KR200379906Y1 - 쿨링 수단이 구비되는 샤워헤드 및 이를 이용하는 챔버 - Google Patents

쿨링 수단이 구비되는 샤워헤드 및 이를 이용하는 챔버 Download PDF

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Abstract

본 고안은 반응가스를 분사하는 샤워헤드의 온도를 낮추기 위한 쿨링수단을 구비하는 샤워헤드 및 이를 이용하는 챔버를 제공하는 것이다.
본 고안에 의한 쿨링수단이 구비되는 샤워헤드는 샤워헤드 넥을 통해 가스를 주입하기 위한 가스 주입 홀과 샤워헤드 바디를 통해 가스를 분사하는 가스분사 홀과 상기 가스분사 홀을 통해 골고루 분사될 수 있도록 하는 배플을 구비하는 샤워헤드에 있어서, 상기 샤워헤드 넥의 가스 주입 홀로부터 소정의 거리를 두고 좌/우로 쿨링워터가 플로우되는 쿨링워터 인/아웃 포트와 상기 쿨링워터 인/아웃 포트에 연결된 쿨링라인을 구비하는 쿨링결합체; 상기 샤워헤드 바디와 상기 쿨링결합체 사이에 삽입되는 중간 플레이트; 및 상기 샤워헤드 넥과 상기 쿨링워터 인/아웃 포트를 관통시키는 관통공을 구비하고 상기 쿨링결합체를 고정시키는 결합 플레이트;를 포함함을 특징으로 한다.
본 고안에 의하면, 쿨링수단을 이용하여 샤워헤드의 온도상승을 억제함으로써 프로세스 온도를 일정하게 유지시키는 효과가 있다. 또한, 일정한 프로세스 온도를 유지시킴으로써 증착되는 필름 두께 상승을 억제할 수 있어 이에 따른 공정불량을 방지할 수 있다. 또한, 알에프(RF) 플라즈마 클리닝의 횟수를 줄임으로써 생산성이 증가하는 효과가 있다.

Description

쿨링 수단이 구비되는 샤워헤드 및 이를 이용하는 챔버{A showerhead having a cooling apparatus and a chamber using thereof}
본 고안은 CVD 챔버에 관한 것으로, 특히 반응가스를 분사하는 샤워헤드에 관한 것이다.
도 1a는 종래의 샤워헤드가 장착된 챔버의 단면도를 도시한 것이고, 도 1b는 평면도를 도시한 것이다.
상부 플레이트(20) 상에 가스혼합 보올(10)이 있으며, 상기 가스혼합 보올(10)에서 혼합된 가스는 6개의 브랜치(15)를 통하여 상부 플레이트(20) 하부에 장착된 6개의 샤워헤드(30)를 통하여 웨이퍼(40)로 분사된다.
또한, 웨이퍼(40)는 히터(50) 위에 놓이게 되므로 프로세서에 필요한 열에너지를 공급받으며, 히터(50) 하부에는 진공라인이 있어 챔버의 진공도를 유지시키는 기능을 한다.
프로세서 진행 시, 샤워헤드(30)에는 고주파수 알에프(RF) 발생기(80)를 통해 고주파수의 알에프(RF) 파워를 공급하고, 히터(50)에는 저주파수 알에프(RF) 발생기(90)를 통해 저주파수의 알에프(RF) 파워를 공급함으로써, 플라즈마를 형성하여 가스의 분해 및 웨이퍼(40) 위에 필름이 증착되는 것을 도와주도록 구성되어 있다.
또한, 일정량 프로세스를 진행한 후에는 알에프(RF) 플라즈마를 이용하여 원 위치(in-situ)에서 챔버 내부 클리닝을 진행하고 있다.
도 2는 종래의 반응가스를 분사하는 샤워헤드의 구조를 도시한 것이다.
샤워헤드는 넥(neck:220)과 바디(210)로 구성되어 있고, 샤워헤드 넥(220) 상부의 인입구를 통하여 혼합 보올에서 혼합된 가스가 주입되고, 샤워헤드 내부에 있는 배플(230)에 혼합가스가 부딪히고 우회하여 플로우되는 형태로 하여 샤워헤드 하부의 가스분사 홀(240)을 통하여 분사되는 형태로 되어 있다.
샤워헤드는 챔버가 아이들(idle)상태일 경우 일정온도를 유지하고 있으나 프로세스 클리닝 진행시 플라즈마를 사용함으로써 샤워헤드의 온도가 상승하는 문제가 있다. 샤워헤드 온도가 상승하면, 프로세스 온도가 상승하는 효과와 동일하게 되어 필름의 두께(thickness)도 증가하게 된다.
따라서, 프로세스 진행횟수가 증가함으로써 플라즈마의 영향으로 샤워헤드의 온도는 계속 상승하게 되며, 이를 방지하기 위해 샤워헤드 온도를 낮추는 작업을 해야한다. 종래의 방식은 필름의 두께가 증가하여 디바이스측면에서의 허용치를 넘어서게 되면 알에프(RF) 플라즈마 클리닝을 하여 내부에 쌓인 증착 부산물을 제거하고, 가스를 샤워헤드에 플로우(flow)하여 샤워헤드 온도를 낮추는 방식으로 진행하고 있다.
종래의 방식은 샤워헤드의 온도상승에 의한 필름 두께 증가 때문에 파티클 등과 같은 불량이 발생하지 않아도 샤워헤드 온도를 낮추기 위해 불필요한 RF 플라즈마 클리닝을 하고 가스를 주입해야 하며, 또한 디바이스 수단에 의해 두께가 두터운 필름을 증착할 경우 증착시간이 장시간화 되면서 샤워헤드의 온도상승이 가속화되고, 그에 따라 알에프(RF) 플라즈마 클리닝 주기가 짧아지므로 생산성이 감소하는 문제가 있다.
본 고안이 이루고자 하는 기술적 과제는 샤워헤드 온도를 낮추기 위한 쿨링수단을 구비하는 샤워헤드 및 이를 이용하는 챔버를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 고안에 의한 쿨링수단이 구비되는 샤워헤드는 샤워헤드 넥을 통해 가스를 주입하기 위한 가스 주입 홀과 샤워헤드 바디를 통해 가스를 분사하는 가스분사 홀과 상기 가스분사 홀을 통해 골고루 분사될 수 있도록 하는 배플을 구비하는 샤워헤드에 있어서, 상기 샤워헤드 넥의 가스 주입 홀로부터 소정의 거리를 두고 좌/우로 쿨링워터가 플로우되는 쿨링워터 인/아웃 포트와 상기 쿨링워터 인/아웃 포트에 연결된 쿨링라인을 구비하는 쿨링결합체; 상기 샤워헤드 바디와 상기 쿨링결합체 사이에 삽입되는 중간 플레이트; 및 상기 샤워헤드 넥과 상기 쿨링워터 인/아웃 포트를 관통시키는 관통공을 구비하고 상기 쿨링결합체를 고정시키는 결합 플레이트;를 포함함을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 고안에 의한 쿨링수단이 구비되는 샤워헤드를 이용하는 챔버는 반응가스를 분사하는 샤워헤드를 이용하여 기판에 필름을 증착시키는 챔버에 있어서, 샤워헤드 넥의 가스 주입 홀로부터 소정의 거리를 두고 좌/우로 쿨링워터가 플로우되는 쿨링워터 인/아웃 포트와 상기 쿨링워터 인/아웃 포트에 연결된 쿨링라인을 구비하는 쿨링수단이 장착되는 샤워헤드; 상기 쿨링수단에 쿨링워터를 공급하는 쿨링워터 공급라인; 상기 샤워헤드의 열을 식힌 물은 배출하는 배출라인; 상기 쿨링워터의 공급량을 조절하는 쿨링워터 인/아웃 밸브; 상기 샤워헤드의 온도를 검출하는 검출수단; 및 상기 검출수단에 의해 검출된 온도를 통해 상기 샤워헤드가 적정한 온도를 유지하도록 상기 쿨링워터 인/아웃 밸브를 조절하는 제어부;를 포함함을 특징으로 한다.
이하 도면을 참조하여 본 고안을 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 고안에 의한 쿨링 수단을 구비하는 샤워헤드의 일실시예를 도시한 것이다.
샤워헤드 넥(220)을 통해 가스를 주입하기 위한 가스 주입 홀과 샤워헤드 바디(210)를 통해 가스를 분사하는 가스분사 홀(240)과 상기 가스분사 홀(240)을 통해 골고루 분사될 수 있도록 하는 배플(230)을 구비하는 샤워헤드에 상기 샤워헤드 넥(220)의 가스 주입 홀로부터 소정의 거리를 두고 좌/우로 쿨링워터(cooling water)가 플로우(flow)되는 쿨링워터 인/아웃(In/Out) 포트(321,323)와 상기 쿨링워터 인/아웃 포트(321,322)에 연결된 쿨링라인(323)을 구비하는 쿨링결합체(320)가 결합되고, 상기 샤워헤드 바디(210)와 상기 쿨링결합체(320) 사이에 중간 플레이트(310)가 삽입되며, 상기 쿨링결합체(320)를 고정시키는 결합 플레이트(330)가 결합되는 구조물이다.
도 3과 같은 구조물을 장착하고 "ㄱ" 부분(351,352)을 용접 처리하도록 한다. 따라서, 샤워헤드로 공급되는 쿨링워터는 샤워헤드 바디(210)의 상판 윗 부분에 플로우되면서 샤워헤드의 온도를 공정에 맞게 유지하도록 한다.
따라서, 본 고안에 의한 샤워헤드는 프로세스가 하부의 가스 분사 홀(240)을 통해 골고루 분사될 수 있도록 배플(230)을 가지고 있는 부분과 샤워헤드의 온도를 낮추기 위한 쿨링워터가 플로우되는 부분이 겹쳐져 있는 2중 구조가 되는 것이다.
도 4는 본 고안에 의한 쿨링 수단을 구비하는 샤워헤드의 분리 단면도를 도시한 것이다.
종래의 샤워헤드 구조에서 샤워헤드 넥(220)과 바디(210)의 상판에 중간 플레이트(310)가 장착되고, 상기 중간 플레이트(310) 위에 쿨링워터 인/아웃 포트(321.322)와 쿨링라인(323)이 결합된 쿨링 결합체(320)가 장착되고, 상기 샤워헤드 넥(220)과 쿨링워터 인/아웃포트(321,322)를 관통하여 상기 중간 플레이트(310)와 결합되는 결합 플레이트(330)가 장착된다.
도 5는 쿨링라인의 형태를 도시한 것이다.
쿨링라인(323)은 쿨링워터 인/아웃포트(321,322)에 연결되고, 상기 중간 플레이트(310) 위에서 지그재그 형태로 구성되며, 동 재질의 파이프(pipe)형태로 구성된다.
쿨링라인(323)은 쿨링워터 인포트(321)로 유입되어 흐르는 쿨링워터에 의해 상기 중간 플레이트(310)의 열을 식히게 된다. 따라서, 상기 중간 플레이트(310)의 열을 식히게 함으로써 샤워헤드 바디(210)의 열도 식게 되는 것이다.
또한, 쿨링라인(323)을 통한 알에프(RF) 플라즈마 파워의 손실을 최소화하기 위해 쿨링라인(323)을 석영(quartz) 또는 세라믹(ceramic)으로 감싸는 구조로 하여 알에프(RF) 플라즈마 파워로부터 차폐시킬 수 있도록 한다.
도 6은 본 고안에 의한 샤워헤드를 구비하는 챔버의 구조를 도시한 것이다.
쿨링수단이 구비된 샤워헤드(300)들을 장착하고, 쿨링 워터를 공급받아 쿨링워터 공급라인(621)을 통해 상기 샤워헤드(300)들로 분기되고, 상기 복수의 샤워헤드(300)의 열을 식힌 물은 배출라인(623)을 통해 배출되는 구조로 구성된다.
그리고, 쿨링워터의 공급량을 조절하는 쿨링워터 인/아웃 밸브(610)를 구비하여 샤워헤드의 온도에 따라 상기 쿨링워터 인/아웃 밸브(610)를 조절할 수 있다.
또한, 상기 샤워헤드의 온도를 검출하는 검출수단(도면에 도시되지 않음)과 상기 샤워헤드가 적정한 온도를 유지하도록 상기 쿨링워터 인/아웃 밸브(610)를 자동으로 조절하기 위한 제어부(도면에 도시되지 않음)가 별도로 구비될 수 있다.
이상으로, 본 고안은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 고안의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 실용신안등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 고안에 의하면, 쿨링 라인을 이용하여 샤워헤드의 온도상승을 억제함으로써 프로세스 온도를 일정하게 유지시키는 효과가 있다.
또한, 일정한 프로세스 온도를 유지시킴으로써 증착되는 필름 두께 상승을 억제할 수 있어 이에 따른 공정불량을 방지할 수 있다.
또한, 알에프(RF) 플라즈마 클리닝의 횟수를 줄임으로써 생산성이 증가하는 효과가 있다.
도 1a는 종래의 샤워헤드가 장착된 챔버의 단면도를 도시한 것이고, 도 1b는 평면도를 도시한 것이다.
도 2는 종래의 반응가스를 분사하는 샤워헤드의 구조를 도시한 것이다.
도 3은 본 고안에 의한 쿨링 수단을 구비하는 샤워헤드의 일실시예를 도시한 것이다.
도 4는 본 고안에 의한 쿨링 수단을 구비하는 샤워헤드의 분리 단면도를 도시한 것이다.
도 5는 쿨링라인의 형태를 도시한 것이다.
도 6은 본 고안에 의한 샤워헤드를 구비하는 챔버의 구조를 도시한 것이다.

Claims (4)

  1. 샤워헤드 넥을 통해 가스를 주입하기 위한 가스 주입 홀과 샤워헤드 바디를 통해 가스를 분사하는 가스분사 홀과 상기 가스분사 홀을 통해 골고루 분사될 수 있도록 하는 배플을 구비하는 샤워헤드에 있어서,
    상기 샤워헤드 넥의 가스 주입 홀로부터 소정의 거리를 두고 좌/우로 쿨링워터가 플로우되는 쿨링워터 인/아웃 포트와 상기 쿨링워터 인/아웃 포트에 연결된 쿨링라인을 구비하는 쿨링결합체;
    상기 샤워헤드 바디와 상기 쿨링결합체 사이에 삽입되는 중간 플레이트; 및
    상기 샤워헤드 넥과 상기 쿨링워터 인/아웃 포트를 관통시키는 관통공을 구비하고, 상기 쿨링결합체를 고정시키는 결합 플레이트;를 포함함을 특징으로 하는 쿨링수단이 구비되는 샤워헤드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 쿨링라인은
    상기 샤워헤드 바디 상부에서 지그재그 형태로 이루어지며, 동 재질의 파이프(pipe)로 구성됨을 특징으로 하는 쿨링수단이 구비되는 샤워헤드.
  3. 제2항에 있어서, 상기 쿨링라인은
    알에프(RF) 플라즈마 파워의 손실을 최소화하기 위해 석영(quartz) 또는 세라믹(ceramic)으로 상기 동 재질의 파이프를 감싸는 구조임을 특징으로 하는 쿨링수단이 구비되는 샤워헤드.
  4. 반응가스를 분사하는 샤워헤드를 이용하여 기판에 필름을 증착시키는 챔버에 있어서,
    샤워헤드 넥의 가스 주입 홀로부터 소정의 거리를 두고 좌/우로 쿨링워터가 플로우되는 쿨링워터 인/아웃 포트와 상기 쿨링워터 인/아웃 포트에 연결된 쿨링라인을 구비하는 쿨링수단이 장착되는 샤워헤드;
    상기 쿨링수단에 쿨링워터를 공급하는 쿨링워터 공급라인;
    상기 샤워헤드의 열을 식힌 물은 배출하는 배출라인;
    상기 쿨링워터의 공급량을 조절하는 쿨링워터 인/아웃 밸브;
    상기 샤워헤드의 온도를 검출하는 검출수단; 및
    상기 검출수단에 의해 검출된 온도를 통해 상기 샤워헤드가 적정한 온도를 유지하도록 상기 쿨링워터 인/아웃 밸브를 조절하는 제어부;를 포함함을 특징으로 하는 쿨링수단이 구비되는 샤워헤드를 이용하는 챔버.
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