KR20060004505A

KR20060004505A - 기판 제조장비의 샤워헤드

Info

Publication number: KR20060004505A
Application number: KR1020040053641A
Authority: KR
Inventors: 강호철
Original assignee: 주성엔지니어링(주)
Priority date: 2004-07-09
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2006-01-12
Also published as: TWI379019B; US8236134B2; CN1719965A; US20060005926A1; CN101888736A; KR101063737B1; CN101888736B; TW200617208A; CN1719965B

Abstract

본 발명은 상하를 관통하는 다수의 분사홀을 가지는 판 형상의 몸체와 상기 몸체 측벽의 무게중심선 이하에서 측방으로 연장되며, 상기 몸체보다 얇은 두께를 가지는 고정단을 포함하는 샤웨헤드를 제공한다.

본 발명에 따르면, 고온 플라즈마나 서셉터에 내장된 히터로부터의 열전달에 의해 샤워헤드가 열팽창할 때 일어나는 열적 변형을 방지할 수 있고, 이에 따른 공정의 불균일 현상을 완화시킬 수 있게 된다.

샤워헤드, 고정단, 열팽창, 무게중심

Description

기판 제조장비의 샤워헤드{Showerhead for substrate manufacturing apparatus}

도 1은 일반적인 플라즈마 공정장비의 구성단면도

도 2는 종래 샤워헤드의 단면도

도 3은 종래 샤워헤드 내부 응력을 개략적으로 도시한 단면도

도 4는 종래 샤워헤드의 팽창후 단면도

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 샤워헤드의 단면도

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 샤워헤드의 내부 응력을 개략적으로 도시한 단면도

도 7 및 도 8은 고정단의 다른 예를 도시한 단면도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100 : 공정장비 110 : 챔버

120 : 서셉터 130 : 배기구

140, 200 : 샤워헤드 142 : 분사홀

144, 210 : 샤워헤드 몸체 146, 220 : 고정단

146a, 220a : 제1 수평부 146b, 220b : 수직부

146c, 220c : 제2 수평부 150 : 백킹 플레이트

160 : RF전극 170 : 가스유입관

180 : 버퍼공간 190 : 결합볼트

본 발명은 액정표시소자나 반도체소자를 제조하는 공정장비의 샤워헤드에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 샤워헤드를 공정챔버의 상부 내측이나 공정챔버의 측면에 고정시키기 위해 측면에 형성되는 고정단을 갖는 샤워헤드에 관한 것이다.

도 1은 플라즈마를 이용하여 액정표시소자를 제조하는 공정장비로서 LCD기판을 처리하는 플라즈마 공정장비(100)의 개략적인 단면을 예시한 것으로서, 일정한 반응공간을 형성하는 챔버(110)의 내부에 기판(S)을 안치하는 서셉터(120)가 위치하고, 서셉터(120)의 상부에는 다수의 분사홀(142)이 균일하게 형성되어 있는 샤워헤드(140)가 위치하고 있다.

샤워헤드(140)의 상부에는 백킹 플레이트(backing plate, 150)가 위치하는데, 샤워헤드(140)는 그 가장자리가 백킹 플레이트(150)의 하부에 고정되며, 샤워헤드(140)와 백킹 플레이트(150)의 사이에는 버퍼공간(180)이 형성된다.

버퍼공간(180)은 외부의 가스탱크(미도시)로부터 가스유입관(170)을 통해 유입된 공정가스를 일차 확산시키는 공간으로서, 공정가스의 균일한 분사를 위하여 필요한 공간이다.

또한, 백킹 플레이트(150)의 중앙에는 RF전력을 공급하는 RF전원(160)이 연결된다.

서셉터(120)는 공정에 따라 미도시된 구동장치에 의하여 상하로 구동할 수 있고, 내부에는 기판(S)을 예열 또는 가열하기 위한 히터(미도시)가 내장된다.

한편, 서셉터(120)는 통상 접지되며, RF전원(160)이 인가되는 백킹 플레이트(150)에 전기적으로 연결되는 샤워헤드(140)에 대한 대향전극의 역할을 하게 된다.

서셉터(120) 하부의 챔버 저면에는 배기가스를 배출하기 위한 배기구(130)가 형성되는데, 배기구의 끝단은 터보분자펌프 등과 같은 진공펌프에 연결된다.

이와 같은 구성을 가지는 플라즈마 공정장비(100)에서 공정이 진행되는 순서를 간략하게 살펴보면 다음과 같다.

먼저 측벽의 미도시된 슬롯밸브를 통하여 로봇암이 챔버(110) 내부로 진입하여 서셉터(120) 위에 기판(S)을 안치하고, 로봇암이 챔버(110)로부터 빠져나가면 슬롯밸브를 닫고 서셉터(120)를 공정위치까지 상승시킨다.

이후에 가스유입관(170)을 통해 유입된 공정가스를 버퍼공간(180)에서 일차 확산시킨 후에 샤워헤드(140)의 분사홀(142)을 통해 기판(S)의 상부로 분사하고, RF전원(160)을 통해 RF전력을 백킹 플레이트(150)에 인가하면, 백킹 플레이트(150)의 표면을 따라 전달된 RF전력이 샤워헤드(140)와 서셉터(120) 사이에서 공정가스를 해리시켜 강력한 산화력을 가지는 플라즈마 활성종으로 여기시킨다.

이렇게 여기된 활성종이 기판(S)에 입사하여 증착 또는 에칭 등의 공정을 수행하게 되며, 이때 활성종의 입사 에너지를 제어하기 위하여 서셉터(120)에도 별도의 RF전원을 연결하기도 한다.

공정을 마친 후에는 서셉터(120)를 하강시키고, 측벽의 슬롯밸브를 통해 로봇암이 진입하여 기판(S)을 반출함으로써, 한 사이클의 공정이 완료된다.

한편 샤워헤드(140)는 통상 알루미늄 재질의 원판이나 사각판으로 이루어지며, 분사홀(142)은 공정가스의 확산을 위하여 상협 하광의 나팔 형상을 가지기도 한다.

샤워헤드(140)는 측면에서 연장된 고정단(146)에 의해서 지지되며, 상기 고정단은 고정볼트(190)를 이용하여 백킹 플레이트(150)와 결합한다.

도 2의 단면도를 참고로 하여 샤워헤드(140)의 형상을 보다 상세히 설명하면, 샤워헤드(140)는 다수의 분사홀(142)을 가지는 사각판형의 몸체(144)와, 몸체(144) 측벽의 상부에서 측방으로 돌출되는 고정단(146)으로 이루어진다.

고정단(146)은 다시 제1 수평부(146a)와, 상기 제1 수평부(146a)의 상부에 위치하며 고정볼트(192)를 이용하여 백킹 플레이트(150)에 연결되는 제2 수평부 (146c)와, 상기 제1 수평부(146a)와 제2 수평부(146c)를 연결하는 수직부(146b)로 구성된다.

도시된 고정단(146)은 일 측면에서 바라본 단면만을 도시한 것이므로, 고정단(146)의 실제 형상은 샤워헤드(140)의 네 측면으로부터 돌출되며 중간에서 두 번 절곡되는 얇은 판형상을 가진다.

그런데 이와 같은 구성의 샤워헤드(140)는 도 3에 도시된 바와 같이 자체 하중과 열적 변형으로 인해 중심부분에서 아래방향으로 처짐 현상이 나타나는 문제점이 있다.

열적 변형은 고온 플라즈마와 서셉터(120)에 내장된 히터로부터의 열전달로 인한 열팽창 때문에 발생하는데, 열팽창은 두께방향(상하방향)보다 수평방향의 열팽창이 더 크게 된다.

고온 플라즈마나 서셉터(120)에 내장된 히터와 같은 열원은 샤워헤드(140)의 하부에 위치하므로, 도 2에 도시된 바와 같이 샤워헤드의 무게중심(C)을 지나는 무게중심선(A-A)을 기준으로 살펴보면 무게중심선 하부의 샤워헤드가 상부보다 측방으로 더 팽창하게 되고, 이로 인하여 하부(서셉터 방향)로의 굽힘 모멘트가 발생하게 되는 것이다.

특히, 도2와 같이 샤워헤드(140)가 측면에서 돌출된 고정단(146)에 의해서 고정되는 경우에는 수평방향의 열팽창이 발생할 때, 고정단(146)이 위치한 부분에서는 열적 변형이 제한되기 때문에 고정단(146)이 위치하지 않은 측면의 부분에서는 열적 변형이 일어나서 샤워헤드(140)의 중심부가 하부로 처지는 굽힘 현상이 발 생한다.

샤워헤드(140)의 중심부가 하부로 처지는 굽힘현상이 발생하는 경우에는 샤워헤드(140)와 서셉터(120) 간의 간격이 중심부에서 가깝고 주변부에서는 멀어지게 되므로, 분사된 공정가스의 분포밀도가 불균일해지며 결과적으로 공정 균일도가 저하되는 요인이 되고 있다.

최근에는 이와 같은 변형을 줄이기 위하여 고정단(146)이 수평방향의 열팽창을 수용할 수 있도록 제작하여, 도 4에 도시된 바와 같이 샤워헤드(140)가 수평방향으로 열팽창하면 고정단(146)의 수직부(146b)가 외측으로 밀리면서 팽창력을 일부 수용하도록 하여 열팽창으로 인한 샤워헤드 몸체의 굽힘 현상을 방지하거나 최소화하는 방안이 제안되기도 하였다.

그런데 이와같은 고정단(146)은 샤워헤드의 몸체(144)가 수평방향으로 열팽창하는데 대한 완충수단의 역할을 하는 것일 뿐이다.

즉, 종래 고정단(146)은 몸체(144)의 측벽에서 무게중심선(A-A)을 기준으로 상부에 연결되기 때문에, 몸체의 온도가 상승함에 따라 몸체(144)의 무게중심선 하부에서 발생하는 열팽창을 억제할 만한 수단이 없다. 또한, 샤워헤드의 치수가 커지는 경우에는 이러한 열팽창에 의한 치수의 증가를 모두 수용하는 데는 한계가 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 열적 변형에 의하여 샤 워헤드가 하부로 처지는 현상을 효과적으로 방지할 수 있는 방안을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 상하를 관통하는 다수의 분사홀을 가지는 판 형상의 몸체와 상기 몸체 측벽의 무게중심선 이하에서 측방으로 연장되며, 상기 몸체보다 얇은 두께를 가지는 고정단을 포함하는 샤웨헤드를 제공한다.

상기 고정단은 상기 몸체의 측방으로 돌출되는 제1 수평부와, 상기 제1 수평부의 상부에 위치하는 제2 수평부와, 상기 제1 수평부와 제2 수평부를 연결하는 수직부로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 제1 수평부는 두께가 더 얇은 제 3 수평부를 포함할 수 있다.

상기 제1 수평부와 상기 수직부 사이의 각도 및 상기 수직부와 상기 제2 수평부 사이의 각도는 일정한 것이 바람직하다.

상기 고정단과 몸체는 일체로 형성되는 것이 바람직하며, 알루미늄 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 보다 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 샤워헤드(200)의 단면을 도시한 것으로서, 다수의 분사홀(202)을 가지는 몸체(210)와, 상기 몸체(210)의 하면과 상면과 사이의 측면에서 측방으로 돌출되어 연장되며, 그 중심이 상기 몸체(210)의 하면에서부터 상기 몸체의 무게중심선(A-A)보다 낮게 위치하는 고정단(220)을 포함하여 구성된다.

고정단(220)은 몸체(210)의 측벽에서 연장되는 제1 수평부(220a), 제1 수평부(220a)의 상부에 위치하는 제2 수평부(220c), 제1 수평부(220a)와 제2 수평부(220c)를 연결하는 수직부(220b)로 이루어진다. 제 1 수평부(220a)는 제 2 수평부(220c)보다 더 두꺼울 수 있다.

도 5에 도시된 고정단(220)의 형상은 단면을 나타낸 것이고, 샤워헤드 몸체(210)의 네 방향 가장자리로부터 돌출되고 중간에서 2번 절곡되는 얇은 판형으로 이루어지는 것이 바람직하다.

특히 상기 고정단(220)이 샤워헤드 몸체(210)의 무게중심선(A-A) 이하에서 측면에 연결되는 것은 샤워헤드 몸체(210)가 수평방향으로 열팽창함에 따라 발생하는 열변형을 무게중심 이하 부분에서는 국부적으로 제한하여 샤워헤드(140)의 중심부가 하부로 처지는 것을 방지하기 위한 것이다.

즉 몸체(210)의 무게중심선(A-A)을 기준으로 살펴보면, 도 6에서 하부의 열응력에 의한 열팽창은 열원에서 가까운 샤워헤드 하부의 열팽창이 상부보다 크게 나타나는데, 몸체의 측면에서 무게중심선 아래의 부분에 고정단(220)을 연결하게 되면, 하부의 열팽창은 고정단(220)에 의해 억제되고, 무게중심선 상부에서는 열팽창이 계속되므로, 오히려 상부로의 굽힘 모멘트가 발생하게 된다.

고정단(220)이 탄성을 가지게 되면, 열응력을 흡수할 수는 있으나 상부로의 굽힘 모멘트는 감소될 수밖에 없으므로, 고정단(220)은 탄성이 없도록 제작되는 것이 바람직하다. 따라서 제1 수평부(220a)와 수직부(220b)가 이루는 각도 및 수직부(220b)와 제2 수평부(220c)가 이루는 각도가 일정하게 유지되는 것이 바람직하다.

고정단(146)이 샤워헤드 몸체(144)의 무게중심선(A-A) 위에 연결되는 종래 방식의 경우에는, 샤워헤드 몸체(144)의 수평방향으로의 열팽창력을 고정단(146)의 수축 내지 변형을 이용하여 수용함으로써 하부로의 굽힘 모멘트를 완화시키는데 반하여, 본 발명은 샤워헤드 몸체(210)의 열팽창을 상부로의 굽힘 모멘트로 적극적으로 전환시키기 위한 것이라는 점에서 차이가 있다.

한편 본 발명은 샤워헤드 몸체(210)의 측면에 연결되는 고정단(220)의 제1 수평부(220a)를 샤워헤드 몸체(210)의 무게중심선 이하에 연결한다는 점에 특징이 있는 것이므로, 도 7과 같이 제1 수평부(220a)를 샤워헤드 몸체(210)의 무게중심선 이하의 두께와 동일하게 형성할 수도 있고, 도 8과 같이 제1 수평부(220a)와 샤워헤드 몸체(210)의 측벽사이에 제3 수평부(220d)를 개재시킬 수도 있다.

한편, 상기 고정단과 몸체는 일체로 형성되는 것이 바람직하며, 또한 알루미늄 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니어서 당업자에 의해 다양하게 수정 내지 변형될 수 있는 것이며, 이러 한 수정 내지 변형도 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 하는 한 본 발명의 권리범위에 속하게 됨은 당연하다 할 것이다.

Claims

상하를 관통하는 다수의 분사홀을 가지는 판 형상의 몸체와

상기 몸체 측벽의 무게중심선 이하에서 측방으로 연장되며, 상기 몸체보다 얇은 두께를 가지는 고정단

을 포함하는 샤웨헤드
제1항에 있어서,

상기 고정단은 상기 몸체의 측방으로 돌출되는 제1 수평부와, 상기 제1 수평부의 상부에 위치하는 제2 수평부와, 상기 제1 수평부와 제2 수평부를 연결하는 수직부로 이루어지는 샤워헤드
제2항에 있어서,

상기 제1 수평부는 두께가 더 얇은 제 3 수평부를 포함하는 샤워헤드
제2항에 있어서,

상기 제1 수평부와 상기 수직부 사이의 각도 및 상기 수직부와 상기 제2 수 평부 사이의 각도는 일정한 샤워헤드
제1항에 있어서,

상기 고정단과 몸체는 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 샤워헤드
제1항에 있어서,

상기 고정단과 몸체는 알루미늄 재질로 이루어지는 샤워헤드