KR20120057238A

KR20120057238A - 가변형 샤워 헤드

Info

Publication number: KR20120057238A
Application number: KR1020100118888A
Authority: KR
Inventors: 최낙구
Original assignee: 주식회사 테스
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2010-11-26
Publication date: 2012-06-05
Also published as: KR101212941B1

Abstract

본 발명은 기판처리장치의 가변형 샤워헤드에 관한 것으로서, 가스관통홀을 가지는 가스박스에 고정연결되어 샤워헤드를 지지하는 샤워헤드 지지부와, 공정 가스가 통과하여 분사되는 분사공을 구비하며 외주면이 상기 샤워헤드 지지부의 하부에 결합하고 중앙부가 승강가능하도록 플렉서블한 재질로 형성되는 샤워헤드 플레이트와, 상기 샤워헤드플레이트의 중앙부에 연결되어 상기 샤워헤드 플레이트의 중앙부를 상방 또는 하방으로 승강시키는 승강부를 포함하며, 상기 샤워헤드 플레이트는 분사공을 구비한 플렉서블 상판과, 상기 플렉서블 상판의 하측에 위치하며 분사공을 구비한 플렉서블 하판을 포함하고, 상기 플렉서블 상판과 상기 플렉서블 하판 사이에 배치되어 공정가스를 확산 촉진시키는 볼을 더 포함한다. 이로써, 플렉서블한 샤워헤드 플레이트를 이용하고 승강부를 통해 샤워헤드 플레이트의 중앙부를 상방 또는 하방으로 오목하게 형성되도록 조절하여 샤워헤드 플레이트와 히터블럭과의 사이에 형성되는 플라즈마의 형성을 조절할 수 있고, 이로써 웨이퍼의 전면에서의 공정 균일도를 향상시킬 수 있고, 플렉서블 상판과 플렉서블 하판의 중앙부분이 처지는 것을 방지하고, 샤워헤드에 가해지는 하중을 분산시킬 수 있고, 볼을 구비하여 공정가스의 확산을 촉진시키며, 중공형 볼 또는 알루미늄 등의 재질을 사용하는 볼을 이용함으로써 플렉서블 하판에 가해지는 하중을 줄일 수 있다.

Description

가변형 샤워 헤드{Flexible shower head}

본 발명은 기판처리장치의 가변형 샤워헤드에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 샤워헤드를 가변형으로 설치하여 샤워헤드와 히터블럭 사이에 생성되는 플라즈마를 조절할 수 있는 가변형 샤워헤드에 관한 것이다.

일반적으로, 화학기상증착 방법은 박막을 형성시키기 위해서 화학 반응이 발생되는 조건 즉, 압력과 온도와 주입되는 에너지에 따라 크게 대기압에서 화학기상증착이 이루어지는 AP CVD(Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition)와 저압에서 화학기상증착이 이루어지는 LP CVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 및 저압상태에서 플라즈마에 의해 화학기상증착이 이루어지는 PE CVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 등으로 나누어진다.

도 1은 종래의 PE-CVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 공정에 사용되는 기판처리장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1을 참조하여 설명하면, 종래의 기판처리장치(100)는 반응 챔버(미도시)와, 반응 챔버 상부에 배치되어 고주파 전원으로부터 공급되는 고주파 전력(미도시)을 이용하여 반응 챔버 내에 고주파를 발생하는 플라즈마 전극(300)과, 플라즈마 전극(300)의 하부에 배치되어 반응 가스를 분사하는 샤워 헤드(200) 및 웨이퍼(미도시)가 안착하는 히터(400)를 포함한다.

도 1에 나타낸 바와 같은 종래의 기판처리장치에 있어서는, 샤워헤드를 경질의 알루미늄 등을 이용하여 구성하고 있고, 이 때문에 공정상 맵(map)을 변화하기 위해서는 샤워헤드를 조정하여야 할 경우에는 샤워헤드 자체를 다시 가공하여 설치하고 재가공한 샤워헤드를 기판처리장치에 장착하여야 한다고 하는 불편함이 있었다. 특히, 알루미늄 나이트라이드로 형성된 샤워헤드의 경우 매우 고가이기에 공정조건에 맞추어 샤워헤드를 다시 재작하거나 교체하는데 시간과 비용이 많이 소요되는 문제가 있다.

즉, PE-CVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)의 특성상 공정중 히터(Heater)의 온도가 높은 상태를 유지하고 있기 때문에, 샤워헤드의 교체시 히터의 온도를 다운(Down)시킨 후 샤워헤드 및 히터를 교체하고 다시 공정을 진행시키기 위해 히터의 온도를 업(Up)하는데 많은 시간이 소요되는 문제가 있다.

또한, 종래의 기판처리장치로서 일정한 두께의 판 부재에 동일 직경의 분사 홀들이 동일 간격을 유지하며 규칙적으로 배열된 배플 플레이트를 이용하여 증착 공정을 수행할 경우, 도 2 또는 도 3에 도시된 바와 같이, 기판의 에지부와 비교하여 중심부에서 상대적으로 큰 증착율을 보이거나, 이와 반대로 기판의 중심부와 비교하여 에지부에서 상대적으로 큰 증착율을 보인다. 이와 같이 증착 공정이 기판의 영역별로 불균일하게 수행되면, 이어지는 후속 공정에서 증착율의 불균일 산포에 따른 여러 가지 공정 불량이 야기되는 문제점이 있다.

이에, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 샤워헤드의 형상을 변형하여 히터의 온도가 공정온도 상태에 있으면서도 플라즈마의 밀도와 균일도를 용이하게 조절할 수 있는 가변형 샤워헤드를 제공하는데 있다.

상기 목적은 본 발명에 따라, 반응공간을 형성하는 챔버내에 설치되는 기판처리장치의 샤워헤드에 있어서, 가스관통홀을 가지는 가스박스에 고정연결되어 샤워헤드를 지지하는 샤워헤드 지지부와, 공정 가스가 통과하여 분사되는 분사공을 구비하며 외주면이 상기 샤워헤드 지지부의 하부에 결합하고 중앙부가 승강가능하도록 플렉서블한 재질로 형성되는 샤워헤드 플레이트와, 상기 샤워헤드플레이트의 중앙부에 연결되어 상기 샤워헤드 플레이트의 중앙부를 상방 또는 하방으로 승강시키는 승강부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 샤워헤드에 의하여 달성된다.

여기서, 상기 샤워헤드 플레이트는 분사공을 구비한 플렉서블 상판과, 상기 플렉서블 상판의 하측에 위치하며 분사공을 구비한 플렉서블 하판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 플렉서블 상판과 상기 플렉서블 하판 사이에 배치되어 공정가스를 확산 촉진시키는 볼을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 가변형 샤워헤드는 상기 승강부의 승강 변위를 측정하는 게이지를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 샤워헤드 지지부는 상기 플렉서블 상판이 상기 샤워헤드 지지부에 삽입된 상태에서 상기 플렉서블 상판이 상측으로 이동하는 것을 저지 및 지지하는 지지턱을 포함하며, 상기 플렉서블 하판은 상기 플렉서블 상판을 고정하는 고정돌기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 가변형 샤워헤드에 의하면, 플렉서블한 샤워헤드 플레이트를 이용하고 승강부를 통해 샤워헤드 플레이트의 중앙부를 상방 또는 하방으로 오목하게 형성되도록 조절하여 샤워헤드 플레이트와 히터블럭과의 사이에 형성되는 플라즈마의 형성을 조절할 수 있고, 이로써 웨이퍼의 전면에서의 공정 균일도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 가변형 샤워헤드의 승강부는 플렉서블 상판과 플렉서블 하판과 결합함으로써, 플렉서블 상판과 플렉서블 하판의 중앙부분이 처지는 것을 방지하고, 샤워헤드에 가해지는 하중을 분산시킬 수 있다.

또한, 가변형 샤워헤드의 플렉서블 상판과 플렉서블 하판 사이에 볼을 구비하여 공정가스의 확산을 촉진시키며, 중공형 볼 또는 알루미늄 등의 재질을 사용하는 볼을 이용함으로써 플렉서블 하판에 가해지는 하중을 줄일 수 있다.

도 1은 종래의 기판처리장치를 나타낸 단면도이고,
도 2 및 도 3은 종래의 기판상의 증착율을 보여주는 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 가변형 샤워헤드를 나타낸 단면도이고,
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 가변형 샤워헤드의 동작을 나타낸 단면도이고,
도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 가변형 샤워헤드의 게이지, 연결부 및 가스분배판의 모서리를 확대하여 나타낸 확대도이고,
도 10은 본 발명에 따른 가변형 샤워헤드의 플레서블 하판에 볼이 안착한 상태를 나타낸 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 가변형 샤워헤드를 실시예로써 상세하게 설명한다. 여기서, 본 발명에 따른 실시예들을 설명하는데 있어, 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호를 사용하며, 필요에 따라 그 설명은 생략할 수 있다.

도 1은 종래의 기판처리장치를 나타낸 단면도이고, 도 2 및 도 3은 종래의 기판상의 증착율을 보여주는 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 가변형 샤워헤드를 나타낸 단면도이고, 도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 가변형 샤워헤드의 동작을 나타낸 단면도이고, 도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 가변형 샤워헤드의 게이지, 연결부 및 샤워헤드 플레이트의 모서리를 확대하여 나타낸 확대도이고, 도 10은 본 발명에 따른 가변형 샤워헤드의 플레서블 하판에 볼이 안착한 상태를 나타낸 도면이다.

도 4 내지 도 6을 참조하여 살펴보면, 본 발명에 따른 기판처리장치의 가변형 샤워헤드(1)는 샤워헤드 지지부(10), 샤워헤드 플레이트(20), 승강부(40)를 포함한다.

샤워헤드 지지부(10)는 원통형 형상으로 형성되어 있고, 일측에 개구를 형성하여 샤워헤드 플레이트(20)을 결합한다. 여기서, 샤워헤드 지지부(10)의 원통형의 형상은 일 예이며, 이외에도 기판처리장치의 공정에 따라 다양한 형상을 갖출 수 있다.

샤워헤드 플레이트(20)는 상기 기판처리장치의 상부에 형성되는 가스박스의 하부측에 설치되며, 상기 샤워헤드 플레이트의 외주면은 상기 샤워헤드 지지부(10)의 하부에 결합된다.

도 4 내지 도 6 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 샤워헤드 플레이트(20)는 샤워헤드 지지부(10)가 원통형 형상으로 형성됨에 따라 샤워헤드 지지부(10)의 하부에 결합하기 위하여 샤워헤드 플레이트(20)도 원판의 형상으로 형성된다. 또한, 상기 샤워헤드 플레이트(20)는 공정 가스가 통과하여 분사되도록 복수의 분사공(23)을 구비한다.

상기 샤워헤드 플레이트(20)은 금속재질의 얇은 판 형상으로 형성되어, 일정한 힘을 가할 경우 플렉서블(flexible)하게 변형이 가능하도록 구성된다. 여기서, 플렉서블한 샤워헤드 플레이트(20)의 경우 기판처리장치의 공정 조건에 따라 철이나 합금, 알루미늄 등 다양한 재료로 형성할 수 있다.

상기 샤워헤드 플레이트(20)는 서로 대향하여 배치되는 한 쌍의 플렉서블 상판(21)과 플렉서블 하판(22)을 포함한다. 상기 플렉서블 하판(22)은 플렉서블 상판(21)의 하측에 위치하며, 플렉서블 상판(21) 및 플렉서블 하판(22)은 각각 복수의 분사공(23)을 구비한다. 상기 샤워헤드 플레이트(20)는 각각 복수의 분사공(23)을 구비한 플렉서블 상판(21) 및 플렉서블 하판(22)으로 구성되기 때문에, 플렉서블 상판(21)의 분사공(23)을 통과한 공정 가스는 다시 플렉서블 하판(22)의 분사공(23)을 통해 분사되며, 이로 인하여 공정 가스를 확산을 촉진시키게 된다.

또한, 플렉서블 상판(21)을 샤워헤드 지지부(10)에 용이하게 결합하기 위하여 샤워헤드 지지부(10)의 하부에 지지턱(11)을 구비할 수 있다. 지지턱(11)은 플렉서블 상판(21)이 샤워헤드 지지부(10)에 삽입된 상태에서 상측으로 이동하는 것을 저지 및 지지하게 된다. 그리고, 플렉서블 상판(21)의 하부에 결합하는 플렉서블 하판(22)의 테두리에 수직으로 돌출된 고정돌기(24)를 형성함으로써, 도 9에 도시된 바와 같이 플렉서블 상판(21)을 고정하게 된다.

본 발명에 따른 가변형 샤워헤드(1)는 플렉서블 상판(21)과 플렉서블 하판(22) 사이에 공정가스를 확산촉진시키는 볼(30)을 더 포함할 수 있다. 상기 플렉서블 상판(21)과 플렉서블 하판(22) 사이에 배치되는 복수의 볼(30)은 인접한 볼과 점접촉을 할 뿐만 아니라, 상기 플렉서블 상판 및 상기 플렉서블 하판과도 점접촉을 하게 되므로, 플렉서블 상판(21)의 분사공(23)을 통과한 공정 가스는 상기 복수의 볼에 맞닿아 확산이 용이하고, 또한, 상기 복수의 볼(30)과 볼(30)의 간극을 통해 흘러갈 수 있으므로 보다 원활한 공정가스의 유동경로를 형성할 수 있다.

본 발명에 따른 가변형 샤워헤드(1)에서 볼(30)을 더 포함하는 경우 플렉서블 상판(21)과 플렉서블 하판(22)의 휨 변형을 용이하게 하기 위하여 볼(30) 형상을 선택하였다. 그러나 반드시 볼(30) 형상을 취해야 하는 것은 아니며, 볼(30)은 다각형의 형상으로 형성될 수 있다. 또한 상기 볼(30)은 중공형 볼(30) 또는 알루미늄 등의 재질을 사용하는 볼을 이용함으로써, 플렉서블 하판(22)에 가해지는 하중을 줄일 수 있다.

도 10에 도시된 바와 같이, 볼(30)과 볼(30)사이를 통과한 공정가스는 플렉서블 하판(22)의 분사공(23)을 통하여 분사된다.

도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 승강부(40)의 승강에 의하여 플렉서블 상판(21)과 플렉서블 하판(22)의 중앙부를 상부측 또는 하부측으로 끌어당기거나 밀어내려 상기 샤워헤드 플레이트의 중앙부의 높이를 조절하여 히터블럭과 상기 샤워헤드 플레이트 사이에 생성되는 플라즈마를 조절할 수 있다.

도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 승강부(40)의 일측은 플렉서블 상판(21)을 관통하여 결합되며, 플렉서블 상판(21)을 관통하여 결합한 승강부(40)의 일측은 플렉서블 하판(22)과 결합된다. 그리고, 도 8에서 도시된 바와 같이, 승강부(40)는 브라켓 등의 연결부(70)를 이용하여 플렉서블 상판(21) 및 플렉서블 하판(22)에 체결될 수 있다.

상기 승강부(40)의 승강에 따라, 플렉서블 상판(21)과 플렉서블 하판(22) 각각은 플렉서블 상판(21)과 플렉서블 하판(22)의 연결부(70)를 중심으로 상방 또는 하방으로 오목하게 형성된다. 이러한 형상의 변형을 통하여 본 발명에 따른 가변형 샤워헤드(1)는 상기 샤워헤드 플레이트의 중앙부의 높이를 조절하여 히터블럭과의 간격을 조정함으로써 상기 샤워헤드 플레이트 사이에 생성되는 플라즈마를 조절하게 된다.

상기 승강부(40)는 플렉서블 상판(21)과 플렉서블 하판(22)의 중앙부에 결합되어 플렉서블 상판(21)과 플렉서블 하판(22)의 센터가 처지는 것을 방지한다. 그리고, 승강부(40)는 플렉서블 상판(21)과 플렉서블 하판(22)과 결합함으로써, 샤워헤드에 가해지는 플렉서블 상판(21)과 플렉서블 하판(22)의 하중을 분산시킬 수 있다.

상기 플렉서블 상판(21)과 플렉서블 하판(22)의 두께는 반드시 동일할 필요는 없으며, 두께를 달리 구성하여 플렉서블 상판(21)과 플렉서블 하판(22)의 휨 정도가 달라지도록 구성할 수 있고 다양한 두께의 플렉서블 상판(21)과 플렉서블 하판(22)의 조합에 따라 다양하게 플라즈마를 조절할 수 있다.

도 4 및 도 7을 참조하여 살펴보면, 승강부(40)의 타측은 가스박스의 상부를 관통하여 가스박스의 상부면에 결합하며, 승강부(40)의 승강 변위가 1mm 내외인 경우 승강부(40) 및 가스박스에 나사산을 형성하여 렌치로 조절하거나 승강부(40)의 타측 끝단에 볼트 머리의 홈(미도시)을 형성하여 드라이버로 미세하게 조절할 수 있고, 승강부(40)의 승강 변위를 조절하기 위하여 모터 등을 포함하는 제어부(50)를 이용하여 승강부(40)의 승강 및 승강 변위를 제어할 수 있다.

상기 승강부(40)는 봉 형상으로 형성되는 것을 예로 하였으나, 기판처리장치의 공정조건에 따라 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 승강부(40)와 상기 가스박스의 상부면과의 사이에는 벨로우즈(80)를 설치하여 진공(vacuum) 상태의 공간을 형성할 수 있다.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 승강부(40)의 승강 변위를 측정하는 게이지(60)를 더 포함할 수 있다. 상기 승강부의 조정에 따른 상기 샤워헤드 플레이트의 높이조정은 미세하게 이루어지는데, 상기 승강부(40)의 승강 변위가 미세한 경우 승강부(40)의 미세한 승강 변위를 파악하는데 어려움이 있으므로 게이지(60)를 장착하여 승강부(40)의 미세한 승강 변위를 용이하게 감지하고 렌치, 드라이버 및 제어부(50) 등을 통하여 승강 변위를 미세하게 조절할 수 있다.

한편, 상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 가변형 샤워헤드를 보수하거나 변경하고자 할 때에는, 상기 샤워헤드 지지부와 상기 샤워헤드플레이트를 기판처리장치의 챔버로부터 분리한 후, 상기 샤워헤드 지지부와 상기 샤워헤드 플레이트가 결합된 채로 뒤집은 후에, 상기 플렉시블 하판, 상기 볼, 상기 플렉시블 상판, 상기 샤워헤드 지지부의 순서대로 분리하면서 상기 가변형 샤워헤드를 유지 보수할 수 있다.

이로써, 상기 가변형 샤워헤드의 상기 볼의 크기를 조정하거나, 상기 플렉시블 상판 및 하판의 두께를 조정하여야 하는 경우, 상술한 바와 같이 용이하게 분리 및 조정할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 바람직한 실시 예들을 통하여 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시 예들의 내용에 한정되는 것이 아님을 밝혀둔다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 비록 실시 예에 제시되지 않았지만 첨부된 청구항의 기재 범위 내에서 다양한 본 발명에 대한 모조나 개량이 가능하며, 이들 모두 본 발명의 기술적 범위에 속함은 너무나 자명하다 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

1 : 가변형 샤워헤드 10 : 샤워헤드 지지부
11 : 지지턱 20 : 샤워헤드 플레이트
21 : 플렉서블 상판 22 : 플렉서블 하판
23 : 분사공 24 : 고정돌기
30 : 볼 40 : 승강부
50 : 제어부 60 : 게이지
70 : 연결부 80 : 벨로우즈

Claims

반응공간을 형성하는 챔버내에 설치되는 기판처리장치의 샤워헤드에 있어서,
가스관통홀을 가지는 가스박스에 고정연결되어 샤워헤드를 지지하는 샤워헤드 지지부와,
공정 가스가 통과하여 분사되는 분사공을 구비하며 외주면이 상기 샤워헤드 지지부의 하부에 결합하고 중앙부가 승강가능하도록 플렉서블한 재질로 형성되는 샤워헤드 플레이트와,
상기 샤워헤드플레이트의 중앙부에 연결되어 상기 샤워헤드 플레이트의 중앙부를 상방 또는 하방으로 승강시키는 승강부를 구비하는 것을 특징으로 하는 가변형 샤워헤드.
제1항에 있어서,
상기 샤워헤드 플레이트는
복수의 분사공을 구비한 플렉서블 상판과,
상기 플렉서블 상판의 하측에 위치하며 복수의 분사공을 구비한 플렉서블 하판을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 샤워헤드.
제2항에 있어서,
상기 플렉서블 상판과 상기 플렉서블 하판 사이에 배치되어 공정가스를 확산 촉진시키는 볼을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 샤워헤드.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 승강부의 승강 변위를 측정하는 게이지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 샤워헤드.
제4항에 있어서,
상기 샤워헤드 지지부는 상기 플렉서블 상판이 상기 샤워헤드 지지부에 삽입된 상태에서 상기 플렉서블 상판이 상측으로 이동하는 것을 저지 및 지지하는 지지턱을 구비하며,
상기 플렉서블 하판은 상기 플렉서블 상판을 고정하는 고정돌기를 구비하는 것을 특징으로 하는 가변형 샤워헤드.