KR20140059669A - 샤워헤드 및 이를 포함하는 박막 증착 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이종의 프로세스가스가 리액터에 도달하기 전에 서로 혼합되는 것을 방지하여 균일한 박막을 형성하도록 하고, 박막의 결함 발생을 방지할 수 있으며, 제조와 유지 및 보수가 용이하도록 하기 위하여, 분산판에 다수로 형성되는 제 1 분사홀을 통해서 제 1 가스를 분사하는 제 1 분사부; 및 상기 제 1 분사홀로부터 제 1 가스가 분사되는 측에 설치되는 분사튜브에 다수로 형성되는 제 2 분사홀을 통해서 제 2 가스를 분사하는 제 2 분사부를 포함하는 샤워헤드 및 이를 포함하는 박막 증착 장치가 제공된다.

Description

샤워헤드 및 이를 포함하는 박막 증착 장치{Showerhead and film depositing apparatus including the same}
본 발명은 샤워헤드 및 이를 포함하는 박막 증착 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이종의 프로세스가스가 리액터에 도달하기 전에 서로 혼합되는 것을 방지하고, 제조와 유지 및 보수가 용이하도록 하는 샤워헤드 및 이를 포함하는 박막 증착 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 박막 증착 공정은 가스와 기판 간의 반응을 통해 박막을 형성하는 공정으로서, 주로 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD)을 이용하여 공정을 수행한다.
이러한 화학 기상 증착 공정을 수행하는 장치는 외부로부터 유입되는 가스를 균일하게 공급하기 위하여 샤워헤드(showerhead)를 가지는데, 이러한 샤워헤드는 화학 기상 증착 장비의 프로세스챔버 내에서 기판의 상측에 설치되고, 일정 간격으로 형성되는 홀들을 통해서 가스를 프로세스챔버 내로 공급하도록 한다.
그러나 종래의 샤워헤드는 이종의 프로세스가스를 공급시, 리액터(reactor)에 도달하기 전에 서로 혼합됨으로써 균일한 박막 형성을 어렵게 하고, 심지어는 이종의 프로세스가스가 미리 혼합됨으로써 프로세스가스의 특성에 따라 파우더 등의 이물질을 생성시킴으로써 프로세스챔버 내부를 오염시킴과 아울러, 파티클로 인해 박막에 결함을 발생시키는 문제점을 가진다.
또한, 종래의 샤워헤드는 이종의 프로세스가스를 공급하기 위하여 복잡한 구조를 가지게 됨으로써 제작의 어려움과 비용 증가를 초래하고, 미세홀들이 반응물로 막히는 경우 유지, 보수를 어렵게 하는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 포함하여, 여러 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 이종의 프로세스가스가 리액터에 도달하기 전에 서로 혼합되는 것을 방지하여 균일한 박막을 형성하도록 하고, 박막의 결함 발생을 방지할 수 있으며, 제조와 유지 및 보수가 용이하도록 하는 샤워헤드 및 이를 포함하는 박막 증착 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로서, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것을 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 이종의 제 1 및 제 2 가스를 분사하기 위한 샤워헤드에 있어서, 분산판에 다수로 형성되는 제 1 분사홀을 통해서 제 1 가스를 분사하는 제 1 분사부; 및 상기 제 1 분사홀로부터 제 1 가스가 분사되는 측에 설치되는 분사튜브에 다수로 형성되는 제 2 분사홀을 통해서 제 2 가스를 분사하는 제 2 분사부를 포함하는 샤워헤드가 제공된다.
상기 제 1 분사부는 제 1 가스가 공급되기 위한 공급구를 가지고, 상기 분산판에 접하는 분산공간을 가지는 분산챔버를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 분사홀의 출구 측에 마련되고, 상기 분사튜브가 갭을 가지도록 수용되는 분사가이드홈을 더 포함할 수 있다.
상기 분사가이드홈은 상기 갭이 상기 분사튜브의 양측에 각각 형성되도록 상기 분사튜브가 중심부에 배치될 수 있다.
상기 분사튜브는 상기 제 1 분사홀을 통한 제 1 분사가스의 분사방향과 동일한 방향으로 제 2 분사가스를 분사하도록 상기 제 2 분사홀이 형성될 수 있다.
상기 분사가이드홈은 다수로 이루어지는 상기 분사튜브 각각을 수용하도록 상기 분산판에 나란하게 다수로 형성되고, 각각에 상기 제 1 분사홀이 다수로 연결될 수 있다.
상기 제 2 분사부는 상기 분사튜브 각각에 제 2 가스를 분배하여 공급하는 가스분배관을 더 포함할 수 있다.
상기 분사튜브의 끝단이 삽입되도록 상기 분사가이드홈에 형성되는 고정홈; 및 상기 분사튜브의 하부를 지지한 상태에서 상기 분산판 측에 고정되는 고정플레이트를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 박막 증착 장치에 있어서, 증착 공정이 수행되는 공간을 제공하는 프로세스챔버; 상기 프로세스챔버의 내부에 기판이 안착되도록 마련되는 서셉터; 및 상기 서셉터의 상측에 위치하도록 설치되고, 상기 기판에 프로세스가스를 분사하는 샤워헤드를 포함하고, 상기 샤워헤드는 전술한 샤워헤드로 이루어지는 박막 증착 장비가 제공된다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 샤워헤드 및 이를 포함하는 박막 증착 장치에 의하면, 이종의 프로세스가스가 리액터에 도달하기 전에 서로 혼합되는 것을 방지하여 균일한 박막을 형성하도록 하고, 박막의 결함 발생을 방지할 수 있으며, 제조와 유지 및 보수가 용이하도록 할 수 있다. 또한 이러한 효과에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 샤워헤드 및 이를 포함하는 박막 증착 장치를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 샤워헤드을 도시한 저면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 샤워헤드의 요부를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 샤워헤드 및 이를 포함하는 박막 증착 장치를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 샤워헤드(100)는 이종의 제 1 및 제 2 가스를 분사하기 위한 것으로서, 제 1 가스를 분사하는 제 1 분사부(110)와, 제 1 가스의 분사측에 제 2 가스를 분사하도록 하는 제 2 분사부(120)를 포함할 수 있으며, 화학 기상 증착 공정이나 원자층 증착 공정을 포함하는 박막 증착 공정에서와 같이 기판과 프로세스가스와의 반응에 박막을 형성하도록 하는 공정을 수행하는 장치를 비롯하여, 이종의 가스를 특정 공간으로 공급하기 위한 다양한 제조 장치나 반응기에 적용될 수 있다.
제 1 분사부(110)는 분산판(111)에 미세하게 다수로 형성되는 제 1 분사홀(112)을 통해서 제 1 가스를 분사한다. 분산판(111)은 일례로 사각형의 플레이트로 이루어질 수 있는데, 이에 한하지 않고, 프로세스챔버(200) 내의 프로세스공간 형상에 따라 그 형태를 달리할 수 있다. 또한, 분산판(111)은 다수의 제 1 분사홀(112)이 이루는 열이 평행하게 배열되도록 제 1 분사홀(112)이 전후 및 좌우로 배열되는데, 이러한 제 1 분사홀(112)의 배열과는 다른 예로서, 프로세스챔버(200) 내의 프로세스공간의 형상에 따라 전체에 대해서 균일하게 제 1 가스를 분사하기 위하여, 제 1 분사홀(112)이 동심원 형태, 스크루 형태, 지그재그 형태를 비롯하여 다양한 형태로 배열될 수 있다.
제 1 분사부(110)는 분산판(111)에 제 1 가스를 분산 공급하기 위한 분산챔버(115)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 분산챔버(115)는 외부의 제 1 가스공급부를 통해서 제 1 가스가 공급되기 위한 공급구(113)를 가지고, 분산판(111)에 접하는 분산공간(114)을 가짐으로써 분산판(111)이 일면을 이룰 수 있으며, 본 실시예에서처럼 분산공간(114)의 하측인 하부면에 분산판(111)이 마련될 수 있다. 이때, 분산판(111)은 제 1 분사홀(112)을 통해 하방으로 제 1 가스를 분사하게 된다.
제 2 분사부(120)는 제 1 분사홀(112)로부터 제 1 가스가 분사되는 측에 설치되는 분사튜브(121)에 다수로 형성되는 제 2 분사홀(122)을 통해서 제 2 가스를 분사한다. 여기서, 분사튜브(121)는 본 실시예에서처럼 직선의 길이를 가지는 튜브로 이루어질 수 있으며, 이러한 직선 길이의 튜브와는 다른 예로서, 곡선의 형태를 가지거나, 곡선과 직선의 조합으로 이루어진 형태를 가지거나, 절곡부에 의해 꺾임 구조를 가지거나, 그 밖에 다양한 형태의 튜브로 이루어질 수 있다.
도 2를 참조하면, 제 2 분사부(120)는 본 실시예에서처럼 분사튜브(121)가 다수로 이루어질 수 있고, 이 경우 분사튜브(121)가 서로 나란하도록 배열될 수 있는데, 이러한 분사튜브(121) 각각에 제 2 가스를 분배하여 공급하기 위한 가스분배관(123)이 마련될 수 있다. 여기서, 가스분배관(123)은 외부의 제 2 가스공급부로부터 제 2 가스가 공급되는 공급관(124)이 일단에 마련될 수 있고, 공급관(124)으로부터 다수로 분기되는 분기관(125)에 분사튜브(121)가 각각 연결될 수 있다. 분기관(125)에는 분사튜브(121)의 유지 및 보수를 위하여 착탈 가능하게 결합되기 위한 피팅부재(126)가 설치될 수 있다. 또한, 가스분배관(123)은 가스의 분배를 위하여 매니폴더(manifolder) 등이 포함될 수 있다.
제 1 분사홀(112)의 출구 측에는 분사튜브(121)가 갭(G)을 가지도록 수용되는 분사가이드홈(130)이 마련될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 분사가이드홈(130)은 분사튜브(121)가 내측에 삽입되도록 분사튜브(121)의 형상과 상응한 길이를 가지도록 형성되고, 일례로 분산판(111)의 하측면에 형성될 수 있으며, 분사튜브(121)가 제 1 분사홀(112)로부터 제 1 가스의 분사를 허용하도록 제 1 분사홀(112)로부터 이격되도록 설치될 수 있고, 분사튜브(121)와의 갭(G)이 분사튜브(121)의 양측에 각각 형성되도록 분사튜브(121)가 중심부에 배치될 수 있다. 이때, 분사튜브(121)는 일례로 그 중심이 제 1 분사홀(112)의 중심과 일치하도록 설치될 수 있으며, 제 1 분사홀(112)을 통한 제 1 분사가스의 분사방향과 동일한 방향으로 제 2 분사가스를 분사하도록 제 2 분사홀(122)이 형성될 수 있다.
분사가이드홈(130)은 분사튜브(121)가 다수로 이루어지는 경우, 이러한 분사튜브(121) 각각을 수용하도록 분산판(111)에 나란하게 다수로 형성될 수 있고, 각각에 제 1 분사홀(112)이 다수로 연결될 수 있다. 따라서, 분산판(111)은 분사가이드홈(130) 마다 제 1 분사홀(112)이 다수로 연결되도록 배열될 수 있다.
도 2를 참조하면, 제 2 분사부(120), 예컨대 분사튜브(121)의 고정을 위하여 고정홈(140)과 고정플레이트(150)를 더 포함할 수 있다. 고정홈(140)은 분사튜브(121) 각각의 끝단이 삽입되도록 분사가이드홈(130) 각각의 끝단에 형성되고, 일례로 분사가이드홈(130)의 길이방향으로 분사튜브(121)가 삽입될 수 있도록 형성될 수 있다. 또한, 고정플레이트(150)는 일례로 분사튜브(121)를 지지한 상태에서 분산판(111) 측에 볼트(151) 등으로 고정될 수 있으며, 본 실시예에서처럼 분사튜브(121) 전부의 하부를 지지한 상태에서 볼트(151)에 의해 분산판(111)의 하측에 고정될 수 있다. 한편, 볼트(151)를 대신하여 고정플레이트(150)가 분산판(111)의 하측에 슬라이딩 또는 억지 끼움 등에 의해 결합되기 위한 구조가 마련될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치는 증착 공정이 수행되는 공간을 제공하는 프로세스챔버(200)와, 프로세스챔버(200)의 내부에 기판이 안착되도록 마련되는 서셉터(300)와, 서셉터(300)의 상측에 위치하도록 설치되고, 기판에 프로세스가스를 분사하는 샤워헤드(100)를 포함할 수 있다. 여기서, 샤워헤드(100)는 전술한 본 발명의 실시예들에 따른 샤워헤드(100)로서, 이미 상세히 기재한 바와 같다.
프로세스챔버(200)는 박막 증착 공정, 예컨대 화학 기상 증착 내지 원자층 증착 등의 공정을 수행하기 위한 프로세스공간을 제공하고, 내측에 위치하는 서셉터(300)의 상측에 위치하도록 샤워헤드(100)가 설치될 수 있다. 따라서, 프로세스챔버(200)는 샤워헤드(100)를 통해서 기판(1)에 박막을 형성하기 위한 이종의 프로세스가스가 프로세스공간 내로 분사된다.
프로세스챔버(200)는 기판(1)의 로딩 및 언로딩을 위한 게이트밸브 등과 같은 도어가 설치될 수 있고, 박막 형성 후 잔류하는 프로세스가스를 진공의 흡입력에 의해 외부로 배출시키기 위한 진공포트가 마련될 수 있고, 박막 증착 공정의 방식에 따라 플라즈마 형성 유닛이나 가열 유닛이 마련될 수 있고, 그 밖에 공정에 필요한 유닛들이 마련될 수 있다.
프로세스챔버(200)는 본 실시예에서처럼, 분사튜브(121)가 설치되기 위한 튜브설치블록(210)이 상부에 설치될 수 있고, 가스분배관(123)의 고정을 가이드하면서 튜브설치블록(210)을 개방시키기 위한 커버(220)가 착탈 가능하게 설치될 수 있다.
서셉터(300)는 프로세스챔버(200) 내의 하부에 설치될 수 있고, 프로세스의 대상인 기판(1)이 안착되기 위한 장소를 제공하며, 박막 증착 공정의 필요에 따라 기판(1)의 가열을 위한 히팅부가 설치될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 샤워헤드 및 이를 포함하는 박막 증착 장치에 따르면, 분산판(111)의 제 1 분사홀(112)을 통해서 제 1 가스가 분사시, 분사튜브(121)의 제 2 분사홀(122)을 통해서 분사되는 제 2 가스가 분사튜브(121)에 의해 그 분사 경로가 가이드됨으로써 제 1 가스와의 혼합을 억제하게 되고, 특히, 도 3을 참조하면, 분사가이드홈(130) 내에서 제 1 및 제 2 분사홀(112,122)로부터 각각 분사되는 가스가 서로 혼합되지 않도록 한다.
이러한 작용으로 인해 샤워헤드(100)의 수명을 늘릴 수 있으며, 이종의 가스가 반응에 의해 이물질 등의 파티클을 형성하는 것을 방지함으로써 프로세스챔버(200) 내의 오염을 최소화하고, 기판(1)의 박막에 대한 결함 발생을 방지하도록 하여 고품질 및 수율 증대에 기여하게 된다.
또한, 조작 사고 등으로 인해 제 1 및 제 2 분사홀(112,122) 등의 미세 홀이 반응물로 막히더라도, 분산판(111)이나 분사튜브(121)의 분리나 교체 등에 의해 유지 및 보수가 간편하게 수행될 수 있도록 한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100 : 샤워헤드 110 : 제 1 분사부
111 : 분산판 112 : 제 1 분사홀
113 : 공급구 114 : 분산공간
115 : 분산챔버 120 : 제 2 분사부
121 : 분사튜브 122 : 제 2 분사홀
123 : 가스분배관 124 : 공급관
125 : 분기관 126 : 피팅부재
130 : 분사가이드홈 140 : 고정홈
150 : 고정플레이트 151 : 고정볼트
200 : 프로세스챔버 210 : 튜브설치블록
220 : 커버 300 : 서셉터

Claims (9)

  1. 이종의 제 1 및 제 2 가스를 분사하기 위한 샤워헤드에 있어서,
    분산판에 다수로 형성되는 제 1 분사홀을 통해서 제 1 가스를 분사하는 제 1 분사부; 및
    상기 제 1 분사홀로부터 제 1 가스가 분사되는 측에 설치되는 분사튜브에 다수로 형성되는 제 2 분사홀을 통해서 제 2 가스를 분사하는 제 2 분사부;
    를 포함하는, 샤워헤드.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 분사부는,
    제 1 가스가 공급되기 위한 공급구를 가지고, 상기 분산판에 접하는 분산공간을 가지는 분산챔버를 더 포함하는, 샤워헤드.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 분사홀의 출구 측에 마련되고, 상기 분사튜브가 갭을 가지도록 수용되는 분사가이드홈을 더 포함하는, 샤워헤드.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 분사가이드홈은,
    상기 갭이 상기 분사튜브의 양측에 각각 형성되도록 상기 분사튜브가 중심부에 배치되는, 샤워헤드.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 분사튜브는,
    상기 제 1 분사홀을 통한 제 1 분사가스의 분사방향과 동일한 방향으로 제 2 분사가스를 분사하도록 상기 제 2 분사홀이 형성되는, 샤워헤드.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 분사가이드홈은,
    다수로 이루어지는 상기 분사튜브 각각을 수용하도록 상기 분산판에 나란하게 다수로 형성되고, 각각에 상기 제 1 분사홀이 다수로 연결되는, 샤워헤드.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 2 분사부는,
    상기 분사튜브 각각에 제 2 가스를 분배하여 공급하는 가스분배관을 더 포함하는, 샤워헤드.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 분사튜브의 끝단이 삽입되도록 상기 분사가이드홈에 형성되는 고정홈; 및
    상기 분사튜브의 하부를 지지한 상태에서 상기 분산판 측에 고정되는 고정플레이트;
    를 더 포함하는, 샤워헤드.
  9. 박막 증착 장치에 있어서,
    증착 공정이 수행되는 공간을 제공하는 프로세스챔버;
    상기 프로세스챔버의 내부에 기판이 안착되도록 마련되는 서셉터; 및
    상기 서셉터의 상측에 위치하도록 설치되고, 상기 기판에 프로세스가스를 분사하는 샤워헤드를 포함하고,
    상기 샤워헤드는,
    제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 샤워헤드로 이루어지는, 박막 증착 장치.
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