KR20210104258A - 원자층 증착 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 샤워 헤드 내부에서 잔류하는 가스들 간의 반응으로 인한 이물질 누적 증착 현상 및 이로 인한 파티클 발생 현상을 방지할 수 있게 하는 원자층 증착 장치에 관한 것으로서, 기판을 수용할 수 있도록 수용 공간이 형성되는 챔버; 및 상기 챔버에 설치되고, 상기 기판에 제 1 가스와 제 2 가스를 각각 공급할 수 있는 샤워 헤드;를 포함하고, 상기 샤워 헤드는,
상기 제 1 가스와 상기 제 2 가스가 각각 상기 기판의 표면에 골고루 분산될 수 있도록 가스 분사면의 표면에 서로 이격된 복수개의 제 1 가스 분사홀부들이 형성되고, 그 사이 사이에 복수개의 제 2 가스 분사홀부들이 형성될 수 있다.

Description

원자층 증착 장치{Atomic layer deposition apparatus}
본 발명은 원자층 증착 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 샤워 헤드 내부에서 잔류하는 가스들 간의 반응으로 인한 이물질 누적 증착 현상 및 이로 인한 파티클 발생 현상을 방지할 수 있게 하는 원자층 증착 장치에 관한 것이다.
반도체 집적 기술의 발달로 인하여 고순도, 고품질의 박막을 증착 시키는 공정은 반도체 제조공정 중에서 중요한 부분을 차지하게 되었다. 박막 형성의 대표적인 방법으로 화학 증착(Chemical Vapour Deposition, CVD)법과 물리 증착(Physical Vapour Deposition, PVD)법이 있다. 스퍼터링(sputtering)법 등의 물리 증착법은 형성된 박막의 단차 피복성(step coverage)이 나쁘기 때문에 요철이 있는 표면에 균일한 두께의 막을 형성하는 데에는 사용할 수 없다.
화학 증착법은 가열된 기판의 표면 위에서 기체상태의 물질들이 반응하고, 그 반응으로 생성된 화합물이 기판 표면에 증착되는 방법이다. 화학 증착법은 물리 증착법에 비하여 단차 피복성이 좋고, 박막이 증착되는 기판의 손상이 적고, 박막의 증착 비용이 적게 들며, 박막을 대량 생산할 수 있기 때문에 많이 적용되고 있다.
그러나, 최근 반도체 소자의 집적도가 서브 마이크론(sub-micron) 단위로까지 향상됨에 따라, 종래 방식의 화학 증착법 만으로는 웨이퍼 기판에서 서브 마이크론 단위의 균일한 두께를 얻거나, 우수한 단차 피복성(step coverage)을 얻는데 한계에 이르고 있으며, 웨이퍼 기판에 서브 마이크론 크기의 콘택홀(contact hole), 비아(via) 또는 도랑(trench)과 같은 단차가 존재하는 경우에 위치에 상관없이 일정한 조성을 가지는 물질막을 얻는 데도 어려움을 겪게 되었다.
따라서, 종래의 모든 공정 기체들을 동시에 주입하는 화학 증착법과 다르게 원하는 박막을 얻는데 필요한 두 가지 이상의 공정 기체들을 기상에서 만나지 않도록 시간에 따라 순차적으로 분할하여 공급하되, 이들 공급 주기를 주기적으로 반복하여 박막을 형성하는 시분할 방식의 원자층 증착(atomic layer deposition) 방식이 새로운 박막 형성 방법으로 적용되고 있다.
이외에도, 두 가지 이상의 공정 기체들을 기상에서 만나지 않도록 공간을 달리하여 공급하되, 기판이 서로 다른 공간으로 이동되게 하는 공간분할 방식의 원자층 증착도 적용되고 있다.
일반적으로, 시분할 방식의 원자층 증착 방식은 단일 샤워 헤드를 이용하여 두 가지 이상의 가스들을 각각 시간의 차이를 두고 기판에 공급할 수 있는데, 중간에 퍼지 가스를 이용하여 잔류하는 기체를 제거한다 하더라도 미량의 가스가 샤워 헤드 내부에 잔류할 수 있고, 이렇게 잔류하는 가스가 샤워 헤드의 내부에 오랜 시간 동안 증착되어 누적되면 샤워 헤드를 오염시키는 것만이 아니라 수축과 팽창을 반복하는 샤워 헤드의 특성상 누적된 이물질 코팅층들의 두께가 두꺼워질수록 쉽게 파손되면서 다량의 파티클이 발생될 수 있고, 이로 인하여 기판에 악영향을 주거나 후속 공정에 악영향을 주거나 이러한 이물질들을 제거하기 위한 세척 작업으로 인해 장비의 유지 보수 작업 시간과 비용이 낭비되는 등 많은 문제점들이 있었다.
또한, 종래의 원자층 증착 장치는, 샤워 헤드와 기판 사이에서 플라즈마를 발생시키는 것으로서, 과도한 에너지가 기판에 직접적으로 전달되어 장비의 안전성이 떨어지고 기판에 손상을 줄 수도 있는 등 많은 문제점들이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 제 1 가스의 경로와 제 2 가스의 경로가 서로 겹쳐지지 않게 독립적으로 구성된 샤워 헤드를 이용하여 잔류하는 상기 제 1 가스와 상기 제 2 가스 간의 비정상적인 반응으로 인한 파티클 발생 현상을 방지할 수 있고, 이로 인하여 장비의 유지 보수 작업의 시간과 비용을 절감할 수 있어서 장비의 생산성과 기판의 수율을 향상시킬 수 있으며, 샤워 헤드의 내부에서 리모트 방식의 플라즈마를 형성하여 기판의 손상을 최소화할 수 있고, 장비의 안전성을 증대시킬 수 있으며, 용량 결합 형태의 플라즈마를 발생시켜서 신속하게 플라즈마를 발생시킬 수 있기 때문에 생산성을 크게 증대시킬 수 있게 하는 원자층 증착 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 원자층 증착 장치는, 기판을 수용할 수 있도록 수용 공간이 형성되는 챔버; 및 상기 챔버에 설치되고, 상기 기판에 제 1 가스와 제 2 가스를 각각 공급할 수 있는 샤워 헤드;를 포함하고, 상기 샤워 헤드는, 상기 제 1 가스와 상기 제 2 가스가 각각 상기 기판의 표면에 골고루 분산될 수 있도록 가스 분사면의 표면에 서로 이격된 복수개의 제 1 가스 분사홀부들이 형성되고, 그 사이 사이에 복수개의 제 2 가스 분사홀부들이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 샤워 헤드는, 상기 제 1 가스가 공급되는 상기 제 1 가스 경로와 상기 제 2 가스가 공급되는 제 2 가스 경로가 각각 독립적으로 형성되어 상기 제 1 가스와 상기 제 2 가스 간의 비정상적인 반응으로 인한 파티클 발생 현상을 방지할 수 있도록, 제 1 가스 공급관을 통해 공급된 상기 제 1 가스를 분배할 수 있는 제 1 분배 공간이 형성되고, 하면에 상기 제 1 분배 공간과 연통된 복수개의 상기 제 1 가스 분사홀부들이 형성되며, 상기 제 1 가스 분사홀부들 사이 사이에 상기 제 1 분배 공간으로부터 구별되도록 상기 제 2 가스 분사홀부가 형성된 복수개의 바이패스관들이 형성되는 제 1 층부; 및 제 2 가스 공급관을 통해 공급된 상기 제 2 가스를 분배할 수 있는 제 2 분배 공간이 형성되고, 상기 제 2 분배 공간이 상기 제 1 층부의 상기 바이패스관들과 연통되도록 하방이 개방된 형태로 형성되는 제 2 층부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 제 1 층부는, 복수개의 상기 제 1 가스 분사홀부들이 형성되고, 이들 사이 사이에 상기 바이패스관 수용부들이 형성되는 가스 분사 패널; 및 상기 가스 분사 패널과 조립되고, 내부에 상기 제 1 분배 공간이 형성되도록 하면에 제 1 홈부가 형성되며, 상기 제 1 홈부로부터 돌출되어 상기 가스 분사 패널의 상기 바이패스관 수용부에 삽입되도록 복수개의 상기 바이패스관이 형성되고, 상면에 상기 바이패스관의 상기 제 2 가스 분사홀부가 노출되는 바이패스 패널;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 제 2 층부는, 상기 바이패스 패널과 조립되고, 상기 바이패스 패널의 상면에 노출된 상기 제 2 가스 분사홀부와 연통되는 상기 제 2 분배 공간이 내부에 형성되도록 전체적으로 링형상으로 형성되는 스페이서; 및 상기 제 2 분배 공간의 상방을 밀폐할 수 있도록 상기 스페이서의 상면을 덮는 형상으로 형성되고, 상기 챔버의 상부 패널과 조립되는 상부 커버;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 제 2 층부는, 접지된 상기 제 1 층부와 대응되어 상기 제 1 분배 공간 또는 상기 제 2 분배 공간에 플라즈마가 발생될 수 있도록 상기 스페이서의 내부에 설치되고, 상기 상부 커버를 관통한 단자와 전기적으로 연결되는 전극 패널; 및 상기 전극 패널과 상기 상부 커버 사이에 설치되는 절연 패널;을 더 포함하고, 상기 제 2 층부의 상기 스페이서는 절연 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 원자층 증착 장치는, 중심축부에 선단부까지 연장되는 제 1 가스 유로가 형성되고, 테두리부에 중간부까지 연장되는 제 2 가스 유로가 형성되며, 상기 선단부가 상기 바이패스 패널을 관통하여 상기 제 1 분배 공간과 연통될 수 있고, 상기 중간부가 상기 상부 커버를 관통하여 상기 제 2 분배 공간과 연통될 수 있도록 상기 선단부가 상기 중간부로부터 돌출되게 형성되는 다경로 가스 공급관;을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 제 1 가스 유로는, 원자층 증착을 위한 소스 가스 공급원과 연결된 소스 가스 라인과 연결되고, 상기 제 2 가스 유로는, 원자층 증착을 위한 반응 가스 공급원과 연결된 반응 가스 라인과 연결될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 적어도 상기 제 1 가스 유로, 상기 제 2 가스 유로, 상기 챔버 및 이들의 조합들 중 어느 하나를 선택하여 원자층 증착을 위한 퍼지 가스 공급원과 연결된 퍼지 가스 라인이 연결될 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 제 1 가스의 경로와 제 2 가스의 경로가 서로 겹쳐지지 않게 독립적으로 구성된 샤워 헤드를 이용하여 잔류하는 상기 제 1 가스와 상기 제 2 가스 간의 비정상적인 반응으로 인한 파티클 발생 현상을 방지할 수 있고, 이로 인하여 장비의 유지 보수 작업의 시간과 비용을 절감할 수 있어서 장비의 생산성과 기판의 수율을 향상시킬 수 있으며, 샤워 헤드의 내부에서 리모트 방식의 플라즈마를 형성하여 기판의 손상을 최소화할 수 있고, 장비의 안전성을 증대시킬 수 있으며, 용량 결합 형태의 플라즈마를 발생시켜서 신속하게 플라즈마를 발생시킬 수 있기 때문에 생산성을 크게 증대시킬 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 원자층 증착 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 원자층 증착 장치의 샤워 헤드를 나타내는 부품 조립 사시도이다.
도 3은 도 1의 원자층 증착 장치의 샤워 헤드를 나타내는 부품 분해 상면 사시도이다.
도 4는 도 1의 원자층 증착 장치의 샤워 헤드를 나타내는 부품 분해 저면 사시도이다.
도 5는 도 1의 원자층 증착 장치의 샤워 헤드를 나타내는 부분 절단 부품 분해 상면 사시도이다.
도 6은 도 1의 원자층 증착 장치의 샤워 헤드를 나타내는 부분 절단 부품 분해 저면 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 원자층 증착 장치의 평가 결과를 나타내는 도표이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 원자층 증착 장치(100)를 나타내는 단면도이다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 원자층 증착 장치(100)는, 크게 챔버(10) 및 샤워 헤드(20)를 포함할 수 있다.
예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 챔버(10)는 반도체 웨이퍼나 디스플레이 기판 등 각종 기판(1)을 수용할 수 있도록 수용 공간(A)이 형성되는 일종의 밀폐된 박스 형태의 구조체로서, 기판이 안착되는 서셉터 등이 내부에 설치될 수 있고, 상부 패널(11)과, 측벽부 및 바닥부 등 다양한 부재들로 이루어질 수 있다.
그러나, 이러한 상기 챔버(10)는 도면에 반드시 국한되지 않는 것으로서, 그 내부에 기판을 지지하는 서셉터나 샤워 헤드를 지지할 수 있는 충분한 강도나 내구성을 갖는 다양한 모든 형태의 챔버들이 적용될 수 있다.
또한, 예컨대, 상기 샤워 헤드(20)는, 상기 챔버(10)의 상기 상부 패널(11)에 설치될 수 있는 것으로서, 상기 기판(1)에 제 1 가스(G1)와 제 2 가스(G2)를 각각 공급할 수 있는 일종의 가스 분배기일 수 있다.
따라서, 상기 샤워 헤드(20)는 공급받은 상기 제 1 가스(G1)와 상기 제 2 가스(G2)를 시간의 차이를 두고 상기 기판(1)의 표면 상에 골고루 분배할 수 있다.
예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 샤워 헤드(20)는, 상기 제 1 가스(G1)와 상기 제 2 가스(G2)가 각각 상기 기판(1)의 표면에 골고루 분산될 수 있도록 가스 분사면(20a)의 표면에 서로 이격된 복수개의 제 1 가스 분사홀부(H1)들이 형성되고, 그 사이 사이에 복수개의 제 2 가스 분사홀부(H2)들이 형성될 수 있다.
도 2는 도 1의 원자층 증착 장치(100)의 샤워 헤드(20)를 나타내는 부품 조립 사시도이고, 도 3은 도 1의 원자층 증착 장치(100)의 샤워 헤드(20)를 나타내는 부품 분해 상면 사시도이고, 도 4는 도 1의 원자층 증착 장치(100)의 샤워 헤드(20)를 나타내는 부품 분해 저면 사시도이고, 도 5는 도 1의 원자층 증착 장치(100)의 샤워 헤드(20)를 나타내는 부분 절단 부품 분해 상면 사시도이고, 도 6은 도 1의 원자층 증착 장치(100)의 샤워 헤드(20)를 나타내는 부분 절단 부품 분해 저면 사시도이다.
더욱 구체적으로 설명하면, 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 원자층 증착 장치(100)의 상기 샤워 헤드(20)는, 상기 제 1 가스(G1)가 공급되는 상기 제 1 가스 경로와 상기 제 2 가스(G2)가 공급되는 제 2 가스 경로가 각각 독립적으로 형성되어 상기 제 1 가스(G1)와 상기 제 2 가스(G2) 간의 비정상적인 반응으로 인한 파티클 발생 현상을 방지할 수 있도록 전체적으로 제 1 층부(21) 및 제 2 층부(22)를 포함할 수 있다.
예컨대, 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 층부(21)는, 제 1 가스 공급관(P1)을 통해 공급된 상기 제 1 가스(G1)를 분배할 수 있는 제 1 분배 공간(B1)이 형성되고, 하면에 상기 제 1 분배 공간(B1)과 연통된 복수개의 상기 제 1 가스 분사홀부(H1)들이 형성되며, 상기 제 1 가스 분사홀부(H1)들 사이 사이에 상기 제 1 분배 공간(B1)으로부터 구별되도록 상기 제 2 가스 분사홀부(H2)가 형성된 복수개의 바이패스관(BP)들이 형성될 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 층부(21)는, 복수개의 상기 제 1 가스 분사홀부(H1)들이 형성되고, 이들 사이 사이에 상기 바이패스관 수용부(BPa)들이 형성되는 가스 분사 패널(21-1) 및 상기 가스 분사 패널(21-1)과 조립되고, 내부에 상기 제 1 분배 공간(B1)이 형성되도록 하면에 제 1 홈부(K)가 형성되며, 상기 제 1 홈부(K)로부터 돌출되어 상기 가스 분사 패널(21-1)의 상기 바이패스관 수용부(BPa)에 삽입되도록 복수개의 상기 바이패스관(BP)이 형성되고, 상면에 상기 바이패스관(BP)의 상기 제 2 가스 분사홀부(H2)가 노출되는 바이패스 패널(21-2)을 포함할 수 있다.
한편, 예컨대, 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 층부(22)는 상기 제 1 층부(21)의 상방에 설치되는 것으로서, 제 2 가스 공급관(P2)을 통해 공급된 상기 제 2 가스(G2)를 분배할 수 있는 제 2 분배 공간(B2)이 형성되고, 상기 제 2 분배 공간(B2)이 상기 제 1 층부(21)의 상기 바이패스관(BP)들과 연통되도록 하방이 개방된 형태로 형성될 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 층부(22)는, 상기 바이패스 패널(21-2)과 조립되고, 상기 바이패스 패널(21-2)의 상면에 노출된 상기 제 2 가스 분사홀부(H2)와 연통되는 상기 제 2 분배 공간(B2)이 내부에 형성되도록 전체적으로 링형상으로 형성되는 스페이서(22-1) 및 상기 제 2 분배 공간(B2)의 상방을 밀폐할 수 있도록 상기 스페이서(22-1)의 상면을 덮는 형상으로 형성되고, 상기 챔버(10)의 상부 패널(23)과 조립되는 상부 커버(22-2)를 포함할 수 있다.
또한, 예컨대, 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 리모트 방식으로 용량 결합형 플라즈마가 발생될 수 있도록, 상기 제 2 층부(22)는, 접지된 상기 제 1 층부(21)와 대응되어 상기 제 1 분배 공간(B1) 또는 상기 제 2 분배 공간(B2)에 플라즈마가 발생될 수 있게 상기 스페이서(22-1)의 내부에 설치되고, 상기 상부 커버(22-2)를 관통한 단자(T)와 전기적으로 연결되는 전극 패널(E) 및 상기 전극 패널(E)과 상기 상부 커버(22-2) 사이에 설치되는 절연 패널(I)을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제 2 층부(22)의 상기 스페이서(22-1)는 절연 재질로 이루어지는 것으로서, 따라서, 상기 전극 패널(E)은 상기 절연 패널(I) 및 상기 스페이서(22-1)로 인하여 상기 챔버(10)로부터 절연된 절연 상태를 유지할 수 있고, 이를 통해서 상기 전극 패널(E)과 상기 제 1 층부(21) 또는 상기 제 2 층부(22) 사이의 상기 제 1 분배 공간(B1) 또는 상기 제 2 분배 공간(B2)에서 용량 결합 방식으로 플라즈마가 발생될 수 있다.
그러므로, 상기 샤워 헤드(20)의 내부에서 리모트 방식의 플라즈마를 형성하여 상기 기판(1)의 손상을 최소화할 수 있고, 장비의 안전성을 증대시킬 수 있으며, 용량 결합 형태의 플라즈마를 발생시켜서 매우 신속하게 플라즈마를 발생시킬 수 있기 때문에 생산성을 크게 증대시킬 수 있다.
한편, 예컨대, 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 원자층 증착 장치(100)는, 중심축부에 선단부까지 연장되는 제 1 가스 유로(F1)가 형성되고, 테두리부에 중간부까지 연장되는 제 2 가스 유로(F2)가 형성되며, 상기 선단부가 상기 바이패스 패널(21-2)을 관통하여 상기 제 1 분배 공간(B1)과 연통될 수 있고, 상기 중간부가 상기 상부 커버(22-2)를 관통하여 상기 제 2 분배 공간(B2)과 연통될 수 있도록 상기 선단부가 상기 중간부로부터 돌출되게 형성되는 다경로 가스 공급관(30)을 더 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 가스 유로(F1)는, 원자층 증착을 위한 소스 가스 공급원(S1)과 연결되고, 제 1 밸브(V1)가 설치된 소스 가스 라인(L1)과 연결되고, 상기 제 2 가스 유로(F2)는, 원자층 증착을 위한 반응 가스 공급원(S2)과 연결되고, 제 2 밸브(V2)가 설치된 반응 가스 라인(L2)과 연결될 수 있다.
또한, 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 적어도 상기 제 1 가스 유로(F1), 상기 제 2 가스 유로(F2), 상기 챔버(10) 및 이들의 조합들 중 어느 하나를 선택하여 원자층 증착을 위한 퍼지 가스 공급원(S3)과 연결되고, 제 3 밸브(V3)가 설치된 퍼지 가스 라인(L3)이 연결될 수 있다.
따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 원자층 증착 장치(100)의 작동 과정을 설명하면, 상기 제 1 가스(G1)는 소스 가스로서, 상기 제 1 가스 공급원(S1)으로부터 상기 소스 가스 라인(L1), 상기 제 1 가스 공급관(P1), 상기 다경로 가스 공급관(30)의 제 1 가스 유로(F1), 상기 제 1 층부(21)의 제 1 분배 공간(B1), 제 1 가스 분배홀부(H1)을 거쳐서 최종적으로 상기 기판(1)에 골고루 분사될 수 있다.
이어서, 상기 퍼지 가스가 상기 퍼지 가스 공급원(S3)으로부터 상술된 상기 제 1 가스의 경로를 분사될 수 있다. 이 때, 상기 퍼지 가스는 이와 동시에 후술될 상기 제 2 가스(G2)의 경로를 동시에 통과하여 상기 기판(1)으로 분사되는 것도 가능하다.
이어서, 상기 제 2 가스(G2)는 반응 가스로서, 상기 제 2 가스 공급원(S2)으로부터 상기 반응 가스 라인(L2), 상기 제 2 가스 공급관(P2), 상기 다경로 가스 공급관(30)의 제 2 가스 유로(F2), 상기 제 2 층부(22)의 제 2 분배 공간(B2), 상기 바이패스관(BP), 상기 제 2 가스 분배홀부(H2)을 거쳐서 최종적으로 상기 기판(1)에 골고루 분사될 수 있다.
이 때, 상기 제 2 가스(G2)의 경로는, 상술된 상기 제 1 가스(G1)의 경로와 겹쳐지지 않고 독립적으로 형성된 경로를 따르기 때문에 상기 제 1 가스(G1)와 반응될 수 없고, 이로 인하여 이물질이 발생되는 현상을 방지할 수 있다.
아울러, 상기 퍼지 가스는 이와 동시에 상술된 상기 제 1 가스(G1)의 경로를 동시에 통과하여 상기 기판(1)으로 분사되는 것도 가능하다.
그러나, 이러한 퍼지 가스의 분사 경로는 도면에 반드시 국한되지 않는 것으로서, 예컨대, 상기 소스 가스 라인(L1) 및 상기 반응 가스 라인(L2)에 각각 별도로 형성되는 것은 물론이고, 통합적으로 형성되는 것도 가능하다.
이어서, 이러한 소스 가스, 퍼지 가스, 반응 가스, 퍼지 가스의 순서로 반복적으로 공급이 이루어지면서 상기 기판(1)의 표면에 원자층이 형성될 수 있고, 이들 가스들은 상기 챔버(10)에 형성된 배기 라인(L4)을 따라서 외부로 배출될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 원자층 증착 장치(100)의 평가 결과를 나타내는 도표이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 챔버 내 주적 증착후 발생되는 샤워 헤드 내에서 발생되는 파티클의 개수를 측정하면, 챔버 내 누적 증착 두께에 따라 종전 샤워 헤드는 기하 급수적으로 파티클의 개수가 증대되는 반면, 본 발명의 선구 물질(소스 가스) 및 반응 가스가 분리된 샤워 헤드의 경우, 설사 챔버 내에 증착층이 누적된다 하더라도 이는 소스 가스와 반응 가스의 반응으로 인한 이물질들이 아니기 때문에 챔버 내 누적 증착 두께에 따라 파티클의 개수가 거의 증대되지 않는 것을 확인할 수 있었다.
그러므로, 상기 제 1 가스(G1)의 경로와 상기 제 2 가스(G2)의 경로가 서로 겹쳐지지 않게 독립적으로 구성된 샤워 헤드(20)를 이용하여 잔류하는 상기 제 1 가스(G1)와 상기 제 2 가스(G2) 간의 비정상적인 반응으로 인한 파티클 발생 현상을 방지할 수 있고, 이로 인하여 장비의 유지 보수 작업의 시간과 비용을 절감할 수 있어서 장비의 생산성과 기판의 수율을 향상시킬 수 있으며, 샤워 헤드(20)의 내부에서 리모트 방식의 플라즈마를 형성하여 기판의 손상을 최소화할 수 있고, 장비의 안전성을 증대시킬 수 있으며, 용량 결합 형태의 플라즈마를 발생시켜서 신속하게 플라즈마를 발생시킬 수 있기 때문에 생산성을 크게 증대시킬 수 있다.
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.
1: 기판
G1: 제 1 가스
G2: 제 2 가스
10: 챔버
A: 수용 공간
20: 샤워 헤드
20a: 가스 분사면
H1: 제 1 가스 분사홀부
H2: 제 2 가스 분사홀부
P1: 제 1 가스 공급관
P2: 제 2 가스 공급관
B1: 제 1 분배 공간
B2: 제 2 분배 공간
21: 제 1 층부
21-1: 가스 분사 패널
21-2: 바이패스 패널
BP: 바이패스관
BPa: 바이패스관 수용부
22: 제 2 층부
22-1: 스페이서
22-2: 상부 커버
E: 전극 패널
T: 단자
I: 절연 패널
30: 다경로 가스 공급관
F1: 제 1 가스 유로
F2: 제 2 가스 유로
S1: 소스 가스 공급원
S2: 반응 가스 공급원
S3: 퍼지 가스 공급원
L1: 소스 가스 라인
L2: 반응 가스 라인
L3: 퍼지 가스 라인
L4: 배기 가스 라인
V1: 제 1 밸브
V2: 제 2 밸브
V3: 제 3 밸브
100: 원자층 증착 장치

Claims (8)

  1. 기판을 수용할 수 있도록 수용 공간이 형성되는 챔버; 및
    상기 챔버에 설치되고, 상기 기판에 제 1 가스와 제 2 가스를 각각 공급할 수 있는 샤워 헤드;를 포함하고,
    상기 샤워 헤드는,
    상기 제 1 가스와 상기 제 2 가스가 각각 상기 기판의 표면에 골고루 분산될 수 있도록 가스 분사면의 표면에 서로 이격된 복수개의 제 1 가스 분사홀부들이 형성되고, 그 사이 사이에 복수개의 제 2 가스 분사홀부들이 형성되는, 원자층 증착 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 샤워 헤드는,
    상기 제 1 가스가 공급되는 상기 제 1 가스 경로와 상기 제 2 가스가 공급되는 제 2 가스 경로가 각각 독립적으로 형성되어 상기 제 1 가스와 상기 제 2 가스 간의 비정상적인 반응으로 인한 파티클 발생 현상을 방지할 수 있도록, 제 1 가스 공급관을 통해 공급된 상기 제 1 가스를 분배할 수 있는 제 1 분배 공간이 형성되고, 하면에 상기 제 1 분배 공간과 연통된 복수개의 상기 제 1 가스 분사홀부들이 형성되며, 상기 제 1 가스 분사홀부들 사이 사이에 상기 제 1 분배 공간으로부터 구별되도록 상기 제 2 가스 분사홀부가 형성된 복수개의 바이패스관들이 형성되는 제 1 층부; 및
    제 2 가스 공급관을 통해 공급된 상기 제 2 가스를 분배할 수 있는 제 2 분배 공간이 형성되고, 상기 제 2 분배 공간이 상기 제 1 층부의 상기 바이패스관들과 연통되도록 하방이 개방된 형태로 형성되는 제 2 층부;
    를 포함하는, 원자층 증착 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 층부는,
    복수개의 상기 제 1 가스 분사홀부들이 형성되고, 이들 사이 사이에 상기 바이패스관 수용부들이 형성되는 가스 분사 패널; 및
    상기 가스 분사 패널과 조립되고, 내부에 상기 제 1 분배 공간이 형성되도록 하면에 제 1 홈부가 형성되며, 상기 제 1 홈부로부터 돌출되어 상기 가스 분사 패널의 상기 바이패스관 수용부에 삽입되도록 복수개의 상기 바이패스관이 형성되고, 상면에 상기 바이패스관의 상기 제 2 가스 분사홀부가 노출되는 바이패스 패널;
    를 포함하는, 원자층 증착 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 층부는,
    상기 바이패스 패널과 조립되고, 상기 바이패스 패널의 상면에 노출된 상기 제 2 가스 분사홀부와 연통되는 상기 제 2 분배 공간이 내부에 형성되도록 전체적으로 링형상으로 형성되는 스페이서; 및
    상기 제 2 분배 공간의 상방을 밀폐할 수 있도록 상기 스페이서의 상면을 덮는 형상으로 형성되고, 상기 챔버의 상부 패널과 조립되는 상부 커버;
    를 포함하는, 원자층 증착 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 층부는,
    접지된 상기 제 1 층부와 대응되어 상기 제 1 분배 공간 또는 상기 제 2 분배 공간에 플라즈마가 발생될 수 있도록 상기 스페이서의 내부에 설치되고, 상기 상부 커버를 관통한 단자와 전기적으로 연결되는 전극 패널; 및
    상기 전극 패널과 상기 상부 커버 사이에 설치되는 절연 패널;
    을 더 포함하고,
    상기 제 2 층부의 상기 스페이서는 절연 재질로 이루어지는, 원자층 증착 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    중심축부에 선단부까지 연장되는 제 1 가스 유로가 형성되고, 테두리부에 중간부까지 연장되는 제 2 가스 유로가 형성되며, 상기 선단부가 상기 바이패스 패널을 관통하여 상기 제 1 분배 공간과 연통될 수 있고, 상기 중간부가 상기 상부 커버를 관통하여 상기 제 2 분배 공간과 연통될 수 있도록 상기 선단부가 상기 중간부로부터 돌출되게 형성되는 다경로 가스 공급관;
    을 더 포함하는, 원자층 증착 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 가스 유로는, 원자층 증착을 위한 소스 가스 공급원과 연결된 소스 가스 라인과 연결되고, 상기 제 2 가스 유로는, 원자층 증착을 위한 반응 가스 공급원과 연결된 반응 가스 라인과 연결되는, 원자층 증착 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    적어도 상기 제 1 가스 유로, 상기 제 2 가스 유로, 상기 챔버 및 이들의 조합들 중 어느 하나를 선택하여 원자층 증착을 위한 퍼지 가스 공급원과 연결된 퍼지 가스 라인이 연결되는, 원자층 증착 장치.
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KR20080013568A (ko) * 2006-08-09 2008-02-13 주식회사 아이피에스 다중소스 분사 샤워헤드

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