KR101027954B1 - 샤워헤드 및 이를 구비하는 원자층 증착장치 - Google Patents

Abstract

샤워헤드 내부에 소스가스를 단속적으로 분사하는 다이어프램 밸브부가 구비되는 원자층 증착장치 및 샤워헤드가 개시된다. 소스가스를 단속적으로 분사할 수 있는 다이어프램 밸브부를 구비하는 원자층 증착장치용 샤워헤드는, 제1 소스가스가 분사되는 복수개의 제1 분사포트가 형성된 제1 플레이트, 상기 제1 분사포트가 수용되는 제2 분사포트가 형성되며 상기 제1 분사포트와 상기 제2 분사포트 사이로 제2 소스가스가 분사되는 제2 플레이트, 상기 제2 분사포트 상부에 구비되어 상기 제2 분사포트를 선택적으로 개폐하는 밸브부 및 상기 밸브부에 전기적 신호를 인가하여 상기 밸브부를 개폐하는 개폐부를 포함하여 이루어진다. 따라서, 샤워헤드에서 분사포트 상부에 다이어프램 밸브가 구비됨으로써 소스가스를 단속적으로 분사할 수 있으며, 다이어프램 형태의 밸브를 구비함으로써 소스가스의 분사를 정확하게 제어할 수 있을 뿐만 아니라 응답성을 향상시킬 수 있다.

증착, ALD, 태양전지, 다이어프램 밸브

Description

샤워헤드 및 이를 구비하는 원자층 증착장치{SHOWERHEAD AND ATOMIC LAYER DEPOSITION APPARATUS}

본 발명은 원자층 증착장치에 관한 것으로서, 박막의 증착을 위한 소스가스를 단속적으로 분사하는 다이어프램 밸브를 구비한 샤워헤드를 포함하는 원자층 증착장치를 제공하는 것이다.

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 증착하나 이와 달리, 원자층 증착 방법은 하나의 기체 물질을 프로세스 챔버 내로 주입한 후 이를 퍼지(purge)하여 가열된 기판의 상부에 물리적으로 흡착된 기체만을 잔류시키고, 이후 다른 기체 물질을 주입함으로써 기판의 상면에서만 발생되는 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.

기존의 원자층 증착장치는 서셉터 또는 샤워헤드가 서로에 대해 회전 가능하게 형성되고, 서셉터 또는 샤워헤드가 회전함에 따라 기판 상으로 소스가스가 순차적으로 분사되면서 복수의 기판에 대해 동시에 원자층 증착 공정이 수행된다.

한편, 기존의 원자층 증착장치에서 복수 종류의 소스가스를 제공하기 위한 방법으로서 밸브 제어 방식이 있었다. 그러나 기존의 밸브 제어 방식은 복수 종류 의 소스가스마다 별도의 가스 공급라인과 밸브가 각각 구비되어야 하므로 샤워헤드 및 원자층 증착장치의 구조가 복잡해지고, 밸브의 온/오프 동작이 여러 번 반복되므로 밸브의 수명이 단축되는 문제점이 있다. 또한, 밸브의 구동을 위한 전기적 신호장치, 공압가동장치 및 밸브 온/오프장치 등의 작동순서와 시간을 일치시키기 어려운 문제가 있다.

또한, 증착 공정에서 반복적으로 밸브가 개폐동작이 수행되기 때문에 하나의 밸브가 고장이 날 경우 전체 원자층 증착장치의 동작이 중지되는 문제가 발생한다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 소스가스를 펄스 형태로 분사할 수 있는 샤워헤드를 구비하는 원자층 증착장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 소스가스의 공급을 제어하는 밸브의 구조를 단순화하는 원자층 증착장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 소스가스의 공급을 위한 구조를 단순화시키고 소스가스의 분사를 제어하기가 용이한 원자층 증착장치를 제공하기 위한 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 소스가스를 단속적으로 분사할 수 있는 다이어프램 밸브부를 구비하는 원자층 증착장치용 샤워헤드는, 제1 소스가스가 분사되는 복수개의 제1 분사포트가 형성된 제1 플레이트, 상기 제1 분사포트가 수용되는 제2 분사포트가 형성되며 상기 제1 분사포트와 상기 제2 분사포트 사이로 제2 소스가스가 분사되는 제2 플레이트, 상기 제2 분사포트 상부에 구비되어 상기 제2 분사포트를 선택적으로 개폐하는 밸브부 및 상기 밸브부에 전기적 신호를 인가하여 상기 밸브부를 개폐하는 개폐부를 포함하여 이루어진다.

실시예에서, 상기 제1 플레이트 상부에 형성되어 상기 제1 분사포트로 상기 제1 소스가스를 공급하는 유로가 되는 제1 버퍼부 및 상기 제1 플레이트에 의해 상 기 제1 버퍼부와 분리 형성되며 상기 제2 분사포트로 상기 제2 소스가스를 공급하는 유로가 되는 제2 버퍼부가 형성되고, 상기 제1 분사포트는 상기 제1 플레이트 하부에서 상기 제2 버퍼부를 관통하여 상기 제2 분사포트까지 연장 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 분사포트의 외주면과 상기 제2 분사포트의 내주면 사이기 이격되도록 형성된다.

실시예에서, 상기 밸브부는, 상기 제2 분사포트 상부를 덮도록 형성되고 상기 제1 분사포트가 관통되게 형성된 다이어프램 형태의 밸브체 및 상기 제1 분사포트의 외주면에 장착되며 상기 밸브체를 상기 제1 분사포트에 고정시키는 고정부를 포함하여 이루어진다. 상기 밸브체는 압전소자로 형성된다. 또한, 상기 밸브체는 상기 복수개의 제2 분사포트에 일대일로 대응되게 구비된다. 상기 고정부는 상기 밸브체의 일부를 상기 제1 분사포트의 외주면에 밀착 고정시키는 림(rim) 형태를 가질 수 있다.

실시예에서, 상기 개폐부는, 상기 제1 플레이트와 전기적으로 연결되고 전원을 인가하는 전원 및 상기 전원과 상기 제1 플레이트 사이에 구비되어 상기 제1 플레이트에 전원을 선택적으로 차단시키는 스위치를 포함하여 이루어질 수 있다. 또한, 상기 제1 플레이트는 도전성 재질로 형성된다.

한편, 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예들에 따르면, 소스가스를 단속적으로 분사할 수 있는 다이어프램 밸브부를 구비하는 원자층 증착장치는 기판이 수용되어 증착 공정이 수행되는 프로세스 챔버, 상기 프로세스 챔버 내에 수용되어 상기 기판이 안착되는 서셉터, 상기 기판 상부에 구비되 며 상기 기판으로 제1 소스가스와 제2 소스가스를 분사하되, 상기 제1 및 제2 소스가스를 서로 독립적으로 분사하기 위한 제1 및 제2 버퍼부가 형성되는 샤워헤드 및 상기 샤워헤드 상부에 구비되어 상기 제1 버퍼부 내부에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부를 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 샤워헤드는, 제1 소스가스가 분사되는 복수개의 제1 분사포트가 형성된 제1 플레이트, 상기 제1 소스가스와 서로 독립되게 제2 소스가스가 분사되는 복수개의 제2 분사포트가 형성된 제2 플레이트, 상기 각 제2 분사포트 상부에 구비되어 상기 제2 분사포트를 개폐하는 다이어프램 형태의 밸브체와 상기 제1 분사포트에 구비되어 상기 밸브체를 고정시키는 고정부로 이루어진 밸브부 및 상기 밸브부에 전기적 신호를 인가하여 상기 밸브부를 개폐하는 개폐부를 포함하여 이루어진다.

실시예에서, 상기 샤워헤드는 상기 제1 소스가스는 연속적으로 분사하고 상기 밸브부가 개폐됨에 따라 상기 제2 소스가스를 단속적으로 분사하도록 이루어진다.

실시예에서, 상기 샤워헤드는 상기 제1 분사포트는 상기 제2 버퍼부 및 상기 제2 플레이트를 관통하여 상기 제1 버퍼부와 상기 프로세스 챔버를 연통시키도록 형성되되, 상기 제2 분사포트 내부로 연장된다. 또한, 상기 제1 분사포트의 단부와 상기 제2 분사포트의 단부는 상기 기판 표면으로부터 서로 다른 높이를 갖는 평면 상에 배치될 수 있다.

본 발명에 따르면, 첫째, 소스가스의 분사포트 상에 전기적 신호에 의해 개 폐되는 다이어프램 형태의 밸브부를 구비함으로써 소스가스를 단속적으로 분사할 수 있으며, 밸브부의 응답속도가 빨라서 박막의 품질을 향상시키고 증착 공정 시간을 단축시킬 수 있다.

둘째, 밸브부는 전기에 의해 개폐되며 분사포트 상부를 폐쇄하는 간단한 구조를 가지므로 샤워헤드 및 원자층 증착장치의 구조를 단순화시킨다.

셋째, 소스가스의 분사포트 상에 밸브부가 구비되므로 밸브부의 on/off와 동시에 소스가스의 분사가 단속적으로 제어되며 응답시간이 짧고 소스가스의 분사를 정확하고 효과적으로 제어할 수 있다.

첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치를 설명하기 위한 종단면도이고, 도 2는 도 1의 원자층 증착장치에서 샤워헤드 및 밸브부를 설명하기 위한 단면도이고, 도 3은 도 2의 샤워헤드의 요부 사시도이다. 도 4는 도 2의 샤워헤드에서 밸브부의 개폐 동작을 설명하기 위한 개폐부의 일 예를 설명하기 위한 블록도이다. 도 5는 도 2의 밸브부가 개방된 상태를 도시한 요부 단면도이고, 도 6은 도 2의 밸브부가 폐쇄된 상태를 도시한 요부 단면도이다.

이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치(100) 및 밸브부(133)에 대해 상세하게 설명한다.

도 1을 참조하면, 원자층 증착장치(100)는 플라즈마(P)를 이용하여 피처리 대상인 기판(10)을 처리하는 장치로서, 프로세스 챔버(101), 서셉터(102), 샤워헤드(103), 플라즈마 발생부(104) 및 밸브부(133)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 기판(10)은 반도체 기판이 되는 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 기판(10)은 LCD, PDP와 같은 평판 디스플레이 장치용에서 사용하는 유리 따위의 투명 기판일 수 있다. 또한, 상기 기판(10)은 형상 및 크기가 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 원형 및 사각형 플레이트 등 실질적으로 다양한 형상과 크기를 가질 수 있다.

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 플라즈마(P)를 발생시켜 박막을 형성하는 증착장치로서, 상기 플라즈마(P)는 진공에 가까운 저압 분위기에서 형성되므로 상기 프로세스 챔버(101)는 진공을 유지할 수 있는 밀폐 구조를 갖는다.

상기 서셉터(susceptor)(102)는 상기 프로세스 챔버(101) 내에 구비되어 상기 기판(10)이 안착된다. 예를 들어, 상기 서셉터(102)는 정전기력에 의해 상기 기판(10)을 고정시키는 정전척(electrostatic chuck)일 수 있다. 또한, 상기 서셉터(102) 내부 또는 하부에는 상기 기판(10)의 가열을 위한 히터(미도시)가 구비될 수 있다.

상기 샤워헤드(103)는 상기 프로세스 챔버(101) 상부에 구비되고 소스가스 공급부(105)가 연결되어 소스가스를 상기 프로세스 챔버(101) 및 상기 기판(10)으 로 분사한다.

상기 소스가스는 상기 기판(10)에 증착시키고자 하는 박막을 구성하는 물질이 포함된 가스로서, 플라즈마(P) 상태로 여기되는 반응가스(이하, 제1 소스가스(R)라 한다)와 상기 제1 소스가스(R)가 여기된 플라즈마(P)의 반응성을 이용하여 상기 기판(10) 표면과 반응하여 박막을 형성하는 소스가스(이하, 제2 소스가스(S)라 한다)로 이루어진다.

여기서, 상기 소스가스는 상기 기판(10)의 종류나 증착하고자 하는 박막의 종류에 따라 그 종류가 달라질 수 있다. 예를 들어, 실리콘 박막을 증착하기 위해서, 상기 제2 소스가스(S)는 실리콘을 포함하고 있는 실란(SiH4), TEOS(테트라에톡시-실란), 4불화 실리콘(SiF4) 중 어느 하나의 가스를 사용할 수 있으며, 상기 제1 소스가스(R)로는 질소(N2), 산소(O2), 아르곤(Ar), 헬륨(He), 수소(H2) 중 어느 하나의 가스 또는 둘 이상 혼합된 가스를 사용할 수 있다.

본 실시예에서는 상기 소스가스 공급부(105)는 서로 다른 2 종류의 소스가스를 공급하며, 상기 제1 소스가스(R)를 공급하는 제1 공급라인(151)과 상기 제2 소스가스(S)를 공급하는 제2 공급라인(152)을 포함하여 구성된다.

상기 플라즈마 발생부(104)는 고주파 전원이 인가되면 상기 프로세스 챔버(101) 내에 소정의 전기장을 형성하여 상기 소스가스를 플라즈마(P) 상태로 여기시킨다. 여기서, 상기 원자층 증착장치(100)는 유도결합 플라즈마(Inductively coupled plasma, ICP) 방식으로 플라즈마 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 플라즈마 발생부(104)는 상기 샤워헤드(103) 상부에 구비되어 전원 공급부(145)에서 고주파 전원이 인가되면 상기 샤워헤드(103) 내부에 유도 전기장을 발생시킴으로써 상기 샤워헤드(103) 내부에 상기 플라즈마(P)를 발생시킬 수 있다. 즉, 상기 프로세스 챔버(101)는 상기 샤워헤드(103)에 의해 상기 기판(10)이 수용되어 증착 공정이 이루어지는 공간과 상기 플라즈마(P)가 생성되는 공간이 분리되고, 상기 샤워헤드(103)의 제1 분사포트(312: 도 2 참조)를 통해 상기 플라즈마(P) 성분 중 라디칼(radical)이 상기 기판(10)으로 제공된다.

그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 상기 플라즈마 발생부(104)는 정전결합 플라즈마(capacitively coupled plasma, CCP) 방식이 사용될 수 있다. 즉, 상기 플라즈마 발생부(104)는 평판형 전극이고, 상기 샤워헤드(103)에 고주파 전원 또는 그라운드가 연결되어 상기 플라즈마 발생부(104)와 상기 샤워헤드(103) 사이에 발생하는 전기장에 의해 플라즈마가 발생하게 된다.

한편, 상기 제1 소스가스(R)는 지속적으로 분사되나 상기 제2 소스가스(S)는 단속적으로 분사된다. 상기 제2 소스가스(S)를 펄스 방식으로 분사하기 위해서 상기 샤워헤드(103) 내부에는 다이어프램 형태의 상기 밸브부(133)가 구비되며, 상기 밸브부(133)는 상기 샤워헤드(103) 내부에서 상기 제2 소스가스(S)의 유로 상에 구비되어 단속적으로 개폐됨에 따라 상기 제2 소스가스(S)를 펄스 방식으로 분사한다.

이하, 도 2와 도 3을 참조하여 상기 샤워헤드(103) 및 상기 밸브부(133)의 구조에 대해 상세하게 설명한다.

상기 샤워헤드(103)는 상기 제1 및 제2 소스가스(R, S)가 각각 독립된 유로 를 통해 공급되어 상기 샤워헤드(103) 내부에서 혼합되지 않고 분사할 수 있도록 내부 공간이 제1 버퍼부(313)와 제2 버퍼부(323)로 분리된다.

예를 들어, 상기 샤워헤드(103)는 본체를 형성하는 하우징(131)과 상기 하우징(131)에 구비되어 상기 제1 소스가스(R)가 분사되는 복수개의 제1 분사포트(312)가 형성된 제1 플레이트(311)와 상기 제2 소스가스(S)가 분사되는 복수개의 제2 분사포트(322)가 형성된 제2 플레이트(321)로 이루어진다. 또한, 상기 제1 및 제2 플레이트(311, 321)는 상하로 결합되어 상기 제1 및 제2 플레이트(311, 321)에 의해 상기 제1 및 제2 버퍼부(313, 323)가 서로 독립된 공간으로 구획되며, 상기 제1 버퍼부(313)에는 상기 제1 공급라인(151)이 연결되고 상기 제2 버퍼부(323)에는 상기 제2 공급라인(152)이 연결된다.

상기 제1 분사포트(312)와 상기 제2 분사포트(322)는 상기 제1 및 제2 소스가스(R, S)를 상기 기판(10)으로 균일하게 분사할 수 있도록 상기 제1 및 제2 플레이트(311, 321)에서 균일하고 조밀하게 배치된다.

여기서, 상기 제1 및 제2 소스가스(R, S)가 상기 샤워헤드(103) 내부에서 혼합되지 않고 서로 독립적으로 분사될 수 있도록 상기 제1 분사포트(312)는 상기 제2 버퍼부(323)를 관통하여 상기 프로세스 챔버(101)와 연통되도록 형성된다. 특히, 상기 제1 분사포트(312)는 상기 제1 플레이트(311)에서 하부로 소정 길이 연장되어 형성되며 상기 제2 분사포트(322) 내부까지 연장된다.

상기 제2 분사포트(322)는 상기 제1 분사포트(312)를 수용하되 상기 제1 분사포트(312) 외주면보다 큰 직경을 갖도록 형성된다. 즉, 상기 제2 소스가스(S)는 상기 제1 분사포트(312)의 외주면과 상기 제2 분사포트(322)의 내주면 사이로 분사된다.

여기서, 상기 제1 분사포트(312)와 상기 제2 분사포트(322)는, 도면에 도시한 바와 같이, 그 단부가 서로 다른 평면 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 소스가스(R, S)의 접촉 시간을 증가시키고 혼합 및 반응성을 향상시킬 수 있도록 상기 제1 분사포트(312)의 단부가 상기 제2 분사포트(322)의 내측에 형성될 수 있다. 또는, 상기 제1 분사포트(312)와 상기 제2 분사포트(322)는 동일한 평면 상에 단부가 형성될 수 있으며 상기 제1 분사포트(312)의 단부가 상기 제2 분사포트(322)의 단부보다 돌출되게 형성되는 것도 가능할 것이다.

그러나, 상기 제1 및 제2 분사포트(312, 322)의 크기와 형상 및 배치는 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 소스가스의 분사량을 일정하게 유지할 수 있도록 실질적으로 다양한 크기와 형상을 갖는 홀들이 실질적으로 다양하게 배치될 수 있다.

상기 밸브부(133)는 상기 제2 버퍼부(323) 내부에 구비되며 상기 제2 분사포트(322)를 개폐 가능하도록 구비된다. 상세하게는, 상기 밸브부(133)는 상기 제2 분사포트(322)를 개폐하는 다이어프램 형태의 밸브체(331)와 상기 밸브체(331)를 고정시키는 고정부(335)로 이루어진다.

상기 밸브체(331)는 상기 제2 분사포트(322)를 개폐할 수 있도록 상기 제2 분사포트(322) 상부에 구비되며 응답성이 양호하도록 소정의 곡률반경으로 휘어진 다이어프램 형태를 갖는다. 여기서, 상기 제1 분사포트(312)가 상기 제2 분사포 트(322) 내부로 연장된 형태를 가지므로 상기 밸브체(331)는 상기 제1 분사포트(312)가 상기 밸브체(331)의 중심을 관통하며, 상기 고정부(335)는 상기 제1 분사포트(312) 외주면에 장착되어 상기 밸브체(331)의 일부를 고정시키는 림(rim) 형태를 갖는다.

또한, 상기 밸브부(133)는 상기 제2 분사포트(322)마다 일대일로 대응되게 구비되어 상기 각 제2 분사포트(322)를 개폐한다.

그리고 상기 밸브체(331)에서 고정되지 않은 자유단은 상기 제2 플레이트(321) 표면과 접촉되도록 상기 제1 분사포트(312)에서 외측으로 연장된다. 즉, 상기 제2 플레이트(321)가 상기 밸브부(133)의 밸브 시트(valve seat)가 된다.

상기 밸브부(133)의 일측에는 상기 밸브부(133)의 개폐를 제어하는 개폐부(135)가 구비되고, 상기 제2 소스가스(S)를 펄스 방식으로 분사하기 위해서 상기 개폐부(135)를 제어하는 제어부(353, 도 4 참조)가 구비된다.

예를 들어, 상기 밸브부(133)는 전기 신호에 의해 작동되며, 상기 개폐부(135)는 전원(351, 도 4 참조)과 스위치(352, 도 4 참조)로 이루어지고 상기 제1 플레이트(311)에 전기적으로 연결된다. 즉, 상기 제1 플레이트(311)는 상기 밸브체(331)와 상기 개폐부(135)를 전기적으로 연결할 수 있도록 도전성 재질로 형성된다. 따라서, 상기 밸브부(133)는 상기 개폐부(135)에 동시에 전기적으로 연결되므로 상기 개폐부(135)에서의 전원 인가 여부에 따라 상기 제2 분사포트(322)에 구비된 복수개의 밸브부(133)가 동시에 동작하게 된다.

상기 밸브부(133)는 전기에 의해 작동되므로, 상기 밸브체(331)는 전기에 의 해서 개폐되도록 압전 소자로 형성된다.

그러나 상기 밸브체(331) 및 고정부(335)의 형태가 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 밸브체(331)는 디스크 형태가 아닌 임의의 다른 유연한 형태 및 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 전이될 수 있는 형태를 가질 수 있으며, 상기 고정부(335)는 이러한 밸브체(331)를 고정시킬 수 있는 실질적으로 다양한 구조를 포함할 수 있다.

이하에서는 도 4 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치(100) 및 상기 밸브부(133)의 동작에 대해 설명한다.

먼저, 처리하고자 하는 대상이 되는 기판(10)을 프로세스 챔버(101)에 투입한다. 그리고, 상기 기판(10)에 대해 수행하고자 하는 표면처리 공정의 종류에 따라 적당한 소스가스를 상기 프로세스 챔버(101) 내부로 공급한다.

여기서, 상기 소스가스는 상기 표면처리 공정에 따라 적당하게 선택되며, 예를 들어, 상기 소스가스는 플라즈마(P) 상태로 여기되는 제1 소스가스(R)와 상기 기판(10)과의 반응물질을 포함하는 제2 소스가스(S)를 포함할 수 있다.

상기 플라즈마 발생부(104)에 고주파 전원이 인가되어 상기 프로세스 챔버(101) 내부에 소정의 전기장이 발생함에 따라 상기 제1 버퍼부(313)로 공급된 상기 제1 소스가스(R)가 플라즈마(P) 상태로 여기되어 플라즈마(P)가 발생되고, 상기 플라즈마(P) 입자 중 라디칼이 상기 제1 분사포트(312)를 통해서 상기 기판(10)으로 제공된다. 그리고 상기 기판(10) 표면에서는 상기 제1 분사포트(312)에서 분사되는 라디칼에 의해 상기 제2 분사포트(322)에서 분사되는 상기 제2 소스가스(S)가 상기 기판(10) 표면과 반응하면서 소정의 박막이 형성된다.

한편, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 제어부(353)는 상기 제2 소스가스(S)가 소정의 펄스 방식으로 분사되도록 상기 개폐부(135)를 제어함으로써 상기 밸브부(133) 단속적으로 개폐한다. 예를 들어, 상기 밸브체(331)는 전원이 인가되면 도 6에 도시한 바와 같이 상태가 역전되어 상기 제2 플레이트(321)에서 분리되면서 상기 제2 분사포트(322)를 개방시키고, 전원이 해제되면 복원되어 상기 제2 분사포트(322)를 폐쇄시키도록 동작할 수 있다. 물론, 이와 반대로 동작하는 것도 가능할 것이다.

우선, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 제어부(353)가 상기 개폐부(135)의 스위치(352)를 off 시키면 상기 제1 플레이트(311)에 전원이 해제되고, 상기 밸브체(331)는 상기 제2 플레이트(321)에 접촉된 상태를 유지하므로 상기 제2 분사포트(322)는 폐쇄되어 상기 제2 소스가스(S)는 분사되지 않고 상기 제1 분사포트(312)를 통해서 상기 제1 소스가스(R)만 분사된다.

그리고 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 제어부(353)가 상기 개폐부(135)의 스위치(352)를 on 시키면 상기 제1 플레이트(311)에 전원이 인가되면서 상기 밸브체(331)가 상기 제2 플레이트(321)에서 분리되면서 상기 제2 분사포트(322)가 개방되고, 상기 제2 버퍼부(323) 내의 상기 제2 소스가스(S)가 상기 밸브체(331) 내부로 유입되어 상기 제2 분사포트(322)를 통해 분사되면서 상기 기판(10) 표면에 박막이 형성된다. 따라서, 상기 밸브체(331)의 개방 여부에 따라 상기 제2 소스가스(S)의 분사 여부 및 박막의 증착 여부를 제어할 수 있다.

여기서, 본 실시예에서는 상기 제1 소스가스(R)는 연속적으로 분사되고 상기 제2 소스가스(S)만 펄스 방식으로 분사되는데, 이러한 방식은 상기 제1 및 제2 소스가스(R, S)를 교대로 펄스 방식으로 분사하는 방법과 비교하였을 때 증착된 박막의 질을 떨어뜨리지 않으면서 증착률은 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 하나의 소스가스만을 단속적으로 분사하므로 상기 샤워헤드(103)의 구조를 단순화시킬 수 있으며 상기 제2 소스가스(S)의 펄스 간격이 짧은 경우에도 효과적으로 대응할 수 있다. 특히, 상기 다이어프램 형태의 밸브체(331)는 별도의 복잡한 구조 및 구동부를 필요로 하지 않으며, 전기적 신호에 의해 작동되는 구조이므로 상기 샤워헤드(103) 및 상기 밸브부(133)의 고장률을 낮추고 수명 및 내구성을 향상시킬 수 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 증착장치를 설명하기 위한 단면도;

도 2는 도1의 원자층 증착장치에서 샤워헤드 및 밸브부를 도시한 요부 단면도;

도 3은 도 2의 샤워헤드의 요부 사시도;

도 4는 도2의 샤워헤드에서 밸브부를 개폐시키는 개폐부의 동작을 설명하기 위한 블록도;

도 5는 도 2의 샤워헤드에서 밸브부가 개방된 상태를 도시한 요부 단면도;

도 6은 도 2의 샤워헤드에서 밸브부가 폐쇄된 상태를 도시한 요부 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 기판 100: 원자층 증착장치

101: 프로세스 챔버 102: 서셉터

103: 샤워헤드 104: 플라즈마 발생부

105: 소스가스 공급부 131: 하우징

133: 밸브부 135: 개폐부

145: 전원 공급부 151, 152: 공급라인

311, 321: 플레이트 312, 322: 분사포트

313, 323: 버퍼부 331: 밸브체

335: 고정부 351: 전원

352: 스위치 353: 제어부

P: 플라즈마 R: 제1 소스가스

S: 제2 소스가스

Claims (13)

1. 원자층 증착장치용 샤워헤드에 있어서,

   제1 소스가스가 분사되는 복수개의 제1 분사포트가 형성된 제1 플레이트;

   상기 제1 분사포트가 수용되는 제2 분사포트가 형성되며 상기 제1 분사포트와 상기 제2 분사포트 사이로 제2 소스가스가 분사되는 제2 플레이트;

   상기 제2 분사포트 상부에 구비되어 상기 제2 분사포트를 선택적으로 개폐하는 밸브부; 및

   상기 밸브부에 전기적 신호를 인가하여 상기 밸브부를 개폐하는 개폐부;

   를 포함하고,

   상기 밸브부는,

   상기 제2 분사포트 상부를 덮도록 형성되고 상기 제1 분사포트가 관통되게 형성된 다이어프램 형태의 밸브체; 및

   상기 제1 분사포트의 외주면에 장착되며 상기 밸브체를 상기 제1 분사포트에 고정시키는 고정부;

   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치용 샤워헤드.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 플레이트 상부에 형성되어 상기 제1 분사포트로 상기 제1 소스가스를 공급하는 유로가 되는 제1 버퍼부; 및

   상기 제1 플레이트에 의해 상기 제1 버퍼부와 분리 형성되며 상기 제2 분사포트로 상기 제2 소스가스를 공급하는 유로가 되는 제2 버퍼부;

   가 형성되고,

   상기 제1 분사포트는 상기 제1 플레이트 하부에서 상기 제2 버퍼부를 관통하여 상기 제2 분사포트까지 연장된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치용 샤워헤드.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제1 분사포트의 외주면과 상기 제2 분사포트의 내주면 사이가 이격되도록 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치용 샤워헤드.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 밸브체는 압전소자로 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치용 샤워헤드.
6. 제1항에 있어서,

   상기 밸브체는 상기 복수개의 제2 분사포트에 일대일로 대응되게 구비된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치용 샤워헤드.
7. 제1항에 있어서,

   상기 고정부는 상기 밸브체의 일부를 상기 제1 분사포트의 외주면에 밀착 고정시키는 림(rim) 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치용 샤워헤드.
8. 제1항에 있어서,

   상기 개폐부는,

   상기 제1 플레이트와 전기적으로 연결되고 전원을 인가하는 전원; 및

   상기 전원과 상기 제1 플레이트 사이에 구비되어 상기 제1 플레이트에 전원을 선택적으로 차단시키는 스위치;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치용 샤워헤드.
9. 제8항에 있어서,

   상기 제1 플레이트는 도전성 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치용 샤워헤드.
10. 기판이 수용되어 증착 공정이 수행되는 프로세스 챔버;

    상기 프로세스 챔버 내에 수용되어 상기 기판이 안착되는 서셉터;

    상기 기판 상부에 구비되며 상기 기판으로 제1 소스가스와 제2 소스가스를 분사하되, 상기 제1 및 제2 소스가스를 서로 독립적으로 분사하기 위한 제1 및 제2 버퍼부가 형성되는 샤워헤드; 및

    상기 샤워헤드 상부에 구비되어 상기 제1 버퍼부 내부에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부;

    를 포함하고,

    상기 샤워헤드는,

    제1 소스가스가 분사되는 복수개의 제1 분사포트가 형성된 제1 플레이트;

    상기 제1 소스가스와 서로 독립되게 제2 소스가스가 분사되는 복수개의 제2 분사포트가 형성된 제2 플레이트;

    상기 각 제2 분사포트 상부에 구비되어 상기 제2 분사포트를 개폐하는 다이어프램 형태의 밸브체와 상기 제1 분사포트에 구비되어 상기 밸브체를 고정시키는 고정부로 이루어진 밸브부; 및

    상기 밸브부에 전기적 신호를 인가하여 상기 밸브부를 개폐하는 개폐부;

    를 포함하고,

    상기 밸브부는,

    상기 제2 분사포트 상부를 덮도록 형성되고 상기 제1 분사포트가 관통되게 형성된 다이어프램 형태의 밸브체; 및

    상기 제1 분사포트의 외주면에 장착되며 상기 밸브체를 상기 제1 분사포트에 고정시키는 고정부;

    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
11. 제10항에 있어서,

    상기 샤워헤드는 상기 제1 소스가스는 연속적으로 분사하고 상기 밸브부가 개폐됨에 따라 상기 제2 소스가스를 단속적으로 분사하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
12. 제10항에 있어서,

    상기 샤워헤드는 상기 제1 분사포트는 상기 제2 버퍼부 및 상기 제2 플레이트를 관통하여 상기 제1 버퍼부와 상기 프로세스 챔버를 연통시키도록 형성되되, 상기 제2 분사포트 내부로 연장된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
13. 제12항에 있어서,

    상기 제1 분사포트의 단부와 상기 제2 분사포트의 단부는 상기 기판 표면으로부터 서로 다른 높이를 갖는 평면 상에 배치된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.

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