KR20110011270A - 샤워헤드 및 이를 포함하는 화학기상증착장치 - Google Patents

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Abstract

샤워헤드의 균일한 냉각과 냉매의 원활한 흐름이 가능하면서도 제작이 용이한 샤워헤드의 구성이 필요하다. 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 샤워헤드는, 하우징과, 하우징이 냉각실과 외곽유로로 양분되도록 하우징 내부에 마련되며 냉각실과 외곽유로가 연통되도록 관통공이 형성된 링 및 하우징과 냉각실을 관통하는 공정가스관을 포함하며, 하우징에는 외곽유로로 냉매가 유입되도록 냉매유입구와 외곽유로에서 냉매가 배출되도록 냉매배출구가 마련된다. 또한, 관통공은 냉각실의 중심을 향하여 방사형으로 마련될 수 있다. 외곽유로가 양분되도록 외곽유로에 마련된 차단벽을 더 포함할 수 있다. 또한, 차단벽은 외곽유로의 길이를 이등분하도록 마련될 수 있다.

Description

샤워헤드 및 이를 포함하는 화학기상증착장치 {SHOWER HEAD AND CHEMICAL VAPOR DEPOSITION DEVICE HAVING THE SAME}
본 발명은 샤워헤드 및 이를 포함하는 화학기상증착장치에 관한 것이다.
화학기상증착장치는 반도체 웨이퍼의 표면에 박막을 증착하기 위하여 사용되고 있다. 반응실 내부에 공정가스를 샤워헤드를 통하여 불어 넣어서 서셉터에 놓인 웨이퍼에 원하는 막질을 증착시키게 된다.
여기서 샤워헤드는 반응실 내부에 위치시킨 웨이퍼를 향하여 공정가스를 균일하게 분사하기 위한 장치이다.
샤워헤드의 온도가 일정 온도 이상으로 가열될 경우에는 샤워헤드를 통해서 반응실로 배출되는 원료가스와 반응가스가 서로 샤워헤드에서 반응을 일으켜 샤워헤드에 증착되거나 파티클을 형성하는 문제가 있다.
이러한 현상을 방지하기 위하여 샤워헤드의 온도를 일정 온도 이하로 유지하기 위한 냉각수단이 필요하다.
종래기술에 의하면, 이러한 냉각수단으로서 샤워헤드 내측을 관통하는 냉각수 파이프 배관을 마련하는 구성을 사용한다.
그러나, 냉각수 파이프 배관이 지나지 않는 공간은 제대로 냉각이 수행되지 않을 수 있는 문제가 있다.
또한, 냉각수 파이프를 조밀하게 배관할 수도 있으나 파이프 자체의 설치작업공수가 많이 소요되며 냉각수 파이프 자체가 차지하는 공간도 증가하게 되는 문제가 있다.
샤워헤드의 온도를 일정 온도 이하로 유지하기 위한 냉각수단이 필요하다.
또한, 균일한 냉각이 가능하면서도 제작이 용이한 샤워헤드의 구성이 필요하다.
또한, 냉매의 흐름이 원활한 냉각수단을 포함하는 샤워헤드의 구성이 필요하다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 샤워헤드는, 하우징; 상기 하우징이 냉각실과 외곽유로로 양분되도록 상기 하우징 내부에 마련되며 상기 냉각실과 상기 외곽유로가 연통되도록 관통공이 형성된 링; 및 상기 하우징과 상기 냉각실을 관통하는 공정가스관;을 포함하며, 상기 하우징에는 상기 외곽유로로 냉매가 유입되도록 냉매유입구와 상기 외곽유로에서 상기 냉매가 배출되도록 냉매배출구가 마련된다.
또한, 상기 관통공은 상기 냉각실의 중심을 향하여 방사형으로 마련될 수 있다.
또한, 상기 외곽유로가 양분되도록 상기 외곽유로에 마련된 차단벽을 더 포 함할 수 있다.
또한, 상기 차단벽은 상기 외곽유로의 길이를 이등분하도록 마련될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 화학기상증착장치는, 내측에 반응실이 마련된 챔버; 상기 반응실에 마련되고 기판이 로딩되는 서셉터; 및 상기 기판을 향하여 공정가스를 배출하는 샤워헤드;를 포함하고, 상기 샤워헤드는 하우징, 상기 하우징을 냉각실과 외곽유로로 양분되도록 상기 하우징 내부에 마련되며 상기 냉각실과 상기 외곽유로가 연통되도록 관통공이 형성된 링 및 상기 하우징과 상기 냉각실을 관통하는 공정가스관을 포함하며, 상기 하우징에는 상기 외곽유로로 냉매가 유입되도록 냉매유입구와 상기 외곽유로에서 냉매가 배출되도록 냉매배출구가 마련된다.
또한, 상기 관통공은 상기 냉각실의 중심을 향하여 방사형으로 마련될 수 있다.
또한, 상기 외곽유로가 양분되도록 상기 외곽유로에 마련된 차단벽을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 차단벽은 상기 외곽유로의 길이를 이등분하도록 마련될 수 있다.
냉매배관을 별도로 샤워헤드 내부에 설치하는 것이 아니라 냉매가 흐르는 하우징에 가스관이 관통하여 설치되므로 제작이 용이하고 작업공수가 절감된다.
또한, 링에 의하여 외곽유로와 중앙유로로 구획하고 외곽유입유로와 외곽유출유로를 구분하는 차단벽을 두어 전체적으로 균일하면서도 원활한 냉매흐름이 형 성된다. 즉, 냉매가 외곽유입유로에서 링의 방사상으로 마련된 관통공을 통하여 균일하게 가스관을 향하여 유입되므로 균일한 냉매흐름이 형성된다.
또한, 외곽유입유로와 외곽유출유로의 길이를 동일하게 하여 유입유속과 유출유속이 동일하게 되고 이에 따라 원활한 냉매흐름이 가능하다.
본 발명의 기술적 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 실시예는 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 위하여 과장되게 표현된 부분이 있을 수 있으며, 도면상에서 동일 부호로 표시된 요소는 동일 요소를 의미한다.
도 1은 본 실시예에 따른 화학기상증착장치의 개략적인 단면도이다. 본 실시예는 일반적인 유기금속화학기상증착(MOCVD)장치 등을 비롯하여 기타 다양한 화학기상증착장치에 적용가능하다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예는 제1챔버(100), 제2챔버(200), 샤워헤드(300), 비활성가스커튼부(400) 및 서셉터(500)를 포함한다.
제1챔버(100)와 제2챔버(200)는 서로 합착되어 반응실(800)을 구성한다. 반 응실(800) 내부에서 박막형성이 이루어진다. 제1챔버(100) 상측에는 박막을 형성하는 공정가스(G1)가 유입되는 공정가스유입구(101)가 마련될 수 있다. 제1챔버(100) 측면에는 비활성가스커튼부(400)로 비활성가스(G2)를 공급하는 비활성가스유입구(102)가 마련될 수 있다.
제2챔버(200)의 하부측벽에는 박막을 형성하고 남은 가스(G1+G2)가 배출되는 가스배출구(201)가 마련될 수 있다.
샤워헤드(300)에서는 박막의 원료가 되는 공정가스(G1)가 기판(S)을 향하여 분출된다. 또한, 냉매공급관(361)과 냉매배출관(362)이 샤워헤드(300)의 상면에 마련될 수 있다.
비활성가스커튼부(400)에서는 비활성가스(G2)를 분사하여 가스의 배기작용을 촉진하게 된다.
서셉터(500) 상부에는 기판(S)이 로딩되어 그 상부에 박막을 형성한다. 서셉터(500) 내측에는 히터(미도시)가 마련될 수 있다.
도 2는 본 실시예에 따른 화학기상증착장치의 샤워헤드에 대한 개략적인 단면도이다(도 3에서 B-B'방향).
화학기상증착장치의 샤워헤드의 실제 구성은 더욱 복잡할 수 있으나 설명의 편의를 위하여 가스유로를 단순화하여 도시하였다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 샤워헤드의 외관을 형성하는 하우징은 측벽(311), 바닥판(312) 및 제1플레이트(351)를 포함한다.
하우징의 내부에는 링(321), 제2플레이트(331), 공정가스관(341), 냉매공급 관(361) 및 냉매배출관(362)이 마련될 수 있다.
제1플레이트(351)과 제2플레이트(331) 사이에는 공정가스공급관(363)을 통하여 공급된 가스가 넓게 분배되도록 하는 공정가스분배유로(396)가 마련될 수 있다.
도 2에서는 공정가스분배유로(396)를 설명의 편의를 위하여 하나의 층으로만 도시하였으나 화학기상증착장치의 종류 또는 사용가스의 종류에 따라 복수의 층으로 공정가스분배유로가 마련될 수도 있다.
즉, 이러한 공정가스분배유로들은 상호 다른 종류의 반응가스를 반응실로 공급해야 할 때 이러한 반응가스들이 상호 독립적으로 반응실로 공급될 수 있도록 독립적인 공정가스분배유로를 제공하기 위함이다.
복수의 층으로 공정가스분배유로가 마련되는 경우에는 서셉터(500)(도 1참조)로부터 전달되는 복사열에 의하여 직접적으로 가열되는 최하층의 공정가스분배유로의 하방에 냉각유로가 마련될 수 있다.
도 2에서는 공정가스분배유로(396)의 하방에 냉각유로가 마련되는 실시예를 도시하였다.
바닥판(312)은 박막이 형성되는 반응실(800)과 접하는 부분이다. 측벽(311)은 바닥판(312)과 일체로 구성될 수도 있고 별개의 부재로 마련되어 결합될 수도 있다.
링(321)은 냉매가 흐르는 냉각유로를 냉각실(393)와 외곽유로(391,395)로 구분할 수 있다. 링(321)은 바닥판(312)와 일체로 마련될 수도 있고 별개의 부재로 마련될 수도 있다.
냉매는 일반적으로 냉각수가 사용될 수 있으나 경우에 따라 냉각오일 등 기타 유사한 유체가 사용될 수도 있다.
후술하겠지만 링(321)의 측면에는 유입관통공(392)과 유출관통공(394)이 마련되어서 각각 냉각실(393)와 외곽유입유로(391), 냉각실(393)와 외곽유출유로(395)를 연통시킬 수 있다(도 4 참조).
링(321)의 상면에는 제2플레이트(331)가 마련될 수 있다. 제2플레이트(331)는 공정가스분배유로(396)와 냉각유로를 분리하도록 제1플레이트(351)와 바닥판(312) 사이에 마련될 수 있다.
공정가스관(341)이 제2플레이트(331)와 바닥판(312)을 관통하도록 마련될 수 있다. 이에 따라 공정가스관(341) 내부를 흐르는 가스는 냉각실(393)로 누출되지 않으며, 냉각실(393)를 흐르는 냉매에 의하여 공정가스관(341)이 냉각된다.
냉매공급관(361) 및 냉매배출관(362)이 제2플레이트(331)에 결합될 수 있다. 냉매공급관(361)을 통하여 냉매가 외곽유입유로(391)로 공급되며 링(321)의 유입관통공(392)(도 4참조)을 통하여 냉각실(393)로 유입된다. 유입된 냉매는 유출관통공(394)(도 4참조)을 통하여 외곽유출유로(395)로 유출된다.
도 3은 본 실시예에 따른 화학기상증착장치의 샤워헤드에 대한 평면도이다(도 2의 A-A'방향).
도 4는 본 실시예에 따른 화학기상증착장치의 샤워헤드에 대한 부분확대평면도이다(도 3의 C부분). 도 4에서 괄호밖의 참조번호는 냉매유입유로측의 구성요소를 나타낸 것이며, 괄호안의 참조번호는 냉매유출유로측의 대응되는 구성요소를 나 태낸 것이다. 참조번호 361(362)의 점선은 냉매공급관(361)과 냉매배출관(362)의 대응되는 위치를 투영한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 냉매는 냉매공급관(361)을 통하여 외곽유입유로(391)(도2 참조)로 유입되어, 외곽유입유로(391) 전체로 퍼지게 된다.
외곽유입유로(391)와 외곽유출유로(395)를 구획하는 차단벽(370)이 도면기준으로 좌우측에 각각 마련되어 있다.
차단벽(370)은 외곽유입유로(391)로 유입된 냉매가 유입관통공(392)(도 4참조)으로 들어가지 않고 곧바로 외곽유출유로(395)을 통하여 외부로 그대로 배출되는 것을 방지한다.
즉, 냉각실(393)(도 2참조)에는 공정가스관(341)이 촘촘하게 위치하기 때문에 유동저항이 발생하여서 냉매가 외곽유출유로(395)로 역류할 수 있기 때문이다.
냉매는 유입관통공(392)(도 4참조)을 지나서 냉각실(393)(도 2참조)로 유입되며 공정가스관(341)을 냉각시킨 후에 유출관통공(394)(도 4참조)으로 흘러들어 간다. 유출관통공(394)으로부터 외곽유출유로(395)로 흘러나온 냉매는 냉매배출관(362)을 통하여 외부로 배출된다.
두 개소의 차단벽(370) 사이의 각도(θ)는 180도를 이루도록 마련될 수 있다. 즉, 외곽유입유로(391)와 외곽유출유로(395)의 유로길이가 대략 동일하도록 만드는 위치에 마련될 수 있다.
실험결과에 의하면, 두 개소의 차단벽(370) 사이의 각도(θ)가 60도를 이루는 경우보다 180도를 이루는 경우에 냉매의 흐름이 훨씬 원활한 것으로 나타났다.
유입관통공(392)과 유출관통공(394)의 개수는 대략 180개 정도가 마련될 수 있으나 설명의 편의를 위하여 도 3에서는 단순화시켜서 도시하였다. 마찬가지로 공정가스관(341)의 개수도 3만개 이상 설치될 수 있으나, 도 3에서는 단순화시켜서 도시하였다.
유입관통공(392)과 유출관통공(394)은 링(321)의 측면에 드릴가공에 의하여 형성할 수 있으며, 지름은 약 7밀리미터일 수 있다.
유입관통공(392)과 유출관통공(394)은 원활한 냉매흐름을 위하여 냉각실(393)의 중심에 대하여 방사형으로 마련될 수 있다.
링(321)에 의하여 외곽유로와 냉각실로 구획하고 외곽유입유로와 외곽유출유로를 구분하는 차단벽을 두어 전체적으로 균일하면서도 원활한 냉매흐름이 형성된다. 즉, 냉매가 외곽유입유로에서 링의 방사상으로 마련된 관통공을 통하여 균일하게 공정가스관을 향하여 유입되므로 균일한 냉매흐름이 형성되는 효과가 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 화학기상증착장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 화학기상증착장치의 샤워헤드에 대한 개략적인 단면도이다(도 3에서 B-B'방향).
도 3은 본 실시예에 따른 화학기상증착장치의 샤워헤드에 대한 평면도이다(도 2의 A-A'방향).
도 4는 본 실시예에 따른 화학기상증착장치의 샤워헤드에 대한 부분확대평면도이다(도 3의 C부분).

Claims (8)

  1. 하우징;
    상기 하우징이 냉각실과 외곽유로로 양분되도록 상기 하우징 내부에 마련되며 상기 냉각실과 상기 외곽유로가 연통되도록 관통공이 형성된 링; 및
    상기 하우징과 상기 냉각실을 관통하는 공정가스관;을 포함하며,
    상기 하우징에는 상기 외곽유로로 냉매가 유입되도록 냉매유입구와 상기 외곽유로에서 상기 냉매가 배출되도록 냉매배출구가 마련된 화학기상증착장치용 샤워헤드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 관통공은 상기 냉각실의 중심을 향하여 방사형으로 마련된 화학기상증착장치용 샤워헤드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 외곽유로가 양분되도록 상기 외곽유로에 마련된 차단벽을 더 포함하는 화학기상증착장치용 샤워헤드.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 차단벽은 상기 외곽유로의 길이를 이등분하도록 마련된 화학기상증착장 치용 샤워헤드.
  5. 내측에 반응실이 마련된 챔버;
    상기 반응실에 마련되고 기판이 로딩되는 서셉터; 및
    상기 기판을 향하여 공정가스를 배출하는 샤워헤드;를 포함하고,
    상기 샤워헤드는 하우징, 상기 하우징을 냉각실과 외곽유로로 양분되도록 상기 하우징 내부에 마련되며 상기 냉각실과 상기 외곽유로가 연통되도록 관통공이 형성된 링 및 상기 하우징과 상기 냉각실을 관통하는 공정가스관을 포함하며, 상기 하우징에는 상기 외곽유로로 냉매가 유입되도록 냉매유입구와 상기 외곽유로에서 냉매가 배출되도록 냉매배출구가 마련된 화학기상증착장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 관통공은 상기 냉각실의 중심을 향하여 방사형으로 마련된 화학기상증착장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 외곽유로가 양분되도록 상기 외곽유로에 마련된 차단벽을 더 포함하는 화학기상증착장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 차단벽은 상기 외곽유로의 길이를 이등분하도록 마련된 화학기상증착장치.
KR1020090068833A 2009-07-28 2009-07-28 샤워헤드 및 이를 포함하는 화학기상증착장치 KR101062462B1 (ko)

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