KR100765390B1 - 돔 형태의 샤워헤드를 이용한 박막 증착 장치 - Google Patents

Abstract

돔(dome) 형태의 샤워헤드를 이용한 박막 증착 장치가 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 돔 형태의 샤워헤드를 이용한 박막 증착 장치는, 내부에 기판을 수용하여 증착 공정이 이루어지는 공간인 챔버, 챔버 내에 기판을 고정하기 위한 척(chuck), 챔버 안으로 가스를 분출하도록 상측면에 가스유입홀을 가지며 하측면에 타공된 가스분출홀을 가진 돔 형태의 샤워헤드를 포함한다.

반구형, 샤워헤드, 박막, 증착, 돔형

Description

돔 형태의 샤워헤드를 이용한 박막 증착 장치{Apparatus for thin film vapor deposition using circularly domed showerhead}

도 1은　종래의 평탄한 샤워헤드의 밑면을 도시한 평면도이다.

도 2는　도 1에 도시한 샤워헤드가 적용된 박막 증착 장치를 보여주는 구성도이다.

도 3은 평탄한 샤워헤드에 구동장치가 설치된 박막 증착 장치의 구성도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 돔 형태의 샤워헤드를 이용한 박막 증착 장치의 구성도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 돔 형태의 샤워헤드의 하측면의 평면도이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 돔 형태의 샤워헤드의 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 샤워헤드 11 : 가스유입홀

12 : 가스분출홀 13 : 열선

50 : 가스공급관 110 : 기판

150 : 열선 160 : 이송체

본 발명은 돔 형태의 샤워헤드를 이용한 증착 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 샤워헤드를 평판이 아닌 돔 형태로 제작하여 상단에서 내려오는 가스가 자연스럽게 샤워헤드의 하단으로 내려오면서 직경의 크기가 각기 다르게 하측면에 타공된 가스분출홀 안으로 들어가 기판에 균일한 증착막을 형성시키는 돔 형태의 샤워헤드를 이용한 박막 증착 장치에 관한 것이다.

종래의 박막 증착 장치에서 사용되는 샤워헤드에 관한 문제점은 좋은 두께 균일도를 갖도록 기판 상에 원하는 가스 플로우(Flow) 벡터(Vector)를 형성시키는 것이었다. 종래에는 가스의 분출을 위하여 평탄한 샤워헤드를 사용하였는데, 기판의 크기가 커지게 되면 가스를 기판 전체에 골고루 균일하게 전달할 수 없었다. 이때 기판상에 가스를 균일하게 분출하기 위해 별도로 샤워헤드를 좌우로 움직일 수 있도록 구동장치를 설치할 수 있는데, 이 방법도 기판이 커지게 되면 샤워헤드를 좌우 뿐만 아니라 전후로도 이동이 가능할 수 있어야 하며 기판 전면적에 걸쳐서 고르게 가스가 증착되도록 기판의 이동경로를 제어하는 것이 어렵다는 문제점이 있다.

도 1은 종래의 평탄한 샤워헤드의 평면도이고, 도 2는 평탄한 샤워헤드가 적용된 박막 증착 장치의 구성도이며, 도 3은 평탄한 샤워헤드에 구동장치가 설치된 박막 증착 장치의 구성도로서 도 1, 도 2, 도 3은 종래 박막 증착 장치를 도시하고 있다.

이하 도 1과 도 2를 참조하여 설명하면, 종래 샤워헤드(10)는 샤워헤드의 상측에 있는 가스유입홀(11)을 통해 가스가 샤워헤드 내부에 들어와서 하측면 전체에 일정한 간격, 일정한 직경의 크기로 형성된 가스분출홀(12)을 통하여 가스를 기판(110)을 향하여 분출한다. 이때 가스유입홀은 샤워헤드의 상측면 중앙부에 있고 가스분출홀은 샤워헤드의 하측면 전면에 걸쳐 형성되어 있으므로 상대적으로 가스분출홀의 주변부보다 중앙부를 통한 가스의 분출량이 많은 문제점이 있다. 그리고, 하단 가스분출홀의 구조가 바둑판 구조로 배치되어 있고 그 직경은 모두 동일한 크기로 형성되어 있기 때문에 샤워헤드의 밑면 중앙부 측에서 분출되는 가스의 유량은 많지만, 샤워헤드의 밑면 주변부 측에서 분출되는 가스의 유량은 매우 적어지는 문제점이 발생한다. 밑면 중앙부와 주변부 측에서 분출되는 가스의 유량이 크게 차이가 나므로, 아래 기판의 전면적에 걸쳐서 불균일한 증착막을 형성하게 된다. 특히 기판의 크기가 커지면 커질수록 가스의 분출을 기판 전체에 골고루 전달하지 못하게 되는 결과를 초래하게 된다.　

이러한 문제점을 해결하기 위하여 도3에서와 같이 샤워헤드가 이동할 수 있도록 별도의 구동장치를 설치하여, 샤워헤드가 좌우로 움직이면서 가스를 분출하여 가스가 기판 전면에 걸쳐 골고루 전달되도록 하였는데, 기판의 크기가 커지면 샤워헤드는 좌우 뿐만 아니라 전후로도 구동이 가능해야 상기 목적을 달성할 수 있다. 이와 같이 샤워헤드를 상하좌우로 움직일 수 있도록 구동장치를 제작하는 것은 그 설계에 있어서 복잡할 뿐만 아니라, 구동장치가 설치되더라도 균일한 증착막을 형성하기 위해 기판의 전면적에 걸쳐서 샤워헤드를 상하좌우로 이동시키도록 제어하 는 것이 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 가스 분출을 위한 샤워헤드를 평판이 아닌 돔 형태로 제작하여 상단에서 내려오는 가스가 기판 전체로 자연스럽게 골고루 분산되도록 하여 기판에 균일한 증착막을 형성하는 박막 증착 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 돔 형태의 샤워헤드를 이용한 증착 장치는 내부에 기판을 수용하여 증착 공정이 이루어지는 공간인 챔버, 챔버 내에 기판을 고정하기 위한 척, 챔버 안으로 가스를 분출하도록 상측면에 가스유입홀을 가지며 하측면에 타공된 가스분출홀을 가진 돔 형태의 샤워헤드를 포함한다.

가스유입홀을 통하여 들어오는 가스는 유기화합물, 유기금속화합물, 고분자 등의 유기물 재료를 가열하여 증발된 기상유기물에 불활성 가스를 주입하여 혼합된 가스이다. 불활성 가스는 기상유기물의 이동매체 역할을 하고, 기상유기물의 이송량을 미세하게 제어하며, 기상유기물을 균일하게 분산시키는 역할을 한다. 불활성 가스로는 아르곤(Ar), 질소(N2) 등이 사용된다. 본 발명에 있어서 가스유입홀을 통 하여 들어오는 가스는 증착시키고자 하는 물질과 물질의 성질에 따라 상기 제시한 물질에 한정되지 않고 다양하게 선택될 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

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 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 돔 형태의 샤워헤드를 이용한 박막 증착 장치를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도4는 본 발명에 따른 돔 형태의 샤워헤드(10)를 이용한 박막 증착 장치의 구성도이며, 도 5는 돔 형태의 샤워헤드(10)의 하측면의 평면도이며, 도 6은 돔 형태의 샤워헤드(10)의 사시도이다.

도 4, 도 5, 도 6을 참조하여 설명하면, 본 발명 돔 형태의 샤워헤드(10)를 이용한 박막 증착 장치는, 내부에 기판(11)을 수용하여 증착 공정이 이루어지는 공간인 챔버(100), 상기 챔버(100) 내에 상기 기판(11)을 고정하기 위한 척(120), 상기 챔버(100) 안으로 가스를 분출하도록 상측면에 가스유입홀(11)을 가 지며 하측면에 타공된 가스분출홀(12)을 가진 돔 형태의 샤워헤드(10)를 포함하여 구성된다.

챔버(100)는 외부와 격리되는 내부 공간을 구비하고 있으며, 챔버(100)의 일측에 증착시킬 가스가 유입되는 가스공급관(50)이 통과할 수 있도록 통로(101)을 구비한다. 증착시킬 가스를 발생시켜 이를 공급하는 장치가 챔버(100) 내부에 존재한다면 챔버(100) 외부에서 가스공급관(50)이 통과할 수 있도록 하는 통로(101)는 필요가 없을 수도 있다. 챔버(100)의 내부의 온도를 일정 온도 이상으로 유지시키기 위해 챔버(100)의 내부 측벽면에 보온히터를 포함하여 구성할 수도 있다.

챔버(100) 내부 하단에는 챔버(100) 외부와 내부사이에 기판(11)을 이동시키는 이송체, 이송체 위에 설치되어 기판(11)을 고정시키는 척(120), 척(120)에 안착되어 증착시킬 기판(11)이 위치하게 된다.

샤워헤드(10)는 챔버(100) 내에서 증착시킬 기판(11)위에 위치하여 가스를 기판(11)을 향하여 분사한다. 샤워헤드(10)는 속이 빈 돔형상을 띠고 있으며, 외측면 상단 중앙부에 가스유입홀(11)이 마련되고, 내측면에는 가스유입홀(11)을 통하여 유입된 가스를 기판(11)을 향하여 분사하는 가스분출홀(12)들이 타공되어 있다. 이때 상기 돔 형상의 샤워헤드(10)는 도 4와 같이 샤워헤드(10)의 하단으로 갈수록 돔의 두께(돔의 중심방향으로 외측면과 내측면 사이의 거리)가 두꺼워지게 형성될 수도 있다. 상기 샤워헤드(10)의 하단으로 갈수록 돔의 두께가 두꺼워지므로 상단에 비하여 하단에는 더 넓은 내부 공간을 가지게 되고, 따라서 상단에서 하단까지 돔의 두께가 일정한 경우에 비해 하단부에 더 많은 양의 가스가 공급될 수 있다. 샤워헤드(10)는 알루미늄, 세라믹 등의 재질로 만들어질 수 있으며, 가스의 온도, 챔버(100) 내부의 온도, 챔버(100) 내부 압력 등에 따라 다양하게 선택될 수 있다.

그리고 상기 돔 형태의 샤워헤드(10)의 외측면에는 열선(13) 등을 이용한 가열 수단을 더 구비하여 샤워헤드(10) 내의 가스의 온도를 일정 온도 이상으로 유지시킬 수 한다. 가스가 일정 온도 이하로 냉각되면 증착될 가스가 굳어서 가스분출홀(12)이 막힐 수도 있으며 기판(11)에의 증착도 불량해 진다는 문제점이 발생하기 때문이다.

상기 돔 형태의 샤워헤드(10)의 내측면에 타공된 가스분출홀(12)들은 도 5와 같이 샤워헤드(10)의 하측면 상단 중앙부를 중심으로 방사상 구조로 배치될 수 있다.

그리고 상기 방사상 구조로 배치된 가스분출홀(12)들은 도 6에 도시된 바와 같이 샤워헤드(10)의 하측면 상단 중앙부에서 하단 주변부로 갈수록 그 직경이 커지도록 형성될 수도 있다. 샤워헤드(10)에 공급되는 가스의 유량은 상단 중앙부에 위치한 가스유입홀(11)을 통해 바로 공급되는 샤워헤드(10)의 중앙부가 이 중앙부를 통해 하단으로 플로우되는 주변부에 비해 상대적으로 많게 된다. 따라서 종래에는 가스분출홀(12)들의 직경이 중앙부 측과 주변부 측이 모두 동일한 크기로 형성되기 때문에 중앙부 측에는 많은 양의 가스가 분사되는 반면, 주변부 측으로 갈수록 그 분사되는 가스의 유량은 점점 적어지게 되는 문제가 발생되었다. 그러나, 본 발명에 따른 샤워헤드(10)는 가스가 분사되는 가스분출홀(12)들의 직경이 중앙부측에서 주변부 측으로 갈수록 점점 더 커지도록 형성되기 때문에 중앙부로 공급되는 많은 양의 가스 유량은 적은 직경의 가스분출홀(12)들을 통해 기판(11)으로 분출되고 샤워헤드(10)의 주변부로 공급되는 적은 양의 가스유량은 다소 큰 직경의 가스분출홀(12)들을 통해 기판(11)을 향하여 분사된다. 따라서 가스의 분사에 의해 형성되는 증착막은 기판(11)상의 전 면적에 걸쳐서 균일하게 형성되는 것이다.

이때 상기 돔 형태의 샤워헤드(10)의 가스분출홀(12)들의 중심 간의 간격은 샤워헤드(10)의 상단에서 한단의 방향으로 갈수록 점점 작아지도록 형성될 수도 있다. 가스분출홀(12)들의 중심 간의 간격이 하단으로 갈수록 점점 작아지므로 중심간의 간격이 일정한 경우보다 상기 샤워헤드(10)의 하단으로 갈수록 더 많은 양의 가스를 분사할 수 있다.

다시 정리하여 본 실시예에 있어서 돔 형태의 샤워헤드(10)를 설명하면, 돔 형태의 샤워헤드(10)의 하단으로 갈수록 돔의 두께를 두껍게 형성함으로써 더 많은 양의 가스가 하단으로 공급되게 하고, 돔 형태의 샤워헤드(10)의 하단에 타공된 가스분출홀(12)들을 방사상으로 배치하면서 하단으로 내려갈수록 그 직경을 크게 하면서 가스분출홀(12) 중심간의 간격을 작아지게 형성함으로써 하단으로 갈수록 가스가 분출되는 가스분출홀(12)의 면적을 넓혀 돔 형태의 샤워헤드(10)를 통하여 분사된 가스가 기판(11)에 균일하게 증착막을 형성할 수 있도록 한다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상 기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

상기한 바와 같은 본 발명의 돔 형태의 샤워헤드를 이용한 박막 증착 장치는 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.

첫째, 기판의 전면적에 걸쳐 균일한 증착막을 형성할 수 있다는 장점이 있다.

둘째,　별도로 샤워헤드를 전후좌우로 움직이게 하는 구동장치를 설치함이 없이 기판의 전면적에 걸쳐 균일한 증착막을 형성할 수 있다는 장점도 있다.

Claims (6)

1. 내부에 기판을 수용하여 증착 공정이 이루어지는 공간인 챔버;

   상기 챔버 내에 상기 기판을 고정하기 위한 척(chuck); 및

   상기 챔버 안으로 가스를 분출하도록 상측면에 가스유입홀을 가지며, 하측면에 타공된 가스분출홀을 가진 돔 형태이고, 상기 돔의 하단이 기판의 전면적을 덮는 샤워헤드를 포함하는 박막 증착 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 돔 형태의 샤워헤드는 상기 돔의 하단으로 갈수록 상기 돔의 내부 공간의 폭이 커지는 박막 증착 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 가스분출홀들은 상기 샤워헤드의 하측면 중앙부를 중심으로 방사상 구조로 배치되는 박막 증착 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 가스분출홀들의 직경은 상기 돔의 하단으로 갈수록 커지는 박막 증착 장치
5. 제 1항에 있어서,

   상기 가스분출홀의 중심 간의 간격은 상기 샤워헤드의 상단에서 하단의 방향으로 갈수록 좁아지는 박막 증착 장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 돔 형태의 샤워헤드의 외측면을 가열하는 가열 수단을 더 포함하는 박막 증착 장치.

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