KR102243897B1

KR102243897B1 - 샤워 헤드 유닛, 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 샤워 헤드 유닛 조립 방법

Info

Publication number: KR102243897B1
Application number: KR1020190076157A
Authority: KR
Inventors: 손형규; 한유동; 김현규; 김선옥
Original assignee: 세메스 주식회사
Priority date: 2019-06-26
Filing date: 2019-06-26
Publication date: 2021-04-26
Also published as: KR20210002149A

Abstract

본 발명은 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치에 제공되는 샤워 헤드 유닛을 제공한다. 샤워 헤드 유닛은, 상부에서 공급되는 가스를 확산시키는 가스 분사판과; 상기 가스 분사판의 하부에 배치되며 복수의 가스 분사홀 형성되는 샤워 헤드를 포함하고, 상기 샤워 헤드에는 그 상면으로부터 연장되어 상부로 돌출된 돌출부가 형성되고, 상기 가스 분사판에 형성되는 결합홀에 상기 돌출부가 삽입될 수 있다.

Description

샤워 헤드 유닛, 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 샤워 헤드 유닛 조립 방법{A showerhead unit, a substrate processing apparatus including the showerhead unit, and a method of assembling the showerhead unit}

본 발명은 샤워 헤드 유닛, 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 샤워 헤드 유닛 조립 방법에 관한 것이다.

플라즈마는 매우 높은 온도나, 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF Electromagnetic Fields)에 의해 생성되며, 이온이나 전자, 라디칼등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말한다. 반도체 소자 제조 공정은 플라즈마를 이용하여 식각, 애싱 공정 등을 포함할 수 있다. 플라즈마를 이용하여 웨이퍼 등의 기판을 처리하는 공정은 플라즈마에 함유된 이온 및 라디칼 입자들이 웨이퍼와 충돌함으로써 수행된다.

일반적으로 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치에는 샤워 헤드가 제공된다. 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이 샤워 헤드(3)는 가스 분배 플레이트(2, Gas Distribution Plate)의 하부에 배치된다. 가스 분배 플레이트(2)는 금속을 재질로 제공되며 접지된다. 샤워 헤드(3)는 규소(Si)를 포함하는 재질로 제공된다. 가스 분배 플레이트(2)와 샤워 헤드(3)는 볼트(5)에 의해 결합된다. 볼트(5)가 샤워 헤드(3)에 곧바로 나사 결합되는 경우 샤워 헤드(3)가 파손되는 문제가 발생하므로, 이를 막기 위해 샤워 헤드(3)에는 인서트(4)가 제공된다. 인서트(4)는 볼트(5)와 나사 결합된다. 그리고 샤워 헤드(3)와 가스 분배 플레이트(2)는 인서트(4)를 매개로 체결된다. 또한, 가스 분배 플레이트(2)와 샤워 헤드(3)를 체결하는데 적절한 체결력에 따라 볼트(5)의 종류를 선택하고, 선택된 볼트(5)에 조임 토크를 인가하여 가스 분배 플레이트(2)와 샤워 헤드(3)를 체결한다.

그러나, 가스 분배 플레이트(2)와 샤워 헤드(3)를 적절히 체결할 수 있도록 볼트(5)에 조임 토크를 인가하게 되면 볼트(5)와 나사 결합된 인서트(4)가 말려 올라온다. 이는 샤워 헤드(3)와 인서트(4)의 재질이 서로 상이하기 때문이다. 이 경우, 가스 분배 플레이트(2)와 샤워 헤드(3) 사이에 갭(Gap)이 형성되고, 해당 갭(Gap)에서 플라즈마가 발생되어 아크가 발생된다. 또한, 인서트(4)가 말려 올라오는 것을 방지하기 위해 볼트(5)가 적절히 체결되는 조임 토크보다 낮은 크기의 토크를 인가하게 되면 볼트(5)의 결합이 헐거워지고, 결과적으로 가스 분배 플레이트(2)와 샤워 헤드(3)의 체결이 느슨해 진다.

또한, 도 2를 참조하면, 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 일반적인 장치(1)는 가스 분배 플레이트(2)가 금속 재질로 제공되고, 접지되어 상부 전극으로 기능한다. 또한, 기판(W)을 지지하는 지지 척에 전극판(6)이 제공되고, 전극판(6)에는 교류 전원(7)이 연결된다. 이에 전극판(6)은 하부 전극으로 기능한다. 이 경우 샤워 헤드(3)와 가스 분배 플레이트(2)를 체결하는 볼트(5)에 의해 기판(W)의 상부에서 발생하는 플라즈마 밀도는 불균일해진다. 구체적으로, 플라즈마는 상부 전극 및 하부 전극 사이에 발생하는 전기장에 의해 전자들이 가속되면서 발생한다. 일반적인 가스 분배 플레이트(2)와 샤워 헤드(3)의 체결 방법은, 볼트(5)가 위에서 아래 방향으로 끼워져, 볼트(5)의 축 부분의 일부가 아래 방향으로 돌출된다. 즉, 전극판(6)과 가스 분배 플레이트(2) 사이의 거리(D1)와 전극판(6)과 볼트(5)의 축이 돌출된 부분 사이의 거리(D2)가 서로 상이하다. 이에, 전극판(6)과 가스 분배 플레이트(2) 사이의 영역, 전극판(6)과 볼트(5)의 축이 돌출된 부분 사이의 영역에서의 전기장이 서로 상이하게 된다. 이에 기판(W)의 상부에서 발생되는 플라즈마의 밀도가 불균일해 진다.

본 발명은 기판을 효율적으로 처리할 수 있는 샤워 헤드 유닛, 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 샤워 헤드 유닛 조립 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 샤워 헤드와 가스 분사판이 효율적으로 체결되어 아크 발생을 최소화하는 샤워 헤드 유닛, 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 샤워 헤드 유닛 조립 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 기판의 상부에서 발생하는 플라즈마 밀도 균일성을 높일 수 있는 샤워 헤드 유닛, 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 샤워 헤드 유닛 조립 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

일 실시 예에 의하면, 상기 결합홀 내에 배치되며, 상기 돌출부가 삽입되는 제1홀이 형성되고, 상기 돌출부와 결합되는 인서트와; 상기 인서트를 상기 결합홀 내에 고정시키는 고정 수단을 포함할 수 있다.

일 실시 예에 의하면, 상기 돌출부와 상기 인서트는 서로 나사 결합될 수 있다.

일 실시 예에 의하면, 상기 결합홀에는 상기 결합홀의 내측면으로부터 연장되어 돌출되는 걸림단이 형성되고, 상기 고정 수단은 헤드와 나사산이 형성된 체결 축을 포함하는 볼트 형상으로 제공되고, 상기 헤드가 상기 걸림단의 상면에 걸려 상기 인서트를 고정시킬 수 있다.

일 실시 예에 의하면, 상기 체결 축과 상기 인서트는 서로 나사 결합될 수 있다.

일 실시 예에 의하면, 상기 고정 수단은, 상기 체결 축의 하면으로부터 아래 방향으로 연장되는 보상 핀을 포함하되, 상기 보상 핀은, 상기 돌출부에 형성된 삽입 홀에 삽입될 수 있다.

일 실시 예에 의하면, 상기 헤드와 상기 걸림단의 상면 사이에는 탄성 부재가 제공될 수 있다.

일 실시 예에 의하면, 상기 탄성 부재는 와셔 또는 스프링 일 수 있다.

일 실시 예에 의하면, 상기 가스 분사판은 접지되고, 상기 가스 분사판, 상기 고정 수단, 그리고 상기 인서트는 전기적으로 연결될 수 있다.

일 실시 예에 의하면, 상기 샤워 헤드는 규소(Si)를 포함하는 재질로 제공되고, 상기 가스 분사판은 금속을 포함하는 재질로 제공될 수 있다.

또한, 본 발명은 샤워 헤드 유닛 조립 방법을 제공한다. 샤워 헤드 유닛 조립 방법은, 상기 샤워 헤드에 형성된 상기 돌출부에 상기 인서트를 결합시키고, 상기 인서트가 결합된 상기 돌출부를 상기 결합홀에 삽입하고, 상기 헤드와 상기 걸림단의 상면 사이에 탄성 부재를 제공하고, 상기 고정 수단을 상기 인서트와 결합시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 기판 처리 장치는, 내부에 처리 공간을 가지는 챔버와; 상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 지지 유닛과; 상기 처리 공간으로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛과; 상기 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스와; 상기 지지 유닛의 상부에 배치되는 샤워 헤드 유닛을 포함하되, 상기 샤워 헤드 유닛은, 상부에서 공급되는 상기 가스를 확산시키는 가스 분사판과; 상기 가스 분사판의 하부에 배치되며 복수의 가스 공급홀이 형성되는 샤워 헤드를 포함하고, 상기 샤워 헤드에는 그 상면으로부터 연장되어 상부로 돌출된 돌출부가 형성되고, 상기 가스 분사판에 형성되는 결합홀에 상기 돌출부가 삽입될 수 있다.

일 실시 예에 의하면, 상기 결합홀 내에 배치되며, 상기 돌출부가 삽입되는 제1홀이 형성되고, 상기 돌출부와 결합되는 인서트와; 상기 인서트를 상기 결합홀 내에 고정시키는 고정 수단을 포함하고, 상기 고정 수단은, 헤드와 나사산이 형성된 체결 축을 포함하는 볼트 형상으로 제공되고, 상기 체결 축의 하면으로부터 아래 방향으로 연장되는 보상 핀을 포함할 수 있다.

일 실시 예에 의하면, 상기 보상 핀은 상기 체결 축 보다 작은 직경으로 제공될 수 있다.

일 실시 예에 의하면, 상기 보상 핀은 상기 돌출부에 형성되는 삽입 홀에 삽입될 수 있다.

일 실시 예에 의하면, 상기 결합홀에는 상기 결합홀의 내측면으로부터 연장되어 돌출되는 걸림단이 형성되고, 상기 헤드는 상기 걸림단의 상면에 걸려 상기 인서트를 고정시킬 수 있다.

일 실시 예에 의하면, 상기 가스 분사판은 접지되고, 상기 가스 분사판, 상기 고정 수단, 그리고 상기 인서트는 서로 전기적으로 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 기판을 효율적으로 처리할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 샤워 헤드와 가스 분사판이 효율적으로 체결되어 아크 발생을 최소화 할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 기판의 상부에서 발생하는 플라즈마 밀도 균일성을 높일 수 있다.

본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 가스 분배 플레이트와 샤워 헤드가 체결되는 일반적인 모습을 보여주는 도면이다.
도 2는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치의 일반적인 모습을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 3의 샤워 헤드 유닛의 일부를 보여주는 도면이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 샤워 헤드 유닛의 조립 방법을 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 샤워 헤드 유닛의 일부를 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 샤워 헤드 유닛의 일부를 보여주는 도면이다.
도 11은 도 10의 샤워 헤드 유닛이 제공되는 기판 처리 장치를 보여주는 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.

어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 구체적으로, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.

본 발명의 실시예에서는 플라즈마를 이용하여 기판을 식각하는 기판 처리 장치에 대해 설명한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 챔버 내에 플라즈마를 공급하여 공정을 수행하는 다양한 종류의 장치에 적용 가능하다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 단면도이다. 이하, 도 3을 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 플라즈마를 이용하여 기판(W)을 처리한다. 기판 처리 장치(10)는 챔버(100), 지지 유닛(200), 샤워 헤드 유닛(300), 가스 공급 유닛(400), 플라즈마 소스, 라이너 유닛(500), 배플 유닛(600)을 포함한다.

챔버(100)는 내부에 기판 처리 공정이 수행되는 처리 공간(102)을 가진다. 챔버(100)는 밀폐된 형상으로 제공된다. 챔버(100)는 도전성 재질로 제공될 수 있다. 예컨대, 챔버(100)는 금속을 포함하는 재질로 제공될 수 있다. 챔버(100)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 챔버(100)는 접지될 수 있다. 챔버(100)의 바닥면에는 배기홀(104)이 형성된다. 배기홀(104)은 배기 라인(151)과 연결된다. 배기 라인(151)은 펌프(미도시)와 연결된다. 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 및 챔버(100)의 내부 공간에 머무르는 가스는 배기 라인(151)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배기 과정에 의해 챔버(100)의 내부는 소정 압력으로 감압된다. 이와 달리, 별도의 감압 부재(미도시)가 제공되어 처리 공간(102)의 내부를 소정 압력으로 감압 시킬 수 있다.

챔버(100)의 벽에는 히터(미도시)가 제공된다. 히터는 챔버(100)의 벽을 가열한다. 히터는 가열 전원(미도시)과 전기적으로 연결된다. 히터는 가열 전원에서 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킨다. 히터에서 발생된 열은 내부 공간으로 전달된다. 히터에서 발생된 열에 의해서 처리공간은 소정 온도로 유지된다. 히터는 코일 형상의 열선으로 제공된다. 히터는 챔버(100)의 벽에 복수 개 제공될 수 있다.

챔버(100)의 내부에는 지지 유닛(200)이 위치한다. 지지 유닛(200)은 기판(W)을 처리 공간 내에서 기판(W)을 지지한다. 지지 유닛(200)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 흡착하는 정전 척으로 제공될 수 있다. 지지 유닛(200)은 유전판(210), 전극판(220), 하부 커버(230), 하부 지지 부재(240), 그리고 링 부재(250)를 포함한다.

유전판(210)에는 기판(W)이 놓인다. 유전판(210)은 원판 형상으로 제공된다. 유전판(210)은 유전체(dielectric substance)로 제공될 수 있다. 유전판(210)은 외부의 전원을 공급받아 기판(W)에 정전기력을 작용한다. 유전판(210)에는 정전 전극(211)이 제공된다. 정전 전극(211)은 흡착 전원(213)과 전기적으로 연결된다. 흡착 전원(213)은 직류 전원을 포함한다. 정전 전극(211)과 흡착 전원(213) 사이에는 스위치(미도시)가 설치될 수 있다. 정전 전극(211)은 스위치의 온/오프(ON/OFF)에 의해 흡착 전원(213)과 전기적으로 연결될 수 있다. 스위치(212)가 온(ON)되면, 정전 전극(211)에는 직류 전류가 인가된다. 정전 전극(211)에 인가된 전류에 의해 정전 전극(211)과 기판(W) 사이에는 정전기력이 작용한다. 기판(W)은 정전기력에 의해 유전판(210)에 흡착 및/또는 고정될 수 있다.

전극판(220)은 유전판(210)의 아래에 제공된다. 전극판(220)의 상부면은 유전판(210)의 하부면과 접촉될 수 있다. 전극판(220)은 원판형상으로 제공될 수 있다. 전극판(220)은 도전성 재질로 제공된다. 일 예로 전극판(220)은 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 전극판(220)은 하부 전원(223)과 전기적으로 연결될 수 있다. 하부 전원(223)은 고주파 전력을 발생시키는 고주파 전원으로 제공될 수 있다. 고주파 전원은 RF 전원으로 제공될 수 있다. RF전원은 하이 바이어스 파워 알에프(High Bias Power RF) 전원으로 제공될 수 있다. 전극판(220)은 하부 전원(223)으로부터 고주파 전력을 인가 받는다. 전극판(220)은 하부 전극으로 기능할 수 있다.

하부 커버(230)는 전극판(220)을 지지한다. 하부 커버(230)는 전극판(220)의 측면과 접하도록 제공될 수 있다. 하부 커버(230)는 전극판(220)의 하면의 가장 자리 영역과 접하도록 제공될 수 있다. 예컨대, 하부 커버(230)는 상부와 하부가 개방된 통 형상을 가질 수 있다. 또한, 하부 커버(230)는 전극판(220)이 하부 커버(230)에 의해 지지될 수 있도록 내측이 단차 질 수 있다. 하부 커버 (230)는 절연성을 가지는 재질로 제공될 수 있다.

하부 지지 부재(240)는 하부 커버(230)의 아래에 배치된다. 하부 지지 부재(240)는 하부 커버(230)의 아래에 배치되어 하부 커버(230)를 지지한다. 또한, 하부 지지 부재(240)는 도전성 재질로 제공될 수 있다. 예컨대, 하부 지지 부재(240)는 금속을 포함하는 재질로 제공될 수 있다. 또한, 하부 지지 부재(240)는 챔버(100)와 전기적으로 연결될 수 있다.

링 부재(250)는 지지 유닛(200)의 가장 자리 영역에 배치된다. 링 부재(250)는 링 형상을 가진다. 링 부재(250)는 유전판(210)의 상면 중 가장자리 영역을 감싸도록 제공될 수 있다. 또한, 링 부재(250)는 유전판(210)의 측면을 감싸도록 제공될 수 있다. 또한, 링 부재(250)는 하부 커버(230)의 상면에 배치될 수 있다. 링 부재(250)는 포커스링으로 제공될 수 있다.

샤워 헤드 유닛(300)은 상부에서 공급되는 가스를 분산시킬 수 있다. 또한, 샤워 헤드 유닛(300)은 가스 공급 유닛(400)이 공급하는 가스가 처리 공간(102)에 균일하게 공급되도록 할 수 있다. 샤워 헤드(310), 가스 분사판(320)을 포함한다.

샤워 헤드(310)는 가스 분사판(320)의 하부에 배치된다. 샤워 헤드(310)는 챔버(100)의 상면에서 하부로 일정거리 이격되어 위치한다. 샤워 헤드(310)는 지지 유닛(200)의 상부에 위치한다. 샤워 헤드(310)와 챔버(100)의 상면은 그 사이에 일정한 공간이 형성된다. 샤워 헤드(310)는 두께가 일정한 판 형상으로 제공될 수 있다. 샤워 헤드(310)의 저면은 플라즈마에 의한 아크 발생을 방지하기 위하여 그 표면이 양극화 처리될 수 있다. 샤워 헤드(310)의 단면은 지지 유닛(200)과 동일한 형상과 단면적을 가지도록 제공될 수 있다. 샤워 헤드(310)에는 복수의 가스 공급홀(312)이 형성된다. 포함한다. 가스 공급 홀 (312)은 샤워 헤드(310)의 상면과 하면을 수직 방향으로 관통하여 형성될 수 있다.

샤워 헤드(310)는 가스 공급 유닛(400)이 공급하는 가스로부터 발생되는 플라즈마와 반응하여 화합물을 생성하는 재질로 제공될 수 있다. 일 예로, 샤워 헤드(310)는 플라즈마가 포함하는 이온들 중 전기 음성도가 가장 큰 이온과 반응하여 화합물을 생성하는 재질로 제공될 수 있다. 예컨대, 샤워 헤드(310)는 규소(Si)를 포함하는 재질로 제공될 수 있다.

가스 분사판(320)은 샤워 헤드(310)의 상부에 배치된다. 가스 분사판(320)은 챔버(100)의 상면에서 일정거리 이격되어 위치한다. 가스 분사판(320)은 상부에서 공급되는 가스를 확산시킬 수 있다. 가스 분사판(320)에는 가스 도입홀(322)이 형성될 수 있다. 가스 도입홀(322)은 상술한 가스 공급홀(312)과 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 가스 도입홀(322)은 가스 공급홀(312)과 연통될 수 있다. 샤워 헤드 유닛(300)의 상부에서 공급되는 가스는 가스 도입홀(322)과 가스 공급홀(312)을 순차적으로 거쳐 샤워 헤드(310)의 하부로 공급될 수 있다. 가스 분사판(320)은 금속 재질을 포함할 수 있다. 가스 분사판(320)은 접지될 수 있다. 가스 분사판(320)은 접지되어 상부 전극으로 기능할 수 있다.

절연 링(380)은 샤워 헤드(310), 가스 분사판의 둘레를 감싸도록 배치된다. 절연 링(380)은 전체적으로 원형의 링 형상으로 제공될 수 있다. 절연 링(380)은 비금속 재질로 제공될 수 있다.

가스 공급 유닛(400)은 챔버(100) 내부에 가스를 공급한다. 가스 공급 유닛(400)이 공급하는 가스는, 플라즈마 소스에 의해 플라즈마 상태로 여기될 수 있다. 또한, 가스 공급 유닛(400)이 공급하는 가스는 플루오린(Fluorine)을 포함하는 가스일 수 있다. 예컨대, 가스 공급 유닛(400)이 공급하는 가스는 사불화탄소일 수 있다.

가스 공급 유닛(400)은 가스 공급 노즐(410), 가스 공급 라인(420), 그리고 가스 저장부(430)를 포함한다. 가스 공급 노즐(410)은 챔버(100)의 상면 중앙부에 설치된다. 가스 공급 노즐(410)의 저면에는 분사구가 형성된다. 분사구는 챔버(100) 내부로 공정 가스를 공급한다. 가스 공급 라인(420)은 가스 공급 노즐(410)과 가스 저장부(430)를 연결한다. 가스 공급 라인(420)은 가스 저장부(430)에 저장된 공정 가스를 가스 공급 노즐(410)에 공급한다. 가스 공급 라인(420)에는 밸브(421)가 설치된다. 밸브(421)는 가스 공급 라인(420)을 개폐하며, 가스 공급 라인(420)을 통해 공급되는 공정 가스의 유량을 조절한다.

플라즈마 소스는 챔버(100) 내에 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다. 본 발명의 실시예에서는, 플라즈마 소스로 용량 결합형 플라즈마(CCP: capacitively coupled plasma)가 사용된다. 용량 결합형 플라즈마는 챔버(100)의 내부에 상부 전극 및 하부 전극을 포함할 수 있다. 상부 전극 및 하부 전극은 챔버(100)의 내부에서 서로 평행하게 상하로 배치될 수 있다. 양 전극 중 어느 하나의 전극은 고주파 전력을 인가하고, 다른 전극은 접지될 수 있다. 양 전극 간의 공간에는 전자기장이 형성되고, 이 공간에 공급되는 공정 가스는 플라즈마 상태로 여기될 수 있다. 이 플라즈마를 이용하여 기판(W) 처리 공정이 수행된다. 일 예에 의하면, 상부 전극은 샤워 헤드 유닛(300)으로 제공되고, 하부 전극은 전극 플레이트로 제공될 수 있다. 하부 전극에는 고주파 전력이 인가되고, 상부 전극은 접지될 수 있다. 이와 달리, 상부 전극과 하부 전극에 모두 고주파 전력이 인가될 수 있다. 이로 인하여 상부 전극과 하부 전극 사이에 전자기장이 발생된다. 발생된 전자기장은 챔버(100) 내부로 제공된 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기 시킨다.

라이너 유닛(500)은 공정 중 챔버(100)의 내벽 및 지지 유닛(200)이 손상되는 것을 방지한다. 라이너 유닛(500)은 공정 중에 발생한 불술물이 내측벽 및 지지 유닛(200)에 증착되는 것을 방지한다. 라이너 유닛(500)은 내측 라이너(510)와 외측 라이너(530)를 포함한다.

외측 라이너(530)는 챔버(100)의 내벽에 제공된다. 외측 라이너(530)는 상면 및 하면이 개방된 공간을 가진다. 외측 라이너(530)는 원통 형상으로 제공될 수 있다. 외측 라이너(530)는 챔버(100)의 내측면에 상응하는 반경을 가질 수 있다. 외측 라이너(530)는 챔버(100)의 내측면을 따라 제공된다.

외측 라이너(530)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 외측 라이너(530)는 몸체(110) 내측면을 보호한다. 공정 가스가 여기되는 과정에서 챔버(100) 내부에는 아크(Arc) 방전이 발생될 수 있다. 아크 방전은 챔버(100)를 손상시킨다. 외측 라이너(530)는 몸체(110)의 내측면을 보호하여 몸체(110)의 내측면이 아크 방전으로 손상되는 것을 방지한다.

내측 라이너(510)는 지지 유닛(200)을 감싸며 제공된다. 내측 라이너(510)는 링 형상으로 제공된다. 내측 라이너(510)는 유전판(210), 전극판(220), 하부 커버(230), 그리고 하부 지지 부재(240) 전부를 감싸도록 제공된다. 내측 라이너(510)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 내측 라이너(510)는 지지 유닛(200)의 외측면을 보호한다.

배플 유닛(600)은 챔버(100)의 내측벽과 지지 유닛(200)의 사이에 위치된다. 배플은 환형의 링 형상으로 제공된다. 배플에는 복수의 관통홀들이 형성된다. 챔버(100) 내에 제공된 가스는 배플의 관통홀들을 통과하여 배기홀(104)로 배기된다. 배플의 형상 및 관통홀들의 형상에 따라 가스의 흐름이 제어될 수 있다.

이하에는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 샤워 헤드 유닛의 구성을 상세히 설명한다. 도 4는 도 3의 샤워 헤드 유닛의 일부를 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 샤워 헤드 유닛(300)은 샤워 헤드(310)와 샤워 헤드의 상부에 배치되는 가스 분사판(320)을 포함할 수 있다. 또한, 샤워 헤드(310)와 가스 분사판(320)은 인서트(330), 그리고 고정 수단(340)에 의해 체결될 수 있다.

샤워 헤드(310)에는 돌출부(314)가 형성된다. 샤워 헤드(310)에 형성되는 돌출부는 샤워 헤드(310)의 상면으로부터 연장되어 위 방향으로 돌출될 수 있다. 돌출부(314)는 기둥 형상을 가질 수 있다. 또한, 돌출부(314)의 둘레에는 나사산이 형성될 수 있다.

가스 분사판(320)에는 결합홀(324)이 형성된다. 결합홀(324)은 가스 분사판(320)의 상면과 하면을 관통하도록 형성될 수 있다. 결합홀(324)은 샤워 헤드(310)의 돌출부(314)와 대응하는 위치에 형성될 수 있다. 또한 결합홀(324)에는 걸림단(325)이 형성될 수 있다. 걸림단(325)은 결합홀(324)의 내측면으로부터 측 방향으로 연장되어 돌출될 수 있다. 걸림단(325)은 상부에서 바라 볼 때, 중앙 영역이 개방된 링 형상을 가질 수 있다. 걸림단(325)을 기준으로 결합홀(324)의 상부 영역, 그리고 하부 영역의 직경은 샤워 헤드(310)의 돌출부(314)보다 큰 직경을 가질 수 있다. 또한, 걸림단(325)이 형성된 영역의 결합홀(324)의 직경은 샤워 헤드(310)의 돌출부(314)보다 작은 직경을 가질 수 있다. 샤워 헤드(310)의 돌출부(314)는 가스 분사판(320)에 형성된 결합홀(324)에 삽입될 수 있다. 예컨대, 샤워 헤드(310)의 돌출부(314)는 걸림단(325)을 기준으로 결합홀(324)의 하부 영역에 삽입될 수 있다.

인서트(330)는 결합홀(324) 내에 배치될 수 있다. 인서트(330)에는 샤워 헤드(310)의 돌출부(314)가 삽입되는 제1홀과, 고정 수단(340)이 삽입되는 제2홀이 형성될 수 있다. 제1홀의 내측면에는 돌출부(314)에 형성되는 나사산에 대응하는 나사산이 형성될 수 있다. 이에, 인서트(330)는 돌출부(314)와 서로 나사 결합될 수 있다. 제2홀의 내측면에는 고정 수단(340)에 형성되는 나사산에 대응하는 나사산이 형성될 수 있다. 이에, 인서트(330)는 고정 수단(340)과 서로 나사 결합될 수 있다. 또한, 인서트(330)는 도전성 재질로 제공될 수 있다. 인서트(330)는 금속을 포함하는 재질로 제공될 수 있다. 인서트(330)는 가스 분사판(320)과 동일한 재질로 제공될 수 있다. 인서트(330)는 가스 분사판(320)과 전기적으로 연결될 수 있다.

고정 수단(340)은 인서트(330)를 결합홀(324) 내에 고정시킬 수 있다. 고정 수단(340)은 헤드(342)와 체결 축(344)을 포함하는 볼트 형상으로 제공될 수 있다. 체결 축(344)에는 나사산이 형성될 수 있다. 체결 축(344)은 인서트(330)의 제2홀에 형성된 나사산과 나사 결합될 수 있다. 체결 축(344)에 형성되는 나사 산은 돌출부(314)에 형성되는 나사산의 방향과 동 방향일 수 있다. 고정 수단(340)의 헤드(342)는 걸림단(325)의 상면에 걸릴 수 있다. 체결 축(344)이 인서트(330)와 결합되고, 헤드(342)가 걸림단(325)에 걸림으로써 인서트(330)를 결합홀(324) 내에 고정시킬 수 있다. 또한, 고정 수단(340)은 도전성 재질로 제공될 수 있다. 고정 수단(340)은 금속을 포함하는 재질로 제공될 수 있다. 고정 수단(340)은 가스 분사판(320)과 동일한 재질로 제공될 수 있다. 고정 수단(340)은 가스 분사판(320)과 전기적으로 연결될 수 있다.

고정 수단(340)의 헤드(342)의 하면과, 걸림단(325)의 상면 사이에는 탄성 부재(350)가 제공될 수 있다. 탄성 부재(350)는 와셔 일 수 있다. 와셔는 스프링 와셔일 수 있다. 탄성 부재(350)는 고정 수단(340)이 인서트(330)에 결합되면, 위 방향으로 힘을 인가하여 샤워 헤드(310)와 가스 분사판(320)의 결합을 더욱 기밀하게 할 수 있다.

일반적인 샤워 헤드와 가스 분사판의 체결 방법은, 샤워 헤드의 상면에서 아래 방향으로 만입된 만입홀에 인서트가 제공되고, 인서트가 볼트에 나사 결합된다. 이에, 샤워 헤드와 가스 분사판이 체결된다. 이러한 체결 방법은 요구되는 체결력에 대응하는 조임 토크를 볼트에 가하는 경우, 인서트가 말려 올라올 수 있다. 즉, 볼트에 조임 토크를 인가하는 경우 볼트에 전달되는 토크가 인서트에 전달되고, 인서트에 전달된 토크가 그대로 샤워 헤드에 전달된다. 즉, 조임 토크의 크기를 인서트와 볼트와의 결합에 맞추어 인가하는 경우, 인서트에 전달된 조임 토크가 샤워 헤드로 그대로 전달되어 샤워 헤드가 파손되거나, 인서트가 말려 올라올 수 있다. 인서트가 말려 올라오면서 샤워 헤드와 가스 분사판 사이에 간격이 벌어지면, 벌어진 간격에 가스 등이 유입되어 플라즈마가 발생될 수 있다. 발생된 플라즈마는 아크를 발생시키며, 기판 처리 장치를 손상시킬 수 있다.

그러나, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 샤워 헤드(310)는 돌출부(314)를 가진다. 그리고 돌출부(314)는 가스 분사판(320)에 형성된 결합홀(324)에 삽입된다. 샤워 헤드(310)의 돌출부(314)는 인서트(330)의 제1홀에 결합된다. 또한, 고정 수단(340)의 체결 축(344)은 인서트(330)의 제2홀에 결합된다. 즉, 인서트(330)에 대한 체결 축(344) 및 돌출부(314)의 결합이 분리되어 있다. 이에, 고정 수단(340)에 가하는 조임 토크가 샤워 헤드(310)에 그대로 전달되는 것을 최소화 할 수 있다. 이에, 샤워 헤드(310)와 가스 분사판(320) 사이의 간격이 벌어지거나, 샤워 헤드(310)가 파손되는 것을 최소화 할 수 있다.

이하에서는 도 5 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 샤워 헤드 유닛의 조립 방법을 설명한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 샤워 헤드 유닛(300)의 조립은, 샤워 헤드(310)에 형성된 돌출부(314)에 인서트(330)를 결합시킨다. 예컨대, 인서트(330)의 제1홀에 형성된 나사산과 돌출부(314)에 형성된 나사산에 의해 인서트(330)와 돌출부(314)는 서로 결합될 수 있다. 이후, 인서트(330)가 결합된 돌출부(314)를 가스 분사판(320)에 형성된 결합홀(324)에 삽입할 수 있다. 그리고, 결합홀(324)에 형성된 걸림단(325)의 상면에 탄성 부재(350)를 제공할 수 있다. 이후, 고정 수단(340)을 인서트(330)의 제2홀과 나사 결합 시킬 수 있다. 고정 수단(340)의 헤드(342)는 걸림단(325)의 상면에 걸리고, 고정 수단(340)의 체결 축(344)은 인서트(330)의 제2홀과 나사 결합될 수 있다.

상술한 예에서는 탄성 부재(350)가 스프링 와셔인 것을 예로 들어 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 탄성 부재(350)는 도 9에 도시된 바와 같이 스프링으로 제공될 수 있다. 스프링으로 제공되는 탄성 부재(350)는 도전성 재질로 제공될 수 있다. 또한 스프링으로 제공되는 탄성 부재(350)는 금속을 포함하는 재질로 제공될 수 있다. 또한, 스프링으로 제공되는 탄성 부재(350)는 가스 분사판(320)과 동일한 재질로 제공될 수 있다.

상술한 예에서는 고정 수단(340)이 헤드(342)와 체결축(344)으로 이루어진 볼트 형상을 가지는 것을 예로 들어 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 고정 수단(340)은 헤드(342), 체결축(344)으로 이루어지고, 추가로 보상 핀을 포함할 수 있다. 보상 핀은 체결 축의 하면으로부터 아래 방향으로 연장될 수 있다. 또한, 보상핀은 샤워 헤드(310)의 돌출부(314)에 삽입될 수 있다. 고정 수단(340)이 보상 핀을 가지는 것은, 샤워 헤드(310)의 돌출부(314)가 결합홀(324)에 삽입되면서, 하부 전극과 상부 전극 사이의 거리가 상이해 지는 것을 보상하기 위한 것이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 샤워 헤드(310)의 돌출부(314)가 가스 분사판(320)의 결합홀(324)에 삽입되는 경우, 하부 전극으로 기능하는 전극판(220)과 상부 전극으로 기능하는 가스 분사판(320) 사이의 거리가 영역마다 상이해 진다. 예컨대, 돌출부(314)가 결합홀(324)되는 영역에서 상부 전극, 그리고 하부 전극 사이의 거리가, 돌출부(314)가 형성되지 않는 영역에서 상부 전극, 그리고 하부 전극 사이의 거리보다 길어진다. 이에, 기판(W)의 상부에서 발생하는 플라즈마 밀도가 균일하지 않을 수 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시 예에 의하면, 고정 수단(340)은 보상 핀을 가진다. 이에, 전극판(220)과 가스 분배판(320)의 하면 사이의 거리(D1)가 전극판(220)과 보상 핀 하면 사이의 거리(D2)와 동일해진다. 즉, 고정 수단(340)에 제공되는 보상 핀은 상부 전극과 하부 전극 사이의 거리가 상이해지는 것을 보상하여, 플라즈마 밀도의 균일성을 더욱 높일 수 있다.

상술한 예에서는, 인서트(330)가 고정 수단(340)에 의해 결합홀(324) 내에 고정되는 것을 예로 들어 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 인서트(330)는 결합홀(324) 내에 접착제에 의하여 본딩 될 수도 있다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

기판 처리 장치 : 10
챔버 : 100
처리 공간 : 102
배기홀 : 104
배기라인 : 151
지지 유닛 : 200
유전판 : 210
정전 전극 : 211
흡착 전원 : 213
전극판 : 220
하부 전원 : 223
하부커버 : 230
하부 지지부재 : 240
링부재 : 250
샤워 헤드 유닛 : 300
샤워헤드 : 310
가스 분사홀 : 312
돌출부 : 314
가스 분사판 : 320
가스 도입홀 : 322
결합홀 : 324
걸림단 : 325
인서트 : 330
제1홀 : 332
제2홀 : 334
고정 수단 : 340
헤드 : 342
체결축 : 344
탄성부재 : 350
절연링 : 380
라이너 유닛 : 500
내측 라이너 : 510
외측 라이너 : 530
배플 유닛 : 600

Claims

플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치에 제공되는 샤워 헤드 유닛에 있어서,
상부에서 공급되는 가스를 확산시키는 가스 분사판과;
상기 가스 분사판의 하부에 배치되며 복수의 가스 분사홀 형성되는 샤워 헤드를 포함하고,
상기 샤워 헤드에는 그 상면으로부터 연장되어 상부로 돌출된 돌출부가 형성되고,
상기 가스 분사판에 형성되는 결합홀에 상기 돌출부가 삽입되고,
상기 유닛은,
상기 결합홀 내에 배치되며, 상기 돌출부가 삽입되는 제1홀이 형성되고, 상기 돌출부와 결합되는 인서트와;
상기 인서트를 상기 결합홀 내에 고정시키는 고정 수단을 더 포함하는 샤워 헤드 유닛.
삭제
제1항에 있어서,
상기 돌출부와 상기 인서트는 서로 나사 결합되는 샤워 헤드 유닛.
제1항에 있어서,
상기 결합홀에는 상기 결합홀의 내측면으로부터 연장되어 돌출되는 걸림단이 형성되고,
상기 고정 수단은 헤드와 나사산이 형성된 체결 축을 포함하는 볼트 형상으로 제공되고,
상기 헤드가 상기 걸림단의 상면에 걸려 상기 인서트를 고정시키는 샤워 헤드 유닛.
제4항에 있어서,
상기 체결 축과 상기 인서트는 서로 나사 결합되는 샤워 헤드 유닛.
제4항에 있어서,
상기 고정 수단은,
상기 체결 축의 하면으로부터 아래 방향으로 연장되는 보상 핀을 포함하되,
상기 보상 핀은,
상기 돌출부에 형성된 삽입 홀에 삽입되는 샤워 헤드 유닛.
제4항에 있어서,
상기 헤드와 상기 걸림단의 상면 사이에는 탄성 부재가 제공되는 샤워 헤드 유닛.
제7항에 있어서,
상기 탄성 부재는 와셔 또는 스프링인 샤워 헤드 유닛.
제1항 및 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 분사판은 접지되고,
상기 가스 분사판, 상기 고정 수단, 그리고 상기 인서트는 전기적으로 연결되는 샤워 헤드 유닛.
제1항 및 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 샤워 헤드는 규소(Si)를 포함하는 재질로 제공되고,
상기 가스 분사판은 금속을 포함하는 재질로 제공되는 샤워 헤드 유닛.
제7항의 샤워 헤드 유닛을 조립하는 방법에 있어서,
상기 샤워 헤드에 형성된 상기 돌출부에 상기 인서트를 결합시키고,
상기 인서트가 결합된 상기 돌출부를 상기 결합홀에 삽입하고,
상기 헤드와 상기 걸림단의 상면 사이에 탄성 부재를 제공하고,
상기 고정 수단을 상기 인서트와 결합시키는 샤워 헤드 유닛 조립 방법.
기판을 처리하는 장치에 있어서,
내부에 처리 공간을 가지는 챔버와;
상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 지지 유닛과;
상기 처리 공간으로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛과;
상기 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스와;
상기 지지 유닛의 상부에 배치되는 샤워 헤드 유닛을 포함하되,
상기 샤워 헤드 유닛은,
상부에서 공급되는 상기 가스를 확산시키는 가스 분사판과;
상기 가스 분사판의 하부에 배치되며 복수의 가스 공급홀이 형성되는 샤워 헤드를 포함하고,
상기 샤워 헤드에는 그 상면으로부터 연장되어 상부로 돌출된 돌출부가 형성되고,
상기 가스 분사판에 형성되는 결합홀에 상기 돌출부가 삽입되고,
상기 샤워 헤드 유닛은,
상기 결합홀 내에 배치되며, 상기 돌출부가 삽입되는 제1홀이 형성되고, 상기 돌출부와 결합되는 인서트와;
상기 인서트를 상기 결합홀 내에 고정시키는 고정 수단을 더 포함하는 기판 처리 장치.
제12항에 있어서,
상기 고정 수단은,
헤드와 나사산이 형성된 체결 축을 포함하는 볼트 형상으로 제공되고,
상기 체결 축의 하면으로부터 아래 방향으로 연장되는 보상 핀을 포함하는 기판 처리 장치.
제13항에 있어서,
상기 보상 핀은 상기 체결 축 보다 작은 직경으로 제공되는 기판 처리 장치.
제14항에 있어서,
상기 보상 핀은 상기 돌출부에 형성되는 삽입 홀에 삽입되는 기판 처리 장치.
제14항에 있어서,
상기 결합홀에는 상기 결합홀의 내측면으로부터 연장되어 돌출되는 걸림단이 형성되고,
상기 헤드는 상기 걸림단의 상면에 걸려 상기 인서트를 고정시키는 기판 처리 장치.
제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 분사판은 접지되고,
상기 가스 분사판, 상기 고정 수단, 그리고 상기 인서트는 서로 전기적으로 연결되는 기판 처리 장치.