KR101098767B1 - 대면적 챔버의 가스분사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대면적 공정챔버에서의 샤워헤드에 있어서 밀폐된 가스 공간을 형성하면서 열변형을 용이하게 완충할 수 있는 가스분사장치에 관한 것으로서, 일측이 가스박스의 저면에 형성된 홈에 삽입되며 타측이 샤워헤드에 고정되는 가스밀폐 프레임과, 전극플레이트와, 전극플레이트를 지지하는 고정프레임과, 샤워헤드의 테두리 상단의 절개된 부분에 설치되며, 외측면 및 외측하단이 경사져 형성되어 상기 가스밀폐 프레임의 타측끝단을 고정하는 가스밀폐블럭과, 상기 가스밀폐블럭을 상기 샤워헤드에 고정하는 텐션 스프링을 구비하여, 가스박스의 홈에 삽입되는 전극플레이트와 고정프레임에 의해 샤워헤드의 열팽창시에 양끝단이 절곡되어 형성된 전극플레이트가 고정프레임에 의해 안정되게 지지되면서 샤워헤드의 열팽창을 수용할 수 있음과 동시에 가스밀폐 프레임과 가스밀폐 블록에 의해 샤워헤드 내에 밀폐된 가스 공간을 형성하여, 안정된 공정 데이터를 얻을 수 있고, 장치의 파손이나 열변형에 의한 변형을 방지할 수 있다.

Description

대면적 챔버의 가스분사장치{GAS INJECTION APPARATUS FOR LARGE PROCESSING CHAMBER}

본 발명은 가스분사장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 대면적 공정챔버에서의 샤워헤드에 있어서 밀폐된 가스 공간을 형성하면서 열변형을 용이하게 완충할 수 있는 가스분사장치에 관한 것이다.

일반적으로 기판처리장치는 기판(웨이퍼)의 표면에 반응가스를 반응시켜서 원자 또는 분자 단위로 기판표면에 박막을 형성시키고 있다.

이러한 박막의 형성은, 공정챔버의 내부로 반응가스가 유입되고, 반응가스가 기판 상면에 균일하게 분포될 수 있도록 다수의 관통홀이 형성된 샤워헤드를 통하여 반응가스를 분사하여 기판상에 물질막을 증착시킴으로써 이루어진다. 최근에는 이러한 반응가스의 이온 또는 라디컬의 생성에 의해 용이하게 반응하도록 하기 위하여 챔버 외부의 고전압의 에너지를 이용하여 반응가스를 플라즈마 상태로 여기시킨 상태에서 반응가스들의 화학반응을 유도하는 플라즈마 강화 화학기상증착방식이 널리 이용되고 있다.

도 1은 종래기술에 의한 기판처리장치를 나타낸 것이다. 종래의 기판처리장치는 챔버(100)와, 상기 챔버의 상부에 마련되며 중앙에 가스관통홀이 형성된 가스박스(200)와, 상기 가스박스의 하부에 마련되어 상기 가스박스를 통해 유입된 반응가스를 분사시키는 샤워헤드(300)와, 상기 챔버(100)내의 하부에 마련되어 기판(W)을 안착시키는 히터블럭(400)과, 배기수단으로 구성되며, 상기 챔버(100)의 일측벽 또는 양측벽에는 기판출입구(110)가 형성되어, 상기 기판출입구(110)를 통하여 기판(W)이 이송수단에 의해 반입 및 반출된다.

상기 기판처리장치에 있어서, 반응가스는 외부의 가스공급원으로부터 공급되어 상기 가스박스에 마련된 가스관통홀을 통하여 유입되고, 상기 가스박스에 마련된 가스확산판(201)을 통하여 상기 샤워헤드 상부로 확산된 후, 상기 샤워헤드에 형성된 다수의 분사노즐을 통해 기판(W)의 상면으로 균일하게 분사되도록 구성되어 있다.

또한, 상기 샤워헤드는 상기 기판상에 박막을 증착하기 위하여 챔버내에서 상기 히터블럭에 의한 가열 및 플라즈마 상태의 형성을 위한 외부 고전압 에너지원의 공급 등에 의해 고온의 환경하에 놓이기 때문에, 상기 샤워헤드의 가장자리에는 절연체(202)와 실드(203)를 장착하여 샤워헤드 내에 밀폐된 가스 공간을 형성하도록 구성하고 있다.

그러나, 최근 생산력의 증대를 위하여 기판의 크기가 대형화됨에 따라 기판처리장치도 대형화되고 있는 추세이고, 이러한 대형화된 기판처리장치에 적용하기 에는 상기 종래의 기판처리장치는 여러 가지 문제점을 가지고 있다.

기판처리장치가 대형화됨에 따라, 상기 샤워헤드의 크기도 커지게 되고 이에 따라 상기 히터블럭에 의한 가열 및 플라즈마 상태의 형성을 위한 외부 고전압 에너지원의 공급 등에 의해 고온의 환경하에 놓인 샤워헤드의 열변형도 또한 커지게 된다고 하는 문제점이 있다.

그러나 종래의 가스분사장치에 있어서는, 샤워헤드의 주변부가 고정되어 있기 때문에, 챔버 내의 히터와 플라즈마원으로 인하여 챔버내의 온도가 상승할 때에 온도상승에 의한 열변형을 수용할 수 없기 때문에 장치의 변형이나 팽창에 의해 장치가 파손되거나 공정이 불균일하게 되는 문제점이 있었고, 특히 대면적 챔버에서는 이러한 문제점이 더욱 심각하게 작용하고 있다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 본 발명은 대면적 공정챔버에서의 샤워헤드에 있어서 밀폐된 가스 공간을 형성하면서 열변형을 용이하게 수용하여 안정된 공정 데이터를 얻을 수 있고 장치의 파손 및 변형을 방지할 수 있는 가스분사장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 가스분사장치는, 반응공간을 형성하는 반응챔버 내에 설치되는 대면적 가스분사장치에 있어서, 기판이 장착되는 히터블럭의 상부에 설치되며 복수의 가스분사홀을 가지는 샤워헤드와, 상기 샤워헤드의 상부에 설치되며 가스공급원으로부터 공급된 반응가스가 유입되는 가스박스와, 일측이 상기 가스박스의 저면에 형성된 홈에 삽입되며 타측이 상기 샤워헤드에 연결되는 가스밀폐 프레임과, 일측이 상기 가스박스의 저면에 형성된 홈에 삽입되며 타측이 상기 샤워헤드에 고정되는 전극플레이트를 구비하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 일측이 상기 가스박스에 고정되고 타측이 상방으로 경사져 형성되어 상기 전극플레이트를 상기 가스박스의 홈에 고정시키는 고정프레임을 더욱 구비하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 전극플레이트와 상기 가스밀폐 프레임은 양끝단이 각각 절곡 되어 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 전극플레이트와 상기 고정프레임은 도전성 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 샤워헤드의 테두리 상단에 절개된 부분에 설치되며, 외측면 및 외측하단이 경사져 형성되어 상기 가스밀폐 프레임의 타측끝단을 고정하는 가스밀폐블럭과, 상기 가스밀폐블럭을 상기 샤워헤드에 고정하는 텐션 스프링을 더욱 구비하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 샤워헤드 테두리의 상측을 절개하여 절개홈을 형성하여 상기 가스밀폐 프레임의 타측 끝단을 고정하며, 상기 홈의 외측 상부는 경사져 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 가스분사장치에 의하면, 가스박스의 홈에 삽입되는 전극플레이트와 고정프레임에 의해 샤워헤드의 열팽창시에 양끝단이 절곡되어 형성된 전극플레이트가 고정프레임에 의해 안정되게 지지되면서 샤워헤드의 열팽창을 수용할 수 있음과 동시에 가스밀폐 프레임과 가스밀폐 블록에 의해 샤워헤드 내에 밀폐된 가스 공간을 형성하여, 안정된 공정 데이터를 얻을 수 있고, 장치의 파손이나 열변형에 의한 변형을 방지할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 기판처리장치에 대하여 실시예로써 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 가스분사장치를 나타내는 도면, 도 3은 가스분사장치의 열변형 전후를 나타내는 도면, 도 4는 분해사시도, 도 5는 도 3의 확대상세도이다.

도 2 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 가스분사장치(1)는 반응챔버(2) 내에 설치된다.

상기 반응챔버(2) 내에는 상기 가스분사장치(1)와, 상기 반응챔버(2)내의 하부에 마련되어 기판(W)을 안착시키는 히터블럭(3)과, 배기수단(도시하지 않음)으로 구성되며, 상기 반응챔버(2)의 일측벽 또는 양측벽에는 기판출입구(도시하지 않음)가 형성되어, 상기 기판출입구를 통하여 기판(W)이 이송수단에 의해 반입 및 반출된다.

상기 반응챔버(2)에는 내측으로 돌출되어 형성된 리드베이스(2a)을 마련하여, 상기 리드베이스(2a)에 후술하는 가스박스와 샤워헤드가 고정연결되며, 상기 리드베이스(2a)의 상부에는 커버(40)가 설치되어 있다.

상기 가스분사장치(1)는 샤워헤드(10)와, 가스박스(20)와, 전극플레이트(32)와, 고정프레임(33)으로 구성된다.

상기 샤워헤드(10)는 기판(W)이 장착되는 상기 히터블럭(3)의 상부에 설치 된다. 상기 샤워헤드(10)에는 복수의 가스분사홀이 마련되며, 가스분사홀을 통하여 확산된 반응가스가 상기 기판(W) 상면을 향하여 분사된다.

상기 샤워헤드(10)의 테두리 하부에는 고정 전극블럭(11)이 볼트(11a) 등의 고정수단에 의해 상기 샤워헤드(10)에 체결되어 있다. 여기서 상기 고정전극블럭(11)은 상기 샤워헤드(10)의 테두리 하부를 절개하여 절개된 홈 부분에 설치될 수 있다. 상기 고정 전극블럭(11)은 후술하는 전극플레이트(32)와 상기 샤워헤드(10)가 전기적으로 도통할 수 있는 재질로 형성되며, 상기 고정 전극블럭(11)의 상부면에는 후술하는 전극 플레이트의 끝단이 맞닿도록 설치되어, 가스박스와 상기 샤워헤드(10)가 전기적으로 도통하도록 구성된다.

한편, 상기 리드 베이스(2a)의 하부면에는 내측을 일부 절개하여 실드(30)를 설치한다. 상기 실드(30)는 예를 들면 세라믹 등의 절연성 재질로 형성되며, 볼트 등의 고정수단에 의해 상기 리드베이스(2a)의 하부면에 고정되고, 상기 실드(30)에는 상기 고정 전극블럭(11)이 상기 실드(30)에 대하여 슬라이딩 가능하도록 약간 이격되어 연결되도록 구성되어 있다. 또한, 상기 실드(30)의 끝단은 상기 샤워헤드(10)와 일정 거리 이격되도록 배치된다.

상기 샤워헤드(10)의 상부에는 상기 샤워헤드(10)와 일정거리 이격되어 가스박스(20)가 설치된다. 상기 가스박스(20)에는 가스관통홀(21)이 마련되어, 상기 가스관통홀(21)을 통하여 외부의 가스공급원으로부터 반응가스가 유입되고, 유입된 반응가스는 디퓨저(22)를 통하여 가스박스(20)와 샤워헤드(10) 사이의 공간에 확산된다.

상기 가스박스(20)는 상기 가스박스(20)의 가장자리 하부에 설치되는 수평 절연체(31a)를 매개로 하여 상기 리드베이스(2a)의 상부면에 얹혀 놓여져 설치된다. 또한, 상기 수평 절연체(31a)의 하부에는 상기 가스박스(20)와 상기 리드베이스(2a) 사이에 수직절연체(31b)가 설치되어 있다. 상기 수평절연체(3a), 상기 수직 절연체(31b) 및 상기 실드(30)에 의해 상기 가스박스(20) 및 상기 샤워헤드(10)는 상기 리드베이스(2a) 및 상기 반응챔버(2)와 전기적으로 절연된다.

상기 가스박스(20)의 테두리 끝단에서 내측으로 약간 들어간 위치에는 수직 하향으로 돌출된 돌출벽(20a)을 설치하고, 상기 돌출벽(20a)의 내측에는 상기 가스박스(20)의 저면을 절개하여 형성된 홈(20b)을 마련한다.

상기 홈(20b)에는 전극플레이트(32)와, 고정프레임(33)과, 가스밀폐 프레임(34)이 설치된다.

상기 전극플레이트(32)는 양측끝단이 서로 반대방향으로 절곡되어 형성되며, 일측이 상기 홈(20b)에 삽입되며 그 끝단은 상기 돌출벽(20a)에 맞닿도록 배치된다. 또한 타측의 절곡된 부분은 상기 고정 전극블럭(11)과 상기 샤워헤드와의 사이에 배치되며 볼트(11a) 등의 고정수단에 의해 상기 샤워헤드(10)에 장착된다.

상기 전극플레이트(32)는 얇은 도전성 박판으로 형성되며, 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 샤워헤드(10)의 전체 둘레를 걸쳐 형성되지 않고 일정 단위 길이의 피스(piece)로 제조되어 상기 샤워헤드(10)의 네 모서리에 각각 배치될 수 있다.

상기 전극플레이트(32)는 고정프레임(33)에 의해 지지된다. 상기 고정프레임(33)는 일측이 수평으로 형성되고, 상기 돌출벽(20a)의 하부면에 맞닿도록 배치되어 고정된다. 상기 고정프레임(33)의 타측은 상방을 향하여 경사지게 형성되어 있고, 타측의 끝단은 상기 전극플레이트(32)의 일측의 절곡지점에 맞닿도록 배치되어, 상기 전극플레이트(32)의 상측을 지지하도록 구성된다. 상기 돌출벽(20a)의 하단과 상기 실드(30) 사이에는 고정프레임 고정용 블록(30a)이 설치되어, 상기 고정프레임을 상기 돌출벽(20a)에 볼트 등의 고정수단에 의해 고정한다.

상기 고정프레임(33)은 도 4에 나타낸 바와 같이 상부면과 하부면이 개방된 박스 형상으로 형성되어 상기 샤워헤드(10)를 둘러싸도록 구성되어 있다.

또한, 상기 고정프레임(33)과 상기 전극플레이트(32)는 도전성 재료로 형성되어 RF전원(50)으로부터 상기 가스박스(20)로 인가된 전원이 상기 가스박스(20)의 돌출벽(20a)의 하부면에 맞닿은 상기 고정프레임(33)과, 상기 고정프레임(33)에 맞닿은 상기 전극플레이트(32)에 의해 상기 샤워헤드(10)로 전달된다.

한편, 상기 전극플레이트(32)의 내측, 즉 상기 전극플레이트(32)와 상기 가스박스(20) 사이에는 가스밀폐 프레임(34)이 배치된다.

상기 가스밀폐 프레임(34)는 양측끝단이 서로 반대방향으로 절곡되어 형성되며, 일측이 상기 홈(20b)에 삽입되며 그 끝단은 상기 돌출벽(20a)에 맞닿도록 배치된다. 또한 타측의 절곡된 부분은 후술하는 가스밀폐블럭(12)의 하부에 고정된다.

상기 가스밀폐블럭(12)은 상기 샤워헤드(10)의 테두리 상단을 전체길이를 따라 절개한 부분에 설치된다. 또한, 상기 가스밀폐블럭(12)의 하부에는 상기 샤워헤드(10)를 관통하여 형성된 관통홀에 텐션스프링(13)을 설치하여 상기 가스밀폐블럭(12)을 상기 샤워헤드(10)에 고정시킨다.

상기 가스밀폐블럭(12)의 외측면은 외측을 향하여 하향으로 돌출되도록, 즉 외측면 하부가 상기 샤워헤드(10)로부터 상기 가스밀폐프레임(34)을 향하도록 돌출 형성되어 있다.

또한, 상기 가스밀폐블럭(12)의 하부면은 외측으로부터 내측을 향하여 경사져 형성된 테이퍼면(12a)을 갖도록 형성되어 있다. 상기 테이퍼면(12a)의 형성에 의해, 상기 샤워헤드(10)의 절개면과 상기 가스밀폐블럭(12)과는 약간의 갭이 형성되고, 이 갭에 상기 가스밀폐프레임(34)의 절곡된 타측끝단이 삽입되어 고정된다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 가스분사장치(1)의 열팽창 전후의 동작에 대하여 설명한다.

분사된 반응가스를 플라즈마 상태로 여기시키기 위하여 필요한 에너지를 공급하는 RF전원(50)으로부터 상기 가스박스(20)로 인가된 전원은 상기 고정프레 임(33)과 상기 전극플레이트(32)를 통해 상기 샤워헤드(10)로 도통되고, 기판(W)의 처리를 위한 반응챔버(2) 내의 히터블럭(3)에 의한 가열에 의해 상기 샤워헤드(10)는 온도가 상승하게 되고, 이에 따라 고온의 상기 샤워헤드(10)는 열팽창을 하게 된다.

이 때, 상기 샤워헤드(10)는 상기 리드베이스(2a)나 상기 가스박스(20)에 고정되어 있지 않기 때문에 파손되는 일이 없이 팽창하게 되고, 상기 전극플레이트(32)는 일측이 상기 고정프레임(33)에 의해 고정되어 지지되고 타측은 상기 샤워헤드(10)와 상기 고정전극블럭(11) 사이에 고정되어, 상기 고정프레임(33)에 의해 지지되는 지점을 중심점으로 하여 상기 샤워헤드(10)의 열팽창에 의해 외측으로 이동하게 된다.

이로써, 상기 샤워헤드(10)와 상기 가스박스(20) 사이의 전기적 도통은 유지하면서 상기 샤워헤드(10)는 다른 부재에 구애됨이 없이 열팽창을 할 수 있고, 상기 샤워헤드(10)와 상기 리드베이스(2a) 또는 상기 실드(30)와의 거리를 적절하게 조절함으로써 대면적 챔버에서도 샤워헤드의 열팽창을 안정되게 수용할 수 있다.

한편, 상기 샤워헤드(10)가 온도상승에 의해 열팽창될 때에 상기 가스밀폐블럭(12)도 또한 열팽창된다. 열팽창되는 상기 가스밀폐블럭(12)은 상기 텐션스프링(13)에 의해 고정되지만, 상기 가스밀폐블럭(12)의 외측면은 열팽창에 의해 외측상방으로 슬라이드업(slide up)되면서, 상기 가스밀폐블럭(12)의 돌출된 외측면이 상기 가스밀폐프레임(34)에 맞닿으면서 상기 가스박스(20)와 상기 샤워헤드(10) 사이의 공간은 더욱 밀폐되어 상기 가스박스(20)와 상기 샤워헤드(10) 사이의 반응가스가 외부로 누설되는 일이 없이 안전하게 된다.

이로써, 대면적 챔버에서의 샤워헤드의 열팽창시에 양끝단이 절곡되어 형성된 전극플레이트가 고정프레임에 의해 안정되게 지지되면서 샤워헤드의 열팽창을 수용할 수 있음과 동시에 가스밀폐 프레임과 가스밀폐 블록에 의해 샤워헤드 내에 밀폐된 가스 공간을 형성하여, 안정된 공정 데이터를 얻을 수 있고, 장치의 파손이나 열변형에 의한 변형을 방지할 수 있다

한편, 상술한 실시예에 있어서의 가스밀폐블럭은 샤워헤드와 일체로 형성될 수도 있다. 도 6은 가스밀폐블럭의 다른 실시예를 나타내는 도면이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 샤워헤드(10)의 테두리의 상부면으로부터 일정길이 내려간 위치에서 상기 샤워헤드(10)를 내측을 향하여 깊게 절개하여 절개홈(14)을 형성하여, 상기 샤워헤드(10)의 테두리 상측끝단을 가스밀폐블럭(12')으로 형성한다.

상기 가스밀폐블럭(12')의 외측면은 외측을 향하여 하향으로 돌출되도록, 즉 외측면 하부가 상기 샤워헤드(10)로부터 상기 가스밀폐프레임(34)을 향하도록 돌출 형성되어 있다.

또한, 상기 가스밀폐블럭(12')의 하부면은 외측으로부터 내측을 향하여 경사져 형성된 테이퍼면(12a')을 갖도록 형성할 수도 있고, 상기 절개홈(14)에 상기 가스밀폐프레임(34)의 절곡된 타측끝단이 삽입되어 고정된다.

이로써, 텐션스프링이나 별도의 가스밀폐블럭을 설치할 필요없이 간단한 구조만으로도 샤워헤드 내에 밀폐된 가스 공간을 형성할 수 있다.

본 실시예는 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타낸 것에 불과하며, 본 발명의 명세서에 포함된 기술적 사상의 범위내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 것은 자명하다.

도 1은 종래기술에 의한 기판처리장치를 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명에 의한 가스분사장치를 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명에 의한 가스분사장치의 열변형 전후를 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명에 의한 가스분사장치의 분해사시도이다.

도 5는 도 3의 확대상세도이다.

도 6은 본 발명의 다른 예에 의한 가스분사장치를 나타내는 도면이다.

도 7은 도 6의 열변형 전후를 나타내는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 가스분사장치

2 : 반응챔버

3 : 히터블럭

10 : 샤워헤드

11 : 고정전극블럭

12 : 가스밀폐블럭

20 : 가스박스

30 : 세라믹 실드

32 : 전극플레이트

33 : 고정프레임

34 : 가스밀폐프레임

Claims (6)

1. 반응공간을 형성하는 반응챔버 내에 설치되는 대면적 가스분사장치에 있어서,

   기판이 장착되는 히터블럭의 상부에 설치되며 복수의 가스분사홀을 가지는 샤워헤드와,

   상기 샤워헤드의 상부에 설치되며 가스공급원으로부터 공급된 반응가스가 유입되는 가스박스와,

   일측이 상기 가스박스의 저면에 형성된 홈에 삽입되며 타측이 상기 샤워헤드에 연결되는 가스밀폐 프레임과,

   일측이 상기 가스박스의 저면에 형성된 홈에 삽입되며 타측이 상기 샤워헤드에 고정되는 전극플레이트와,

   상기 샤워헤드의 테두리 상단의 절개된 부분에 설치되며, 외측면 및 외측하단이 경사져 형성되어 상기 가스밀폐 프레임의 타측끝단을 고정하는 가스밀폐블럭과,

   상기 가스밀폐블럭을 상기 샤워헤드에 고정하는 텐션 스프링을 구비하는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   일측이 상기 가스박스에 고정되고 타측이 상방으로 경사져 형성되어 상기 전극플레이트를 상기 가스박스의 홈에 고정시키는 고정프레임을 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 전극플레이트와 상기 가스밀폐 프레임은 양끝단이 각각 반대방향으로 절곡되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 전극플레이트와 상기 고정프레임은 도전성 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
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