KR20190070228A - 샤워 헤드 구조체 및 이를 포함하는 기판 처리 장치 - Google Patents

샤워 헤드 구조체 및 이를 포함하는 기판 처리 장치 Download PDF

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Abstract

샤워 헤드 구조체 및 이를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 기술이다. 본 실시예의 샤워 헤드 구조체는 외측에 환형의 제 1 플랜지를 포함하는 탑 플레이트, 외측에 상기 제 1 플랜지와 대향 및 결합되는 제 2 플랜지를 포함하고, 상기 탑 플레이트로부터 공급된 공정 가스를 분사하기 위한 복수의 분사 홀이 구비된 분사 플레이트, 상기 제 1 플랜지와 상기 제 2 플랜지 사이의 결합 부분에 위치되고 상기 탑 플레이트와 상기 분사 플레이트를 밀봉하는 환형의 밀봉 부재; 및 상기 제 1 플랜지 및 상기 제 2 플랜지의 결합 부분에 위치되고, 상기 밀봉 부재를 기준으로 상기 탑 플레이트 및 분사 플레이트의 중심을 향한 부분에 위치되는 단차부를 구비하며, 상기 단차부는 상기 제 2 플랜지와 대향하는 상기 제 1 플랜지 표면 및 상기 제 1 플랜지와 대향하는 상기 제 2 플랜지 표면 중 적어도 하나에 일정 깊이만큼 내측으로 단차가 형성된다.

Description

샤워 헤드 구조체 및 이를 포함하는 기판 처리 장치{Shower Head Structure and Apparatus for Processing Semiconductor Substrate Including The Same}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 장비 오염을 줄일 수 있는 샤워 헤드 구조체 및 이를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하는 공정에 있어서 사진, 식각, 박막 증착, 이온주입, 그리고 세정 등 다양한 공정들이 수행된다. 이러한 공정들 중 식각, 박막 증착, 그리고 세정 공정에는 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치가 사용된다.
일반적으로 플라즈마 처리 공정은 챔버 내에 공정 가스를 공급하고, 그 공정 가스로부터 발생된 플라즈마를 이용하여 기판을 처리한다. 이러한 공정 가스는 샤워 헤드를 통해 공급된다.
일반적으로, 샤워 헤드는 복수 개의 플레이트들이 적층되는 구성으로 제공된다. 이와 같은 플레이트들은 일반적으로 금속 물질로 형성되고 있다.
그런데, 금속 성분으로 된 플레이트들의 접촉 부분에서 마모가 되거나 오염이 되는 문제가 발생될 수 있어, 파티클 위험이 증가될 수 있다.
본 발명은 오염을 방지할 수 있는 샤워 헤드 구조체 및 이를 포함하는 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 샤워 헤드 구조체는, 외측에 환형의 제 1 플랜지를 포함하며 공정 가스가 인입되는 유로가 구비된 탑 플레이트; 외측에 상기 제 1 플랜지와 대향 및 결합되는 제 2 플랜지를 포함하고, 상기 탑 플레이트의 상기 유로로부터 공급된 상기 공정 가스를 분사하기 위한 복수의 분사 홀을 구비하는 분사 플레이트; 상기 제 1 플랜지 및 상기 제 2 플랜지의 결합 부분에 위치되어, 상기 탑 플레이트와 상기 분사 플레이트의 틈을 밀봉하는 환형의 밀봉 부재; 및 상기 결합 부분 중 상기 밀봉 부재를 기준으로 내측 방향에 형성되는 상기 제 1 플랜지 및 상기 제2 플랜지 사이의 면 접촉 방지용 단차부를 구비한다. 상기 단차부는 상기 제 2 플랜지와 대향하는 상기 제 1 플랜지 표면 및 상기 제 1 플랜지와 대향하는 상기 제 2 플랜지 표면 중 적어도 하나에 일정 깊이만큼 함몰된 구조를 갖는다.
본 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 처리 공간을 구비한 진공 챔버; 상기 진공 챔버의 상기 처리 공간 하부에 위치되어, 처리될 기판이 안착되는 서셉터; 및 상기 진공 챔버 상부에 위치되어, 상기 처리 공간에 공정 가스를 공급하는 샤워 헤드 구조체를 포함한다. 상기 샤워 헤드 구조체는 외측에 환형의 제 1 플랜지를 포함하며 공정 가스가 인입되는 유로가 구비된 탑 플레이트; 외측에 상기 제 1 플랜지와 대향 및 결합되는 제 2 플랜지를 포함하고, 상기 탑 플레이트의 상기 유로로부터 공급된 상기 공정 가스를 분사하기 위한 복수의 분사 홀을 구비하는 분사 플레이트; 상기 제 1 플랜지와 상기 제 2 플랜지 사이의 결합 부분에 위치되고, 상기 탑 플레이트와 상기 분사 플레이트를 밀봉하는 환형의 밀봉 부재; 및 상기 결합 부분 중 상기 밀봉 부재를 기준으로 내측 방향에 형성되는 상기 제 1 플랜지 및 상기 제2 플랜지 사이의 면 접촉 방지용 단차부를 구비할 수 있다. 상기 단차부는 상기 제 2 플랜지와 대향하는 상기 제 1 플랜지 표면 및 상기 제 1 플랜지와 대향하는 상기 제 2 플랜지 표면 중 적어도 하나에 일정 깊이만큼 함몰된 구조를 가질 수 있다.
본 발명에 따르면, 샤워 헤드를 구성하는 플레이트간의 접촉 부분에 홈부를 구비하여 접촉면의 열팽창 차이로 인한 마모를 줄일 수 있다. 더불어, 플레이트간의 접촉 계면을 가스 확산 공간으로부터 차폐시키어, 접촉 계면의 오염은 물론 불필요한 가스의 침투를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예 따른 기판 처리 장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 샤워 헤드 구조체를 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 샤워 헤드 구조체를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예 따른 기판 처리 장치를 나타낸 단면도이고, 도 2는 도 1의 샤워 헤드 구조체를 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(100)는 처리 공간(10)을 한정하는 진공 챔버(110), 서셉터(120) 및 샤워 헤드 구조체(200)를 포함할 수 있다.
진공 챔버(110)는 적어도 하나의 측벽부에, 기판(10) 및 이송 유닛(도시되지 않음)이 출입을 위한 게이트(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 진공 챔버(110)의 사이즈 및 구조는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 적절히 변경될 수 있으며, 진공 챔버(110)의 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
상기 서셉터(120)는 진공 챔버(110)의 내부에 상하 방향을 따라 승강 가능하게 제공된다. 서셉터(120)의 상면에 상기 기판(10)이 안착될 수 있다. 상기 서셉터(120)는 모터와 같은 통상의 구동 수단(도시되지 않음)에 의해 상하 방향을 따라 이동될 수 있다.
샤워 헤드 구조체(200)는 진공 챔버(110)의 내부에 공정가스 및 RF 에너지를 공급하도록 구성될 수 있다.
상기 샤워 헤드 구조체(200)는 도 2 에 도시된 바와 같이, 탑 플레이트(top plate: 210), 분사 플레이트(injecting plate: 220), 미드 플레이트(mid plate: 230), 절연링(240) 및 상부 리드(250)를 포함할 수 있다.
*18탑 플레이트(210)는 공정 가스원(도시되지 않음) 및 반응 가스원(도시되지 않음)과 연결되며, 공정 가스 및 반응 가스를 전달하는 유로를 구비할 수 있다. 이와 같은 탑 플레이트(210)는 샤워 헤드 구조체(200)의 최상부에 위치되어 외부로 노출될 수 있다. 탑 플레이트(210)는 상기 기판에 대응되는 메인 영역(210a) 및 상기 메인 영역(210a)의 외측을 둘러싸도록 환형(環形)으로 구성되는 제 1 플랜지(210b)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메인 영역(210a)은 기판을 수용할 수 있는 크기의 원형 구조로 형성될 수 있다. 탑 플레이트(210)는 예를 들어, 알루미늄과 같은 금속 물질로 형성될 수 있다. 또한, 메인 영역(210a) 및 제 1 플랜지(210b)는 단지 설명을 위하여 구분한 것일 뿐, 단일의 물질로 구성되어 두 영역(210a,210b) 사이에 계면이 존재하지 않는다.
분사 플레이트(220)는 분사 영역(220a) 및 제 2 플랜지(220b)를 포함할 수 있다. 분사 영역(220a)은 상기 탑 플레이트(210)로부터 제공되는 공정 가스를 분사하기 위한 복수의 분사 홀(H)을 포함할 수 있다. 제 2 플랜지(220b)는 분사 영역(220a)의 외주에 환형으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 2 플랜지(220b)는 전체의 영역이 상기 제 1 플랜지(210b)와 대향되면서, 일부의 영역이 결합되도록 구성될 수 있다. 분사 플레이트(220) 역시 금속 물질로 형성될 수 있다. 미드 플레이트(230)는 탑 플레이트(210) 및 분사 플레이트(220) 사이에 구비될 수 있다. 미드 플레이트(230)는 탑 플레이트(210) 및 분사 플레이트(220) 각각과 소정 거리 이격되는 위치에 설치될 수 있으며, 도면에 도시되지는 않았지만 미드 플레이트(230)내에 복수의 분사홀이 구비될 수 있다. 미드 플레이트(230)의 가장자리에 연결부(231)가 설치될 수 있다. 연결부(231)는 미드 플레이트(230)를 분사 플레이트(220)와 탑 플레이트(210) 사이에 장착, 및 고정시키는 역할을 할 수 있다. 보다 구체적으로, 연결부(231)에 의해 상기 탑 플레이트(210)의 저면에 상기 미드 플레이트(230)를 고정시킬 수 있다. 연결부(231)를 포함하는 미드 플레이트(230) 역시 금속 물질로 형성될 수 있다.
탑 플레이트(210)의 제 1 플랜지(210b)와 분사 플레이트(220)의 제 2 플랜지(220b)는 나사와 같은 고정 부재(232)에 의해 체결되어, 상기 탑 플레이트(210)와 상기 분사 플레이트(220)를 결합시킨다.
고정 부재(213)의 내측(기판 대향측)에 탑 플레이트(210) 및 분사 플레이트(220)간의 밀봉을 위한 환형의 밀봉 부재(235)가 구비될 수 있다. 밀봉 부재(235)는 예를 들어 오링(O ring)일 수 있다.
제 1 플랜지(210b) 및 제 2 플랜지(220b)가 탑재되도록 각 플레이트(210,220,230)의 외주에 절연링(240)이 구비될 수 있고, 절연링(240)을 지지하도록 상기 상부 리드(250)가 구비되어, 상기 진공 챔버(110)의 챔버 벽과 연결될 수 있다.
상술한 바와 같이, 제 1 플랜지(210b)와 제 2 플랜지(220b)가 고정 부재(232)에 의해 고정되기 때문에, 제 1 및 제 2 플랜지(210b, 220b)간에 접촉 부분이 발생될 수 있고, 상기 접촉 부분에서 오염이 발생되기 쉽다. 이렇게 발생된 오염물들은 공정 중 파티클의 요인으로 작용될 수 있다.
이와 같은 오염물은, 서셉터(120)와 더 근접하게 배치된 상기 분사 플레이트(220)가 탑 플레이트(210)보다 열적 영향을 더 많이 받으므로써, 열팽창으로 인한 마모로 기인될 수 있다.
본 실시예에서는 탑 플레이트(210)와 분사 플레이트(22)의 열팽창으로 인한 마모를 줄일 수 있도록, 탑 플레이트(210)의 제 1 플랜지(210b) 및 분사 플레이트(220)의 제 2 플랜지(220b) 사이에 공간부(s)가 마련되도록 제 1 단차부(st)를 형성하여, 제 1 플랜지(210b)와 제 2 플랜지(220b)의 면 접촉을 줄일 수 있다.
보다 구체적으로, 제 1 단차부(st)는 예를 들어, 제 2 플랜지(220b)와 대향하는 제 1 플랜지(210b)의 표면에 형성될 수도 있고, 혹은 제 1 플랜지(210b)와 대향하는 제 2 플렌지(220b)의 표면에 형성될 수도 있고, 혹은 제 1 및 제 2 플랜지(210b, 220b) 모두에 형성될 수 있다. 이와 같은 제 1 단차부(st)는 상기 밀봉 부재(235)로부터 내측 방향(밀봉 부재(235)를 기준으로 상기 탑 플레이트(210) 및 분사 플레이트(220)의 중심을 향한 방향)으로 면접촉이 이루어지지 않도록 형성될 수 있다. 상기 제 1 단차부(st)는 원래의 플랜지(210b, 220b) 표면보다 약 0.1 내지 0.3 mm만큼 내측으로 단차진 형태로 형성될 수 있지만, 여기에 한정되지 않으며, 상기 제 1 단차부(st)는 분사 플레이트(220)의 열 팽창율을 고려하여 설정될 수 있다.
제 1 단차부(st)의 형성에 의해, 분사 플레이트(220)가 열 팽창되더라도, 접촉 마모를 줄일 수 있어, 공정 중 파티클 발생 요인을 줄일 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 샤워 헤드 구조체의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 탑 플레이트(210)의 저면 소정 부분에, 제 2 단차부(st2)가 추가로 구비될 수 있다. 상기 제 2 단차부(st2)는 예를 들어, 연결부(231)와 접촉되는 상기 탑 플레이트(210)의 제 1 플랜지(210b) 표면에 설치될 수 있다. 제 2 단차부(st2)는 제 1 플랜지(210b)의 표면으로부터 일정 깊이(h1)만큼 내측으로 단차지도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 상기 연결부(231)는 상기 제 2 단차부(st2)내에 삽입될 수 있다. 제 2 단차부(st2)의 깊이는 예를 들어, 1 내지 3mm 정도로 설정될 수 있다.
제 2 단차부(st2)의 설치에 의해, 제 1 플랜지(210b)와 제 2 플랜지(220b)의 접촉 계면(f1, 이하 제 1 계면)이 상기 제 1 플랜지(210b)와 연결부(231)의 접촉 계면(f2, 이하 제 2 계면)과 대치되지 않고, 연결부(231)의 측벽에 대응되며, 상기 제 2 계면(f2)은 상기 탑 플레이트(210)의 내부에 위치된다.
이에 따라, 제 1 계면(f1)은 탑 플레이트(210) 내부에 위치되고, 상기 제 2 계면(f2)이 연결부(231)의 측벽에 의해 차폐되므로, 상기 제 1 및 제 2 계면(f1,f2)은 공정 가스들에 노출되지 않는다.
이에 따라, 제 1 및 제 2 계면(f1,f2)을 통해 가스들이 침투되는 현상을 줄일 수 있어, 오염을 방지할 수 있다.
이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 샤워 헤드를 구성하는 플레이트간의 접촉 부분에 단차부를 구비하여, 오염을 줄일 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
100 : 기판 처리 장치 110 : 진공 챔버
200 : 샤워 헤드 구조체 210 : 탑플레이트
220 : 분사 플레이트 230 : 미드 플레이트

Claims (8)

  1. 외측에 환형의 제 1 플랜지를 포함하며 공정 가스가 인입되는 유로가 구비된 탑 플레이트;
    외측에 상기 제 1 플랜지와 대향 및 결합되는 제 2 플랜지를 포함하고, 상기 탑 플레이트의 상기 유로로부터 공급된 상기 공정 가스를 분사하기 위한 복수의 분사 홀을 구비하는 분사 플레이트;
    상기 제 1 플랜지 및 상기 제 2 플랜지의 결합 부분에 위치되어, 상기 탑 플레이트와 상기 분사 플레이트의 틈을 밀봉하는 환형의 밀봉 부재; 및
    상기 결합 부분 중 상기 밀봉 부재를 기준으로 내측 방향에 형성되는 상기 제 1 플랜지 및 상기 제2 플랜지 사이의 면 접촉 방지용 단차부를 구비하며,
    상기 단차부는 상기 제 2 플랜지와 대향하는 상기 제 1 플랜지 표면 및 상기 제 1 플랜지와 대향하는 상기 제 2 플랜지 표면 중 적어도 하나에 일정 깊이만큼 함몰된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 샤워 헤드 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 탑 플레이트와 상기 분사 플레이트 사이에 위치되는 미드 플레이트를 더 구비하고,
    상기 미트 플레이트는 상기 탑 플레이트 저면과 결합되되, 상기 단차부 보다 더 내측 방향에 위치하는 연결부를 통해 상기 탑 플레이트와 결합되는 샤워 헤드 구조체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 탑 플레이트 저면에, 상기 연결부가 일부분 삽입되는 추가의 단차부가 구비되는 샤워 헤드 구조체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 밀봉 부재의 외측에 상기 탑 플레이트와 상기 분사 플레이트를 결합하기 위한 고정 부재를 더 포함하는 샤워 헤드 구조체.
  5. 처리 공간을 구비한 진공 챔버;
    상기 진공 챔버의 상기 처리 공간 하부에 위치되어, 처리될 기판이 안착되는 서셉터; 및
    상기 진공 챔버 상부에 위치되어, 상기 처리 공간에 공정 가스를 공급하는 샤워 헤드 구조체를 포함하며,
    상기 샤워 헤드 구조체는,
    외측에 환형의 제 1 플랜지를 포함하며 공정 가스가 인입되는 유로가 구비된 탑 플레이트;
    외측에 상기 제 1 플랜지와 대향 및 결합되는 제 2 플랜지를 포함하고, 상기 탑 플레이트의 상기 유로로부터 공급된 상기 공정 가스를 분사하기 위한 복수의 분사 홀을 구비하는 분사 플레이트;
    상기 제 1 플랜지와 상기 제 2 플랜지 사이의 결합 부분에 위치되고, 상기 탑 플레이트와 상기 분사 플레이트를 밀봉하는 환형의 밀봉 부재; 및
    상기 결합 부분 중 상기 밀봉 부재를 기준으로 내측 방향에 형성되는 상기 제 1 플랜지 및 상기 제2 플랜지 사이의 면 접촉 방지용 단차부를 구비하며,
    상기 단차부는 상기 제 2 플랜지와 대향하는 상기 제 1 플랜지 표면 및 상기 제 1 플랜지와 대향하는 상기 제 2 플랜지 표면 중 적어도 하나에 일정 깊이만큼 함몰된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 탑 플레이트와 상기 분사 플레이트 사이에 위치되는 미드 플레이트를 더 구비하고,
    상기 미트 플레이트는 상기 탑 플레이트 저면과 결합되되, 상기 단차부 보다 더 내측 방향에 위치하는 연결부를 통해 상기 탑 플레이트와 결합되는 기판 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 탑 플레이트 저면에, 상기 연결부가 일부분 삽입되는 추가의 단차부가 구비되는 기판 처리 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 밀봉 부재의 외측에 상기 탑 플레이트와 상기 분사 플레이트를 결합하기 위한 고정 부재를 더 포함하는 기판 처리 장치.
KR1020180032555A 2017-12-12 2018-03-21 샤워 헤드 구조체 및 이를 포함하는 기판 처리 장치 KR102411142B1 (ko)

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