KR102130061B1 - 매우 대칭적인 4-폴드 가스 주입부를 갖는 플라즈마 반응기 - Google Patents

매우 대칭적인 4-폴드 가스 주입부를 갖는 플라즈마 반응기 Download PDF

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Abstract

플라즈마 반응기의 환형 덮개 플레이트는, 가스 공급 라인들로부터 천장의 가스 노즐의 각각의 가스 분배 통로들로 동일한 길이의 경로들을 따라 가스를 분배하는, 가스 분배 채널들의 상부 및 하부 층들을 갖는다.

Description

매우 대칭적인 4-폴드 가스 주입부를 갖는 플라즈마 반응기{PLASMA REACTOR WITH HIGHLY SYMMETRICAL FOUR-FOLD GAS INJECTION}
[1] 본 개시물은, 반도체 웨이퍼와 같은 작업물(workpiece)을 프로세싱하는 데에 채용되는 플라즈마 반응기를 위한 가스 주입 시스템에 관련된다.
[2] 플라즈마 반응기의 챔버에서의 프로세스 가스 분배의 제어는, 플라즈마 프로세싱 동안, 작업물 상의 증착 레이트 분포 또는 에칭 레이트 분포의 프로세스 제어에 영향을 미친다. 챔버 천장(ceiling)에 장착된(mounted) 튜닝 가능한(tunable) 가스 주입 노즐은, 중앙 구역 및 측부(side) 구역과 같은 상이한 구역들에 지향되는 상이한 주입 슬릿들(slits)을 가질 수 있다. 개별 가스 입력부들(separate gas inputs)은 상이한 주입 슬릿들을 피딩(feed)할 수 있고, 각각의 가스 입력부에 대해 개별적인 유량 제어가 제공될 수 있다. 각각의 가스 입력부는, 상이한 가스 유동 경로들을 통해, 대응하는 주입 슬릿의 상이한 부분들을 피딩할 수 있다. 균일성을 위해, 특정 가스 입력부로부터의 상이한 가스 유동 경로들이 동일한 길이들인 것이 바람직하다. 그러나, 모든 입력부들 및 노즐들에 대해서 가스 입력부-대-노즐 경로 길이들을 동일하게 만드는 것은 가능하지 않은 것으로 보이고, 이는, 가스 분배에서 불-균일성들로 이어진다.
[3] 내측 및 외측 가스 주입 통로들의 가스 노즐을 갖는, 플라즈마 반응기 챔버를 위한 가스 전달 시스템의 환형 덮개 플레이트. 환형 덮개 플레이트는 중앙 개구부를 정의하고 그리고: (a) 내측 및 외측 가스 주입 통로들의 각각의 통로에 커플링된 제 1 및 제 2 복수의 가스 배출구들 ― 제 1 및 제 2 복수의 가스 배출구들의 각각에서의 가스 배출구들은 제 1 호(arc) 길이만큼 이격됨 ―, (b) 제 1 및 제 2 가스 공급 통로들을 포함하는 가스 전달 블록 및 (c) 각각의 상부 및 하부 레벨들에 있는 제 1 및 제 2 복수의 가스 분배 채널들을 포함한다. 제 1 및 제 2 복수의 가스 분배 채널들의 각각의 채널은: (a) 가스 배출구들의 대응하는 쌍에 연결된 한 쌍의 단부들을 갖는 아치형(arcuate) 가스 전달 채널, 및 (b) 제 1 및 제 2 가스 공급 통로들의 대응하는 통로에 연결된 입력 단부, 및 아치형 가스 전달 채널의 중간 구역에 커플링된 출력 단부를 포함하는 아치형 가스 공급 채널을 포함한다.
[4] 일 실시예에서, 가스 전달 블록은, 제 1 및 제 2 복수의 가스 분배 채널들의 가스 공급 채널들이 동일한 길이들이 되도록, 가스 공급 채널들의 각각의 채널의 출력 단부로부터 제 2 호 길이만큼 오프셋된(offset) 위치에 배치된다.
[5] 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 복수의 가스 배출구들의 가스 배출구들은 환형 덮개 플레이트의 둘레에 대해 분포되고, 그리고 제 1 복수의 가스 배출구들은, 둘레를 따라, 제 2 복수의 가스 배출구들과 교번한다(alternate).
[6] 관련된 실시예에서, 제 1 복수의 가스 배출구들은 제 1 쌍의 가스 배출구들을 포함하고, 호 길이는 반원에 대응하며, 그리고 제 2 복수의 가스 배출구들은, 제 1 쌍의 가스 배출구들로부터 사분원(quarter circle)만큼 오프셋된 제 2 쌍의 가스 배출구들을 포함한다.
[7] 추가적인 관련된 실시예에서, 가스 전달 블록은, 가스 공급 채널들의 각각의 채널의 출력 단부로부터 사분원의 호 길이만큼 오프셋된 위치에 배치된다.
[8] 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 복수의 가스 분배 채널들의 각각의 채널은, 가스 공급 채널의 출력 단부와 가스 전달 채널의 중간 구역 사이에 연결된 유동 전이 엘리먼트(flow transition element)를 더 포함한다. 유동 전이 엘리먼트는: (a) 방사형(radial) 전이 도관, (b) 가스 공급 채널의 출력 단부와 방사형 전이 도관의 한쪽 단부 사이에 커플링된 축방향(axial) 입력 도관, 및 (c) 가스 피드 채널의 중간 구역과 방사형 전이 도관의 다른쪽 단부 사이에 연결된 축방향 출력 도관을 포함한다.
[9] 일 실시예에서, 축방향 입력 도관은 가스 공급 채널의 출력 단부의 개구부와 만나고, 축방향 출력 도관은 가스 피드 채널의 중간 구역의 개구부와 만난다.
[10] 추가적인 실시예에서, 가스 노즐은: (a) 제 1 복수의 가스 배출구들의 각각의 배출구들에 커플링된 각각의 입력 단부들 및 내측 가스 주입 통로 위에 놓인 각각의 출력 단부들을 갖는 제 1 복수의 방사형 상승된(elevated) 피드 라인들, (b) 제 2 복수의 가스 배출구들의 각각의 배출구들에 커플링된 각각의 입력 단부들 및 내측 가스 주입 통로 위에 놓인 각각의 출력 단부들을 갖는 제 2 복수의 방사형 상승된 피드 라인들, (c) 각각의 출력 단부들과 내측 가스 주입 통로 사이에 연결된 제 1 복수의 축방향 드롭 라인들(drop lines), (d) 각각의 출력 단부들과 외측 가스 주입 통로 사이에 연결된 제 2 복수의 축방향 드롭 라인들을 포함한다.
[11] 관련된 실시예에서, (a) 제 1 복수의 축방향 드롭 라인들은, 내측 가스 주입 통로를 따라 균등하게 이격된 각각의 드롭 지점들에서 내측 가스 주입 통로들과 교차하고, 그리고 (b) 제 2 복수의 축방향 드롭 라인들은, 외측 가스 주입 통로를 따라 균등하게 이격된 각각의 드롭 지점들에서 외측 가스 주입 통로들과 교차한다.
[12] 관련된 실시예에서, 가스 노즐은: (a) 가스 노즐의 주변부(periphery) 주위에 균등하게 이격되고 그리고 제 1 복수의 가스 배출구들의 각각의 배출구들에 연결되는 제 1 복수의 공급 포트들, (b) 가스 노즐의 주변부 주위에 균등하게 이격되고 그리고 제 2 복수의 가스 배출구들의 각각의 배출구들에 연결되며, 제 1 복수의 공급 포트들로부터 오프셋된 제 2 복수의 공급 포트들을 더 포함하고, (c) 제 1 복수의 공급 포트들은 제 1 복수의 방사형 상승된 피드 라인들의 각각의 쌍들에 연결되고, 그리고 제 2 복수의 공급 포트들은 제 2 복수의 방사형 상승된 피드 라인들의 각각의 쌍들에 연결된다.
[13] 관련된 실시예에서, (a) 제 1 복수의 공급 포트들과 제 1 복수의 가스 배출구들의 각각의 배출구들 사이에 연결된 제 1 복수의 방사형 가스 전달 도관들, 및 (b) 제 2 복수의 공급 포트들과 제 2 복수의 가스 배출구들의 각각의 배출구들 사이에 연결된 제 2 복수의 방사형 가스 전달 도관들을 더 포함한다.
[14] 관련된 양태에 따라, 플라즈마 반응기를 위한 환형 덮개 플레이트는: (a) 제 1 및 제 2 복수의 가스 배출구들 ― 제 1 및 제 2 복수의 가스 배출구들의 각각에서의 가스 배출구들은 제 1 호 길이만큼 이격됨 ―, (b) 제 1 및 제 2 가스 공급 통로들을 포함하는 가스 전달 블록, (c) 각각의 상부 및 하부 레벨들에서의 제 1 및 제 2 복수의 가스 분배 채널들을 포함한다. 제 1 및 제 2 복수의 가스 분배 채널들의 각각은: (a) 가스 배출구들의 대응하는 쌍에 연결된 한 쌍의 단부들을 갖는 아치형 가스 전달 채널, 및 (b) 제 1 및 제 2 가스 공급 통로들의 대응하는 통로에 연결된 입력 단부 및 아치형 가스 전달 채널의 중간 구역에 커플링된 출력 단부를 포함하는 아치형 가스 공급 채널을 포함한다.
[15] 환형 덮개 플레이트의 일 실시예에서, 가스 전달 블록은, 제 1 및 제 2 복수의 가스 전달 채널들의 가스 공급 채널들이 동일한 길이들이 되도록, 가스 공급 채널들의 각각의 채널의 출력 단부로부터 제 2 호 길이만큼 오프셋된 위치에 배치된다.
[16] 환형 덮개 플레이트의 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 복수의 가스 배출구들의 가스 배출구들은 환형 덮개 플레이트의 둘레에 대해 분포되고, 제 1 복수의 가스 배출구는, 둘레를 따라, 제 2 복수의 가스 배출구들과 교번한다.
[17] 환형 덮개 플레이트의 관련된 실시예에서, 제 1 복수의 가스 배출구들은 제 1 쌍의 가스 배출구들을 포함하고, 호 길이는 반원에 대응하며, 그리고 제 2 복수의 가스 배출구들은, 제 1 쌍의 가스 배출구들로부터 사분원만큼 오프셋된 제 2 쌍의 가스 배출구들을 포함한다.
[18] 환형 덮개 플레이트의 실시예에서, 가스 전달 블록은, 가스 공급 채널들의 각각의 채널의 출력 단부로부터 사분원의 호 길이만큼 오프셋된 위치에 배치된다.
[19] 환형 덮개 플레이트의 추가적인 실시예에서, 제 1 및 제 2 복수의 가스 분배 채널들의 각각의 채널은, 가스 공급 채널의 출력 단부와 가스 전달 채널의 중간 구역 사이에 연결된 유동 전이 엘리먼트를 더 포함한다. 일 실시예에서, 유동 전이 엘리먼트는: (a) 방사형 전이 도관, (b) 가스 공급 채널의 출력 단부와 방사형 전이 도관의 한쪽 단부 사이에 커플링된 축방향 입력 도관, 및 (c) 가스 피드 채널의 중간 구역과 방사형 전이 도관의 다른쪽 단부 사이에 연결된 축방향 출력 도관을 포함한다.
[20] 달성된 본 발명의 예시적인 실시예들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된, 본 발명의 보다 구체적인 설명이 본 발명의 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들은 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 본 발명을 모호하게 하지 않기 위해, 특정한 잘 공지된 프로세스들은 본원에서 논의되지 않는다는 점이 인지되어야 한다.
[21] 도 1a는 일 실시예에 따른, 반응기 챔버의 부분 절개 입면도(partially cut-away elevational view)이다.
[22] 도 1b는 도 1a에 대응하는 평면도이다.
[23] 도 2 및 3a는 각각, 도 1의 실시예의 가스 전달 덮개 플레이트의, 상면도 및 저면도이다.
[24] 도 3b는 도 3a의 선들(3B-3B)을 따른 단면도이다.
[25] 도 4는 도 2의 일 부분(a portion)의 확대도이다.
[26] 도 5는 도 2의 선들(5-5)을 따라 절취된 단면도이다.
[27] 도 6은 도 2의 선들(6-6)을 따라 절취된 단면도이다.
[28] 도 7은 도 1의 실시예의 가스 전달 허브의 절개 평면도이다.
[29] 도 8은 도 7의 선들(8-8)을 따라 절취된 절개 단면도이다.
[30] 도 9는 도 7의 선들(9-9)을 따라 절취된 절개 단면도이다.
[31] 이해를 용이하게 하기 위하여, 가능하면, 도면들에 공통되는 동일한 요소들을 나타내는데 동일한 참조번호들이 사용되었다. 일 실시예의 요소들 및 특징들이 추가적인 언급 없이 다른 실시예들에 유리하게 통합될 수 있다는 점이 고려된다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 발명의 단지 예시적인 실시예들을 도시하는 것이므로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 발명이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[32] 해결되어야 할 문제는, 챔버의 덮개 플레이트에 형성된 가스 채널들을 통한 인젝터들로의 가스 전달과 관련된다. 몇몇 디자인들에서의 덮개 플레이트는 환형이고, 유전체 윈도우를 프레이밍(framing)하는 원형 중앙 개구부를 정의하며, RF 전력은 유전체 윈도우를 통해 챔버 내로 커플링된다. 모든 가스 입력부들이 가스 공급 블록에서 상호 인접하여, 가스 전달을 복잡하게 한다(complicating). 각각의 가스 입력부로부터의 모든 가스 유동 경로들이 동일한 길이들이기 위해, 가스 채널들이, 급작스럽게 방향을 역전시키는 재귀형(recursive) 경로들을 제공하는 것이 필수적이었다. 이는, 프로세스 제어를 방해하는 영향들을 갖는 난류(turbulence)를 도입한다. 게다가, 재귀형 가스 채널들은 대면적을 점유하여, 환형 덮개 플레이트가 대면적일 것을 요구하며, 이는 챔버에 대한 유전체 윈도우의 크기를 제한하는데, 이것은 상당한 문제이다. 또한, 가스 공급 블록의 위치에 따라서, 경로 길이들이 상당하게 차이가 난다.
[33] 튜닝 가능한 가스 노즐은, 그 노즐의 상이한 주입 슬릿들을 피딩하는 원형 채널들을 갖는다. 각각의 가스 입력부로부터 튜닝 가능한 가스 노즐로의 가스 피드는 직선 가스 라인을 따르는데, 그러한 가스 라인은 대응하는 원형 채널을 반드시 교차한다. 그러나, 원형 채널에 피딩된 가스의 모멘텀은 단일 방향을 따르고, 그러므로 직선-라인 경로로부터의 가스 유동은, 튜닝 가능한 가스 노즐의 원형 채널에서 단일 회전 방향에 대해 우선권(preference)을 갖는다. 이는 바람직하지 않은 비대칭 및 불-균일성으로 이어진다.
[34] 이하에서 설명되는 실시예들은, 완전히 대칭적이고, 모든 가스 입력부들에 대해서 균일한 경로 길이들을 가지며, 채널들의 평면에서 급작스런 경로 역전들이 없는 가스 분배 채널들을 갖고, 그리고 더 작은 환형 면적을 점유하는 가스 분배부(gas distribution)를 제공한다. 튜닝 가능한 가스 주입 노즐의 원형 채널들 내로 가스가 도입되는 방식으로 최소한의 방향 우선권을 갖는 또는 그러한 방향 우선권을 갖지 않는, 튜닝 가능한 가스 주입 노즐에 대한 가스 피드가 추가로 제공된다.
[35] 도 1a를 참조하면, 플라즈마 반응기는, 원통형 측벽(102) 및 천장(104)에 의해 둘러싸인 진공 챔버(100)를 포함한다. 챔버(100) 내의 작업물 지지 페데스탈(106)은 천장(104)을 대면한다. 천장(104)은 원형 중앙 개구부(110a)를 갖는 환형 덮개 플레이트(110), 및 중앙 개구부(110a)에 의해 프레이밍된 디스크-형상 유전체 윈도우(112)를 포함한다. 튜닝 가능한 가스 주입 노즐(114)은 유전체 윈도우(112)의 중앙을 통해 진공 챔버(100) 내부에 대면하고, 그리고, 가스 분배 허브(120)에 의해 피딩되는 내측 및 외측 원형 가스 주입 통로들(116, 118)을 갖는다. 내측 가스 주입 통로(116)는 수직이고, 프로세스 가스를 내측 가스 주입 구역으로 지향시키는 반면, 외측 가스 주입 통로(118)는 외향으로 경사지고(angled outwardly), 프로세스 가스를 외측 가스 주입 구역으로 지향시킨다. 가스 분배 허브(120)는, 본 명세서에서 이후에 설명될 바와 같이, 내측 및 외측 가스 주입 통로들(116, 118)을 개별적으로(separately) 피딩한다.
[36] 프로세스 가스는 가스 전달 블록(124)에서 수용되고, 환형 덮개 플레이트(110) 내부의 가스 분배 채널들(130, 140)의 상부 및 하부 그룹들을 통해, 가스 분배 허브(120)의 상이한 포트들로 분배된다. 가스 분배 채널들(130)의 상부 그룹(도 1a)은 환형 덮개 플레이트(110)의 정상부 표면 근처의 상부 평면에 있고, 가스 분배 채널들(140)의 하부 그룹(도 1a)은 환형 덮개 플레이트(110)의 바닥부 표면 근처의 하부 평면에 있다.
[37] 도 1b를 참조하면, 가스 분배 허브(120)는, 외측 가스 주입 통로(118)에 커플링된 제 1 대향 쌍의 가스 공급 포트들(120-1, 120-2), 및 내측 가스 주입 통로(116)에 커플링된 제 2 대향 쌍의 가스 공급 포트들(120-3, 120-4)을 갖는다. 유전체 윈도우(112) 위에 놓인 제 1 쌍의 방사형 가스 전달 도관들(150, 152)은, 각각, 한 쌍의 가스 공급 포트들(120-1, 120-2)과 환형 덮개 플레이트(110)의 가스 공급 채널들(130)의 상부 그룹 사이에 연결된다. 유전체 윈도우(112) 위에 놓인 제 2 쌍의 방사형 가스 전달 도관들(154, 156)은, 각각, 한 쌍의 가스 공급 포트들(120-3, 120-4)과 환형 덮개 플레이트(110)의 가스 공급 채널들(140)의 하부 그룹 사이에 연결된다. 가스 공급 포트들(120-1 내지 120-4)은 허브(120)의 주변부 주위에 90도 간격들로 배치된다. 일 실시예에서, 4개의 방사형 가스 전달 도관들(150, 152, 154, 156)은 환형 덮개 플레이트(110)의 둘레에 대해 90도 간격들로 균등하게 분포되고, 방사상으로 연장된다.
[38] 가스 전달 블록(124)은 환형 덮개 플레이트(110)의 주변부 엣지로부터 외향으로 연장되고, 가스 분배 채널들(130)의 상부 그룹에 연결된 상부 가스 유입구(162) 및 가스 분배 채널들(140)의 하부 그룹에 연결된 하부 가스 유입구(164)를 포함한다. 가스 전달 블록(124)은 환형 덮개 플레이트(110)의 둘레를 따라, 인접한 방사형 가스 전달 도관들(150 및 154)에 대해 45도 각도 포지션으로 로케이팅된다.
[39] 도 2의 상면도는 가스 분배 채널들(130)의 상부 그룹을 가장 잘 도시하는 한편, 도 3a의 저면도는 가스 분배 채널들(140)의 하부 그룹을 가장 잘 도시한다. 가스 채널들을 가스 분배 채널들(130 및 140)의 상부 및 하부 그룹들로서 제공하는 것은, 채널들 사이의 공간적 제약들 또는 충돌들을 회피하고, 채널들이 서로의 거울 상들(mirror images)로서 대칭적으로 구성될 수 있게 허용하는데, 이는 더 큰 균일성으로 이어진다.
[40] 도 1a 및 1b에서 참조되는 가스 분배 채널들(130)의 상부 그룹은 도 2에 도시되고, 그리고 가스 전달 블록(124)의 상부 가스 유입구(162)에 커플링된 입력 단부(132-1)(도 4) 및 도 5에 도시된 내부 유동 전이 엘리먼트(134)에 커플링된 배출구 단부(132-2)를 갖는 아치형 가스 공급 채널(132)을 포함한다. 아치형 가스 공급 채널(132)은 그 채널의 2개의 단부들(132-1 및 132-2) 사이의 45도의 호에 대응한다(subtend). 상부 가스 유입구(162)를 포함하는 가스 전달 블록(124)에 대한 연결들은 도 4의 확대도에서 가장 잘 도시된다.
[41] 가스 분배 채널들(130)의 상부 그룹은, 한 쌍의 단부들(136-1, 136-2) 사이의 180도의 호에 대응하는 아치형 가스 피드 채널(136)을 더 포함한다. 단부들(136-1 및 136-2)은 축방향 가스 개구부들(137-1 및 137-2)을 포함하고, 개구부들은 각각, 가스 도관들(150 및 152)의 방사상으로 외향의 단부들(150-1 및 152-1)에 커플링된다. 축방향 가스 개구부(137-2)는 도 6의 확대도에서 도시된다. 도 5의 유동 전이 엘리먼트(134)는, 가스 분배 채널(132)의 배출구 단부(132-2)로부터, 아치형 가스 피드 채널(136)의 중간 구역(136-3)으로의 연결을 제공한다.
[42] 도 5를 참조하면, 유동 전이 엘리먼트(134)는 배출구 단부(132-2) 아래에 방사형 전이 도관(170)을 포함한다. 축방향 입력 도관(172)은 가스 공급 채널(132)의 배출구 단부(132-2)와 방사형 전이 도관(170)의 한쪽 단부 사이에 커플링된다. 축방향 출력 도관(174)은 가스 피드 채널(136)의 중간 구역(136-3)과 방사형 전이 도관(170)의 다른쪽 단부 사이에 커플링된다. 축방향 입력 도관(172)은 가스 공급 채널(132)의 배출구 단부(132-2)의 바닥부의 개구부와 만난다. 축방향 출력 도관(174)은 가스 피드 채널(136)의 중간 구역(136-3)의 바닥부의 개구부와 만난다.
[43] 가스 공급 채널(136)은 중간 구역(136-3)의 양쪽 측부에 2개의 절반들을 갖고, 이러한 2개의 절반들에서 가스 유동은 대향하는 회전 방향들로 이루어진다. 유동 전이 엘리먼트(134)에 의해 해결되는 문제는, 가스 공급 채널(132)의 반시계 방향의 가스 유동이 주어지면, 가스 분배 채널(136)의 2개의 절반들의 가스 유동을 어떻게 균등하게 분배할 것인가 하는 점이다. 축방향 입력 포트(172)는, 가스 공급 채널 단부(132-2)로부터의 가스 유동의 반시계 모멘텀 분배를 축방향 분배로 변환(transform)하고, 특정 회전 방향에 대한 임의의 우선권을 제거한다. 축방향 가스 출력 포트(174)는, 축방향 가스 유동 모멘텀이, 가스 분배 채널(136)의 2개의 절반들에서의 대향하는 회전 방향들 사이에서 균등하게 나누어지는 것을 가능하게 한다. 일 실시예에서, 이는 균일한 가스 분배를 제공한다.
[44] 도 1a 및 1b에서 참조되는 가스 분배 채널들(140)의 하부 그룹은 도 3a에 도시되고, 가스 전달 블록(124)의 하부 가스 유입구(164)(도 4)에 커플링된 입력 단부(232-1) 및 도 5에 관해 상기 설명된 유동 전이 엘리먼트(134)와 유사한 내부 유동 전이 엘리먼트(234)에 커플링된 배출구 단부(232-2)를 갖는 아치형 가스 공급 채널(232)을 포함한다. 아치형 가스 공급 채널(232)은 그 채널의 2개의 단부들(232-1 및 232-2) 사이의 45도의 호에 대응한다.
[45] 가스 분배 채널들(140)의 하부 그룹은, 한 쌍의 단부들(236-1 및 236-2) 사이의 180도의 호에 대응하는 아치형 가스 피드 채널(236)을 더 포함한다. 단부들(236-1 및 236-2)은 축방향 가스 통로들(237-1 및 237-2)에 커플링된다. 축방향 가스 통로들(237-1 및 237-2)은 환형 덮개 플레이트(110)의 정상부 표면(110b)으로 연장되고, 도 2의 상면도에서, 정상부 표면(110b)의 개구부들로서 볼 수 있다. 이러한 개구부들은 각각, 가스 도관들(154 및 156)의 방사상으로 외향의 단부들(154-1 및 156-1)에 커플링된다(도 1b). 유동 전이 엘리먼트(234)는, 가스 분배 채널(232)의 배출구 단부(232-2)로부터, 아치형 가스 피드 채널(236)의 중간 구역(236-3)으로의 연결을 제공한다.
[46] 도 3b를 참조하면, 유동 전이 엘리먼트(234)는 배출구 단부(232-2) 아래에 방사형 전이 도관(270)을 포함한다. 축방향 입력 도관(272)은 가스 공급 채널(232)의 배출구 단부(232-2)와 방사형 전이 도관(270)의 한쪽 단부 사이에 커플링된다. 축방향 출력 도관(274)은 가스 피드 채널(236)의 중간 구역(236-3)과 방사형 전이 도관(270)의 다른쪽 단부 사이에 커플링된다. 축방향 입력 도관(272)은 가스 공급 채널(232)의 배출구 단부(232-2)의 바닥부의 개구부와 만난다. 축방향 출력 도관(274)은 가스 피드 채널(236)의 중간 구역(236-3)의 바닥부의 개구부와 만난다.
[47] 도 2 및 3a에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 가스 채널들(130, 140)의 상부 및 하부 그룹들은 실질적으로(virtually) 서로의 거울 상들이고, 실질적으로 동일한 가스 유동 특성들에 대해서, 최적의 균일성을 제공한다. 이는, 가스 채널들(130, 140)의 상부 및 하부 그룹들을 상이한(상부 및 하부) 평면들에 배치하여, 가스 채널들의 2개의 그룹들 사이의 공간 점유 충돌들을 회피함으로써, 가능해진다. 공간 점유 충돌들을 회피한다는 특징은, 채널들의 2개의 그룹들 사이의 가능한 공간 충돌들로부터의 제약 없이, 가스 전달 블록(124)의 위치가 선택되는 것을 허용한다. 최대 대칭은, 상부 및 하부 가스 유입구들(162 및 164)을 포함하는 가스 전달 블록(124)을, 환형 덮개 플레이트(110)의 원형 주변부를 따라, 가스 분배 채널(136)의 단부(136-1)로부터 약 45도만큼 그리고 가스 분배 채널(236)의 단부(236-1)로부터 약 45도만큼 오프셋된 위치에 로케이팅시킴으로써 실현된다. 일 실시예에서 이러한 특징의 이점은, 상부 그룹의 가스 공급 채널(132) 및 하부 그룹의 가스 공급 채널(232)이 동일한 길이라는 점이다. 최적의 균일성을 위해, 가스 분배 채널들(136 및 236)의 경로 길이들이 동일하고, 가스 채널들(130, 140)의 상부 및 하부 그룹들의 경로 길이들이 동일하다. 축방향 가스 통로들(137-1, 137-2, 237-1 및 237-2)에 동일한 경로 길이들을 제공함으로써, 가스 유량의 균일한 분배가 실현되어, 가스 분배 채널들 사이의 내포된(built-in) 불-균일성들에 의해 영향받지 않고, 사용자가 가스 유량들을 조정하는 것을 허용한다.
[48] 상이한 평면들에서의 가스 채널들(130, 140)의 상부 및 하부 그룹들의 배치는, 가스 채널들이 서로 위에 가로놓이는(overlie) 것을 허용하고, 이에 의해, 환형 덮개 플레이트(110)의 환형 지역을 감소시킨다. 이러한 특징은 중앙 개구부(110a)(도 1a)의 직경을 증가시켜서, 주어진 챔버 직경에 대해 유전체 윈도우(112)의 면적을 확장시킨다.
[49] 이제 도 7, 8, 및 9를 참조하면, 가스 분배 허브(120)는 가스 공급 포트들(120-1 및 120-2)로부터 튜닝 가능한 노즐(114)의 환형 외측 가스 주입 통로(118)로의 가스 유동 경로들을 제공한다. 가스 분배 허브(120)는 또한, 가스 공급 포트들(120-3 및 120-4)로부터 튜닝 가능한 노즐(114)의 환형 내측 가스 주입 통로(116)로의 가스 유동 경로들을 제공한다. 일 실시예에서, 내측 및 외측 가스 주입 통로들(116, 118)의 각각은 완전한 원 또는 고리(annulus)를 형성할 수 있다. 그러나, 도 7에 도시된 바와 같이, 환형 내측 가스 주입 통로(116)는 4개의 섹션들(116a, 116b, 116c, 및 116d)로 분할될 수 있고, 한편, 환형 외측 가스 주입 통로(118)는 4개의 섹션들(118a, 118b, 118c 및 118d)로 분할될 수 있다.
[50] 가스 공급 포트(120-1)로의 가스 유동은, 축방향 드롭 라인들(304 및 308)을 각각 피딩하는 한 쌍의 방사형 상승된 피드 라인들(302 및 306) 사이에서 나누어진다. 방사형 상승된 피드 라인들(302 및 306)의 방사상으로 내향의 단부들은 환형 외측 가스 주입 통로(118)의 정상부 위로 상승된다. 가스 공급 포트(120-2)로의 가스 유동은, 축방향 드롭 라인들(312 및 316)을 각각 피딩하는 한 쌍의 방사형 상승된 피드 라인들(310 및 314) 사이에서 나누어진다. 방사형 상승된 피드 라인들(310 및 314)의 방사상으로 내향의 단부들은 환형 외측 가스 주입 통로(118)의 정상부 위로 상승된다.
[51] 4개의 축방향 드롭 라인들(304, 308, 312 및 316)은 환형 외측 가스 주입 통로(118)를 따르는 4개의 균일하게 이격된 위치들에서 종료된다. 4개의 축방향 드롭 라인들(304, 308, 312 및 316)은 세장형의 밀폐된(elongate enclosed) 중공형 라인들이다. 일 실시예에서, 4개의 축방향 드롭 라인들(304, 308, 312 및 316)의 각각은 원통형이고 중공형 중앙 통로를 정의한다.
[52] 가스 공급 포트(120-3)로의 가스 유동은, 축방향 드롭 라인들(320 및 324)을 각각 피딩하는 한 쌍의 방사형 상승된 피드 라인들(318 및 322) 사이에서 나누어진다. 방사형 상승된 피드 라인들(318 및 322)의 방사상으로 내향의 단부들은 환형 내측 가스 주입 통로(116)의 정상부 위로 상승된다. 가스 공급 포트(120-4)로의 가스 유동은, 축방향 드롭 라인들(328 및 332)을 각각 피딩하는 한 쌍의 방사형 상승된 피드 라인들(326 및 330) 사이에서 나누어진다. 방사형 상승된 피드 라인들(326 및 330)의 방사상으로 내향의 단부들은 환형 내측 가스 주입 통로(116)의 정상부 위로 상승된다. 4개의 축방향 드롭 라인들(320, 324, 328 및 332)은 환형 내측 가스 주입 통로(116)를 따르는 4개의 균일하게 이격된 위치들에서 종료된다. 4개의 축방향 드롭 라인들(320, 324, 328 및 332)은 세장형의 밀폐된 중공형 라인들이다. 일 실시예에서, 4개의 축방향 드롭 라인들(320, 324, 328 및 332)의 각각은 원통형이고 중공형 중앙 통로를 정의한다.
[53] 도 7-9의 실시예에 의해 해결되는 문제는 도 7을 참조함으로써 이해될 수 있다. 도 7에서, 가스 전달 라인들(310, 314, 318 및 322)이 상승되지 않고 대신에 환형 내측 및 외측 가스 주입 통로들(116 및 118)의 대응하는 통로들에 바로 피딩되었다면, 가스 유동은 대부분, 각각의 주입 지점에서 단일의 회전 방향을 따를 것이라는 것이 자명하다. 따라서, 예를 들어, 피드 라인(310)으로부터 환형 외측 가스 주입 통로(118)로의 가스 유동은, 교차 또는 피드 지점에서 반시계 방향일 것이다. 게다가, 피드 라인(314)으로부터 환형 외측 가스 주입 통로(118)로의 가스 유동은, 교차 또는 피드 지점에서 대향하는 (시계) 방향일 것이다. 이러한 예에서, 가스 피드 라인들(310 및 314) 사이에서, 환형 외측 가스 주입 통로(118)의 섹션(들)으로의 약간의 가스 유동이 있을 수 있고, 이는 불-균일성으로 이어진다.
[54] 이러한 문제는, 일 실시예에서, 환형 외측 가스 주입 통로(118)에 대한 축방향 드롭 라인들(304, 308, 312 및 316) 및 환형 내측 가스 주입 통로(116)에 대한 축방향 드롭 라인들(320, 324, 328 및 332)의 제공에 의해 해결된다. 각각의 축방향 드롭 라인은, 더 균일한 가스 유동 분배를 위해, (상승된 가스 피드 라인으로부터 수용되는) 단일 방향으로 한정된 가스 유동 모멘텀의 분배를, 대응하는 환형 가스 주입 통로(116 또는 118)의 주입 지점에서의 시계 방향과 반시계 방향 사이에서 균등하게 분할되는 분배로 변환시킨다.
[55] 전술된 내용은 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 그리고 추가적인 실시예들이, 본 발명의 기본 범위로부터 벗어나지 않고 안출될 수 있으며, 본 발명의 범위는 이하의 청구항들에 의해서 결정된다.

Claims (15)

  1. 플라즈마 반응기를 위한 환형 덮개 플레이트로서,
    제 1 및 제 2 복수의 가스 배출구들 ― 상기 제 1 및 제 2 복수의 가스 배출구들의 각각에서의 가스 배출구들은 제 1 호(arc) 길이만큼 이격됨 ―;
    제 1 및 제 2 가스 공급 통로들을 포함하는 가스 전달 블록;
    각각의 상부 및 하부 레벨들에 있는 제 1 및 제 2 복수의 가스 분배 채널들을 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 복수의 가스 분배 채널들의 각각의 채널은:
    상기 가스 배출구들의 대응하는 쌍에 연결된 한 쌍의 단부들을 갖는 아치형(arcuate) 가스 전달 채널; 및
    상기 제 1 및 제 2 가스 공급 통로들의 대응하는 통로에 연결된 입력 단부, 및 상기 아치형 가스 전달 채널의 중간 구역에 커플링된 출력 단부를 포함하는 아치형 가스 공급 채널을 포함하고,
    상기 제 1 가스 공급 통로에 연결된 상기 아치형 가스 공급 채널은 상기 환형 덮개 플레이트 주위의 상기 가스 전달 블록에서 상기 입력 단부로부터 제 1 방향으로 연장하고, 상기 제 2 가스 공급 통로에 연결된 상기 아치형 가스 공급 채널은 상기 환형 덮개 플레이트 주위의 상기 가스 전달 블록에서 상기 입력 단부로부터 반대의 제 2 방향으로 연장하는,
    플라즈마 반응기를 위한 환형 덮개 플레이트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 전달 블록은, 상기 제 1 및 제 2 복수의 가스 분배 채널들의 가스 공급 채널들이 동일한 길이들이 되도록, 각각의 가스 공급 채널의 출력 단부로부터 제 2 호 길이만큼 오프셋된(offset) 위치에 배치되는,
    플라즈마 반응기를 위한 환형 덮개 플레이트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 복수의 가스 배출구들의 가스 배출구들은 상기 환형 덮개 플레이트의 둘레에 대해 분포되고, 그리고 상기 제 1 복수의 가스 배출구들은, 상기 둘레를 따라, 상기 제 2 복수의 가스 배출구들과 교번(alternate)하는,
    플라즈마 반응기를 위한 환형 덮개 플레이트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 복수의 가스 배출구들은 제 1 쌍의 가스 배출구들을 포함하고, 상기 제 1 호 길이는 반원에 대응하며, 그리고 상기 제 2 복수의 가스 배출구들은, 상기 제 1 쌍의 가스 배출구들로부터 사분원(quarter circle)만큼 오프셋된 제 2 쌍의 가스 배출구들을 포함하는,
    플라즈마 반응기를 위한 환형 덮개 플레이트.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 가스 전달 블록은, 가스 공급 채널들의 각각의 채널의 출력 단부로부터 45도의 호 길이만큼 오프셋된 위치에 배치되는,
    플라즈마 반응기를 위한 환형 덮개 플레이트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 복수의 가스 분배 채널들의 각각의 채널은, 상기 가스 공급 채널의 상기 출력 단부와 상기 가스 전달 채널의 상기 중간 구역 사이에 연결된 유동 전이 엘리먼트(flow transition element)를 더 포함하는,
    플라즈마 반응기를 위한 환형 덮개 플레이트.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 유동 전이 엘리먼트는:
    상기 가스 공급 채널에 대해 축방향으로 변위되는(displaced) 방사형(radial) 전이 도관;
    상기 가스 공급 채널의 상기 출력 단부와 상기 방사형 전이 도관의 한쪽 단부 사이에 커플링된 축방향(axial) 입력 도관; 및
    상기 가스 전달 채널의 상기 중간 구역과 상기 방사형 전이 도관의 다른쪽 단부 사이에 연결된 축방향 출력 도관을 포함하는,
    플라즈마 반응기를 위한 환형 덮개 플레이트.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 축방향 입력 도관은 상기 가스 공급 채널의 상기 출력 단부의 개구부와 만나고(meet), 상기 축방향 출력 도관은 상기 가스 전달 채널의 상기 중간 구역의 개구부와 만나는,
    플라즈마 반응기를 위한 환형 덮개 플레이트.
  9. 플라즈마 반응기 챔버를 위한 가스 전달 시스템으로서,
    각각의 내측 및 외측 가스 주입 통로들을 포함하는 가스 노즐;
    상기 가스 노즐의 방사상 외측으로 위치되고 상기 가스 노즐 주위에서 각지게(angularly) 연장하는 중앙 개구부를 정의하는 환형 덮개 플레이트를 포함하고, 상기 환형 덮개 플레이트는:
    상기 노즐의 상기 내측 및 외측 가스 주입 통로들의 각각의 통로에 커플링된 제 1 및 제 2 복수의 가스 배출구들 ― 상기 제 1 및 제 2 복수의 가스 배출구들의 각각에서의 가스 배출구들은 제 1 호 길이만큼 이격됨 ―;
    제 1 및 제 2 가스 공급 통로들을 포함하는 가스 전달 블록;
    각각의 상부 및 하부 레벨들에 있는 제 1 및 제 2 복수의 가스 분배 채널들을 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 복수의 가스 분배 채널들의 각각의 채널은:
    상기 가스 배출구들의 대응하는 쌍에 연결된 한 쌍의 단부들을 갖는 아치형 가스 전달 채널; 및
    상기 제 1 및 제 2 가스 공급 통로들의 대응하는 통로에 연결된 입력 단부, 및 상기 아치형 가스 전달 채널의 중간 구역에 커플링된 출력 단부를 포함하는 아치형 가스 공급 채널을 포함하는,
    플라즈마 반응기 챔버를 위한 가스 전달 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 가스 전달 블록은, 상기 제 1 및 제 2 복수의 가스 분배 채널들의 가스 공급 채널들이 동일한 길이들이 되도록, 각각의 가스 공급 채널의 출력 단부로부터 제 2 호 길이만큼 오프셋된 위치에 배치되는,
    플라즈마 반응기 챔버를 위한 가스 전달 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 복수의 가스 배출구들의 가스 배출구들은 상기 환형 덮개 플레이트의 둘레에 대해 분포되고, 그리고 상기 제 1 복수의 가스 배출구들은, 상기 둘레를 따라, 상기 제 2 복수의 가스 배출구들과 교번하는,
    플라즈마 반응기 챔버를 위한 가스 전달 시스템.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 복수의 가스 배출구들은 제 1 쌍의 가스 배출구들을 포함하고, 상기 제 1 호 길이는 반원에 대응하며, 그리고 상기 제 2 복수의 가스 배출구들은, 상기 제 1 쌍의 가스 배출구들로부터 사분원만큼 오프셋된 제 2 쌍의 가스 배출구들을 포함하는,
    플라즈마 반응기 챔버를 위한 가스 전달 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 가스 전달 블록은, 가스 공급 채널들의 각각의 채널의 출력 단부로부터 45도의 호 길이만큼 오프셋된 위치에 배치되는,
    플라즈마 반응기 챔버를 위한 가스 전달 시스템.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 복수의 가스 분배 채널들의 각각의 채널은, 상기 가스 공급 채널의 상기 출력 단부와 상기 가스 전달 채널의 상기 중간 구역 사이에 연결된 유동 전이 엘리먼트를 더 포함하는,
    플라즈마 반응기 챔버를 위한 가스 전달 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 유동 전이 엘리먼트는:
    상기 가스 공급 채널에 대해 축방향으로 변위되는 방사형 전이 도관;
    상기 가스 공급 채널의 상기 출력 단부와 상기 방사형 전이 도관의 한쪽 단부 사이에 커플링된 축방향 입력 도관; 및
    상기 가스 전달 채널의 상기 중간 구역과 상기 방사형 전이 도관의 다른쪽 단부 사이에 연결된 축방향 출력 도관을 포함하는,
    플라즈마 반응기 챔버를 위한 가스 전달 시스템.
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