(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハ処理装置で反応チャンバ内のプロセス領域に反応ガスを供給するためのシャワーヘッドにおいて、
外部から供給される前記反応ガスを前記反応チャンバ内に流入させるためのガス流入口が形成されている上部プレートと、
複数の貫通孔が形成され前記プロセス領域に対面しているフェースプレートと、
前記上部プレートと前記フェースプレートとの間に昇降自在に設けられ、前記反応ガスの第１横方向流動通路を形成する第１ギャップを限定する上面を有し、複数の貫通孔が形成されている第１バッフルプレートと、
前記第１バッフルプレートと前記フェースプレートとの間に昇降自在に設けられ、前記第１バッフルプレートとの間に前記反応ガスの第２横方向流動通路を形成する第２ギャップを限定する上面を有し、複数の貫通孔が形成されている第２バッフルプレートと、
前記第１ギャップ及び前記第２ギャップの幅を決定するための間隔調節装置と、
を備え、
前記間隔調節装置は、前記第１ギャップの幅を決定するために前記第１バッフルプレートの上面に設けられる第１スペーサリングと、前記第２ギャップの幅を決定するために前記第１バッフルプレートと前記第２バッフルプレートとの間に設けられる第２スペーサリングとを有し、
前記第１スペーサリング及び前記第２スペーサリングのうち少なくとも一つは、複数の鋸歯状ギアが形成された環状接触部を有する
ことを特徴とするシャワーヘッド。
【請求項２】
前記第１バッフルプレートに形成された複数の貫通孔は、
前記第１バッフルプレートの中心軸に近接して配置され、前記中心軸から第１距離放射方向に離隔された第１位置に形成されている複数の第１貫通孔と、
前記第１バッフルプレートのエッジに近接して配置され、前記中心軸から前記第１距離より大きい第２距離放射方向に離隔された第２位置に形成されている複数の第２貫通孔と、
から構成される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】
前記間隔調節装置は、前記第１貫通孔を通過する反応ガスの量を前記第２貫通孔を通過する反応ガスの量より多くするために、前記第１ギャップの幅を十分に小さくするように前記第１バッフルプレートの位置を決定することを特徴とする請求項２に記載のシャワーヘッド。
【請求項４】
前記間隔調節装置は、前記第２貫通孔を通過する反応ガスの量を多くするために、前記第１ギャップの幅を広げるように前記第１バッフルプレートの位置を決定することを特徴とする請求項２に記載のシャワーヘッド。
【請求項５】
前記間隔調節装置は、前記第２バッフルプレートに形成された複数の貫通孔を通過する反応ガスの流量をプロセス領域内で全体的に一定にするために、前記第２ギャップの幅を十分に広げるように前記第２バッフルプレートの位置を決定する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６】
前記間隔調節装置は、前記第２バッフルプレートに形成された複数の貫通孔を通過する反応ガスの流量をプロセス領域内の位置によって選択的に不均一にするために、前記第２ギャップの幅を狭めるように前記第２バッフルプレートの位置を決定する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７】
前記第１スペーサリングは前記第１バッフルプレートの上面のエッジ部分に設けられ、前記第２スペーサリングは前記第２バッフルプレートの上面のエッジ部分に設けられる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８】
前記第１スペーサリングは、１つまたは２つ以上の環状リングからなる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９】
前記第２スペーサリングは、１つまたは２つ以上の環状リングからなる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１０】
前記鋸歯状ギアは、中心角９０゜に対応する円弧の長さと同じピッチを有する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１１】
前記環状接触部の鋸歯状ギアの高さは、０．０１〜０．５ｍｍである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１２】
前記第１スペーサリングは、前記第１バッフルプレートとの対向面に形成された複数の鋸歯状ギアからなる環状接触部を有し、
前記第１バッフルプレートは、前記第１スペーサリングとの対向面に前記環状接触部の鋸歯状ギアとかみ合い自在に形成された複数の鋸歯状ギアからなるスペーサリング結合部を有する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１３】
前記スペーサリング結合部の鋸歯状ギアは、中心角９０゜に対応する円弧長さと同じピッチを有することを特徴とする請求項１２に記載のシャワーヘッド。
【請求項１４】
前記スペーサリング結合部の鋸歯状ギアの高さは、０．０１〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項１２に記載のシャワーヘッド。
【請求項１５】
前記第２スペーサリングは、前記第２バッフルプレートとの対向面に形成された複数の鋸歯状ギアからなる環状接触部を有し、
前記第２バッフルプレートは、前記第２スペーサリングとの対向面に前記環状接触部の鋸歯状ギアとかみ合い自在に形成された複数の鋸歯状ギアからなるスペーサリング結合部を有する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１６】
前記スペーサリング結合部の鋸歯状ギアは、中心角９０゜に対応する円弧長さと同じピッチを有することを特徴とする請求項１５に記載のシャワーヘッド。
【請求項１７】
前記スペーサリング結合部の鋸歯状ギアの高さは、０．０１〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項１５に記載のシャワーヘッド。
【請求項１８】
前記第１バッフルプレートは、全面的に均一な厚さを有する単一の円板状部材からなる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１９】
前記第１バッフルプレートは、
複数の貫通孔が形成され、上面の中心部に円形空間を提供するグルーブが形成されている円板状のベースプレートと、
グルーブ内で前記第１バッフルプレートの中心軸を中心に回転自在に挿入され、前記ベースプレートに形成された複数の貫通孔のうち一部と連通可能な複数の貫通孔が形成されている円板状のインサートプレートと、
を有する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２０】
前記ベースプレートに形成された複数の貫通孔は、
前記第１バッフルプレートの中心軸に近接して配置され、前記中心軸から前記インサートプレートの半径長さより短い第１距離放射方向に離隔された第１位置に形成されている複数の第１貫通孔と、
前記ベースプレートのエッジに近接して配置され、前記中心軸から前記インサートプレートの半径長さより長い第２距離放射方向に離隔された第２位置に形成されている複数の第２貫通孔とから構成され、
前記第１貫通孔と前記インサートプレートに形成された貫通孔とは、前記インサートプレートの回転距離に応じて連通可能であることを特徴とする請求項１９に記載のシャワーヘッド。
【請求項２１】
前記インサートプレートの回転距離によって前記第１貫通孔の開口率を変化させるために、前記インサートプレートに形成された複数の貫通孔と前記ベースプレートに形成された複数の第１貫通孔とは各々前記第１バッフルプレートの中心軸を基準に一部の角度範囲にのみ選択的に形成されていることを特徴とする請求項２０に記載のシャワーヘッド。
【請求項２２】
第１バッフルプレート上に前記第１バッフルプレートと同軸状に設けられ、前記上部プレートを通じて供給される反応ガスが流入する流入口と、前記流入口を通じて流入した反応ガスを複数の経路を通じて前記第１ギャップに流出させるための複数の流出口とが形成されているガイドバッフルプレートをさらに備え、
前記第１ギャップの幅は、前記ガイドバッフルプレートの底面と前記第１バッフルプレートの上面とによって限定される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２３】
前記ガイドバッフルプレートに形成された複数の流出口は、各々前記ガイドバッフルプレートの中心軸から所定距離放射方向に離隔された位置に形成されていることを特徴とする請求項２２に記載のシャワーヘッド。
【請求項２４】
前記第１バッフルプレートに形成された複数の貫通孔は、
前記第１バッフルプレートの中心軸に近接して配置され、前記中心軸から第１距離放射方向に離隔された第１位置に形成されている複数の第１貫通孔と、
前記第１バッフルプレートのエッジに近接して配置され、前記中心軸から前記第１距離より大きい第２距離放射方向に離隔された第２位置に形成されている複数の第２貫通孔とから構成され、
前記ガイドバッフルプレートに形成された複数の流出口は、各々前記ガイドバッフルプレートの中心軸から前記第１距離より大きく前記第２距離より小さな第３距離放射方向に離隔された位置に形成されていることを特徴とする請求項２３に記載のシャワーヘッド。
【請求項２５】
前記流出口から前記第１貫通孔までの距離は、前記流出口から前記第２貫通孔までの距離より短いことを特徴とする請求項２４に記載のシャワーヘッド。
【請求項２６】
前記間隔調節装置は、前記第１ギャップの幅を決定するために前記ガイドバッフルプレートと前記第１バッフルプレートとの間に設けられる第１スペーサリングと、前記第２ギャップの幅を決定するために前記第１バッフルプレートと前記第２バッフルプレートとの間に設けられる第２スペーサリングとを有することを特徴とする請求項２２に記載のシャワーヘッド。
【請求項２７】
前記第１スペーサリング及び前記第２スペーサリングは、各々１つまたは２つ以上の環状リングを有することを特徴とする請求項２６に記載のシャワーヘッド。
【請求項２８】
前記第１スペーサリング及び前記第２スペーサリングのうち少なくとも一つは、複数の鋸歯状ギアが形成された環状接触部を有することを特徴とする請求項２６に記載のシャワーヘッド。
【請求項２９】
前記鋸歯状ギアは、中心角９０゜に対応する円弧長さと同じピッチを有することを特徴とする請求項２８に記載のシャワーヘッド。
【請求項３０】
前記環状接触部の鋸歯状ギアの高さは、０．０１〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項２８に記載のシャワーヘッド。
【請求項３１】
前記第１スペーサリングは、前記第１バッフルプレートとの対向面に形成された複数の鋸歯状ギアからなる環状接触部を有し、
前記第１バッフルプレートは、前記第１スペーサリングとの対向面に前記環状接触部の鋸歯状ギアとかみ合い自在に形成された複数の鋸歯状ギアからなるスペーサリング結合部を有することを特徴とする請求項２６に記載のシャワーヘッド。
【請求項３２】
前記スペーサリング結合部の鋸歯状ギアは、中心角９０゜に対応する円弧長さと同じピッチを有することを特徴とする請求項３１に記載のシャワーヘッド。
【請求項３３】
前記スペーサリング結合部の鋸歯状ギアの高さは、０．０１〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項３１に記載のシャワーヘッド。
【請求項３４】
前記第２スペーサリングは、前記第２バッフルプレートとの対向面に形成された複数の鋸歯状ギアからなる環状接触部を有し、
前記第２バッフルプレートは、前記第２スペーサリングとの対向面に前記環状接触部の鋸歯状ギアとかみ合い自在に形成された複数の鋸歯状ギアからなるスペーサリング結合部を有することを特徴とする請求項２６に記載のシャワーヘッド。
【請求項３５】
前記スペーサリング結合部の鋸歯状ギアは、中心角９０゜に対応する円弧長さと同じピッチを有することを特徴とする請求項３４に記載のシャワーヘッド。
【請求項３６】
前記スペーサリング結合部の鋸歯状ギアの高さは、０．０１〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項３４に記載のシャワーヘッド。
【請求項３７】
前記間隔調節装置は、前記第１ギャップの幅を決定するために前記ガイドバッフルプレートを選択的に昇降させる第１駆動シャフトと、前記第２ギャップの幅を決定するために前記第１バッフルプレートを選択的に昇降させる第２駆動シャフトとを有することを特徴とする請求項２２に記載のシャワーヘッド。
【請求項３８】
前記第１駆動シャフトと前記第２駆動シャフトとは、同軸状に設けられていることを特徴とする請求項３７に記載のシャワーヘッド。
【請求項３９】
前記間隔調節装置は、前記第２ギャップの幅を決定するために第１ステッピングモータを利用して前記第１バッフルプレートを昇降させる昇降機構と、前記第１ギャップの幅を決定するために第２ステッピングモータを利用して前記ガイドバッフルプレートをギア駆動によって昇降させる回転機構とを有し、
前記昇降機構及び前記回転機構は、一体に結合されていることを特徴とする請求項２２に記載のシャワーヘッド。
【請求項４０】
前記昇降機構は、前記第１ステッピングモータから伝えられる動力により昇降可能であり、前記ガイドバッフルプレート及び前記第１バッフルプレートを貫通して延びるシャフトと、前記シャフトの一端に形成され前記シャフトの昇降によって前記第１バッフルプレートを従動的に昇降させる外向フランジとを有し、
前記回転機構は、前記第２ステッピングモータから伝えられる動力により回転可能な前記シャフトと、前記シャフトの回転によって前記ガイドバッフルプレートを昇降させるために前記シャフトの外周において前記ガイドバッフルプレートが結合される位置に形成されている外接スクリュー部とを有することを特徴とする請求項３９に記載のシャワーヘッド。
【請求項４１】
前記第１バッフルプレートの中心部には前記シャフトの一端に形成されている外向フランジを収容するための円形空間が形成されていることを特徴とする請求項４０に記載のシャワーヘッド。
【請求項４２】
前記ガイドバッフルプレートの中心部には前記シャフトが貫通する中心ホールが形成され、前記中心ホールの内壁には前記シャフトの外接スクリュー部とかみ合う内接スクリュー部が形成されていることを特徴とする請求項４０に記載のシャワーヘッド。
【請求項４３】
前記第１バッフルプレートを昇降させるために前記シャフトが前記昇降機構によって昇降する時前記ガイドバッフルプレートが前記シャフトの移動に従動して昇降するように、前記ガイドバッフルプレートには前記外接スクリュー部とかみ合う内接スクリュー部が形成されていることを特徴とする請求項４０に記載のシャワーヘッド。
【請求項４４】
前記ガイドバッフルプレートを昇降させるために前記シャフトが前記回転機構によって回転する時前記第１バッフルプレートが前記外向フランジの回転力に影響されないように、前記第１バッフルプレートには前記外向フランジを摩擦なしに収容するための円形空間が形成されていることを特徴とする請求項４０に記載のシャワーヘッド。
【請求項４５】
前記回転機構により前記シャフトが回転する時前記ガイドバッフルプレートの回転を防止するためのストッパをさらに備えることを特徴とする請求項４０に記載のシャワーヘッド。
【請求項４６】
前記第１バッフルプレートに形成された複数の貫通孔のうち一部と前記第２バッフルプレートに形成された複数の貫通孔のうち一部とが連通してアラインホールが形成されるように前記第１バッフルプレートと前記第２バッフルプレートとが互いに位置し、
前記第２バッフルプレートに対して前記第１バッフルプレートが所定の角度範囲で回転可能なように前記第１バッフルプレートに連結されている回転機構をさらに備える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４７】
前記第２ギャップの幅は、実質的に０であることを特徴とする請求項４６に記載のシャワーヘッド。
【請求項４８】
前記第１バッフルプレートに形成された複数の貫通孔は、前記第１バッフルプレートの中心軸から半径距離に応じて相異なる開口率を有するように分布され、
前記第２バッフルプレートに形成された複数の貫通孔は、前記第２バッフルプレートの中心軸を基準に回転距離に応じて相異なる開口率を有するように分布され、
前記アラインホールの開口位置を変化させるために、前記回転機構は前記第１バッフルプレートの回転距離を変化させることを特徴とする請求項４６に記載のシャワーヘッド。
【請求項４９】
前記第１バッフルプレートはその中心軸を基準に放射状に延びる複数の扇形領域に区分され、前記第１バッフルプレートの各扇形領域では前記中心軸から選択された半径距離離隔されている所定範囲内にのみ複数の貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項４８に記載のシャワーヘッド。
【請求項５０】
前記第２バッフルプレートはその中心軸を基準に放射状に延びる複数の扇形領域に区分され、前記第２バッフルプレートの複数の扇形領域のうち複数の貫通孔が形成された扇形領域は規則的な間隔で配置されていることを特徴とする請求項４８に記載のシャワーヘッド。
【請求項５１】
前記間隔調節装置は、前記第１ギャップの幅を決定するために前記第１バッフルプレート及び前記第２バッフルプレートを同時に昇降させる駆動シャフトを有することを特徴とする請求項４６に記載のシャワーヘッド。
【請求項５２】
第１バッフルプレート上に前記第１バッフルプレートと同軸状に設けられ、前記上部プレートを通じて供給される反応ガスが流入する流入口と、前記流入口を通じて流入した反応ガスを複数の経路を通じて前記第１ギャップに流出させるための複数の流出口とが形成されているガイドバッフルプレートをさらに備え、
前記第１ギャップの幅は、前記ガイドバッフルプレートの底面と前記第１バッフルプレートの上面とによって限定されることを特徴とする請求項５１に記載のシャワーヘッド。
【請求項５３】
前記ガイドバッフルプレートに形成された複数の流出口は、各々前記ガイドバッフルプレートの中心軸から所定距離放射方向に離隔された位置に形成されていることを特徴とする請求項５２に記載のシャワーヘッド。
【請求項５４】
ウェーハ処理装置で反応チャンバ内のプロセス領域に反応ガスを供給するためのシャワーヘッドにおいて、
外部から供給される前記反応ガスの流量を中心軸から半径距離に応じて選択的に調節するために、前記中心軸から第１半径距離範囲にある複数の第１貫通孔と、前記第１半径距離範囲より大きい第２半径距離範囲にある複数の第２貫通孔とが形成されている第１バッフルプレートと、
前記第１バッフルプレートとの間に横方向流動通路を形成するギャップが形成されるように前記第１バッフルプレートの下に設けられ、複数の貫通孔が形成されている第２バッフルプレートと、
前記ギャップの幅を調節するために前記第１バッフルプレート及び前記第２バッフルプレートのうち少なくとも一つを移動させるための間隔調節装置と、
を備え、
前記間隔調節装置は、前記ギャップの幅を決定するために所定の厚さで前記第１バッフルプレートと前記第２バッフルプレートとの間に設けられるスペーサリングを有し、
前記スペーサリングは、複数の鋸歯状ギアが形成された環状接触部を有する
ことを特徴とするシャワーヘッド。
【請求項５５】
前記スペーサリングは、前記第２バッフルプレートの上面のうちエッジ部分に設けられることを特徴とする請求項５４に記載のシャワーヘッド。
【請求項５６】
前記スペーサリングは、１つまたは２つ以上の環状リングを有することを特徴とする請求項５４に記載のシャワーヘッド。
【請求項５７】
前記鋸歯状ギアは、中心角９０゜に対応する円弧の長さと同じピッチを有することを特徴とする請求項５４に記載のシャワーヘッド。
【請求項５８】
前記環状接触部の鋸歯状ギアの高さは、０．０１〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項５４に記載のシャワーヘッド。
【請求項５９】
前記スペーサリングの環状接触部は、前記第１バッフルプレートの底面と接し、
前記第１バッフルプレートの底面のエッジ部には前記環状接触部の鋸歯状ギアとかみ合い自在に形成された複数の鋸歯状ギアからなるスペーサリング結合部が形成されていることを特徴とする請求項５４に記載のシャワーヘッド。
【請求項６０】
前記第１バッフルプレートのスペーサリング結合部は、前記第１バッフルプレートの底面中心部より薄い部分を含むことを特徴とする請求項５９に記載のシャワーヘッド。
【請求項６１】
前記スペーサリングの環状接触部は、前記第２バッフルプレートの上面と接し、
前記第２バッフルプレートの上面には前記環状接触部の鋸歯状ギアとかみ合い自在に形成された複数の鋸歯状ギアからなるスペーサリング結合部が形成されていることを特徴とする請求項５４に記載のシャワーヘッド。
【請求項６２】
前記第２バッフルプレートのスペーサリング結合部は、前記第２バッフルプレートの上面中心部より薄い部分を含むことを特徴とする請求項６１に記載のシャワーヘッド。
【請求項６３】
前記第１バッフルプレートは、全面的に均一な厚さを有する単一の円板状部材からなることを特徴とする請求項５４に記載のシャワーヘッド。
【請求項６４】
前記第１バッフルプレートは、
円形空間を提供するグルーブが形成された中心部を有し、前記中心部に前記第１貫通孔の一部を構成する複数の貫通孔が形成されている円板状のベースプレートと、
グルーブ内で前記第１バッフルプレートの中心軸を中心に回転自在に挿入され、前記第１貫通孔が形成されるように前記ベースプレートの中心部に形成された貫通孔と連通可能な複数の貫通孔が形成されている円板状のインサートプレートと、
を有することを特徴とする請求項５４に記載のシャワーヘッド。
【請求項６５】
前記インサートプレートの回転距離に応じて前記第１貫通孔の開口率を変化させるために前記インサートプレートに形成された複数の貫通孔と、前記ベースプレートの中心部に形成された複数の貫通孔とは、各々前記第１バッフルプレートの中心軸を基準に一部の角度範囲にのみ選択的に形成されていることを特徴とする請求項６４に記載のシャワーヘッド。
【請求項６６】
前記間隔調節装置は、前記ギャップの幅を決定するために前記第１バッフルプレートを選択的に昇降させる駆動シャフトを有することを特徴とする請求項５４に記載のシャワーヘッド。
【請求項６７】
前記第１バッフルプレートに形成された複数の第１貫通孔及び第２貫通孔のうち選択された一部の貫通孔と、前記第２バッフルプレートに形成されている複数の貫通孔のうち一部の貫通孔とが連通してアラインホールが形成されるように前記第１バッフルプレートと前記第２バッフルプレートとが互いに位置し、
前記ギャップの幅は、実質的に０であることを特徴とする請求項５４に記載のシャワーヘッド。
【請求項６８】
前記第２バッフルプレートに対して前記第１バッフルプレートが所定の角度範囲で回転自在になるように前記第１バッフルプレートに連結されている回転機構をさらに備えることを特徴とする請求項６７に記載のシャワーヘッド。
【請求項６９】
前記第２バッフルプレートに形成された複数の貫通孔は、前記第２バッフルプレートの中心軸を基準に回転距離に応じて相異なる開口率を有するように分布され、
前記アラインホールの開口位置を変化させるために、前記回転機構は前記第１バッフルプレートの回転角度を変化させることを特徴とする請求項６８に記載のシャワーヘッド。
【請求項７０】
前記第１バッフルプレートには前記第２半径距離範囲より大きい第３半径距離範囲にある複数の第３貫通孔がさらに形成され、
前記第１バッフルプレートは、その中心軸を基準に放射状に延びる複数の扇形領域に区分され、
前記第１貫通孔、前記第２貫通孔及び前記第３貫通孔は、各々相異なる扇形領域に形成されていることを特徴とする請求項６８に記載のシャワーヘッド。
【請求項７１】
前記第２バッフルプレートはその中心軸を基準に放射状に延びる複数の扇形領域に区分され、前記第２バッフルプレートの複数の扇形領域のうち複数の貫通孔が形成された扇形領域は規則的な間隔で配置されていることを特徴とする請求項７０に記載のシャワーヘッド。
【請求項７２】
複数の貫通孔が形成され、前記プロセス領域に対面しているフェースプレートをさらに備えることを特徴とする請求項５４に記載のシャワーヘッド。
【請求項７３】
前記第２バッフルプレートと前記フェースプレートとの間に設けられ、複数の貫通孔が形成されている第３バッフルプレートをさらに備えることを特徴とする請求項７２に記載のシャワーヘッド。
【請求項７４】
前記第３バッフルプレートは、ＳｉＣからなることを特徴とする請求項７３に記載のシャワーヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子の製造装置に関し、特にプラズマを利用するウェーハ処理装置で反応チャンバ内に反応ガスを供給するために設けられるシャワーヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の高集積化に伴ってデザインルールは次第に減少して微細化され、ウェーハは大径化されつつある。このように大径化されたウェーハは半導体素子製造に必要ないろいろな工程を経る。例えば、反応チャンバの上部で蒸着またはエッチングのための反応ガスを供給してウェーハ上に物質膜を蒸着する工程や、ウェーハ上にある物質膜を所定パターンによってエッチングする工程を経る。そのうち、特にエッチング工程の場合にはウェーハが大径化されるにつれて、ウェーハ全面にわたって均一度を最適化することが重要な課題である。
【０００３】
通常のエッチング装置の場合には反応チャンバ内の上部電極からガスが供給され、下部電極の周囲から、ポンピングアウトが行われるダウンストリーム方式でエッチングに必要な反応ガスが反応チャンバ内に流入する。前記反応チャンバ内で反応ガスが均一に分布されるように、前記反応チャンバの上部には複数の貫通孔が形成されているバッフルをいくつか含むシャワーヘッドが設けられている。従来の技術によるシャワーヘッドでは各バッフルに形成されている貫通孔の位置と各バッフルとの間隔が固定された状態に設けられている。
【０００４】
シャワーヘッドに設けられているバッフルは、エッチング装置の上部電極、すなわちＧＤＰ（ｇａｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｐｌａｔｅ）の設計時にＧＤＰ内部にガス流れの分布を調節する機能を有する。一般に、バッフルによるガス分布機能は、各バッフル間の間隔と各バッフルに形成された貫通孔の開口率とにより決定される。しかし、従来の技術によるシャワーヘッドでは各バッフルに形成されている貫通孔の位置と各バッフルとの間隔が固定されているので、一つのエッチング装置内で行わねばならない工程が変更される度に、ウェーハ上での各位置によってエッチング率分布が変わる。したがって、従来の技術によるシャワーヘッドの構成は、新しい工程開発時に一つの制限要素として作用し、新しいエッチング装置を開発するにおいてもバッフル製作のために多くのシミュレーション作業が必要なだけでなく、過度な開発費がかかる問題がある。
【０００５】
また、例えばウェーハ上にゲート電極を形成するためのエッチング工程の場合、ゲートパターニング前に行われるエッチングマスク層の形成のためのエッチング工程段階では、場合によってはウェーハ全面にわたって完全なエッチング均一度が得られることが望ましいとは言えない。また、マルチステップよりなるエッチング工程を行なう場合、各ステップごとにウェーハ上でのエッチング率均一度が異なる。これらの場合において、従来の技術のように各バッフルに形成されている貫通孔の位置と各バッフルとの間隔が固定されている場合には、シャワーヘッドを通したガスの供給量をウェーハ上の位置によって任意に変更させることが不可能で、ウェーハの全面にわたって形成しようとするパターンの均一度を最適化させることが非常に難しい。それにより、半導体素子製造工程のうちエッチング工程で発生するエッチング率不均一による問題は、素子の性能低下及び収率低下の主原因となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、半導体素子の製造工程時にウェーハ上の全面にわたって最適化されたエッチング率均一度を得るために、ウェーハ上の位置によって反応ガス分布量を調節できるウェーハ処理装置のシャワーヘッドを提供することにある。
本発明の他の目的は、エッチング段階でウェーハ上の位置の違いによって発生する可能性のあるエッチング率均一度の低下を予め補償して最終的に得られるエッチング率均一度を最適化させるために、ウェーハ上の位置によって自在に反応ガス供給量を調節できるウェーハ処理装置のシャワーヘッドを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明ではウェーハ処理装置の反応チャンバ内のプロセス領域で反応ガスの分布量を調節できるシャワーヘッドを提供する。本発明の第１様態によるシャワーヘッドの上部プレートには、外部から供給される前記反応ガスを前記反応チャンバ内に流入させるためのガス流入口が形成されている。フェースプレートには複数の貫通孔が形成されており、フェースプレートは前記プロセス領域に対面している。第１バッフルプレートは前記上部プレートと前記フェースプレートとの間に昇降自在に設けられ、前記反応ガスの第１横方向流動通路を形成する第１ギャップを限定する上面を有し、複数の貫通孔が形成されている。第２バッフルプレートは前記第１バッフルプレートと前記フェースプレートとの間に昇降自在に設けられ、前記第１バッフルプレートとの間に前記反応ガスの第２横方向流動通路を形成する第２ギャップを限定する上面を有し、複数の貫通孔が形成されている。間隔調節装置は前記第１ギャップ及び第２ギャップの幅を決定するために、前記第１バッフルプレートの上面に設けられる第１スペーサリングと、前記第２ギャップの幅を決定するために前記第１バッフルプレートと前記第２バッフルプレートとの間に設けられる第２スペーサリングとを有し、前記第１スペーサリング及び前記第２スペーサリングのうち少なくとも一つは、複数の鋸歯状ギアが形成された環状接触部を有する。
【０００８】
前記第１バッフルプレートに形成された複数の貫通孔は、前記第１バッフルプレートの中心軸に近接して位置し、前記中心軸から第１距離放射方向に離隔された第１位置に形成されている複数の第１貫通孔と、前記第１バッフルプレートのエッジに近接して位置し、前記中心軸から前記第１距離より大きい第２距離放射方向に離隔された第２位置に形成されている複数の第２貫通孔とより構成される。
【０００９】
前記間隔調節装置は、前記第１貫通孔を通過する反応ガスの量が前記第２貫通孔を通過する反応ガスの量より多くなるようにするために、前記第１ギャップの幅を十分に小さくするように前記第１バッフルプレートの位置を決定する。
また、前記間隔調節装置は、前記第２貫通孔を通過する反応ガスの量が多くなるようにするために、前記第１ギャップの幅を広げるように前記第１バッフルプレートの位置を決定する。
【００１０】
また、前記間隔調節装置は、前記第２バッフルプレートに形成された複数の貫通孔を通過する反応ガスの流量が前記プロセス領域内で全体的に一定になるようにするために、前記第２ギャップの幅を十分に広げるように前記第２バッフルプレートの位置を決定する。
【００１１】
また、前記間隔調節装置は、前記第２バッフルプレートに形成された複数の貫通孔を通過する反応ガスの流量が前記プロセス領域内の位置によって選択的に不均一になるようにするために、前記第２ギャップの幅を狭めるように前記第２バッフルプレートの位置を決定する。
【００１２】
本発明の第１様態によるシャワーヘッドにおいて、前記間隔調節装置は、前記第１ギャップの幅を決定するために前記第１バッフルプレートの上面に設けられる第１スペーサリングと、前記第２ギャップの幅を決定するために前記第１バッフルプレートと第２バッフルプレートとの間に設けられる第２スペーサリングとを備える。前記第１スペーサリングは前記第１バッフルプレートの上面でそのエッジ部分に設けられ、前記第２スペーサリングは前記第２バッフルプレートの上面でそのエッジ部分に設けられる。前記第１スペーサリング及び第２スペーサリングは各々１つまたは２つ以上の環状リングよりなる。
【００１３】
前記第１スペーサリング及び第２スペーサリングのうち少なくとも一つは複数の鋸歯状ギアが形成された環状接触部を有する。前記鋸歯状ギアは中心角９０゜に対応する円弧の長さと同じピッチを有する。前記第１スペーサリングは前記第１バッフルプレートとの対向面に形成された複数の鋸歯状ギアよりなる環状接触部を有する。この場合、前記第１バッフルプレートは前記第１スペーサリングとの対向面に前記環状接触部の鋸歯状ギアとかみ合い自在に形成された複数の鋸歯状ギアよりなるスペーサリング結合部を含む。または、前記第２スペーサリングは前記第２バッフルプレートとの対向面に形成された複数の鋸歯状ギアよりなる環状接触部を有する。この場合、前記第２バッフルプレートは前記第２スペーサリングとの対向面に前記環状接触部の鋸歯状ギアとかみ合い自在に形成された複数の鋸歯状ギアよりなるスペーサリング結合部を含む。
【００１４】
本発明の第１様態によるシャワーヘッドにおいて、前記第１バッフルプレートは全面的に均一な厚さを有する単一の円板状部材よりなる。
また、本発明の第１様態によるシャワーヘッドにおいて、前記第１バッフルプレートは、複数の貫通孔が形成されており、上面の中心部に円形空間を提供するグルーブが形成されている円板状ベースプレートと、前記グルーブ内で前記第１バッフルプレートの中心軸を中心に回転自在に挿入され、前記ベースプレートに形成された複数の貫通孔のうち一部と連通可能な複数の貫通孔が形成されている円板状インサートプレートとを備える。前記ベースプレートに形成された複数の貫通孔は、前記第１バッフルプレートの中心軸に近接して位置し、前記中心軸から前記インサートプレートの半径長さより短い第１距離放射方向に離隔された第１位置に形成されている複数の第１貫通孔と、前記ベースプレートのエッジに近接して位置し、前記中心軸から前記インサートプレートの半径長さより長い第２距離放射方向に離隔された第２位置に形成されている複数の第２貫通孔とより構成され、前記第１貫通孔と前記インサートプレートに形成された貫通孔とは前記インサートプレートの回転距離に応じて連通可能である。前記インサートプレートの回転距離によって前記第１貫通孔の開口率を変化させるために、前記インサートプレートに形成された複数の貫通孔と前記ベースプレートに形成された複数の第１貫通孔とは各々前記第１バッフルプレートの中心軸を基準に一部の角度範囲にだけ選択的に形成されている。
【００１５】
本発明の第１様態によるシャワーヘッドにおいて、前記第１バッフルプレート上に前記第１バッフルプレートと同軸状に設けられ、前記上部プレートを通じて供給される反応ガスが流入する流入口と、前記流入口を通じて流入した反応ガスを複数の経路を通じて前記第１ギャップに流出させるための複数の流出口とが形成されているガイドバッフルプレートをさらに含む。この時、前記第１ギャップの幅は前記ガイドバッフルプレートの底面と前記第１バッフルプレートの上面とによって限定される。前記ガイドバッフルプレートに形成された複数の流出口は各々前記ガイドバッフルプレートの中心軸から所定距離放射方向に離隔された位置に形成されている。
【００１６】
前記ガイドバッフルプレートを含むシャワーヘッドにおいて、前記第１バッフルプレートに形成された複数の貫通孔は、前記第１バッフルプレートの中心軸に近接して位置し、前記中心軸から第１距離放射方向に離隔された第１位置に形成されている複数の第１貫通孔と、前記第１バッフルプレートのエッジに近接して位置し、前記中心軸から前記第１距離より大きい第２距離放射方向に離隔された第２位置に形成されている複数の第２貫通孔とより構成され、前記ガイドバッフルプレートに形成された複数の流出口は各々前記ガイドバッフルプレートの中心軸から前記第１距離より大きく前記第２距離より小さな第３距離放射方向に離隔された位置に形成されている。望ましくは、前記流出口から前記第１貫通孔までの距離は前記流出口から前記第２貫通孔までの距離より短い。
【００１７】
また、前記ガイドバッフルプレートを含むシャワーヘッドにおいて、前記間隔調節装置は、前記第１ギャップの幅を決定するために前記ガイドバッフルプレートと前記第１バッフルプレートとの間に設けられる第１スペーサリングと、前記第２ギャップの幅を決定するために前記第１バッフルプレートと前記第２バッフルプレートとの間に設けられる第２スペーサリングとを備える。
【００１８】
本発明の第１様態によるシャワーヘッドにおいて、前記間隔調節装置は、前記第１ギャップの幅を決定するために前記ガイドバッフルプレートを選択的に昇降させる第１駆動シャフトと、前記第２ギャップの幅を決定するために前記第１バッフルプレートを選択的に昇降させる第２駆動シャフトとを含む。前記第１駆動シャフトと前記第２駆動シャフトとは同軸状に設けられている。
【００１９】
また、本発明の第１様態によるシャワーヘッドにおいて、前記間隔調節装置は、前記第２ギャップの幅を決定するために第１ステッピングモータを利用して前記第１バッフルプレートを昇降させるための昇降機構と、前記第１ギャップの幅を決定するために第２ステッピングモータを利用して前記ガイドバッフルプレートをギア駆動によって昇降させる回転機構とを含み、前記昇降機構と回転機構は一体に結合されている。
【００２０】
前記昇降機構は前記第１ステッピングモータから伝えられる動力により昇降可能であり、前記ガイドバッフルプレート及び前記第１バッフルプレートを貫通して延びるシャフトと、前記シャフトの一端に形成され前記シャフトの昇降によって前記第１バッフルプレートを従動的に昇降させる外向フランジとを備え、前記回転機構は前記第２ステッピングモータから伝えられる動力により回転可能な前記シャフトと、前記シャフトの回転によって前記ガイドバッフルプレートを昇降させるために前記シャフトの外周で前記ガイドバッフルプレートが結合される位置に形成されている外接スクリュー部とを備える。前記第１バッフルプレートの中心部には前記シャフトの一端に形成されている外向フランジを収容するための円形空間が形成されている。前記円形空間は、前記ガイドバッフルプレートを昇降させるために前記シャフトが前記回転機構によって回転する時、前記第１バッフルプレートが前記外向フランジの回転力に影響されないように、前記第１バッフルプレートに前記外向フランジを摩擦なしに収容する。前記ガイドバッフルプレートの中心部には前記シャフトが貫通する中心ホールが形成されており、前記中心ホールの内壁には前記シャフトの外接スクリュー部とかみ合う内接スクリュー部が形成されている。前記内接スクリュー部は、前記第１バッフルプレートを昇降させるために前記シャフトが前記昇降機構によって昇降する時、前記ガイドバッフルプレートが前記シャフトの移動に従動して昇降するように前記外接スクリュー部とかみ合う。前記回転機構により前記シャフトが回転する時、前記ガイドバッフルプレートの回転を防止するためのストッパをさらに含む。
【００２１】
本発明の第１様態によるシャワーヘッドにおいて、前記第１バッフルプレートに形成された複数の貫通孔のうち一部と前記第２バッフルプレートに形成された複数の貫通孔のうち一部とが連通してアラインホールが形成されるように、前記第１バッフルプレートと第２バッフルプレートとが互いに接しており、前記第２バッフルプレートに対して前記第１バッフルプレートが所定の角度範囲で回転できるように前記第１バッフルプレートに連結されている回転機構をさらに含む。前記第１バッフルプレートに形成された複数の貫通孔は前記第１バッフルプレートの中心軸から半径距離によって相異なる開口率を有するように分布されており、前記第２バッフルプレートに形成された複数の貫通孔は前記第２バッフルプレートの中心軸を基準に回転距離によって相異なる開口率を有するように分布されており、前記アラインホールの開口位置を変化させるために前記回転機構は前記第１バッフルプレートの回転距離を変化させる。前記第１バッフルプレートはその中心軸を基準に放射状に延びる複数の扇形領域に区分され、前記第１バッフルプレートの各扇形領域では前記中心軸から選択された半径距離離隔されている所定範囲内にのみ複数の貫通孔が形成されている。前記第２バッフルプレートはその中心軸を基準に放射状に延びる複数の扇形領域に区分され、前記第２バッフルプレートの複数の扇形領域のうち複数の貫通孔が形成された扇形領域は規則的な間隔で位置するように配置されている。前記間隔調節装置は、前記第１ギャップの幅を決定するために前記第１バッフルプレート及び第２バッフルプレートを同時に昇降させる駆動シャフトを含む。
【００２２】
（削除）
【００２３】
（削除）
【００２４】
（削除）
【００２５】
（削除）
【００２６】
本発明の第２態様によるシャワーヘッドにおいて、第１バッフルプレートには、外部から供給される前記反応ガスの流量を中心軸から半径距離によって選択的に調節するために、前記中心軸から第１半径距離範囲にある複数の第１貫通孔と前記第１半径距離範囲より大きい第２半径距離範囲にある複数の第２貫通孔とが形成されている。第２バッフルプレートは、前記第１バッフルプレートとの間に横方向流動通路を形成するギャップが形成されるように前記第１バッフルプレートの下に設けられており、複数の貫通孔が形成されている。間隔調節装置は、前記ギャップの幅を調節するために前記第１バッフルプレート及び第２バッフルプレートのうち少なくとも一つを移動させる。
【００２７】
前記間隔調節装置は、前記ギャップの幅を決定するために所定の厚さで前記第１バッフルプレートと第２バッフルプレートとの間に設けられるスペーサリングを含む。
前記間隔調節装置を構成する前記スペーサリングは、複数の鋸歯状ギアが形成された環状接触部を有する。前記鋸歯状ギアは中心角９０゜に対応する円弧の長さと同じピッチを有する。前記スペーサリングの環状接触部は前記第１バッフルプレートの底面と接し、前記第１バッフルプレートの底面にはそのエッジ部に前記環状接触部の鋸歯状ギアとかみ合い自在に形成された複数の鋸歯状ギアよりなるスペーサリング結合部が形成されている。望ましくは、前記第１バッフルプレートのスペーサリング結合部は前記第１バッフルプレートの底面中心部より薄い部分を含む。または、前記スペーサリングの環状接触部は前記第２バッフルプレートの上面と接し、前記第２バッフルプレートの上面には前記環状接触部の鋸歯状ギアとかみ合い自在に形成された複数の鋸歯状ギアよりなるスペーサリング結合部が形成されている。望ましくは、前記第２バッフルプレートのスペーサリング結合部は前記第２バッフルプレートの上面中心部より薄い部分を含む。
【００２８】
（削除）
【００２９】
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【００３０】
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【００３１】
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【００３２】
（削除）
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施例について詳細に説明する。
図１は、ウェーハをプラズマ方式でエッチング処理するために反応チャンバ内のプロセス領域に反応ガスを供給するのに使用される、本発明の第１実施例によるシャワーヘッドの構成を概略的に示す断面図である。
【００３４】
図１を参照すれば、本実施例によるシャワーヘッドは、外部から供給される反応ガスを前記反応チャンバ内に流入させるためのガス流入口１２が形成されている上部プレート１０と、前記反応チャンバ内のプロセス領域に対面しているフェースプレート２０とを含んでいる。前記上部プレート１０は前記反応チャンバの上部壁を構成する。
【００３５】
図２は、前記フェースプレート２０の底面を反応チャンバＥＩプロセス領域側から見た平面図である。図２に示したように、前記フェースプレート２０には複数の貫通孔２２が均一に形成されている。
また図１を参照すれば、前記上部プレート１０と前記フェースプレート２０との間には第１バッフルプレート３０及び第２バッフルプレート４０が前記フェースプレート２０と同軸状に設けられている。前記第１バッフルプレート３０及び第２バッフルプレート４０は前記上部プレート１０と前記フェースプレート２０との間に設けられる。前記第１バッフルプレート３０の上面には第１スペーサリング９２よりなる間隔調節装置が設けられており、前記第１バッフルプレート３０と第２バッフルプレート４０との間には第２スペーサリング９４よりなる間隔調節装置が設けられている。前記第１バッフルプレート３０及び第２バッフルプレート４０は前記第１スペーサリング９２及び第２スペーサリング９４の厚さを調節することによって相対的に昇降し、その相対的な位置が決定される。これに関する詳細な説明は後述する。
【００３６】
前記第１バッフルプレート３０は全面的に均一な厚さを有する単一の円板状部材よりなる。前記第１バッフルプレート３０には図３に示したように、複数の貫通孔３２、３４が形成されている。前記複数の貫通孔は前記第１バッフルプレート３０の中心軸３１に近接して位置し、前記中心軸３１から第１距離ｄ1放射方向に離隔された第１位置に形成されている複数の第１貫通孔３２と、前記第１バッフルプレート３０のエッジに近接して位置し、前記中心軸３１から前記第１距離ｄ1より大きい第２距離ｄ2放射方向に離隔された第２位置に形成されている複数の第２貫通孔３４とより構成される。前記第２バッフルプレート４０には図４に示したように、複数の貫通孔４２が全面にわたって均一に形成されている。前記第１バッフルプレート３０及び第２バッフルプレート４０はアルミニウムよりなる。
【００３７】
図１に示したように、前記第１バッフルプレート３０の上には前記第１バッフルプレート３０と同軸状にガイドバッフルプレート５０が設けられている。前記ガイドバッフルプレート５０の構成を図５から図７に概略的に示した。図５から図７に示したように、前記ガイドバッフルプレート５０の上面５０ａには前記上部プレート１０を通じて供給される反応ガスが流入する流入口５２が形成されている。前記流入口５２を通じて前記ガイドバッフルプレート５０内に流入した反応ガスは、複数の経路５３を通過して底面５０ｂに形成されている複数の流出口５４に流出する。
【００３８】
前記のように構成されたシャワーヘッドにおいて、図１に示したように前記第１バッフルプレート３０と前記ガイドバッフルプレート５０との間には前記反応チャンバ内に流入する反応ガスの第１横方向流動通路を形成する第１ギャップ７０が形成される。前記第１ギャップ７０の幅は前記ガイドバッフルプレート５０の底面５０ｂと前記第１バッフルプレート３０の上面とによって限定される。また、前記第１バッフルプレート３０と前記第２バッフルプレート４０との間には前記反応ガスの第２横方向流動通路を形成する第２ギャップ８０が形成される。前記第２ギャップ８０の幅は前記第１バッフルプレート３０の底面と前記第２バッフルプレート４０の上面とによって限定される。
【００３９】
図８は、前記ガイドバッフルプレート５０、第１バッフルプレート３０及び第２バッフルプレート４０において、それぞれのプレートに形成された貫通孔の相互位置関係をより詳細に説明するための図面である。
図８を参照すれば、前記ガイドバッフルプレート５０に形成された複数の流出口５４は各々、前記ガイドバッフルプレート５０の中心軸５１から前記第１貫通孔３２が形成されている前記第１距離ｄ1より長く前記第２貫通孔３４が形成されている第２距離ｄ2より短い第３距離ｄ3放射方向に離隔された位置に形成されている。前記ガイドバッフルプレート５０の流出口５４から前記第１バッフルプレート３０の第１貫通孔３２までの距離は、前記流出口５４から前記第１バッフルプレート３０の第２貫通孔３４までの距離より短く形成することが望ましい。その理由は、前記ガイドバッフルプレート５０と第１バッフルプレート３０との間に形成される第１ギャップ７０の幅を調節することによって、選択的に前記第１バッフルプレート３０の第２貫通孔３４への流量より第１貫通孔３２への流量をより大きく調節するか、または前記第１貫通孔３２及び第２貫通孔３４での流量を一定に調節することを可能にするためである。すなわち、前記流出口５４は前記第１貫通孔３２により近く位置しているので、前記第１ギャップ７０の幅が狭くなるほど前記流出口５４から出る反応ガスを前記第１貫通孔３２に誘導することがより容易で、前記第１貫通孔３２を通過する流量が前記第２貫通孔３４を通過する流量より大きくなりうる。したがって、前記反応チャンバのプロセス領域ではウェーハのエッジ部分よりセンター部分により多量の反応ガスを供給できる。一方、前記第１ギャップ７０の幅が大きくなれば、前記流出口５４から出る反応ガスが前記第２貫通孔３４まで広がる量が増加し、前記第２貫通孔３４を通過する反応ガスの流量が増加する。
【００４０】
前記シャワーヘッドを電気的に安定化させるために、前記第２バッフルプレート４０と前記フェースプレート２０との間に第３バッフルプレート６０が設けられる。前記第３バッフルプレート６０は前記シャワーヘッドを電気的に安定化させるのに十分な抵抗率を有する高抵抗物質、例えば、ＳｉＣ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｃａｒｂｉｄｅ）よりなる。図９に示したように、前記第３バッフルプレート６０には複数の貫通孔６２が全面にわたって均一に形成されている。
【００４１】
前記第１ギャップ７０の幅は、前記ガイドバッフルプレート５０と第１バッフルプレート３０との間で前記第１バッフルプレート３０のエッジ部分に設けられる間隔調節装置である第１スペーサリング９２によって決定される。また、前記第２ギャップ８０の幅は前記第１バッフルプレート３０と第２バッフルプレート４０との間でそのエッジ部分に設けられる間隔調節装置である第２スペーサリング９４によって決定される。
【００４２】
図１０は、前記第１スペーサリング９２及び第２スペーサリング９４を具現するために採用可能な一例として環状リング９０を示す斜視図である。前記第１スペーサリング９２及び第２スペーサリング９４の厚さは各々これらを構成する前記環状リング９０の厚さｔによって決定される。前記第１ギャップ７０及び第２ギャップ８０の幅を所望のように調節するために、前記第１スペーサリング９２及び第２スペーサリング９４は各々所望の厚さを有する１つの環状リング９０だけを使用して構成されることもあり、一定の厚さを有する２つ以上の環状リング９０を重畳させて所望の厚さにすることもある。
【００４３】
前記第１スペーサリング９２の厚さによって前記第１バッフルプレート３０の位置を決定でき、それにより前記第１ギャップ７０の幅も決定される。前記第１ギャップ７０の幅が狭くなるほど、前記第１バッフルプレート３０で前記第１貫通孔３２を通過する反応ガスの量が前記第２貫通孔３４を通過する反応ガスの量より多くなる。また、前記第１ギャップ７０の幅が大きくなるほど、前記第１バッフルプレート３０で前記第２貫通孔３４を通過する反応ガスの量が増加する。
【００４４】
また、前記第２スペーサリング９４の厚さによって、前記第１バッフルプレート３０と前記第２バッフルプレート４０との間に形成される第２ギャップ８０の幅が決定される。前記第２ギャップ８０の幅が狭くなるほど、前記第２バッフルプレート４０に形成された複数の貫通孔４２のうち前記第１バッフルプレート３０の第１貫通孔３２または第２貫通孔３４の近辺にある貫通孔４２を通過する反応ガスの流量が相対的に大きくなり、前記複数の貫通孔４２を通過する反応ガスの流量が前記プロセス領域内の位置によって選択的に不均一になる。一方、前記第２ギャップ８０の幅が十分に大きくなれば、前記複数の貫通孔４２を通過する反応ガスの流量が前記プロセス領域内で全体的に一定になる。
【００４５】
図１１は、前記第１スペーサリング９２及び第２スペーサリング９４を具現するために使用可能な他の例として、複数の鋸歯状ギア１９２が形成された環状接触部１９４を有する環状リング１９０を示す斜視図である。図１２は、図１１の９Ｂ−９Ｂの長さに該当する前記環状リング１９０を平面的に広げて示す図面である。
【００４６】
図１１及び図１２を参照すれば、前記鋸歯状ギア１９２は中心角θである９０゜に対応する円弧の長さｌと同じピッチを有するように形成されている。前記環状接触部１９４に形成された鋸歯状ギア１９２の高さｈは、約０．０１〜０．５ｍｍである。
【００４７】
前記第１ギャップ７０内に設けられる前記第１スペーサリング９２を前記環状リング１９０で構成する場合、前記鋸歯状ギア１９２が形成された環状接触部１９４は前記第１バッフルプレート３０と対向して設けられることもあり、前記ガイドバッフルプレート５０と対向して設けられることもある。前記第１ギャップ７０内で前記環状接触部１９４が前記第１バッフルプレート３０と対向して設けられる場合には、前記第１バッフルプレート３０は前記環状リング１９０よりなる第１スペーサリング９２との対向面に前記環状接触部１９４の鋸歯状ギア１９２とかみ合い可能なスペーサリング結合部が形成されねばならない。図１３は、前記環状接触部１９４との結合面を構成するスペーサリング結合部１３２が形成されている、変形された第１バッフルプレート１３０を示した図面である。前記スペーサリング結合部１３２には前記環状接触部１９４の鋸歯状ギア１９２とかみ合い可能な複数の鋸歯状ギア（図示せず）が形成されている。前記環状リング１９０の場合と同じく、前記スペーサリング結合部１３２に形成された鋸歯状ギアは中心角９０゜に対応する円弧の長さと同じピッチを有する。また、前記スペーサリング結合部１３２に形成された鋸歯状ギアの高さは、０．０１〜０．５ｍｍである。
【００４８】
また、前記第２ギャップ８０内に設けられる前記第２スペーサリング９４を前記環状リング１９０で構成する場合、前記鋸歯状ギア１９２が形成された環状接触部１９４は前記第１バッフルプレート３０と対向して設けられることもあり、前記第２バッフルプレート４０と対向して設けられることもある。前記第２ギャップ８０内で前記環状接触部１９４が前記第２バッフルプレート４０と対向して設けられる場合には、前記第２バッフルプレート４０は前記環状リング１９０よりなる第２スペーサリング９４との対向面に前記環状接触部１９４の鋸歯状ギア１９２とかみ合い可能なスペーサリング結合部が形成されねばならない。図１４は、前記環状接触部１９４との結合面を構成するスペーサリング結合部１４２が形成されている、変形された第２バッフルプレート１４０を示したものである。前記スペーサリング結合部１４２には前記環状接触部１９４の鋸歯状ギア１９２とかみ合い可能な複数の鋸歯状ギア（図示せず）が形成されている。前記環状リング１９０の場合と同じく、前記スペーサリング結合部１４２に形成された鋸歯状ギアは中心角９０゜に対応する円弧長さと同じピッチを有する。また、前記スペーサリング結合部１４２に形成された鋸歯状ギアの高さは、０．０１〜０．５ｍｍである。
【００４９】
図１５及び図１６は、前記第１バッフルプレート３０と前記変形された第２バッフルプレート１４０との間に設けられる前記第２スペーサリング９４が前記環状リング１９０で構成された場合、前記環状リング１９０を利用して前記第２ギャップ８０の幅を調節する方法について説明するための主要部を示す図面である。図１５は、前記第２ギャップ８０の幅が最も小さく設けられた場合を示す図面である。図１５で、前記環状リング１９０が矢印ａ方向に回転するか、前記変形された第２バッフルプレート１４０が矢印ｂ方向に回転すれば、その回転距離によって、図１６に示したように前記第２ギャップ８０の幅はΔｗ増加できる。したがって、前記環状リング１９０または前記変形された第２バッフルプレート１４０の回転距離を調節することによって、前記第２ギャップ８０の幅を所望通り調節できる。
【００５０】
図１７及び図１８は、前記変形された第２バッフルプレート１４０のスペーサリング結合部１４２を説明するための断面図であって、各々図１４の１３Ａ−１３Ａ断面に対応する図面である。
図１７に示したように、前記変形された第２バッフルプレート１４０のスペーサリング結合部１４２のうち隣接した２つの鋸歯状ギアがかみ合う低い段差部分１４２ａは、前記変形された第２バッフルプレート１４０の上面中心部１４０ａより薄い。また、図１８に示したように、前記変形された第２バッフルプレート１４０のスペーサリング結合部１４２のうち各鋸歯状ギアの最も高い部分１４２ｂは、前記変形された第２バッフルプレート１４０の上面中心部１４０ａより厚い。
【００５１】
前記環状リング１９０によって前記第２ギャップ８０の幅を決定するために、前記環状リング１９０の環状接触部１９４が前記第１バッフルプレート３０と対向して配置される場合には、前記第１バッフルプレート３０の底面エッジ部には前記変形された第２バッフルプレート１４０の上面エッジ部に形成されている前記スペーサリング結合部１４２と同じ構成を有するスペーサリング結合部が形成されねばならず、これに関する具体的な構成は前記変形された第２バッフルプレート１４０について説明した通りなので、それに関する詳細な説明は省略する。ただ、前記環状リング１９０の環状接触部１９４が前記第１バッフルプレート３０と対向して配置される場合には、前記環状リング１９０の環状接触部１９４は前記第１バッフルプレート３０の底面と接し、前記第１バッフルプレート３０のスペーサリング結合部は前記第１バッフルプレート３０の底面中心部より薄い部分を含む。
【００５２】
ここには前記環状リング１９０によって前記第２ギャップ８０の幅を調節する場合についてのみ説明したが、前記環状リング１９０を利用して前記第１ギャップ７０の幅を調節する場合にも前記構成が同一に適用されることは当業者であればよく分かることである。
【００５３】
前記実施例では前記第１バッフルプレート３０が全面的に均一な厚さを有する単一の円板状部材よりなる場合について説明した。しかし、前記第１バッフルプレート３０は必要によって多様に構成できる。
図１９及び図２０は変形された第１バッフルプレート２３０の構成を説明するための図面であって、図１９は前記変形された第１バッフルプレート２３０の中心軸２３１を過ぎる部分の断面図であり、図２０は前記変形された第１バッフルプレート２３０を分解して示す斜視図である。
【００５４】
図１９及び図２０を参照すれば、前記変形された第１バッフルプレート２３０は、上面の中心部に円形空間を提供するグルーブ２３６が形成されている円板状のベースプレート２３２と、前記グルーブ２３６内で前記変形された第１バッフルプレート２３０の中心軸２３１を中心に回転自在に挿入される円板状のインサートプレート２３４とよりなる。前記インサートプレート２３４には前記インサートプレート２３４を所定角度で回転させるための駆動装置（図示せず）が連結されている。前記ベースプレート２３２は、前記変形された第１バッフルプレート２３０の中心軸２３１に近接して位置し前記中心軸２３１から前記インサートプレート２３４の半径長さより短い第１距離ｄ1放射方向に離隔された第１位置に形成されている複数の第１貫通孔２３７と、前記ベースプレート２３２のエッジに近接して位置し前記中心軸２３１から前記インサートプレートの半径長さより長い第２距離ｄ2放射方向に離隔された第２位置に形成されている複数の第２貫通孔２３８とを備える。前記インサートプレート２３４には前記ベースプレート２３２に形成された複数の第１貫通孔２３７と連通可能な複数の貫通孔２３５が形成されている。前記インサートプレート２３４の回転距離によって前記第１貫通孔２３７の開口率を変化させるために、前記インサートプレート２３４に形成された複数の貫通孔２３５と前記ベースプレート２３２に形成された複数の第１貫通孔２３７とは各々前記変形された第１バッフルプレート２３０の中心軸２３１を基準に一部角度範囲にのみ選択的に形成されている。すなわち、前記インサートプレート２３４の回転距離によって、前記ベースプレート２３２に形成された第１貫通孔２３７と前記インサートプレート２３４に形成された貫通孔２３５の一部または全部とが連通可能になる。
【００５５】
前記のような構成を有する前記変形された第１バッフルプレート２３０を採用すると、前記インサートプレート２３４の回転距離によって前記ベースプレート２３２に形成された第１貫通孔２３７の開口率を変化させることにより、前記反応チャンバＥＩプロセス領域でウェーハ上のセンター部分に供給される反応ガスの量を必要によって調節できる。
【００５６】
（削除）
【００５７】
図２２から図２４は、本発明の第２実施例によるシャワーヘッドの要部構成を概略的に示す図面である。図２２に示す実施例においては、第１ギャップ７０及び第２ギャップ８０の幅を決定するための間隔調節装置として各々昇降機構３９２及び回転機構３９４を利用する。前記昇降機構３９２及び回転機構３９４よりなる間隔調節装置を除外した他の部分は前述した実施例と同じ構成を有する。前記昇降機構３９２は前記第２ギャップ８０の幅を決定するために第１ステッピングモータ３１２を利用して第１バッフルプレート３０を昇降させる。前記回転機構３９４は前記第１ギャップ７０の幅を決定するために、第２ステッピングモータ３１４を利用してガイドバッフルプレート５０をギア駆動によって昇降させる。
【００５８】
前記昇降機構３９２と回転機構３９４とは、図２２に示したように一体に結合されている。前記昇降機構３９２は前記第１ステッピングモータ３１２から伝えられる動力により昇降可能である。前記昇降機構３９２は前記ガイドバッフルプレート５０及び前記第１バッフルプレート３０を貫通して延びるシャフト３８２と、前記シャフト３８２の一端に形成されており、前記シャフト３８２の昇降によって前記第１バッフルプレート３０を従動的に昇降させる外向フランジ３８４とを含む。
【００５９】
また、前記回転機構３９４は前記第２ステッピングモータ３１４から伝えられる動力により回転可能な前記シャフト３８２と、前記シャフト３８２の回転によって前記ガイドバッフルプレート５０を昇降させるために、前記シャフト３８２の外周で前記ガイドバッフルプレート５０が結合される位置に形成されている外接スクリュー部３７２とを含む。
【００６０】
図２３に示したように、前記ガイドバッフルプレート５０の中心部には前記シャフト３８２が貫通する中心ホール３５０が形成されており、前記中心ホール３５０の内壁には前記シャフト３８２の外接スクリュー部３７２とかみ合う内接スクリュー部３５２が形成されている。
【００６１】
図２４に示したように、前記第１バッフルプレート３０の中心部には前記シャフト３８２が貫通する中心ホール３３２と、前記シャフト３８２の一端に形成されている外向フランジ３８４を収容するための円形空間３３４とが連通された状態に形成されている。
【００６２】
前記第２ギャップ８０の幅は前記昇降機構３９２を利用して調節する。この時、前記第１バッフルプレート３０を昇降させるために前記昇降機構３９２を利用して前記シャフト３８２を昇降させれば、前記ガイドバッフルプレート５０には前記外接スクリュー部３７２とかみ合う内接スクリュー部３５２が形成されているので、前記シャフト３８２の昇降に従動して前記ガイドバッフルプレート５０が昇降する。したがって、前記シャフト３８２の昇降時には前記第１バッフルプレート３０及び前記ガイドバッフルプレート５０が同時に昇降する。
【００６３】
前記第１ギャップ７０の幅は前記回転機構３９４を利用して調節する。前記回転機構３９４を利用して前記シャフト３８２を回転させれば、前記シャフト３８２の前記外接スクリュー部３７２と前記ガイドバッフルプレート５０の中心ホール３５０に形成されている内接スクリュー部３５２との相互作用によって前記ガイドバッフルプレート５０が昇降する。この時、前記第１バッフルプレート３０には前記外向フランジ３８４の回転運動が影響されないように前記外向フランジ３８４を収容するための円形空間３３４が形成されているので、前記シャフト３８２が前記回転機構３９４によって回転する時、前記第１バッフルプレート３０は回転せずに停止状態になる。ここで、前記回転機構３９４により前記シャフト３８２が回転する時、前記ガイドバッフルプレート５０が回転せずに昇降だけをするように、前記ガイドバッフルプレート５０には前記ガイドバッフルプレート５０の回転を防止するためのストッパ３５４が連結されている。
【００６４】
前記のような構成において、前記昇降機構３９２及び回転機構３９４を利用して前記第２ギャップ８０及び第１ギャップ７０の幅を各々決定することにより、前記プロセス領域でウェーハ上のセンター部分またはエッジ部分の各々での反応ガス供給量を自在に調節でき、必要によって反応ガス供給量をウェーハ上の全面にわたって均一または不均一に調節できる。
【００６５】
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【００６６】
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【００６７】
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【００６８】
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【００６９】
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【００７０】
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【００８０】
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【００８１】
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【００８２】
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【００８３】
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【００８４】
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【００８５】
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【００８６】
前記のように、本発明によるシャワーヘッドは隣接した２つのバッフルプレートの間に反応ガスの流動通路を形成するギャップの幅を決定するための間隔調節装置を含む。前記間隔調節装置によって前記ギャップの幅を選択的に縮小または拡大させることにより、反応チャンバのプロセス領域でウェーハ上の位置によって反応ガスの供給量を調節できるだけでなく、ウェーハ上の位置による反応ガスの流量を必要によって均一または不均一に調節できる。
【００８７】
【発明の効果】
したがって、本発明によれば、半導体素子の製造工程時にウェーハ上の全面にわたって最適なエッチング率均一度を得るために、ウェーハ上の位置によって反応ガス分布量を容易に調節できる。また、ウェーハ上の位置によって自在に反応ガス供給量を調節することにより、エッチング段階でウェーハ上で部分的に発生する可能性のあるエッチング率均一度の低下をあらかじめ補償し、最終的に得られるエッチング率均一度を最適化できる。したがって、半導体素子製造工程でウェーハ上の位置によってパターン均一度を自在に最適化できるだけでなく、半導体製造装置を開発する段階でウェーハ上の均一度問題を過度に考慮しなくてもよいため、半導体製造装置を開発するのにかかる時間及びコストを減らしうる。
上記で、本発明を望ましい実施例をあげて詳細に説明したが、本発明は前記実施例に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で当業者によっていろいろ変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施例によるシャワーヘッドの構成を概略的に示す断面図である。
【図２】  本発明の第１実施例によるシャワーヘッドのフェースプレートを示す平面図である。
【図３】  本発明の第１実施例によるシャワーヘッドの第１バッフルプレートを示す平面図である。
【図４】  本発明の第１実施例によるシャワーヘッドの第２バッフルプレートを示す平面図である。
【図５】  本発明の第１実施例によるシャワーヘッドのガイドバッフルプレートを示す模式図である。
【図６】  本発明の第１実施例によるシャワーヘッドのガイドバッフルプレートを示す模式図である。
【図７】  本発明の第１実施例によるシャワーヘッドのガイドバッフルプレートを示す模式図である。
【図８】  本発明の第１実施例によるガイドバッフルプレート、第１バッフルプレート及び第２バッフルプレートの各々に形成された貫通孔の相互位置関係を説明するための模式図である。
【図９】  本発明の第１実施例によるシャワーヘッドの第３バッフルプレートを示す平面図である。
【図１０】  本発明の第１実施例によるシャワーヘッドに採用される間隔調節装置の一例である環状リングを示す斜視図である。
【図１１】
本発明の第１実施例によるシャワーヘッドに採用される間隔調節装置の他の例である環状リングを示す斜視図である。
【図１２】  図１１の９Ｂ−９Ｂの長さに該当する環状リングを平面的に広げて示す模式図である。
【図１３】  本発明の第１実施例によるシャワーヘッドに採用可能な変形された第１バッフルプレートの一例を示す平面図である。
【図１４】  本発明の第１実施例によるシャワーヘッドに採用可能な変形された第２バッフルプレートを示す平面図である。
【図１５】  図１１の環状リングを使用して第２ギャップの幅を調節する方法を説明するための模式図である。
【図１６】  図１１の環状リングを使用して第２ギャップの幅を調節する方法を説明するための模式図である。
【図１７】  図１４の１３Ａ−１３Ａ断面に対応する断面図である。
【図１８】  図１４の１３Ａ−１３Ａ断面に対応する断面図である。
【図１９】  本発明の第１実施例によるシャワーヘッドに採用可能な変形された第１バッフルプレートの他の例を示す模式図である。
【図２０】  本発明の第１実施例によるシャワーヘッドに採用可能な変形された第１バッフルプレートの他の例を示す斜視図である。
【図２１】（削除）
【図２２】  本発明の第２実施例によるシャワーヘッドの要部構成を概略的に示す模式図である。
【図２３】  本発明の第２実施例によるシャワーヘッドの要部構成を概略的に示す模式図である。
【図２４】  本発明の第２実施例によるシャワーヘッドの要部構成を概略的に示す模式図である。
【符号の説明】
１０  上部プレート
１２  ガス流入口
２０  フェースプレート
２２  貫通孔
３０  第１バッフルプレート
３２、３４  貫通孔
４０  第２バッフルプレート
４２  貫通孔
５０  ガイドバッフルプレート
６０  第３バッフルプレート
７０  第１ギャップ
８０  第２ギャップ
９２  第１スペーサリング
９４  第２スペーサリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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