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KR20120120245A - 반도체 프로세싱을 위한 코팅 물질을 갖는 가스 분배 샤워헤드 - Google Patents

반도체 프로세싱을 위한 코팅 물질을 갖는 가스 분배 샤워헤드 Download PDF

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Publication number
KR20120120245A
KR20120120245A KR1020127019028A KR20127019028A KR20120120245A KR 20120120245 A KR20120120245 A KR 20120120245A KR 1020127019028 A KR1020127019028 A KR 1020127019028A KR 20127019028 A KR20127019028 A KR 20127019028A KR 20120120245 A KR20120120245 A KR 20120120245A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
coating material
holes
gas distribution
showerhead assembly
semiconductor processing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
KR1020127019028A
Other languages
English (en)
Inventor
제니퍼 선
센 타치
렌관 두안
토마스 그래이브스
Original Assignee
어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 filed Critical 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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Abstract

일 실시예에 따른 가스 분배 샤워헤드 조립체를 제조하기 위한 예시적인 방법들 및 장치들이 여기에서 설명된다. 일 실시예에서, 방법은 반도체 프로세싱 챔버 내로 프로세싱 가스들을 전달하기 위한 관통구멍들의 제1세트를 갖는 가스 분배 플레이트를 제공하는 단계를 포함한다. 관통구멍들의 제1세트는 플레이트(예를 들어, 알루미늄 기판)의 후면 상에 위치된다. 상기 방법은 가스 분배 플레이트의 세정된 표면 상에 코팅 물질(예를 들어, 이트리아계 물질)을 분사하는 단계(예를 들어, 플라즈마 분사)를 포함한다. 상기 방법은 코팅 물질의 두께를 감소시키기 위하여, 표면으로부터 코팅 물질의 일부를 제거하는 단계(예를 들어, 표면 연마)를 포함한다. 상기 방법은 코팅 물질에서 관통구멍들의 제2세트를, 그 관통구멍들이 관통구멍들의 제1세트와 정렬되도록 형성하는 단계(예를 들어, UV 레이저 드릴링, 머시닝)를 포함한다.

Description

반도체 프로세싱을 위한 코팅 물질을 갖는 가스 분배 샤워헤드{GAS DISTRIBUTION SHOWERHEAD WITH COATING MATERIAL FOR SEMICONDUCTOR PROCESSING}
본 출원은 2010년 2월 11일자로 출원된 미국 가출원 제61/303609호의 이익을 주장하며, 그 가출원의 전체 내용이 참조로 통합된다.
본 발명의 실시예들은 코팅 물질을 갖는 가스 분배 샤워헤드에 관한 것이다.
반도체 제조 프로세스들은, 플루오르계 가스들, 염소계 가스들, 실란들, 산소, 질소, 유기 가스들(예를 들어, 탄화수소들 및 탄화플루오르들), 및 희가스들(noble gases)(예를 들어, 아르곤 또는 헬륨)과 같은 매우 다양한 가스들을 이용한다. 반도체 프로세싱 챔버(예를 들어, 에칭 챔버 또는 증착 챔버) 내로의 프로세싱 가스들의 균일한 분배를 제공하기 위해, "샤워헤드" 타입 가스 분배 조립체가 반도체 제조 산업에서 표준으로서 채택되어 왔다.
반도체 프로세싱이 상당한 고전력 챔버들 또는 수소 함유 케미스트리(chemistry)들과 같은 더욱 공격적인 프로세스 방식들을 채택하고 있기 때문에, 현존의 샤워헤드 조립체들은 이들의 제조 한계에 도달하게 되었다. 공격적인 프로세스에 의해 실리콘 카바이드(SiC) 플레이트(plate) 부식이 가속되기 때문에, 현재의 샤워헤드 접근법의 전형적인 문제들은 더욱 짧은 수명을 포함한다. 또한, 현재의 샤워헤드 물질은, 알루미늄-플루오르화물 부산물 제거를 위한 염소 케미스트리 인시튜 건식 세정(Chlorine chemistry insitu dry-clean)을 허용하지 않는다. 또한, 전극에 본딩(bond)되는 샤워헤드를 갖는 현재의 디자인들은 고유의 비평탄(out-of-flat) 문제를 갖고 있으며, 이는 샤워헤드의 열적 성능을 방해한다.
일 실시예에 따른 가스 분배 샤워헤드 조립체를 제조하기 위한 예시적인 방법들 및 장치들이 여기에서 설명된다. 일 실시예에서, 방법은 반도체 프로세싱 챔버 내로 프로세싱 가스들을 전달하기 위한 관통구멍(through-hole)들의 제1세트를 갖는 가스 분배 플레이트를 제공하는 단계를 포함한다. 관통구멍들의 제1세트는 플레이트(예를 들어, 알루미늄 기판)의 후면(backside) 상에 위치된다. 상기 방법은 가스 분배 플레이트의 세정된 표면 상에 코팅 물질(예를 들어, 이트리아(Ytrria)계 물질)을 분사하는 단계(예를 들어, 플라즈마 분사)를 포함한다. 상기 방법은 코팅 물질의 두께를 감소시키기 위해 표면으로부터 코팅 물질의 일부를 제거하는 단계(예를 들어, 표면 연마(grind))를 포함한다. 상기 방법은 코팅 물질에서 관통구멍들의 제2세트를, 그 관통구멍들이 관통구멍들의 제1세트와 정렬되도록 형성하는 단계(예를 들어, UV 레이저 드릴링(drilling), 머시닝(machining))를 포함한다.
본 발명의 실시예들은 첨부 도면들의 도면들에서 예로써 그리고 제한하지 않게 예시된다.
도1은 가스 분배 샤워헤드 조립체를 제조하기 위한 방법의 일 실시예를 예시한다.
도2a 내지 도2c는 일 실시예에 따른, 반도체 프로세싱 챔버 내에서 사용하기 위한 가스 분배 샤워헤드 조립체의 단면도들을 예시한다.
도3은 일 실시예에 따른 가스 분배 플레이트의 평면도를 도시한다.
도4는 일 실시예에 따른, 수소를 갖는 에칭 케미스트리들 대 수소를 갖지 않는 에칭 케미스트리들에 대한 정규화된 부식 레이트(normalized erosion rate)를 예시한다.
도5는 다른 실시예에 따른, 수소를 갖는 에칭 케미스트리들 대 수소를 갖지 않는 에칭 케미스트리들에 대한 정규화된 부식 레이트를 예시한다.
도6은 일 실시예에 따른, 다양한 타입들의 코팅 물질들에 대한 정규화된 부식 레이트를 예시한다.
도7 및 도8은 일 실시예에 따른, 가스 분배 플레이트 및 코팅 물질의 이미지들을 예시한다.
도9는 일 실시예에 따른 기판 프로세싱 장치이다.
도10은 일 실시예에 따른 샤워헤드 조립체의 단면도를 예시한다.
도11은 샤워헤드 조립체의 단면도의 다른 실시예를 예시한다.
도12는 가스 분배 샤워헤드 조립체를 제조하기 위한 방법의 다른 실시예를 예시한다.
일 실시예에 따른, 가스 분배 샤워헤드 조립체를 제조하기 위한 예시적인 방법들 및 장치들이 여기에서 설명된다. 일 실시예에서, 방법은 반도체 프로세싱 챔버 내로 프로세싱 가스들을 전달하기 위한 관통구멍들의 제1세트를 갖는 가스 분배 플레이트를 제공하는 단계를 포함한다. 관통구멍들의 제1세트는 플레이트(예를 들어, 알루미늄 기판)의 후면 상에 위치된다. 상기 방법은 가스 분배 플레이트의 세정된 표면 상에 코팅 물질(예를 들어, 이트리아계 물질)을 분사하는 단계(예를 들어, 플라즈마 분사)를 포함한다. 상기 방법은, 코팅 물질의 두께를 감소시키기 위해 표면으로부터 코팅 물질의 일부를 제거하는 단계(예를 들어, 표면 연마)를 포함한다. 상기 방법은 코팅 물질에서 관통구멍들의 제2세트를, 그 관통구멍들이 관통구멍들의 제1세트와 정렬되도록 형성하는 단계(예를 들어, UV 레이저 드릴링, 머시닝)를 포함한다.
본 개시에서 설명되는 코팅 물질(예를 들어, 이트리아계 물질, 어드밴스드(advanced) 코팅 물질, YAG 등)은 샤워헤드 수명 요건들, 적은 입자들, 적은 금속성 오염물들, 열적 성능 요건들, 및 에칭 균일성 요건들을 제공하는데 사용될 수 있다. 이들 코팅 물질들은 종래의 샤워헤드 디자인들에 비해 강화된 플라즈마 부식 저항을 갖는다. 또한, 코팅 물질들 및 통합(integration) 프로세스는 개선된 열적 성능 및 샤워헤드 제조 리드 타임(lead time)을 위한 노-본드(no-bond) 샤워헤드 디자인 그리고 또한 클램핑 온(clamped-on) 가스 분배 플레이트 디자인을 실현 가능하게 한다.
하기의 설명은 디바이스들(예를 들어, 전자 디바이스들, 반도체들, 기판들, 액정 디스플레이들, 레티클(reticle)들, 마이크로 전자기계 시스템들(MEMS))을 제조하기 위해 기판들 및/또는 웨이퍼들을 프로세스하는 제조 머신들에서 사용되는 샤워헤드 조립체의 상세한 내용을 제공한다. 이러한 디바이스들의 제조는 일반적으로, 상이한 타입들의 제조 프로세스들을 수반하는 수십가지의 제조 단계들을 요구한다. 예를 들어, 에칭, 스퍼터링, 및 화학 기상 증착이 3개의 상이한 타입들의 프로세스들이며, 그 프로세스들의 각각은 머신의 상이한 챔버들 상에서 또는 동일한 챔버에서 수행된다.
도1은 가스 분배 샤워헤드 조립체를 제조하기 위한 방법의 일 실시예를 예시하고 있다. 상기 방법은 블럭(102)에서, 반도체 프로세싱 챔버 내로 프로세싱 가스들을 전달하기 위한 관통구멍들의 제1세트를 갖는 가스 분배 플레이트를 제공하는 단계를 포함한다. 관통구멍들의 제1세트는 도2a에 예시된 바와 같이 플레이트(예를 들어, 알루미늄 기판)의 후면 상에 위치된다. 상기 방법은 블럭(104)에서, 후속의 코팅을 위해 플레이트의 후면의 반대측의 표면을 준비하는 단계(예를 들어, 비드 블래스팅(bead blasting), 그릿 블래스트(grit blast))를 포함한다. 블럭(106)에서, 그 표면이 세정된다. 상기 방법은 도2b에 예시된 바와 같이 블럭(108)에서 가스 분배 플레이트의 세정된 표면 상에 코팅 물질(예를 들어, 이트리아계 물질)을 분사하는 단계(예를 들어, 플라즈마 분사)를 포함한다. 실시예에서, 코팅 물질은 가스 분배 플레이트의 표면에 대해 대략 90°의 각도로 플라즈마 분사된다. 상기 방법은 블럭(110)에서, 코팅 물질의 두께를 감소시키기 위해 표면으로부터 코팅 물질의 일부를 제거하는 단계(예를 들어, 표면 연마)를 포함한다. 상기 방법은 블럭(112)에서, 코팅 물질에서 관통구멍들의 제2세트를, 그 관통구멍들이 관통구멍들의 제1세트와 정렬되도록 형성하는 단계(예를 들어, UV 레이저 드릴링, 가스 구멍 드릴링)를 포함한다. 상기 방법은 도2c에 예시된 바와 같이 블럭(114)에서 코팅 물질의 두께를 더 감소시키기 위해 표면으로부터 코팅 물질의 다른 부분을 제거하는 단계(예를 들어, 표면 연마)를 포함한다. 블럭(116)에서, 그 표면이 세정된다.
본 개시에서 설명되는 예시적인 방법들의 동작들은 상이한 순서, 시퀀스로 수행될 수 있으며, 그리고/또는 설명된 것 보다 많거나 또는 적은 동작들을 가질 수 있다. 예를 들어, 동작들(110 또는 114)은 상술한 방법으로부터 선택적으로 수행되거나 또는 제거될 수 있다.
도2a 내지 도2c는 일 실시예에 따른, 반도체 프로세싱 챔버 내에서 사용하기 위한 가스 분배 샤워헤드 조립체의 단면도들을 예시한다. 가스 분배 플레이트(200)는 도2a에 예시된 바와 같이 반도체 프로세싱 챔버 내로 프로세싱 가스들을 전달하기 위한 관통구멍들(210)의 제1세트를 갖는다. 관통구멍들의 제1세트는 대략 0.070 인치 내지 0.090 인치(예를 들어, 0.080 인치)의 직경(201)을 갖는다. 플레이트는 대략 0.038 인치 내지 0.050 인치(예를 들어, 0.433 인치)의 전체 두께(202), 및 대략 0.015 인치 내지 0.025 인치(예를 들어, 0.020 인치)의, 구멍들에 인접한 부분적인 두께(204)를 갖는다.
도2b에 예시된 바와 같이 가스 분배 플레이트(200) 상에 코팅 물질(220)이 초기 두께(205)로 분사된다(예를 들어, 플라즈마 분사). 실시예에서, 코팅 물질은 이트리아를 포함한다. 특정 실시예들에서, 코팅 물질은 하기의 물질들 또는 물질들의 조합물들 중 적어도 하나를 포함한다: YAG, Y2O3/2OZrO2, Y2O3, Al2O3/YAG, 어드밴스드 코팅 물질, Y2O3/ZrO2/Nb2O5, ZrO2/3Y2O3, 및 Y2O3/ZrO2/HfO2. 이들 코팅 물질들은 종래의 샤워헤드들에 비해 부식 저항을 증가시킨다.
코팅 물질(220)은 도2c에 예시된 바와 같이 반도체 프로세싱 챔버 내로 프로세싱 가스들을 전달하기 위해 관통구멍들의 제1세트와 정렬하여 드릴링된 관통구멍들의 제2세트를 갖는다. 관통구멍들의 제2세트는 대략 0.010 인치 내지 0.030 인치(예를 들어, 0.020 인치)의 직경을 갖는다. 코팅 물질(220)은 도1의 블럭(114)에서 논의된 제거 동작 후, 대략 0.020 인치 내지 0.030 인치(예를 들어, 0.025 인치)의 최종 두께(206)를 갖는다. 실시예에서, 관통구멍들(240)의 제2세트의 2개의 관통구멍들이 관통구멍들의 제1세트의 각각의 관통구멍(210)과 정렬된다.
도3은 일 실시예에 따른, 가스 분배 플레이트의 평면도를 도시하고 있다. 가스 분배 플레이트(300)는 관통구멍들(310)(예를 들어, 관통구멍들(240))의 복수의 환형 링(ring)들을 포함하며, 여기서 관통구멍들의 벽들 사이의 간격은 약 0.010 인치이다. 실시예에서, 관통구멍들(310)의 2개의 환형 링들은 도3에는 도시되어 있지 않은 카운터보어(counter-bore) 관통구멍들(210)의 링과 정렬된다.
도4는 일 실시예에 따른, 수소를 갖는 에칭 케미스트리들 대 수소를 갖지 않는 에칭 케미스트리들에 대한 정규화된 부식 레이트를 예시하고 있다. Si/SiC, 옥살산(oxalic) 양극 처리(anodization), 타입 Ⅲ 양극 처리, 및 경질(hard) 양극 처리 모두는 도4에 예시된 바와 같이 수소 케미스트리를 갖는 케미스트리들에 대해 더 많은 부식을 갖는다.
도5는 다른 실시예에 따른, 수소를 갖는 에칭 케미스트리들 대 수소를 갖지 않는 에칭 케미스트리들에 대한 정규화된 부식 레이트를 예시하고 있다. SiC 및 이트리아계 물질들(예를 들어, Y2O3) 양자 모두는 도5에 예시된 바와 같이 수소 케미스트리를 갖는 케미스트리들에 대해 더 많은 부식을 갖는다. 그러나, Y2O3 물질은 수소를 갖는 에칭 케미스트리들 및 수소를 갖지 않는 에칭 케미스트리들 양자 모두에 대해 SiC 물질 보다 상당히 적은 부식을 갖는다. 따라서, 이트리아계 샤워헤드는 종래의 SiC 샤워헤드에 비해, 수소를 갖거나 또는 수소를 갖지 않는 에칭 케미스트리들에 대해 상당히 더 적은 부식을 갖는다.
도6은 일 실시예에 따른, 다양한 타입들의 코팅 물질들에 대한 정규화된 부식 레이트를 예시하고 있다. 부식 레이트들은 어드밴스드 코팅 물질에 대해 정규화된다. 실시예에서, 어드밴스드 코팅 물질은 YtO3, AlO3, 및 ZrO3를 포함한다. 도6은 하기의 물질들 또는 물질들의 조합물들의 부식 레이트를 예시하고 있다: YAG, Y2O3/2OZrO2, Y2O3, Al2O3/YAG, 어드밴스드 코팅 물질(예를 들어, HPM), Y2O3/ZrO2/Nb2O5, ZrO2/3Y2O3, 및 Y2O3/ZrO2/HfO2. 이들 코팅 물질들은 하기의 조성을 가질 수 있다.
Y2O3-20ZrO2: 80중량% Y2O3, 20중량% ZrO2
Al2O3-YAG: 70중량% Al2O3 및 30중량% YAG
HPM: 70중량% Y2O3, 20중량% ZrO2 및 10중량% Al2O3
Y2O3-ZrO2-Nb2O5 (1): 70중량% Y2O3, 20중량% ZrO2, 및 10중량% Nb2O5
ZrO2/3Y2O3: 97중량% ZrO2 및 3중량% Y2O3
Y2O3-ZrO2-Nb2O5 (2): 60중량% Y2O3, 20중량% ZrO2, 및 20중량% Nb2O5
Y2O3-ZrO2-HfO2: 70중량% Y2O3, 20중량% ZrO2, 및 10중량% HfO2
이들 코팅 물질들은 종래의 샤워헤드들에 비해 부식 저항을 증가시킨다. 수소를 갖지 않는 일반적인 에칭 케미스트리에 대해, 도6에 예시된 코팅 물질들 중 임의의 것이 부식 저항에 대해 양호하게 작용할 것이다. 수소를 갖는 에칭 케미스트리에 대해, YAG, Y2O3/2OZrO2, Y2O3, Al2O3/YAG, 어드밴스드 코팅 물질, Y2O3/ZrO2/Nb2O5 를 갖는 코팅 물질들이 가장 낮은 부식 레이트를 갖는다. 도6에 예시된 코팅 물질들은 샤워헤드 수명 요건들, 적은 입자들, 적은 금속 오염물들, 열적 성능 요건들, 및 에칭 균일성 요건들을 제공하는데 사용될 수 있다.
도7 및 도8은 일 실시예에 따른, 가스 분배 플레이트 및 코팅 물질의 이미지들을 예시하고 있다. 이미지(700)는 도7에서 6회 반복되며, 각각의 이미지가 알루미늄 플레이트(710), 플라즈마 코팅 물질(720), 레이저 드릴링된 구멍(730), 분석 박스(예를 들어, 740-745)를 포함한다. UV 드릴링된 타입의 EDX 분석 이미지(750-755)는 분석 박스들(740-745)에 대응한다. 예를 들어, 플라즈마 코팅 물질(720)의 벌크(bulk)에서 위치되는 박스(740)는 EDX 분석 이미지(750)에 대응한다. 이미지(750)는 박스(740)에서 발견되는 물질들을 예시하고 있다. 플라즈마 코팅 물질 내의 또는 구멍(730) 내의 구역들에 대응하는 이미지들(750, 751, 753, 및 754)에서는, 알루미늄 플레이트(710)로부터의 알루미늄이 발견되지 않는다. 알루미늄은, 알루미늄 플레이트(710)에서 위치되는 박스(742)에 대응하는 이미지(752) 상에서 발견된다. 알루미늄 플레이트 근처의 드릴링된 구멍에서 위치되는 박스(745)에 대응하는 이미지(755) 상에서 작은 알루미늄 피크(peak)가 발견된다.
도8은 일 실시예에 따른 알루미늄 플레이트(810), 코팅 물질(820), 및 레이저 드릴링된 구멍(830)의 이미지들을 예시하고 있다. 도8은 구멍 에지에 대해 코팅 물질/알루미늄 플레이트 인터페이스에서, 느슨하게 보유되는 플라즈마 분사 코팅 및 코팅 층간박리(delamination)가 없는 것을 예시하고 있다.
상술한 레이저 드릴링 프로세스(예를 들어, UV 드릴링)는 깨끗한 구멍을 생성한다. 도7 및 도8에 예시된 바와 같이, 프로세스는 기판 플레이트 물질로 코팅 물질을 교차오염시키지 않는다. 이 제조 프로세스는 강건한 기판상(on-substrate) 입자 및 오염 성능을 제공한다.
상술한 샤워헤드들은 반도체 기판들(908)과 같은 기판들을 프로세싱하는데 사용되는 반도체 장치들과의 통합에 적합하며, 평판 디스플레이들, 폴리머 패널들, 또는 다른 전기 회로 수용 구조체들과 같은 다른 기판들을 프로세스하기 위해 당업자에 의해 적응될 수 있다. 따라서, 장치(900)는 여기에서 제공되는 예시적인 실시예들에 본 발명의 범위 또는 그 등가물들을 제한하는데 사용되지 않아야 한다.
여기에서 설명되는 프로세스들에 따른, 기판들을 프로세싱하기에 적합한 장치(900)의 실시예가 도9에 도시되어 있다. 장치(900)는 챔버 저부(904)로부터 상향으로 연장하는 복수의 벽들(902)을 갖는 챔버(901)를 포함한다. 프로세싱을 위해 기판(908)이 위에 지지될 수 있는 서셉터(susceptor)(906)가 챔버(901) 내에 존재한다. 기판(908)은 슬릿(slit) 밸브 개구(920)를 통해 챔버(901) 내로 도입될 수 있다.
챔버(901)는 챔버 벽(902)에 커플링된 진공 펌프(912)에 의해 진공 포트(956)를 통해 비워질 수 있다. 챔버(901)는 서셉터(906) 및 기판(908)을 에워싸는 배플(910) 주위에서 그리고 그 배플을 통해 프로세싱 가스를 드로잉(draw)함으로써 비워질 수 있다. 진공 펌프(912)로부터 멀어질수록, 검출될 수 있는 진공의 드로잉이 적어진다. 반대로, 진공 펌프(912)에 근접할수록, 검출될 수 있는 진공의 드로잉이 더욱 많아진다. 따라서, 불균등한 진공 드로잉을 보상하기 위해, 흐름 이퀄라이저(equalizer)(916)가 챔버(901) 내에 배치될 수 있다. 흐름 이퀄라이저(916)는 서셉터(906)를 에워쌀 수 있다. 흐름 이퀄라이저(916)의 폭은, 화살표들 "C" 로 도시되는 바와 같은, 진공 포트(956)에 가장 근접한 위치에서의 흐름 이퀄라이저(916)의 폭에 비해, 화살표들 "B" 로 도시되는 바와 같이 진공 포트(956)로부터 더 멀리 있는 위치에서 더욱 작을 수 있다. 배출되는 가스는 흐름 이퀄라이저 주위에서 그리고 그 후 하부 라이너(liner)(914)를 통해 흐를 수 있다. 하부 라이너(914)는 그 하부 라이너를 통하는 하나 또는 둘 이상의 구멍들을 가질 수 있어서, 그 하나 또는 둘 이상의 구멍들을 통해 프로세싱 가스가 배출되게 허용할 수 있다. 가스가 하부 라이너(914)의 뒤에서 진공 포트(956)로 흐르게 허용하기 위해, 챔버(901)의 벽들(902)과 하부 라이너(914) 사이에는 공간(918)이 존재한다. 프로세싱 가스가 기판(908)에 근접한 영역으로부터 진공 펌프(912) 내로 직접 드로잉되는 것을 방지하기 위해, 진공 포트(956)는 흐름 차단기(blocker)(954)에 의해 차단될 수 있다. 비워지는 가스는 화살표들 "A" 로 도시되는 경로를 따라 흐를 수 있다.
프로세싱 가스는 샤워헤드(922)를 통해 프로세싱 챔버(901) 내로 도입될 수 있다. 샤워헤드(922)는 RF 전원(952)으로부터 RF 전류에 의해 바이어스될 수 있으며, 샤워헤드(922)는 확산기(diffuser) 플레이트(926) 및 코팅 물질(924)을 포함할 수 있다. 코팅 물질(924)은 플레이트(926)의 하부 표면 상에 코팅된 것으로 도시되어 있다. 코팅 물질은 도10 및 도11에 예시된 바와 같이 플레이트(926)의 다른 표면들(예를 들어, 측면들) 상에 또한 코팅될 수 있다. 일 실시예에서, 확산기 플레이트(926)는 알루미늄을 포함할 수 있다. 샤워헤드(922)는 내측 구역(958) 및 외측 구역(960)으로 분할될 수 있다. 내측 구역(958)은 가열 엘리먼트(928)를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 가열 엘리먼트(928)는 환형 형상을 가질 수 있다. 가열 엘리먼트(928)는 가열 소스(948)와 커플링될 수 있다. 또한, 외측 구역(960)은 가열 소스(950)와 커플링되는 가열 엘리먼트(930)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 가열 엘리먼트들(928, 930)은 가열 소스들(948, 950)로부터의 가열 유체로 채워지는 환형 도관들을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 가열 엘리먼트들(928, 930)은 가열 소스들(948, 950)에 의해 전원공급되는 가열 코일들을 포함할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 열전쌍(thermocouple)들은, 내측 구역(958) 및 외측 구역(960)에 공급되는 열의 양을 제어하는 제어기에 실시간 온도 피드백을 제공할 수 있다.
내측 구역(958)은 도관(946)에 의해 가스 소스(938)와 커플링될 수 있다. 가스 소스(938)로부터의 가스는 도관(946)을 통해, 샤워헤드(922)의 확산기 플레이트(926)의 뒤에 배치되는 플레넘(plenum)(932)으로 흐를 수 있다. 밸브(942)는, 가스 소스(938)로부터 플레넘(932)으로 흐르는 가스의 양을 제어하기 위해 도관(946)을 따라 배치될 수 있다. 일단 가스가 플레넘(932)에 진입하면, 그 후 가스는 확산기 플레이트(926)를 통과할 수 있다. 유사하게, 외측 구역(960)은 도관(944)에 의해 가스 소스(938)와 커플링될 수 있다. 밸브(940)는, 가스 소스(936)로부터 플레넘(934)으로 흐르는 가스의 양을 제어하기 위해 도관(944)을 따라 배치될 수 있다.
도1에는 별개의 가스 소스들(936, 938)이 도시되었지만, 단일의 공통 가스 소스가 이용될 수 있음을 이해해야 한다. 단일의 공통 가스 소스가 이용되는 경우에, 별개의 도관들(944, 946)이 가스 소스에 커플링될 수 있고, 밸브들(940, 942)은 플레넘들(932, 934)에 도달하는 프로세싱 가스의 양을 제어할 수 있다.
도10은 일 실시예에 따른 샤워헤드 조립체의 단면도를 예시하고 있다. 샤워헤드 조립체(1000)는 반도체 프로세싱 챔버 내로 프로세싱 가스들을 전달하기 위한 관통구멍들(1010)을 갖는다. 도10에 예시된 바와 같이 코팅 물질(1020)이 조립체(1000) 상에 분사된다(예를 들어, 플라즈마 분사). 실시예에서, 코팅 물질은 이트리아를 포함한다. 특정 실시예들에서, 코팅 물질은 여기에서 개시되는 물질들 또는 물질들의 조합물들 중 임의의 것을 포함한다. 어드밴스드 코팅 물질은 YtO3, AlO3, 및 ZrO3 를 포함한다. 코팅 물질(1020)은 반도체 프로세싱 챔버 내로 프로세싱 가스들을 전달하기 위해 관통구멍들(1012)과 정렬하여 형성되는 관통구멍들(1022)을 갖는다.
도11은 다른 실시예에 따른 샤워헤드 조립체의 단면도를 예시하고 있다. 샤워헤드 조립체(1100)는 반도체 프로세싱 챔버 내로 프로세싱 가스들을 전달하기 위한 관통구멍들(1112)을 갖는다. 도11에 예시된 바와 같이 코팅 물질(1120)이 조립체(1100) 상에 분사된다(예를 들어, 플라즈마 분사). 실시예에서, 코팅 물질은 이트리아 또는 여기에서 개시되는 코팅 물질들 또는 조합물들 중 임의의 것을 포함한다. 코팅 물질(1120)은 반도체 프로세싱 챔버 내로 프로세싱 가스들을 전달하기 위해 관통구멍들(1112)과 정렬하여 형성되는 관통구멍들(1122)을 갖는다. 샤워헤드 조립체는 조립체의 상부 표면과 구멍들(1112)의 한쪽 단부 사이에서 두께(1124)를 갖는다. 두께(1124)는 0.47 mm - 0.52 mm 의 대략적인 범위를 가지면서 대략 0.050 mm 이다.
도12는 가스 분배 샤워헤드 조립체를 제조하기 위한 방법의 다른 실시예를 예시하고 있다. 상기 방법은 블럭(1202)에서, 반도체 프로세싱 챔버 내로 프로세싱 가스들을 전달하기 위한 관통구멍들의 제1세트를 갖는 가스 분배 플레이트를 제조하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 블럭(1204)에서, 후속의 코팅을 위해 플레이트의 후면의 반대측의 표면을 준비하는 단계(예를 들어, 그릿 블래스팅)를 포함한다. 그 표면은 선택적으로 세정될 수 있다. 상기 방법은 도2b에 예시된 바와 같이 블럭(1206)에서, 가스 분배 플레이트의 표면 상에 코팅 물질(예를 들어, 이트리아계 물질)을 플라즈마 코팅하는 단계(예를 들어, 플라즈마 분사)를 포함한다. 실시예에서, 코팅 물질은 가스 분배 플레이트의 표면에 대해 대략 90°의 각도로 플라즈마 분사된다. 코팅 물질의 두께를 감소시키기 위해, 코팅 물질의 일부는 표면으로부터 선택적으로 제거될 수 있다(예를 들어, 연마). 상기 방법은 블럭(1208)에서, 코팅 물질에서 관통구멍들의 제2세트를, 그 관통구멍들이 관통구멍들의 제1세트와 정렬되도록 형성하는 단계(예를 들어, UV 레이저 드릴링, 가스 구멍 드릴링, 기계적인 머시닝)를 포함한다. 상기 방법은 블럭(1210)에서, 코팅 물질의 두께를 감소시키기 위해 표면으로부터 코팅 물질의 일부를 제거하는 단계(예를 들어, 표면 연마)를 포함한다. 블럭(1212)에서 그 표면이 세정된다.
하기의 설명에서, 많은 상세한 내용이 제시된다. 그러나, 당업자에게는 이들 특정의 상세한 내용없이도 본 발명이 실시될 수 있음이 명백할 것이다. 일부 경우들에 있어서, 본 발명을 불명확하게 하는 것을 피하기 위해, 공지된 구조체들 및 디바이스들이 상세하지 않게 블럭도 형태로 도시된다. 상기 설명이 예시적이며 제한적이 아니도록 의도된 것이 이해되어야 한다. 상기 설명의 판독 및 이해 시에 다른 많은 실시예들이 당업자에게 명백해질 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위를, 상기 청구범위에 부여되는 등가물들의 전체 범위와 함께, 참조하여 결정되어야 한다.

Claims (15)

  1. 반도체 프로세싱 챔버 내에서 사용하기 위한 가스 분배 샤워헤드 조립체로서:
    상기 반도체 프로세싱 챔버 내로 프로세싱 가스들을 전달하기 위한 관통구멍들의 제1세트를 갖는 가스 분배 플레이트; 및
    상기 가스 분배 플레이트 상에 분사되는 코팅 물질을 포함하며,
    상기 코팅 물질은 상기 반도체 프로세싱 챔버 내로 프로세싱 가스들을 전달하기 위해 관통구멍들의 상기 제1세트와 정렬되는 관통구멍들의 제2세트를 갖는,
    가스 분배 샤워헤드 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코팅 물질은 플라즈마 분사 코팅인,
    가스 분배 샤워헤드 조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 코팅 물질은 하기의 물질들 또는 물질들의 조합물들 중 적어도 하나를 포함하는,
    가스 분배 샤워헤드 조립체.
    이트리아, YAG, Y2O3/2OZrO2, Y2O3, Al2O3/YAG, 어드밴스드 코팅 물질, Y2O3/ZrO2/Nb2O5, ZrO2/3Y2O3, 및 Y2O3/ZrO2/HfO2.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 어드밴스드 코팅 물질은 YtO3, AlO3, 및 ZrO3 를 포함하는,
    가스 분배 샤워헤드 조립체.
  5. 제1항에 있어서,
    관통구멍들의 상기 제1세트는 대략 0.070 인치 내지 0.090 인치의 직경을 가지고, 관통구멍들의 상기 제2세트는 대략 0.010 인치 내지 0.030 인치의 직경을 가지고, 상기 코팅 물질의 두께는 대략 0.020 인치 내지 0.030 인치이며, 관통구멍들의 상기 제2세트의 2개의 관통구멍들은 관통구멍들의 상기 제1세트의 각각의 관통구멍과 정렬되는,
    가스 분배 샤워헤드 조립체.
  6. 가스 분배 샤워헤드 조립체를 제조하는 방법으로서:
    반도체 프로세싱 챔버 내로 프로세싱 가스들을 전달하기 위한 관통구멍들의 제1세트를 갖는 가스 분배 플레이트를 제공하는 단계; 및
    상기 가스 분배 플레이트 상에 코팅 물질을 플라즈마 분사하는 단계를 포함하는,
    가스 분배 샤워헤드 조립체 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 코팅 물질의 두께를 감소시키기 위해 상기 코팅 물질의 일부를 제거하는 단계를 더 포함하는,
    가스 분배 샤워헤드 조립체 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 코팅 물질에서 관통구멍들의 제2세트를, 그 관통구멍들이 관통구멍들의 상기 제1세트와 정렬되도록 형성하는 단계를 더 포함하는,
    가스 분배 샤워헤드 조립체 제조 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 코팅 물질은 이트리아를 포함하는,
    가스 분배 샤워헤드 조립체 제조 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 코팅 물질은 하기의 물질들 또는 물질들의 조합물들 중 적어도 하나를 포함하는,
    가스 분배 샤워헤드 조립체 제조 방법.
    YAG, Y2O3/2OZrO2, Y2O3, Al2O3/YAG, 어드밴스드 코팅 물질, Y2O3/ZrO2/Nb2O5, ZrO2/3Y2O3, 및 Y2O3/ZrO2/HfO2.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 어드밴스드 코팅 물질은 YtO3, AlO3, 및 ZrO3 를 포함하는,
    가스 분배 샤워헤드 조립체 제조 방법.
  12. 제6항에 있어서,
    관통구멍들의 상기 제1세트는 대략 0.070 인치 내지 0.090 인치의 직경을 가지며, 관통구멍들의 상기 제2세트는 대략 0.010 인치 내지 0.030 인치의 직경을 갖는,
    가스 분배 샤워헤드 조립체 제조 방법.
  13. 반도체 프로세싱 챔버로서:
    샤워헤드 조립체; 및
    상기 샤워헤드 조립체에 커플링된 RF 전원을 포함하며,
    상기 샤워헤드 조립체는,
    상기 반도체 프로세싱 챔버 내로 프로세싱 가스들을 전달하기 위한 관통구멍들의 제1세트를 갖는 가스 분배 플레이트; 및
    상기 가스 분배 플레이트 상에 분사되는 코팅 물질을 포함하며,
    상기 코팅 물질은 상기 반도체 프로세싱 챔버 내로 프로세싱 가스들을 전달하기 위해 관통구멍들의 상기 제1세트와 정렬되는 관통구멍들의 제2세트를 가지며, 상기 RF 전원은 상기 샤워헤드 조립체를 바이어스하는,
    반도체 프로세싱 챔버.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 코팅 물질은 플라즈마 분사 코팅인,
    반도체 프로세싱 챔버.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 코팅 물질은 하기의 물질들 또는 물질들의 조합물들 중 적어도 하나를 포함하는,
    반도체 프로세싱 챔버.
    이트리아, YAG, Y2O3/2OZrO2, Y2O3, Al2O3/YAG, 어드밴스드 코팅 물질, Y2O3/ZrO2/Nb2O5, ZrO2/3Y2O3, 및 Y2O3/ZrO2/HfO2.
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