KR20240024542A - 샤워헤드 어셈블리 및 이를 포함하는 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20240024542A
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Abstract

실시예에 따른 샤워헤드 어셈블리는, 기판 처리 장치의 공정 챔버의 상부에 설치되고, 상기 공정 챔버의 처리 공간에 공정 가스를 공급하는 샤워헤드 본체; 상기 샤워헤드 본체의 외주면에 결합되는 절연 인슐레이터; 상기 절연 인슐레이터의 외주면에 결합되는 상부 리드; 및 상기 절연 인슐레이터 및 상부 리드 사이에 배치되는 응력 완화 구조물;을 포함하고, 상기 응력 완화 구조물은 알루미늄 합금을 단조 가공(forging process)하여 제조한 것을 특징으로 한다.

Description

샤워헤드 어셈블리 및 이를 포함하는 기판 처리 장치{Shower head assembly and apparatus for processing substrate having the same}
본 발명은 샤워헤드 어셈블리 및 이를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자는 박막 증착, 이온주입, 포토리소그래피, 식각, 세정 등과 같은 다양한 공정을 수행하여 제조하고 있다. 상기 공정들 중에서, 박막 증착, 식각, 세정 공정은 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치를 이용해 수행하고 있다.
상기 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치는 챔버 내에 공정 가스를 공급하고, 공급한 공정 가스를 이용해 발생한 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하도록 하고 있으며, 샤워헤드 어셈블리를 통해 공정 가스를 공급하고 있다.
상기 샤워헤드 어셈블리는 복수 개의 금속 플레이트들이 적층된 구조를 갖는 샤워헤드 본체, 산화 알루미늄 등과 같은 세라믹 소재를 이용해 제조하고 상기 샤워헤드 본체의 외주면을 감싸 전극과 전극을 지지하는 프레임 사이를 전기적으로 절연하는 절연 인슐레이터 및 상기 절연 인슐레이터의 외주면을 감싸 지지하는 상부 리드를 포함하는 구조를 가질 수 있으며, 이와 같은 샤워헤드 어셈블리를 공정 챔버의 상부에 설치하여 기판 처리를 수행하도록 하고 있다.
또는, 상기 샤워헤드 어셈블리는, PFFE, PGFE, PET, VITON, ABS, MC NYLON, PFA, PEEK, PE, PP, PVC, PVDF 또는 이들의 혼합물 등과 같은 엔지니어링 플라스틱을 가공하여 제조한 절연 인슐레이터를 활용하도록 하고 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 샤워헤드 어셈블리는 상기 절연 인슐레이터가 높은 전기적 저항 특성을 가지고 있어 절연 기능이 우수다는 장점이 있다. 특히, 세라믹을 활용해 제조한 절연 인슐레이터의 경우 플라즈마에 대한 저항성과 내식성이 우수하여 플라즈마 환경에 강하다는 장점이 있다.
하지만, 상기 절연 인슐레이터는 고온으로 기판 처리 공정을 수행할 경우 온도 변화에 의한 열충격에 취약하여 크랙, 파손, 마모에 의한 오염 등이 쉽게 발생하여 고온의 기판 처리 공정에 적합하지 못하다는 문제가 있고, 샤워헤드 어셈블리에 가열 엘리먼트가 설치되는 경우 문제를 더욱 악화시킬 가능성이 높아 이를 보완할 수 있는 방법에 대한 연구가 필요하다.
일 실시예에 따르면, 절연 인슐레이터의 크랙, 파손, 마모 등이 쉽게 발생되지 않아 고온으로 기판 처리 공정을 수행하는 경우에도 안정적으로 활용할 수 있는 샤워헤드 어셈블리 및 이를 포함하는 기판 처리 장치에 대한 기술 내용을 제공하고자 하는 것이다.
실시예에 따른 샤워헤드 어셈블리는, 기판 처리 장치의 공정 챔버의 상부에 설치되고, 상기 공정 챔버의 처리 공간에 공정 가스를 공급하는 샤워헤드 본체; 상기 샤워헤드 본체의 외주면에 결합되는 절연 인슐레이터; 상기 절연 인슐레이터의 외주면에 결합되는 상부 리드; 및 상기 절연 인슐레이터 및 상부 리드 사이에 배치되는 응력 완화 구조물;을 포함하고, 상기 응력 완화 구조물은 알루미늄 합금을 단조 가공(forging process)하여 제조한 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 샤워헤드 본체는, 공정 가스가 인입되는 유로가 구비된 탑 플레이트; 상기 탑 플레이트의 상기 유로로부터 공급된 상기 공정 가스를 분사하기 위한 복수의 분사 홀을 구비하는 분사 플레이트; 및 상기 탑 플레이트와 상기 분사 플레이트 사이에 설치되고, 복수 개의 분사 공이 관통 형성되어 상기 탑 플레이트에 인입되는 공정 가스를 확산시키는 미드 플레이트;를 포함하는 구조를 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 절연 인슐레이터는 열팽창 계수(Coefficient of Thermal Expansion, CTE)가 7.3×10-6/K인 산화 알루미늄을 포함하는 세라믹을 이용해 제조한 것이고, 상기 응력 완화 구조물은 열팽창 계수가 18.0 × 10-6/K 내지 23.4 × 10-6/K인 Al6061 합금을 단조 가공하여 제조한 것이며, 상기 상부 리드는 상기 Al6061 합금을 주조, 압출 또는 압연 가공하여 제조한 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 응력 완화 구조물은, 알루미늄 합금을 성형하여 성형물을 제조하는 단계; 및 상기 성형물을 초기 성형물 두께의 20 내지 50%의 압하율로 단조 가공하여 응력 완화 구조물을 제조하는 단계를 포함하는 방법으로 제조한 것일 수 있다. 특히, 상기 응력 완화 구조물은, 표면을 폴리싱 가공하여 표면 조도가 0.1 내지 1 ㎛되도록 가공한 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 실시예에 따른 샤워헤드 어셈블리는 상기 절연 인슐레이터 및 응력 완화 구조물 또는 상기 상부 리드 및 응력 완화 구조물 사이에 설치되는 밀봉 부재를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 절연 인슐레이터는 하면에 내입 형성되는 면 접촉 방지용 단차부를 포함하여 상기 절연 인슐레이터, 응력 완화 구조물 및 상기 밀봉 부재 사이에 접촉 방지 공간을 형성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기한 바와 같은 샤워헤드 어셈블리는, 200 내지 500 ℃의 공정 온도로 기판 처리를 수행하기 위한 용도로 활용할 수 있다.
한편, 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 샤워헤드 어셈블리를 포함하며, 상기 샤워헤드 어셈블리는, 상기 공정 챔버의 처리 공간에 공정 가스를 공급하는 샤워헤드 본체; 상기 샤워헤드 본체의 외주면에 결합되는 절연 인슐레이터; 상기 절연 인슐레이터의 외주면에 결합되는 상부 리드; 및 상기 절연 인슐레이터 및 상부 리드 사이에 배치되는 응력 완화 구조물를 포함하고, 상기 응력 완화 구조물은 알루미늄 합금을 단조 가공하여 제조한 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 기판 처리 장치는, 상기 샤워헤드 본체의 일측에 설치되는 가열 엘리먼트를 더 포함할 수 있고, 200 내지 500 ℃의 공정 온도로 기판 처리를 수행하기 위한 용도로 활용될 수 있다.
실시예에 따른 샤워헤드 어셈블리는, 단조 가공(forging process)하여 제조한 응력 완화 구조물을 절연 인슐레이터와 상부 리드 사이에 배치하여 200 내지 500 ℃의 고온에서 기판을 처리하기 위한 공정을 수행하는 경우에도 열팽창 계수 차이로 인해 발생하는 인슐레이터와 응력의 발생을 최소화하여 샤워헤드의 운용 범위를 크게 확장할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 샤워헤드 어셈블리는, 고가인 절연 인슐레이터와 상부 리드의 사용 수명(life cycle)을 연장할 수 있으며, 이에 따라, 교체 비용을 크게 절감할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 샤워헤드 어셈블리는, 별도로 가열 엘리먼트가 설치되어 샤워헤드 어셈블리를 고온으로 상승시키는 경우에도 절연 인슐레이터의 크랙, 파손 방지가 가능하다.
도 1은 실시예에 따른 샤워헤드 어셈블리를 나타낸 단면도이다.
도 2는 실시예에 따른 샤워헤드 어셈블리의 일례를 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 실시예에 따른 기판 처리 장치의 일례를 나타낸 구성도이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 실시예에 따른 샤워헤드 어셈블리(300)를 나타낸 단면도이고, 도 2는 실시예에 따른 샤워헤드 어셈블리(300)의 일례를 나타낸 분해 사시도이며, 도 3은 실시예에 따른 기판 처리 장치(10)의 일례를 나타낸 구성도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 실시예에 따른 기판 처리 장치(10)는 공정 챔버(100), 서셉터(200) 및 샤워헤드 어셈블리(300)를 포함하는 구조를 갖는다.
또한, 실시예에 따른 샤워헤드 어셈블리(300)는, 공정 챔버(100)의 상부에 설치되어 공정 챔버(100)의 처리 공간에 공정 가스를 공급하는 역할을 한다.
이를 위해, 샤워헤드 어셈블리(300)는, 샤워헤드 본체(310); 절연 인슐레이터(330); 상부 리드(350); 및 응력 완화 구조물(370)을 포함하고, 기판 처리 장치(10)의 공정 챔버(100)의 상부에 설치될 수 있다.
먼저, 상기 샤워헤드 본체(310)는, 일측에 공정 가스를 공급하기 위한 유로가 형성된 구조를 가지며, 상기 유로는 연결 배관 등을 통해 가스 공급 수단과 연결되어 처리 공간에 공정 가스를 공급할 수 있다. 상기 샤워헤드 본체(310)는, 처리 공간에 공정 가스를 공급하기 위해 사용되는 통상적인 다양한 구조를 갖는 것을 사용할 수 있다.
일례로, 상기 샤워헤드 본체(310)는, 공정 가스가 인입되는 유로가 구비된 탑 플레이트(311), 상기 탑 플레이트(311)의 유로로부터 공급된 상기 공정 가스를 분사하기 위한 복수의 분사 홀을 구비하는 분사 플레이트(313) 및 상기 탑 플레이트(311)와 상기 분사 플레이트(313) 사이에 설치되고, 복수 개의 분사 공이 관통 형성되어 상기 탑 플레이트(311)에 인입되는 공정 가스를 확산시키는 미드 플레이트(315)를 포함하는 구조를 가질 수 있다.
상기 절연 인슐레이터(330)는 상기 샤워헤드 본체(310)의 외주면에 결합되며, 샤워헤드 본체(310)의 외주면을 감싸 전극과 전극을 지지하는 상부 리드(350) 사이를 전기적으로 절연하는 역할을 한다.
상기 절연 인슐레이터(330)는 높은 전기적 저항 특성을 가지고 있어 절연 기능이 우수하고, 플라즈마에 대한 저항성을 나타내며, 내식성이 우수한 절연성 세라믹 소재를 이용해 제조한 것을 사용할 수 있다. 일례로, 상기 절연 인슐레이터(330)는 산화 알루미늄(Al2O3)을 포함하는 세라믹 소재를 이용해 제조한 것일 수 있다.
상기 상부 리드(350)는 상기 절연 인슐레이터(330)의 외주면에 결합되며, 샤워헤드 어셈블리(300)의 각각의 구성을 지지하도록 공정 챔버(100)의 챔버 벽체와 연결될 수 있다.
상기 상부 리드(350)는 플라즈마에 저항성이 강하고, 내식성이 우수한 알루미늄 합금을 이용해 제조한 것을 사용할 수 있다. 일례로, 상기 상부 리드(350)는 Al6061-T6 등과 같은 알루미늄 합금을 이용해 제조한 것일 수 있다.
상기 샤워헤드 어셈블리(300)는, 고온으로 가열하여 수행하는 공정에서는 절연 인슐레이터(330)와 상부 리드(350)가 수축 및 팽창을 반복적으로 발생한다. 상기 절연 인슐레이터(330)와 상부 리드(350)는 서로 상이한 소재로 제조되어 열팽창 계수가 상이하며, 이에 따른 열충격 특성이 서로 상이하다. 즉, 샤워헤드 어셈블리(300)의 온도가 상승하면, 상부 리드(350)측으로 온도가 전달되고, 온도 분포에 따라 절연 인슐레이터(330)와 상부 리드(350)의 열팽창률이 상이한 특성을 나타낸다.
구체적으로, 산화 알루미늄(Al2O3)을 이용해 제조한 절연 인슐레이터(330)는, 열팽창 계수(Coefficient of Thermal Expansion, CTE), 즉 선 열팽창 계수가 7.3×10-6/K일 수 있다. 그리고, Al6061-T6 등과 같은 알루미늄 합금을 이용해 제조한 상부 리드(350)는 열팽창 계수가 18.0 × 10-6/K 내지 23.4 × 10-6/K일 수 있다.
이에 따라, 절연성 세라믹을 이용해 제조한 절연 인슐레이터(330)와 상부 리드(350) 만을 포함하는 샤워헤드 어셈블리(300)는, 절연 인슐레이터(330)와 상부 리드(350)의 열팽창 계수가 상이하여 수축 및 팽창을 반복적하는 과정에서 인슐레이터와 마찰 응력이 발생한다. 상기와 같이 인슐레이터와 마찰 응력이 발생하게 되면, 상기 절연 인슐레이터(330)가 마모되어 파티클을 형성하고, 형성한 파티클은 공정 챔버(100)의 내부 처리 공간으로 유입되어 공정 결함을 발생할 우려가 있다. 그리고, 상기 절연 인슐레이터(330)는 열충격 저항성이 낮아 크랙이나 파손이 쉽게 발생된다는 문제가 있다. 아울러, 이와 같은 현상은 기판 처리 공정의 공정 온도가 높아질 경우 편차가 더욱 커지는 경향을 보인다.
이에 따라, 절연성 세라믹을 이용해 제조한 절연 인슐레이터(330)와 상부 리드(350) 만을 포함하는 샤워헤드 어셈블리(300)는, 200 ℃ 이상의 고온으로 기판 처리 공정을 수행하기에 적합하지 않은 특성을 보인다.
실시예에 따른 샤워헤드 어셈블리(300)는 후술할 응력 완화 구조물(370)을 상기 절연 인슐레이터(330) 및 상부 리드(350) 사이에 도입하여 상기와 같은 문제점을 보완하도록 하였다.
상기 응력 완화 구조물(370)은 고온의 공정에서 열팽창 계수의 차이로 인해 발생하는 인슐레이터와 응력을 완화시켜 절연 인슐레이터(330)의 마모를 방지하는 역할을 한다. 또한, 고온과 플라즈마 환경에서 절연 인슐레이터(330)의 부분 변형을 방지하고, 방전에 의한 직접적인 충격 전달을 방지하여 절연 인슐레이터(330)의 크랙 발생, 파손 등을 방지할 수 있다.
이때, 상기 응력 완화 구조물(370)은 알루미늄 합금을 단조 가공(forging process)하여 제조한 것을 사용할 수 있다. 상기 응력 완화 구조물(370)은 링(ring) 형상의 구조를 가질 수 있다.
상기 단조 가공은 알루미늄 합금 소재를 용융시켜 용융물을 제조하고, 제조한 용융물을 소결하여 소결체를 제조하며, 제조한 소결체를 압연하여 성형물을 제조하고, 제조한 성형물을 단조하여 응력 완화 구조물(370)을 제조하는 방법을 통해 제조한 것일 수 있다.
상기 단조는 금속을 가열 또는 상온의 고체 상태에서 압축 하중을 가해 소성변형을 유도하여 성형품을 제조하는 공정을 의미하며, 열간 단조와 냉간 단조를 대표적인 예로 들 수 있다. 상기 단조 공정은 구성과 구조를 균일하게 하여 충격 및 전단 강도에 대해 강한 특성을 갖는 구조물을 제조할 수 있다. 그리고, 구조물의 다공성, 수축, 공동, 냉기 등의 문제가 발생하지 않는다. 아울러, 단조 구조물은 주조(casting)에 의해 제조된 구조물에 비해 인장강도는 25% 이상, 피로강도는 35% 이상 높고, 동일 형상의 구조물 대비 중량이 낮은 경우에도 더 강한 결과물을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 피로 수명이 6배 이상 증가하여 장시간 동안 안정적인 구조를 형성할 수 있다.
특히, 상기와 같은 단조 가공은, 성형물의 조직 내 잔류하는 기공과 합금 내 포함된 불순물을 제거하여 표면 결함이 없는 응력 완화 구조물(370)을 형성시킬 수 있도록 하며, 이에 따라, 응력 완화 구조물(370)의 표면에 홈, 기공 등이 잔류하지 않아 인슐레이터와 응력의 발생을 최소화할 수 있다.
구체적으로, 상기 응력 완화 구조물(370)은, 알루미늄 합금을 성형하여 성형물을 제조하는 단계; 및 상기 성형물을 150 내지 350 ℃의 온도로 가열하고, 초기 성형물 두께의 20 내지 50%의 압하율로 단조 가공하여 응력 완화 구조물(370)을 제조하는 단계를 포함하는 방법으로 제조한 것을 사용할 수 있다.
상기 압하율이 20% 미만일 경우 조직 내 기공과 조성내 불순물을 완전히 제거하지 못해 응력 완화 성능이 다소 저하될 우려가 있으며, 압하율이 50%를 초과할 경우 추가적인 성능 향상을 기대하기 어렵다.
보다 구체적으로, 상기 응력 완화 구조물(370)은 Al6061 합금을 이용해 제조한 성형물을 200 내지 250 ℃의 온도로 가열하고, 초기 성형물 두께의 35 내지 40%의 압하율로 단조 가공하여 제조한 것일 수 있다.
또한, 상기 응력 완화 구조물(370)은, 상기와 같은 방법으로 단조 가공하여 제조한 다음, 표면을 폴리싱 처리한 것을 사용할 수도 있다.
구체적으로, 상기 폴리싱 처리는 응력 완화 구조물(370)의 표면을 매끄럽게 하여 표면 조도를 낮추기 위해 수행한다. 상기 폴리싱 처리는, 전해 연마, 화학 연마 또는 기계 연마를 이용해 수행할 수 있다. 상기 폴리싱 처리를 통해 제조한 응력 완화 구조물(370)은 표면 조도가 0.1 내지 1 ㎛일 수 있다. 이와 같은 응력 완화 구조물(370)은 표면 조도가 낮아 인슐레이터와 응력이 발생되는 것을 방지하며, 이에 따라, 절연 인슐레이터(330)의 손상을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.
특히, 상기 절연 인슐레이터(330)는 상기 응력 완화 구조물(370)보다 절연성과 플라즈마 내식성이 높고, 상기 응력 완화 구조물(370)은 상기 절연 인슐레이터(330) 보다 열충격 계수가 클 수 있다.
구체적으로, 절연 인슐레이터(330)는 응력 완화 구조물(370)보다 절연성이 높아 샤워헤드 본체(310)의 외주면을 감싸 전극과 전극을 지지하는 상부 리드(350) 사이를 전기적으로 절연할 수 있고, 상부 리드(350)가 샤워헤드 본체(310)의 외주면에 접촉되지 않도록 하며, 응력 완화 구조물(370)은 절연 인슐레이터(330)와 상부 리드(350)의 사이에 형성될 수 있다.
또한, 절연 인슐레이터(330)는 응력 완화 구조물(370)보다 플라즈마 내식성이 높아 상부 리드(350)와 응력 완화 구조물(370)이 플라즈마에 노출되지 않도록 플라즈마의 노출로부터 보호하는 구조를 형성할 수 있다.
반면에, 상기 응력 완화 구조물(370)은 상기 절연 인슐레이터(330) 보다 열충격 계수가 크며, 열충격 계수는 열팽창 계수에 반비례하는 특성을 나타낸다.
참고로, 열충격 계수는 열충격은 물체를 급속히 가열하거나 냉각할 때 발생하는 물체의 온도변화가 위치에 따라 달라져서 물체가 온도응력 또는 온도 변형력을 받는 현상을 의미한다. 만약, 온도 응력이 물체의 강도를 넘어설 경우 균열을 초래하고 손상에 이르게 할 수 있다. 상기 열충격에 대해 견디는 온도는 물체에 따라 다르지만, 물체마다 지닌 열충격 계수에 비례하고, 계수의 값이 클수록 잘 견딘다. 일례로, 고온으로 가열된 유리를 급속히 냉각하면 유리 표면과 내부의 열팽창 계수 차이로 인해 유리 표면에는 인장력이, 내부에는 압축력이 가해진다. 이 둘 사이에 힘의 차이가 커지면 유리의 변형을 유도하는 열충격으로 인해 유리는 깨지게 된다. 이와 반대로, 열팽창 계수가 낮거나 유리의 두께가 얇을 경우에는 유리 표면과 내부의 온도 차이가 적어 깨지지 않고 오래 견딜 수 있는데, 이러한 현상을 열충격 저항이라고 한다.
이에 따라, 상기 응력 완화 구조물(370)은 상부 리드(350)와 동일하거나 열충격 계수차이가 크지 않은 소재로 제조한 것을 도입하여 응력 완화 구조물(370)과 상부 리드(350) 및 절연 인슐레이터(330)에 마찰 응력이 발생되지 않도록 하며, 응력 완화 구조물(370)은 표면 조도가 낮아지도록 폴리싱 처리한 면이 절연 인슐레이터(330)와 접촉되도록 하여 절연 인슐레이터(330)와 상부 리드(350)의 직접적인 접촉이 발생되지 않도록 함에 따라 수축 팽창에 의한 마찰 응력 발생이 발생되지 않아 파티클 형성과 파손을 방지하는 구조를 형성할 수 있게 된다.
또한, 실시예에 따른 샤워헤드 어셈블리(300)는 밀봉 부재(390a, 390b)를 포함할 수 있다.
상기 밀봉 부재(390a, 390b)는 상기 응력 완화 구조물(370) 또는 상기 상부 리드(350)의 일측에 설치되어 상기 절연 인슐레이터(330) 및 상기 상부 리드(350) 사이를 밀봉하는 역할을 한다.
상기 밀봉 부재(390a, 390b)는 환형 구조를 가질 수 있으며, 내열성 폴리우레탄 등과 같은 탄성 소재를 이용해 제조한 것일 수 있으며, 오링(O ring)을 대표적인 예로 들 수 있다.
상기 밀봉 부재(390a, 390b)는 각각 상기 응력 완화 구조물(370)의 일측에 내입 형성된 고정홈에 삽입될 수 있고, 상부 리드(350)의 일측에 내입 형성된 삽입홈에 삽입되어 밀봉할 수도 있다.
또한, 상기 절연 인슐레이터(330)는 하면에 내입 형성되는 면접촉 방지용 단차부(331)를 더 포함할 수 있다. 상기 면접촉 방지용 단차부는 상기 절연 인슐레이터(330)의 하면과 응력 완화 구조물(370)의 상부가 면접촉되지 않도록 상기 절연 인슐레이터(330), 응력 완화 구조물(370) 및 상기 밀봉 부재(390a, 390b) 사이에 접촉 방지 공간(CP)을 형성할 수 있다. 이때, 상기 접촉 방지 공간(CP)은 공정 챔버(100)의 내부를 향하는 부분에 인슐레이터와될 수 있다. 이에 따인슐레이터와 기판 처리를 위해 고온으로 가열할 경우 열팽창 계수의 차이에 의해 마찰이 발생하는 경우에도 마찰에 의해 발생하는 파티클이 공정 챔버(100)의 내부로 유입되지 않도록 하는 구조를 형성할 수 있다.
상기한 바와 같은 실시예에 따른 샤워헤드 어셈블리(300)는, 단조 가공하여 제조한 응력 완화 구조물을 절연 인슐레이터와 상부 리드 사이에 배치하여 200 내지 500 ℃의 고온에서 기판을 처리하기 위한 공정을 수행하는 경우에도 열팽창 계수 차이로 인해 발생하는 마찰 응력의 발생을 최소화하여 샤워헤드의 운용 범위를 크게 확장할 수 있다. 특히, 300 ℃를 초과하는 고온에서도 안정적으로 사용할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 샤워헤드 어셈블리(300)는, 고가인 절연 인슐레이터(330)와 상부 리드(350)의 사용 수명(life cycle)을 연장할 수 있으며, 이에 따라, 교체 비용을 크게 절감할 수 있다.
또한, 도면에는, 샤워헤드 본체(310); 절연 인슐레이터(330); 상부 리드(350); 및 응력 완화 구조물(370)이 각각 원형인 것으로 도시되어 있으나, 이와 같은 형태에 제한받지 않으며, 다각형 구조를 가질 수도 있다.
한편, 실시에에 따른 기판 처리 장치(10)는, 처리 공간을 구비한 공정 챔버(100); 상기 공정 챔버(100)의 상기 처리 공간 하부에 위치되어, 처리될 기판이 안착되는 서셉터(200); 및 상기 공정 챔버(100) 상부에 위치되어, 상기 처리 공간에 공정 가스를 공급하는 샤워헤드 어셈블리(300)를 포함하며, 기판 처리를 위해 사용될 수 있는 통상적인 다양한 구조의 기판 처리 장치에 상기와 같은 샤워헤드 어셈블리(300)를 설치한 구조를 가질 수 있다.
또한, 상기 기판 처리 장치(10)는, 상기 샤워헤드 본체(310)의 상부에 설치되는 가열 엘리먼트(heating element, 400)를 더 포함할 수 있다.
상기 가열 엘리먼트(400)는 샤워헤드 본체(310)의 상부에 설치되어 샤워헤드 본체(310)를 선택적으로 가열할 수 있다. 특히, 본 발명에서 가열 엘리먼트(400)라 함은, 샤워헤드(210)를 선택적으로 가열하기 위한 수단, 다시 말해서, 샤워헤드 본체(310)의 온도를 높여 진공챔버(110)의 내부 온도를 조절하기 위한 수단으로 이해될 수 있다. 상기 가열 엘리먼트(400)의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
아울러, 상기 가열 엘리먼트(400)는 열선과 같은 열원 만으로 구성되거나, 열원의 주변에 열전도율이 높은 별도의 열전달 매개체가 조립된 구조로 제공될 수 있다. 상기 가열 엘리먼트(400)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 샤워헤드 본체(310)를 선택적으로 가열할 수 있는 다양한 위치에 장착될 수 있다. 일례로, 상기 가열 엘리먼트(400)는 샤워헤드 본체(310)의 상면에 장착될 수 있다. 경우에 따라서는 가열 엘리먼트가 샤워헤드의 저면 또는 측면에 장착되거나, 샤워헤드의 내부 공간에 배치되도록 구성하는 것도 가능하다.
도시하지는 않았으나, 상기 기판 처리 장치(10)는 별도로 전원을 공급하기 위한 전원 공급 장치, RF 전원 공급 장치와, 컨트롤러 등을 포함할 수 있다.
이에 따라, 상기와 같은 가열 엘리먼트(400)를 포함하는 기판 처리 장치(10)는, 샤워헤드 본체(310)의 온도를 높여 진공챔버(110)의 내부 온도를 조절할 수 있음에 따라, 200 내지 500 ℃의 공정 온도로 기판 처리를 수행하기 위한 용도로 활용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 기판 처리 장치 100 : 공정 챔버
200 : 서셉터 300 : 샤워헤드 어셈블리
310 : 샤워헤드 본체 311 : 탑 플레이트
313 : 분사 플레이트 315 : 미드 플레이트
330 : 절연 인슐레이터 331 : 면접촉 방지용 단차부
350 : 상부 리드 370 : 응력 완화 구조물
390a, 390b : 밀봉 부재 400 : 가열 엘리먼트

Claims (14)

  1. 기판 처리 장치의 공정 챔버의 상부에 설치되는 샤워헤드 어셈블리에 있어서,
    상기 공정 챔버의 처리 공간에 공정 가스를 공급하는 샤워헤드 본체;
    상기 샤워헤드 본체의 외주면에 결합되는 절연 인슐레이터;
    상기 절연 인슐레이터의 외주면에 결합되는 상부 리드; 및
    상기 절연 인슐레이터 및 상부 리드 사이에 배치되는 응력 완화 구조물;을 포함하고,
    상기 응력 완화 구조물은 알루미늄 합금을 단조 가공(forging process)하여 제조한 것을 특징으로 하는 샤워헤드 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 샤워헤드 본체는,
    공정 가스가 인입되는 유로가 구비된 탑 플레이트;
    상기 탑 플레이트의 상기 유로로부터 공급된 상기 공정 가스를 분사하기 위한 복수의 분사 홀을 구비하는 분사 플레이트; 및
    상기 탑 플레이트와 상기 분사 플레이트 사이에 설치되고, 복수 개의 분사 공이 관통 형성되어 상기 탑 플레이트에 인입되는 공정 가스를 확산시키는 미드 플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 샤워헤드 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 절연 인슐레이터는 열팽창 계수(Coefficient of Thermal Expansion, CTE)가 7.3×10-6/K인 산화 알루미늄을 포함하는 세라믹을 이용해 제조한 것이고,
    상기 응력 완화 구조물은 열팽창 계수가 18.0 × 10-6/K 내지 23.4 × 10-6/K인 Al6061 합금을 단조 가공하여 제조한 것이며,
    상기 상부 리드는 상기 Al6061 합금을 주조, 압출 또는 압연 가공하여 제조한 것을 특징으로 하는 샤워헤드 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 응력 완화 구조물은,
    알루미늄 합금을 성형하여 성형물을 제조하는 단계; 및
    상기 성형물을 초기 성형물 두께의 20 내지 50%의 압하율로 단조 가공하여 응력 완화 구조물을 제조하는 단계를 포함하는 방법으로 제조한 것을 특징으로 하는 샤워헤드 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 응력 완화 구조물은,
    표면을 폴리싱 가공하여 표면 조도가 0.1 내지 1 ㎛되도록 가공한 것을 특징으로 하는 샤워헤드 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 절연 인슐레이터 및 응력 완화 구조물 또는 상기 상부 리드 및 응력 완화 구조물 사이에 설치되는 밀봉 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 샤워헤드 어셈블리.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 절연 인슐레이터, 응력 완화 구조물 및 상기 밀봉 부재 사이에 접촉 방지 공간부가 마련되도록 상기 절연 인슐레이터의 하면에 내입 형성되는 면 접촉 방지용 단차부를 포함하는 것을 특징으로 하는 샤워헤드 어셈블리.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 절연 인슐레이터는 상기 응력 완화 구조물보다 절연성이 높은 것을 특징으로 하는 샤워헤드 어셈블리.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 절연 인슐레이터는 상기 응력 완화 구조물보다 플라즈마 내식성이 높은 것을 특징으로 하는 샤워헤드 어셈블리.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 응력 완화 구조물은 상기 절연 인슐레이터보다 열충격 계수가 큰 것을 특징으로 하는 샤워헤드 어셈블리.
  11. 제1항에 있어서,
    200 내지 500 ℃의 공정 온도로 기판 처리를 수행하기 위한 것을 특징으로 하는 샤워헤드 어셈블리.
  12. 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 샤워헤드 어셈블리를 포함하며,
    상기 샤워헤드 어셈블리는,
    상기 공정 챔버의 처리 공간에 공정 가스를 공급하는 샤워헤드 본체;
    상기 샤워헤드 본체의 외주면에 결합되는 절연 인슐레이터;
    상기 절연 인슐레이터의 외주면에 결합되는 상부 리드; 및
    상기 절연 인슐레이터 및 상부 리드 사이에 배치되는 응력 완화 구조물를 포함하고,
    상기 응력 완화 구조물은 알루미늄 합금을 단조 가공하여 제조한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 샤워헤드 본체의 일측에 설치되는 가열 엘리먼트를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    200 내지 500 ℃의 공정 온도로 기판 처리를 수행하기 위한 용도인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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