KR100997104B1 - 반도체 제조용 샤워헤드 및 이 샤워헤드를 구비한 반도체제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외부로부터 샤워헤드 내부로 공급된 공정가스에 와류가 발생되는 것이 방지되며 나아가 공정가스가 하방으로 균일하게 분사될 수 있도록 구조가 개선된 반도체 제조용 샤워헤드 및 반도체 제조장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 반도체 제조용 샤워헤드는 공정가스를 내부로 도입하기 위한 가스유입구; 및 가스유입구와 연결되며, 유입된 공정가스가 하방으로 분사되도록 바닥면에 관통 형성된 다수의 분사공;을 구비하는 샤워헤드에 있어서, 샤워헤드에는 바닥면에 대해 돌출되도록 바닥면과 접촉하며 공정가스의 하방으로의 유동경로 상에 배치되는 배플이 내장되도록 구성된다.

반도체, 샤워헤드(showerhead), 플라즈마, 세정, 배플(baffle)

Description

반도체 제조용 샤워헤드 및 이 샤워헤드를 구비한 반도체 제조장치{Showerhead and apparatus for manufacturing semiconductor having the showerhead}

본 발명은 반도체 제조용 샤워헤드 및 이 샤워헤드를 구비한 반도체 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 식각이나 증착 등과 같은 각종 반도체 제조 공정에서 공정가스를 분사하는 샤워헤드 및 이 샤워헤드를 구비한 반도체 제조장치에 관한 것이다.

증착이나 식각 등과 같은 반도체 제조를 위한 각종 공정은, 외부와 격리된 챔버 내에 웨이퍼를 배치한 후에 각 공정에 적합한 공정가스를 샤워헤드를 통하여 웨이퍼로 분사함으로써 이루어진다. 이러한 반도체 공정을 진행하기 위한 반도체 제조장치의 일례가 도 1에 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 반도체 제조장치(100')는 챔버(10')와, 챔버 내부에 배치되며 웨이퍼(w)가 안착 지지되는 웨이퍼블록(20')과, 웨이퍼블록(20')에 내장되며 웨이퍼를 가열하는 히터(미도시)와, 외부로부터 공급되는 공정가스를 분사하는 샤워헤드(30')를 포함하여 구성된다. 챔버(10')의 측면에는 웨이퍼가 출입하는 출입 구(101')가 형성되며, 챔버(10')의 바닥면에는 펌핑포트(11')가 결합되어 있다. 샤워헤드(30')는 공정가스가 분사되는 다수의 분사공(311')이 형성된 샤워헤드본체(31')와, 샤워헤드본체(31')에 내장되어 샤워헤드의 내측면과 접촉하게 배치되며 다수의 구멍(41')이 관통 형성되며 샤워헤드본체(31')와 대략 동일한 직경을 가지는 배플(40')을 포함한다. 배플(40')은 공정가스가 샤워헤드본체(31') 내부에서 확산되어 분사공(311')을 통해 균일하게 분사되도록 하기 위한 것으로 플레이트 형상으로 형성된다. 그리고, 챔버(10')의 상부에는 샤워헤드본체(31')의 내부로 공정가스를 공급하기 위한 가스유입구(102')가 형성되어 있다.

상술한 바와 같이 구성된 반도체 제조장치(100')에 있어서는, 샤워헤드본체(31')에 배플(40')이 내장되어 있어서, 샤워헤드의 정기 또는 비정기적인 보수작업시에 비용 및 시간이 과도하게 소모되는 단점이 있다. 즉, 공정 중 아킹(Arcing)이 발생할 경우에는 샤워헤드본체(31') 뿐만 아니라 배플(40')도 함께 영향을 받아 손상을 입게 되므로, 샤워헤드본체(31') 및 배플(40')도 함께 교체해야만 한다. 또한, 배플(40')을 분리한 후에 재조립하는 경우에는 조립자의 숙련도에 따라 샤워헤드(30')의 조립 상태가 달라지기 쉬워지게 된다. 이와 같이, 샤워헤드의 조립상태가 달라지게 되면, 배플(40')과 샤워헤드본체(31')에 발생되는 가스 오염 및 플라즈마 아크로 인해 정비 시간이 증가하게 되므로, 장비 가동율이 떨어지고 결국 생산성이 저하되는 문제가 있었다.

또한, 배플(40')이 플레이트 형상으로 형성되어 있어서, 공정가스가 배플에 부딪히는 과정에서 공정가스에 와류가 심하게 발생하며, 결국 공정가스가 샤워헤드 본체(31') 내부에서 균일하게 확산되지 못하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 외부로부터 샤워헤드 내부로 공급된 공정가스에 와류가 발생되는 것이 방지되며 나아가 공정가스가 하방으로 균일하게 분사될 수 있도록 구조가 개선된 반도체 제조용 샤워헤드 및 반도체 제조장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 반도체 제조용 샤워헤드는 공정가스를 내부로 도입하기 위한 가스유입구; 및 상기 가스유입구와 연결되며, 상기 유입된 공정가스가 하방으로 분사되도록 바닥면에 관통 형성된 다수의 분사공;을 구비하는 샤워헤드에 있어서, 상기 샤워헤드에는 상기 바닥면에 대해 돌출되도록 상기 바닥면과 접촉하며 상기 공정가스의 하방으로의 유동경로 상에 배치되는 배플이 내장되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 원료가스가 배플과 부딪혀 확산공간부로 확산되는 과정에서 원료가스에 와류가 발생되는 것이 효과적으로 방지된다. 따라서, 원료가스가 확산공간부에서 균일하게 확산되며 이에 따라 원료가스를 분사공을 통하여 균일하게 분사할 수 있게 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조장치의 개략적인 단면도이 고, 도 4는 도 3에 도시된 샤워헤드의 개략적인 저면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예의 반도체 제조장치(100)는 챔버(10)와, 기판지지대(20)와, 샤워헤드(30)를 구비한다.

챔버(10)는 원통 형상으로 형성된 챔버본체(11) 및 챔버본체의 상측에 결합되는 탑리드(12)를 포함하며, 챔버본체(11) 및 탑리드(12) 사이의 공간에서는 식각이나 증착 등과 같은 반도체 제조공정이 진행된다. 챔버본체(11)의 측면에는 기판(s)이 출입하는 출입구(111)가 형성되어 있다. 그리고, 챔버본체(11)의 바닥면에는 반도체 제조공정 후 챔버(10) 내부에 잔존하는 가스 및 부산물을 배출하기 위한 펌핑포트(13)가 결합되어 있다.

기판지지대(20)는 챔버(10)의 내부에 배치된다. 기판지지대(20)에는 기판(s)이 안착된다. 기판지지대(20)는 승강 가능하도록 구성되어 있다.

샤워헤드(30)는 챔버(10)의 내부에 기판지지대(20)와 마주하도록 설치된다. 샤워헤드(30)는 상호 순차적으로 결합되는 샤워헤드본체(31), 커버부재(32), 제1블록(33) 및 제2블록(34)을 구비한다.

샤워헤드본체(31)와 커버부재(32) 사이에는 공정가스, 예를 들어 증착시 사용되는 원료가스가 확산되는 확산공간부(311)가 형성된다.

샤워헤드본체(31)에는 샤워헤드본체(31)의 바닥면을 관통하는 분사공(32)이 다수 형성되어 있다. 다수의 분사공(311)은 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 샤워헤드본체(31)의 중앙부분에서부터 가장자리로 갈수록 직경이 증가하도록 형성된다. 분사공(32)은 확산공간부(311)에서 확산된 원료가스가 하방으로 분사되는 통로이 다.

또한, 샤워헤드본체(31)에는 공정가스, 예를 들어 세정시 사용되는 세정가스가 분사되는 분사홀(313)이 다수 형성되어 있다. 다수의 분사홀(313)은 확산공간부(311)와 격리되게 형성되며, 샤워헤드본체(31)의 중앙부분을 중심으로 원형을 이루도록 배치된다. 도 4에는 분사공(32) 및 분사홀(313)을 명확하게 구분하기 위해서 편의상 분사공(32) 및 분사홀(313)이 각각 원형 및 삼각형으로 도시되어 있다.

그리고, 샤워헤드본체(31)의 내부에는 배플(40)이 용접에 의해 고정된다. 배플(40)은 샤워헤드본체(31)의 내측 바닥면에 접촉하여 바닥면에 대해 돌출된다. 배플(40)은 배플(40)의 가장자리로부터 배플(40)의 중앙부분으로 갈수록 두께가 증가하게 형성되며, 특히 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 원뿔형상으로 형성된다. 또한, 배플(40)의 바닥면은 제2유로(322)의 내경과 거의 동일한 직경을 가지도록 형성된다. 그리고, 배플(40)은 샤워헤드본체(31)의 바닥면 중앙에 배치되며, 배플(40)이 접촉하는 샤워헤드본체(31)의 바닥면에는 분사공(312) 및 분사홀(313)이 형성되어 있지 않으며, 분사공(312) 및 분사홀(313)은 배플(40)의 주위에 배치된다.

배플(40)은 후술하는 커버부재(32)의 제2유로(322) 하방에 배치되어 있어서, 원료가스의 유동경로, 즉 원료가스가 하방으로 유동하는 경로 상에 배치된다. 원료가스가 제2유로(322)로 공급되면, 원료가스가 하방으로 유동하다가 배플(40)에 부딪히면서 확산공간부(311)에서 수평방향으로 확산되며, 원료가스가 분사공(312)을 통하여 균일하게 분사된다. 그리고, 원료가스가 배플(40)에 부딪혀 확산되는 과정에서 와류가 발생되는 것이 방지된다.

커버부재(32)는 탑리드(12)에 결합된다. 커버부재(32)에는 세정가스가 유동하는 제1유로(321)가 형성되어 있다. 제1유로(321)는 다수의 분사홀(313)과 연결되며, 확산공간부(311)와는 격리되게 형성된다. 또한, 커버부재(32)의 중앙에는 확산공간부(311)와 연결되는 제2유로(322)가 제1유로(321)와 독립적으로 형성되어 있다. 제2유로(322)는 상하방향으로 관통 형성되어 있다.

커버부재(32)의 상측에는 하단부만이 개방된 중공형상의 실린더부재(35)가 결합되어 있다. 실린더부재(35)의 상측이 막혀 있어서, 커버부재(32)의 내부로 도입되는 원료가스는 하방으로 유동하여 커버부재의 제2유로(322)로 공급된다.

제1블록(33)은 커버부재(32)의 상측 가운데에 결합되며, 제1블록(33)의 내부에는 실린더부재(35)가 배치된다. 제1블록(33)의 내측면 및 실린더부재(35)의 외측면 사이에는 세정가스가 유동하는 공간이 형성된다. 그리고, 제1블록(33) 및 실린더부재(35)에는 가스라인(36)이 삽입되며, 가스라인(36)을 통해 공급되는 원료가스가 실린더부재(35)의 내부로 도입된다.

제2블록(34)은 제1블록(33)의 상측에 결합되며, 제2블록(34)의 내부는 제1블록(33)의 내부, 보다 상세하게는 제1블록(33)의 내측면 및 실린더부재(35)의 외측면 사이의 공간과 연결된다. 제2블록(34)을 통해서는, 외부로부터 세정가스가 도입된다.

상술한 바와 같이 구성된 반도체 제조장치(100)에 있어서, 배플(40)이 원뿔형상으로 형성되어 있어서, 원료가스가 배플(40)과 부딪혀 확산공간부(311)로 확산 되는 과정에서 원료가스에 와류가 발생되는 것이 효과적으로 방지된다. 이와 같이 와류의 발생이 방지됨으로 인하여, 원료가스가 확산공간부(311)에서 균일하게 확산되며 이에 따라 원료가스를 분사공(312)을 통하여 균일하게 분사할 수 있게 된다.

또한, 샤워헤드(30)의 유지 및 보수작업시에 종래와 달리 배플(40)의 위치가 변경되지 않게 되므로, 샤워헤드(30)에 발생되는 가스 오염 및 플라즈마 아크로 인한 정비 시간을 최소화할 수 있게 된다. 따라서, 장비 가동율을 증가시켜 생산성을 개선할 수 있게 된다.

그리고, 분사공(312)의 직경이 샤워헤드본체(31)의 가장자리쪽으로 갈수록 증가하도록 구성되어 있어서, 원료가스가 확산공간부(311)에서 빠른 시간 내에 균일하게 확산되지 않는 경우라도 원료가스를 전체적으로 균일하게 하방으로 분사할 수 있게 된다.

한편, 본 실시예에서는 분사공의 크기가 샤워헤드본체의 가장자리쪽으로 갈수록 증가하도록 구성되어 있으나, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 분사공의 크기가 모두 동일하나 분사공의 밀도가 샤워헤드본체의 위치에 따라 변경되도록 구성할 수도 있다. 즉, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 분사공의 밀도가 샤워헤드본체의 중앙부분에서부터 가장자리쪽으로 갈수록 증가하도록 구성할 수도 있다. 이와 같이 분사공의 밀도를 변경함으로써 원료가스가 확산공간부(311)에서 빠른 시간 내에 균일하게 확산되지 않는 경우라도 원료가스를 전체적으로 균일하게 하방으로 분사할 수 있게 된다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명 은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.

예를 들어, 본 실시예에서 배플이 원뿔형상으로 형성되어 있으나, 배플의 상면이 볼록한 곡면 등 다양한 형상으로 형성할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 배플이 샤워헤드본체와 별개의 구성요소로 구성되어 있으나, 배플을 샤워헤드본체와 한 몸체로 구성할 수도 있다.

도 1은 종래의 일례에 따른 반도체 제조장치의 개략적인 단면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 샤워헤드의 개략적인 분리사시도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조장치의 개략적인 단면도이다.

도 4는 도 3에 도시된 샤워헤드의 개략적인 저면도이다.

도 5는 도 3에 도시된 샤워헤드의 다른 구조를 설명하기 위한 개략적인 저면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10...챔버 20...기판지지대

30...샤워헤드 31...샤워헤드본체

32...커버부재 33...제1블록

34...제2블록 35...실린더부재

36...가스라인 40...배플

100...반도체 제조장치 311...확산공간부

312...분사공 313...분사홀

321...제1유로 322...제2유로

Claims (10)

1. 공정가스를 내부로 도입하기 위한 가스유입구와, 상기 가스유입구와 연결되며 상기 유입된 공정가스가 하방으로 분사되도록 바닥면에 관통 형성된 다수의 분사공을 구비하는 샤워헤드에 있어서,

   상기 다수의 분사공이 형성된 샤워헤드본체와,

   상기 가스유입구가 상하방향으로 관통 형성되며, 상기 샤워헤드본체와의 사이에 공정가스가 확산되며 상기 가스유입구와 연결되는 확산공간부가 형성되도록 상기 샤워헤드본체에 결합되는 커버부재와,

   상기 바닥면에 대해 돌출되도록 상기 바닥면과 접촉하며, 상기 공정가스의 하방으로의 유동경로 상에 위치하도록 상기 가스유입구의 하방에 배치되는 배플이 내장되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 샤워헤드.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 배플은 상기 배플의 가장자리로부터 상기 배플의 중앙부분으로 갈수록 두께가 증가하게 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 샤워헤드.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 배플은 상기 바닥면의 중앙에 배치되며,

   상기 다수의 분사공은 상기 배플의 주위에 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 샤워헤드.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 다수의 분사공은, 상기 배플로부터 멀리 배치되는 분사공일수록 직경이 증가하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 샤워헤드.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 분사공의 밀도는 상기 배플로부터 멀어질수록 증가하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 샤워헤드.
6. 제 1항에 있어서,

   공정가스가 도입되는 가스도입구; 및

   상기 가스도입구와 연결되며 상기 가스도입구를 통해 유입된 공정가스가 하방으로 분사되도록 상기 바닥면에 관통 형성된 다수의 분사홀;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 샤워헤드.
7. 삭제
8. 제 1항에 있어서,

   상기 샤워헤드본체에는 상기 분사공과 독립적으로 형성되며 공정가스가 분사되는 복수의 분사홀이 형성되며,

   상기 커버부재에는 상기 복수의 분사홀과 연결되며 공정가스가 도입되는 유로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 샤워헤드.
9. 삭제
10. 삭제

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