KR100447142B1 - 가스 분배 플레이트를 갖는 플레이트 샤워헤드 및 그를이용한 가스 확산 방법 - Google Patents

가스 분배 플레이트를 갖는 플레이트 샤워헤드 및 그를이용한 가스 확산 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가스분배 플레이트를 갖는 플레이트 샤워헤드에 관한 것으로, 상기 플레이트 샤워헤드 몸체의 내부에 형성되어 상기 공정가스 유입구(412a)로부터 유입된 공정가스가 충분히 흐르도록 형성된 내부영역용 가스 인렛(412b)과 외부영역용 가스 인렛(412c)을 통해 한정된 간극 g를 갖는 체적을 형성하여 2중 또는 3중 영역의 가스확산을 위한 분할 배리어(413)에 의해 분할되면서 확산되도록 하는 버퍼 공간을 형성하는 가압화 플레넘(414)의 하측에 위치하여 상기 가압화 플레넘(414)으로 유입된 공정가스를 배플(15)을 거쳐 웨이퍼(W)에 균일하게 분사하기 위해 분할되지 아니한 중심 플레이트(101)와 상기 중심 플레이트(101)를 내부에 둔, 내부가 분할된 플레이트(201)와 계속적으로 상기 내부가 분할된 플레이트(201) 바깥에 또 다른 내부가 분할된 플레이트(301)가 위치하여 형성하는 플레이트의 간극 g를 갖는 분할된 평판형 가스 분배 플레이트로 구성된 것을 특징으로 하는 가스 분배 플레이트를 갖는 플레이트 샤워헤드가 제공된다.

Description

가스 분배 플레이트를 갖는 플레이트 샤워헤드 및 그를 이용한 가스 확산 방법{Showerhead with the gas distribution plate and the method of diffusing gas by using it}
본 발명은 드라이 에칭장치 및 그의 응용 분야에 사용하는 가스의 분사방법에 관한 것으로, 특히 가스 홀 사용시 웨이퍼에 사용되는 유리의 크기가 5세대 이상으로 커짐으로써 발생하는 문제점을 분할된 플레이트의 분사간극에 의해 해소하기 위한 가스 분배 플레이트를 갖는 샤워헤드 및 그를 이용한 가스 확산 방법에 관한 것이다.
일반적으로 종래기술은 내부에 공정가스가 유입 확산되는 버퍼 공간부가 형성된 샤워헤드 몸체(411)와, 상기 샤워헤드 몸체(411)의 저면에 결합되어 상기 버퍼 공간부에 유입된 공정가스를 웨이퍼에 분사하기 위한 배플(15)로 구성된 드라이 에칭장치의 자기정렬 플레이트(450)를 갖는 샤워헤드에 있어서, 상기 샤워헤드 몸체(411)의 내부에 형성되어 상기 공정가스 유입구(412a)로부터 유입된 공정가스가 충분히 흐르도록 형성된 내부영역용 가스 인렛(412b) 및 외부영역용 가스 인렛(412c)과 상기 내부영역용 가스 인렛(412b)과 외부영역용 가스 인렛(412c)을 통해 한정된 간격 d를 갖는 체적을 형성하여 2중 또는 3중 영역의 가스 확산을 위한 분할 배리어(413 )와 상기 분할 배리어(413)에 의해 분할되면서 확산되도록 하는 버퍼 공간을 형성하는 가압화 플레넘(414)과 상기 가압화 플레넘(414)의 하측에 위치하여 가압화 플레넘(414)으로 유입된 공정가스를 웨이퍼(W)에 균일하게 분사하기 위해 SAGDP(460) 및 하층 SAGDP(470)이 형성하는 다수의 분사간극(41g)을 갖는 다수의 중첩된 평판형 자기정렬 가스 분배 플레이트(self Aligned Gas Distribution Plate; SAGDP, 450)로 구성되는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭장치의 자기정렬 플레이트를 갖는 샤워헤드가 제공되었다.
그러나 이러한 드라이 에칭장치의 다수의 중첩된 자기정렬 플레이트(450)는 총 샤워 홀의 개수가 최소한 수만개가 필요하므로 고비용이 요구될 뿐만 아니라 제작하는데도 어려움이 발생하였다. 게다가 수만개의 가스 홀의 크기(0.5mm 이하)를 제어하기가 어렵고, 가스홀의 형태에 따라 공정과정에도 큰 영향을 미쳤을 뿐만 아니라 웨이퍼의 중심과 가장자리로의 균일한 가스 분산이 불가능하여 공정상 균일성 확보가 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 플레이트의 배열방법을 바꿔 분할되지 아니한 중심 플레이트(101)와 상기 중심 플레이트(101)를 내부에 둔 내부가 분할된 플레이트(201)와 계속적으로 상기 내부가 분할된 플레이트(201) 바깥에 또 다른 내부가 분할된 플레이트(301)가 위치하여 플레이트를 형성함으로써 종래기술에서 오는 가공비의 상승과 제작의 어려움등을 해소하기 위한 가스 분배 플레이트를 갖는 플레이트 샤워헤드 및 그를 이용한 확산 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 드라이 에칭장치에서 자기정렬 플레이트를 갖는 샤워헤드를 보인 단면도.
도 2a는 종래 기술에 의한 샤워헤드의 정면도.
도 2b는 종래 기술에 의한 자기정렬 플레이트의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 가스 분배 플레이트를 갖는 샤워헤드를 보인 단면도.
도 4는 본 발명에 의한 가스 분배 플레이트를 갖는 샤워헤드의 정면도.
도 5a 및 도 5b, 도 5c, 도 5d, 도 5e 는 도 4에 도시된 가스 분배 플레이트의 평면도.
도 6a 및 도 6b, 도 6c는 플레이트 간극의 대항단면의 모서리를 보인 단면도.
도 7은 본 발명에 의한 가스 분배 플레이트를 갖는 샤워헤드를 이용한 가스 확산과정의 순서도.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
10 : 샤워헤드
101 : 내부 중심 플레이트
201, 301 : 내부 분할된 플레이트
411 : 샤워헤드 몸체
412b : 내부영역용 가스 인렛
412c : 외부영역용 가스 인렛
413 : 분할 배리어
414 : 가압화 플레넘
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 구성되는 본 발명은, 내부에 공정가스가 유입 확산되는 버퍼 공간부가 형성된 샤워헤드 몸체(411)와, 이 샤워헤드 몸체의 저면에 결합되어 상기 버퍼 공간부에 유입된 공정가스를 웨이퍼에 분사하기 위한 배플(15)로 구성된 가스 분배 플레이트를 갖는 플레이트 샤워헤드에 있어서, 상기 플레이트 샤워헤드 몸체(411)의 내부에 형성되어 상기 공정가스 유입구(412a)로부터 유입된 공정가스가 충분히 흐르도록 형성된 내부영역용 가스 인렛(412b) 및 외부영역용 가스 인렛(412c)과 상기 내부영역용 가스 인렛(412b)과 외부영역용 가스 인렛(412c)을 통해 한정된 간격 g를 갖는 체적을 형성하여 2중 또는 3중 영역의 가스 확산을 위한 분할 배리어(413)와 상기 분할 배리어(413)에 의해 분할되면서 확산되도록 하는 버퍼 공간을 형성하는 가압화 플레넘(414)과 상기가압화 플레넘(414)의 하측에 위치하여 가압화 플레넘(414)으로 유입된 공정가스를 웨이퍼(W)에 균일하게 분사하기 위해 분할되지 아니한 중심 플레이트(101)와 상기 중심 플레이트(101)를 내부에 둔 일정한 간극 g를 갖는 내부가 분할된 플레이트(201)와 계속적으로 상기 내부가 분할된 플레이트(201) 바깥에 내부가 분할된 플레이트(301)가 위치하여 형성하는 플레이트의 간극 g를 갖는 분할된 평판형 가스 분배 플레이트로 구성된 것을 특징으로 하는 가스 분배 플레이트를 갖는 플레이트 샤워헤드가 제공된다. 이러한 장치들은 식각(Eaching) 공정이나 화학기증착(CVD) 및 LCD의 경우에도 변형하여 실시할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 가스 분배 플레이트를 갖는 플레이트 샤워헤드를 이용한 확산 방법에 있어서, 공정가스를 가스 스플리터(410)를 통해 플레이트 샤워헤드(10)의 가압화 플레넘(414)에 공급하는 단계(s 202)와 상기 샤워헤드 몸체(411)의 내부에 형성되어 상시 공정가스 유입구(412a)로부터 유입된 공정가스가 충분히 흐르도록 내부영역용 가스 인렛(412b)과 외부영역용 가스 인렛(412c)의 경로를 형성하는 단계(s 204), 상기 내부영역용 가스 인렛(412b)과 외부영역용 가스 인렛(412c)을 통해 한정된 간극 g를 갖는 체적을 형성하는 단계(s 206), 분할 배리어(413)를 통해 2중 또는 3중 영역의 가스 확산을 하고 상기 분할 배리어(413)에 의해 분할되면서 확산되도록 가압화 플레넘(414)에 의해 버퍼 공간을 형성하는 단계(s 208) 및 상기 가압화 플레넘(414)의 하측에 위치하여 가압화 플레넘(414)으로 유입된 공정가스는 배플(15)을 거쳐 중심 플레이트(101)와 상기 중심플레이트(101)를 내부에 둔 내부가 분할된 플레이트(201)와 계속적으로 상기 내부가 분할된 플레이트(201) 바깥에 또 다른 내부가 분할된 플레이트(301)가 위치하여 형성하는 플레이트의 간극 g를 갖는 분할된 평판형 가스 분배 플레이트로 웨이퍼(W)에 균일하게 분사하는 단계(s 210) 로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 분배 플레이트를 갖는 플레이트 샤워헤드를 이용한 가스 확산 방법이 제공된다.
이하, 본 발명에 의한 가스 분배 플레이트를 갖는 플레이트 샤워헤드를 도면에 도시한 실시 예에 따라 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 가스 분배 플레이트를 갖는 플레이트 샤워헤드(10)는 도 3에 도시한 바와 같이, 가스 스플리터(410)를 통해 공정가스를 유입시키는 플레이트 샤워헤드 몸체(411)와, 상기 플레이트 샤워헤드 몸체(411)의 내부에 형성되어 상기 공정가스 유입구(412a)로부터 유입된 공정가스가 충분히 흐르도록 내부영역용 가스 인렛(412b)과 외부영역용 가스 인렛(412c)을 형성하고, 상기 내부영역용 가스 인렛(412b)과 외부영역용 가스 인렛(412c)을 통해 한정된 간극 g를 갖는 체적을 형성하여 2중 또는 3중 영역의 가스확산을 위한 분할 배리어(413)와 상기 분할 배리어(413)에 의해 분할되면서 확산되도록 하는 버퍼 공간을 형성하는 가압화 플레넘(414)과 상기 가압화 플레넘(414)의 하측에 위치하여 가압화 플레넘(414)으로 유입된 공정가스를 배플(15)을 통해 웨이퍼(W)에 균일하게 분사하기 위한 분할된 평판형 가스 분배 플레이트로 구성된다.
상기 분할된 평판형 가스 분배 플레이트는 분할되지 아니한 중심 플레이트(101)와 상기 중심 플레이트(101)를 내부에 둔 내부가 분할된 플레이트(201)와 계속적으로 상기 내부가 분할된 플레이트(201) 바깥에 내부가 분할된 플레이트(301)가 위치하여 형성하는 플레이트의 간극 g를 갖는 분할된 평판형 가스 분배 플레이트로 구성된 것을 특징으로 하는 가스 분배 플레이트를 갖는 플레이트 샤워헤드(10)는 웨이퍼 척(2)의 소정 높이 상측에 설치되어 공정가스를 확산의 방식으로 웨이퍼(W)에 공정가스를 분사한다.
도 4는 본 발명에 의한 가스 분배 플레이트를 갖는 플레이트 샤워헤드를 확대 도시한 정면도이고, 도 5a, 5b, 5c, 5d, 5e는 도 4에 도시된 가스 분배 플레이트의 다양한 형태의 평면도이다.
본 발명에 의한 가스 분배 플레이트로서 중심 플레이트(101)를 포함한 내부가 분할된 플레이트(201,301)는 다양한 형태, 즉, 적어도 하나 이상의 원형 또는 4각형의 형태를 포함한다. 또한, 분할되지 아니한 상기 중심 플레이트(101)와 상기 내부가 분할된 플레이트(201,301)는 간극 g를 유지하면서 분할된 평면 형태로 구성한다. 즉, 분할되지 아니한 중심 플레이트(101)와 상기 중심 플레이트(101)를 내부에 둔 내부가 분할된 플레이트(201)와 계속적으로 상기 내부가 분할된 플레이트(201) 바깥에 또 다른 내부가 분할된 플레이트(301)가 위치하여 형성하는 플레이트의 간극 g를 갖는 분할된 평판형 가스 분배 플레이트가 형성된다.여기서 상기 간극 g는 0.5㎝ 이상일 경우 가스가 삽입될 때, 불필요하게 플라즈마도 삽입되어 가스홀 간격을 넓히므로, 상기 간극 g를 플라즈마가 삽입되지 않도록 0.5㎝이하로 간격을 둔다. 상기 간극의 범위를 0.1cm 내지 0.5cm 이하의 간격을 두는데, 상기와 같은 이유로 0.3cm 내지 0.5cm의 간격을 두는것이 가장 이상적이다.도 6a 및 도 6b, 도 6c에 도시한 바와 같이 플레이트 간극의 대항단면(610.620)의 상단측 모서리 각도를 R 5도로, 혹은 상기 플레이트 간극의 대항단면(610.620)의 하단측의 모서리 각도를 R 5도로 하거나, 상기 플레이트 간극의 대항단면(610,620)의 상단측과 하단측의 모서리 각도를 R 5도로 하여 직각일 경우 발생하는 마이크로플라즈마 형성을 방지하도록 구성한다. 또한, 상기 중심 플레이트(101)와 각각의 내부가 분할된 플레이트(201, 301)는 간극 g를 유지하면서 정면에서 보았을때 한자에서 '一'자와 같은 하나의 일자형 평면 형태로 구성된다.
본 발명에 의한 가스 분배 플레이트를 갖는 플레이트 샤워헤드에서 가스 분사간극은 도 4의 정면도 및, 도 5a의 평면도에 도시된 바와 같이, 분할되지 아니한 중심 플레이트(101)와 상기 중심 플레이트(101)를 내부에 둔 내부가 분할된 플레이트(201)와 계속적으로 상기 내부가 분할된 플레이트(201) 바깥에 내부가 분할된 플레이트(301)가 간극 g를 사이에 두고 연결되고, 간극 g에는 분사속도 조절가스를 공급하기 위한 가스가 공급된다. 가스분사 간극은 플레이트 사이에 공급되는 분사속도 조절가스의 분사속도를 상승시키고, 1cm 이하로 제어 가능하다. 여기서 가스의 제어를 위한 분사속도는 플레이트 샤워헤드(10) 내부의 가스가 공급되는 가스 공급홀을 통하여 플레이트 샤워헤드 내부의 분사속도를 하강시키거나 상승시킨다. 상기 가스 분사간극은 각각의 배플(15)에 의해 한정된 플레넘 또는 공간부를 한정한다. 이로 인해 가스 속도가 상당히 감소하고 또한 불균일하게 집중 또는 분산하게 되는 확산흐름을 효과적으로 형성하고 가스분산 경로용 홀을 별도로 형성할 필요가 없으므로, 가스 압력으로 인한 모서리 손상(corner sharp)의 아크방전이 제거된다. 더욱이, 샤워헤드의 총 개수가 더 적게들어 가공이 간단하며 매우 경제적이다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 플레이트 샤워헤드를 이용해 확산 또는 분산 공정을 진행하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
도 7은 본 발명에 의한 가스 분배 플레이트를 갖는 플레이트 샤워헤드를 이용한 가스확산과정을 도시한 순서도 이다.
본 발명에 의한 가스 분배 플레이트를 갖는 플레이트 샤워헤드는 웨이퍼척(2)의 상면에 웨이퍼(W)를 안착 고정하고, 공정가스를 가스 스플리터(410)를 통해 플레이트 샤워헤드(10)의 가압화 플레넘(414)에 공급한다(s 202). 여기서, 공급된 공정가스는 분할된 플레이트를 통해 웨이퍼(W)에 분산하는데, 이는 웨이퍼(W)에 대한 균일한 에칭을 위해 내부에 흐르는 가스가 일정한 방향으로 균일하게 분산하기 때문이다. 그 후, 상기 플레이트 샤워헤드 몸체(411)의 내부에 형성되어 상기 공정가스 유입구(412a)로부터 유입된 공정가스가 충분히 흐르도록 내부영역용 가스 인렛(412b)과 외부영역용 가스 인렛(412c)의 경로를 형성한다(s 204). 그리고, 상기 내부영역용 가스 인렛(412b)과 외부영역용 가스 인렛(412c)을 통해 한정된 간극 g를 갖는 체적을 형성하여(s 206), 분할 배리어(413)를 통해 2중 또는 3중 영역의 가스확산을 하고, 상기 분할 배리어(413)에 의해 분할되면서 확산되도록 가압화 플레넘(414)에 의해 버퍼 공간을 형성한다(s 208). 그 후, 상기 가압화 플레넘(414)의 하측에 위치하여 가압화 플레넘(414)으로 유입된 공정가스를 배플(15)을 거쳐 가스 분배 플레이트에서 웨이퍼(W)에 균일하게 분사한다(s 210). 이 때, 상기 가압화 플레넘(414)에 유입된 공정가스가 분사속도와 균형을 이루도록 상기 가스 분배 플레이트에 설치된 간극 g를 통해 흐르는 가스의 분산에 의해 플레이트 샤워헤드 내부의 분사속도 및 상기 가스 분사간극과 가스 분사간극 사이로 분사되는 공정가스의 분사속도를 조절하게 된다. 이와 같이 플레이트 샤워헤드 내부의 분사속도를 공정에 적합하게 유지하고 확산의 방식으로 분사 함으로써 플레이트 샤워헤드 내부에 가스들의 흐름으로 인한 파티클이 발생하여 응결 누적되는 것을 방지한다.
본 발명은 한 범위에 국한되지 않고 본 발명의 기술이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시 할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 본 발명의 가스 분배 플레이트를 갖는 플레이트 샤워헤드 및 그를 이용한 가스확산 방법은 종래 기술에 비해 플레이트의 배열 방법을 간소화 함으로써 가공이 간단하고 매우 경제적이며 가스의 분사방식이 확산의 형태를 갖기 때문에 보다 균일하게 가스를 분사 할 수 있는 효과가 발휘된다.

Claims (9)

  1. 내부에 공정가스가 유입 확산되는 버퍼 공간부가 형성된 플레이트 샤워헤드 몸체(411)와, 상기 플레이트 샤워헤드 몸체(411)의 저면에 결합되어 상기 버퍼 공간부에 유입된 공정가스를 웨이퍼에 분사하기 위한 배플(15)로 구성된 가스 분배 플레이트를 갖는 플레이트 샤워헤드(10)에 있어서,
    상기 플레이트 샤워헤드 몸체(411)의 내부에 형성되어 상기 공정가스 유입구(412a)로부터 유입된 공정가스가 충분히 흐르도록 형성된 내부영역용 가스 인렛(412b) 및 외부영역용 가스 인렛(412c)과,
    상기 내부영역용 가스 인렛(412b)과 외부영역용 가스 인렛(412c)을 통해 한정된 간극 g를 갖는 체적을 형성하여 2중 또는 3중 영역의 가스확산을 위한 분할 배리어(413)와,
    상기 분할 배리어(413)에 의해 분할되면서 확산되도록 하는 버퍼 공간을 형성하는 가압화 플레넘(414)과,
    상기 가압화 플레넘(414)의 하측에 위치하여 가압화 플레넘(414)으로 유입된 공정가스를 웨이퍼(W)에 균일하게 분사하기 위해 분할되지 아니한 중심 플레이트(101)와,
    상기 중심 플레이트(101)를 내부에 둔 내부가 분할된 플레이트(201)와,
    계속적으로 상기 내부가 분할된 플레이트(201) 바깥에 또 다른 내부가 분할된 플레이트(301)가 위치하여 형성하는 플레이트 간극 g를 갖는 분할된 평판형 가스 분배 플레이트로 구성된 것을 특징으로 하는 가스 분배 플레이트를 갖는 플레이트 샤워헤드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플레이트 샤워헤드는 상기 중심 플레이트(101)와 내부 분할된 플레이트(201,301)를 포함하여 2개 내지 100개의 플레이트를 사용하는 것을 특징으로 하는 가스 분배 플레이트를 갖는 플레이트 샤워헤드.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 플레이트 간극 g는 0.1cm 내지 0.5cm 이하를 사용하는 것을 특징으로 하는 가스 분배 플레이트를 갖는 플레이트 샤워헤드.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 중심 플레이트(101)와 각각의 내부가 분할된 플레이트(201, 301)는 간극 g를 유지하면서 정면에서 보았을때 하나의 일자형 평면 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 분배 플레이트를 갖는 플레이트 샤워헤드.
  8. 드라이 에칭장치에서 플레이트 샤워헤드를 이용한 가스 확산 방법에 있어서,
    공정가스를 가스 스플리터(410)를 통해 플레이트 샤워헤드(10)의 가압화 플레넘(414)에 공급하는 단계(s 202);
    상기 플레이트 샤워헤드 몸체(411)의 내부에 형성되어 상기 공정가스 유입구(412a)로부터 유입된 공정가스가 충분히 흐르도록 내부영역용 가스 인렛(412b)과 외부영역용 가스 인렛(412c)의 경로를 형성하는 단계(s 204);
    상기 내부영역용 가스 인렛(412b)과 외부영역용 가스 인렛(412c)을 통해 한정된 간극 g를 갖는 체적을 형성하는 단계(s 206);
    분할 배리어(413)를 통해 2중 또는 3중 영역의 가스확산을 하고, 상기 분할 배리어(413)에 의해 분할되면서 확산되도록 가압화 플레넘(414)에 의해 버퍼 공간을 형성하는 단계(s 208); 및,
    상기 가압화 플레넘(414)의 하측에 위치하여 가압화 플레넘(414)으로 유입된 공정가스를 배플(15)을 거쳐 중심 플레이트(101)와 상기 중심 플레이트(101)를 내부에 둔 내부가 분할된 플레이트(201)와 계속적으로 상기 내부가 분할된 플레이트(201) 바깥에 또 다른 내부가 분할된 플레이트(301)가 위치하여 형성하는 플레이트의 간극을 갖는 분할된 평판형 가스 분배 플레이트로 웨이퍼(W)에 균일하게 분사하는 단계(s 210) 로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 분배 플레이트를 갖는 플레이트 샤워헤드를 이용한 가스 확산 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 배플을 통과한 공정가스들은 플레이트 샤워헤드 윗면에서 플레이트 간극 g를 통하여 웨이펴(W)에 골고루 분산되는것을 특징으로 하는 가스 분배 플레이트를 갖는 플레이트 샤워헤드를 이용한 가스 확산 방법.
KR1020040001359A 2004-01-09 2004-01-09 가스 분배 플레이트를 갖는 플레이트 샤워헤드 및 그를이용한 가스 확산 방법 KR100447142B1 (ko)

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