KR20150047654A - 샤워헤드 장치 - Google Patents

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KR20150047654A
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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Abstract

샤워헤드 장치를 개시한다.
이러한 샤워헤드 장치는, 기판이 처리될 수 있는 공간을 형성하는 챔버케이스와, 상기 챔버케이스 측에 공정가스를 공급하기 위한 가스공급부와, 위치 조절이 가능한 상태로 상기 챔버케이스 내측에 배치되며, 상기 가스공급부로부터 공정가스를 공급받아서 상기 기판에 분사하기 위한 샤워헤드 그리고, 상기 가스공급부와 상기 샤워헤드 사이를 공정가스 공급이 가능하게 연결하는 상태로 배치되며, 상기 샤워헤드의 위치 조절 동작과 대응하여 균일한 관로 분위기를 이루는 상태로 연결 구간이 변화될 수 있도록 형성된 가변관로부를 포함한다.

Description

샤워헤드 장치{A SHOWER HEAD APPARATUS}
본 발명은, 샤워헤드 장치에 관한 것이다.
LCD 기판이나, 반도체 웨이퍼를 제조하는 공정 중에는 증착이나 식각 방식으로 소정의 박막을 형성하거나 제거하는 공정들이 있다.
이러한 공정들은, 대부분 챔버 내부에 공정가스(반응가스)를 공급하여 가스 반응에 의해 증착이나 식각이 이루어지도록 하는 것이며, 챔버 내부로 공정가스를 공급(분사)하는 수단으로 샤워헤드가 사용된다.
상기한 구조의 샤워헤드로는 "공개특허공보 제10-2006-0131303호의 반도체소자 제조설비의 샤워헤드."가 있다.
하지만, 상기 샤워헤드는, 구동수단의 피스톤유닛(126)의 구동에 의해 제3 플레이트(150)가 수평 방향으로 움직일 때 벨로우즈라인(129a, 129b)들의 신축 작용에 의해 가스의 공급이 불균일하게 이루어지는 단점이 있다.
즉, 상기 벨로우즈라인들은 제1 플레이트와 제2 플레이트의 유로들 사이를 신축 가능하게 연통 상태로 연결하는 구조이므로 예를 들어, 벨로우즈라인들이 길이 방향으로 탄력적으로 늘어나는 상태로 제3 플레이트가 움직일 때 상기 벨로우즈라인의 내부 통로가 좁아지는 현상이 발생할 수 있다.
그러므로, 이와 같은 벨로우즈라인들의 연결 구조에 의하면, 제3 플레이트의 이동 상태에 따라 벨로우즈라인들의 내부 통로가 불규칙하게 변화될 수 있으므로 균일하고 안정적인 상태로 가스를 공급할 수 있는 연결 통로 환경을 제공하기에는 한계가 있다.
더욱이, 가스 공급이 불안정하게 이루어지면, 챔버 내부에서 증착이나 식각 작업을 진행할 때 가스의 불안정한 공급에 의해 만족할 만한 작업 품질을 기대하기 어렵고, 과다한 불량 품질이 발생하는 한 요인이 될 수 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,
본 발명의 목적은, 공정가스와 같은 유체의 공급 안정성을 한층 더 높일 수 있는 샤워헤드 장치를 제공하는데 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 실현하기 위하여,
기판이 처리될 수 있는 챔버를 형성하는 챔버케이스;
상기 챔버케이스 측에 공정가스를 공급하기 위한 가스공급부;
위치 조절이 가능한 상태로 상기 챔버케이스 내측에 배치되며, 상기 가스공급부로부터 공정가스를 공급받아서 상기 기판에 분사하기 위한 샤워헤드;
상기 가스공급부와 상기 샤워헤드 사이를 공정가스 공급이 가능하게 연결하는 상태로 배치되며, 상기 샤워헤드의 위치 조절 동작과 대응하여 균일한 관로 분위기를 이루는 상태로 연결 구간이 변화될 수 있도록 형성된 가변관로부;
를 포함하는 샤워헤드 장치를 제공한다.
이와 같은 본 발명은, 가스공급부의 공정가스가 가변관로부를 통해 공급되어 샤워헤드에 의해 분사되는 상태로 기판의 식각이나 증착과 같은 작업을 진행하기 위한 챔버 분위기를 간편하게 형성할 수 있다.
특히, 상기 가변관로부는, 상기 샤워헤드의 위치 조절 동작(상,하 방향)과 대응하여 공정가스가 균일하게 공급될 수 있는 관로 분위기를 이루면서 관로의 연결 구간(길이)이 변화될 수 있는 구조로 제공되므로, 공정가스의 균일하고 안정적인 공급이 가능하여 만족할 만한 작업 안정성 및 작업 품질을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 샤워헤드 장치의 전체 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 샤워헤드 장치의 세부 구조 및 작용을 설명하기 위한 도면들이다.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다.
본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자들이 본 발명의 실시가 가능한 범위 내에서 설명된다.
따라서, 본 발명의 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있는 것이므로 본 발명의 특허청구범위는 아래에서 설명하는 실시 예들로 인하여 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 샤워헤드 장치 전체 구조를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2 내지 도 5는 세부 구조 및 작용을 설명하기 위한 도면들로서, 부호 2는 챔버케이스를 지칭한다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 상기 챔버케이스(2)는, 기판(G) 처리를 위한 챔버(A)를 구비하고 도면에서와 같이 박스 타입으로 형성될 수 있다.
상기 챔버(A) 측에는 캐소드(B)가 배치되어 상기 캐소드(B)의 작동시 공정가스(Q)의 반응으로 기판(G)의 성막이나 식각과 같은 표면 처리 작업을 진행할 수 있도록 형성된다.
즉, 상기 챔버케이스(2)는, 예를 들어, 상기 캐소드(B) 측에 기판(G)이 놓여진 상태로 공정가스(Q)가 공급 분사될 때 상기 캐소드(B)가 통상의 방법으로 소정의 주파수를 갖는 파워를 인가하여 상기 공정가스(Q)의 반응에 의해 상기 챔버(A) 내부가 기판(G) 처리를 위한 플라즈마 분위기를 이루도록 형성될 수 있다.
상기 본 발명의 일실시 예에 따른 샤워헤드 장치는, 가스공급부(4) 및 샤워헤드(6)를 포함한다.
상기 가스공급부(4)와 상기 샤워헤드(6)는, 상기 챔버케이스(2)의 챔버(A) 측에 기판(G)의 표면 처리를 위한 분위기를 형성할 수 있는 상태로 공정가스(Q)의 공급 및 분사가 가능하게 이루어진다.
다시 도 1 내지 도 2를 참조하면, 상기 가스공급부(4)는, 상기 챔버케이스(2) 외측에 배치되고, 상기 샤워헤드(6)는 상기 챔버케이스(2)의 챔버(A) 측에 배치된다.
상기 가스공급부(4)는, 공정가스(A)가 담겨진 저정탱크 타입으로 형성될 수 있으며, 후술하는 가변관로부(8)를 통해 상기 샤워헤드(6) 측에 공정가스(Q)를 공급할 수 있도록 형성된다.
상기 가스공급부(4)는, 요구되는 작업 스펙에 따라 한 가지 이상의 공정가스(Q)를 공급할 수 있도록 형성될 수 있다.
상기 샤워헤드(6)는 상기 가스공급부(4)로부터 공정가스(Q)를 공급받아서 상기 기판(G)을 향하여 분사할 수 있는 상태로 상기 챔버케이스(2)의 챔버(A) 측에 배치된다.
즉, 상기 샤워헤드(6)는 상기 기판(G)과 대응하는 크기를 갖는 판상의 형태로 이루어질 수 있으며, 상기 챔버(A) 측에서 상기 기판(G)과 마주하는 상태로 상기 캐소드(B) 위쪽에 배치될 수 있다.
특히, 상기 샤워헤드(6)는 버퍼부(C)를 구비하여 상기 가스공급부(4)로부터 공정가스(Q)를 공급받을 수 있도록 형성된다.
상기 버퍼부(C)는, 상기 샤워헤드(6) 내측에서 각각 다른 공정가스(Q1, Q2, Q3)를 공급받을 수 있도록 형성되는 복수 개의 버퍼공간을 구비하고, 이 버퍼공간은 예를 들어, 제1 버퍼공간(C1), 제2 버퍼공간(C2) 및 제3 버퍼공간(C3)으로 구성될 수 있다.
즉, 도 2에서와 같이 상기 제1 버퍼공간(C1)은, 기판(G)의 일면 가운데 부분과 대응하는 상태로 형성될 수 있고, 상기 제2 버퍼공간(C2)은, 기판(G)의 일면 가장자리 부분과 대응하는 상태로 형성될 수 있으며, 상기 제3 버퍼공간(C3)은, 모서리 부분과 대응하는 상태로 상기 샤워헤드(6) 내측에 분할 형성될 수 있다.
그리고, 상기 샤워헤드(6) 측에는 상기 버퍼공간(C1, C2, C3)들과 대응하는 분사홀(D)들이 형성되어 공정가스(Q)를 분사할 수 있도록 형성된다.
그러면, 예를 들어, 도 1에서와 같이 상기 챔버(A) 내부에서 기판(G)이 상기 샤워헤드(6)와 마주하는 상태로 배치될 때 상기 제1 버퍼공간(C1) 내지 제3 버퍼공간(C3)을 통해서 상기 기판(G)의 일면 전체와 대응하는 상태로 균일하게 공정가스(Q)를 공급할 수 있다.
상기 샤워헤드(6)는 상기 챔버케이스(2)의 챔버(A) 측에서 상기 기판(G)과 대응하여 위치(간격) 조절이 가능한 구조를 갖도록 형성된다.
예를 들어, 상기 샤워헤드(6)는 도 1에서와 같이 상기 챔버케이스(2) 상부를 관통하는 상태로 설치되는 가이드축(E)에 고정된 상태로 상기 챔버(A) 내측에 배치될 수 있다.
상기 가이드축(E)은 예를 들어, 도면에는 나타내지 않았지만 캠(CAM)을 이용한 통상의 동력 전달 방식에 의해 상,하 방향 이동이 가능하게 셋팅될 수 있다.
그러면, 상기 샤워헤드(6)는 상기 가이드축(D)에 의해 상,하 방향으로 움직이면서 상기 기판(G)과 대응하여 간격 조절이 가능한 구조가 되므로, 기판(G)의 표면 처리 작업시 요구되는 상기 챔버(A)의 내부 분위기(예: 플라즈마 특성)를 용이하게 형성할 수 있다.
한편, 상기 본 발명의 일실시 예에 따른 샤워헤드 장치는, 가변관로부(8)를 포함한다.
상기 가변관로부(8)는, 상기 가스공급부(4) 측에서 상기 샤워헤드(6) 측으로 공정가스(Q)의 공급이 이루어질 수 있는 관로(管路) 구조를 제공할 수 있도록 형성된다.
특히, 상기 가변관로부(8)는, 상기 샤워헤드(6)의 위치 조절 동작과 대응하여 공정가스(Q)가 균일하게 공급될 수 있는 관로 분위기를 이루는 상태로 연결 구간(길이)의 변화가 가능한 구조로 이루어진다.
다시 도 1을 참조화면, 상기 가변관로부(8)는, 상기 샤워헤드(6)와 상기 가스공급부(4) 사이로 공정가스(Q)의 이동이 가능하도록 연결되는 제1 관로구(F1) 및 제2 관로구(F2)를 포함한다.
상기 제1 관로구(F1) 및 상기 제2 관로구(F2)는, 관체 일부가 서로 겹쳐진 상태로 연결되어 상기 샤워헤드(6)의 움직임에 의해 겹쳐진 길이가 변화될 수 있는 연결 상태를 이루도록 형성된다.
즉, 상기 두 개의 관로구(F1, F2)는, 도 3에서와 같이 관체 길이 방향으로 슬라이드 동작이 가능하도록 단부가 서로 겹쳐지게 연결된 상태로 셋팅될 수 있다.
상기 제1 관로구(F1) 및 상기 제2 관로구(F2)는, 관로(F, 管路)를 구비한 금속 재질의 관체(예: SUS관)를 사용할 수 있으며, 도 1 및 도 3에서와 같이 상기 챔버케이스(2)의 상부 일측을 관통하여 상기 샤워헤드(6)와 상기 가스공급부(4) 사이를 연결하는 상태로 셋팅될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 관로구(F1)는, 상기 샤워헤드(6)의 제1 버퍼공간(C1), 제2 버퍼공간(C2) 및 제3 버퍼공간(C3)과 각각 연통된 상태로 일단이 상기 샤워헤드(6) 측에 고정되고, 타단은 상기 챔버케이스(2)의 상부를 관통하는 상태로 배치될 수 있다.
그리고, 상기 제2 관로구(F2)는 일단이 상기 가스공급부(4)와 연결되고, 타단은 상기 제1 관로구(F1)들의 단부 측에 끼움 결합으로 연결된 상태로 셋팅될 수 있다.
상기 가스공급부(4)는, 도면에는 나타내지 않았지만 예를 들어, 관로(F)와 대응하는 제어기(예: FLOW RATIO CONTROLLER)를 구비하여, 이 제어기를 사용하여 각 버퍼공간(C1, C2, C3)에 연동된 관로(F)에 공급되는 공정가스(Q)의 공급 상태(각 공정가스의 유량 또는 조성)를 제어할 수 있도록 형성될 수 있다.
그러면, 상기 샤워헤드(6)의 제1 버퍼공간(C1) 내지 제3 버퍼공간(C3) 측에 공급되는 공정가스(Q)의 공급 상태(예: 가스 종류 및 공급 비율)를 제어하는 방식으로 예를 들어, 기판(G)의 일면 중에서 가운데 부분과, 가장자리 부분 그리고, 모서리 부분의 표면 처리 상태를 세부적으로 제어할 수 있다.
상기한 가변관로부(8)는 상기 샤워헤드(6)의 위치 조절 동작과 연계하여 이와 부합하는 가변(可變)의 관로(F) 연결 구간을 형성할 수 있다.
예를 들어, 도 4에서와 같이 상기 챔버케이스(2) 내측에서 상기 샤워헤드(6)가 아래쪽으로 이동될 때 상기 제1 관로구(F1)가 함께 이동된다.
그러면, 상기 샤워헤드(6)의 이동 위치와 대응하도록 상기 제1 관로구(F1) 및 상기 제2 관로구(F2)의 겹쳐진 연결 부분에서 슬라이드 동작이 이루어지면서 도 4에서와 같은 상태로 변화될 수 있다.
그리고, 도 5에서와 같이 상기 챔버케이스(2) 내측에서 상기 샤워헤드(6)가 위쪽으로 이동될 때 상기 제1 관로구(F1)가 함께 이동된다.
그러면, 상기 샤워헤드(6)의 이동 위치와 대응하도록 상기 제1 관로구(F1) 및 상기 제2 관로구(F2)의 겹쳐진 연결 부분에서 슬라이드 동작이 이루어지면서 도 5에서와 같은 상태로 변화될 수 있다.
그러므로, 상기한 가변관로부(8)는, 상기와 같이 샤워헤드(6)의 위치에 따라 이와 대응하도록 관로(F)의 연결 상태가 적절하게 확장되거나 축소되는 상태로 작동이 원활하게 이루어질 수 있는 구조를 제공할 수 있다.
특히, 상기와 같이 제1 및 제2 관로구(F1, F2)의 단부가 직접 끼워져서 슬라이드 동작되는 상태로 관로(F)의 연결 상태(길이)가 변화되는 구조는, 예를 들어, 가변 동작 중에 관로(F)의 둘레가 불규칙하게 좁아지거나 벌어지는 현상을 최대한 억제하여 공정가스(Q)의 균일한 공급 환경을 유지할 수 있다.
이러한 구조는, 예를 들어, 도면에는 나타내지 않았지만 벨로우즈 튜브를 사용하여 이 벨로우즈 튜브의 신축에 의해 가변의 관로 구간을 형성하는 관로 구조와 비교할 때 벨로우즈의 신축 상태에 따라 통로 둘레 크기가 과다하게 변화되면서 유체의 공급이 불균일(불안정)하게 이루어지는 문제를 개선할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 가변관로부(8)는, 시일부(10)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 시일부(10)는 상기 제1 관로구(F1) 및 상기 제2 관로구(F2)의 겹쳐진 틈을 통해 공정가스(Q)가 외부로 유출되는 것을 차단할 수 있도록 형성된다.
즉, 상기 시일부(10)는, 벨로우즈(J)를 구비하고, 상기 벨로우즈(J)는, 예를 들어, 도 1 및 도 3에서와 같이 상기 샤워헤드(6)의 움직임과 연동되도록 일단이 고정되고, 상기 샤워헤드(6)의 움직임과 연동되지 않도록 타단이 고정된 상태로 관로(F) 틈을 차단할 수 있도록 셋팅될 수 있다.
상기 벨로우즈(J)는, 상기 샤워헤드(6)의 위치 조절에 의해 상기 제1 관로구(F1)가 상,하 방향으로 움직일 때 길이 방향으로 신축되는 상태로 작동되면서 상기 제1 관로구(F1)와 상기 제2 관로구(F2)의 결합 틈을 시일 상태로 차단할 수 있다.
그리고, 상기 시일부(10)는, 일측이 개방된 내부공간(I1)을 구비하고, 플랜지 타입으로 형성된 커버(I)에 의해 외부와 차단된 상태로 제공될 수 있다.
상기 커버(I)는, 상기 내부공간(I1)의 개방부로 상기 가변관로부(8)가 관통하는 상기 챔버케이스(2) 일측의 관통 틈새를 차단하는 상태로 상기 챔버케이스(2)의 외부면 상에 설치될 수 있다.
이때, 상기 제1 관로구(F1)의 상측 단부는 상기 커버(I)의 내부공간(I1) 내에 위치되고, 상기 제2 관로구(F2)는 상기 커버(I)의 상부를 관통하는 상태로 배치되며, 상기 벨로우즈(J)의 단부 중에서 상기 샤워헤드(6)의 움직임과 연동되지 않도록 배치되는 타단은 상기 내부공간(I1) 위쪽에 고정된 상태로 설치될 수 있다.
상기와 같이 시일부(10)를 더 구비하면, 상기 샤워헤드(6)의 위치 조절 동작과 연계하여 상기 가변관로부(8)의 제1 관로구(f1) 및 제2 관로구(f2)의 결합 틈을 시일 상태로 차단하여 한층 향상된 작동 안정성을 확보할 수 있다.
따라서, 상기한 본 발명의 일실시 예에 따른 샤워헤드 장치는, 상기 가스공급부(4)의 공정가스(Q)가 상기 가변관로부(8)를 거쳐서 상기 샤워헤드(6)에 의해 분사되는 상태로 작동이 이루어지면서 상기 공정가스(Q)의 반응에 의해 기판(G)의 표면 처리를 위한 챔버(A) 분위기를 용이하게 형성할 수 있다.
특히, 상기 가변관로부(8)는, 상기 샤워헤드(6)의 위치에 따라 이와 대응하도록 관로(F)의 연결 상태(길이)가 원활하게 확장 또는 축소됨과 아울러, 이러한 동작 중에 관로(F)의 둘레가 불규칙하게 좁아지거나 벌어지는 현상을 억제할 수 있는 구조를 갖도록 형성된다.
그러므로 본 발명은, 상기 가스공급부(4)의 공정가스(Q)가 상기 샤워헤드(6) 측에 균일하고 안정적인 상태로 공급될 수 있는 관로(F) 분위기를 형성하여 한층 향상된 작업 안정성 및 작업 품질을 확보할 수 있다.
2: 챔버케이스 4: 가스공급부 6: 샤워헤드
8: 가변관로부 10: 시일부 G: 기판
A: 챔버 B: 캐소드 Q: 공정가스
F: 관로

Claims (7)

  1. 기판이 처리될 수 있는 챔버를 형성하는 챔버케이스;
    상기 챔버케이스 측에 공정가스를 공급하기 위한 가스공급부;
    위치 조절이 가능한 상태로 상기 챔버케이스 내측에 배치되며, 상기 가스공급부로부터 공정가스를 공급받아서 상기 기판에 분사하기 위한 샤워헤드;
    상기 가스공급부와 상기 샤워헤드 사이를 공정가스 공급이 가능하게 연결하는 상태로 배치되며, 상기 샤워헤드의 위치 조절 동작과 대응하여 균일한 관로 분위기를 이루는 상태로 연결 구간이 변화될 수 있도록 형성된 가변관로부;
    를 포함하는 샤워헤드 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 챔버케이스는,
    상기 샤워헤드와 마주하는 상태로 상기 챔버 측에 캐소드가 배치되는 샤워헤드 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 샤워헤드는,
    상기 챔버케이스의 챔버 측에서 상기 기판과 마주할 수 있도록 이격되게 배치되며, 상기 기판과 대응하여 간격 조절이 가능하게 이동될 수 있는 상태로 형성되는 샤워헤드 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 샤워헤드는,
    상기 가스공급부로부터 공정가스를 공급받는 버퍼부를 구비하고,
    상기 버퍼부는,
    상기 샤워헤드 내측에서 각각 다른 유량 또는 조성을 갖는 공정가스를 공급받을 수 있도록 형성되는 복수 개의 버퍼공간과, 상기 버퍼공간들에 대응하도록 형성된 분사홀들을 구비하여 이루어지는 샤워헤드 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 가변관로부는,
    상기 샤워헤드와 상기 가스공급부 사이로 공정가스의 이동이 가능하도록 연결되는 제1 관로구 및 제2 관로구를 구비하고,
    상기 제1 관로구 및 상기 제2 관로구는,
    관체 일부가 서로 겹쳐진 상태로 연결되어 상기 샤워헤드의 움직임에 의해 겹쳐진 길이가 변화될 수 있는 연결 상태를 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 샤워헤드 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 가변관로부는,
    신축성을 가지며, 상기 제1 관로구와 상기 제2 관로구의 겹쳐진 틈을 통해 상기 공정가스가 외부로 유출되는 것을 차단할 수 있도록 형성되는 시일부를 더 포함하여 이루어지는 샤워헤드 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 시일부는,
    벨로우즈를 구비하고,
    상기 벨로우즈는,
    상기 샤워헤드의 움직임과 연동되도록 일단이 고정되고, 상기 샤워헤드의 움직임과 연동되지 않도록 타단이 고정된 상태로 틈을 차단할 수 있도록 셋팅되는 것을 특징으로 하는 샤워헤드 장치.
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