KR101460555B1 - 샤워헤드 및 이를 구비하는 원자층 증착장치 - Google Patents

Abstract

소정의 패턴에 따라 소스가스를 분사하는 샤워헤드 및 이를 구비하는 원자층 증착장치가 개시된다. 소정의 패턴에 따른 분사홀 패턴이 형성된 원자층 증착장치용 샤워헤드는, 하우징 및 상기 하우징 내에 수용되고 기판으로 소스가스를 분사하는 다수의 분사홀이 상기 기판에 형성하고자 하는 패턴에 따라 형성되고 상기 기판에 대응되는 단면 형상을 갖는 분사블록으로 이루어진다. 따라서, 샤워헤드에서 박막을 증착하고자 하는 국소 부분에만 소스가스를 분사하므로 증착 정밀도를 높일 수 있고, 소스가스 소비량을 감소시키고 수율 및 생산성을 증가시킬 수 있다.

증착, ALD, 원자층 증착장치(atomic layer deposition apparatus), 샤워헤드, 패턴

Description

샤워헤드 및 이를 구비하는 원자층 증착장치{SHOWERHEAD AND ATOMIC LAYER DEPOSITION APPARATUS}

본 발명은 원자층 증착장치에 관한 것으로서, 증착 정밀도를 향상시킬 수 있는 샤워헤드를 구비하는 원자층 증착장치를 제공하는 것이다.

일반적으로, 반도체 기판이나 글래스 등의 기판 상에 소정 두께의 박막을 증착하기 위해서는 스퍼터링(sputtering)과 같이 물리적인 충돌을 이용하는 물리 기상 증착법(physical vapor deposition, PVD)과, 화학 반응을 이용하는 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD) 등을 이용한 박막 제조 방법이 사용된다.

여기서, 화학 기상 증착법으로는 상압 화학 기상 증착법(atmospheric pressure CVD, APCVD), 저압 화학 기상 증착법(low pressure CVD, LPCVD), 플라즈마 유기 화학 기상 증착법(plasma enhanced CVD, PECVD)등이 있으며, 이 중에서 저온 증착이 가능하고 박막 형성 속도가 빠른 장점 때문에 플라즈마 유기 화학 기상 증착법이 많이 사용되고 있다.

그러나 반도체 소자의 디자인 룰(design rule)이 급격하게 미세해짐으로써 미세 패턴의 박막이 요구되었고 박막이 형성되는 영역의 단차 또한 매우 커지게 되 었다. 이에 원자층 두께의 미세 패턴을 매우 균일하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 스텝 커버리지(step coverage)가 우수한 단원자층 증착 방법(atomic layer deposition, ALD)의 사용이 증대되고 있다.

원자층 증착 방법(ALD)은, 기체 분자들 간의 화학 반응을 이용한다는 점에 있어서 일반적인 화학 기상 증착 방법과 유사하다. 하지만, 통상의 화학 기상 증착(CVD) 방법이 다수의 기체 분자들을 동시에 프로세스 챔버 내로 주입하여 기판의 상방에서 발생된 반응 생성물을 기판에 증착하나 이와 달리, 원자층 증착 방법은 하나의 기체 물질을 프로세스 챔버 내로 주입한 후 이를 퍼지(purge)하여 가열된 기판의 상부에 물리적으로 흡착된 기체만을 잔류시키고, 이후 다른 기체 물질을 주입함으로써 기판의 상면에서만 발생되는 화학 반응 생성물을 증착시킨다는 점에서 상이하다.

이러한 원자층 증착 방법을 통해 구현되는 박막은 스텝 커버리지 특성이 매우 우수하며 불순물 함유량이 낮은 순수한 박막을 구현하는 것이 가능한 장점을 갖고 있어 현재 널리 각광받고 있다.

기존의 원자층 증착장치는 서셉터 또는 샤워헤드가 서로에 대해 회전 가능하게 형성되고, 서셉터 또는 샤워헤드가 회전함에 따라 기판 상으로 소스가스가 순차적으로 분사되면서 다수의 기판에 대해 동시에 원자층 증착 공정이 수행된다.

한편, 기존의 원자층 증착장치는 샤워헤드 또는 서셉터의 회전에 의해 소스가스들이 혼합되면서 기판 표면이 아닌 프로세스 챔버 내에서 서로 반응하여 파티클이 발생할 수 있다. 이러한 소스가스의 혼합에 의해 발생하는 파티클은 기판에 증착되는 박막의 두께 및 균일도에 악영향을 미치고 품질 저하 또는 불량의 원인이 된다.

그리고 소스가스의 혼합을 방지하기 위해서 소스가스들이 분사되는 사이 사이에 퍼지가스를 분사하게 되는데, 퍼지가스를 분사하여 프로세스 챔버 내의 잔류 소스가스를 퍼지 시킨다고 해도 소스가스를 충분히 퍼지시키기가 어려운 문제점이 있다. 여기서, 퍼지가스를 퍼지시키는 경우 소스가스의 혼합은 방지하는 효과가 있으나, 퍼지가스가 소스가스에 혼합되면서 소스가스의 농도가 낮아질 수 있는데 소스가스의 농도가 낮으면 반응성이 낮아져서 증착 속도가 감소하고 공정 시간이 증가하여 생산성이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 이러한 퍼지가스의 퍼지는 소스가스가 기판과 충분히 반응하기 전에 퍼지가스에 의해 퍼지되어 배기되므로 소스가스의 폐기량이 많아지고 소스가스의 사용량 및 소모량이 많다는 문제점이 있다.

한편, 기존의 원자층 증착장치는 기판 전체에 소스가스를 분사하는 방식으로 증착 공정에서는 기판 전체에 동일하게 박막을 형성하게 되므로, 기판에 소정의 회로 패턴을 형성하기 위해서는 기판에 소정의 박막을 형성하고 형성된 박막을 식각하고 다시 증착하는 등의 공정을 다수회 반복 수행하여야 한다. 즉, 기존에는 소정의 회로 패턴을 형성하는 공정이 복잡하고 다수의 공정을 수행하여야 하므로 시간과 비용이 증가하는 문제점이 있다. 또한, 다수의 공정 중 하나의 공정에서라도 불량이 발생하는 경우에는 해당 기판은 불량이 되므로 공정 전체에서 불량률을 낮추기 위해서 비용과 시간이 증가하고, 수율이 낮은 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 소스가스의 반응성을 높이고 증착 품질을 높일 수 있는 샤워헤드 및 원자층 증착장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 기판에 소정의 패턴을 형성하기 위한 증착, 식각 등의 공정을 단축시키고 단순화시키는 샤워헤드 및 원자층 증착장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 소정의 회로 패턴 형성을 위한 공정의 불량률과 시간 및 비용을 절감하고, 수율을 증가시킬 수 있는 샤워헤드 및 원자층 증착장치를 제공하기 위한 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 소정의 패턴에 따라 소스가스를 분사하는 원자층 증착장치용 샤워헤드는, 하우징 및 상기 하우징 내에 수용되고 기판으로 소스가스를 분사하는 다수의 분사홀이 상기 기판에 형성하고자 하는 패턴에 따라 형성되고 상기 기판에 대응되는 단면 형상을 갖는 분사블록으로 이루어진다.

상기 하우징 상부에는 상기 분사블록으로 소스가스를 공급하는 소스가스 주입구가 형성되고, 상기 분사블록이 상기 하우징에 결합되는 결합면에는 상기 소스가스 주입구와 연통되도록 소스가스 공급홀이 형성되고, 상기 분사블록 내부에는 상기 소스가스 공급홀과 상기 분사홀을 연결하는 가스라인이 형성된다. 여기서, 상기 가스라인은 상기 소스가스 공급홀에서 상기 분사홀로 독립된 유로로 연결하여 상기 분사홀로 일대일로 연결시키는 다수의 가스라인이 형성된다.

또한, 상기 분사블록은 상기 하우징과 분리 가능하게 형성되고 상기 분사블록을 상기 하우징에 고정 및 분리시키는 블록 착탈부가 구비된다. 예를 들어, 상기 블록 착탈부는 상기 분사블록과 상기 하우징의 결합면에 진공을 제공하여 상기 분사블록을 고정시키도록 형성되고, 상기 하우징 상부에는 상기 하우징을 관통하여 상기 분사블록의 결합면에 진공을 제공하는 하나 이상의 진공홀이 형성된다. 여기서, 상기 블록 착탈부는 상기 하우징의 결합면에 작용하는 흡입력을 향상시키기 위해 상기 결합면에는 상기 진공홀과 연속되게 형성되되 상기 진공홀보다 개구 면적이 넓은 착탈홀이 형성된다. 또한, 상기 착탈홀과 상기 결합면 사이의 기밀성을 향상시키기 위한 실링부재가 구비될 수 있다.

한편, 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예들에 따르면, 소정의 패턴에 따라 소스가스를 분사하는 샤워헤드를 구비하는 원자층 증착장치는, 기판을 수용하여 증착공정이 수행되는 공간을 제공하는 프로세스 챔버, 상기 프로세스 챔버 내부에 수용되어 상기 기판이 안착되는 서셉터 및 상기 서셉터 상부에 구비되어 상기 기판으로 소스가스를 제공하며, 상기 기판에 형성하고자 하는 패턴에 따라 분사홀이 형성된 샤워헤드를 포함하여 구성된다.

상기 샤워헤드는, 상기 기판에 대응되는 단면 형상을 갖고, 상기 기판으로 소스가스를 분사하는 다수의 분사홀이 형성되되 상기 기판에 형성하고자 하는 패턴 에 따라 배치된 분사블록, 상기 분사블록을 수용하고, 상기 분사블록이 상기 기판과 마주보는 분사면을 노출시키도록 일면이 개구된 하우징, 상기 하우징 상부에 구비되어 상기 분사블록을 상기 하우징에 선택적으로 고정시키는 블록 착탈부 및 상기 하우징 상부에 구비되어 상기 분사블록으로 소스가스를 제공하는 소스가스 주입구를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 서셉터 또는 상기 샤워헤드가 서로에 대해 승강 이동하도록 형성되고, 상기 서셉터 또는 상기 샤워헤드의 이동에 의해 상기 분사블록의 분사면과 상기 기판 표면이 밀착되도록 형성된다.

그리고 상기 샤워헤드 상부에는 상기 분사블록으로 소스가스를 제공하는 소스가스 공급부가 구비되고, 상기 소스가스 공급부는 2 종류 이상의 소스가스를 제공하도록 2개 이상의 공급원 포함하고 제1 소스가스는 지속적으로 분사하고 제2 소스가스는 단속적으로 분사하게 된다. 예를 들어, 상기 소스가스 공급부는 상기 제2 소스가스를 제공하는 제2 소스가스 공급원에 상기 제2 소스가스의 분사를 제어하는 소스가스 제어부가 구비되고, 상기 소스가스 제어부는 상기 분사블록의 분사면과 상기 기판 표면이 밀착되면 상기 제2 소스가스를 분사시키도록 동작하게 된다.

한편, 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예들에 따르면, 소정의 패턴에 따라 소스가스를 분사하는 샤워헤드를 구비하는 원자층 증착장치는, 복수장의 기판을 수용하여 증착공정이 수행되는 공간을 제공하는 프로세스 챔버, 상기 프로세스 챔버 내부에 수용되어 상기 기판이 안착되는 서셉터 및 상기 서셉터 상부에 구비되며 상기 기판에 일대일 대응이 되도록 형성되어 상기 각 기판으로 소스가스를 분사하는 복수개의 샤워헤드 블록을 구비하는 샤워헤드를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 샤워헤드 블록은, 상기 기판과 대응되는 단면 형상을 갖고 상기 기판에 형성하고자 하는 패턴에 따라 분사홀이 형성된 분사블록, 상기 분사블록을 수용하는 하우징, 상기 하우징 상부에 구비되어 상기 분사블록을 상기 하우징에 선택적으로 고정시키는 블록 착탈부 및 상기 하우징 상부에 구비되어 상기 분사블록으로 소스가스를 제공하는 소스가스 주입구로 구성될 수 있다.

상기 서셉터는 복수장의 기판이 동시에 안착되도록 형성되거나, 상기 기판 한 장이 안착되도록 형성된 서셉터가 복수개가 구비될 수 있다. 그리고 상기 서셉터 또는 상기 샤워헤드가 서로에 대해 승강 이동하도록 형성되되, 상기 복수개의 서셉터가 동시에 또는 개별적으로 승강 이동하거나, 상기 복수개의 샤워헤드 블록이 동시에 또는 개별적으로 승강 이동하도록 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 첫째, 샤워헤드의 홀 패턴을 소정의 패턴으로 형성함으로써 회로 패턴 중 미세 구조물에 해당하는 국소 부분에만 박막이 형성되므로 증착 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 박막을 증착하고자 하는 국소 부분에만 소스가스가 분사되므로 소스가스의 사용량을 줄일 수 있다.

또한, 회로 패턴에 해당하는 부분에만 박막이 증착되므로 증착과 식각 등 회로 패턴 형성 공정을 단순화시킬 수 있으며 증착 후 공정에서 불량률을 줄이고 수율을 향상시킬 수 있다.

또한, 샤워헤드와 분사블록을 분리 가능하게 형성함으로써 분사블록을 교체하는 것을 통해 다양한 회로 패턴을 하나의 원자층 증착장치에서 형성할 수 있다.

첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 샤워헤드를 구비하는 원자층 증착장치를 설명하기 위한 종단면도들로서, 도 1은 증착공정 시작 전의 상태를 도시하였고, 도 2는 증착공정이 수행되는 동안의 상태를 도시하였으며, 도 3은 증착공정이 완료된 후의 상태를 도시하였다. 또한, 도 4는 도 1 내지 도 3의 샤워헤드의 구조를 설명하기 위한 분해 사시도이고, 도 5는 도 1 내지 도 3의 샤워헤드의 동작을 설명하기 위한 블록도이다.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치(100) 및 샤워헤드(103)에 대해 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 원자층 증착장치(100)는 프로세스 챔버(101), 서셉터(102) 및 샤워헤드(103)를 포함하여 구성된다.

상기 프로세스 챔버(101)는 기판(10)을 수용하여 증착 공정이 수행되는 공간을 제공한다.

상기 기판(10)은 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)일 수 있다. 그러나 본 발명의 대상이 실리콘 웨이퍼에 한정되는 것은 아니며, 상기 기판(10)은 LCD(liquid crystal display), PDP(plasma display panel)와 같은 평판 디스플레이 장치용으로 사용하는 유리를 포함하는 투명 기판일 수 있다. 또한, 상기 기판(10)은 형상 및 크기가 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 원형 및 사각형 등 실질적으로 다양한 형상과 크기를 가질 수 있다.

상기 서셉터(102)는 상기 프로세스 챔버(101) 내에 구비되어 상기 기판(10)이 안착된다. 여기서, 도면에서는 상기 서셉터(102)는 한 장의 기판(10)이 안착되는 것으로 도시하였으나 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 스루풋(throughput)을 확보하기 위해서 복수장의 기판(10)이 동시에 안착되는 세미배치(semi-batch) 타입의 서셉터가 사용될 수 있다. 예를 들어, 세미배치 타입의 서셉터는 원주 방향을 따라 방사상으로 복수장의 기판(10)이 서로 소정 간격 이격되어 안착될 수 있다. 세미배치 타입의 원자층 증착장치에 대해서는 도 6을 참조하여 후술한다.

증착 공정 및 상기 기판(10)을 상기 서셉터(102)에 로딩/언로딩 시키기 위해서는 상기 서셉터(102)가 승강 이동되어야 하며, 상기 서셉터(102) 하부에는 상기 서셉터(102)의 승강 이동을 위한 구동축(125)과 서셉터 구동부(126)가 구비되어 상기 서셉터(102)를 상기 프로세스 챔버(101) 내에서 소정 거리 상하로 승강 이동시킨다.

여기서, 본 발명은 상기 서셉터(102)가 승강 이동하는 것을 예로 들어 설명하지만, 상술한 실시예와는 달리 상기 서셉터(102)가 고정되어 있고 상기 서셉터(102)의 상부에서 상기 샤워헤드(103)가 상기 서셉터(102)에 대해 승강 이동하도 록 형성하는 것도 가능하다.

상기 샤워헤드(103)는 상기 프로세스 챔버(101) 상부에 구비되어 상기 서셉터(102)에 지지된 상기 기판(10) 표면으로 소스가스(S1, S2)를 제공한다.

상기 소스가스(S1, S2)는 상기 기판(10) 표면에 형성하고자 하는 박막을 구성하는 물질이 포함된 가스와 상기 소스가스의 퍼지를 위한 가스를 포함한다. 여기서, 본 실시예에서는 상기 소스가스(S1, S2)는 상기 기판(10) 표면에서 반응하여 박막을 형성하는 소정의 가스(이하, 제2 소스가스(S2)라 한다)와 상기 제2 소스가스(S2)를 퍼지시키는 가스(이하, 제1 소스가스(S1)라 한다)가 사용된다. 여기서, 상기 제2 소스가스(S2)는 형성하고자 하는 박막(20)의 종류에 따라 선택되며, 예를 들어, 실리콘 박막을 형성하기 위해서 실란(Silane, SiH4) 또는 디실란(Disilane, Si2H6), 4불화 실리콘(SiF4) 등의 가스가 사용될 수 있다. 또한, 상기 제1 소스가스(S1)는 상기 제2 소스가스(S2)와 상기 기판(10) 및 상기 기판(10) 상에 형성된 박막(20)과 화학적으로 반응하지 않는 안정한 가스가 사용되며, 예를 들어, 아르곤(Ar)이나 질소(N2), 산소(O2), 헬륨(He) 중 어느 하나의 가스 또는 둘 이상 혼합된 가스가 사용된다.

한편, 본 실시예는 상기 기판(10) 전체에 박막(20)을 형성하는 것이 아니라 상기 기판(10)에 형성하고자 하는 소정의 패턴에 따라 국소적인 부분에만 박막(20)을 형성하게 된다. 즉, 상기 샤워헤드(103)는 상기 소스가스(S1, S2)를 분사하는 다수의 분사홀(134)이 소정의 패턴에 따라 배치되며, 상기 기판(10)에는 상기 분사홀(134)의 패턴에 대응되는 부분에 국소적으로 박막(20)이 형성된다.

도 4를 참조하면, 상기 샤워헤드(103)는 소정의 패턴에 따라 형성된 다수의 분사홀(134)이 형성된 분사블록(132)과 상기 분사블록(132)을 수용하는 하우징(131)으로 이루어진다.

상기 박막(20)을 상기 분사홀(134)의 패턴에 따라 정해진 영역에만 정밀하게 형성하기 위해서는 상기 기판(10)과 상기 분사블록(132)은 최대한 밀착시키는 것이 바람직하며, 상기 분사블록(132)은 상기 기판(10)에 대응되는 형태와 크기의 단면적을 갖는 원형 블록 형태를 갖는다.

여기서, 상기 박막(20)은 상기 소스가스(S1, S2)의 화학 반응에 의해 형성되므로 상기 분사홀(134)에서 분사되는 소스가스(S1, S2)가 확산되는 경우 상기 박막(20)이 정해진 패턴 외의 영역, 즉, 상기 박막(20)을 형성하지 않을 부분까지 형성되어 정밀도가 저하될 수 있다. 본 실시예에서는 상기 분사블록(132)과 상기 기판(10)을 최대한 밀착시킨 상태로 상기 소스가스(S1, S2)를 분사함으로써 상기 분사블록(132)과 상기 기판(10) 자체가 상기 소스가스(S1, S2)의 확산 및 분산을 방지하는 물리적 장벽이 되므로 상기 소스가스(S1, S2)의 확산을 방지하고 상기 박막(20)의 패턴 정밀도를 향상시킬 수 있다.

상기 하우징(131)은 상기 분사블록(132)을 수용할 수 있도록 상기 분사블록(132)과 대응되는 형태와 크기를 가지며, 상기 하우징(131)에 수용된 상기 분사블록(132)이 상기 기판(10)과 마주보는 부분을 외부로 노출시킬 수 있도록 상기 하우징(131)은 일면이 개구된 원통 형태를 갖는다. 여기서, 도면부호 312는 상기 분사블록(132)의 장착을 위한 수용부(312)이다.

이하에서는, 설명의 편의를 위해 상기 분사블록(132)과 상기 하우징(131)이 결합되는 면을 각각 결합면(311, 321)이라고 하고, 상기 분사블록(132)이 상기 기판(10)에 마주보는 면을 분사면(323)이라 한다.

상기 분사블록(132)과 상기 하우징(131)은 서로 분리 가능하게 형성되고 상기 하우징(131) 상부에는 상기 분사블록(132)과 상기 하우징(131)을 착탈시키는 블록 착탈부(104)가 구비된다. 예를 들어, 상기 블록 착탈부(104)는 상기 분사블록(132)과 상기 하우징(131)의 결합면(311, 321) 사이에 진공을 제공하여 상기 분사블록(132)의 결합면(321)을 진공 흡입하여 고정시키게 된다.

상세하게는, 상기 하우징(131) 상부에는 상기 하우징(131)을 관통하는 진공홀(314a)이 형성된 진공 제공부(314)가 구비되며, 상기 진공 제공부(314)는 상기 분사블록(132)을 안정적으로 고정시킬 수 있도록 다수 개가 형성된다. 예를 들어, 상기 진공 제공부(314)는 상기 소스가스 주입구(315)를 중심으로 대칭이 되게 2개의 진공 제공부(314)가 구비된다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 사기 진공 제공부(314)의 수와 위치는 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.

상기 블록 착탈부(104)는 상기 진공홀(314a)을 통해 상기 분사블록(132)의 결합면(321)을 진공 흡입하여 상기 분사블록(132)을 상기 하우징(131)에 고정시키고, 진공을 해제함으로써 상기 분사블록(132)이 해제된다. 여기서, 상기 블록 착탈부(104)에서 진공에 의해 흡입되는 면적을 증대시킴으로써 상기 분사블록(132)을 안정적으로 고정시키기 위해서 상기 분사블록(132)의 결합면(321)에 진공이 작용하는 면적이 넓은 것이 유리하다. 예를 들어, 상기 하우징(131)의 결합면(311)에는 상기 진공홀(314a)보다 단면적이 넓은 착탈홀(314b)이 형성되고, 상기 진공홀(314a)과 상기 착탈홀(314b)은 서로 연속되게 형성된다.

상기 샤워헤드(103) 일측에는 상기 분사블록(132)으로 소스가스(S1, S2)를 공급하는 소스가스 공급부(151, 152)가 구비되고, 상기 하우징(131) 상부에는 상기 소스가스 공급부(151, 152)에서 상기 분사블록(132)으로 소스가스(S1, S2)를 공급하기 위한 소스가스 주입구(315)가 형성된다. 예를 들어, 상기 소스가스 주입구(315)는 상기 하우징(131)의 중앙 부분을 관통하도록 형성된다. 여기서, 미설명 도면부호 315a는 상기 소스가스 주입구(315)를 통해 상기 하우징(131)을 관통하도록 형성된 소스홀(315a)이다.

상기 분사블록(132) 내부에는 상기 소스가스 주입구(315)와 연결되어 상기 소스가스(S1, S2)를 상기 분사홀(134)로 공급하기 위한 가스라인(133)이 형성된다. 또한, 상기 분사블록(132)의 결합면(321)에는 상기 분사블록(132)이 상기 하우징(131)에 결합되었을 때 상기 소스가스 주입구(315)에서 상기 가스라인(133)으로 소스가스(S1, S2)를 공급하기 위한 소스가스 공급홀(325)이 형성된다. 예를 들어, 상기 소스가스 공급홀(325)은 상기 소스가스 주입구(315)와 대응되도록 상기 분사블록(132)의 결합면(321) 중앙 부분에 하나의 홀이 형성된다.

상기 가스라인(133)은 상기 다수의 분사홀(134)과 각각 연결되도록 다수의 가스라인(133)이 형성되며, 특히, 상기 가스라인(133)은 상기 각 분사홀(134)로 상기 소스가스(S1, S2)를 독립적으로 제공하는 유로를 형성한다. 예를 들어, 상기 가스라인(133)은 상기 하나의 소스가스 공급홀(325)에서 다수의 분사홀(134)로 갈 수록 분지되어 상기 각 분사홀(134)과 일대일로 연결된다. 상기 가스라인(133)은 상기 분사홀(134)에 일대일로 대응되게 형성되므로 상기 분사홀(134)에 균일한 압력으로 소스가스(S1, S2)를 공급할 수 있다.

본 실시예에서는 상기 소스가스 공급홀(325)이 하나인 것으로 설명하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 소스가스 공급홀(325)의 수와 위치는 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 상기 분사블록(132)에 각각 소스가스 공급부(151, 152)가 연결되도록 2개의 소스가스 공급홀(325) 및 소스가스 주입구(315)가 형성될 수 있다.

한편, 상기 블록 착탈부(104)는 상기 분사블록(132)의 결합면(321)을 진공으로 흡입하여 고정시키므로, 상기 소스가스 주입구(315)에서 공급되는 소스가스(S1, S2)가 상기 진공홀(314a) 및 상기 착탈홀(314b)을 통해 유출되는 것을 방지하도록 상기 하우징(131)과 상기 분사블록(132)은 서로 기밀성 높게 결합되며, 상기 소스가스 공급홀(325)과 상기 소스가스 주입구(315)는 역시 서로 밀착 결합된다. 예를 들어, 상기 착탈홀(314b) 주변에는 상기 착탈홀(314b)과 상기 분사블록(132)의 결합면(321) 사이의 기밀성을 향상시키기 위한 실링부재(미도시)가 구비되거나 단차 등의 구조가 형성될 수 있다.

이하에서는 도 1 내지 도 3 및 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예들에 따른 원자층 증착장치(100) 및 샤워헤드(103)의 동작에 대해 상세하게 설명한다.

증착공정은 상기 2종류의 소스가스(S1, S2)의 분사에 의해 수행되고, 상기 제2 소스가스(S2)가 상기 기판(10) 표면과 반응하여 박막(20)이 형성되는데 상기 제2 소스가스(S2)가 상기 기판(10)과 반응하면서 1회에 형성되는 박막(20)의 두께는 실질적으로 한계가 있다. 따라서, 소정 두께의 박막(20)을 균일하게 형성하기 위해서는 상기 제2 소스가스(S2)를 분사하여 박막(20)을 형성하는 공정을 다수 회 반복 실시하는 것이 바람직하다. 그리고 이와 같이 상기 제2 소스가스(S2)를 분사하여 소정의 박막(20)을 형성하는 공정 사이사이에는 상기 제1 소스가스(S1)를 분사하여 상기 기판(10) 표면에 잔류된 미반응 제2 소스가스(S2)를 퍼지시키게 된다. 즉, 상기 제2 소스가스(S2)는 소정 시간 동안 분사된 후 상기 제1 소스가스(S1)가 퍼지되는 동안에는 분사가 중단되는 형태와 같이 단속적으로 분사된다.

도 1에 도시한 바와 같이, 상기 샤워헤드(103)와 상기 서셉터(102)가 소정 거리 이격된 상태에서 상기 기판(10)이 상기 서셉터(102)에 안착된다.

다음으로, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 서셉터(102)가 상부로 이동하여 상기 기판(10) 표면이 상기 분사블록(132)의 결합면(323)에 밀착되도록 이동한다. 그리고 상기 기판(10)과 상기 분사블록(132)이 밀착된 상태에서 상기 제2 소스가스(S2)가 분사되면서 상기 기판(10)에 소정의 박막(20, 도 3 참조)이 형성된다. 여기서, 상기 제2 소스가스(S2)가 상기 분사홀(134) 주변으로 확산되는 것을 방지하고 증착된 박막(20)의 정밀도를 높이기 위해서 상기 기판(10)과 상기 분사블록(132)의 분사면(323) 사이의 이격 거리가 1 내지 3 ㎜ 이하로 밀착되는 것이 바람직하다.

다음으로, 소정 시간 동안 상기 제2 소스가스(S2)를 분사한 후에, 도 3에 도 시한 바와 같이, 상기 서셉터(102)가 하부로 이동하여 상기 기판(10) 표면에 잔류한 미반응 제2 소스가스(S2)를 퍼지시키게 된다. 그리고 도 3의 상태에서는 상기 제1 소스가스(S1)와 상기 제1 소스가스(S1)에 의해 퍼지된 제2 소스가스(S2)를 포함하는 배기가스가 상기 프로세스 챔버(101)의 일측에 구비된 배기부(미도시)를 통해 배출된다.

여기서, 도 1과 도 3의 상태에서는 상기 분사블록(132)을 통해 상기 제1 소스가스(S1)가 분사되며, 도 1과 도 3은 이와 같은 상태를 설명하기 위해서 상기 분사블록(132)에 상기 제1 소스가스 공급부(151)가 연결된 상태로 도시하였다. 그리고 도 2의 상태에서는 상기 분사블록(132)에서 상기 제2 소스가스(S2)가 분사되며, 이러한 상태를 설명하기 위해서 도 2에서는 상기 분사블록(132)에 상기 제2 소스가스 공급부(152)가 연결된 상태로 도시하였다.

도 5를 참조하면, 상기 제2 소스가스(S2)는 단속적으로 분사되도록 상기 제1 소스가스 공급부(152)에는 소스가스 제어부(153)가 구비될 수 있다. 그리고 상기 제1 소스가스(S1)는 미반응 제2 소스가스(S2)의 퍼지시키는 퍼지 가스 역할 뿐만 아니라 상기 제2 소스가스(S2)를 이송하는 매개 가스 역할을 하므로 상기 제2 소스가스(S2)가 분사되는 동안에도 지속적으로 분사될 수 있다.

그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 소스가스 제어부(153)는 상기 제1 소스가스(S1)와 상기 제2 소스가스(S2)가 교번적으로 분사되도록 제어할 수 있다.

한편, 스루풋(throughput)을 확보하기 위해서 복수장의 기판(10)이 동시에 안착되는 세미배치(semi-batch) 타입의 원자층 증착장치(100)가 사용될 수 있다. 예를 들어, 세미배치 타입의 서셉터(202)는 원주 방향을 따라 방사상으로 복수장의 기판(10)이 서로 소정 간격 이격되어 안착된다. 그리고 샤워헤드(103)는 상기 서셉터(202)에 동시에 안착되는 기판(10)의 수와 일대일 대응되도록 복수개의 샤워헤드(103)가 구비된다.

이하, 도 6을 참조하여 세미배치 타입의 원자층 증착장치(100)에 대해 설명한다. 참고적으로, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 샤워헤드(203)를 구비하는 원자층 증착장치(100)를 설명하기 위한 단면도이다. 이하에서 설명하는 원자층 증착장치(100)는 상술한 실시예와 샤워헤드(203) 및 서셉터(202)의 형태를 제외하고는 실질적으로 동일하며, 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 명칭과 도면부호를 사용하며 중복되는 설명은 생략한다. 또한, 샤워헤드(203)와 서셉터(202)는 '200'번 대의 도면부호를 사용한다.

도 6을 참조하면, 상기 서셉터(202)는 원주 방향을 따라 복수장의 기판(10)이 안착되고, 상기 샤워헤드(203)는 상기 기판(10)과 일대일 대응되는 위치에 구비되며 상기 기판(10)에 대응되는 형태와 크기를 갖고 상기 각 기판(10)에 대해 독립적으로 소스가스를 분사하는 샤워헤드 블록(210, 220)으로 이루어진다. 여기서, 본 실시예에서는 2개의 샤워헤드 블록(210, 220)을 예로 들어 설명하지만, 상기 샤워헤드 블록(210, 220)의 수는 상기 기판(10)의 수에 따라 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.

상기 샤워헤드 블록(210, 220)은 소정의 패턴에 따라 분사홀(214, 224)이 형성된 분사블록(212, 222)과 상기 분사블록(212, 222)이 수용되는 하우징(211, 221)으로 이루어진다. 즉, 상기 샤워헤드 블록(210, 220)은 상술한 실시예의 샤워헤드(203)와 실질적으로 동일하다.

또한, 상기 샤워헤드 블록(210, 220)은 상기 분사블록(212, 222)과 상기 하우징(211, 221)이 분리 가능하게 형성되고, 상기 샤워헤드 블록(210, 220)의 상부에는 상기 분사블록(212, 222)에 진공을 제공하여 고정 및 분리시키는 블록 착탈부(104)가 구비되고, 상기 분사블록(212, 222) 내로 소스가스를 제공하는 소스가스 공급부(155)가 구비된다. 여기서, 상기 블록 착탈부(104)는 상기 샤워헤드 블록(210, 220)에 각각 구비되는 것으로 도시하였으나, 하나의 블록 착탈부(104)가 상기 2개의 샤워헤드 블록(210, 220)에 동시에 연결되어 진공을 제공하는 것도 가능하다. 마찬가지로 상기 소스가스 공급부(155) 역시 상기 샤워헤드 블록(210, 220)에 각각 구비되거나 하나의 소스가스 공급부(155)가 2개의 샤워헤드 블록(210, 220)에 연결될 수 있다. 또한, 상기 소스가스 공급부(155)는 하나의 블록으로 도시하였으나, 상기 소스가스 공급부(155) 내에 상기 제1 소스가스(S1)를 공급하는 공급원과 상기 제2 소스가스(S2)를 공급하는 공급원이 포함되어 있다.

상기 원자층 증착장치(100)는 상기 서셉터(202)가 승강 이동 가능하게 형성되고, 상기 서셉터(202)가 상부로 이동하여 상기 기판(10)이 상기 샤워헤드 블록(210, 220)에 밀착되면 상기 제2 소스가스(S2)가 분사되면서 박막(20)이 형성되고, 상기 서셉터(202)가 하부로 이동하면 상기 제1 소스가스(S1)가 분사되면서 상 기 제2 소스가스(S2)를 퍼지시키게 된다. 여기서, 상기 서셉터(202)가 이동하므로 상기 복수장의 기판(10)이 동시에 상기 샤워헤드 블록(210, 220)에 접근 및 후퇴하면서 동시에 증착이 수행된다.

그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 상기 서셉터(202)는 고정되고 상기 샤워헤드(203)가 이동하는 것도 가능하다. 이 경우, 상기 샤워헤드 블록(210, 220)이 상기 서셉터(202)에 대해 동시에 이동하거나 또는 개별적으로 이동 가능하게 형성될 수 있다.

또한, 상술한 실시예와는 달리, 한 장의 기판(10)이 안착되는 형태의 서셉터를 복수개 구비하는 실시예도 가능하다. 이 경우, 상기 복수개의 서셉터에 대응되도록 복수개의 샤워헤드 블록이 구비되고, 상기 복수개의 서셉터 또는 상기 복수개의 샤워헤드 블록이 각각 또는 동시에 서로에 대해 승강 이동 가능하도록 형성될 수 있다. 즉, 복수개의 서셉터가 상기 샤워헤드 블록에 대해 동시에 승강 이동하거나 개별적으로 각각 승강 이동할 수 있으며, 상기 복수개의 샤워헤드 블록이 상기 서셉터에 대해 동시에 또는 개별적으로 승강 이동하도록 형성할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 샤워헤드를 구비하는 원자층 증착장치를 설명하기 위한 종단면도들;

도 4는 도 1 내지 도 3의 샤워헤드의 분해 사시도;

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 샤워헤드의 동작을 설명하기 위한 블록도;

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 샤워헤드를 구비하는 원자층 증착장치의 종단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 기판 20: 박막

100: 원자층 증착장치 101: 프로세스 챔버

102, 202: 서셉터 103, 203: 샤워헤드

104: 블록 착탈부 125: 구동축

126: 서셉터 구동부 131, 211, 221: 하우징

132, 212, 222: 분사블록 133, 213, 223: 가스라인

134, 214, 224: 분사홀 151, 152, 155: 소스가스 공급부

153: 소스가스 제어부 210, 220: 샤워헤드 블록

311, 321: 결합면 312: 수용부

314: 진공 제공부 314a: 진공홀

314b: 착탈홀 315: 소스가스 주입구

315a: 소스홀 322: 분사면

325: 소스가스 공급홀

S1: 제1 소스가스 S2: 제2 소스가스

Claims (15)

1. 원자층 증착장치용 샤워헤드에 있어서,

   하우징; 및

   상기 하우징 내에 수용되고 기판으로 소스가스를 분사하는 다수의 분사홀이 상기 기판에 형성하고자 하는 패턴에 따라 형성되고 상기 기판에 대응되는 단면 형상을 갖는 분사블록;

   을 포함하는 원자층 증착장치용 샤워헤드.
2. 제1항에 있어서,

   상기 하우징 상부에는 상기 분사블록으로 소스가스를 공급하는 소스가스 주입구가 형성되고,

   상기 분사블록이 상기 하우징에 결합되는 결합면에는 상기 소스가스 주입구와 연통되도록 소스가스 공급홀이 형성되고, 상기 분사블록 내부에는 상기 소스가스 공급홀과 상기 분사홀을 연결하는 가스라인이 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치용 샤워헤드.
3. 제2항에 있어서,

   상기 가스라인은 상기 소스가스 공급홀에서 상기 분사홀로 독립된 유로로 연결하여 상기 분사홀로 일대일로 연결시키는 다수의 가스라인이 형성된 것을 특징으 로 하는 원자층 증착장치용 샤워헤드.
4. 제1항에 있어서,

   상기 분사블록은 상기 하우징과 분리 가능하게 형성되고 상기 분사블록을 상기 하우징에 고정 및 분리시키는 블록 착탈부가 구비된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치용 샤워헤드.
5. 제4항에 있어서,

   상기 블록 착탈부는 상기 분사블록과 상기 하우징의 결합면에 진공을 제공하여 상기 분사블록을 고정시키도록 형성되고,

   상기 하우징 상부에는 상기 하우징을 관통하여 상기 분사블록의 결합면에 진공을 제공하는 하나 이상의 진공홀이 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치용 샤워헤드.
6. 제5항에 있어서,

   상기 블록 착탈부는 상기 하우징의 결합면에 작용하는 흡입력을 향상시키기 위해 상기 결합면에는 상기 진공홀과 연속되게 형성되되 상기 진공홀보다 개구 면적이 넓은 착탈홀이 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치용 샤워헤드.
7. 제6항에 있어서,

   상기 착탈홀과 상기 결합면 사이의 기밀성을 향상시키기 위한 실링부재가 더 구비된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치용 샤워헤드.
8. 기판을 수용하여 증착공정이 수행되는 공간을 제공하는 프로세스 챔버;

   상기 프로세스 챔버 내부에 수용되어 상기 기판이 안착되는 서셉터; 및

   상기 서셉터 상부에 구비되어 상기 기판으로 소스가스를 제공하며, 상기 기판에 형성하고자 하는 패턴에 따라 분사홀이 형성된 샤워헤드;

   를 포함하는 원자층 증착장치.
9. 제8항에 있어서,

   상기 샤워헤드는,

   상기 기판에 대응되는 단면 형상을 갖고, 상기 기판으로 소스가스를 분사하는 다수의 분사홀이 형성되되 상기 기판에 형성하고자 하는 패턴에 따라 배치된 분사블록;

   상기 분사블록을 수용하고, 상기 분사블록이 상기 기판과 마주보는 분사면을 노출시키도록 일면이 개구된 하우징;

   상기 하우징 상부에 구비되어 상기 분사블록을 상기 하우징에 선택적으로 고정시키는 블록 착탈부; 및

   상기 하우징 상부에 구비되어 상기 분사블록으로 소스가스를 제공하는 소스가스 주입구;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
10. 제9항에 있어서,

    상기 서셉터 또는 상기 샤워헤드가 서로에 대해 승강 이동하도록 형성되고, 상기 서셉터 또는 상기 샤워헤드의 이동에 의해 상기 분사블록의 분사면과 상기 기판 표면이 밀착되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
11. 제9항에 있어서,

    상기 샤워헤드 상부에는 상기 분사블록으로 소스가스를 제공하는 소스가스 공급부가 구비되고,

    상기 소스가스 공급부는 2 종류 이상의 소스가스를 제공하도록 2개 이상의 공급원을 포함하고 제1 소스가스는 지속적으로 분사하고 제2 소스가스는 단속적으로 분사하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
12. 제11항에 있어서,

    상기 소스가스 공급부는 상기 제2 소스가스를 제공하는 제2 소스가스 공급원에 상기 제2 소스가스의 분사를 제어하는 소스가스 제어부가 구비되고,

    상기 소스가스 제어부는 상기 분사블록의 분사면과 상기 기판 표면이 밀착되면 상기 제2 소스가스를 분사시키도록 동작하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
13. 복수장의 기판을 수용하여 증착공정이 수행되는 공간을 제공하는 프로세스 챔버;

    상기 프로세스 챔버 내부에 수용되어 상기 기판이 안착되는 서셉터; 및

    상기 서셉터 상부에 구비되며 상기 기판에 일대일 대응이 되도록 형성되어 상기 각 기판으로 소스가스를 분사하는 복수개의 샤워헤드 블록을 구비하는 샤워헤드;

    를 포함하고,

    상기 복수개의 샤워헤드 블록 중 각 샤워헤드 블록은,

    상기 기판과 대응되는 단면 형상을 갖고 상기 기판에 형성하고자 하는 패턴에 따라 분사홀이 형성된 분사블록;

    상기 분사블록을 수용하는 하우징;

    상기 하우징 상부에 구비되어 상기 분사블록을 상기 하우징에 선택적으로 고정시키는 블록 착탈부; 및

    상기 하우징 상부에 구비되어 상기 분사블록으로 소스가스를 제공하는 소스가스 주입구;

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
14. 제13항에 있어서,

    상기 서셉터는 복수장의 기판이 동시에 안착되도록 형성되거나, 상기 기판 한 장이 안착되도록 형성된 서셉터가 복수개가 구비된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
15. 제14항에 있어서,

    상기 서셉터 또는 상기 샤워헤드가 서로에 대해 승강 이동하도록 형성되되,

    상기 복수개의 서셉터가 동시에 또는 개별적으로 승강 이동하거나, 상기 복수개의 샤워헤드 블록이 동시에 또는 개별적으로 승강 이동하도록 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.

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