KR20230044959A - 샤워헤드 및 이를 이용한 기판 처리 장치 - Google Patents

샤워헤드 및 이를 이용한 기판 처리 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20230044959A
KR20230044959A KR1020220120751A KR20220120751A KR20230044959A KR 20230044959 A KR20230044959 A KR 20230044959A KR 1020220120751 A KR1020220120751 A KR 1020220120751A KR 20220120751 A KR20220120751 A KR 20220120751A KR 20230044959 A KR20230044959 A KR 20230044959A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
showerhead
hole
cross
holes
region
Prior art date
Application number
KR1020220120751A
Other languages
English (en)
Inventor
이경은
김하림
남익두
Original Assignee
에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이. filed Critical 에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이.
Publication of KR20230044959A publication Critical patent/KR20230044959A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45563—Gas nozzles
    • C23C16/45565—Shower nozzles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45544—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

기체를 공급하기 위한 샤워헤드는 상부면, 및 상기 상부면에 대향하는 하부면을 갖는 샤워헤드 본체 및 상기 기체가 상기 상부면으로부터 상기 하부면을 향하여 통과할 수 있도록 상기 샤워헤드 본체에 형성되어 있는 복수의 관통홀들을 포함하며, 상기 하부면에서의 상기 복수의 관통홀들의 각 관통홀의 단면적의 크기는 서로 동일한 반면에, 상기 상부면에서의 각 관통홀의 단면적의 크기는 상기 샤워헤드의 중심으로부터 가장자리로 갈수록 증가한다.

Description

샤워헤드 및 이를 이용한 기판 처리 장치{Showerhead and Substrate processing apparatus using the same}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 반응 챔버 내의 특정 위치에 장착되는 기판의 표면 상에 박막을 증착시키기 위해 반응 기체 등을 분사하는 샤워헤드 및 이를 이용한 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 소자 또는 디스플레이 소자 등은 기판 상에 복수개의 도전성 박막들 및/또는 절연성 박막들을 적층하고 이들 사이에 원하는 전자 회로들을 구성함으로써 제조되는 전자장치들이다. 이때, 기판 표면 상에 박막들을 증착하는 공정에 있어서 후속 공정과의 적합성 및 생산 수율을 향상시키기 위해서는 기판의 전체 표면에 걸쳐 균일한 양의 소스 기체, 반응 기체 등을 기체 공급 장치를 통해 공급하고, 그에 따라 균일한 박막을 증착해야 한다. 기판의 표면 상에 반응 기체를 균일하게 공급하기 위한 기체 공급 장치로서, 일반적으로 샤워헤드(showerhead)가 개발되어 사용되고 있다. 통상적으로, 샤워헤드에는 복수개의 수직 관통홀들이 형성되어 있고, 관통홀들은 샤워헤드의 중심 영역에서 가장자리 영역에 걸쳐 균일한 크기의 단면적을 가지기 때문에 기판 전체에 걸쳐 균일한 양의 기체를 공급할 수 있어서 기판 상에 균일한 박막을 증착할 수 있다.
그러나, 기판의 표면 상에 박막들을 증착하는 증착 공정 과정에서 반응기 내의 기판 처리 온도, 기판 처리 시간, 기판 온도, 반응 공간 내의 압력, 반응 기체의 공급량, 반응 기체의 온도, 반응 기체의 종류, 반응후 기체들의 배기 방향 등의 다양한 공정 변수들이 작용하여, 위에서 언급한 통상적인 샤워헤드를 이용하여 기판 상에 증착되는 박막들의 두께 균일도(uniformity) 및 박막들의 성장 속도(film growth rate)를 향상시키는 데 한계가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전술한 통상적인 샤워헤드의 문제점을 감안하여 기판 상에 증착되는 박막들의 두께 균일도를 향상시키고, 또한 그에 따라 증착되는 박막들의 성장 속도를 향상시킬 수 있는 샤워헤드를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 본 발명의 실시예들에 따른 샤워헤드를 이용하여 기판 상에 증착되는 박막들의 두께 균일도를 향상시키고, 또한 그에 따라 증착되는 박막들의 성장 속도를 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 데 있다.
부가적인 양태들이 이하의 설명에서 부분적으로 설명될 것이며, 부분적으로 설명으로부터 명확해지거나, 도는 본 개시의 실시예들을 실시함으로써 알 수 있을 것이다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들의 일 양태에 따르면, 기체를 공급하기 위한 샤워헤드는, 상부면, 및 상기 상부면에 대향하는 하부면을 갖는 샤워헤드 본체; 및 상기 기체가 상기 상부면으로부터 상기 하부면을 향하여 통과할 수 있도록 상기 샤워헤드 본체에 형성되어 있는 복수의 관통홀들;을 포함하며, 상기 하부면에서의 상기 복수의 관통홀들의 각 관통홀의 단면적의 크기는 서로 동일한 반면에, 상기 상부면에서의 각 관통홀의 단면적의 크기는 상기 샤워헤드의 중심으로부터 가장자리로 갈수록 증가한다.
일부 실시예들에서, 상기 상부면에서의 상기 복수의 관통홀들의 각 관통홀의 단면적의 크기는 상기 샤워헤드의 중심으로부터 가장자리로 갈수록 선형적으로 증가할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 샤워헤드는 상기 샤워헤드의 상기 중심을 포함하여 소정의 반경을 가지며 상기 복수의 관통홀들이 형성되어 있는 중앙 영역, 상기 중앙 영역의 외측에서 반경 방향으로 연달아 고리 형상으로 배치되며 각각 상기 복수의 관통홀들이 형성되어 있는 적어도 하나의 외부 영역으로 구분되며, 상기 외부 영역 내의 상기 상부면에서의 각 관통홀의 단면적의 크기는 상기 중앙 영역 내의 상기 상부면에서의 각 관통홀의 단면적의 크기보다 클 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 중앙 영역 내의 상기 상부면에서의 각 관통홀의 단면적의 크기가 서로 동일하며, 상기 외부 영역 내의 상기 상부면에서의 각 관통홀의 단면적의 크기도 서로 동일할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 중앙 영역 내의 상기 상부면에서의 각 관통홀의 단면적의 크기는 상기 샤워헤드의 중심으로부터 상기 샤워헤드의 가장자리로 갈수록 증가하며, 상기 외부 영역 내의 상기 상부면에서의 각 관통홀의 단면적의 크기도 상기 샤워헤드의 중심으로부터 상기 샤워헤드의 가장자리로 갈수록 증가할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 외부 영역은, 상기 중앙 영역의 외주를 둘러싸는 제1 외부 영역 및 상기 제1 외부 영역의 외주를 둘러싸는 제2 외부 영역을 포함하며, 상기 제2 외부 영역 내의 상기 상부면에서의 각 관통홀의 단면적의 크기는 상기 제1 외부 영역 내의 상기 상부면에서의 각 관통홀의 단면적의 크기보다 클 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 외부 영역 내에서 상기 상부면에서의 각 관통홀의 단면적의 크기는 상기 하부면에서의 각 관통홀의 단면적의 크기보다 클 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 중앙 영역 내에서 상기 상부면에서의 각 관통홀의 단면적의 크기는 상기 하부면에서의 각 관통홀의 단면적의 크기와 적어도 동일할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 외부 영역 내에서 각 관통홀의 단면적의 크기는 상기 상부면으로부터 상기 하부면까지 선형적으로 감소될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 외부 영역 내에서 각 관통홀의 단면적의 크기는 상기 상부면으로부터 상기 하부면까지 적어도 하나의 단차를 포함하여 단차적으로 감소될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 외부 영역 내에서 각 관통홀의 단면적의 크기는 상기 상부면으로부터 상기 하부면까지 동일한 크기로 유지하다가 일정 깊이에서부터 선형적으로 감소될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들의 일 양태에 따르면, 기체를 공급하기 위한 샤워헤드는, 상부면, 및 상기 상부면에 대향하는 하부면을 갖는 샤워헤드 본체; 및 상기 기체가 상기 상부면으로부터 상기 하부면을 향하여 통과할 수 있도록 상기 샤워헤드 본체에 형성되어 있는 복수의 관통홀들;을 포함하며, 상기 하부면에서의 상기 복수의 관통홀들의 각 관통홀의 단면적의 크기는 서로 동일하며, 상기 복수의 관통홀들의 각 관통홀 내부의 체적의 크기는 상기 샤워헤드의 중심으로부터 가장자리로 갈수록 증가한다.
일부 실시예들에서, 상기 복수의 관통홀들의 각 관통홀 내부의 체적의 크기는 상기 샤워헤드의 중심으로부터 가장자리로 갈수록 선형적으로 증가할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 샤워헤드는 상기 샤워헤드의 상기 중심을 포함하여 소정의 반경을 가지며 상기 복수의 관통홀들이 형성되어 있는 중앙 영역, 상기 중앙 영역의 외부에서 반경 방향으로 연달아 고리 형상으로 배치되며 각각 상기 복수의 관통홀들이 형성되어 있는 적어도 하나의 외부 영역으로 구분되며, 상기 외부 영역 내의 상기 각 관통홀 내부의 체적의 크기는 상기 중앙 영역 내의 상기 각 관통홀의 내부 체적의 크기보다 클 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 외부 영역 내의 상기 상부면에서 상기 각 관통홀의 단면적의 크기는 상기 중앙 영역 내의 상기 상부면에서 상기 각 관통홀의 단면적의 크기보다 클 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 중앙 영역 내의 상기 각 관통홀 내부의 체적의 크기가 서로 동일하며, 상기 외부 영역 내의 상기 각 관통홀 내부의 체적의 크기도 서로 동일할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 외부 영역은, 상기 중앙 영역의 외주를 둘러싸는 제1 외부 영역 및 상기 제1 외부 영역의 외주를 둘러싸는 제2 외부 영역을 포함하며, 상기 제2 외부 영역 내의 상기 각 관통홀 내부의 체적의 크기는 상기 제1 외부 영역 내의 상기 각 관통홀 내부의 체적의 크기보다 클 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 외부 영역은, 상기 중앙 영역의 외주를 둘러싸는 제1 외부 영역 및 상기 제1 외부 영역의 외주를 둘러싸는 제2 외부 영역을 포함하며, 상기 제2 외부 영역 내의 상기 상부면에서의 각 관통홀의 단면적의 크기는 상기 제1 외부 영역 내의 상기 상부면에서의 각 관통홀의 단면적의 크기보다 클 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들의 일 양태에 따르면, 기판 처리 장치는, 반응 챔버; 상기 반응 챔버 내에 위치된 기판 지지대; 및 상기 기판 지지대 상부에 위치하여 상기 기판 지지대와의 사이에 형성되는 반응 공간에 기체를 공급하기 위한 샤워헤드;를 포함하며, 상기 샤워헤드는 상부면, 및 상기 상부면에 대향하는 하부면을 갖는 샤워헤드 본체 및 상기 기체가 상기 상부면으로부터 상기 하부면을 향하여 통과할 수 있도록 상기 샤워헤드 본체에 형성되어 있는 복수의 관통홀들을 포함하며, 상기 하부면에서의 상기 복수의 관통홀들의 각 관통홀의 단면적의 크기는 서로 동일한 반면에, 상기 상부면에서의 각 관통홀의 단면적의 크기는 상기 샤워헤드의 중심으로부터 가장자리로 갈수록 증가한다.
일부 실시예들에서, 상기 복수의 관통홀들의 각 관통홀 내부의 체적의 크기는 상기 샤워헤드의 중심으로부터 상기 샤워헤드의 가장자리로 갈수록 증가할 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적 실시예들에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2a는 본 발명의 예시적 실시예들에 따른 샤워헤드를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 2b는 본 발명의 예시적 실시예들에 따른 샤워헤드의 구성을 설명하기 위해 도 2a의 샤워헤드를 개념화하여 간략히 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 예시적 실시예들에 따른 샤워헤드와 비교하기 위한 종래의 샤워헤드의 개략적인 수직 단면도이다.
도 4는 본 발명의 예시적 실시예들에 따른 샤워헤드의 개략적인 수직 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 예시적 실시예들에 따른 샤워헤드의 개략적인 수직 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또다른 예시적 실시예들에 따른 샤워헤드의 개략적인 수직 단면도이다.
도 7은 본 발명의 예시적 실시예들에 따른 샤워헤드와 종래의 샤워헤드에 대한 증착된 박막의 두께와 두께 균일도를 비교한 도면이다.
도 8은 본 발명의 예시적 실시예들에 따라 기판 상에 형성된 박막의 두께와 종래의 샤워헤드를 적용하여 기판 상에 형성된 박막의 두께를 위치별로 상대적으로 비교한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
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, 단계, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제1, 제2, 등의 용어가 다양한 부재, 영역 및/또는 부위들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부위들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열의 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역 또는 부위를 다른 부재, 영역 또는 부위와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역 또는 부위는 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역 또는 부위를 지칭할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 예시적 실시예들에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 기판 처리 장치(1)는 반응기벽(2), 및 상기 반응기벽(2)의 상측에 설치된 기체 공급부를 포함한다. 상기 기체 공급부는 기체 유입부(3)와 기체 분사부(15)를 포함하며, 이하 기체 분사부(15)는 샤워헤드(15)로 지칭한다. 상기 기체 공급부는 상기 반응기벽(2)의 상측을 덮으면서 상기 반응기벽(2)과 함께 그 내부에 일정한 공간을 갖는 반응 챔버를 구성한다. 반응 챔버의 대략 중앙 부분에는 기판 지지대로서 히팅 블록(4)이 제공되며, 히팅 블록(4)은 반응기벽(2)의 바닥면(2b)에 지지된 히팅 블록 지지부(5)에 의해 지지되며, 히팅 블록 지지부(5)는 히팅 블록(4)을 수직 방향으로 승강하거나 수평 방향으로 이동하거나 일정한 경사 각도로 기울어지게(tilting) 할 수 있다. 히팅 블록(4)은 수평 방향으로 연장된 수평 연장부(4a)를 구비하고 있으며, 처리되어질 기판(19)이 안착될 수 있는 기판 지지대로서의 역할을 한다. 히팅 블록(4)의 하부에는 반응기벽(2)과의 사이에 하부 공간(10)이 형성된다.
한편, 반응기벽(2)은 중간 부분에 반응 챔버 내측으로 그리고 원주 방향을 따라 돌출된 돌출부(2a)가 형성되며, 상기 돌출부(2a)는 히팅 블록(4)이 상승된 위치 또는 기판(19)에 대한 공정이 진행되는 위치에 대응하여 상기 돌출부가 상기 히팅 블록(4)의 수평 방향으로 연장된 수평 연장부(4a)를 둘러싸며 근접하도록 위치된다. 반응기벽(2)의 돌출부(2a)의 단부 부근에는 단차 부분이 형성되어 있으며, 단차 부분에는 제1 기체 흐름 제어링(9) 및 제2 기체 흐름 제어링(8)이 탑재되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 예를 들어 제1 기체 흐름 제어링(9)은 상기 돌출부(2a)의 상면에 상기 히팅 블록(4)의 수평 연장부(4a)를 둘러싸는 형태로 탑재되어 있으며, 제2 기체 흐름 제어링(8)은 제1 기체 흐름 제어링(9)의 상면에 역시 상기 히팅 블록(4)의 수평 연장부(4a)를 둘러싸는 형태로 탑재되어 있다. 따라서, 상기 히팅 블록(4)의 수평 연장부(4a)의 외측면과 상기 제2 기체 흐름 제어링(8)의 내측면은 일정한 간격을 가지고 서로 이격된다. 이러한 이격된 간격은 히팅 블록(4)의 승강을 용이하게 해준다.
한편, 반응기벽(2)의 상기 돌출부(2a) 상에는 배기부(6)가 탑재되어 있다. 배기부(6)는 단면 형상이 하부가 개방된 원통 형상이 상기 반응기벽(2)의 내측면을 따라 원주 방향으로 배치된 형태를 갖는다. 따라서, 배기부(6)와 상기 제1 기체 흐름 제어링(9) 및 제2 기체 흐름 제어링(8)으로 둘러싸인 배기 공간(7)이 형성된다. 상기 제2 기체 흐름 제어링(8)을 마주보며 반응기벽(2)에 배치되지 않는 배기부(6)의 하부 단부와 제2 기체 흐름 제어링(8) 사이에는 일정한 간극이 유지되도록 배치되어, 반응 챔버 내에서 처리된 배기 가스들이 상기 간극을 통해 배기 공간(7)으로 들어갈 수 있다. 배기 공간(7)에 들어간 배기 가스들은 배기부(6)의 일측면에에 형성된 배기 포트(18)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
전술한 바와 같이, 반응 챔버의 상측에는 기체 공급부가 배치된다. 기체 공급부는 기체 유입부(3)와 샤워헤드(15)로 구성된다. 기체 유입부(3)에는 공정에 필요한 소스 가스, 반응 가스, 퍼지 가스 등의 공정 가스(13)가 유입될 수 있는 기체 유입구(12)가 설치되어 있다. 기체 분사부(15), 예를 들어 샤워헤드(15)에는 원판 형상의 샤워헤드 본체(16)에 복수의 관통홀들(17)이 형성되어 있으며, 기체 유입구(12)를 통해 유입된 공정 가스는 복수의 관통홀들(17)을 통해 히팅 블록(4) 상에 안착된 기판(19) 상으로 공급된다. 샤워헤드(15)는 외측 가장자리 부근이 배기부(6) 또는 반응기벽(2)의 상측에 탑재되어 반응 챔버를 밀폐시키게 된다. 샤워헤드(15)의 하부면, 히팅 블록(4)의 상부면, 및 배기부(6)의 내측면에 의해 둘러싸인 공간은 반응 공간(11)을 형성한다.
공정 가스(13)의 흐름을 살펴보면, 기체 유입구(12)를 통해 반응 챔버 내로 유입된 공정 가스(13)는 샤워헤드(15)에 형성된 복수의 관통홀들(17)을 통해 반응 공간(11) 내로 투입되고, 반응 공간(11)에서 기판(19)에 대해 화학 반응이 종료된 공정 가스 또는 부산물 등의 배기 가스는 배기부(6) 내의 배기 공간(7)을 거쳐 배기 포트(18)를 통해 외부로 배출된다. 한편, 히팅 블록(4) 하부의 하부 공간(10)에는 충전 기체(filling gas)(14)가 공급되어 그 내부를 충전하며, 하부 공간(10)에 충전된 충전 가스는 반응 공간(11)에서 배기 공간(7)으로 배기되는 배기 가스들 또는 공정 가스(13)가 히팅 블록(4)과 제2 기체 흐름 제어링(8) 사이의 간극을 통해 하부 공간(10)으로 침투되는 것을 방지할 수 있다.
도 2a는 본 발명의 예시적 실시예들에 따른 샤워헤드(15)를 개략적으로 나타낸 평면도이다. 도 2b는 본 발명의 예시적 실시예들에 따른 샤워헤드의 구성을 설명하기 위해 도 2a의 샤워헤드를 개념화하여 간략히 도시한 도면이다. 도 2a 및 2b를 도 1과 함께 참조하면, 샤워헤드(15)는 중앙 부분에 복수의 관통홀들(17)이 형성된 관통홀 영역과, 상기 관통홀 영역을 둘러싸면서 관통홀들이 형성되지 않고 원주 방향으로 연장된 외측 연장 영역을 포함하며, 외측 연장 영역은 반응기벽(2) 또는 배기부(6)의 상측에 탑재되어 반응 챔버의 상측을 덮는다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 예시적 실시예들에 따른 샤워헤드에서는 샤워헤드(15)의 중심으로부터 반경 방향 외측으로 고리 모양의 하위 관통홀 그룹들이 연달아 배치된다. 본 명세서에서 사용된 '하위 관통홀 그룹'은 샤워헤드(15)의 중심을 축으로 하여 원주 방향으로 샤워헤드(15)의 중심으로부터 대략 동일한 반경을 가지면서 샤워헤드 본체(16)에 형성된 복수의 관통홀들의 그룹을 의미한다. 따라서, 하나의 '하위 관통홀 그룹'에는 복수의 관통홀들이 형성되며, 각각의 '하위 관통홀 그룹'에 포함되는 관통홀들의 수는 특정하게 제한되는 것은 아니다. 구체적으로는, 도 2a에 도시된 바와 같이, 예를 들어 샤워헤드의 중앙 영역(A)에는 샤워헤드(15)의 중심으로부터 가장자리 방향으로 9 개의 하위 관통홀 그룹이 형성되어 있다. 각각의 하위 관통홀 그룹에 포함된 관통홀(17)들의 수는 상이할 수 있으며, 만일 하나의 하위 관통홀 그룹에서 인접한 관통홀(17)들 사이의 간격이 일정하다면 샤워헤드(15)의 중심으로부터 가장자리 방향으로 각 하위 관통홀 그룹에 포함된 관통홀들의 수는 증가할 것이다.
한편, 샤워헤드(15)의 중심으로부터 반경 방향 외측으로 배열된 복수의 하위 관통홀 그룹들을 그룹핑하여 '상위 관통홀 그룹'으로 정의할 수 있다. 본 명세서에 사용된 '상위 관통홀 그룹'은 샤워헤드(15)의 중심으로부터 반경 방향 외측으로 배열된 복수의 하위 관통홀 그룹들을 반경을 기준으로 서로 인접한 복수의 하위 관통홀 그룹들을 그룹핑한 것이다. 즉, 하나의 '상위 관통홀 그룹' 내에는 복수의 '하위 관통홀 그룹'이 포함될 수 있다. 예를 들어, 도 2a에 도시된 바와 같이, 중앙 영역(A)에는 9 개의 하위 관통홀 그룹들이 배치되며, 중앙 영역(A) 내에 포함된 전체 관통홀들을 하나의 상위 관통홀 그룹으로 구분할 수 있다. 또한, 제1 외부 영역(B)(또는 중간 영역(B)) 내에 포함된 전체 관통홀들을 다른 하나의 상위 관통홀 그룹으로 구분할 수 있다. 또한, 제2 외부 영역(C)(또는 가장자리 영역(C)) 내에 포함된 전체 관통홀들을 또 다른 하나의 상위 관통홀 그룹으로 구분할 수 있다.
한편, 하위 관통홀 그룹들은 동심원상으로 인접한 하위 관통홀 그룹들과 반경 방향으로 일정한 간격을 유지하면서 배치될 수 있지만, 그러나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니며, 하위 관통홀 그룹들은 동심원상으로 인접한 하위 관통홀 그룹들과 서로 상이한 간격을 유지하면서 연달아 배치될 수 있다. 한편, 각각의 상위 관통홀 그룹 내의 복수의 하위 관통홀 그룹들은 반경 방향으로 서로 일정한 간격을 유지하며 배치되지만, 인접한 다른 상위 관통홀 그룹들에서 복수의 하위 관통홀 그룹들 사이의 간격과는 상이할 수 있다. 한편, 각각의 하위 관통홀 그룹 내에서 관통홀(17)들은 원주 방향을 따라 인접한 관통홀(17)과 일정한 간격으로 배치될 수 있거나, 또는 상이한 간격으로 배치될 수 있다.
도 3은 본 발명의 예시적 실시예들에 따른 샤워헤드와 비교하기 위한 종래의 샤워헤드(15a)의 개략적인 수직 단면도이다. 도 3을 도 2b와 함께 참조하면, 샤워헤드(15a)의 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에서 샤워헤드 본체(16)에 형성된 복수의 관통홀(17) 중의 대표적인 하나의 관통홀(17)들의 수직 단면도를 비교의 편의상 인접하게 배치하여 나타냈다. 화살표 '50'은 기체의 흐름 방향을 나타내며, 기체 유입부(3)를 통해 유입된 기체는 샤워헤드(15a)의 상부면(20)으로부터 하부면(30)으로 관통홀(17)을 통해 반응 공간(11) 내로 공급된다.
도 3을 참조하면, 샤워헤드(15a)의 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 형성된 관통홀(17)들은 하부면(30)에서의 단면의 직경이 각각 'a', 'b', 및 'c'이며, 상부면(20)에서의 단면의 직경이 각각 'a1', 'b1', 및 'c1'이다. 여기서, a=b=c이고, a1=b1=c1이며, 각 관통홀(17)은 원기둥 형상을 갖기 때문에 샤워헤드(15a)의 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 형성된 관통홀(17)들은 상부면(20) 및 하부면(30)에서 단면적들의 크기가 서로 동일하다. 또한, 각 관통홀(17)이 상부면(20)에서 하부면(30)에 이르기까지 동일한 직경을 갖는 원기둥 형상을 갖기 때문에 샤워헤드(15a)의 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 형성된 각 관통홀(17) 내부의 체적의 크기도 서로 동일하다(즉, Va1=Vb1=Vc1). 따라서, 샤워헤드(15a)의 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 형성된 관통홀(17)들을 통과하는 기체의 유량은 각 관통홀(17) 마다 동일할 수 있다.
한편, 도 3을 도 2와 함께 참조하면, 종래의 샤워헤드의 경우 샤워헤드(15a)의 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각의 '상위 관통홀 그룹'에 형성된 각각의 '하위 관통홀 그룹'들에서 각 관통홀(17)의 하부면(30) 및 상부면(20)에서의 단면의 직경은 모두 동일하고, 따라서 하부면(30) 및 상부면(20)에서의 각 관통홀(17)의 단면적의 크기도 동일하며, 또한 각 관통홀(17) 내부의 체적의 크기도 동일하다.
도 4는 본 발명의 예시적 실시예들에 따른 샤워헤드의 개략적인 수직 단면도이다.
도 4를 참조하면, 샤워헤드(15b)의 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 형성된 관통홀(17)들은 하부면(30)에서의 단면의 직경이 각각 'a', 'b', 및 'c'이며, 상부면(20)에서의 단면의 직경이 각각 'a2', 'b2', 및 'c2'이다. 여기서, 샤워헤드(15b)의 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 형성된 관통홀(17)들은 하부면(30)에서의 단면의 직경은 서로 동일하다(즉, a=b=c). 도 1에 도시된 바와 같이, 샤워헤드(15)에 RF 전력을 공급하여 기판(19) 위의 반응 공간(11)에서 기판(19)에 대하여 플라즈마 공정을 수행하는 경우, 반응 공간(11)과 접하는 샤워헤드(15)의 하부면(30)에서 관통홀(17)의 크기가 클 경우 관통홀(17) 주변에서 전기적 방전이 일어날 수 있고, 관통홀(17)의 가장자리 부근에서 아킹(arching)이 발생할 수 있으므로, 샤워헤드(15) 하부면(30)의 관통홀(17)의 단면 크기는 비교적 작고 샤워헤드(15)의 하부면(30)에 걸쳐서 균일하게 하는 하는 것이 바람직하다.
한편, 샤워헤드(15b)의 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 형성된 관통홀(17)들의 상부면(20)에서의 단면의 직경은 상이할 수 있다. 도 4에서는, 샤워헤드(15b)의 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 형성된 관통홀(17)들은 상부면(20)에서의 단면의 직경들이 샤워헤드(15b)의 중심에서 가장자리로 갈수록 선형적으로 증가하는 것을 나타낸다(즉, a2<b2<c2).
본 명세서에서 사용된 '단면의 직경이 선형적(linearly)으로 증가한다'라는 것은, 도 4에 도시된 바와 같이 샤워헤드(15b)의 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 대표적으로 형성된 각 관통홀(17)들의 상부면(20)에서의 단면의 직경이 샤워헤드(15b)의 중심에서 샤워헤드(15b)의 가장자리로 갈수록, 즉 '상위 관통홀 그룹' 단위로 샤워헤드(15b)의 중앙 영역(A)에서 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)으로 갈수록 선형적으로 증가한다는 것을 의미할 뿐만 아니라(여기서, '상위 관통홀 그룹' 단위인 샤워헤드(15b)의 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B), 및 제2 외부 영역(C)에 있어서, 동일 관통홀 그룹 내의의 복수의 관통홀(17)들의 상부면(20)에서의 단면의 직경은 동일함), 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이 샤워헤드(15b)의 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각의 '상위 관통홀 그룹' 자체 내에서 반경 방향으로 인접하여 형성된 '하위 관통홀 그룹'들 사이에서도 각 관통홀(17)들의 상부면(20)에서의 단면의 직경이 샤워헤드의 가장자리 방향을 향해 반경 방향으로 선형적으로 증가한다는 것도 의미한다(여기서, '상위 관통홀 그룹' 단위인 샤워헤드(15b)의 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B), 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 배치되는 복수의 관통홀(17)들의 상부면(20)에서의 단면의 직경은 상이함). 환언하면, 샤워헤드(15b)의 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각의 영역들 내에서 복수의 관통홀(17)들의 상부면(20)에서의 단면의 직경들은 동일하지만 샤워헤드(15b)의 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각의 영역들 사이에서는 관통홀(17)들의 상부면(20)에서의 단면의 직경은 샤워헤드(15b)의 가장자리로 갈수록 증가할 수 있으며, 다른 실시예들에서는 샤워헤드(15b)의 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각의 영역들 자체 내에서도 복수의 관통홀(17)들의 상부면(20)에서의 단면의 직경들이 상이하고 샤워헤드(15b)의 중심에서 가장자리로 갈수록 각각 증가할 수 있다.
본 발명의 추가의 실시예에서는, 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 형성된 관통홀(17)들의 상부면(20)에서의 단면의 직경은 동일할 수 있다. 즉, 샤워헤드(15b)의 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 형성된 관통홀(17)들은 상부면(20)에서의 단면의 직경들이 샤워헤드(15b)의 중심에서 가장자리로 갈수록 증가할 수 있다(즉, a2<b2=c2).
한편, 샤워헤드(15b)의 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 형성된 관통홀(17)들은 하부면(30)에서의 단면의 직경은 서로 동일하며(즉, a=b=c), 샤워헤드(15b)의 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 형성된 관통홀(17)들의 상부면(20)에서의 단면의 직경들은 샤워헤드(15b)의 중심에서 가장자리로 갈수록 선형적으로 증가하며(즉, a2<b2<c2 또는 a2<b2=c2), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각 관통홀(17)들의 상부면(20)의 단면의 직경은 해당하는 관통홀(17)의 하부면(30)의 단면의 직경보다 크다(즉, b<b2, c<c2). 일부 실시예에서는, 중앙 영역(A)에서의 각 관통홀(17)들의 상부면(20)의 단면의 직경(a2)은 해당하는 관통홀(17)의 하부면(30)의 단면의 직경(a)과 적어도 동일할 수 있다(즉, a?a2).
한편, 전술한 설명들에서 상부면(20) 및 하부면(30)에서의 각 관통홀(17)들의 단면 형상을 원형이라는 가정하에 각 관통홀(17)들의 상부면(20) 및 하부면(30)에서의 단면적의 크기를 원형의 단면의 직경을 기준으로 비교하였지만(S= ð R2, 여기서 S는 원의 단면적, R은 원의 반경), 상부면(20) 및 하부면(30)에서의 각 관통홀(17)들의 단면 형상은 원형으로 제한되는 것은 아니며, 타원형 또는 다각형 등의 다양한 형상들로 형성될 수 있다.
한편, 샤워헤드(15b)의 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 형성된 관통홀(17)들은 하부면(30)에서 단면적들의 크기는 서로 동일하지만, 상부면(20)에서의 관통홀(17)들의 단면적의 크기는 상기 각 영역들 사이에서 상이하며, 특히 전술한 바와 같이 샤워헤드(15b)의 중심에서 가장자리로 갈수록 증가한다. 또한, 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C) 내의 각 관통홀(17)의 수직 형상은 각 관통홀(17)의 단면적의 크기가 상부면(20)에서 하부면(30)으로 갈수록 선형적으로 감소하는 역원뿔대 형상(reverse truncated cone shape)일 수 있기 때문에 각 관통홀(17) 내부의 체적의 크기는 샤워헤드(15b)의 중심에서 가장자리로 갈수록 선형적으로 증가한다(즉, Va2<Vb2<Vc2). 원뿔대의 체적 공식{V=1/3ðh(r2 + rR + R2), 여기서 V는 원뿔대 체적, h는 원뿔대 높이, r은 원뿔대 상부면의 반경(즉, 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)에서 샤워헤드 본체의 관통홀들이 역원뿔대를 나타내는 도 4에서 1/2a, 또는 1/2b, 또는 1/2c), R은 원뿔대 하부면의 반경(즉, 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)에서 샤워헤드 본체의 관통홀들이 역원뿔대를 나타내는 도 4에서 1/2a2, 또는 1/2b2, 또는 1/2c2)}에 따르면, 원뿔대의 높이 h 및 원뿔대 상부면의 반경 r이 일정하면 원뿔대 하부면의 반경 R이 증가할수록 원뿔대 체적 V가 커진다. 즉, 예를 들어 도 4의 제1 외부 영역(B)을 기준으로 하면, 관통홀(17)의 수직 높이(h) 및 관통홀(17)의 하부면(30)의 반경(직경 b의 1/2)이 일정하면 관통홀(17) 상부면(20)의 반경(직경 b2의 1/2)이 커질수록 관통홀(17) 내부의 체적은 증가한다. 한편, 전술한 바와 같이, 중앙 영역(A)에서의 관통홀(17)의 상부면(20)에서의 단면적 크기는 하부면(30)에서의 단면적 크기보다 적어도 동일하고, 외부 영역(즉, 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C))의 상부면(20)에서의 관통홀(17)의 단면적의 크기가 샤워헤드(15b)의 중심에서 가장자리로 갈수록 커지기 때문에 각 관통홀(17) 내부의 체적의 크기는 샤워헤드(15b)의 중심에서 가장자리로 갈수록 선형적으로 증가한다(즉, Va2<Vb2<Vc2).
본 명세서에서 사용된 '체적의 크기가 선형적(linearly)으로 증가한다'라는 것은, 전술한 '단면의 직경이 선형적으로 증가한다'라는 것과 동일 또는 유사한 개념으로 사용된다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 샤워헤드(15b)의 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 대표적으로 형성된 각 관통홀(17)들 내부의 체적은 샤워헤드(15b)의 중심에서 샤워헤드(15b)의 가장자리로 갈수록 선형적으로 증가한다는 것을 의미할 뿐만 아니라(여기서, '상위 관통홀 그룹' 단위인 샤워헤드(15b)의 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B), 및 제2 외부 영역(C)에 있어서 동일한 영역에 배치되는 복수의 관통홀(17)들의 내부 체적은 동일함), 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이 샤워헤드(15b)의 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각의 '상위 관통홀 그룹' 자체 내에서 반경 방향으로 인접하여 형성된 '하위 관통홀 그룹'들 사이에서도 각 관통홀(17)들의 내부 체적이 반경 방향으로 샤워헤드의 가장자리 방향을 향해 선형적으로 증가한다는 것도 의미한다(여기서, '상위 관통홀 그룹' 단위인 샤워헤드(15b)의 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B), 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 배치는 복수의 관통홀(17)들의 상부면(20)에서의 단면의 직경은 상이함)(즉, Va2<Vb2<Vc2).
본 발명의 추가의 실시예에서는, 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 형성된 관통홀(17)들의 상부면(20)에서의 단면의 직경은 동일할 수 있으며, 이때 샤워헤드(15b)의 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 형성된 관통홀(17)들의 체적은 샤워헤드(15b)의 중심에서 외부 영역(B, C)으로 갈수록 증가할 수 있다(즉, a2<b2=c2 및 Va2<Vb2=Vc2).
따라서, 샤워헤드(15b)의 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 형성된 각 관통홀(17)들을 통과하는 기체의 유량은 샤워헤드(15b)의 중심에서 가장자리로 갈수록 증가한다. 이는 반응 공간(11)의 중심 영역보다 가장자리 영역에 공급되는 기체의 유량이 더 크다는 것을 의미한다.
일반적으로 종래 기술에 있어서는 반응 공간에서, 예를 들어 원자층 증착법(ALD)에 의해 기판 상에 박막을 증착할 때, 원자층 증착법의 각 단계별로 공급되는 소스 가스, 반응 가스 또는 퍼지 가스 등의 유량이 변동하기 때문에 반응 공간 내에서의 공정 압력은 수시로 변하게 되고, 그리고 비대칭적인 배기 방향 등의 다양한 공정 변수들로 인해 기판 상에 증착되는 박막의 두께가 기판의 중심 영역보다 기판의 가장자리 영역에서 더 두껍게 형성된다는 문제점이 있었다. 이러한 문제점은, 기판 전체에 걸쳐 증착된 박막의 두께 균일도를 떨어뜨리고, 이는 결과적으로 불균일한 두께를 갖는 박막에 대한 후속 공정이 매끄럽지 않게 진행되며, 전자 소자의 신뢰성도 떨어지게 하는 요인이 된다.
그러나, 본 발명의 실시예들에 따르면 반응 공간(11)의 중심 영역보다 반경 방향으로 반응 공간(11)의 가장자리 영역에 공급되는 소스 가스, 반응 가스 또는 퍼지 가스 등의 공급 유량이 더 많게 되며, 결과적으로 후술하는 바와 같이 기판(19) 상에 증착되는 박막의 두께 균일도가 기판(19)의 전체에 걸쳐 매우 양호하게 되고, 이는 결과적으로 균일한 두께를 갖는 박막 상에 진행되는 후속 공정이 원활할 뿐만 아니라, 이러한 균일한 두께의 박막을 포함하는 전자 소자의 신뢰성도 매우 높아지게 된다. 또한 후술하는 바와 같이 증착되는 박막의 성장 속도도 매우 향상되어 공정 시간도 단축될 수 있다. 본 발명에 따른 장점들에 대해서는 뒤에서 좀더 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 다른 예시적 실시예들에 따른 샤워헤드(15c)의 개략적인 수직 단면도이다. 도 4의 실시예들에 따른 샤워헤드(15b)에 대한 설명과 중복되는 설명은 가능한 한 생략한다.
도 5를 참조하면, 관통홀(17)들의 수직 형상이 역원뿔대 형상(reverse truncated cone shape)인 도 4의 샤워헤드(15b)와 비교하여, 샤워헤드(15c)에서 관통홀(17)의 수직 형상은 직경이 다른 원기둥들이 결합된 형태로서 수직으로 인접한 원기둥들 사이에는 단차가 형성된다는 점에서 상이하다. 도 5의 샤워헤드(15c)에서는, 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 형성된 관통홀(17)들의 하부면(30)에서의 단면의 직경이 각각 'a', 'b', 및 'c'이며, 상부면(20)에서의 단면의 직경이 각각 'a3', 'b3', 및 'c3'이다. 샤워헤드(15c)의 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 형성된 관통홀(17)들은 하부면(30)에서의 단면의 직경은 서로 동일하다(즉, a=b=c).
한편, 샤워헤드(15c)의 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 형성된 관통홀(17)들의 상부면(20)에서의 단면의 직경은 상이할 수 있으며, 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 형성된 관통홀(17)들은 상부면(20)에서의 단면의 직경들이 샤워헤드(15c)의 중심에서 가장자리로 갈수록 선형적으로 증가하는 것을 나타낸다(즉, a3<b3<c3). 한편, 전술한 바와 같이, '단면의 직경이 선형적 증가한다'라는 것은, 샤워헤드(15c)의 상위 관통홀 그룹들인 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에서 대표적으로 도시한 각 관통홀(17)들을 비교할 경우 상부면(20)에서의 단면의 직경이 샤워헤드(15c)의 중심에서 샤워헤드(15c)의 가장자리로 갈수록 선형적으로 증가한다는 것을 의미할 뿐만 아니라, 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 상위 관통홀 그룹들 각각의 자체 내에서 반경 방향으로 고리 모양으로 연달아 형성된 복수의 하위 관통홀 그룹들 중에서 인접한 하위 관통홀 그룹들의 관통홀들 사이를 비교할 경우에도 상부면(20)에서의 단면의 직경이 선형적으로 증가한다는 것을 배제하는 것은 아니다.
본 발명의 추가의 실시예에서는, 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 형성된 관통홀(17)들의 상부면(20)에서의 단면의 직경은 동일할 수 있다(즉, b3=c3). 한편, 샤워헤드(15c)의 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 형성된 관통홀(17)들은 각 관통홀(17)들의 상부면(20)의 단면의 직경은 해당하는 관통홀(17)의 하부면(30)의 단면의 직경보다 크다(즉, b<b3, c<c3). 한편, 중앙 영역(A)에서의 각 관통홀(17)들의 상부면(20)의 단면의 직경(a3)은 해당하는 관통홀(17)의 하부면(30)의 단면의 직경(a)과 동일하거나(즉, a=a3), 또는 클 수 있다(a<a3). 또한, 상부면(20) 및 하부면(30)에서의 각 관통홀(17)들의 단면 형상을 원형이라는 가정하에 각 관통홀(17)들의 단면적의 크기를 단면의 직경을 기준으로 비교하였지만, 각 관통홀(17)들의 단면 형상은 타원형 또는 다각형 등의 다양한 형상들로 형성될 수 있다.
한편, 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C) 내의 관통홀(17)의 수직 형상은 관통홀(17)의 단면적의 크기가 상이한 원기둥이 수직적으로 결합된 형태일 수 있다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 관통홀(17)은 제1 외부 영역(B)에서 관통홀(17)의 상측에 형성된 직경 b3, 높이 h1인 상측 원기둥 및 하측에 형성된 직경 b, 높이 h2인 하측 원기둥이 결합된 형상을 갖는다. 따라서 도 4에 도시된 관통홀(17)과 비교할 때 도 4의 관통홀(17)은 관통홀(17)의 직경이 상부면(20)에서 하부면(30)으로 갈수록 선형적으로 감소하지만, 도 5의 관통홀(17)은 관통홀(17)의 직경이 상부면(20)에서 하부면(30)까지의 중간에 적어도 하나의 단차 부분을 포함한다. 도 5에서는 관통홀(17)이 2 개의 원기둥이 결합된 형태이기 때문에 단차 부분이 하나이지만, 본 발명은 이에 제한되지 않고, 3 개 이상의 원기둥이 결합된 형태로 되어 그에 해당하는 만큼의 단차 부분들이 더 형성될 수 있다.
도 5의 관통홀(17) 내부의 체적의 크기는 상측 원기둥 및 하측 원기둥의 체적의 합이라 할 수 있다. 원기둥의 체적 공식(V=ðr2h, 여기서 V는 원기둥의 체적, h는 원기둥의 높이, r은 원기둥의 반경)에 따르면, 원기둥의 높이 h가 일정하면 원기둥의 반경 r이 증가할수록 원기둥의 체적 V가 커진다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 외부 영역(B)과 제2 외부 영역(C)에서의 관통홀(17) 내부의 체적을 비교해보면, 하부면(30)에서의 관통홀(17)의 직경이 동일(즉, b=c)하기 때문에 제1 외부 영역(B)과 제2 외부 영역(C)에서의 관통홀(17)의 하측 원기둥의 체적은 동일하며, 상측 원기둥의 체적은 상부면(20)에서의 관통홀(17)의 직경이 상이(b3<c3)하기 때문에 제2 외부 영역(C)에서의 체적이 더 크다. 또한, 중앙 영역(A)에서의 관통홀(17)의 상부면(20)에서의 직경 a3가 하부면(30)에서 직경 a와 동일하거나(a=a3), 또는 더 클(a<a3) 수 있기 때문에 관통홀(17) 내부의 체적은 샤워헤드(15c)의 중심에서 가장자리로 갈수록 선형적으로 증가한다(즉, Va3<Vb3<Vc3).
한편, '체적이 선형적으로 증가한다'라는 것은, 샤워헤드(15c)의 상위 그룹들인 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 대표적으로 도시한 각 관통홀(17)들을 비교할 경우 각 관통홀(17)들의 내부 체적이 샤워헤드(15c)의 중심에서 샤워헤드(15c)의 가장자리로 갈수록 선형적으로 증가한다는 것을 의미할 뿐만 아니라, 상위 관통홀 그룹인 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각의 자체 내에서도 반경 방향으로 고리 모양으로 연달아 형성된 복수의 하위 관통홀 그룹들 중에서 인접한 하위 관통홀 그룹들의 내의 관통홀(17)들 사이를 비교할 경우에도 관통홀(17) 내부의 체적이 샤워헤드의 가장자리 방향을 향해 선형적으로 증가한다는 것도 의미한다.
본 발명의 추가의 실시예에서는, 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 형성된 관통홀(17)들의 상부면(20)에서의 단면의 직경은 동일할 수 있으며, 이때 샤워헤드(15c)의 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 형성된 관통홀(17)들의 체적은 샤워헤드(15c)의 중심에서 외부 영역(B, C)으로 갈수록 증가할 수 있다(즉, a3<b3=c3 및 Va3<Vb3=Vc3).
결론적으로, 샤워헤드(15c)의 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 형성된 각 관통홀(17)들을 통과하는 기체의 유량은 샤워헤드(15c)의 중심에서 가장자리로 갈수록 증가한다. 이는 반응 공간(11)의 중심 영역보다 가장자리 영역에 공급되는 기체의 유량이 더 크다는 것을 의미한다.
따라서, 본 발명의 실시예들에 따르면, 전술한 바와 같이 반응 공간(11)의 중심 영역보다 반응 공간(11)의 가장자리 영역으로 공급되는 기체의 유량이 더 많게 되어, 기판(19) 상에 증착되는 박막의 두께 균일도가 매우 양호하게 되고, 또한 증착되는 박막의 성장 속도도 매우 향상된다.
도 6은 본 발명의 또다른 예시적 실시예들에 따른 샤워헤드(15d)의 개략적인 수직 단면도이다. 도 4 및 도 5의 실시예들에 따른 샤워헤드(15b, 15c)에 대한 설명과 중복되는 설명은 가능한 한 생략한다.
도 6을 참조하면, 관통홀(17)들의 수직 형상이 도 4의 원뿔대 형상과 도 5의 원기둥 형상이 결합된 형태라고 볼 수 있다. 도 6의 샤워헤드(15d)에서는, 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 형성된 관통홀(17)들의 하부면(30)에서의 단면의 직경이 각각 'a', 'b', 및 'c'이며, 상부면(20)에서의 단면의 직경이 각각 'a4', 'b4', 및 'c4'이다. 샤워헤드(15c)의 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 형성된 관통홀(17)들은 하부면(30)에서의 단면의 직경은 서로 동일하다(즉, a=b=c).
한편, 샤워헤드(15d)의 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 형성된 관통홀(17)들의 상부면(20)에서의 단면의 직경은 샤워헤드(15d)의 중심에서 가장자리로 갈수록 선형적으로 증가하는 것을 나타낸다(즉, a4<b4<c4). 한편, 전술한 바와 같이, '단면의 직경이 선형적 증가한다'라는 것은 도 4 및 도 5의 실시예에 대한 설명에서와 같은 것을 의미한다.
본 발명의 추가의 실시예에서는, 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 형성된 관통홀(17)들의 상부면(20)에서의 단면의 직경은 동일할 수 있다(즉, a4<b4=c4). 한편, 샤워헤드(15d)의 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 형성된 관통홀(17)들은 각 관통홀(17)들의 상부면(20)의 단면의 직경은 해당하는 관통홀(17)의 하부면(30)의 단면의 직경보다 크다(즉, b<b4, c<c4). 한편, 중앙 영역(A)에서의 각 관통홀(17)들의 상부면(20)의 단면의 직경(a4)은 해당하는 관통홀(17)의 하부면(30)의 단면의 직경(a)과 동일하거나(즉, a=a4), 또는 클 수 있다(a<a4). 또한, 상부면(20) 및 하부면(30)에서의 각 관통홀(17)들의 단면 형상을 원형이라는 가정하에 각 관통홀(17)들의 단면적의 크기를 단면의 직경을 기준으로 비교하였지만, 각 관통홀(17)들의 단면 형상은 타원형 또는 다각형 등의 다양한 형상들로 형성될 수 있다.
한편, 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C) 내의 관통홀(17)의 수직 형상은 상측 원기둥과 하측 역원뿔대가 수직적으로 결합된 형태일 수 있다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 관통홀(17)은 예를 들어, 제1 외부 영역(B)에서 관통홀(17)의 상측에 형성된 직경 b4, 높이 h3인 상측 원기둥, 및 하측에 형성된 원뿔대 하부면의 직경 b4, 원뿔대 상부면의 직경 b, 높이 h4인 하측 원뿔대가 결합된 형상을 갖는다. 따라서 도 6에 도시된 관통홀(17)은 관통홀(17)의 직경이 상부면(20)에서 하부면(30) 방향으로 높이 h3만큼 일정하지만, 그 이후 하부면(30)까지 선형적으로 감소한다.
도 6의 관통홀(17) 내부의 체적의 크기는 상측 원기둥 및 하측 역원뿔대의 체적의 합이라 할 수 있다. 전술한 원뿔대 및 원기둥의 체적 공식들에 근거하여 제1 외부 영역(B)과 제2 외부 영역(C)에서의 관통홀(17) 내부의 체적을 비교해보면, 상측 원기둥의 직경 및 하측 역원뿔대의 하부면의 직경이 모두 제1 외부 영역(B)에 비해 제2 외부 영역(C)에서 더 크기 때문에 제2 외부 영역(C)에서의 체적이 더 크다. 또한, 중앙 영역(A)에서의 관통홀(17)의 상부면(20)에서의 직경 a4가 하부면(30)에서 직경 a와 동일하거나(a=a4), 또는 더 클(a<a4) 수 있기 때문에 관통홀(17) 내부의 체적은 샤워헤드(15d)의 중심에서 가장자리로 갈수록 선형적 증가한다(즉, Va4<Vb4<Vc4). 한편, '체적이 선형적으로 증가한다'라는 것은, 전술한 바와 같이 샤워헤드(15d)의 상위 관통홀 그룹들 사이에서, 또는 각 상위 관통홀 그룹들 자체 내에서 반경 방향으로 고리 모양으로 연달아 형성된 복수의 하위 관통홀 그룹들 사이에서 관통홀(17) 내부의 체적이 선형적으로 증가한다는 것도 의미한다.
본 발명의 추가의 실시예에서는, 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 형성된 관통홀(17)들의 상부면(20)에서의 단면의 직경은 동일할 수 있으며, 이때 샤워헤드(15d)의 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 형성된 관통홀(17)들의 체적은 샤워헤드(15c)의 중심에서 외부 영역(B, C)로 갈수록 증가할 수 있다(즉, a4<b4=c4 및 Va4<Vb4=Vc4).
결론적으로, 샤워헤드(15d)의 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)의 각각에 형성된 각 관통홀(17)들을 통과하는 기체의 유량은 샤워헤드(15d)의 중심에서 가장자리로 갈수록 증가한다. 이는 반응 공간(11)의 중심 영역보다 가장자리 영역에 공급되는 기체의 유량이 더 크다는 것을 의미한다.
따라서, 본 발명의 실시예들에 따르면, 전술한 바와 같이 반응 공간(11)의 중심 영역보다 반응 공간(11)의 가장자리 영역으로 공급되는 기체의 유량이 더 많게 되어, 기판(19) 상에 증착되는 박막의 두께 균일도가 매우 양호하게 되고, 또한 증착되는 박막의 성장 속도도 향상된다.
실시예들
이하, 종래의 샤워헤드와 예1 내지 예4의 본 발명의 실시예들에 따른 샤워헤드들을 각각 사용하여 기판 상에 박막들을 증착하는 실험들을 하였으며, 각각의 공정 조건은 다음과 같다.
플라즈마 원자층 증착법을 사용하여 기판 상에 SiO2 박막을 증착하였으며, 각 샤워헤드의 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B)(또는 중간 영역), 및 제2 외부 영역(C)(또는 가장자리 영역)에서 관통홀의 단면 크기를 다르게 하면서, 다른 공정 조건들, 예를 들어 원자층 증착의 사이클, 소스 가스, 반응 가스 및 퍼지 가스의 종류 및 유량, 공정 온도, 공정 시간, 플라즈마 조건 등은 모두 동일 조건하에 증착 공정을 실시하였다.
각 실시예들에 적용된 샤워헤드의 관통홀의 단면 크기를 아래 표 1로 나타냈다. 관통홀의 단면 크기는 원형 단면에 대해 직경으로 나타냈다. 여기서, 관통홀의 단면 크기, 즉 직경 a는 1 mm의 경우를 사용하였다.
구분 관통홀 단면 위치 샤워헤드에서 영역별 관통홀의 크기(mm)
중앙 영역(A) 제1 외부 영역(B) 제2 외부 영역(C)
종래 상부면 a a a
하부면 a a a
예1 상부면 a a + 0.1 a + 0.3
하부면 a a a
예2 상부면 a a + 0.3 a + 0.6
하부면 a a a
예3 상부면 a a + 0.6 a + 1.1
하부면 a a a
예4 상부면 a - 0.1 a + 0.4 a + 0.7
하부면 a - 0.1 a a
도 7은 본 발명의 예시적 실시예들에 따른 샤워헤드와 종래의 샤워헤드를 사용하여 증착된 박막의 두께와 두께 균일도를 비교한 도면이다.
도 7을 참조하면, 종래 및 예1 내지 예4의 각각에 대하여, 도면의 상측 부분은 상부면에서의 관통홀의 단면 크기를 중앙 영역(A), 제1 외부 영역(B) 및 제2 외부 영역(C)에 대하여 각각 상대적으로 비교할 수 있도록 명암의 차이로 구분한 것이며, 각 영역에서 색이 어두울수록 관통홀의 단면 크기가 큰 것을 나타내며, 중간 부분의 도면들은 증착된 박막들의 두께 균일도를 기판의 전체에 걸쳐 나타낸 것이다. 박막의 증착 형상을 나타내는 도면의 우상단에 표시된 원형 형태는 배기 포트가 설치된 위치를 나타내며, 배기 포트가 샤워 헤드의 배기부의 일측에 비대칭적으로 배치된 것을 나타낸다. 하측 부분은 각 경우에 대하여 기판 상에 증착된 박막의 두께와 두께 균일도를 수치화한 결과이다.
종래의 샤워헤드의 경우 증착된 박막의 두께는 386.6 Å인데 비하여, 예1은 391.8 Å, 예2는 409.2 Å, 예3은 414.4 Å, 예4는 418.6 Å이며, 종래 샤워 헤드의 경우 박막의 두께 균일도는 2.6 %인데 비하여, 예1은 1.98 %, 예2는 1.0 %, 예3은 1.6 %, 예4는 1.7%이다. 도 7의 결과로부터, 증착된 박막의 두께는 종래의 샤워헤드의 경우 386.6 Å에서, 가장자리 영역에서 관통홀의 단면 크기가 중앙 영역에서의 크기보다 큰 본 발명의 샤워헤드인 예3의 경우 414.4Å 으로 증가된 것을 알 수 있으며, 박막의 두께 균일도는 종래의 샤워헤드의 경우 2.6%에서 예2의 1.0%까지 향상되었음을 알 수 있다. 따라서 본 발명에 따르면, 기판 상에서 증착된 박막의 성장 속도(film growth rate per cycle)와 박막의 두께 균일도(film uniformity)가 매우 향상될 수 있다.
도 8은 본 발명의 예시적 실시예들에 따라 기판 상에 형성된 박막의 두께와 종래의 샤워헤드를 적용하여 기판 상에 형성된 박막의 두께를 기판에서의 위치별로 상대적으로 비교한 그래프이다. 도 8은 반응 공간에서 공정 진행 후의 배기 가스를 외부로 배출하는 배기 포트가 배기 공간의 일 측벽에 비대칭적으로 설치되어 비대칭의 배기 기체 흐름이 있는 반응 챔버에서의 박막 증착 공정의 결과를 나타낸다. 그래프의 우측 하단에 도시된 원은 기판을 나타내며, 원 내의 숫자는 기판 내의 직경 방향에서의 위치를 1번 내지 7번으로 표시한 것이며, 4번이 기판의 대략 기판 중심 부분을 나타내고, 1번 및 7번이 기판의 가장자리 부분을 나타낸다.
도 8의 그래프는 기판 상의 3번 위치의 박막의 두께를 기준으로 1번 내지 7번의 각 위치에서의 박막의 상대적 두께 차이를 두께의 증감으로 표시하였다. 종래 기술에 따른 샤워헤드를 이용하여 증착된 박막의 경우에는 기판의 중앙 영역, 중간 영역 및 가장자리 영역에서 박막의 증감 변동이 매우 크나, 본 발명의 실시예들에 따른 샤워헤드를 이용하여 증착된 박막의 경우에는 기판의 중앙 영역, 중간 영역 및 가장자리 영역에 걸쳐서 박막의 증감 변동이 대폭 감소하여 박막의 두께 균일도가 매우 향상되었음을 알 수 있다.
도 7 및 도 8의 결과로부터, 샤워헤드의 상부면에서 관통홀의 단면 크기를 샤워헤드의 중심으로부터 가장자리로 갈수록 증가되게 형성함으로써, 또는 그에 수반하여 샤워헤드의 관통홀 내부의 체적을 샤워헤드의 중심으로부터 가장자리로 갈수록 증가되게 형성함으로써, 반응 공간으로 공급되는 기체의 유량을 반응 공간의 중앙 영역에서 가장자리 영역으로 갈수록 증가시킬 수 있다. 이와 같이 반응 공간의 가장자리 영역으로 상대적으로 많이 공급된 기체는 반응 공간의 중앙 영역에 공급된 소스 가스 및 반응 가스를 반응 공간에 가두는 일종의 장벽 효과(confinement effect)를 가질 수 있기 때문에 기판 상에 증착되는 박막의 성막 속도와 두께 균일도가 함께 향상될 수 있다. 또한, 원자층 증착 공정에서 과량의 소스 가스 또는 반응 가스의 퍼지 단계에서 퍼지 가스가 반응 공간의 중앙 영역에 비해 가장자리 영역으로 더 많이 공급됨으로써 기판의 가장자리 영역에서 증착되는 박막의 두께를 낮출 수 있어서 기판 전체에 걸친 두께 균일도가 향상될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 예를 들어 배기 포트가 비대칭적으로 설치되어 배기 흐름이 비대칭적으로 형성되는 반응 챔버에서도 샤워헤드 상부면에서의 관통홀의 단면 크기를 샤워헤드 내의 관통홀의 위치에 따라 정밀하게 제어함으로써, 또는 그에 수반하여 샤워헤드 내의 관통홀 내의 체적의 크기를 샤워헤드 내의 관통홀의 위치에 따라 정밀하게 제어함으로써 기판 상에 증착되는 박막의 증착 속도 및 박막의 두께 균일도를 향상시킬 수 있다.
이상에서, 본 발명의 다양한 실시예들이 그의 특정 예시 및 특정 실시예들과 관련하여 상세하게 설명되었지만, 이어지는 청구 범위의 범위 및 그 균등물의 범위를 벗어나지 않고 개시된 실시예들과 관련하여 당업자들에 의해 수많은 수정들 및 구조적 변경들이 가능하기 때문에, 본 발명의 개시 내용은 그러한 것으로 제한되는 것으로 간주되어서는 안된다.

Claims (20)

  1. 기체를 공급하기 위한 샤워헤드로서,
    상부면, 및 상기 상부면에 대향하는 하부면을 갖는 샤워헤드 본체; 및
    상기 기체가 상기 상부면으로부터 상기 하부면을 향하여 통과할 수 있도록 상기 샤워헤드 본체에 형성되어 있는 복수의 관통홀들;을 포함하며,
    상기 하부면에서의 상기 복수의 관통홀들의 각 관통홀의 단면적의 크기는 서로 동일한 반면에, 상기 상부면에서의 각 관통홀의 단면적의 크기는 상기 샤워헤드의 중심으로부터 가장자리로 갈수록 증가하는 것을 특징으로 하는 샤워헤드.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부면에서의 상기 복수의 관통홀들의 각 관통홀의 단면적의 크기는 상기 샤워헤드의 중심으로부터 가장자리로 갈수록 선형적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 샤워헤드.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 샤워헤드는 상기 샤워헤드의 상기 중심을 포함하여 소정의 반경을 가지며 상기 복수의 관통홀들이 형성되어 있는 중앙 영역, 상기 중앙 영역의 외측에서 반경 방향으로 연달아 고리 형상으로 배치되며 각각 상기 복수의 관통홀들이 형성되어 있는 적어도 하나의 외부 영역으로 구분되며, 상기 외부 영역 내의 상기 상부면에서의 각 관통홀의 단면적의 크기는 상기 중앙 영역 내의 상기 상부면에서의 각 관통홀의 단면적의 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 샤워헤드.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 중앙 영역 내의 상기 상부면에서의 각 관통홀의 단면적의 크기가 서로 동일하며, 상기 외부 영역 내의 상기 상부면에서의 각 관통홀의 단면적의 크기도 서로 동일한 것을 특징으로 하는 샤워헤드.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 중앙 영역 내의 상기 상부면에서의 각 관통홀의 단면적의 크기는 상기 샤워헤드의 중심으로부터 상기 샤워헤드의 가장자리로 갈수록 증가하며, 상기 외부 영역 내의 상기 상부면에서의 각 관통홀의 단면적의 크기도 상기 샤워헤드의 중심으로부터 상기 샤워헤드의 가장자리로 갈수록 증가하는 것을 특징으로 하는 샤워헤드.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 외부 영역은, 상기 중앙 영역의 외주를 둘러싸는 제1 외부 영역 및 상기 제1 외부 영역의 외주를 둘러싸는 제2 외부 영역을 포함하며, 상기 제2 외부 영역 내의 상기 상부면에서의 각 관통홀의 단면적의 크기는 상기 제1 외부 영역 내의 상기 상부면에서의 각 관통홀의 단면적의 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 샤워헤드.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 외부 영역 내에서 상기 상부면에서의 각 관통홀의 단면적의 크기는 상기 하부면에서의 각 관통홀의 단면적의 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 샤워헤드.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 중앙 영역 내에서 상기 상부면에서의 각 관통홀의 단면적의 크기는 상기 하부면에서의 각 관통홀의 단면적의 크기와 적어도 동일한 것을 특징으로 하는 샤워헤드.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 외부 영역 내에서 각 관통홀의 단면적의 크기는 상기 상부면으로부터 상기 하부면까지 선형적으로 감소되는 것을 특징으로 하는 샤워헤드.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 외부 영역 내에서 각 관통홀의 단면적의 크기는 상기 상부면으로부터 상기 하부면까지 적어도 하나의 단차를 포함하여 단차적으로 감소되는 것을 특징으로 하는 샤워헤드.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 외부 영역 내에서 각 관통홀의 단면적의 크기는 상기 상부면으로부터 상기 하부면까지 동일한 크기로 유지하다가 일정 깊이에서부터 선형적으로 감소되는 것을 특징으로 하는 샤워헤드.
  12. 기체를 공급하기 위한 샤워헤드로서,
    상부면, 및 상기 상부면에 대향하는 하부면을 갖는 샤워헤드 본체; 및
    상기 기체가 상기 상부면으로부터 상기 하부면을 향하여 통과할 수 있도록 상기 샤워헤드 본체에 형성되어 있는 복수의 관통홀들;을 포함하며,
    상기 하부면에서의 상기 복수의 관통홀들의 각 관통홀의 단면적의 크기는 서로 동일하며, 상기 복수의 관통홀들의 각 관통홀 내부의 체적의 크기는 상기 샤워헤드의 중심으로부터 가장자리로 갈수록 증가하는 것을 특징으로 하는 샤워헤드.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 복수의 관통홀들의 각 관통홀 내부의 체적의 크기는 상기 샤워헤드의 중심으로부터 가장자리로 갈수록 선형적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 샤워헤드.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 샤워헤드는 상기 샤워헤드의 상기 중심을 포함하여 소정의 반경을 가지며 상기 복수의 관통홀들이 형성되어 있는 중앙 영역, 상기 중앙 영역의 외부에서 반경 방향으로 연달아 고리 형상으로 배치되며 각각 상기 복수의 관통홀들이 형성되어 있는 적어도 하나의 외부 영역으로 구분되며, 상기 외부 영역 내의 상기 각 관통홀 내부의 체적의 크기는 상기 중앙 영역 내의 상기 각 관통홀의 내부 체적의 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 샤워헤드.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 외부 영역 내의 상기 상부면에서 상기 각 관통홀의 단면적의 크기는 상기 중앙 영역 내의 상기 상부면에서 상기 각 관통홀의 단면적의 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 샤워헤드.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 중앙 영역 내의 상기 각 관통홀 내부의 체적의 크기가 서로 동일하며, 상기 외부 영역 내의 상기 각 관통홀 내부의 체적의 크기도 서로 동일한 것을 특징으로 하는 샤워헤드.
  17. 청구항 14에 있어서,
    상기 외부 영역은, 상기 중앙 영역의 외주를 둘러싸는 제1 외부 영역 및 상기 제1 외부 영역의 외주를 둘러싸는 제2 외부 영역을 포함하며, 상기 제2 외부 영역 내의 상기 각 관통홀 내부의 체적의 크기는 상기 제1 외부 영역 내의 상기 각 관통홀 내부의 체적의 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 샤워헤드.
  18. 청구항 14에 있어서,
    상기 외부 영역은, 상기 중앙 영역의 외주를 둘러싸는 제1 외부 영역 및 상기 제1 외부 영역의 외주를 둘러싸는 제2 외부 영역을 포함하며, 상기 제2 외부 영역 내의 상기 상부면에서의 각 관통홀의 단면적의 크기는 상기 제1 외부 영역 내의 상기 상부면에서의 각 관통홀의 단면적의 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 샤워헤드.
  19. 반응 챔버;
    상기 반응 챔버 내에 위치된 기판 지지대; 및
    상기 기판 지지대 상부에 위치하여 상기 기판 지지대와의 사이에 형성되는 반응 공간에 기체를 공급하기 위한 샤워헤드;를 포함하는 기판 처리 장치로서,
    상기 샤워헤드는,
    상부면, 및 상기 상부면에 대향하는 하부면을 갖는 샤워헤드 본체; 및
    상기 기체가 상기 상부면으로부터 상기 하부면을 향하여 통과할 수 있도록 상기 샤워헤드 본체에 형성되어 있는 복수의 관통홀들;을 포함하며,
    상기 하부면에서의 상기 복수의 관통홀들의 각 관통홀의 단면적의 크기는 서로 동일한 반면에, 상기 상부면에서의 각 관통홀의 단면적의 크기는 상기 샤워헤드의 중심으로부터 가장자리로 갈수록 증가하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 복수의 관통홀들의 각 관통홀 내부의 체적의 크기는 상기 샤워헤드의 중심으로부터 상기 샤워헤드의 가장자리로 갈수록 증가하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
KR1020220120751A 2021-09-27 2022-09-23 샤워헤드 및 이를 이용한 기판 처리 장치 KR20230044959A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202163248977P 2021-09-27 2021-09-27
US63/248,977 2021-09-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230044959A true KR20230044959A (ko) 2023-04-04

Family

ID=85661122

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220120751A KR20230044959A (ko) 2021-09-27 2022-09-23 샤워헤드 및 이를 이용한 기판 처리 장치

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230099798A1 (ko)
KR (1) KR20230044959A (ko)
CN (1) CN115863214A (ko)
TW (1) TW202322906A (ko)

Also Published As

Publication number Publication date
CN115863214A (zh) 2023-03-28
US20230099798A1 (en) 2023-03-30
TW202322906A (zh) 2023-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11401605B2 (en) Substrate processing apparatus
US10934619B2 (en) Gas supply unit and substrate processing apparatus including the gas supply unit
JP6336079B2 (ja) 基板処理装置及び基板処理方法
US20180171477A1 (en) Substrate processing apparatus
CN112447478A (zh) 基板处理设备
US8845806B2 (en) Shower plate having different aperture dimensions and/or distributions
KR100931331B1 (ko) 박막 증착장치의 분사유닛
KR20060096713A (ko) 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치
KR20180003031A (ko) 가스 공급 유닛 및 이를 포함하는 박막 증착 장치
KR20180002104A (ko) 기판 처리 장치 및 그것을 이용한 박막 증착 방법
KR101185376B1 (ko) 가스 분사 조립체 및 이를 이용한 박막증착장치
KR20230044959A (ko) 샤워헤드 및 이를 이용한 기판 처리 장치
US20220243322A1 (en) Substrate processing apparatus
TWI817102B (zh) 具有局部化的流動控制的面板
KR101907973B1 (ko) 가스분사장치 및 이를 구비하는 기판처리장치
KR102349006B1 (ko) 박막 증착 장치
TWI838594B (zh) 基板處理設備
KR20060100961A (ko) 샤워헤드 및 이를 구비한 원자층 증착설비
CN115354304B (zh) 半导体反应腔
US20220162749A1 (en) Pedestals for modulating film properties in atomic layer deposition (ald) substrate processing chambers
US20230097999A1 (en) Showerhead and substrate processing apparatus including the same
US11810764B2 (en) Faceplate with edge flow control
KR100957456B1 (ko) 원자층증착방법을 이용한 박막증착장치
KR20180074351A (ko) Ald 박막 증착 방법
KR20180074350A (ko) Ald 박막 증착 장치