가스분사조립체 및 이를 이용한 박막증착장치 document_id A220623071323

반도체 소자의 스케일이 점차 축소됨에 따라 극박막에 대한 요구가 갈수록 증대되고 있어 박막증착방법으로서 원자층증착(atomic layer deposition, ALD)방법이 각광받고 있다. 원자층증착방법은 기판에 각각의 원료가스들을 분리 공급하여 원료가스들의 표면 포화에 의해 박막이 형성되도록 하는 방법이다. 상기한 방식을 구현하기 위한 박막증착장치가 도 1에 도시되어 있다. 특히, 도 1에 도시된 종래의 박막증착장치는 하나의 반응기 내에서 여러 장의 기판을 동시에 원자층증착 가능한 형태이다. 도 1을 참조하면, 종래의 박막증착장치(9)는 반응기(1)와, 반응기(1) 내부 공간을 개폐하는 탑리드(2)를 구비한다. 반응기(1) 내부 공간에는 원형의 회전플레이트(3)가 회전 및 승강가능하게 설치된다. 회전플레이트(3)의 상부에는 복수의 기판(w)이 원주방향을 따라 배치된다. 탑리드(2)의 하부에는 복수의 샤워헤드(4)가 설치된다. 외부로부터 유입된 가스는 샤워헤드(4)를 통해 기판(w)으로 공급된다. 예컨대, 복수의 샤워헤드(4)에서는 각각 제1원료가스, 퍼지가스, 제2원료가스, 퍼지가스를 공급할 수 있다. 회전플레이트(3)가 회전하면, 회전플레이트(3)에 안착된 기판(w)은 제1원료가스, 퍼지가스, 제2원료가스 및 퍼지가스를 순차적으로 공급받으면서 원자층 증착이 이루어진다. 한편, 탑리드(2)의 상측에는 하나의 히터(5)가 배치되는데, 이 히터(5)는 복수의 샤워헤드(4) 전체 영역을 가열할 수 있는 발열영역을 가지고 있는데, 이 발열영역 전체의 온도가 동일하게 제어되므로 많은 문제가 발생한다. 이하, 상세히 살펴보기로 한다. 박막증착이 원활하게 이루어지기 위해서는 외부의 기화장치에 의하여 기화온도까지 가열되어 기체상태로 샤워헤드(4)로 유입된 원료가스가 샤워헤드(4) 내에서 기화된 상태를 유지하다가 반응기(1)로 공급된 후 다시 가열에 의하여 분해되어 기판(w)에 증착되는 것이다. 예컨대, Si 원료가 포함된 원료가스 SiH4는 기화되어 샤워헤드(4)로 유입되고, 샤워헤드(4) 내에서 기체상태를 유지하다가 반응기(1) 내로 공급된 후 분해온도까지 가열되면서, 기판(w)과 반응하여 Si와 H4로 분해되어, Si는 기판에 증착되고 H4는 반응기(1)로부터 배출되는 것이다. 이에 샤워헤드(4) 내의 온도가 기화온도 이하로 냉각되어 원료가스가 응축되거나 또는 분해온도 이상으로 가열되어 원료가스가 분해되는 것을 방지하기 위해서는 샤워헤드(4) 내부가 적정한 온도를 유지하여야 하는데, 히터(5)는 이렇게 샤워헤드(4) 내의 가스가 적정한 온도를 유지할 수 있게 하는 작용을 한다. 문제는 여러 장의 기판을 동시에 처리하는 형태의 종래의 박막증착장치에서는 서로 다른 종류의 복수의 원료가스가 사용되며, 원료가스별로 기화온도와 분해온도가 상이하기 때문에, 복수의 샤워헤드(4)가 동일한 온도로 제어되는 경우 원료가스에 따라서 샤워헤드 내에서 응축 또는 분해가 발생할 수 있다는 것이다. 예컨대, 박막증착을 위하여 서로 다른 종류의 원료1과 원료2를 사용한다고 했을 때, 원료1의 기화온도는 100℃이며 분해온도는 150℃이고, 원료2의 기화온도는 200℃이고 분해온도는 300℃이다. 히터(5)로 복수의 샤워헤드(4)를 130℃로 가열하는 경우, 원료1의 경우 샤워헤드(4)내에서 기체상태를 유지할 수 있지만, 200℃ 이상으로 가열 및 기화되어 샤워헤드(4)로 유입된 원료2는 샤워헤드 내에서 기화온도 이하로 냉각되어 응축됨으로써 파티클이 발생된다. 역으로, 샤워헤드(4) 내의 온도를 200℃ 이상으로 유지하는 경우 원료1이 샤워헤드 내에서 분해되어 파티클이 발생된다. 종래의 박막증착장치(9)에서는 이상에서 설명한 바와 같이 하나의 히터(5)에 의하여 발열영역 전체(복수의 샤워헤드)가 동일한 온도로 제어되기 때문에 파티클에 의한 오염 등의 문제가 발생하였다. 파티클에 의하여 박막증착장치(9) 내부가 오염되면 증착된 박막의 품질이 저하될 뿐만 아니라 설비안정성도 보장하지 못한다는 문제점이 있다.