特許 7546573 シャワーヘッドおよびこれを含む基板処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-29

(45)【発行日】2024-09-06

(54)【発明の名称】シャワーヘッドおよびこれを含む基板処理装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/455 20060101AFI20240830BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20240830BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20240830BHJP

【ＦＩ】

C23C16/455

H01L21/31 C

H01L21/302 101B

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021543233

(86)(22)【出願日】2019-12-03

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-03-15

(86)【国際出願番号】 KR2019016913

(87)【国際公開番号】W WO2020159064

(87)【国際公開日】2020-08-06

【審査請求日】2022-10-27

(31)【優先権主張番号】10-2019-0010858

(32)【優先日】2019-01-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】504210651

【氏名又は名称】ジュスン エンジニアリング カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000154

【氏名又は名称】弁理士法人はるか国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ウー ラム

(72)【発明者】

【氏名】キム キ バム

(72)【発明者】

【氏名】キム ジャエ ホン

(72)【発明者】

【氏名】リ ギル ジェ

(72)【発明者】

【氏名】リ ジュ ヤン

(72)【発明者】

【氏名】ハ ユン ギュ

【審査官】今井 淳一

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－１２３８４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１９４８２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１２４２３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２３Ｃ １６／４５５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板処理装置の内部の反応空間に工程ガスを噴射し、サイドウォールによって前記基板処理装置の上部リッドに固定されたシャワーヘッドにおいて、
前記シャワーヘッドと前記サイドウォールを貫通して結合させるブラインドリベットを含み、
前記シャワーヘッドの側面は、
前記ブラインドリベットによって前記シャワーヘッドと前記サイドウォールの離脱を防止するための１つ以上の据置溝を含むことを特徴とするシャワーヘッド。

【請求項2】

前記シャワーヘッドの側面は、
前記サイドウォールが挿入可能な固定溝をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のシャワーヘッド。

【請求項3】

前記シャワーヘッドは、
前記据置溝の下端面に、前記シャワーヘッドと前記サイドウォールを貫通した前記ブラインドリベットが挿入可能な補助溝が形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載のシャワーヘッド。

【請求項4】

前記ブラインドリベットは、
第１端部と、
前記第１端部とともに前記サイドウォールと前記シャワーヘッドを固定させる第２端部とを含むことを特徴とする請求項１または２に記載のシャワーヘッド。

【請求項5】

前記第１端部は、前記シャワーヘッドの外部に位置し、
前記第２端部は、前記据置溝の上部面に位置することを特徴とする請求項４に記載のシャワーヘッド。

【請求項6】

前記サイドウォールは、
前記シャワーヘッドの熱膨張または収縮による応力を減少させることができるように可撓性を有することを特徴とする請求項１または２に記載のシャワーヘッド。

【請求項7】

基板処理装置において、
基板処理工程のための反応空間を提供するチャンバと、
前記反応空間を密閉するように前記チャンバの上部に設けられる上部リッドと、
チャンバの内部に設けられて外部から供給される基板を支持するサセプタと、
前記サセプタに対向するように前記上部リッドの下部に設けられるシャワーヘッドと、
前記上部リッドに前記シャワーヘッドを固定させるサイドウォールと、
前記シャワーヘッドと前記サイドウォールを貫通して結合させるブラインドリベットとを含み、
前記シャワーヘッドの側面は、
前記ブラインドリベットによって前記シャワーヘッドと前記サイドウォールの離脱を防止するための１つ以上の据置溝を含むことを特徴とする基板処理装置。

【請求項8】

前記シャワーヘッドの側面は、
前記サイドウォールが挿入可能な固定溝をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の基板処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板処理装置の内部の反応空間にガスを供給するためのシャワーヘッドおよびこれを含む基板処理装置に関し、より詳しくは、ブラインドリベットを用いてシャワーヘッドをサイドウォールに固定させることにより、サイドウォールとシャワーヘッドの離脱現象を防止できるシャワーヘッドおよびこれを含む基板処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に、半導体素子、平板ディスプレイパネル、太陽電池などを製造するためには、基板の表面に所定の回路パターンまたは光学的パターンを形成しなければならず、このためには、基板処理装置内で基板に特定物質の薄膜を蒸着する薄膜蒸着工程、感光性物質を用いて薄膜を選択的に露出させるフォト工程、選択的に露出した領域の薄膜を除去してパターンを形成するエッチング工程などの基板処理工程を行う。

【0003】

このような半導体製造工程は、当該工程のために最適な環境に設計された基板処理装置の内部で進行し、最近はプラズマを用いて蒸着またはエッチング工程を行う基板処理装置が多く用いられている。

【0004】

プラズマを用いた基板処理装置には、プラズマを用いて薄膜を形成するＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置や、薄膜をエッチングしてパターニングするプラズマエッチング装置などがある。

【0005】

図１は、従来技術によるプラズマを用いた基板処理装置の一実施例を示す断面図である。

【0006】

図１を参照すれば、一般的な基板処理装置は、チャンバ１０と、上部リッド２０と、サセプタ３０と、シャワーヘッド４０と、サイドウォール５０とを備える。

【0007】

チャンバ１０は、基板処理工程のための反応空間を提供する。この時、チャンバ１０の一側底面は、反応空間を排気させるための排気口１２に連通する。

【0008】

上部リッド２０は、反応空間を密閉するようにチャンバ１０の上部に設けられ、プラズマを用いた基板処理装置ではプラズマ電極の役割を果たす。上部リッド２０の一側は、電源ケーブルを介してＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電源２４に電気的に接続される。この時、ＲＦ電源２４は、ＲＦ電力を生成してプラズマ電極である上部リッド２０に供給する。また、上部リッド２０の中央部分は、基板処理工程のための工程ガスを供給するガス供給管２６に連通する。

【0009】

サセプタ３０は、チャンバ１０の内部に設けられて外部から供給される基板Ｓを支持する。このようなサセプタ３０は、上部リッド２０に対向する対向電極であって、サセプタ３０を支持する支持軸３２を介して電気的に接地される。この時、支持軸３２は、支持軸３２とチャンバ１０の下面を密封するベローズ３４によって取り囲まれる。

【0010】

シャワーヘッド４０は、サセプタ３０に対向するように上部リッド２０の下部に設けられる。前記シャワーヘッド４０と上部リッド２０との間には、上部リッド２０を貫通するガス供給管２６を通して工程ガスが供給されるガスバッファ空間４２が形成される。この時、工程ガスは、基板Ｓ上に所定の薄膜を形成するためのソースガスと反応ガスとが混合された形態からなり、前記ガスバッファ空間４２に供給される。このようなシャワーヘッド４０は、ガスバッファ空間４２に連通した複数のガス噴射ホール４４を通して工程ガスを反応空間に噴射する。

【0011】

サイドウォール５０は、第１端部５１が上部リッド２０に固定され、第２端部５２がシャワーヘッド４０を支持し、前記第１端部５１および第２端部５３が連結部５２によって連結される。

【0012】

シャワーヘッド４０は、上部リッド２０またはチャンバ１０の上部壁面に強固に装着することが一般的であった。しかし、このようにシャワーヘッド４０を上部リッド２０またはチャンバ１０の上部壁面に強固に装着した場合、プラズマから供給された熱によってシャワーヘッド４０が熱膨張する時、シャワーヘッド４０に対して連続的な熱応力が加えられ、この熱応力によってシャワーヘッド４０が破損する問題があった。

【0013】

このため、従来からサイドウォール５０の構造を改善し可撓性をもたせることで、シャワーヘッド４０に対して加えられる熱的膨張および収縮による熱応力を最小化させることができる方法が提案された。

【0014】

図２Ａおよび図２Ｂは、従来技術によるサイドウォールの構造およびシャワーヘッドとの結合を説明するための図である。

【0015】

図２Ａおよび図２Ｂを参照すれば、従来技術によるサイドウォールの構造は、第１端部５１と連結部５２および第２端部５３がジグザグの形態を有する。

【0016】

この時、第１端部５１は、上部リッド２０の下部面にボルト５１ａによって固定され、第２端部５３は、シャワーヘッド４０に固定されてシャワーヘッド４０を支持する。また、連結部５２は、可撓性（ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ）を有して、シャワーヘッドが熱膨張する時、熱膨張による機械的応力を最小化させる。

【0017】

図２Ａは、ピン（ｐｉｎ）６１を用いてサイドウォールの第２端部５３とシャワーヘッド４０を固定させるもので、サイドウォールの第２端部５３をシャワーヘッド４０の対応する溝に嵌合した後、ピン挿入ホールにピンを挿し込んでサイドウォールとシャワーヘッドを固定させる。

【0018】

しかし、熱膨張によってピン挿入ホールが大きくなることによってピンが抜ける問題があり、ピンが抜けないようにするために、ピン挿入ホールに挿入されたピンとシャワーヘッドを溶接によって固定させる過程をさらに必要とした。

【0019】

一方、図２Ｂは、リベット（ｒｉｖｅｔ）６２を用いてサイドウォールの第２端部５３とシャワーヘッドを固定させるもので、サイドウォールの第２端部５３とシャワーヘッドを整列させた後、リベット挿入ホールを開けて、前記リベット挿入ホールにリベットを挿入した後、工具を用いてリベット内部のシム（ｓｈｉｍ）を引っ張ると、リベット内部のシム（ｓｈｉｍ）の末端部が引き寄せられながらシャワーヘッドをサイドウォールに固定させるようになる。

【0020】

しかし、従来のリベットタイプの場合、熱膨張によってリベット挿入ホールが大きくなることによってリベットが抜ける問題があった。また、従来のリベットタイプの場合、リベットを引っ張ると、リベット挿入ホールの末端が広くなる構成となっていて、維持補修のためにリベットを除去する場合、当該リベット挿入ホールが引き続き大きくなる問題があった。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0021】

本発明は、上記の問題を解決するためのものであって、シャワーヘッドとサイドウォールを結合させる結合手段を用いてシャワーヘッドとサイドウォールを固定させることにより、シャワーヘッドの熱膨張によって結合手段が貫通する補助溝の直径が大きくなっても、結合手段の端部によって結合手段が抜けるのを防止し、シャワーヘッドからサイドウォールが離脱するのを防止できるようにしたシャワーヘッドおよびこれを含む基板処理装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0022】

上記の技術的課題を達成するための、本発明の一実施例によるシャワーヘッドは、基板処理装置の内部の反応空間に工程ガスを噴射し、サイドウォールによって前記基板処理装置の上部リッドに固定されたシャワーヘッドにおいて、前記シャワーヘッドと前記サイドウォールを貫通して結合させる結合手段を含み、前記シャワーヘッドの側面は、前記結合手段によって前記シャワーヘッドと前記サイドウォールの離脱を防止するための１つ以上の据置溝を含むことを特徴とする。

【0023】

上記の技術的課題を達成するための、本発明の一実施例によるシャワーヘッドを含む基板処理装置は、基板処理装置において、基板処理工程のための反応空間を提供するチャンバと、前記反応空間を密閉するように前記チャンバの上部に設けられる上部リッドと、チャンバの内部に設けられて外部から供給される基板を支持するサセプタと、前記サセプタに対向するように前記上部リッドの下部に設けられるシャワーヘッドと、前記上部リッドに前記シャワーヘッドを固定させるサイドウォールと、前記シャワーヘッドと前記サイドウォールを貫通して結合させる結合手段とを含み、前記シャワーヘッドの側面は、前記結合手段によって前記シャワーヘッドと前記サイドウォールの離脱を防止するための１つ以上の据置溝を含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0024】

本発明によるシャワーヘッドによれば、結合手段を用いてシャワーヘッドをサイドウォールに固定させることにより、熱膨張によって結合手段が貫通する補助溝の直径が大きくなっても、結合手段の端部によって結合手段が抜けるのを防止し、サイドウォールとシャワーヘッドとの結合力を向上させることができるという利点がある。

【0025】

また、維持補修作業を進行させる場合にも、結合手段が貫通する補助溝の直径が大きくなる問題が発生せず、結合手段の端部をカッティングさえすれば、容易にサイドウォールの取替が可能という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】従来技術によるプラズマを用いた基板処理装置の概略断面図である。

【図2A】従来の基板処理装置においてピンを用いてサイドウォールとシャワーヘッドを固定させることを示す図である。

【図2B】従来の基板処理装置においてリベットを用いてサイドウォールとシャワーヘッドを固定させることを示す図である。

【図3】本発明によるシャワーヘッドを含む基板処理装置の概略断面図である。

【図4】図３の本発明によるシャワーヘッドのコーナー部分の拡大断面図である。

【図5】図３の本発明の他の実施例によるシャワーヘッドのコーナー部分の拡大断面図である。

【図6A】結合手段によってシャワーヘッドがサイドウォールに固定される原理を説明するための図である。

【図6B】結合手段によってシャワーヘッドがサイドウォールに固定される原理を説明するための図である。

【図7】結合手段によってシャワーヘッドがサイドウォールに固定されることを説明するための部分分解斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、添付した図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。

【0028】

図３は、本発明によるシャワーヘッドを含む基板処理装置の概略断面図である。図４は、図３の本発明によるシャワーヘッドのコーナー部分の拡大断面図であり、図５は、図３の本発明の他の実施例によるシャワーヘッドのコーナー部分の拡大断面図であり、図６Ａおよび図６Ｂは、結合手段によってシャワーヘッドがサイドウォールに固定される原理を説明するための図である。

【0029】

図３～図６Ａおよび図６Ｂを参照して、本発明によるブラインドリベットによってサイドウォールに固定されたシャワーヘッドを説明する。

【0030】

本発明によるシャワーヘッド３４０は、基板処理装置３００の内部の反応空間Ｐに工程ガスを噴射し、サイドウォール３５０によって前記基板処理装置３００の上部リッド３２０の下部に固定される。

【0031】

前記シャワーヘッド３４０は、工程ガスを反応空間に噴射する複数のガス噴射ホール３４４が形成された中心部３４１と、前記サイドウォール３５０の第２端部が固定される側面部３４２とを含む。この時、前記シャワーヘッドは、上部から眺める時、円形または長方形の形態を有することが好ましい。

【0032】

前記サイドウォール３５０は、第１端部３５１と、第２端部３５３と、連結部３５２とを備える。第１端部３５１は、前記基板処理装置３００の上部リッド３２０の下部にボルト３５１ａで固定され、第２端部３５３は、前記シャワーヘッド３４０の側面部３４２に固定されて前記シャワーヘッド３４０を支持する。連結部３５２は、一端が前記第１端部３５１の一端に連結され、他の一端が前記第２端部３５３の一端に連結される。

【0033】

前記サイドウォールは、第１端部３５１が上部リッド３２０の下部にボルト３５１ａで固定され、第２端部３５３が前記シャワーヘッド３４０の側面部３４２に固定されて、上部リッド３２０とシャワーヘッド３４０との間で反応ガスが拡散する空間を提供する。また、上部リッド３２０とシャワーヘッド３４０との間で密閉された空間を提供し、反応ガスがチャンバ３１０の側壁に拡散するのを防止する役割を果たす。

【0034】

この時、サイドウォールは、シャワーヘッドの熱的膨張または熱的収縮による熱応力を最小化するために、可撓性（ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ）を有する構造に形成することが好ましい。

【0035】

一方、結合手段３６０は、第１端部３６１と、外部ケース３６２と、内部シム３６３と、突出端部３６４と、引出部３６５とを備える。補助溝に結合手段３６０を挿入した後、工具を用いて引出部３６５を引き寄せると、内部シム３６３および突出端部３６４が引き上げられ、これによって外部ケース３６２の部分が押されながら第２端部３６６を形成するようになる。

【0036】

結合手段としては多様な実施例が存在することができ、本発明では、その一例としてブラインドリベットを用いると説明しており、ブラインドリベットの構造はすでに公知の一般的なものであるので、詳しい説明は省略する。

【0037】

前記シャワーヘッド３４０が結合手段３６０によってサイドウォール３５０に固定されるためには、シャワーヘッド３４０の本体に結合手段の第２端部３６６が形成可能な空間を必要とする。

【0038】

したがって、本発明によるシャワーヘッド３４０は、側面部３４２の側面に結合手段３６０が挿入可能な補助溝３４２ａと、結合手段の第２端部３６６が形成可能な空間である据置溝３４２ｂとを含むことを特徴とする。

【0039】

シャワーヘッド３４０をサイドウォール３５０に固定させる過程は、次の通りである。

【0040】

まず、サイドウォール３５０の第２端部３５３をシャワーヘッド３４０の側面部３４２のサイドウォール据置部３４２ｃに載せて、第２端部３５３とシャワーヘッド３４０の側面部３４２に結合手段が貫通可能な補助溝３４２ａを開ける。

【0041】

また、シャワーヘッド３４０の側面部３４２の側面には、Ｔカッタ（Ｔ－ｃｕｔｔｅｒ）またはその他の器具を用いて結合手段の第２端部３６６が置かれる空間である据置溝３４２ｂを構成する。

【0042】

次いで、補助溝３４２ａに結合手段３６０を挿入した後、工具を用いて引出部３６５を引き寄せると、内部シム３６３および突出端部３６４が引き上げられ、これによって外部ケース３６２の部分が押されながら結合手段の第２端部３６６が据置溝３４２ｂに形成され、これによってシャワーヘッド３４０がサイドウォール３５０に固定される。

【0043】

以後、リペア（ｒｅｐａｉｒ）作業が必要な場合には、Ｔカッタ（Ｔ－ｃｕｔｔｅｒ）を用いて結合手段の第２端部３６６のみをカッティングした後、シャワーヘッド３４０をサイドウォール３５０から分離することにより、容易にリペア作業を行うことができる。

【0044】

したがって、シャワーヘッド３４０の母材にクラック（ｃｒａｃｋ）が発生するなどの場合でなければ、シャワーヘッド３４０の寿命を増大させることができるというさらなる利点がある。

【0045】

図４は、本発明の一実施例によるシャワーヘッドを示すもので、サイドウォール３５０の第２端部３５３がシャワーヘッド３４０の側面部３４２のサイドウォール据置部３４２ｃに載せられた状態で、結合手段がシャワーヘッド３４０とサイドウォール３５０を貫通することを示している。一方、図５は、本発明の他の実施例によるシャワーヘッドを示すもので、サイドウォール３５０の第２端部３５３がシャワーヘッド３４０の側面部３４２の固定溝３４２ｄに挿入された状態で、結合手段がシャワーヘッド３４０とサイドウォール３５０を貫通することを示している。

【0046】

図３に示されるように、本発明によるシャワーヘッドを含む基板処理装置３００は、チャンバ３１０と、上部リッド３２０と、サセプタ３３０と、シャワーヘッド３４０と、サイドウォール３５０とを含む。

【0047】

チャンバ３１０は、基板処理工程のための反応空間を提供する。この時、チャンバ３１０の一側底面は、反応空間を排気させるための排気口３１２に連通する。

【0048】

上部リッド３２０は、反応空間を密閉するようにチャンバ３１０の上部に設けられ、プラズマ電極の役割を果たす。上部リッド３２０の一側は、電源ケーブルを介してＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電源３２４に電気的に接続される。この時、ＲＦ電源３２４は、ＲＦ電力を生成してプラズマ電極である上部リッド３２０に供給する。また、上部リッド３２０の中央部分は、基板処理工程のための工程ガスを供給するガス供給管３２６に連通する。

【0049】

サセプタ３３０は、チャンバ３１０の内部に設けられて外部からローディングされる基板Ｓを支持する。このようなサセプタ３３０は、上部リッド３２０に対向する対向電極であって、サセプタ３３０を支持する支持軸３３２を介して電気的に接地される。この時、支持軸３３２は、支持軸３３２とチャンバ３１０の下面を密封するベローズ３３４によって取り囲まれる。

【0050】

シャワーヘッド３４０は、サセプタ３３０に対向するように上部リッド３２０の下部に設けられる。前記シャワーヘッド３４０と上部リッド３２０との間には、上部リッド３２０を貫通するガス供給管３２６から供給される工程ガスが供給されるガスバッファ空間３４３が形成される。この時、工程ガスは、基板Ｓ上に所定の薄膜を形成するためのソースガスと反応ガスとが混合された形態からなり、前記ガスバッファ空間３４３に供給される。このようなシャワーヘッド３４０は、ガスバッファ空間３４３に連通した複数のガス噴射ホール３４４を通して工程ガスを反応空間に噴射する。

【0051】

サイドウォール３５０は、第１端部３５１が上部リッド３２０に固定され、第２端部３５３がシャワーヘッド３４０を支持し、前記第１端部３５１および第２端部３５３が連結部３５２によって連結される。

【0052】

図３に示された本発明によるシャワーヘッドを含む基板処理装置３００は、他の構成は従来のプラズマを用いた基板処理装置と同一であるが、先に説明したように、シャワーヘッド３４０が結合手段３６０によってサイドウォール３５０に固定される構成を特徴としている。

【0053】

図７は、結合手段によってシャワーヘッドがサイドウォールに固定されることを説明するための部分分解斜視図である。

【0054】

図７を参照すれば、シャワーヘッド３４０の側面部３４２の側面には、補助溝３４２ａと、結合手段の第２端部が置かれる空間である据置溝３４２ｂとが複数個形成されていることが分かる。

【0055】

この時、補助溝３４２ａと据置溝３４２ｂは、サイドウォール３５０とシャワーヘッド３４０との間の結合力とシャワーヘッド自体の剛性を考慮して適切な個数で設けることが好ましい。

【0056】

上述のように、本発明によるシャワーヘッドによれば、結合手段を用いてシャワーヘッドをサイドウォールに固定させることにより、熱膨張によって結合手段が挿入される補助溝の直径が大きくなっても、結合手段の第２端部によって結合手段が補助溝から抜ける現象を防止し、サイドウォールとシャワーヘッドとの結合力を向上させることができ、維持補修作業時、結合手段の第２端部をカッティングさえすれば、サイドウォールの取替が可能で、シャワーヘッドの寿命を向上させることができるという利点がある。

【0057】

以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲がこれに限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲で定義する本発明の基本概念に基づいてより多様な実施例で実現可能であり、これらの実施例も本発明の権利範囲に属する。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】