KR102190954B1 - 서멀 초크 및 냉각을 갖는 고온 페이스플레이트 - Google Patents

서멀 초크 및 냉각을 갖는 고온 페이스플레이트 Download PDF

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Abstract

본원의 실시예들은 일반적으로, 가스 분배 장치들에 관한 것이다. 일 양상에서, 본 개시내용은 복수의 애퍼처들이 관통되어 있는 페이스플레이트에 관한 것이다. 서멀 초크들은 애퍼처들의 반경방향 외측에서 페이스플레이트 상에 배치된다. 밀봉부들은 서멀 초크들의 말단 단부들에 배치되고, 서멀 초크들에 의해 페이스플레이트의 바디로부터 열적으로 분리된다.

Description

서멀 초크 및 냉각을 갖는 고온 페이스플레이트{HIGH TEMPERATURE FACEPLATE WITH THERMAL CHOKE AND COOLING}
[0001] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 기판 프로세싱 챔버들에서 사용하기 위한 페이스플레이트(faceplate)에 관한 것이다.
[0002] 집적 회로들의 제작에서, 반도체 기판들 상에 다양한 재료들의 막들을 증착하기 위해, 증착 프로세스들, 이를테면 화학 기상 증착(CVD) 또는 원자 층 증착(ALD)이 사용된다. 다른 동작들에서, 추가적인 증착들을 위하여 층의 일부를 노출시키기 위해, 층 변경 프로세스, 이를테면 에칭이 사용된다. 종종, 전자 디바이스, 이를테면 반도체 디바이스의 다양한 층들을 제작하기 위해, 이들 증착 또는 에칭 프로세스들이 반복적인 방식으로 사용된다.
[0003] 집적 회로를 조립할 때, 무-결함 반도체 디바이스를 제작하는 것이 바람직하다. 기판에 존재하는 오염물들 또는 결함들은 제작되는 디바이스 내에 제조 결함들을 야기할 수 있다. 예컨대, 프로세싱 챔버 또는 프로세스 가스 전달 시스템에 존재하는 오염물들이 기판 상에 증착되어, 그 기판 상에 제작되는 반도체 디바이스에 결함들 및 신뢰성 문제들을 야기할 수 있다. 따라서, 증착 프로세스를 수행할 때 무-결함 막을 형성하는 것이 바람직하다. 그러나, 종래의 증착 디바이스들을 이용하는 경우, 결함들 및 오염물들을 갖는 층상화된 막들이 형성될 수 있다.
[0004] 따라서, 막 증착을 위한 개선된 장치가 본 기술분야에 필요하다.
[0005] 일 실시예에서, 프로세싱 챔버를 위한 페이스플레이트는, 상부 표면 및 하부 표면을 갖는 바디(body)를 갖는다. 상부 표면과 하부 표면 사이에 복수의 애퍼처(aperture)들이 배치된다. 복수의 서멀 초크(thermal choke)들이 애퍼처들을 둘러싸면서 바디 상에 배치된다. 제1 서멀 초크는 바디의 상부 표면 상에 배치되며, 제2 서멀 초크는 바디의 하부 표면 상에 배치된다.
[0006] 일 실시예에서, 프로세싱 챔버를 위한 페이스플레이트는 복수의 애퍼처들이 관통되어 있는 바디를 갖는다. 제1 서멀 초크가 제1 표면으로부터 연장되며, 제2 서멀 초크가 제2 표면으로부터 연장된다. 각각의 서멀 초크는, 부분적으로 서멀 초크의 폭을 통해 연장되는 복수의 제1 컷아웃(cutout)들, 및 부분적으로 서멀 초크의 폭을 통해 연장되는 복수의 제2 컷아웃들을 갖는다. 각각의 제2 컷아웃은 인접한 제1 컷아웃들 사이에 배치된다. 서멀 초크들은 냉각 채널들을 더 포함한다.
[0007] 일 실시예에서, 기판을 프로세싱하기 위한 챔버는 바디를 갖는다. 덮개가 바디에 커플링되어, 프로세싱 볼륨을 정의한다. 페이스플레이트가 덮개에 커플링된다. 페이스플레이트는, 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 바디를 가지며, 복수의 애퍼처들이 그 바디를 관통하여 배치되어 있다. 제1 서멀 초크가 페이스플레이트 바디의 상부 표면으로부터 연장되며, 제2 서멀 초크가 페이스플레이트 바디의 하부 표면으로부터 연장된다.
[0008] 본 개시내용의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 단지 예시적인 실시예들을 예시하는 것이므로 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 개시내용이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0009] 도 1은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 프로세싱 챔버의 개략도를 예시한다.
[0010] 도 2는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 페이스플레이트의 개략적인 단면도를 예시한다.
[0011] 도 3은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 페이스플레이트의 개략적인 단면도를 예시한다.
[0012] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 특징들이 추가적인 설명 없이 다른 실시예들에 유익하게 포함될 수 있다는 것이 고려된다.
[0013] 본원의 실시예들은 일반적으로, 기판 프로세싱에서 사용하기 위한 페이스플레이트들에 관한 것이다. 일 실시예에서, 본원의 개시내용은 복수의 애퍼처들이 관통되어 있는 페이스플레이트에 관한 것이다. 서멀 초크들이 페이스플레이트의 둘레 주위에서 그리고 애퍼처들을 둘러싸면서 배치된다. 페이스플레이트는 페이스플레이트를 가열하도록 구성된 가열기를 선택적으로 포함한다. 페이스플레이트가 프로세싱 챔버에 포지셔닝될 때, 밀봉부가 서멀 초크들의 외측에 또는 서멀 초크들과 접촉하여 배치된다. 서멀 초크들은 밀봉부와 페이스플레이트의 가열기 사이의 열 전달의 감소 또는 열 격리를 가능하게 한다.
[0014] 도 1은 일 실시예에 따른 프로세스 챔버(100)의 개략적인 단면도를 예시한다. 프로세스 챔버(100)는 바디(102)를 포함하며, 그 바디(102)는 측벽(104) 및 베이스(106)를 갖는다. 바디(102)에 덮개 조립체(108)가 커플링되어, 그 내부에 프로세스 볼륨(110)을 정의한다. 일 실시예에서, 바디(102)는 금속성 재료, 이를테면 알루미늄 또는 스테인리스 강으로 형성되지만, 바디(102) 내의 프로세스와 함께 사용하는 데 적합한 임의의 재료가 활용될 수 있다. 기판 지지부가 그 기판 지지부 상에 기판(W)을 지지하기 위해 프로세스 볼륨(110) 내에 배치된다. 기판 지지부는 샤프트(116)에 커플링된 지지 바디(114)를 포함한다. 샤프트(116)는 지지 바디(114)의 하부 표면에 커플링되고, 베이스(106) 내의 개구(118)를 통해 바디(102) 밖으로 연장된다. 기판 로딩 포지션과 기판 프로세싱 포지션 사이에서, 샤프트(116) 및 그 샤프트(116)에 커플링된 지지 바디(114)를 수직으로 작동시키기 위해, 샤프트(116)가 액추에이터(120)에 커플링된다. 프로세스 볼륨(110)으로부터 가스들을 배출하기 위해, 진공 시스템(130)이 프로세스 볼륨(110)에 유동적으로 커플링된다.
[0015] 프로세스 챔버(100)에서 기판(W)의 프로세싱을 가능하게 하기 위해, 기판(W)은 샤프트(116) 반대편에서 지지 바디(114) 상에 배치된다. 프로세스 볼륨(110) 내로의 기판(W)의 출입을 가능하게 하기 위해, 포트(122)가 측벽(104)에 형성된다. 기판(W)이 지지 바디(114) 상에 로딩되기 위해 또는 지지 바디(114)로부터 제거되기 위해 포트(122)를 선택적으로 통과할 수 있게 하도록 도어(124), 이를테면 슬릿 밸브가 작동된다. 전극(126)이 선택적으로 지지 바디(114) 내에 배치되고, 샤프트(116)를 통해 전력 소스(128)에 전기적으로 커플링된다. 전극(126)은 지지 바디(114)에 기판(W)을 척킹하기 위한 전자기장을 생성하기 위해 전력 소스(128)에 의해 선택적으로 바이어싱된다. 특정 실시예들에서, 지지 바디(114) 상에 배치된 기판(W)을 가열하기 위해, 가열기(190), 이를테면 저항성 가열기가 지지 바디(114) 내에 배치된다.
[0016] 덮개 조립체(108)는 덮개(132), 블로커 플레이트(134), 및 페이스플레이트(136)를 포함한다. 블로커 플레이트(134)는 환상 연장부(162)에 의해 둘러싸인 리세스된(recessed) 원형 분배 부분(160)을 포함한다. 블로커 플레이트(134)는 덮개(132)와 페이스플레이트(136) 사이에 배치되고, 환상 연장부(162)에서 덮개(132) 및 페이스플레이트(136) 각각에 커플링된다. 덮개(132)는 바디(102) 반대편에서 환상 연장부(162)의 상부 표면에 커플링된다. 페이스 플레이트(136)는 환상 연장부(162)의 하부 표면에 커플링된다. 블로커 플레이트(134)와 덮개(132) 사이에 제1 볼륨(146)이 정의된다. 블로커 플레이트(134)와 페이스플레이트(136) 사이에 제2 볼륨(148)이 추가로 정의된다. 복수의 애퍼처들(150)이 블로커 플레이트(134)의 분배 부분(160)을 관통하여 형성되고, 제1 볼륨(146)과 제2 볼륨(148) 사이의 유체 연통을 가능하게 한다.
[0017] 유입구 포트(144)가 덮개(132) 내에 배치된다. 유입구 포트(144)는 가스 도관(138)에 커플링된다. 가스 도관(138)은 가스가 제1 가스 소스(140), 이를테면 프로세스 가스 소스로부터 유입구 포트(144)를 통해 제1 볼륨(146) 내로 유동할 수 있게 한다. 일 실시예에서, 제2 가스 소스(142), 이를테면 세정 가스 소스가 가스 도관(138)에 선택적으로 커플링된다.
[0018] 일 실시예에서, 제1 가스 소스(140)는 기판(W) 상의 층을 에칭하거나 또는 기판(W) 상에 층을 증착하기 위해, 프로세스 가스, 이를테면 에칭 가스 또는 증착 가스를 프로세스 볼륨(110)에 공급한다. 제2 가스 소스(142)는 프로세싱 챔버(100)의 내부 표면들로부터 입자 증착물들을 제거하기 위해, 세정 가스를 프로세스 볼륨(110)에 공급한다. 프로세싱을 가능하게 하기 위해, 원격 플라즈마 소스(미도시)가, 이온화된 종을 생성하기 위해, 제1 가스 소스(140), 제2 가스 소스(142), 또는 제1 가스 소스(140)와 제2 가스 소스(142) 둘 모두와 일렬로 포지셔닝될 수 있다. 외부 환경으로부터 프로세스 볼륨(110)을 격리시켜 프로세스 볼륨(110) 내의 진공의 유지를 가능하게 하기 위해, 제1 볼륨(146)을 둘러싸는 환상 연장부(162)에서 블로커 플레이트(134)와 덮개(132) 사이에 밀봉부(152), 이를테면 O-링이 배치된다.
[0019] 환상 아이솔레이터(172)가 바디(102), 구체적으로는 측벽(104)과 페이스플레이트(136) 사이에 배치된다. 밀봉부(156), 이를테면 O-링이 아이솔레이터(172)와 페이스플레이트(136) 사이에 배치된다. 밀봉부(156)는 외부 환경으로부터 프로세스 볼륨(110)을 격리시키고, 프로세스 볼륨(110) 내의 진공의 유지를 가능하게 한다. 아이솔레이터(172)는 단열 및/또는 전기 절연 재료, 이를테면 세라믹으로 형성된다. 아이솔레이터(172)는 페이스플레이트(136)로부터 바디(102)로의 열 전달을 감소시킨다. 제2 밀봉부(158)가 아이솔레이터(172)와 바디(102) 사이에 배치된다. 특정 실시예들에서, 밀봉부(158)는 O-링이다. 다른 실시예들에서, 밀봉부(158)는, 바디(120)와 아이솔레이터(172) 사이에 있고 바디(102)와 아이솔레이터(172)를 커플링시키는 본딩 재료 층이다.
[0020] 페이스플레이트(136)는 블로커 플레이트(134)와 지지 바디(114) 사이에 배치된다. 일 실시예에서, 페이스플레이트(136)는 원형 바디를 갖지만, 정사각형 또는 난형과 같은 형상들이 또한 고려된다. 일 실시예에서, 페이스플레이트(136)는 열 전도성 재료로 형성된다. 특정 실시예들에서, 페이스플레이트(136)는 금속, 이를테면 알루미늄 또는 스테인리스 강으로 형성되지만, 유전체들 및/또는 세라믹들, 이를테면 알루미늄 질화물 및 알루미늄 산화물이 또한 고려된다. 프로세싱 온도들로 인한 열화에 저항하는 데 적합한 임의의 재료가 활용될 수 있다는 것이 고려된다.
[0021] 페이스플레이트(136)는 분배 부분(164), 및 분배 부분(164)의 반경방향 외측에 배치된 커플링 부분(166)을 갖는다. 분배 부분(164)은 프로세스 볼륨(110)과 제2 볼륨(148) 사이에 배치된다. 커플링 부분(166)은 페이스플레이트(136)의 주변부에서 분배 부분(164)을 둘러싼다. 커플링 부분(166)은 반경방향으로 연장되는 플랜지(180)를 포함하며, 그 플랜지(180)는 상부 표면(184) 및 하부 표면(182)을 갖는다.
[0022] 애퍼처들(154)이 분배 부분(164) 내에서 페이스플레이트(136)를 관통하여 배치된다. 애퍼처들(154)은 프로세스 볼륨(110)과 제2 볼륨(148) 사이의 유체 연통을 가능하게 한다. 동작 동안, 가스가 유입구 포트(144)로부터 제1 볼륨(146) 내로 유동하여 블로커 플레이트(134) 내의 애퍼처들(150)을 통해 제2 볼륨(148) 내로 유동할 수 있게 된다. 제2 볼륨(148)으로부터, 가스는 페이스플레이트(136) 내의 애퍼처들(154)을 통해 프로세스 볼륨(110) 내로 유동한다. 애퍼처들(154)의 어레인지먼트 및 사이즈 설정은 요구되는 가스 분배를 달성하기 위해, 프로세스 볼륨(110) 내로의 가스의 선택적인 유동을 가능하게 한다. 예컨대, 특정 프로세스들에 대해, 기판(W)에 걸친 균일한 분배가 요구될 수 있다.
[0023] 하나 또는 그 초과의 가열기들(174)이 페이스플레이트(136)와 접촉하여, 예컨대, 커플링 부분(166)의 상부 표면(184) 상에 배치된다. 가열기들(174)은 페이스플레이트(136)에 열을 제공할 수 있는 임의의 메커니즘일 수 있다. 특정 실시예들에서, 가열기(174)는 플랜지(180)의 표면, 이를테면 상부 표면(184)에 용이하게 커플링되는 카트리지 가열기이다. 다른 실시예들에서, 가열기들(174)은 저항성 가열기를 포함하며, 그 저항성 가열기는 페이스플레이트(136)를 에워싸면서 페이스플레이트(136) 내에 매립될 수 있고, 이를테면, 플랜지(180) 내에 매립될 수 있다. 추가적인 실시예들에서, 가열기들(174)은 채널(미도시)을 포함하며, 그 채널은 가열된 유체를 그 채널을 통해 유동시킨다. 가열기들(174)은 페이스플레이트를 요구되는 온도, 예컨대 300 F, 400 F, 500 F 또는 그 초과로 가열한다. 놀랍게도, 본 발명자들은, 프로세싱, 이를테면 화학 기상 증착 프로세스 동안 페이스플레이트의 온도를 증가시키는 것이 기판(W) 상의 상당히 더 적은 오염물 입자 증착을 발생시킨다는 것을 발견하였다.
[0024] 서멀 초크들(168)이 페이스플레이트(136)의 플랜지(180)로부터 연장된다. 도 1에 예시된 바와 같이, 서멀 초크들(168)은 플랜지(180)의 상부 표면(184) 및 하부 표면(182)으로부터 수직 배향으로 수직으로 연장된다. 서멀 초크들(168)은 페이스플레이트(136)의 분배 부분(164)을 에워싼다. 추가로, 서멀 초크들(168)은 가열기(174) 내측에 배치된다. 서멀 초크들(168)은, 분배 부분(164), 플랜지(180), 및 가열기(174) 중 하나 또는 그 초과와 서멀 초크(168)의 개스킷 시팅 표면(186) 사이의 열 전달을 최소화한다. 따라서, 프로세싱 동안, 개스킷 시팅 표면들(186)은 분배 부분(164), 플랜지(180), 및 가열기(174)와 상이한 온도들로 유지된다. 예컨대, 서멀 초크(168)에 걸친 온도차는 50 F, 100 F, 150 F 또는 그 초과일 수 있다. 예컨대, 서멀 초크(168)의 존재로 인해, 개스킷 시팅 표면들(186)이 100 F로 유지되면서, 분배 부분(164)이 가열기들(174)에 의해 350 F로 가열될 수 있다. 따라서, 밀봉부들(156, 170)의 열화 온도 미만으로 밀봉부들(156, 170)을 유지하면서, 프로세싱 챔버(100) 내의 입자 생성을 감소시키기 위해 요구되는 온도로 페이스플레이트(136)가 가열될 수 있다.
[0025] 서멀 초크(168)는 분배 부분(164)으로부터의 열 전달을 제한하는 임의의 설계 또는 메커니즘일 수 있다. 특정 실시예들에서, 서멀 초크(168)는 개스킷 시팅 표면(186)과 분배 부분(164) 사이에 얇은 브리지(bridge)를 정의하는 환상 컷아웃이다. 추가적인 실시예들에서, 서멀 초크(168)는 일련의 네스팅된(nested) 채널들 또는 이격된 냉각 핀들 등이다.
[0026] 밀봉부들(156, 170) 둘 모두는 서멀 초크(168)로부터 외측으로 페이스플레이트(136)의 개스킷 시팅 표면들(186)에 인접하게 배치된다. 이러한 구성에서, 밀봉부들(156, 170)은 재료들, 이를테면 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 고무, 또는 실리콘(silicone)으로 형성된 O-링들이다. 다른 밀봉 설계들, 이를테면 시트 개스킷들 또는 본드들이 또한 고려된다. 종래의 설계들에서, 상승된 온도들, 이를테면 250 F 또는 그 초과에서 밀봉 재료들이 열화되기 때문에, 일반적으로, 페이스플레이트는 본원에서 설명되는 높은 온도들로 가열되지 않는다. 그러나, 본원에서 설명되는 바와 같은 서멀 초크(168)를 활용함으로써, 프로세스 볼륨(110)에 근접한, 페이스플레이트(136)의 내측 부분이, 상승된 온도들로 가열될 수 있으면서, 밀봉부들(156, 170)에 인접한 외측 부분은 더 낮은 온도로 유지된다. 따라서, 프로세싱되는 기판(W) 상의 오염물 입자 증착이 제한되는 동시에, 밀봉부들(156, 170)이 열적-유발 열화로부터 보호된다. 따라서, 페이스플레이트(136)가 높은 온도들로 가열되는 동안, 프로세스 볼륨(110) 주위에 밀봉이 유지된다.
[0027] 도 2는 일 실시예에 따른, 듀얼 서멀 초크를 갖는 페이스플레이트(236)의 개략적인 부분 단면을 예시한다. 페이스플레이트(236)는 페이스플레이트(136)와 유사하지만, 선택적으로 냉각 채널을 활용한다. 페이스플레이트(236)는 도 1에 도시된 페이스플레이트(136) 대신 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 페이스플레이트(236)는 커플링 부분(266)에 의해 에워싸인 중앙 분배 부분(264)을 포함하는 원형 바디를 갖는다. 페이스플레이트(236)의 커플링 부분(266)은 가열기(274)와 애퍼처들(254) 사이에 배치된 서멀 초크들(268, 269)을 포함한다. 플랜지(280)가 분배 부분(264)의 주변 구역에서 분배 부분(264)으로부터 연장되고, 분배 부분(264)을 둘러싼다. 플랜지(280)는 상부 표면(212) 및 하부 표면(214)을 갖는다. 상부 표면(212)과 하부 표면(214)은 플랜지(280)의 폭을 정의하는 반경방향 외측에 있는 외측 표면(206)에 의해 연결된다. 플랜지(280) 및 서멀 초크들(268, 269)은 함께 커플링 부분(266)을 형성한다. 도 2에서, 명확성을 위해, 서멀 초크들(268, 269)을 포함하는 페이스플레이트(236)의 확대된 주변 부분만이 도시된다.
[0028] 일 실시예에서, 페이스플레이트(236)는 열 전도성 재료로 형성된다. 일부 실시예들에서, 페이스플레이트(236)는 금속성 재료, 예컨대 알루미늄 또는 스테인리스 강으로 형성된다. 추가적인 실시예들에서, 페이스플레이트(236)는 알루미늄 질화물 또는 알루미늄 산화물로 형성된다. 페이스플레이트(236)를 형성하기 위해 임의의 열 전도성 재료가 사용될 수 있다.
[0029] 서멀 초크들(268, 269)은 플랜지(280) 상에 형성되고, 상부 표면(212) 및 하부 표면(214)으로부터 수직으로 연장된다. 서멀 초크(268)는 상부 표면(212)에서 플랜지(280)로부터 멀어지는 방향으로 연장되어 연장부를 형성하며, 이는 본원에서는 대표적으로 상방으로 연장된다. 서멀 초크(269)는 하부 표면(214)에서 플랜지(280)로부터 멀어지는 방향으로 연장되어 연장부를 형성하며, 이는 본원에서는 대표적으로 하방으로 연장된다.
[0030] 서멀 초크(268)는, 배플(baffle) 또는 구불구불한(serpentine) 구성을 형성하는 하나 또는 그 초과의 인터리브된(interleaved) 제1 및 제2 환상 채널들(220a, 220b)(여기서는 3개가 도시됨)을 포함한다. 서멀 초크(268)는 반경방향 외측 표면(230) 및 반경방향 내측 표면(232)을 갖는다. 제1 환상 채널들(220a)은 외측 표면(230)으로부터 내측 표면(232) 쪽으로 연장되는 한편, 제2 환상 채널(220b)은 내측 표면(232)으로부터 외측 표면(230) 쪽으로 연장된다. 따라서, 제1 및 제2 환상 채널들(220a, 220b)은 서멀 초크(268)의 대향 측면들 상에 배치된다. 제2 환상 채널(220b)은 인접한 제1 환상 채널들(220a) 사이에 교번 방식으로 배치된다.
[0031] 서멀 초크(268)와 마찬가지로, 서멀 초크(269)는, 배플 또는 구불구불한 구성을 형성하는 하나 또는 그 초과의 인터리브된 환상 채널들(220c, 220d)(3개가 도시됨)을 포함한다. 서멀 초크(269)는 반경방향 외측에 있는 외측 표면(234) 및 반경방향 내측 표면(238)을 갖는다. 제1 환상 채널(220c)은 외측 표면(234)으로부터 내측 표면(238) 쪽으로 연장되는 한편, 제2 환상 채널들(220d)은 내측 표면(238)으로부터 외측 표면(234) 쪽으로 연장된다. 따라서, 제1 및 제2 환상 채널들(220c, 220d)은 서멀 초크(269)의 대향 측면들 상에 배치된다. 제1 환상 채널(220c)은 인접한 제2 환상 채널들(220d) 사이에 교번 방식으로 배치된다.
[0032] 일 실시예에서, 채널들(220a 내지 220d)은 각각의 서멀 초크들(268, 269)의 전체 폭에 걸쳐 있지 않다. 즉, 채널들(220a 내지 220d)은 각각의 채널 단부와 대향 표면 사이에 얇은 브리지들을 정의한다. 예컨대, 제1 환상 채널들(220a)은 제1 환상 채널들(220a)의 단부들과 내측 표면(232) 사이에 브리지를 갖는다. 이 구성에서, 채널들(220a 내지 220d)은 페이스플레이트(236) 주위의 외부 환경으로의 열의 대류를 위한 표면적을 크게 증가시킨다. 부가적으로, 분배 부분(264)으로부터 외측 표면 쪽으로 열을 전도하는 데 이용가능한 단면적 및/또는 질량이 크게 감소된다. 추가로, 여기서, 6개의 채널들(220a 내지 220d)이 도시되어 있지만, 열 전달을 제한하기 위해 임의의 적합한 수 및 구성의 채널들이 활용될 수 있다.
[0033] 채널들(220a 내지 220d)의 사이즈, 형상, 및 수는 서멀 초크(268)에 걸친 열 전달의 요구되는 레이트와 관련하여 선택될 수 있다는 것이 이해된다. 추가로, 채널들(220a 내지 220d)의 깊이, 폭, 및 단면은 요구되는 대로 조정될 수 있다. 더 추가로, 채널들의 배향이 변경될 수 있다. 예컨대, 수평 채널들 대신, 채널들이 외측 표면들(230, 234)과 내측 표면들(232, 238) 사이에 수직으로 그리고 외측 표면들(230, 234) 및 내측 표면들(232, 238)에 평행하게 배향될 수 있다. 열 전달을 최소화할 수 있는, 채널들, 갭들, 그루브들, 리세스들, 또는 컷아웃들의 임의의 어레인지먼트가 활용될 수 있다.
[0034] 밀봉부(270)가 서멀 초크(268)의 개스킷 표면(202a) 내의 더브테일형 그루브(dovetailed groove) 내에 배치된다. 유사하게, 밀봉부(256)가 서멀 초크(269)의 개스킷 표면(202b) 내의 더브테일형 그루브 내에 배치된다. 밀봉부들(270, 256)은 서멀 초크들(268, 269)을 형성하는 채널들(220a 내지 220d) 외측에 배치된다. 이 어레인지먼트에서, 분배 부분(264) 및 가열기(274)로부터 밀봉부들(270, 256)로의 열적 열 전달이 감소 또는 완화된다. 따라서, 개스킷 표면들(202a, 202b) 내의 밀봉부들(270, 256)이, 밀봉부들(270, 256)의 열화를 가속시키지 않는 온도 범위 내로 유지되면서, 가열기(274)가 페이스플레이트(236), 및 페이스플레이트(236) 내의 분배 부분(264)을 가열할 수 있다. 특정 실시예들에서, 밀봉부들(270, 256)은 각각 표면들(202a, 202b) 상에 직접 놓이게 배치된다.
[0035] 일 실시예에서, 냉각 채널들(250, 252)이 서멀 초크들(268, 269) 내에 선택적으로 배치된다. 냉각 채널(250)은 채널들(220a, 220b)과 개스킷 표면(202a) 사이에 배치된다. 냉각 채널(252)은 채널들(220c, 220d)과 개스킷 표면(202b) 사이에 배치된다. 유체, 이를테면 공기, 물, 또는 에틸렌 글리콜이 냉각 채널들(250, 252)을 통해 순환된다. 유체는 서멀 초크들(268, 269)로부터 열을 제거하기 위한 부가적인 냉각 매체를 제공한다. 따라서, 페이스플레이트 증착 구역(208) 및 가열기(274)로부터, 밀봉부들(270, 256)을 내부에 갖는 개스킷 시팅 표면들(202a, 202b)로의 열 전달이 더 감소된다. 냉각 채널들(250, 252)은 추가로, 냉각 채널들(250, 252) 내의 유체의 온도를 제어하기 위해, 냉각 시스템, 이를테면 열 교환기에 커플링될 수 있다.
[0036] 도 2에서, 냉각 채널들(250, 252) 각각을 나타내기 위해 단일 채널이 도시된다. 그러나, 냉각 채널들(250, 252)이 임의의 적합한 수의 냉각 채널들일 수 있거나 또는 임의의 형상 및/또는 구성일 수 있다는 것이 고려된다. 예컨대, 복수의 원형 채널들이 사용될 수 있다. 부가적으로, 서멀 초크들(268, 269)은 2개의 부재들로 형성될 수 있으며, 여기서, 냉각 채널들(250, 252)은 그 부재들 중 하나 또는 둘 모두 내의 리세스들에 의해 정의된다. 더 추가로, 냉각 채널들(250, 252)은 액체를 이용하지 않으면서 사용될 수 있고, 대신, 에어갭(airgap)들이 채널들(220a 내지 220d)과 개스킷 시팅 표면들(202a, 202b) 사이에 정의될 수 있다.
[0037] 도 2에서, 가열기(274)는 플랜지(280)의 상부 표면(212) 상에 배치된 것으로 도시된다. 이 실시예에서, 가열기(274)는 카트리지 가열기이다. 그러나, 페이스플레이트(236)를 가열하는 다른 방식들이 사용될 수 있다. 부가적으로, 가열기(274)는 다른 위치들에 배치될 수 있고, 이를테면, 외측 표면(206) 또는 플랜지(280)의 하부 표면(214) 상에 배치될 수 있다. 하나 초과의 가열기(274)가 또한 사용될 수 있고, 이를테면, 상부 표면(212) 상의 하나의 가열기(274) 및 하부 표면(214) 상의 하나의 가열기(274)가 사용될 수 있다. 더 추가로, 가열기(274)는 서멀 초크들(268, 269)로부터 반경방향 내측에 배치될 수 있다.
[0038] 도 3은 듀얼 서멀 초크를 갖는 페이스플레이트(336)의 개략적인 단면도를 예시한다. 페이스플레이트(336)는 페이스플레이트(236) 및 페이스플레이트(136)와 유사하지만, 상이한 가열기 구성을 활용한다. 페이스플레이트(336)는 도 1에 도시된 페이스플레이트(136) 대신 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 페이스플레이트(336)는 커플링 부분(366)에 의해 에워싸인 중앙 분배 부분(364)을 포함하는 원형 바디를 갖는다. 페이스플레이트(336)의 커플링 부분(366)은 애퍼처들(354)의 반경방향 외측에 배치된 서멀 초크들(368, 369)을 포함한다. 플랜지(380)가 분배 부분(364)의 주변 구역에서 분배 부분(364)으로부터 연장되고, 분배 부분(364)을 둘러싼다. 플랜지(380)는 상부 표면(312) 및 하부 표면(314)을 갖는다. 상부 표면(312)과 하부 표면(314)은 플랜지(380)의 폭을 정의하는, 상부 표면(312)과 하부 표면(314) 사이의 반경방향 외측 표면(306)에 의해 연결된다. 플랜지(380) 및 서멀 초크들(368, 369)은 함께 커플링 부분(366)을 형성한다. 도 3에서, 명확성을 위해, 서멀 초크들(368, 369)을 포함하는 페이스플레이트(336)의 확대된 주변 부분만이 도시된다.
[0039] 일반적으로, 페이스플레이트(336)는 열 전도성 재료로 형성된다. 일 실시예에서, 페이스플레이트(336)는 금속성 재료, 예컨대 알루미늄 또는 스테인리스 강으로 형성된다. 다른 실시예들에서, 페이스플레이트(336)는 알루미늄 질화물 또는 알루미늄 산화물로 형성된다. 페이스플레이트(336)를 형성하기 위해 임의의 열 전도성 재료가 사용될 수 있다.
[0040] 서멀 초크들(368, 369)은 플랜지(380) 상에 형성되고, 상부 표면(312) 및 하부 표면(314)으로부터 수직으로 연장된다. 서멀 초크(368)는 상부 표면(312)에서 플랜지(380)로부터 멀어지는 방향으로 연장되어 연장부를 형성하며, 이는 본원에서는 대표적으로 상방으로 연장된다. 서멀 초크(369)는 하부 표면(314)에서 플랜지(380)로부터 멀어지는 방향으로 연장되어 연장부를 형성하며, 이는 본원에서는 대표적으로 하방으로 연장된다.
[0041] 서멀 초크(368)는, 배플 또는 구불구불한 구성을 형성하는 하나 또는 그 초과의 인터리브된 환상 채널들(320a, 320b)(여기서는 3개가 도시됨)을 포함한다. 서멀 초크(368)는 반경방향 외측에 있는 외측 표면(330) 및 반경방향 내측 표면(332)을 갖는다. 제1 환상 채널들(320a)은 외측 표면(330)으로부터 내측 표면(332) 쪽으로 연장되는 한편, 제2 환상 채널(320b)은 내측 표면(332)으로부터 외측 표면(330) 쪽으로 연장된다. 따라서, 환상 채널들(320a, 320b)은 서멀 초크(368)의 대향 측면들 상에 배치된다. 제2 환상 채널(320b)은 인접한 제1 환상 채널들(320a) 사이에 교번 방식으로 배치된다.
[0042] 서멀 초크(368)와 마찬가지로, 서멀 초크(369)는, 배플 또는 구불구불한 구성을 형성하는 하나 또는 그 초과의 인터리브된 환상 채널들(320c, 320d)(여기서는 3개가 도시됨)을 포함한다. 서멀 초크(368)는 반경방향 외측에 있는 외측 표면(334) 및 반경방향 내측 표면(338)을 갖는다. 제1 환상 채널(320c)은 외측 표면(334)으로부터 내측 표면(338) 쪽으로 연장되는 한편, 제2 환상 채널들(320d)은 내측 표면(338)으로부터 외측 표면(334) 쪽으로 연장된다. 따라서, 환상 채널들(320c, 320d)은 서멀 초크(369)의 대향 측면들 상에 배치된다. 제1 환상 채널(320c)은 인접한 제2 채널들(320d) 사이에 교번 방식으로 배치된다.
[0043] 일 실시예에서, 채널들(320a 내지 320d)은 각각의 서멀 초크들(368, 369)의 전체 폭에 걸쳐 있지 않다. 즉, 채널들(320a 내지 320d)은 각각의 채널 단부와 대향 표면 사이에 얇은 브리지들을 정의한다. 예컨대, 제1 환상 채널들(320a)은 제1 환상 채널들(320a)의 단부들과 내측 표면(332) 사이에 브리지를 갖는다. 이 구성에서, 채널들(320a 내지 320d)은 페이스플레이트(336) 주위의 외부 환경으로의 열의 대류를 위한 표면적을 크게 증가시킨다. 부가적으로, 분배 부분(364)으로부터 외측 표면 쪽으로 열을 전도하는 데 이용가능한 단면적 및/또는 질량이 크게 감소된다. 추가로, 여기서, 6개의 채널들(320a 내지 320d)이 도시되어 있지만, 열 전달을 제한하기 위해 임의의 적합한 수 및 구성의 채널들이 활용될 수 있다.
[0044] 채널들(320a 내지 320d)의 사이즈, 형상, 및 수는 서멀 초크(368)에 걸친 열 전달의 요구되는 레이트와 관련하여 선택될 수 있다는 것이 이해된다. 추가로, 채널들(320a 내지 320d)의 깊이, 폭, 및 단면은 요구되는 대로 조정될 수 있다. 더 추가로, 채널들의 배향이 변경될 수 있다. 예컨대, 수평 채널들 대신, 채널들이 외측 표면들(330, 334)과 내측 표면들(332, 338) 사이에 수직으로 그리고 외측 표면들(330, 334) 및 내측 표면들(332, 338)에 평행하게 배향될 수 있다. 열 전달을 최소화할 수 있는, 채널들, 갭들, 그루브들, 리세스들, 또는 컷아웃들의 임의의 어레인지먼트가 활용될 수 있다. 일 실시예에서, 페이스플레이트(236)의 냉각 채널들(250, 252)이 페이스플레이트(336)에서 활용된다.
[0045] 밀봉부(370)가 서멀 초크(368)의 개스킷 표면(302a) 내의 더브테일형 그루브 내에 배치된다. 유사하게, 밀봉부(356)가 서멀 초크(369)의 개스킷 표면(302b) 내의 더브테일형 그루브 내에 배치된다. 밀봉부들(370, 356)은 서멀 초크들(368, 369)을 형성하는 채널들(320a 내지 320d) 외측에 배치된다. 이 어레인지먼트에서, 분배 부분(364) 및 가열기(374)로부터 밀봉부들(370, 356)로의 열적 열 전달이 감소 또는 완화된다. 따라서, 개스킷 표면들(302a, 302b) 내의 밀봉부들(370, 356)이, 밀봉부들(370, 356)의 열화를 가속시키지 않는 온도 범위 내로 유지되면서, 가열기(374)가 페이스플레이트(336), 및 페이스플레이트(336) 내의 분배 부분(364)을 가열할 수 있다. 특정 실시예들에서, 밀봉부들(370, 356)은 표면들(302a, 302b) 상에 각각 직접적으로 배치된다.
[0046] 가열기(374)는 서멀 초크들(368, 369)로부터 반경방향 내측에서 페이스플레이트(336) 내에 배치된다. 여기서, 가열기(374)는 저항성 가열기이다. 일 실시예에서, 가열기(374)는, 가열된 유체를 그 내부에서 순환시키기 위한 채널일 수 있다. 여기서, 페이스플레이트(336)를 가열하는 임의의 방식이 활용될 수 있다. 부가적으로, 가열기(374)의 위치는 도 3에 도시된 위치로 제한되지 않는다. 예컨대, 가열기(374)는 서멀 초크들(368, 369) 사이에 서멀 초크들(368, 369)과 일직선으로 플랜지(380)에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 가열기(374)는 서멀 초크들(368, 369)의 반경방향 외측에서 플랜지(380) 내에 배치된다. 가열기(374)의 임의의 적합한 위치 및 가열 방식이 활용될 수 있다.
[0047] 본원에서 설명되는 실시예들은 유리하게, 기판 상의 오염물 입자들의 증착을 감소시킨다. 개시되는 바와 같은 서멀 초크는, 바깥쪽에(outboard) 배치된 밀봉부들의 밀봉 능력들을 유지하면서, 페이스플레이트의 온도가 높은 온도로 증가될 수 있게 하여, 오염물 입자들의 증착을 제한한다.
[0048] 전술한 바가 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 및 추가적인 실시예들이 본 개시내용의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않으면서 고안될 수 있고, 본 개시내용의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 프로세싱 챔버를 위한 페이스플레이트(faceplate)로서,
    상부 표면 및 하부 표면을 갖는 바디(body);
    상기 상부 표면과 상기 하부 표면 사이에서 연장되는 복수의 애퍼처(aperture)들; 및
    상기 복수의 애퍼처들을 둘러싸면서 상기 바디 상에 배치된 복수의 서멀 초크(thermal choke)들
    을 포함하며,
    제1 서멀 초크는 상기 바디의 상부 표면 상에 배치되고, 제2 서멀 초크는 상기 바디의 하부 표면 상에 배치되는,
    페이스플레이트.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 서멀 초크들은 인터리브된(interleaved) 채널들을 포함하는,
    페이스플레이트.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 서멀 초크들의 반경방향 외측에서 상기 페이스플레이트에 커플링된 가열기를 더 포함하는,
    페이스플레이트.
  4. 제3 항에 있어서,
    밀봉부들을 더 포함하며,
    상기 밀봉부들은 상기 서멀 초크들에 의해 상기 가열기로부터 열적으로 격리되는,
    페이스플레이트.
  5. 제4 항에 있어서,
    각각의 밀봉부는 더브테일형 그루브(dovetail groove)에 배치되는,
    페이스플레이트.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 서멀 초크들의 각각의 서멀 초크의 말단 단부들에 배치된 밀봉부를 더 포함하는,
    페이스플레이트.
  7. 프로세싱 챔버를 위한 페이스플레이트로서,
    복수의 애퍼처들이 관통되어 있는 바디;
    상기 바디의 제1 표면으로부터 연장되는 제1 서멀 초크; 및
    상기 바디의 제2 표면으로부터 연장되는 제2 서멀 초크
    를 포함하며,
    상기 제1 서멀 초크는,
    부분적으로 상기 제1 서멀 초크의 폭을 통해 연장되는 복수의 제1 채널들;
    부분적으로 상기 제1 서멀 초크의 폭을 통해 연장되는 복수의 제2 채널들 ― 각각의 제2 채널은 인접한 제1 채널들 사이에 배치됨 ―; 및
    냉각 채널
    을 포함하고,
    상기 제2 서멀 초크는,
    부분적으로 상기 제2 서멀 초크의 폭을 통해 연장되는 복수의 제1 채널들;
    부분적으로 상기 제2 서멀 초크의 폭을 통해 연장되는 복수의 제2 채널들 ― 상기 복수의 제2 채널들 각각은 인접한 제1 채널들 사이에 배치됨 ―; 및
    냉각 채널
    을 포함하는,
    페이스플레이트.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 서멀 초크 및 상기 제2 서멀 초크는 상기 복수의 애퍼처들을 에워싸는,
    페이스플레이트.
  9. 제7 항에 있어서,
    가열기를 더 포함하는,
    페이스플레이트.
  10. 제9 항에 있어서,
    복수의 밀봉부들을 더 포함하며,
    상기 밀봉부들 각각은 상기 제1 서멀 초크 및 상기 제2 서멀 초크 중 어느 하나에 의해 상기 가열기로부터 열적으로 격리되는,
    페이스플레이트.
  11. 제10 항에 있어서,
    각각의 밀봉부는 더브테일형 그루브에 배치되는,
    페이스플레이트.
  12. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 서멀 초크의 냉각 채널 및 상기 제2 서멀 초크의 냉각 채널은 각각, 냉각 유닛에 커플링되는,
    페이스플레이트.
  13. 기판을 프로세싱하기 위한 챔버로서,
    챔버 바디;
    상기 챔버 바디에 커플링되고, 프로세싱 볼륨을 정의하는 덮개; 및
    상기 덮개에 커플링된 페이스플레이트
    를 포함하며,
    상기 페이스플레이트는,
    제1 표면 및 제2 표면을 갖는 바디;
    상기 바디를 관통하여 배치된 복수의 애퍼처들;
    상기 바디의 제1 표면으로부터 연장되는 제1 서멀 초크; 및
    상기 바디의 제2 표면으로부터 연장되는 제2 서멀 초크
    를 포함하고,
    상기 제1 서멀 초크 및 상기 제2 서멀 초크는 상기 복수의 애퍼처들을 둘러싸는,
    기판을 프로세싱하기 위한 챔버.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 서멀 초크는,
    부분적으로 상기 제1 서멀 초크의 폭을 통해 연장되는 복수의 제1 채널들; 및
    부분적으로 상기 제1 서멀 초크의 폭을 통해 연장되는 복수의 제2 채널들 ― 각각의 제2 채널은 인접한 제1 채널들 사이에 배치됨 ―
    을 포함하며,
    상기 제2 서멀 초크는,
    부분적으로 상기 제2 서멀 초크의 폭을 통해 연장되는 복수의 제1 채널들; 및
    부분적으로 상기 제2 서멀 초크의 폭을 통해 연장되는 복수의 제2 채널들 ― 각각의 제2 채널은 인접한 제1 채널들 사이에 배치됨 ―
    을 포함하는,
    기판을 프로세싱하기 위한 챔버.
  15. 제13 항에 있어서,
    밀봉부들을 더 포함하며,
    상기 밀봉부들은 상기 제1 서멀 초크 및 상기 제2 서멀 초크에 의해 상기 페이스플레이트의 바디로부터 열적으로 분리되는,
    기판을 프로세싱하기 위한 챔버.
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