KR20100077442A - 샤워헤드 및 이를 구비하는 원자층 증착장치 - Google Patents

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KR20100077442A
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Abstract

샤워헤드에서 분사되는 증착가스의 온도를 소정 온도 이상으로 유지시키고 일정하게 유지시킬 수 있는 히터 유닛이 구비된 샤워헤드 및 원자층 증착장치가 개시된다. 원자층 증착장치용 샤워헤드는, 다수의 분사홀이 형성된 분사 블록, 상기 분사 블록 상부에 구비되어 상기 분사홀로 상기 증착가스를 공급하는 유로가 되는 분사 버퍼 및 상기 분사 버퍼 내부에 구비되어 상기 분사홀을 통해 분사되는 상기 증착가스를 가열하는 히터 유닛을 포함하여 구성된다.
원자층 증착장치, atomic layer deposition apparatus, ALD, 소스가스 가열

Description

샤워헤드 및 이를 구비하는 원자층 증착장치{SHOWERHEAD AND ATOMIC LAYER DEPOSITION APPARATUS HAVING THE SAME}
본 발명은 원자층 증착장치에 관한 것으로서, 샤워헤드에서 분사되는 증착가스를 소정 온도 이상으로 가열하고 증착가스의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있는 원자층 증착장치용 샤워헤드를 제공한다.
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 되었다. 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 증착하는 것과 달리, 원자층 증착 방법은 하나의 소스 물질을 포함하는 소스가스를 프로세스 챔버 내로 주입한 후 이를 퍼지(purge)하여 가열된 기판의 상부에 소스가스를 물리적으로 흡착시키고 이후 다른 소스 물질을 포함하는 소스가스를 주입함으로써 기판의 상면에서만 소스가스들이 화학 반응을 일으키도록 하여 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.
통상적으로 원자층 증착장치는 샤워헤드 또는 서셉터가 고속으로 회전하면서 서로 다른 종류의 소스가스로 이루어진 증착가스가 분사되고, 기판이 순차적으로 증착가스를 통과하면서 기판 표면에 박막이 형성된다.
여기서, 소스가스는 열에 의해 기판에 흡착되므로, 소스가스를 가열하는 열 교환기가 증착가스 공급부에 구비되어 소스가스를 소정 온도로 가열하여 공급하게 된다. 그런데 기존의 원자층 증착장치는 소스가스가 샤워헤드로 공급되는 동안 소스가스의 온도가 강하되어 반응성이 저하되어 기판에 충분히 흡착되지 못하고 증착 속도 및 품질이 저하되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 공급되는 소스가스의 온도를 유지시키기 위해서 공급라인에는 히터 재킷(jacket)이 구비된다. 그러나 히터 재킷은 프로세스 챔버의 외측에 구비되므로 샤워헤드를 통과하는 동안 소스가스의 온도 강하를 방지할 수 없다. 또한, 샤워헤드로 공급되는 소스가스의 온도를 균일하게 유지시킬 수 없으며 온도 강하가 균일하게 이루어지지 않으므로 국부적인 온도 분포가 불량하게 되고, 이로 인해 막질이 저하되는 문제점이 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 분사되는 증착가스의 온도 강하를 방지할 수 있는 샤워헤드를 구비하는 원자층 증착장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 분사되는 증착가스의 온도를 균일하게 유지시킬 수 있는 샤워헤드를 구비하는 원자층 증착장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 분사되는 증착가스의 온도를 정밀하게 제어할 수 있는 샤워헤드를 구비하는 원자층 증착장치를 제공하기 위한 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 샤워헤드에서 분사되는 증착가스의 온도를 소정 온도 이상으로 유지시키고 일정하게 유지시킬 수 있는 원자층 증착장치용 샤워헤드는, 다수의 분사홀이 형성된 분사 블록, 상기 분사 블록 상부에 구비되어 상기 분사홀로 상기 증착가스를 공급하는 유로가 되는 분사 버퍼 및 상기 분사 버퍼 내부에 구비되어 상기 분사홀을 통해 분사되는 상기 증착가스를 가열하는 히터 유닛을 포함하여 구성된다.
상기 히터 유닛은 전원이 공급되면 열을 발생시키는 발열부가 내부에 구비된 블록 형상을 가질 수 있다. 그리고 상기 히터 유닛은 상기 분사 블록과 대응되는 형상으로 형성되어 상기 분사 블록 상부에 밀착 결합되고, 상기 발열부는 상기 분사홀이 형성되지 않은 부분에 구비되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 히터 유닛은 상기 분사홀에서 증착가스의 분사에 영향을 미치지 않도록 상기 분사홀과 상기 분사 버퍼가 연통되도록 상기 히터 유닛을 관통하여 형성되고 상기 분사홀과 일대일로 대응되는 다수의 홀이 형성되고, 상기 발열부는 상기 분사홀이 사이를 통과하는 다수의 동심원 형태를 가질 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예들에 따르면, 원자층 증착장치용 샤워헤드는, 다수의 분사홀이 형성되고 서로 맞물리게 결합되는 2개의 플레이트로 형성된 분사 블록, 상기 분사 블록 상부에 구비되어 상기 분사홀로 상기 증착가스를 공급하는 유로가 되는 분사 버퍼 및 상기 분사 플레이트 사이에 구비되어 상기 분사홀을 통해 분사되는 상기 증착가스를 가열하는 히터 유닛을 포함하여 구성된다.
상기 분사 블록은 다수의 예비홀이 형성되고 서로 일정 간격 이격되게 결합 가능하게 형성된 제1 플레이트와 제2 플레이트로 이루어지고, 상기 제1 플레이트의 예비홀과 상기 제2 플레이트의 예비홀이 서로 연통되어 상기 분사 블록을 관통하는 상기 분사홀을 형성하게 된다. 그리고 상기 히터 유닛은 전원이 공급되면 열을 발생시키는 발열부를 포함하고, 상기 발열부는 상기 제1 플레이트의 예비홀과 상기 제2 플레이트의 예비홀 사이에 개재되는 다수의 열선 형태를 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 플레이트는 상기 히터 유닛이 구비된 내부로 상기 증착가스가 유입되지 않도록 기밀성 있게 결합 가능한 형태를 가질 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 실시예들에 따르면, 원자층 증착장치는, 다수의 기판이 수용되어 증착 공정이 수행되는 프로세스 챔버, 상기 프로세스 챔버 내에 구비되어 상기 다수의 기판이 수평 방향으로 안착 되며 회전 가능하게 구비된 서셉터, 상기 서셉터 상부에 구비되어 상기 기판에 박막을 증착하기 위한 증착가스를 분사하는 샤워헤드 및 상기 샤워헤드 내부에 구비되어 상기 샤워헤드에서 분사되는 상기 증착가스를 가열하는 히터 유닛를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 샤워헤드는, 다수의 분사홀이 형성되고 내부에 상기 분사홀로 상기 증착가스를 공급하는 유로가 되는 분사 버퍼가 형성된 분사 블록 및 상기 분사 버퍼 내부에 구비되어 상기 분사홀을 통해 분사되는 상기 증착가스를 가열하는 히터 유닛을 포함하여 구성된다.
상기 히터 유닛은 상기 분사 블록 상부에 결합되는 블록 형태 또는 상기 분사 블록 내부에 개재되는 열선 형태를 가질 수 있다. 또한, 상기 증착가스는 박막 구성하는 소스 물질을 포함하는 한 종류 이상의 소스가스와 상기 소스가스의 퍼지를 위한 퍼지가스를 포함하고, 상기 샤워헤드는 상기 증착가스 중 한 종류의 가스를 각각 분사하는 다수의 분사영역이 형성되고, 상기 히터 유닛은 상기 소스가스가 분사되는 분사영역에 구비될 수 있다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따르면, 첫째, 샤워헤드에서 분사홀 주변에 히터 유닛이 구비되므로, 샤워헤드를 통과하는 동안 증착가스가 가열되므로 가스 공급부에서 샤워헤드로 공급되는 동안 강하된 증착가스의 온도를 보상할 수 있으며, 소스가스의 반응성을 향상시킬 수 있는 충분한 온도로 증착가스를 가열할 수 있다.
또한, 일정 온도 이상 고온으로 가열된 증착가스가 분사되므로 증착가스의 반응성을 향상시키고 증착 속도와 막질을 향상시킬 수 있다.
둘째, 히터 유닛이 샤워헤드 배치되어 증차가스를 균일하게 가열함으로써 분사되는 증착가스의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있으며 증착가스의 온도를 정밀하게 제어할 수 있다.
또한, 기판에 분사되는 증착가스의 온도 분포가 균일하므로 기판에 증착되는 박막의 균일도를 향상시킬 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략될 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 원자층 증착장치(100)에 대해 상세하게 설명한다. 참고적으로, 도 1은 본 발명의 일 예에 따른 원자층 증착장치(100)의 종단면도이고, 도 2는 도 1의 원자층 증착장치(100)에서 샤워헤드(103)의 일 예를 설명하기 위한 분해 사시도이다. 도 3은 도 2의 샤워헤드(103)의 변형 실시예를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 원자층 증착장치(100)는 프로세스 챔버(101), 서셉터(102), 샤워헤드(103) 및 상기 샤워헤드(103)에서 분사되는 증차가스를 가열하고 온도를 유지시키는 히터 유닛(133)을 포함하여 구성된다.
상기 프로세스 챔버(101)는 상기 기판(10)을 수용하여 상기 기판(10) 표면에 소정의 박막을 증착하는 공간을 제공한다. 여기서, 상기 원자층 증착장치(100)는 진공에 가까운 저압 분위기에서 증착 공정이 수행되므로 상기 프로세스 챔버(101)는 진공을 유지할 수 있는 밀폐 구조를 갖는다.
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)의 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 다수의 기판(10)이 수평 방향으로 안착되고, 상기 기판(10)을 상기 서셉터(102)의 중심을 기준으로 공전시키도록 회전축(125)이 구비된다. 상기 서셉터(102)가 회전함에 따라 상기 기판(10)이 순차적으로 증착가스를 통과하면서 상기 기판(10) 표면에 소정의 박막이 형성된다. 예를 들어, 상기 서셉터(102)는 상기 기판(10)이 수평으로 안착될 수 있도록 평편한 상면을 갖고 소정 직경을 갖는 원형 플레이트 형태를 갖고, 상기 다수의 기판(10)이 상기 서셉터(102)의 원주 방향을 따라 방사상으로 안착된다.
그러나 상기 서셉터(102)의 형상이 원형에 한정되는 것은 아니며 실질적으로 다양한 형태를 가질 수 있으며, 상기 서셉터(102)에 안착되는 기판(10)의 수 역시 4개로 한정되는 것은 아니며 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.
상기 서셉터(102) 하부에는 상기 기판(10) 및 상기 서셉터(102)의 가열을 위한 하부 히터(112)가 구비된다.
상기 샤워헤드(103)는 상기 프로세스 챔버(101) 상부에 구비되어 상기 서셉터(102)에 안착된 상기 기판(10) 표면으로 증착가스의 분사를 위한 다수의 분사홀(131)이 형성된 분사 블록(130)과 상기 분사홀(131)로 증착가스를 공급하는 유로가 되는 분사 버퍼(132)로 이루어진다. 또한, 상기 분사 버퍼(132) 일측에는 상기 분사 버퍼(132)로 증착가스를 공급하는 가스 공급부(135)가 구비된다.
한편, 상기 샤워헤드(103) 내부에는 상기 분사홀(131)을 통해 분사되는 증착가스를 가열하기 위한 히터 유닛(133)이 구비된다. 또한, 상기 히터 유닛(133)은 상기 분사 블록(130)의 상부나 하부에 구비되거나, 상기 분사 블록(130) 내부에 구비될 수 있다.
예를 들어, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 분사 블록(310)은 다수의 예비홀(131a)이 형성된 분사 플레이트(311)로 이루어지고, 상기 히터 유닛(133)은 상기 분사 플레이트(311) 상부에 밀착 결합된다.
상기 분사 플레이트(311)는 상기 기판(10)에 대응되도록 원형 플레이트 형태를 갖고, 상기 분사 플레이트(311)의 표면에는 상기 분사 플레이트(311)를 관통하는 다수의 예비홀(131a)이 조밀하게 형성된다. 여기서, 상기 분사 플레이트(311)는 도 1에서 분사 블록(130)에 해당하고, 상기 예비홀(131a)은 도 1의 분사홀(131) 에 해당한다. 그러나 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 분사 플레이트(311)는 원형뿐만 아니라 타원이나 다각형 등 실질적으로 다양한 형상을 가질 수 있다.
상기 히터 유닛(133)은 전원이 공급되면 열을 발생시키는 발열부(331)와 상기 발열부(331)에 전원을 인가하는 전원 공급부(335)로 이루어진다. 또한, 상기 히터 유닛(133)은 상기 발열부(331)가 내부에 구비되고 상기 분사 플레이트(311)와 대응되는 형태를 갖고 상기 분사 플레이트(311)에 밀착 결합 가능한 소정의 블록 형태를 갖는다. 즉, 상기 히터 유닛(133)은 상기 발열부(331) 둘레를 소정의 히터 블록(332)이 둘러싸도록, 또는 소정의 형상을 갖는 히터 블록(332) 내부에 상기 발열부(331)가 개재된 형태를 갖는다. 그리고 상기 히터 블록(332)은 상기 발열부(331)를 고정시키고 상기 히터 유닛(133)의 외관을 형성한다. 또한, 상기 히터 블록(332)은 상기 발열부(331)에서 발생하는 열로부터 상기 발열부(331) 및 상기 분사 플레이트(311)를 보호하는 역할을 한다. 또한, 상기 히터 블록(332)은 상기 발열부(331)가 증착가스에 노출되어 산화되는 것을 방지하는 역할을 한다.
여기서, 상기 히터 유닛(133)은 상기 분사 버퍼(132) 내의 증착가스를 상기 예비홀(131a)로 유입시킬 수 있도록 형성된다. 즉, 상기 히터 유닛(133)은 상기 히터 블록(332)을 관통하여 상기 예비홀(131a)과 상기 분사 버퍼(132)를 연결시키고 상기 예비홀(131a)과 일대일로 대응되도록 형성된 다수의 제1 홀(131b)이 형성된다. 한편, 상기 제1 홀(131b)은 원형 홀 이외에도 다각형 홀 또는 슬릿 형태와 같이 실질적으로 다양한 형상을 가질 수 있다.
여기서, 상기 히터 유닛(133)은 상기 발열부(331)가 상기 예비홀(131a)이 형성되지 않은 부분에 배치된다. 또한, 상기 발열부(331)는 상기 분사 플레이트(311) 전체를 소정 온도로 균일하게 가열할 수 있도록 상기 분사 플레이트(311) 상면에 균일하고 조밀하게 배치된다. 예를 들어, 상기 발열부(331)는 상기 제1 홀(131b)이 형성되지 않은 부분을 따라 형성되되, 도 2에 도시한 바와 같이, 다수의 동심원 형태로 배치될 수 있다. 그러나 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 발열부(331)의 형태는 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 히터 유닛(133)은 상기 분사 블록(310) 전체를 소정 온도로 가열하고 상기 가열된 분사 블록(310)을 통과하면서 증착가스가 소정 온도로 가열되어 분사된다. 그리고 상기 기판(10)으로 분사되는 증착가스의 온도를 일정하게 유지할 수 있다.
여기서, 상술한 실시예에서는 상기 히터 유닛(133)은 상기 분사 블록(310) 상부에 구비된 것을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 히터 유닛(133)은 상기 분사 블록(310)의 하부나 상기 분사 버퍼(132) 내부에 구비되는 것도 가능하다.
한편, 상기 히터 유닛(133)은 상기 분사 블록(320) 내부에 구비될 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 상기 분사 블록(320)은 제1 플레이트(321)와 제2 플레이트(322)가 서로 결합되어 형성되고, 상기 제1 및 제2 플레이트(321, 322)가 결합되어 형성된 내부 공간에 상기 히터 유닛(133)이 구비된다.
상세하게는, 상기 제1 및 제2 플레이트(321, 322)는 다수의 예비홀(131c, 131d)이 형성되고 서로 맞물리게 결합 가능하도록 형성된다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 플레이트(321, 322)는 원형 플레이트 형태를 갖고 서로 소정 간격 이격되어 내부에 상기 히터 유닛(133)이 구비될 수 있도록 소정의 빈 공간이 형성되도록 결합되는 형태를 갖는다. 그러나 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 제1 및 제2 플레이트(321, 322)는 원형뿐만 아니라 타원이나 다각형 등 실질적으로 다양한 형상을 가질 수 있다.
상기 제1 플레이트(321)의 예비홀(이하, 제1 예비홀(131c)이라 한다)와 상기 제2 플레이트(322)의 예비홀(이하, 제2 예비홀(131d)이라 한다)은 상기 제1 및 제2 플레이트(321, 322)가 결합하면 서로 연통되어 상기 분사 블록(320)을 관통하는 하나의 홀을 형성하도록 일대일 대응되게 형성되며, 상기 제1 및 제2 예비홀(131d)이 서로 연통되어 도 1의 분사홀(131)을 형성한다.
상기 제1 예비홀(131c) 또는 상기 제2 예비홀(131d) 중 하나는 다른 하나의 예비홀(131c, 131d)에 삽입되도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 제1 플레이트(321)는 상기 제1 예비홀(131c)의 주변이 상기 제1 플레이트(321)에서 외측으로 소정 길이 연장되고 상기 제1 예비홀(131c)이 연장된 부분이 상기 제2 예비홀(131d) 내부에 삽입되며, 특히, 상기 제1 예비홀(131c)이 연장된 부분이 상기 제2 플레이트(322)의 표면 또는 외측으로 돌출되도록 연장 형성된다. 이는 상기 제1 플레이트(321) 상부의 증착가스가 상기 제1 및 제2 플레이트(321, 322)의 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있도록 하기 위함이다. 또한, 상기 제1 및 제2 플레이트(321, 322)의 결합력을 향상시키고 상기 제1 및 제2 플레이 트(321, 322)의 위치를 안내하는 역할을 하게 된다.
한편, 상기 예비홀(131c, 131d)은 원형 홀 이외에도 다각형 홀 또는 슬릿 형태와 같이 실질적으로 다양한 형상을 가질 수 있다.
상기 히터 유닛(133)은 전원이 공급되면 열을 발생시키는 발열부(331)와 상기 발열부(331)에 전원을 인가하는 전원 공급부(335)로 이루어진다.
상기 발열부(331)는 상기 제1 및 제2 플레이트(321, 322) 내부에 구비되며 상기 제1 및 제2 예비홀(131d) 사이에 개재된 다수의 열선 형태를 갖는다. 또한, 상기 발열부(331)는 상기 제1 및 제2 플레이트(321, 322) 전체를 소정 온도로 균일하게 가열할 수 있도록 상기 제1 및 제2 플레이트(321, 322) 내부에서 균일하고 조밀하게 배치된다. 예를 들어, 상기 발열부(331)는 상기 제1 예비홀(131c)과 상기 제2 예비홀(131d) 사이의 공간을 따라 다수의 열선이 직선 형태로 배치된다. 그러나 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 발열부(331)의 형태는 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.
여기서, 상기 히터 유닛(133)이 증착가스에 노출되면 상기 히터 유닛(133)이 산화될 수 있는데, 상기 히터 유닛(133)을 상기 분사 블록(320) 내부에 구비함으로써 상기 히터 유닛(133)의 산화 및 이로 인해 상기 히터 유닛(133)의 수명 단축을 방지할 수 있다. 또한, 상기 분사 블록(320)은 상기 분사 블록(320) 내부에 구비된 상기 히터 유닛(133)이 증착가스에 노출되어 산화되는 것을 방지할 수 있도록, 상기 제1 및 제2 플레이트(321, 322)가 내부로 증착가스가 유입되는 것을 방지할 수 있도록 기밀성 있게 결합되도록 형성된다. 또는, 상기 제1 및 제2 플레이 트(321, 322)가 결합되었을 때, 그 결합부에 증착가스가 유입을 방지할 수 실링부재(미도시)가 구비될 수도 있다.
한편, 상기 증착가스는 상기 기판(10)에 증착시키고자 하는 박막을 구성하는 소스 물질을 포함하는 한 종류 이상의 소스가스와 소스가스의 퍼지를 위한 퍼지가스로 이루어진다. 그리고 원자층 증착 공정을 간략하게 살펴보면, 우선, 하나의 소스 물질을 포함하는 제1 소스가스를 분사하여 상기 기판(10)에 물리적으로 흡착시킨 후 퍼지가스에 의해 상기 기판(10)에 흡착되지 않은 잔류 제1 소스가스를 퍼지(purge)하여 제거 하고, 다른 소스 물질을 포함하는 제2 소스가스를 분사함으로써 상기 기판(10)의 상면에서만 상기 제1 및 제2 소스가스 사이에서 화학 반응이 발생하면서 반응 생성물이 증착된다. 그리고 퍼지가스를 제공하여 반응이 발생하지 않은 제1 및 제2 소스가스를 상기 기판(10) 표면에서 제거하게 된다. 이와 같이 소스가스의 흡착 및 반응이 반복적으로 수행되면서 상기 기판(10)에 소정 두께의 박막이 형성된다.
상기 샤워헤드(103)는 상기 기판(10)으로 상기 증착가스 중 한 종류의 가스를 각각 분사하도록 형성된다. 즉, 하나의 분사 블록(130, 이하에서는 분사 블록의 도면부호는 130을 사용한다)을 통해서는 한 종류의 증착가스가 분사되며, 상기 샤워헤드(103)는 상기 증착가스의 수에 따라 다수의 분사 블록(130)이 구비된다.
상기 히터 유닛(133)은 상기 소스가스 및 상기 퍼지가스를 분사하는 분사 블록(130)에 모두 구비될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 소스가스의 온도를 높여서 소스가스의 반응성을 향상시키고 막질을 향상시킬 수 있 도록 상기 히터 유닛(133)은 소스가스가 분사되는 분사 블록(130)에만 구비되는 것도 가능하다.
그러나 모든 분사 블록(130)에 상기 히터 유닛(133)을 구비하는 경우에는 상기 기판(10)으로 제공되는 모든 증착가스의 온도가 일정하게 유지시킬 수 있으므로 상기 기판(10) 및 상기 프로세스 챔버(101) 내부의 온도를 일정 온도 이상으로 유지할 수 있으며 일정하게 유지시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 서로 다른 소스가스 및 퍼지가스의 온도 차로 인해 상기 기판(10)과 상기 기판(10)에 흡착된 소스가스의 국부적인 온도 강하로 인해 증착 품질이 불량해지는 것을 방지할 수 있는 효과가 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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치의 종단면도;
도 2는 도 1의 원자층 증착장치에서 샤워헤드의 일 예를 설명하기 위한 분해 사시도;
도 3는 도 2의 샤워헤드의 변형 실시예를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 기판 100: 원자층 증착장치
101: 프로세스 챔버 102: 서셉터
103: 샤워헤드 112: 하부 히터
125: 회전축 130, 310, 320: 분사 블록
131: 분사홀 131a, 131b, 131c, 131d: 예비홀
132: 분사 버퍼 133: 히터 유닛
135: 가스 공급부 311, 321, 322: 분사 플레이트
331, 333: 발열부 332: 히터 블록
335: 전원 공급부

Claims (13)

  1. 원자층 증착장치에서 박막의 증착을 위한 증착가스를 분사하는 샤워헤드에 있어서,
    다수의 분사홀이 형성된 분사 블록;
    상기 분사 블록 상부에 구비되어 상기 분사홀로 상기 증착가스를 공급하는 유로가 되는 분사 버퍼; 및
    상기 분사 버퍼 내부에 구비되어 상기 분사홀을 통해 분사되는 상기 증착가스를 가열하는 히터 유닛;
    을 포함하는 원자층 증착장치용 샤워헤드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 히터 유닛은 전원이 공급되면 열을 발생시키는 발열부가 내부에 구비된 블록 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치용 샤워헤드.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 히터 유닛은 상기 분사 블록과 대응되는 형상으로 형성되어 상기 분사 블록 상부에 밀착 결합되고,
    상기 발열부는 상기 분사홀이 형성되지 않은 부분에 구비되도록 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치용 샤워헤드.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 히터 유닛은 상기 분사홀과 상기 분사 버퍼가 연통되도록 상기 히터 유닛을 관통하여 형성되고 상기 분사홀과 일대일로 대응되는 다수의 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치용 샤워헤드.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 발열부는 상기 분사홀이 사이를 통과하는 다수의 동심원 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치용 샤워헤드.
  6. 원자층 증착장치에서 박막의 증착을 위한 증착가스를 분사하는 샤워헤드에 있어서,
    다수의 분사홀이 형성되고 서로 맞물리게 결합되는 2개의 플레이트로 형성된 분사 블록;
    상기 분사 블록 상부에 구비되어 상기 분사홀로 상기 증착가스를 공급하는 유로가 되는 분사 버퍼; 및
    상기 분사 플레이트 사이에 구비되어 상기 분사홀을 통해 분사되는 상기 증착가스를 가열하는 히터 유닛;
    을 포함하는 원자층 증착장치용 샤워헤드.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 분사 블록은 다수의 예비홀이 형성되고 서로 일정 간격 이격되게 결합 가능하게 형성된 제1 플레이트와 제2 플레이트로 이루어지고,
    상기 제1 플레이트의 예비홀과 상기 제2 플레이트의 예비홀이 서로 연통되어 상기 분사 블록을 관통하는 상기 분사홀을 형성하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치용 샤워헤드.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 히터 유닛은 전원이 공급되면 열을 발생시키는 발열부를 포함하고,
    상기 발열부는 상기 제1 플레이트의 예비홀과 상기 제2 플레이트의 예비홀 사이에 개재되는 다수의 열선 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치용 샤워헤드.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 플레이트는 상기 히터 유닛이 구비된 내부로 상기 증착가스가 유입되지 않도록 기밀성 있게 결합 가능한 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치용 샤워헤드.
  10. 다수의 기판이 수용되어 증착 공정이 수행되는 프로세스 챔버;
    상기 프로세스 챔버 내에 구비되어 상기 다수의 기판이 수평 방향으로 안착 되며 회전 가능하게 구비된 서셉터;
    상기 서셉터 상부에 구비되어 상기 기판에 박막을 증착하기 위한 증착가스를 분사하는 샤워헤드; 및
    상기 샤워헤드 내부에 구비되어 상기 샤워헤드에서 분사되는 상기 증착가스를 가열하는 히터 유닛;
    를 포함하는 원자층 증착장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 샤워헤드는,
    다수의 분사홀이 형성되고 내부에 상기 분사홀로 상기 증착가스를 공급하는 유로가 되는 분사 버퍼가 형성된 분사 블록; 및
    상기 분사 버퍼 내부에 구비되어 상기 분사홀을 통해 분사되는 상기 증착가스를 가열하는 히터 유닛;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 히터 유닛은 상기 분사 블록 상부에 결합되는 블록 형태 또는 상기 분사 블록 내부에 개재되는 열선 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 증착가스는 박막 구성하는 소스 물질을 포함하는 한 종류 이상의 소스가스와 상기 소스가스의 퍼지를 위한 퍼지가스를 포함하고, 상기 샤워헤드는 상기 증착가스 중 한 종류의 가스를 각각 분사하는 다수의 분사영역이 형성되고,
    상기 히터 유닛은 상기 소스가스가 분사되는 분사영역에 구비된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
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