KR100760830B1 - 자성체가 삽입된 공동 전극 및 이를 이용한 가스 분리형샤워헤드 - Google Patents

자성체가 삽입된 공동 전극 및 이를 이용한 가스 분리형샤워헤드 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자성체가 삽입된 공동 전극 및 이를 이용한 가스분리형 샤워헤드에 관한 것으로, 가스 공급부, 가스 분리모듈 및 공동 전극을 구비하는 가스 분사모듈을 포함하는 가스분리형 샤워헤드에 도전체이며, 내부에 소정의 간격으로 다수의 홀을 구비하는 공동 전극, 다수의 홀 주변마다 소정의 개수로, 공동 전극의 상부 또는 하부로부터 일정한 모양으로 형성되는 소정의 공간에 삽입되는 자성체, 공동 전극과 자성체가 접하는 면을 따라서 형성되며, 절연체로 구성되는 절연층 및 삽입된 자성체 표면의 일부 또는 전부를 덮는 차단층을 포함하는 공동 전극을 이용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 자성체가 삽입된 공동 전극 및 이를 이용한 가스분리형 샤워헤드는 공동 전극에 자기장과 전기장에 의한 여기가 동시에 진행되어 반응가스들의 이온화율을 높일 수 있으며, 마그네트론 여기 장치가 공동전극에 포함됨으로써 샤워헤드 장치의 전체 부피를 축소시킬 수 있는 장점이 있다.
샤워헤드, 멀티 할로우 캐소드, 플라즈마, 마그네트론, 자성체

Description

자성체가 삽입된 공동 전극 및 이를 이용한 가스 분리형 샤워헤드{multi-hollows cathode added magnetics and showerhead of a gas separation type using the same}
도 1a 및 도 1b는 종래의 자성체를 이용한 샤워헤드를 나타내는 도면.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 의한 자성체가 삽입된 공동전극의 일실시예들을 나타내는 도면.
도 3a 및 도 3b는 자기장에 따른 가스들의 운동 방향을 나타내는 도면.
도 4a 및 도 4b는 삽입되는 자성체들의 수를 나타내는 도면.
도 5a 내지 도 5d는 공동 전극에 삽입된 자성체의 개수와 극성을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명에 의한 자성체가 삽입된 가스분리형 샤워헤드를 개략적으로 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 공동 전극 15 : 홀
20 : 자성체 30 : 절연층
40 : 차단층 110 : 가스 공급부
120 : 가스 분리 모듈 130 : 가스 분사 모듈
본 발명은 반도체 증착 장치에 포함되는 샤워헤드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마그네트론을 이용하여 반도체 웨이퍼 처리 시스템의 반응 챔버에 적어도 2개의 처리 가스들을 공급하는 가스 분리형 샤워헤드에 관한 것이다.
일반적으로 자성체를 이용한 CVD법은 공급되는 가스를 마그네트론으로 여기하여 샤워헤드로 이동시킨 후 기판을 플라즈마 처리하는 방법이다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 자성체를 이용한 샤워헤드를 나타내는 것이다.
종래의 자성체를 이용한 샤워헤드를 이용할 경우, 전체 가스에 자기장이 발생되어야 하기 때문에 공급되는 자기장의 에너지 효율면에서 상당히 낮다.
또한 마그네트론이 샤워헤드 외부 영역에 위치하기 때문에 전체 장비의 부피가 증가한다. 즉, 마그네트론을 유도할 수 있는 공간과 여기된 가스들을 분산시켜 챔버 내의 처리 영역으로 전달할 수 있는 샤워헤드 등이 필요하게 된다.
또한, 대면적을 처리할 경우 공급되는 마그네트론 여기 영역이 여러개로 분산되기 때문에 대면적 처리를 위한 공정에서는 부적합하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 공동 전극 사이에 다수의 자성체를 삽입하여 효율적인 에너지 사용과 처리 가스의 이온화율을 높일 수 있으며, 대면적의 기판을 처리할 수 있는 자성체가 삽입된 공동전극 및 이를 이용한 가스분리형 샤워헤드를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 자성체가 삽입된 공동 전극은 샤워헤드 하부에 장착되는 공동 전극에 있어서, 도전체이며, 내부에 소정의 간격으로 다수의 홀을 구비하는 공동 전극; 상기 다수의 홀 주변마다 소정의 개수로, 상기 공동 전극의 상부 또는 하부로부터 일정한 모양으로 형성되는 소정의 공간에 삽입되는 자성체; 상기 공동 전극과 상기 자성체가 접하는 면을 따라서 형성되며, 절연체로 구성되는 절연층; 및 상기 삽입된 자성체 표면의 일부 또는 전부를 덮는 차단층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 자성체가 삽입된 공동 전극을 이용한 가스분리형 샤워헤드는 이질적인 가스들이 분리 공급되어 혼합 분사구를 통해 챔버로 분사되는 가스분리형 샤워헤드에 있어서, 복수의 이질적인 가스들이 분리 공급되는 가스 공급부; 상기 가스 공급부 하단에 상기 분리 공급되는 가스 중 하나의 가스인 제1 가스를 제공하는 제1 가스 영역 및 상기 제1 가스 영역 하부에 위치하며, 상기 분리 공급되는 가스 중 다른 하나의 가스인 제2 가스를 제공하며, 상기 제2 가스를 고르게 분배하는 가스 분배판을 구비하는 제2 가스 영역을 포함하고, 상기 제1, 제2 가스 영역에 있는 가스를 분리하여 분사하도록 하는 가스 분리모듈; 및 상기 가스 분리모듈 하부에 상기 제1 가스 및 제2 가스가 혼합되어 혼합 가스를 분사하도록 내부에 다수의 혼합 분사구가 형성되어 혼합된 가스를 분사하며, 소정의 모양으로 자성체가 삽입된 공동 전극을 구비하는 가스 분사 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 의한 자성체가 삽입된 공동전극의 일부 구조를 나타내는 일실시예들을 나타내는 것으로, 공동 전극(10), 자성체(20), 절연층(30) 및 차단층(40)으로 구성된다.
샤워헤드 하부에 장착되는 공동 전극(10)은 도전체이며, 내부에 소정의 간격으로 다수의 홀(15)을 구비한다. 그리고 다수의 홀(15) 주변마다 4개 또는 6개의 소정의 개수로, 상부 또는 하부로부터 일정한 모양으로 소정의 공간이 형성되어 있다.
소정의 공간은 공동 전극(10)의 상면으로부터 소정의 깊이로 형성되는 홈에 의한 공간(도 2a), 하면으로부터 소정의 깊이로 형성되는 홈에 의한 공간(도 2b) 또는 상면부터 하면까지 뚫려있는 홀(도 2c)에 의한 공간이다.
자성체(20)는 공동 전극(10)에 형성되어 있는 소정의 공간, 즉 공동 전극(10)의 상면 또는 하면으로부터 소정의 깊이로 형성되는 홈 또는 상면부터 하면까지 뚫려있는 홀(15)에 삽입된다.
절연층(30)은 공동 전극(10)과 자성체(20)가 접하는 면을 따라서 형성되며, 절연체로 구성된다.
차단층(40)은 공동 전극(10)에 삽입된 자성체(20) 표면을 덮어서 자성체가 튀어 나가는 것을 방지한다.
일반적으로는 표면의 전부를 덮지만, 외곽의 일부를 덮더라도 무방하다.
자성체(20)는 전자의 속도를 증가시키는 역할을 하기 때문에 가스의 이온화율 또는 플라즈마 밀도를 증가시킬 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 자기장에 따른 가스들의 운동 방향을 나타낸 것이다.
도 3a의 경우에는 공동 전극(10)전체에 상부가 N극, 하부가 S극인 자성체(20)들이 삽입되어 전자의 회전 운동성을 증가시켜 전자가 가속되고, 도 3b의 경우에는 상부가 N극, 하부가 S극인 자성체들과 상부가 S극, 하부가 N극인 자성체들이 서로 교대로 삽입되어 전자의 운동량을 증가시키기 때문에 플라즈마의 밀도를 더욱 증가시킬 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 소정의 공간마다 삽입되는 자성체들의 수를 나타내는 것이다.
도 4a는 각각의 소정의 공간에 삽입되는 자성체(20)가 1개의 물체로서, 전체가 하나의 N극 및 S극을 형성하는 것을 나타내고, 도 4b는 각각의 소정의 공간에 삽입되는 자성체(20)가 복수개의 물체로서, 복수개의 N극 및 S극이 상부부터 순차적으로 교대로 배열되어 있는 것을 나타낸다.
도 4a의 경우보다 도 4b의 경우에 자기장이 더 많이 형성되므로 가스들이 더 빠른 속도로 가속된다.
도 5a 내지 도 5d는 자성체가 형성된 모양을 나타낸 것으로서, 공동 전극(10)에 형성된 홀(15) 주변에 삽입되는 자성체의 개수와 자기장의 극성을 나타낸다.
도 5a 및 도 5b의 경우에는 홀(15) 주변에 4개의 자성체가 삽입된 경우이고, 도 5c 및 도 5d는 6개의 자성체가 삽입된 경우를 나타낸다.
또한 도 5a 및 도 5c는 공동 전극 전체에 상부가 N극, 하부가 S극 인 것을 나타내는 반면, 도 5b 및 도 5d는 상부가 N극, 하부가 S극인 자성체와 상부가 S극, 하부가 N극인 자성체가 교대로 형성되어 있는 것을 나타낸다.
도 6은 본 발명에 의한 자성체가 삽입된 가스분리형 샤워헤드를 개략적으로 나타낸 것으로, 가스 공급부(110), 가스 분리 모듈(120) 및 가스 분사 모듈(130)로 구성된다.
가스 공급부(110)는 내부 벽면 바깥쪽의 공간으로 제1 가스(A)가 공급되는 제1 가스 공급부(112)와 내부 벽면 안쪽의 공간에 제2 가스(B)가 공급되는 제2 가스 공급부(114)로 구성되며, 가스 공급부(110)에서는 제1 가스(A)와 제2 가스(B)를 포함하는 복수의 이질적인 가스들이 분리되어 공급된다.
가스 분리 모듈(120)은 가스 공급부(110) 하단에 위치하며, 가스 공급부(110)에서 분리 공급되는 가스 중 하나의 가스를 제공하는 제1 가스 영역(122) 및 제1 가스 영역(122) 하부에 위치하며, 분리 공급되는 가스 중 다른 하나의 가스를 제공하며, 다른 하나의 가스를 고르게 분배하는 가스 분배판(미도시)을 구비하는 제2 가스 영역(124)으로 구성되며, 제1 가스 영역(122) 및 제2 가스 영역(124)에 있는 가스를 분리하여 분사하도록 한다.
즉, 가스 공급부(110)로부터 공급된 제1 가스(A)와 제2 가스(B)는 각각 다른 공간 즉, 가스 분리 모듈(120)을 기준으로 제1 가스(A)를 제공하는 제1 가스 영역 (122)과 제2 가스(B)를 제공하는 제2 가스 영역(124)에서 격리되어 분포하게 된다.
가스 분사 모듈(130)은 가스 분리 모듈(120) 하부에 위치하며, 제1 가스(A) 및 제2 가스(B)가 혼합되어 혼합 가스를 분사하도록 내부에 다수의 혼합 분사구(132)가 형성되어 혼합된 가스를 분사하며, 소정의 모양으로 자성체가 삽입된 공동 전극(134)을 구비한다.
혼합 분사구(132)는 공동 전극(10)에 형성되어 있는 다수의 홀(15)과 제1 가스(A) 및 제2 가스(B)가 분사되는 위치에 따라서 결정된다.
각 가스 영역(122, 124)을 통과하는 각각의 제1 가스(A)와 제2 가스(B)는 가스별로 별도의 분사구를 통하지 않고, 두 가스 모두 혼합 분사구(132)를 통해 공정 목적에 따라 동시에 또는 순차적으로 분사된다.
자성체가 삽입된 공동 전극(134)은 제1 가스 영역(122)과 제2 가스 영역(124)으로부터 각각의 가스가 혼합 분사구(132)로 분사될 때에, DC, RF 및 마이크로웨이브(microwave) 파워 중에서 어느 하나의 파워를 인가하여 분사되는 제1 가스(A)와 제2 가스(B)가 전기장을 통해 플라즈마 상태가 되도록 하며, 동시에 자기장을 여기시켜서 자기장 내에서 발생하는 회전성을 통하여 가스의 속도를 변화시킨다.
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방 이 가능함은 명백한 사실이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 자성체가 삽입된 공동 전극 및 이를 이용한 가스분리형 샤워헤드는 공동 전극에 자기장과 전기장에 의한 여기가 동시에 진행되어 반응가스들의 이온화율을 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의한 자성체가 삽입된 공동 전극 및 이를 이용한 가스분리형 샤워헤드는 마그네트론 여기 장치가 공동전극에 포함됨으로써 샤워헤드 장치의 전체 부피를 축소시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (10)

  1. 샤워헤드 하부에 장착되는 공동 전극에 있어서,
    도전체이며, 내부에 소정의 간격으로 다수의 홀을 구비하는 공동 전극;
    상기 다수의 홀 주변마다 소정의 개수로, 상기 공동 전극의 상부 또는 하부로부터 일정한 모양으로 형성되는 소정의 공간에 삽입되는 자성체;
    상기 공동 전극과 상기 자성체가 접하는 면을 따라서 형성되며, 절연체로 구성되는 절연층; 및
    상기 삽입된 자성체 표면의 일부 또는 전부를 덮는 차단층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자성체가 삽입된 공동 전극.
  2. 제1항에 있어서, 상기 자성체가 삽입되는 소정의 공간은
    상기 다수의 홀마다 홀 주변에 4개 또는 6개가 마련되는 것을 특징으로 하는 자성체가 삽입된 공동 전극.
  3. 제1항에 있어서, 상기 자성체가 삽입되는 소정의 공간은
    상기 공동 전극의 상면 또는 하면으로부터 소정의 깊이로 형성되는 홈에 의한 공간이거나 또는 상면부터 하면까지 뚫려있는 홀에 의한 공간인 것을 특징으로 하는 자성체가 삽입된 공동전극.
  4. 제1항에 있어서, 상기 소정의 공간에 삽입되는 자성체는
    상기 소정의 공간 전체에 상부가 N극, 하부가 S극인 자성체들이 삽입되는 것을 특징으로 하는 자성체가 삽입된 공동 전극.
  5. 제1항에 있어서, 상기 소정의 공간에 삽입되는 자성체는
    상부가 N극, 하부가 S극인 자성체들과 상부가 S극, 하부가 N극인 자성체들이 서로 교대로 삽입되는 것을 특징으로 하는 자성체가 삽입된 공동 전극.
  6. 제1항에 있어서, 상기 소정의 공간에 삽입되는 자성체는
    1개의 물체로서, 전체가 하나의 N극 및 S극을 형성하는 것을 특징으로 하는 자성체가 삽입된 공동전극.
  7. 제1항에 있어서, 상기 소정의 공간에 삽입되는 자성체는
    복수개의 물체로서, 복수개의 N극 및 S극이 순차적으로 교대로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 자성체가 삽입된 공동전극.
  8. 이질적인 가스들이 분리 공급되어 혼합 분사구를 통해 챔버로 분사되는 가스분리형 샤워헤드에 있어서,
    복수의 이질적인 가스들이 분리 공급되는 가스 공급부;
    상기 가스 공급부 하단에 상기 분리 공급되는 가스 중 하나의 가스인 제1 가 스를 제공하는 제1 가스 영역 및 상기 제1 가스 영역 하부에 위치하며, 상기 분리 공급되는 가스 중 다른 하나의 가스인 제2 가스를 제공하며, 상기 제2 가스를 고르게 분배하는 가스 분배판을 구비하는 제2 가스 영역을 포함하고, 상기 제1, 제2 가스 영역에 있는 가스를 분리하여 분사하도록 하는 가스 분리모듈; 및
    상기 가스 분리모듈 하부에 상기 제1 가스 및 제2 가스가 혼합되어 혼합 가스를 분사하도록 내부에 다수의 혼합 분사구가 형성되어 혼합된 가스를 분사하며, 소정의 모양으로 자성체가 삽입된 공동 전극을 구비하는 가스 분사모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자성체가 삽입된 공동 전극을 이용한 가스분리형 샤워헤드.
  9. 제8항에 있어서, 상기 자성체가 삽입된 공동 전극은
    소정의 파워를 인가하여 상기 혼합 분사구에 전기장 및 자기장을 동시에 여기시키는 것을 특징으로 하는 자성체가 삽입된 공동 전극을 이용한 가스분리형 샤워헤드.
  10. 제9항에 있어서, 상기 소정의 파워는
    DC, RF 및 마이크로웨이브(microwave) 파워 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 자성체가 삽입된 공동 전극을 이용한 가스분리형 샤워헤드.
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