)는 프로세싱 영역(120)과의 유체 연통을 촉진하도록 프로세스 키트(106)의 개구와 정렬된다. 유동 가이드 하부 플레이트(206)는 프로세스 키트(106), 예컨대 유동 가이드 본체 시일(212), 예를 들어 O-링과 기밀성 시일을 형성한다. 일부 실시예들에서, 프로세스 키트(106)는 석영, 탄화규소, 질화규소, 또는 다른 세라믹 재료와 같은 세라믹으로 구성된다.
[0025] 프로세스 가스 소스(272)로부터의 프로세스 가스는 프로세스 가스 입구(110)를 통해 적어도 하나의 채널(214)을 통해 개구(208)로 유동한다. 프로세스 키트(106)와 유동 가이드 하부 플레이트(206)의 인터페이스(207)에 플라즈마 차단기(201)가 배치된다. 플라즈마 차단기(201)는 유동 가이드 하부 플레이트(206) 또는 프로세스 키트(106)에 커플링된다. 대안적으로, 플라즈마 차단기(201)는 유동 가이드 본체 시일(212)을 위해 제공된 홈에서 프로세스 키트(106)와 유동 가이드 하부 플레이트(206) 사이에 클램핑(clamping)된다. 플라즈마 차단기는 기생 플라즈마 역류를 방지하면서, 그를 통한 가스 유동을 허용하는 금속 메쉬와 같은 메쉬 재료이다. 일 예에서, 메쉬 크기는 플라즈마 역류를 완화하도록 선택된다. 크기들 및 패턴들을 포함하는 다양한 메쉬 구성들은 기생 플라즈마 역류를 완화하면서 충분한 가스 유동을 촉진할 수 있는 것으로 고려된다. 예를 들어, 메쉬는 정사각형 또는 직사각형 개구들을 형성하도록 포지셔닝된 복수의 금속 와이어(metal wire)들에 의해 형성될 수 있다. 그러한 예에서, 그러한 개구들의 폭 또는 길이는 750 마이크로미터 이하, 예컨대 500 마이크로미터 이하, 예컨대 400 마이크로미터 이하, 예컨대 300 마이크로미터 이하, 예컨대 200 마이크로미터 이하, 예컨대 150 마이크로미터 이하, 예컨대 100 마이크로미터 이하, 예컨대 50 마이크로미터 이하, 예컨대 40 마이크로미터 이하, 예컨대 30 마이크로미터 이하, 예컨대 20 마이크로미터 이하일 수 있다. 상기에서 언급된 바와 같이, 다른 크기들이 또한 고려된다.
[0026] 도 3a는 유동 가이드 하부 플레이트(206)의 개략적인 평면도이고, 도 4는 유동 가이드 상부 플레이트(204)의 개략적인 저면도이다. 유동 가이드 하부 플레이트(206)는 프로세스 키트(106)를 적어도 부분적으로 인터페이싱하도록 구성된 인터페이스 표면을 포함한다. 인터페이스 표면은 내부 표면(302)의 반대측에 있는 주 표면이다. 시일(212)(가상선으로 도시됨)은 인터페이스 표면에 배치된다. 유동 가이드 하부 플레이트(206)는 동일한 길이의 2 개의 변들을 갖는 삼각형으로 묘사되어 있지만, 다른 형상들의 삼각형들을 포함하는 다른 형상들이 고려된다.
[0027] 유동 가이드 하부 플레이트(206)는 상류 단부(306) 및 하류 단부(307)를 포함한다. 개구(208)는 하류 단부(307)에 인접하게 배치되고 그를 통해 가스를 분배하도록 구성된다. 플라즈마 차단기(201)는 개구(208) 위에 적어도 부분적으로 배치된다. 예시된 바와 같이, 플라즈마 차단기(201)는 개구(208)를 완전히 덮는다. 플라즈마 차단기(201)는 유동 가이드 하부 플레이트(206)에 제거 가능하게 커플링되거나, 프로세스 키트(106)와 유동 가이드 하부 플레이트(206) 사이에 클램핑된다. 플라즈마 차단기(201)를 내부에 수용하기 위한 리세스(recess)가 프로세스 키트(106) 또는 유동 가이드 하부 플레이트(206)에 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 차단기(201)는 사전결정된 양의 기판 프로세싱 후에 교체된다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 차단기(201)는 BCl3과 같은 플라즈마 차단기(201)의 재료와 호환되는 세정 화학물질을 사용하여 세정된다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 차단기(201)는 사전결정된 수의 프로세스들 이후에 교체된다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 차단기(201) 및 시일(212)은 유지보수 동안에 교체된다.
[0028] 인접한 가이드들(270) 사이에는 복수의 채널들(214)이 형성된다. 가이드들(270)은 각지게 서로 이격되어 있으며, 플라즈마 차단기(201)를 향해 가스를 지향시킨다. 가이드들(270)은 선택적인 가스 유동 조절기(390)로부터 사전결정된 거리만큼 연장된다. 가이드들(270)은 플라즈마 차단기(201)까지 연장될 수 있거나, (도시된 바와 같이) 그것보다 짧게 연장될 수 있는 것으로 고려된다. 또한, 가이드들(270)의 길이, 폭, 각도 간격 및 수량은 프로세스 사양들에 따라 가스 유동에 영향을 미치도록 조정될 수 있는 것으로 고려된다.
[0029] 일 예에서, 플라즈마 차단기는 폭보다 적어도 2배 더 큰 길이, 예컨대 적어도 5배 더 큰 길이, 예컨대 적어도 10배 더 큰 길이, 예컨대 적어도 20배 더 큰 길이를 갖는다. 일 예에서, 플라즈마 차단기(201)의 길이는 최외측 유동 가이드들(270)의 가장 넓은 지점들의 최대 폭보다 크다. 다른 치수들 및 구성들이 또한 고려된다.
[0030] 도 3b는 선택적인 가스 유동 조절기(390)의 개략도이다. 가스 유동 조절기(390)는 가스 유동 입구 가이드(202) 내에서의 가스 유동의 지향을 촉진하도록 유동 가이드 하부 플레이트(206)에 커플링될 수 있다. 가스 유동 조절기는 가스를 채널들(214) 내로 지향시키기 위한 복수의 개구들(291)(하나가 표시되어 있음)을 포함한다. 일 예에서, 각각의 개구(291)는 단일 채널(214)에 대응하지만, 다른 구성들이 고려된다. 프로세스 균일성(예를 들어, 증착 균일성)을 조정하기 위해, 채널들(214)을 통해 사전결정된 방식으로 유동을 지향시키도록 개구들의 크기(예를 들어 직경), 방향, 포지션 및/또는 개수가 조정될 수 있다. 가스 유동 조절기(390)는 아치형 형상이다(그렇지만, 다른 형상들이 고려됨). 가스 유동 조절기(390)의 단부들은 유동 가이드 하부 플레이트(206)의 인접한 측벽들에 접하여 있다.
[0031] 도 4를 참조하면, 유동 가이드 상부 플레이트(204)의 저면도가 표면(408)을 둘러싸는 리세스 부분(404)을 갖는 것으로 도시되어 있다. 리세스 부분(404)은 내부에 시일을 지지하도록 구성된 홈이다. 예를 들어, 리세스 부분(404)은 상부 플레이트 시일(210)(도 2에 도시됨)을 위한 더브테일 홈(dovetail groove)일 수 있다. 표면(408)은 플레넘(plenum)(예를 들어, 프로세스 가스 입구(110))을 내부에 정의하기 위해 유동 가이드 하부 플레이트(206)와 적어도 부분적으로 인터페이싱하도록 구성된다.
[0032] 유동 가이드 상부 플레이트(204)는 파스너(fastener)(406)(3 개가 도시되어 있지만, 보다 많은 것이 고려됨)를 사용하여 유동 가이드 하부 플레이트(206)에 커플링된다. 유동 가이드 상부 플레이트(204)가 삼각형으로 묘사되어 있지만, 다른 형상들이 또한 고려된다. 추가적으로, 리세스 부분(404)이 삼각형으로 묘사되어 있지만, 하나 이상의 둥근 꼭지점들을 갖는 삼각형과 같은 다른 형상들이 또한 고려된다. 유동 가이드 상부 플레이트(204)는 리세스 부분(404)의 존재를 제외하고는 대향하는 평면형 주 표면들을 갖는 평면형 부재이다.
[0033] 플라즈마 차단기(201)(도 1에 도시됨)는 가스 유동 입구 가이드(202)의 볼륨을 형성하는 표면들, 예컨대 표면(408) 내에서의 재료의 증착을 억제한다는 것이 발견되었다. 플라즈마 차단기(201)는 스테인리스강, 알루미늄, 니켈, 이들의 합금들, 또는 이들의 조합들과 같은 금속으로 구성된다. 플라즈마 차단기(201)는 프로세싱에 사용되는 하나 이상의 플라즈마들의 데바이 길이(Debye length)(λD)에 기초하여 결정되는 메쉬 개구 크기를 갖는 메쉬이다. 플라즈마 차단기는 플라즈마 밀도, 전자 온도 또는 이온 온도와 같은 하나 이상의 플라즈마 특성들에 기초하여 크기설정된 하나 이상의 메쉬 개구들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 메쉬 개구들은 가스 원자 또는 가스 분자 크기와 같은 프로세스 가스의 특성에 기초하여 크기설정된다. 본원에 사용된 바와 같이, 메쉬 개구 크기는 메쉬의 구멍의 평균 길이 또는 직경과 같은 길이 또는 직경을 지칭한다. 메쉬는 평면형 표면에 배열된 제1 세트의 와이어들로 구성될 수 있으며, 제1 세트의 와이어들 중 인접한 와이어 각각은 서로 실질적으로 평행하고, 제2 세트의 와이어들은 제1 세트의 와이어들 위에 배열되고, 제2 세트의 와이어들 중 각각의 인접한 와이어는 서로 실질적으로 평행하다. 제1 세트의 와이어들은, 예컨대 수직 배열로, 제2 세트의 와이어들에 대해 각지게 오프셋되어 있다. 메쉬 개구는 제1 또는 제2 세트의 와이어들의 인접한 와이어들 사이의 거리일 수 있거나, 인접한 와이어 교차부들 사이의 거리일 수 있다. 다른 메쉬 텍스처(mesh texture)들 및 배열들이 또한 고려된다.
[0034] 데바이 길이는 하기의 수식 (1)을 사용하여 결정된다.
수식 (1)
여기서, λD는 데바이 길이이고, ε0은 재료 유전율(material permittivity)(예를 들어, 자유 공간)이고, kB는 볼츠만 상수(Boltzmann constant)이고, qe는 전자 전하이고, Te는 전자 온도이고, Ti는 이온 온도이고, ne는 전자들의 밀도이고, nj는 양의 이온 전하 zjqe를 갖는 원자 종 j의 밀도이다.
[0035] 일부 실시예들에서, 예컨대 이온 이동도가 무시 가능한 경우, 데바이 길이는 하기의 수식 (2)를 사용하여 결정된다.
수식 (2)
여기서, λD는 데바이 길이이고, ε는 재료의 유전율(예를 들어, 자유 공간)이고, kB는 볼츠만 상수이고, q는 전자 전하이고, Te는 전자 온도이며, n은 전자들의 밀도이다.
[0036] 메쉬 개구 크기는 하기의 수식 (3)으로 표현될 수 있는 데바이 길이의 인수일 수 있다.
메쉬 개구 = C x λD, 여기서 C는 0보다 크다. 수식 (3)
[0037] 약 0 내지 약 1 이하의 C 값들은 매우 양호한 차폐에 대응하지만, 플라즈마뿐만 아니라 프로세스 가스 유동을 적어도 부분적으로 또는 완전히 차단할 수 있다. 일부 실시예들에서, 약 1 이상, 예컨대 약 1 내지 약 10, 예컨대 약 2 내지 약 5의 C 값들은 프로세스 가스가 관통 유동할 수 있게 하면서 양호한 플라즈마 차폐를 제공한다.
[0038] 도 5는 메쉬 개구 크기를 결정하는 데 사용되는 대응하는 데바이 길이들과 다양한 플라즈마 밀도들을 연관시키는 CCP 파라미터들로부터 생성된 곡선을 묘사한다. 플라즈마의 전자 밀도는 예시적인 프로세스의 경우에 약 1x1010 ㎤ 내지 약 10x1010 ㎤이며, 전자 온도는 약 1 내지 약 4 eV이다. 플라즈마의 전자 밀도는 약 3x1010 ㎤ 내지 약 5x1010 ㎤, 또는 약 7x1010 ㎤ 내지 약 9x1010 ㎤일 수 있다. 메쉬 개구 크기는 약 50 ㎛ 내지 약 100 ㎛이도록 선택된다. 메쉬 개구 크기는 프로세스 가스들이 메쉬를 통해 프로세스 볼륨 내로 통과할 수 있게 하면서 확률이 높은 방식으로 플라즈마 침투를 방지하도록 선택된다. 다른 전자 밀도들 및 메쉬 개구 크기들이 또한 플라즈마에 따라 고려된다. 너무 작은 메쉬 개구 크기의 선택은 프로세스에 영향을 미칠 수 있다는 것이 발견되었다. 예를 들어, 너무 작은 메쉬 개구 크기의 선택은, 프로세스에 필요한 가스 분자들 중 적어도 일부를 차단함으로써, 프로세스 챔버 내로 유입되는 가스의 화학적 성질을 변경할 수 있다. 추가적으로, 너무 큰 메쉬 개구 크기의 선택은 가스 유동 입구 가이드(202)로 진입하는 기생 플라즈마를 감소시키는 데 효과적이지 않다.
[0039] 플라즈마 차단기(201)가 ALD 챔버를 참조하여 설명되지만, PECVD 챔버들과 같이 플라즈마를 사용하는 다른 챔버들이 또한 고려된다. 메쉬로 형성된 플라즈마 차단기들(201)은 이를테면 플라즈마 밀도, 전자 온도와 같은 플라즈마 프로세스 특성들에 기초하여 메쉬 개구 크기를 설정함으로써 기생 플라즈마를 차단하면서 가스가 그들을 통해 유동할 수 있게 하는 데 사용될 수 있다.
[0040] 전술한 바가 본 개시내용의 예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 그리고 추가적인 예들이, 본 개시내용의 기본적인 범위를 벗어나지 않으면서 안출될 수 있으며, 그 범위는 하기의 청구범위에 의해 결정된다.

Claims (20)

  1. 가스 유동 입구 가이드(gas flow inlet guide)로서,
    제1 개구 및 제2 개구를 포함하는 유동 가이드 하부 플레이트(flow guide bottom plate) ― 상기 제2 개구는 상기 제2 개구 위에 배치된 플라즈마 차단기(plasma blocker)를 포함함 ―;
    플레넘(plenum)을 정의하기 위해 상기 유동 가이드 하부 플레이트 위에 배치되고 상기 유동 가이드 하부 플레이트와 접촉하는 상부 플레이트(top plate); 및
    가스들을 상기 제1 개구로부터 상기 제2 개구로 지향시키기 위해 상기 플레넘 내에 배치된 복수의 유동 가이드(flow guide)들을 포함하는,
    가스 유동 입구 가이드.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 차단기는 금속 메쉬(metal mesh)인,
    가스 유동 입구 가이드.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 금속 메쉬의 구멍 크기는 약 50 ㎛ 내지 약 100 ㎛인,
    가스 유동 입구 가이드.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 금속 메쉬는 스테인리스강, 알루미늄, 니켈, 이들의 합금들, 또는 이들의 조합들을 포함하는,
    가스 유동 입구 가이드.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 금속 메쉬는 스테인리스강을 포함하는,
    가스 유동 입구 가이드.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 금속 메쉬는 알루미늄을 포함하는,
    가스 유동 입구 가이드.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 차단기는 상기 유동 가이드 하부 플레이트의 표면에 형성된 리세스(recess)에 배치되는,
    가스 유동 입구 가이드.
  8. 가스 유동 입구 가이드로서,
    제1 개구 및 제2 개구를 포함하는 유동 가이드 하부 플레이트 ― 상기 제2 개구는 상기 제2 개구 위에 배치된 플라즈마 차단기를 포함함 ―;
    플레넘을 정의하기 위해 상기 유동 가이드 하부 플레이트 위에 배치되고 상기 유동 가이드 하부 플레이트와 접촉하는 상부 플레이트;
    상기 제1 개구와 상기 제2 개구 사이에서 상기 플레넘 내에 배치된 유동 가이드 조절기(flow guide modulator); 및
    가스들을 상기 제1 개구로부터 상기 제2 개구로 지향시키기 위해 상기 플레넘 내에 배치된 복수의 유동 가이드들을 포함하는,
    가스 유동 입구 가이드.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 플라즈마 차단기는 금속 메쉬인,
    가스 유동 입구 가이드.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 금속 메쉬의 구멍 크기는 약 50 ㎛ 내지 약 100 ㎛인,
    가스 유동 입구 가이드.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 금속 메쉬는 스테인리스강, 알루미늄, 니켈, 이들의 합금들, 또는 이들의 조합들을 포함하는,
    가스 유동 입구 가이드.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 유동 가이드 조절기는 상기 유동 가이드 조절기를 관통하여 형성된 복수의 개구들을 포함하고, 각각의 개구는 인접한 유동 가이드들에 의해 정의된 채널(channel)과 정렬되는,
    가스 유동 입구 가이드.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 유동 가이드들은 서로에 대해 평행하지 않은,
    가스 유동 입구 가이드.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 유동 가이드들의 각각의 개개의 유동 가이드는 길이를 갖고, 측방향 외측(laterally-outward) 유동 가이드들의 길이는 내측에 포지셔닝된(inwardly-positioned) 유동 가이드들의 길이보다 큰,
    가스 유동 입구 가이드.
  15. 프로세스 챔버(process chamber)로서,
    챔버 본체(chamber body);
    상기 챔버 본체에 커플링된 덮개; 및
    상기 덮개에 커플링된 가스 유동 입구 가이드를 포함하며, 상기 가스 유동 입구 가이드는,
    제1 개구 및 제2 개구를 포함하는 유동 가이드 하부 플레이트 ― 상기 제2 개구는 상기 제2 개구 위에 배치된 플라즈마 차단기를 포함하고, 상기 유동 가이드 하부 플레이트는 삼각형 형상을 가짐 ―;
    플레넘을 정의하기 위해 상기 유동 가이드 하부 플레이트 위에 배치되고 상기 유동 가이드 하부 플레이트와 접촉하는 상부 플레이트 ― 상기 상부 플레이트는 삼각형 형상을 가짐 ―;
    상기 제1 개구와 상기 제2 개구 사이에서 상기 플레넘 내에 배치된 유동 가이드 조절기; 및
    가스들을 상기 제1 개구로부터 상기 제2 개구로 지향시키기 위해 상기 플레넘 내에 배치된 복수의 유동 가이드들을 포함하는,
    프로세스 챔버.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 유동 가이드 하부 플레이트와 맞물리는(engage) 프로세스 키트(process kit)를 더 포함하는,
    프로세스 챔버.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 플라즈마 차단기는 금속 메쉬인,
    프로세스 챔버.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 금속 메쉬의 구멍 크기는 약 50 ㎛ 내지 약 100 ㎛인,
    프로세스 챔버.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 금속 메쉬는 스테인리스강, 알루미늄, 니켈, 이들의 합금들, 또는 이들의 조합들을 포함하는,
    프로세스 챔버.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 유동 가이드 조절기는 상기 유동 가이드 조절기를 관통하여 형성된 복수의 개구들을 포함하고, 각각의 개구는 인접한 유동 가이드들에 의해 정의된 채널과 정렬되는,
    프로세스 챔버.
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