KR101036454B1 - 대면적 가스분사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대면적 공정챔버에서의 샤워헤드에 있어서 임의의 방향에서의 열변형을 용이하게 완충할 수 있는 가스분사장치에 관한 것으로서, 반응공간을 형성하는 대형 반응챔버 내에 설치되는 가스분사장치에 있어서, 기판이 장착되는 히터블럭의 상부에 설치되며 복수의 가스분사홀을 가지는 샤워헤드와, 상기 샤워헤드의 상부에 설치되며 가스공급원으로부터 공급된 반응가스가 유입되는 가스박스와, 일측이 상기 가스박스에 연결되고 타측이 상기 샤워헤드에 연결되며 회동가능하게 설치되는 완충부재를 포함하여 구성되며, 상기 완충부재는 상기 가스박스에 회동가능하게 삽입되는 제 1 볼힌지부와, 상기 샤워헤드에 회동가능하게 삽입되는 제 2 볼힌지부와, 상기 제 1 볼힌지부와 상기 제 2 볼힌지부를 연결하는 체결부로 구성되고, 상기 제 1 볼힌지부와 상기 제 2 볼힌지부는 서로 상대적으로 회동가능하게 체결되어, 샤워헤드의 중앙부로부터 가장자리부로의 열팽창을 흡수할 수 있음은 물론 샤워헤드 가장자리의 4변의 길이방향으로의 열팽창도 흡수하는 등 회동가능한 볼힌지에 의하여 완충부재가 설치된 각도나 위치에 상관없이 임의의 방향에서의 샤워헤드의 열팽창을 흡수할 수 있다.

Description

대면적 가스분사장치{GAS INJECTION APPARATUS FOR LARGE PROCESSING CHAMBER}

본 발명은 가스분사장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 대면적 공정챔버에서의 샤워헤드에 있어서 임의의 방향에서의 열변형을 용이하게 완충할 수 있는 가스분사장치에 관한 것이다.

일반적으로 기판처리장치는 기판(웨이퍼)의 표면에 반응가스를 반응시켜서 원자 또는 분자 단위로 기판표면에 박막을 형성시키고 있다.

이러한 박막의 형성은, 공정챔버의 내부로 반응가스가 유입되고, 반응가스가 기판 상면에 균일하게 분포될 수 있도록 다수의 관통홀이 형성된 샤워헤드를 통하여 반응가스를 분사하여 기판상에 물질막을 증착시킴으로써 이루어진다. 최근에는 이러한 반응가스의 이온 또는 라디컬의 생성에 의해 용이하게 반응하도록 하기 위하여 챔버 외부의 고전압의 에너지를 이용하여 반응가스를 플라즈마 상태로 여기시킨 상태에서 반응가스들의 화학반응을 유도하는 플라즈마 강화 화학기상증착방식이 널리 이용되고 있다.

도 1은 종래기술에 의한 기판처리장치를 나타낸 것이다. 종래의 기판처리장치는 챔버(100)와, 상기 챔버의 상부에 마련되며 중앙에 가스관통홀이 형성된 가스박스(200)와, 상기 가스박스의 하부에 마련되어 상기 가스박스를 통해 유입된 반응가스를 분사시키는 샤워헤드(300)와, 상기 챔버(100)내의 하부에 마련되어 기판(W)을 안착시키는 히터블럭(400)과, 배기수단으로 구성되며, 상기 챔버(100)의 일측벽 또는 양측벽에는 기판출입구(110)가 형성되어, 상기 기판출입구(110)를 통하여 기판(W)이 이송수단에 의해 반입 및 반출된다.

상기 기판처리장치에 있어서, 반응가스는 외부의 가스공급원으로부터 공급되어 상기 가스박스에 마련된 가스관통홀을 통하여 유입되고, 상기 가스박스에 마련된 가스확산판(201)을 통하여 상기 샤워헤드 상부로 확산된 후, 상기 샤워헤드에 형성된 다수의 분사노즐을 통해 기판(W)의 상면으로 균일하게 분사되도록 구성되어 있다.

또한, 상기 샤워헤드는 상기 기판상에 박막을 증착하기 위하여 챔버내에서 상기 히터블럭에 의한 가열 및 플라즈마 상태의 형성을 위한 외부 고전압 에너지원의 공급 등에 의해 고온의 환경하에 놓이기 때문에, 상기 샤워헤드의 가장자리에는 완충부재(202)를 상기 샤워헤드에 장착하여 샤워헤드의 열변형을 흡수하도록 구성하고 있다.

그러나, 최근 생산력의 증대를 위하여 기판의 크기가 대형화됨에 따라 기판처리장치도 대형화되고 있는 추세이고, 이러한 대형화된 기판처리장치에 적용하기 에는 상기 종래의 기판처리장치는 여러 가지 문제점을 가지고 있다.

기판처리장치가 대형화됨에 따라, 상기 샤워헤드의 크기도 커지게 되고 이에 따라 상기 히터블럭에 의한 가열 및 플라즈마 상태의 형성을 위한 외부 고전압 에너지원의 공급 등에 의해 고온의 환경하에 놓인 샤워헤드의 열변형도 또한 커지게 된다고 하는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 도 2a 및 도 2b에 도시하는 바와 같은 샤워헤드 구조가 제안되고 있다. 도 2a 및 도 2b에 나타낸 종래의 샤워헤드 구조에 있어서는 샤워헤드 가장자리에 얇은 알루미늄 구조물인 완충부재를 절곡하여 설치하여 샤워헤드의 열팽창을 흡수하도록 구성하고 있다.

그러나 상술한 종래의 샤워헤드 구조에 있어서는, 샤워헤드의 중앙부와 상기 완충부재를 잇는 직선상에서의 샤워헤드의 열팽창만을 흡수할 수 있는 구조인 반면에 샤워헤드의 열팽창은 샤워헤드의 중앙부를 기준으로 방사상의 형태로 이루어지기 때문에, 샤워헤드 가장자리에서의 4변의 길이방향으로의 열팽창에 의한 변형을 흡수하기 어렵고, 이에 따라 열변형에 의한 팽창과 수축이 반복되어 완충부재에 파손이 발생할 염려가 있다는 문제점이 있었다.

또한, 도 3에 나타낸 바와 같이, 샤워헤드의 두께방향으로 얇게 절단하여 홈을 형성하고 이 홈에 의해 샤워헤드의 열팽창을 흡수하도록 구성된 종래기술이 제안되고 있으나, 샤워헤드의 중앙부분과 에지부분에 형성할 홈의 개수를 서로 달리 구성하여야 하므로 홈의 형성에 따라 샤워헤드의 제조비용이 높아진다고 하는 문제점이 있었다.

또한, 사각에지부분에서는 반복된 수축/팽창 작용으로 탄성한계를 넘어선 소성 변형으로 모서리 부분이 떨어지는 현상이 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 본 발명은 대면적 공정챔버에서의 샤워헤드에 있어서 임의의 방향에서의 열변형이라 하더라도 용이하게 흡수할 수 있는 가스분사장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 가스분사장치는, 반응공간을 형성하는 대형 반응챔버 내에 설치되는 가스분사장치에 있어서, 기판이 장착되는 히터블럭의 상부에 설치되며 복수의 가스분사홀을 가지는 샤워헤드와, 상기 샤워헤드의 상부에 설치되며 가스공급원으로부터 공급된 반응가스가 유입되는 가스박스와, 일측이 상기 가스박스에 연결되고 타측이 상기 샤워헤드에 연결되며 회동가능하게 설치되는 완충부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 완충부재는 상기 가스박스에 회동가능하게 삽입되는 제 1 볼힌지부와, 상기 샤워헤드에 회동가능하게 삽입되는 제 2 볼힌지부와, 상기 제 1 볼힌지부와 상기 제 2 볼힌지부를 연결하는 체결부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제 1 볼힌지부와 상기 제 2 볼힌지부는 서로 상대적으로 회동가능하게 체결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가스박스와 상기 반응챔버 사이 및 상기 샤워헤드와 상기 반응챔버 사이에는 절연체가 더욱 배치되고, 상기 가스박스와 상기 샤워헤드 사이에는 도전성 박판이 더욱 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 도전성 박판은 요철형상으로 절곡된 절곡부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 가스분사장치에 의하면, 가스박스에 삽입 체결된 제 1 볼힌지부와, 샤워헤드에 삽입 체결된 제 2 볼힌지부가 회동가능하게 구성되어 있으므로, 샤워헤드의 중앙부로부터 가장자리부로의 열팽창을 흡수할 수 있음은 물론 샤워헤드 가장자리의 4변의 길이방향으로의 열팽창도 흡수하는 등 회동가능한 볼힌지에 의하여 완충부재가 설치된 각도나 위치에 상관없이 임의의 방향에서의 샤워헤드의 열팽창을 흡수할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 기판처리장치에 대하여 실시예로써 상세하게 설명한다.

도 4 및 도 5는 본 발명에 의한 가스분사장치를 나타내는 도면, 도 6는 본 발명의 완충부재를 나타내는 도면이다.

도 4 내지 도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 가스분사장치(1)는 반 응챔버(2) 내에 설치된다.

상기 반응챔버(2) 내에는 상기 가스분사장치(1)와, 상기 반응챔버(2)내의 하부에 마련되어 기판(W)을 안착시키는 히터블럭(3)과, 배기수단(도시하지 않음)으로 구성되며, 상기 반응챔버(2)의 일측벽 또는 양측벽에는 기판출입구(도시하지 않음)가 형성되어, 상기 기판출입구를 통하여 기판(W)이 이송수단에 의해 반입 및 반출된다.

상기 반응챔버(2)에는 내측으로 돌출되어 형성된 돌출벽(2a)을 마련하여, 상기 돌출벽(2a)에 후술하는 가스박스와 샤워헤드가 고정연결된다.

상기 가스분사장치(1)는 샤워헤드(10)와, 가스박스(20)와, 완충부재(30)로 구성된다.

상기 샤워헤드(10)는 기판(W)이 장착되는 상기 히터블럭(3)의 상부에 설치된다. 상기 샤워헤드(10)에는 복수의 가스분사홀(11)이 마련되며, 상기 가스분사홀(11)을 통하여 확산된 반응가스가 상기 기판(W) 상면을 향하여 분사된다.

상기 샤워헤드(10)는, 상기 샤워헤드(10)의 가장자리 하부면에 고정 연결되는 제 1 고정용 절연체(41) 및 상기 돌출벽(2a)의 하부면에 고정 연결되는 제 2 고정용 절연체(42)를 매개로 하여 상기 돌출벽(2a)에 고정 연결된다. 상기 제 1 고정용 절연체(41)와 상기 제 2 고정용 절연체(42)의 사이에는 O-링 등의 밀봉부재(42a)가 설치되어 상기 반응챔버(2) 내의 반응가스가 누설되는 것을 방지한다. 또한, 상기 제 1 고정용 절연체(41)는 알루미늄 재질에 Hard Anodizing Coating처 리되어 구성되고, 상기 제 2 고정용 절연체(42)는 세라믹 재질이나 테프론 등의 전기 절연성이 우수한 재질로 구성된다.

상기 샤워헤드(10)의 상부에는 상기 샤워헤드(10)와 일정거리 이격되어 가스박스(20)가 설치된다. 상기 가스박스(20)에는 가스관통홀(21)이 마련되어, 상기 가스관통홀(21)을 통하여 외부의 가스공급원으로부터 반응가스가 유입된다.

상기 가스박스(20)는 상기 가스박스(20)의 가장자리 하부에 설치되는 제 3 고정용 절연체(45)를 매개로 하여 상기 돌출벽(2a)의 상부면에 얹혀 놓여져 설치된다. 상기 가스박스(20)와 상기 제 3 고정용 절연체(45)의 사이 및 상기 돌출벽(2a)과 상기 제 3 고정용 절연체(45)의 사이에는 O-링 등의 밀봉부재(45a)가 설치되어 상기 반응챔버(2) 내의 반응가스가 누설되는 것을 방지한다. 또한, 상기 제 3 고정용 절연체(45)는 세라믹 재질이나 테프론 등의 전기 절연성이 우수한 재질로 구성된다.

상기 샤워헤드(10)의 가장자리와 상기 가스박스(20)의 가장자리 사이에는 도전성 박판(44)이 배치된다. 상기 도전성 박판(44)의 측면에는 가스차단용 절연체(43)가 마련되어 상기 도전성 박판(44)을 지지함과 동시에 상기 가스박스(20)와 상기 샤워헤드(10) 사이의 반응가스가 반응챔버(2) 외부로 누설되는 것을 방지한다.

상기 가스차단용 절연체(43) 및 상기 도전성 박판(44)은 볼트 등의 고정수 단에 의해 상하단이 각각 상기 가스박스(20)와 상기 샤워헤드(10)에 고정 연결된다.

상기 도전성 박판(44)은, 분사된 반응가스를 플라즈마 상태로 여기시키기 위하여 필요한 에너지를 공급하는 RF전원(50)으로부터 상기 가스박스(20)로 인가된 전원을 상기 샤워헤드(10)로 도통시킨다. 또한, 상기 도전성 박판(44)의 중간부분에는 대략 Ω자 형상으로 절곡된 제 1 절곡부(44a)가 형성되어, 상기 샤워헤드(10)의 열팽창시에 상기 제 1 절곡부(44a)가 늘어나서 상기 샤워헤드(10)의 열팽창에 따른 상기 도전성 박판(44)의 변형에 대응하도록 구성된다.

또한, 상기 가스차단용 절연체(43)의 중간부분에도 대략 Ω자 형상으로 절곡된 제 2 절곡부(43a)가 형성되어, 상기 샤워헤드(10)의 열팽창에 따른 상기 가스차단용 절연체(43)의 변형에 대응하도록 구성된다.

상기 샤워헤드(10)의 가장자리와 상기 가스박스(20)의 가장자리에는 완충부재(30)가 설치된다. 상기 완충부재(30)는 일측이 상기 가스박스(20)에 연결되고 타측이 상기 샤워헤드(10)에 연결되며 회전운동가능하게 설치된다. 이하, 회전운동은 회동이라 지칭 및 한정하여 설명하도록 한다.

상기 완충부재(30)는, 제 1 볼힌지부(31)와 제 2 볼힌지부(32)와, 체결부(33)로 구성된다. 상기 제 1 볼힌지부(31)는 대략 구형상체(31a)에 기다란 봉형상체(31b)가 일체로 형성된 구조이고, 상기 봉형상체(31b)의 하부에는 상기 체결부(33)를 체결하기 위한 체결홈(31c)이 형성되어 있다.

상기 제 2 볼힌지부(32)는 대략 구형상으로 형성되어 있고, 상기 제2 볼힌 지부를 관통하는 관통홀(32a)이 형성되어 있다. 상기 관통홀(32a)은 구의 중심부와 표면부에서의 내경이 서로 다르게 형성되어, 상기 관통홀(32a)의 일측에는 상기 봉형상체(31b)가 삽입되며 타측으로부터 상기 체결부(33)를 삽입하여 상기 제 1 볼힌지부(31)와 상기 제 2 볼힌지부(32)를 체결한다.

상기 제 1 볼힌지부(31)와 상기 제 2 볼힌지부(32)는 중심점을 잇는 축에 대해 수직인 면 방향으로 서로 상대적으로 회동가능하게 체결된다.

상기 제 1 볼힌지부(31)는, 상기 가스박스(20)의 가장자리 하부면을 절개하고, 절개된 면의 중앙부분을 반구형으로 더욱 절개한 다음, 상기 가스박스(20)의 절개면에 중앙에 관통홀이 형성된 제 1 고정블럭(34)을 삽입하고, 상기 제 1 볼힌지부(31)를 상기 제 1 고정블럭(34)을 관통하여 상기 가스박스의 반구형 절개면에 맞닿도록 삽입함으로써 설치가 완료된다.

상기 제 1 볼힌지부(31)와 상기 제 1 고정블럭(34) 및 상기 가스박스(20)의 반구형 절개면 사이에는 미세한 공차가 형성되어 상기 제 1 볼힌지부(31)의 회동이 가능하다.

상기 샤워헤드(10)의 가장자리 하부면을 절개하고, 절개된 부분에 중앙에 반구형 절개면이 형성된 제 2 고정블럭(35)을 삽입한다. 또한, 상기 제 2 고정블럭(35)의 상부측의 상기 샤워헤드(10)를 상기 제 2 볼힌지부(32)의 반경보다 약간 작은 직경을 가지는 관통홀을 형성한 후, 상기 샤워헤드(10)의 탄성에 의해 상기 관통홀에 상기 제 2 볼힌지부(32)를 압입하여 설치할 수 있다.

도 7은 본 발명의 완충부재의 회동을 예시하는 도면이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 상술한 바와 같이 구성된 상기 완충부재(30)는, 상기 반응챔버(2) 내의 상기 히터블럭(3)의 사용 및 플라즈마 생성을 위한 상기 RF전원(50)으로부터의 에너지 공급 등으로 인하여 상기 샤워헤드(10)가 열팽창을 하면 상기 샤워헤드(10)에 고정연결된 제 2 볼힌지부(32)가 상기 반응챔버(2)의 챔버벽 측으로 밀려나면서 회동하게 된다. 이 때, 상기 가스차단용 절연체(43) 및 상기 도전성 박판(44)은 제 1 절곡부와 제 2 절곡부(43a, 44a) 부분에서 늘어나면서 상기 도전성 박판(44)은 상기 가스차단용 절연체(43)에 의해 지지되면서 상기 가스박스(20)와 상기 샤워헤드(10)의 도통을 유지한다.

한편, 상기 제 2 볼힌지부(32)의 회동에 의해 상기 제 1 볼힌지부(31)도 상기 제 1 고정블럭(34) 내에서 회동하게 되어, 상기 샤워헤드(10)의 열팽창을 흡수할 수 있게 된다.

또한, 도 8에 나타낸 바와 같이, 상기 샤워헤드(10)의 열팽창은 샤워헤드의 중심을 기준으로 방사상의 형태로 이루어지는 바, 장방형 또는 정방형 형상인 샤워헤드의 4변의 끝단부와 중앙부의 열팽창은 서로 상이하게 되어, 상기 샤워헤드의 4변의 길이방향을 따라 열팽창의 차이에 따른 변형이 서로 영향을 미칠 수 있다.

본 실시예에 의한 상기 완충부재(30)는 상기 제 1 볼힌지부(31)와 상기 제 2 볼힌지부(32)가 서로 상대적으로 회동이 가능하기 때문에, 상기 완충부재(30)의 설치각도나 설치위치에 관계없이, 상기 샤워헤드(10)의 중심부로부터 가장자리부로의 열팽창은 물론, 상기 샤워헤드의 4변의 길이방향을 따라 열팽창의 차이에 따른 변형도 흡수할 수 있다.

본 실시예는 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타낸 것에 불과하며, 본 발명의 명세서에 포함된 기술적 사상의 범위내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 것은 자명하다.

도 1은 종래기술에 의한 기판처리장치를 나타내는 도면이다.

도 2 및 도 3은 종래기술에 의한 샤워헤드의 구조를 나타내는 도면이다.

도 4 및 도 5는 본 발명에 의한 가스분사장치를 나타내는 도면이다.

도 6는 본 발명의 완충부재를 나타내는 도면이다.

도 7은 본 발명의 완충부재의 회동을 예시하는 도면이다.

도 8은 샤워헤드의 방사상 열팽창을 나타내는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 가스분사장치

2 : 반응챔버

3 : 히터블럭

10 : 샤워헤드

20 : 가스박스

30 : 완충부재

31 : 제 1 볼힌지부

32 : 제 2 볼힌지부

Claims (5)

1. 삭제
2. 반응공간을 형성하는 반응챔버 내에 설치되는 대면적 가스분사장치에 있어서,

   기판이 장착되는 히터블럭의 상부에 설치되며 복수의 가스분사홀을 가지는 샤워헤드와;

   상기 샤워헤드의 상부에 설치되며 가스공급원으로부터 공급된 반응가스가 유입되는 가스박스와;

   일측이 상기 가스박스에 연결되고 타측이 상기 샤워헤드에 연결되며 회동가능하게 설치되는 완충부재를 포함하며,

   상기 완충부재는,

   상기 가스박스에 회동가능하게 삽입되는 제 1 볼힌지부와,

   상기 샤워헤드에 회동가능하게 삽입되는 제 2 볼힌지부와,

   상기 제 1 볼힌지부와 상기 제 2 볼힌지부를 연결하는 체결부로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 볼힌지부와 상기 제 2 볼힌지부는 서로 상대적으로 회전운동가능하게 체결되는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 가스박스와 상기 반응챔버 사이 및 상기 샤워헤드와 상기 반응챔버 사이에는 절연체가 더욱 배치되고,

   상기 가스박스와 상기 샤워헤드 사이에는 도전성 박판이 더욱 배치되는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 도전성 박판은 요철형상으로 절곡된 절곡부를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스분사장치.

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