KR100849929B1 - 반응 기체의 분사 속도를 적극적으로 조절하는 샤워헤드를구비한 화학기상 증착 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 여러 종류의 반응 기체와 하나의 퍼지 기체를 기판 위에 공급하는 샤워헤드를 갖춘 화학기상증착(CVD)의 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에서 반응 기체 종류와 동일한 수량의 반응 기체 샤워헤드 모듈이 하나의 퍼지 기체 샤워헤드 모듈 위에 놓인다. 각각의 반응 기체는 서로 섞이지 않은 상태에서 샤워헤드 바닥면으로부터 분사되기 때문에 상기 샤워헤드의 내부에서 균질기상반응을 일으키거나 원하지 않는 입자 침착이 일어나는 것이 방지된다. 또한 퍼지 기체가 상기 샤워헤드 바닥면으로부터 분사되어 보호 장막을 형성하기 때문에, 반응 기체가 거꾸로 확산하는 것과 샤워헤드 바닥면에서의 입자 침착도 방지된다. 각각의 반응 기체는 불활성 기체의 일종인 분사지원 기체와 샤워헤드 내부에서 혼합되는데, 각각의 반응 기체의 분사속도는 혼합되는 분사지원 기체의 양에 의해 적극적으로 제어된다. 또한, 본 발명은 반응 기체가 샤워헤드 내부에서 응축 및 열분해를 일으키지 못하도록 샤워헤드를 적절한 온도로 유지하는 장치와 방법을 제공한다.
화학기상증착, 샤워헤드, 오염, 반응 기체, 퍼지 기체, 분사지원 기체, 분사, 분사 속도, 냉각, 반응 기체 가둠 장치

Description

반응 기체의 분사 속도를 적극적으로 조절하는 샤워헤드를 구비한 화학기상 증착 방법 및 장치 {Apparatus of chemical vapor deposition with a showerhead regulating the injection velocity of reactive gases positively and a method thereof}
도 1은 반응 기체 사이의 반응을 방지하기 위해 서로 다른 반응 기체가 그 내부에서 섞이지 않고 통과하여 기판위로 분사되게 하는 종래의 샤워헤드를 대략적으로 보여주는 단면도;
도 2는 하나의 반응 기체가 사용될 때 원하지 않는 입자 침착이 그 바닥면에 일어나는 것을 방지하는 종래의 샤워헤드를 대략적으로 보여주는 단면도;
도 3은 본 발명의 첫 번째 형태로서 여러 개의 반응 기체 샤워헤드 모듈과 하나의 퍼지 기체 샤워헤드 모듈이 수직방향으로 순서적으로 쌓이는 샤워헤드의 투시도;
도 4는 본 발명의 첫 번째 형태로서 여러 개의 반응 기체 샤워헤드 모듈과 하나의 퍼지 기체 샤워헤드 모듈이 수직방향으로 순서적으로 쌓여서 구성되되, 각각의 반응 기체와 분사지원 기체의 혼합이 각각의 반응 기체 샤워헤드 모듈 내부에서 일어나는 샤워헤드의 단면도;
도 5는 퍼지 기체 샤워헤드 모듈에서 안내관의 한쪽 끝이 퍼지 기체 샤워헤 드 모듈 바닥면에 밀봉된 상태 및 퍼지 기체 출구 부분을 보여주는 퍼지 기체 샤워헤드 모듈 상세 단면도;
도 6은 퍼지 기체 샤워헤드 모듈에서 안내관의 한쪽 끝과 퍼지 기체 샤워헤드 모듈 바닥면 구멍 사이에 틈새가 존재하는 상태와 퍼지 기체 출구 부분을 보여주는 퍼지 기체 샤워헤드 모듈 상세 단면도;
도 7은 본 발명의 두번째 형태로서 반응 기체 샤워헤드 모듈 내부에서 반응 기체와 분사지원 기체의 혼합이 보다 균일하게 이루어지게끔 향상된 구조를 가지는 샤워헤드의 단면도;
도 8은 본 발명의 세번째 형태로서 반응 기체와 분사지원 기체의 혼합이 반응 기체 분사 튜브 끝부분에서 일어나는 샤워헤드의 단면도;
도 9는 본 발명의 세번째 형태의 샤워헤드에서 반응 기체와 분사지원 기체의 혼합이 일어나는 혼합부를 자세히 보여주는 상세 단면도;
도 10은 퍼지 기체 샤워헤드 모듈 밑에 놓이면서 샤워헤드의 온도를 일정하게 유지하는 역할을 하는 냉각 자켓을 더 구비한 구조를 가지는 샤워헤드의 부분 단면도;
도 11은 본 발명의 샤워헤드에서 퍼지 기체 샤워헤드 바닥면을 관통하여 분사되는 여러 종류의 반응 기체와 한 종류의 퍼지 기체의 분사 속도를 보여주는 개념도;
도 12는 본 발명의 샤워헤드에서 반응 기체 분사 튜브의 열과 줄이 서로 직각으로 만나되, 이웃한 2열은 서로 엇갈리게끔 반복되는 배열을 보여주는 샤워헤드 의 저면도;
도 13은 본 발명의 샤워헤드에서 반응 기체 분사 튜브의 위치가 여러 개의 원주 방향으로 반복되는 배열을 보여주는 샤워헤드의 저면도;
도 14는 본 발명의 샤워헤드가 반응 기체 가둠 장치에 적용되는 첫번째 실시예를 개략적으로 보여주는 단면도
도 15는 본 발명의 샤워헤드가 반응 기체 가둠 장치에 적용되는 두번째 실시예를 개략적으로 보여주는 단면도
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : 샤워헤드
110 : 첫번째 반응 기체 샤워헤드 모듈
123 : 첫번째 반응 기체 유입구
125 : 첫번째 분사지원 기체 유입구
151 : 첫번째 반응 기체 분사 튜브
165 : 첫번째 반응 기체 확산 통로
171 : 확산실, 172 : 혼합실, 173 : 분배실
210 : 두번째 반응 기체 샤워헤드 모듈
223 : 두번째 반응 기체 유입구
251 : 두번째 반응 기체 분사 튜브
281 : 반응 기체 샤워헤드 모듈에서의 안내관
410 : 퍼지 기체 샤워헤드 모듈
446 : 퍼지 기체 분사 출구
469 : 퍼지 기체 샤워헤드 모듈 바닥면
479 : 샤워헤드 바닥면
481 : 퍼지 기체 샤워헤드 모듈에서의 안내관
510 : 냉각 자켓, 523 : 냉각재 입구, 525 : 냉각재 출구
581 : 냉각 자켓에서 퍼지 기체 출구를 받아들이는 안내관
582 : 냉각 자켓에서 반응 기체 분사 튜브를 통과시키는 안내관
711 : 안쪽 반응 기체 분사 튜브
712 : 바깥쪽 반응 기체 분사 튜브
777 : 반응 기체 분사 튜브 끝부분의 혼합부
900 : 반응 기체 가둠 장치
본 발명은 샤워헤드를 갖춘 화학기상증착(CVD) 장치와 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 막이 형성되는 기판 위로 반응 기체를 골고루 공급하여 균일한 막 두께와 조성을 가지게끔 하는 샤워헤드에서 원하지 않는 입자 침착을 방지하는 화학기상증착 방법 및 장치에 관한 것이다. 여기서, 본 발명은 미국 등록특허 7,156,921호("Method and Apparatus for Chemical Vapor Deposition Capable of Preventing Contamination and Enhancing Film Growth Rate", 2002년 10월 9일 출원)와 연관되어 있으며, 상기 미국 등록특허의 내용은 본 발명에서 인용되고 있다.
화학기상장치에서 반응 기체는 진공의 반응실로 들어와서 샤워헤드를 거쳐 기판이 놓인 서셉터(susceptor) 또는 기판 고정부에 도달하게 된다. 그런 뒤에 반응 기체는 기판 위에서 화학 반응을 일으켜 원하는 막을 형성하게 되는데, 화학반응을 유도하는 에너지를 공급하기 위해서는 기판을 가열하거나, 플라즈마 상태를 만드는 것과 같은 식으로 반응 기체를 원자적으로 들뜨게(exciting) 하는 방법이 널리 쓰인다. 반응이 끝나면 부산물 기체는 반응실 출구와 진공펌프를 포함하는 배기계통과 적절한 정화장치를 차례로 거쳐 외부로 배출된다.
그런데, 증착 공정 중에 반응실 벽이나 샤워헤드 등에 원하지 않는 입자가 침착되지 않도록 하는 것은 매우 중요하므로, 반응 기체는 기체 상태에서 서로 반응을 일으키지 않는 성질을 갖게 하는 것이 바람직하다. 그러나, 금속유기 화합물처럼 분해 온도가 대개 200℃이하로 낮은 반응 기체가 반응실 안에서 서로 섞이게 되면, 기체 상태에서 균질화 반응(homogeneous reaction)을 일으켜 오염 입자(particle)를 생성할 수 있으며, 스스로도 샤워헤드나 반응실 벽과 같은 고체상태의 표면에서 비균질화 반응(heterogeneous reaction)을 일으켜 원하지 않는 입자 침착을 일으킬 수도 있다.
특히, 반응 기체가 특정한 물질에 민감한 경우, 예를 들어 금속유기화합물의 일종인 지르코늄 4부톡사이드(Zirconium tert-butoxide, Zr(OC4H9)4)는 수분에 매우 민감하게 반응하여 하얀 가루 형태의 지르코늄 수화물(Zirconium Hydroxide, Zr(OH)x)을 형성하기 쉬운데, 수분은 반응실 내부 한곳에 불순물로서 물리적으로 흡착(adsorption)되어 있을 수도 있지만, 기판 위에서 화학 반응 부산물로서 수증기 형태로 생성될 수도 있다. 이러한 수분은 반응실 내벽이나 샤워헤드 표면에서 지르코늄 4부톡사이드와 반응하여 수화물을 침착할 수 있다.
반복적인 열 팽창, 수축, 그리고 반응실 내벽 등과의 격자 구조의 차이로 인해 침착된 입자는 작은 입자로 탈리된다(flake-off). 그리하여 기판 위의 막을 오염시키는 것은 물론, 이런 침착 입자를 제거하기 위해 공정을 중단해야 하는 주기가 빈번해져 생산성 저하를 불러올 수 있는 것이다.
고집적 반도체를 제조하는 경우에는 오염 입자는 주로 배선간 쇼트나 단선으로 패턴 불량을 일으키게 되는데, 그 수율에 영향을 주는 오염입자의 크기는 패턴 치수와 비례 관계에 있다. 따라서 패턴 치수가 작아짐에 따라 즉, 고집적화의 경향이 높아짐에 따라 수율에 영향을 주는 입자의 크기도 점차 작아져 반응실 내에서 허용될 수 있는 오염 입자의 수도 더욱 제한된다.
도 1은 미국 등록특허 제6,626,998호에서의 종래의 샤워헤드를 개략적으로 보여주는데, 반응 기체 사이의 반응을 방지하기 위해 각각의 반응 기체가 서로 섞이지 않고 샤워헤드 내부를 통과하여 여러 개의 출구를 통해 기판 위로 골고루 분사된다. 각각의 반응 기체가 여러 개의 유입구(zone, 17)를 통해 고리 형상의 첫 번째 유로(channel, 23)에 공급되면, 각각의 기체는 첫 번째 유로(23)에서 확산과정을 거친 뒤 각각의 유로 바닥면에 뚫려있는 서너 개의 유통구멍(passage, 25)를 통해 역시 고리 형상의 두 번째 유로(27)에 전달된다. 각각의 반응 기체는 두 번째 유로(27)에서도 확산과정을 거친 뒤 두 번째 유로 바닥면에 뚫려 있는, 샤워헤드 출구에 해당하는 매우 많은 개수의 두 번째 유통구멍(31)을 통해 기판 위로 공급된다. 반응 기체는 주위보다 온도가 높게 유지되는 서셉터 위에 놓인 기판(미도시) 위에서 집중적으로 화학 반응을 일으켜 원하는 막을 기판 위에 형성하게 된다.
그러나, 별도의 보완책이 없으면, 금속유기 화합물처럼 분해 온도가 대개 200℃ 이하로 낮거나 수분에 민감한 반응 기체를 사용하는 경우에는 앞서 지적한 바와 같이 샤워헤드 바닥면에서 원치 않는 입자 침착을 방지하는 것은 어려울 것으로 보인다.
도 2는 일본 공개특허 JP2005-129712에서 기술된 종래의 샤워헤드를 개략적으로 보여주는 단면도이다. 첫번째 퍼지 기체 분사구(10b)는 반응 기체 분사구(10a)를 둘러싸고, 두번째 퍼지 기체 분사구(10c)는 첫번째 퍼지 기체 분사구(10b) 사이에서 적당한 간격으로 배열되어 있다. 이 종래 기술에서 샤워헤드 바닥면에서의 원하지 않는 입자 침착은 첫번째 및 두번째 퍼지 기체 분사구로부터 분사되는 퍼지 기체의 보호장막 작용에 의해 억제된다. 첫번째 및 두번째 퍼지 기체 분사구로부터의 분사 속도는 첫번째와 두번째 퍼지 기체 분사구의 단면적 비율에 크게 좌우되는데, 각각의 속도를 외부에서 독립적으로 조절할 수는 없다. 또한 상기 종래 기술에서는 여러 개의 반응 기체를 사용하는 경우에 대한 언급이 없다. 만약 여러 개의 반응 기체를 하나로 혼합하여 샤워헤드 안으로 공급하면 사용된 반응 기체 사이에서 기상 균질반응이 일어날 수 있다. 또한 상기 종래 기술은 후혼합, 즉, 반응 기체와 퍼지 기체의 혼합이 샤워 헤드와 기판 사이에서 일어나는 것이 전 혼합, 즉, 반응 기체와 퍼지 기체의 혼합이 반응실 이전에서 일어나는 것보다 바람직하다고 하였다. 그렇지만 불활성 기체가 퍼지 기체로 사용되면, 샤워헤드 내부에서 반응 기체와 퍼지 기체가 혼합되더라도 샤워 헤드 내부에서 서로 화학반응을 일으키기가 힘들다. 따라서 반응 기체와 퍼지 기체의 혼합이 샤워 헤드와 기판 사이에서 일어나는 후혼합이 화학기상증착 장치에서 바람직하다는 견해는 재고되어야 하는 것이다.
화학기상 증착 방법에 의해 다양한 종류의 반응 기체를 사용하여 원하는 막을 증착해야 할 필요성이 증가하고 있는데, 종래의 샤워헤드 장치를 계속 사용하게 되면, 다양한 반응 기체가 가지는 예상치 못한 여러가지 특성으로 인해 샤워헤드 바닥면에서 원하지 않는 입자가 생성되거나 기판 위에서 성장하는 막의 균일도를 제어하지 못하는 경우가 생길 수도 있는 것이다.
상기한 바와 같은 문제점을 극복하기 위한 본 발명의 목적은 여러 종류의 반응 기체가 샤워헤드 내부를 서로 독립적으로 통과하게 함으로써 샤워헤드 내부에서 반응 기체가 서로 화학반응을 일으켜 입자를 생성하는 것을 방지하기 위한 화학기상증착 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 샤워헤드 바닥면에서 분사되는 퍼지 기체가 보호장막을 만들어 반응 기체가 거꾸로 확산하여 샤워헤드 바닥면에 원치 않는 입자침착을 일으키는 것을 방지하는 화학기상증착 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 각 종류의 반응 기체의 분사속도를 적극적으로 제 어하여 샤워헤드로부터 기판까지 각 종류의 반응 기체의 물질 전달 정도를 조절할 수 있게 되어 기판 위에서 증착되는 막의 조성비를 쉽게 바꿀 수 있도록 하는 화학기상증착 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 반응실 안에서 기판을 둘러싸면서 한쪽 끝은 반응실 바닥과 닿아 있는 반응 기체 가둠 장치에 본 발명에 따른 샤워헤드를 적용함으로써 반응실 내벽에서의 원하지 않는 입자 침착을 방지함과 아울러 반응 기체를 기판 주위에 가두어 높은 증착 속도를 얻는 화학기상증착 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 막을 증착하기 위해 여러 종류의 반응 기체와 하나의 퍼지 기체를 샤워헤드를 통해 막이 증착되는 기판 위에 공급하는 화학기상 증착에서 다음과 같은 방법을 제공한다: 여러 종류의 반응 기체와 불활성 기체의 일종으로서 각 반응 기체의 분사속도를 결정할 여러 유량 값의 분사지원 기체가 샤워헤드 안으로 공급되어 각각의 반응 기체와 분사지원 기체가 샤워헤드 내부의 각각의 혼합부에서 서로 혼합된다. 한편, 퍼지 기체는 샤워헤드 내부의 격리된 다른 격실 안으로 공급된다. 분사지원 기체와 혼합된 반응 기체는 샤워헤드 바닥면을 관통하는 매우 많은 개수의 반응 기체 분사 튜브를 통해서, 그리고 퍼지 기체는 샤워헤드 바닥면에 형성된 매우 많은 개수의 퍼지 기체 분사 출구를 통해서 각각 분사되는데, 반응 기체와 퍼지 기체의 분사속도는 적극적으로 제어된다.
본 발명은 막을 증착하기 위해 여러 종류의 반응 기체와 하나의 퍼지 기체를 샤워헤드를 통해 막이 증착되는 기판 위에 공급하는 화학기상 증착에서 다음과 같은 방법을 제공한다: 샤워헤드는 서로 분리되어 있는 다수의 반응 기체 샤워헤드 모듈과 퍼지 기체 샤워헤드 모듈로 구성되며, 반응 기체 샤워헤드 모듈의 수량은 사용되는 반응 기체의 수와 동일하다. 분사지원 기체와 샤워헤드 내부에서 혼합된 반응 기체를 기판 위로 분사하기 위해 매우 많은 개수의 반응 기체 분사 튜브가 각각의 반응 기체 샤워헤드 모듈의 바닥면에 연결된다. 퍼지 기체 샤워헤드 모듈은 다수의 반응 기체 샤워헤드 모듈 아래에 놓이고 매우 많은 개수의 안내관이 퍼지 기체 샤워헤드 모듈의 천정과 바닥면에 형성된 구멍 사이에 밀봉 삽입되고, 안내관 내부를 따라 반응 기체 분사 튜브가 퍼지 기체 샤워헤드 모듈을 가로지르며, 퍼지 기체를 분사하기 위해 매우 많은 개수의 퍼지 기체 분사 출구가 퍼지 기체 샤워헤드 모듈 바닥면에 형성되어 있다. 안내관은 맨 위의 것을 제외한 반응 기체 샤워헤드 모듈에도 삽입되는데, 위에 있는 반응 기체 샤워헤드 모듈에 연결된 반응 기체 분사 튜브는 그 보다 아래에 있는 반응 기체 샤워헤드 모듈에 삽입된 안내관의 내부를 따라 그 보다 아래에 있는 반응 기체 샤워헤드 내부를 가로지른다.
본 발명은 막을 증착시키기 위해 여러 종류의 반응 기체와 하나의 퍼지 기체를 샤워헤드를 통해 막이 증착되는 기판 위에 공급하는 화학기상 증착에서 냉각 자켓을 사용함으로써 샤워헤드의 온도를 일정하게 유지하고, 사용되는 반응 기체가 샤워헤드 내부 및 바닥면에서 응축되거나 열분해가 일어나지 않도록 한다.
본 발명에서 언급하는 퍼지 기체는 스스로는 분해되거나 부산물을 만들기 어렵다. 예를 들면, Ar, N2, He 등이 그것이다. 만약 샤워헤드 내부에서 반응 기체와 화학 반응만 일으키지 않는다면 O2, H2등도 퍼지 기체로 분류될 수 있으며, 또한 이들은 원료물로서 증착 반응에 참여할 수도 있다. 퍼지 기체는 상대적으로 작은 분자량을 가지며, 반응실 안에서 신속히 확산하려는 성질이 있으며, 진공계에 의한 강제 순환에 대해 비교적 영향을 덜 받는다. 반면에 반응 기체는 열분해, 결합 등의 화학반응을 통해 막 형성에 직접 관여하는 기체 상태의 원료물이다. 반응 기체로는 증착하려는 막성분을 포함하는 액체 상태의 주원료물을 운반기체를 사용하여 기화시킨 혼합 기체, 또는 운반 기체를 이용하지 않는 순수한 증기 상태로서 증착하려는 막성분을 포함하는 주원료물 등을 한다. 주원료물의 예를 보면: PZT(Lead Zircinum-Titanate) 막 증착에 있어서 Pb의 원료물인 Pb(C2H5)4, Zr의 원료물인 Zr(OC4H9)4, Ti의 원료물인 Ti(OC3H7)4, 및 산소의 원료물인 O2 등을 들 수 있다. 운반기체의 예로는 Ar, N2, He, H2 등을 들 수 있다. 한편, 본 발명에서 언급되는 분사지원 기체는 불활성 기체의 일종이며, 예를 들면, Ar, N2, He 등이 여기에 포함된다. 만약 샤워헤드 내부에서 반응 기체와 화학 반응만 일으키지 않는다면 O2, H2 등도 분사지원 기체에 포함될 수 있다.
도 3 내지 도 6은 본 발명에서 2개의 반응 기체 샤워헤드 모듈과 1개의 퍼지 기체 샤워헤드 모듈로 구성되는 첫번째 형태의 샤워헤드를 보여주는 것이다. 도 3에서 보듯이 샤워헤드(100)는 두 종류의 반응 기체와 하나의 퍼지 기체를 사용하는 것을 가정하여 두개의 반응 기체 샤워헤드 모듈(110), (210)과 하나의 퍼지 기체 샤워헤드 모듈(410)이 수직방향으로 순서적으로 쌓여서 구성된다. 그렇지만 두개 보다 많은 반응 기체가 사용된다면 반응 기체 샤워헤드 모듈의 수는 3개, 4개, 또는 그 이상이 될 수 있다.
도 4에서 볼 때, 하나의 반응 기체와 하나의 분사지원 기체가 각각 반응 기체 유입구(123)와 분사지원 기체 유입구(125)를 통해 각각 확산실(171)과 혼합실(172)로 들어온다. 확산실(171)은 천정(161), 윗벽(163), 그리고 제 1 격판(135)으로 구성되는데, 상기 확산실 안으로 들어온 반응 기체는 상기 확산실 안에서 확산된 후 제 1 격판(135)에 뚫려 있는 매우 많은 개수의 구멍(137)을 통해 혼합실(172)로 유입된다. 혼합실(172)은 상기 제 1 격판(135), 중간벽(165), 그리고 제 2 격판(145)으로 구성되며, 분사지원 기체 유입구(125)를 통해 혼합실(172)로 들어온 분사지원 기체는 상기 혼합실(172) 안에서 상기 확산실(171)로부터 유입된 반응 기체와 혼합되어 상기 제 2 격판(145)에 뚫려 있는 매우 많은 개수의 작은 구멍(147)을 통해 분배실(173)로 들어 간다. 분배실(173)은 상기 제 2 격판 격판(145), 아래 벽(167), 그리고 바닥면(169)으로 구성되는데, 상기 혼합실(172)을 통해 들어 온 반응 기체와 분사지원 기체의 혼합 기체는 상기 분배실 안(173) 안에서 분배실 바닥면(169)의 구멍에 밀봉 연결된 매우 많은 개수의 반응 기체 분사 튜브(151)에 골고루 분배된다. 도 4에서 제 1 격판(135)과 제 2 격판(145)에 각각 뚫려 있는 작은 구멍(137), (147)는 분사지원 기체 유입구(125)를 통해 혼합실(172)로 들어오는 분사지원 기체가 혼합실(172) 안에서 특정한 유선을 형성하지 않고 순전히 확산에 의해 혼합실(172) 안에 균일하게 존재할 수 있도록 하기 위해 지름 0.3 ~ 0.6mm의 비교적 작은 크기를 가지도록 하는 것이 바람직하다. 반응 기체 분사 튜브(151)는 다소 긴 거리, 대략 최대 60mm에서 120mm 만큼 연장되므로 반응 기체 분사 튜브(151)의 내부 지름은 최소한 1.5mm 이상일 것이 권장된다.
상기 첫번째 형태의 발명에서는 위쪽에 위치한 반응 기체 샤워헤드 모듈(110)에서 연장되어온 반응 기체 분사 튜브(151)는 아래에 위치한 반응 기체 샤워헤드 모듈(210)의 천정(261)과 바닥면(269)에 그 양끝이 각각 밀봉 삽입되어 있는 안내관(281)의 내부를 따라 아래에 위치한 반응 기체 샤워헤드 모듈(210)을 가로지른다. 한편, 또 하나의 반응 기체와 분사지원 기체가 각각 반응 기체 유입구(223)와 분사지원 기체 유입구(225)를 통해 각각 확산실(271)과 혼합실(272)로 들어온다. 상술한 바와 같은 요령으로 혼합실(272) 안에서 혼합된 반응 기체와 분사지원 기체는 반응 기체 분사 튜브(251)로 골고루 분배된다. 단, 안내관(281)은 안내관(281)을 관통시키는 제 1격판(235)과 제 2 격판(245)의 구멍에 각각 밀봉, 혹은 밀착 연결시키는 것이 바람직하다. 한편 퍼지 기체는 퍼지 기체 유입구(423)를 통해 샤워헤드 맨 아래에 위치하는 퍼지 기체 샤워헤드 모듈(410) 안으로 유입된 뒤, 중간판(435)에 형성된 매우 많은 개수의 연결 통로(437)를 통해 흐르면서 퍼지 기체 샤워헤드 모듈(410) 안에서 확산되고, 바닥면(469)에 뚫려 있는 매우 많은 개수의 퍼지 기체 분사 출구(446)를 통해 분사된다. 퍼지 기체 출구(446)의 내경이 작을수록 퍼지 기체 샤워헤드 모듈 내부에서의 확산은 보다 균등하게 일어나게 되는데, 그 크기로는 대략 0.3 ~ 0.6mm가 적당하다. 그런데, 뒤에서 자세히 언급하게 될 냉각 자켓을 퍼지 기체 샤워헤드 모듈 밑에 설치하는 경우, 퍼지 기체 분사 출구(446)는 퍼지 기체가 냉각 자켓을 통과하여 흐를 수 있도록 기판쪽으로 소정의 길이(도 5에서 "d1"), 가령 3mm 이하로 돌출한 형태를 띨 수도 있다. 도 5에서 살펴볼 때, 퍼지 기체 샤워헤드 모듈(410)에는 안내관(481)이 퍼지 기체 샤워헤드 모듈 천정(461)과 바닥면(469) 사이에 그 양끝이 밀봉 삽입되어 있는데, 반응 기체 샤워헤드 모듈에서 연장되어 온 반응 기체 분사 튜브(151), (251)는 안내관(481)의 내부를 따라 퍼지 기체 샤워헤드 모듈(410)을 통과한다. 그런데 도 6에서 보듯이 안내관 관통 출구(450) 내벽과 안내관(481) 외벽 사이에 소정의, 가령 0 ~ 1mm의 틈새(도 6에서 "g1")를 두게 되면, 틈새(452) 사이로도 퍼지 기체가 흐르게 되어 반응 기체 분사 튜브 (151), (251) 끝부분에 혹시 발생할 수 있는 오염 방지 효과가 약간이라도 증진될 수도 있을지 모르나, 이렇게 되면 구조가 복잡해지고, 퍼지 기체 출구(446)를 통해 분사되는 퍼지 기체의 양과 틈새(452) 사이로 분사되는 퍼지 기체의 양의 상대적인 비율이 불명확해지는 문제가 생긴다.
한편 도 7은 반응 기체 샤워헤드 모듈 안에서 반응 기체와 분사지원 기체의 혼합을 보다 균일하고 활발하게 일어나도록 하기 위한 본 발명의 두번째 형태를 보여준다. 두번째 형태에서 반응 기체와 분사지원 기체는 각각 반응 기체 유입구(123)와 분사지원 기체 유입구(125)를 통해 각각 반응 기체 확산실(861)과 분사지원 기체 확산실(862)로 들어온다. 반응 기체는 반응 기체 확산실(861)의 아래면(835)에 연결되어 분사지원 기체 확산실(862)을 가로지르는 다수의 반응 기체 확산 통로(865)를 통해 분사지원 기체 확산실(862) 아래에 위치한 분배실(863)로 유입된다. 여기서 반응 기체 확산 통로(165)의 한쪽 끝은 반응 기체 확산실 아래면(835)에 뚫린 구멍과 밀봉 연결되는 것이 바람직한데, 이는 분사지원 기체 확산실(862)로 들어온 분사지원 기체가 반응 기체 확산실(861)로 역류하는 것을 방지하기 위해서이다. 레이저 용접 기술은 용접부에 미치는 열영향은 적으면서 작은 부위의 용접에 적당하므로 그 밀봉 연결 과정에서 효과적으로 사용될 수 있다. 한편, 반응 기체 확산 통로(865)의 다른 한쪽 끝은 분사지원 기체 확산실(862) 아래면(845)에 뚫린 구멍과 반드시 밀봉 연결될 필요는 없으나, 그 틈새를 통해 분사지원 기체가 분배실(863)로 흘러 들어가지 않도록, 최소한 밀착시키는 것이 바람직하다. 반응 기체 확산 통로의 개수는 단위 평방 cm 당 0.2 ~ 0.4 개가 적당하고, 그 내경은 0.8 ~ 1.6mm가 적당할 것으로 보인다. 대신에 분사지원 기체는 분사지원 기체 확산실(862) 아래면(845)에 별도로 뚫려 있는 다수의 매우 작은, 대략 지름 0.3 ~ 0.6mm의 구멍(847)을 통해 분배실로 분사되게 하는 것이 바람직한데, 이는 분사지원 기체가 분배실(863)로 보다 균등하게 분사되도록 하기 위함이다. 그런 뒤, 분배실(863)에서는 분사지원 기체와 혼합된 반응 기체가 다수의 반응 기체 분사 튜브(151)로 균등하게 분배된다.
도 8은 본 발명의 세번째 형태를 보여준다. 앞에서 언급한 두가지 형태와 세번째 형태 사이의 주요한 차이점은 샤워헤드 안에서 반응 기체와 분사지원 기체가 혼합되는 혼합부의 위치이다. 세번째 형태에서는 반응 기체가 유입구(713)를 통해 반응 기체 분배실(711)로 들어와서 바닥면(719)에 연결되어 있는 매우 많은 개수의 안쪽 반응 기체 분사 튜브(751)에 골고루 분배된다. 분사지원 기체는 유입구(723)를 통해 분사지원 기체 분배실(712)로 들어와서 바닥면(729)에 연결되어 있는 매우 많은 개수의 바깥쪽 반응 기체 분사 튜브(752)에 골고루 분배된다. 안쪽 반응 기체 분사 튜브(751)는 바깥쪽 반응 기체 분사 튜브(752)에 의해 둘러 쌓인 채로 연장되다가 최종적으로 퍼지 기체 샤워헤드 모듈 안내관(781)을 따라 퍼지 기체 샤워헤드 모듈(780)을 가로지르는데, 안쪽 반응 기체 분사 튜브(751)의 끝은 바깥쪽 반응 기체 분사 튜브(752)의 끝보다 5 ~ 10mm 짧다. 반응 기체 분배실(711)과 분사지원 기체 분배실(712)은 오링(754)과 볼트 (799)에 의해 서로 밀봉 연결된다. 한편, 퍼지 기체의 분사는 퍼지 기체 분사 출구(746)를 통해 이루어진다. 안쪽 반응 기체 분사 튜브(751)와 바깥쪽 반응 기체 분사 튜브(752)는 짝이 되어 반응 기체 분사 튜브를 구성하며, 도 9의 상세 단면도에서 보듯이 안쪽 반응 기체 분사 튜브(751)와 바깥쪽 반응 기체 분사 튜브(752)의 끝 사이의 공간인 혼합부(777)에서 반응 기체와 분사지원 기체의 혼합이 이루어진다.
도 10은 냉각 자켓(510)이 퍼지 기체 샤워 헤드 모듈(410) 밑에 놓여 있는 구조를 보여 주고 있다. 냉각 자켓(510)은 샤워헤드의 온도를 일정하게, 예를 들면 150 ~ 200℃로 유지하기 위한 것이다. 냉각 자켓은 위판(561), 벽(563), 아래 판(569)으로 구성되는데, 위판(561)과 아래판(569) 사이에는 퍼지 기체 분사 출구(446)를 받아들이기 위한 매우 많은 개수의 안내관(581) 및 반응 기체 분사 튜브(151), (251)를 통과시키기 위한 매우 많은 개수의 안내관(582)이 밀봉 삽입되어 있다. 냉각 자켓(510)의 냉각재 유입구(523)를 통해 냉각 자켓(510) 안으로 주입된 냉각재는 냉각 자켓(510)의 내부 공간을 거친 뒤 냉각재 유출구(525)를 통해 최종적으로 반응실(미도시)을 빠져나간다. 냉각재로는 압축공기, 냉수 등 어떤 것을 이용해도 무방하지만 냉각재가 냉각 자켓(510)으로부터 반응실 쪽으로 새지 않도록 하는 것은 매우 중요하다. 샤워헤드 표면의 적당한 곳에 열전대(미도시)를 설치하는 것은 대상물의 온도 조절을 위한 일상적인 방법이므로 이와 관련된 자세한 설명을 생략하기로 한다. 냉각 자켓을 설치하는 이유는 샤워헤드 내부 온도가 지나치게 올라감으로 인해서 반응 기체가 열분해에 의해 샤워헤드 내부 및 샤워헤드 모듈 바닥면에서 원하지 않는 증착을 일으키는 것을 방지하기 위한 것이다.
이 발명 기술에서 반응 기체와 분사지원 기체의 혼합물은 반응 기체 분사 튜브(151), (251)의 끝으로부터 기판(미도시)을 향해 분사된다. 도 11에서 보듯이 반응 기체 분사 튜브 (151), (251)의 끝부분은 좁아지는 노즐 형상을 가지는 것이 바람직한데, 이는 반응 기체 분사 튜브를 해당 안내관에 끼우는 것을 보다 쉽게 하고, 반응 기체 분사 튜브 끝에서 분사되는 반응 기체의 분사 속도를 증가시킴으로써 샤워헤드 바닥면(479)에서의 오염방지를 보다 효과적으로 하기 위함이다. 도 11에서 "d3" 로 표시된 반응 기체 분사 튜브에서 노즐 끝의 내경은 0.8 ~ 2.0mm이면 바람직하다. 이와 함께 반응 기체 분사 튜브(151), (251)가 샤워헤드 바닥면(479) 으로부터 기판쪽으로 연장되면 샤워헤드 바닥면에서의 오염 방지는 보다 뚜렷해지지만, 반응 기체 분사 튜브(151), (251) 끝의 온도가 지나치게 상승할 우려도 있으므로 절충이 필요한데 그 돌출거리는 10mm 이내이면 적당하다.
이 발명 기술에서 여러 종류의 반응 기체가 사용되는 경우에 각 반응 기체의 분사 속도는 유입되는 반응 기체의 유량과는 상관없이 분사지원 기체의 유량 만에 의해 조절될 수 있다. 도 11에서 보듯이 반응 기체 A의 분사속도 VA는 반응 기체 B의 분사속도 VB보다도 크게 할 수 있다. 이렇게 반응 기체의 종류에 따라 그 분사 속도를 달리하면, 샤워헤드 바닥면으로부터 기판 바로 위까지 각각의 반응 기체의 물질 전달 정도를 비교적 자유롭게 조절할 수 있게 되어 기판 위에서 증착되는 막의 조성을 보다 쉽게 조절할 수 있게 되는 것이다.
한편, 도 11에서 보듯이 퍼지 기체도 기판을 향해 분사되어 샤워헤드 모듈 바닥면(479)과 기판 사이에 보호 장막을 만들게 되는데, 마찬가지로 퍼지 기체의 분사속도도 적극적으로 조절될 수 있다. 이렇듯 분사지원 기체와 혼합되어 기판 쪽을 향해 충분한 속도로 분사되는 반응 기체의 관성의 효과와 퍼지 기체에 의해 형성되는 보호장막의 효과로 인해 샤워헤드 바닥면(479)에서의 원치 않는 입자 침착이 방지되는 것이다. 그리고, 한 종류의 반응 기체와 또 다른 종류의 반응 기체는 샤워헤드 바닥면(479)으로부터 각각 분사되기 전에는 서로 혼합될 수 없으며, 사용된 모든 종류의 반응 기체와 퍼지 기체는 샤워헤드 모듈의 바닥면(479)과 기판 사이에서 서로 혼합된다. 샤워헤드 모듈의 바닥면(479)과 기판 사이의 거리는 가까워 질수록 기판 위에서의 막 증착속도는 증가하지만 막 두께와 조성의 균일도는 저하된다. 따라서 절충이 필요한데, 그 이격 거리는 20 ~ 60mm인 것이 바람직하다.
반응 기체 분사 튜브의 밀도는 기판(미도시) 위에서 증착되는 막의 균일도에 직접적인 영향을 미치는데, 한 종류의 반응 기체에 대해 대략 단위 평방 cm 당 0.2 ~ 0.4 개가 적당할 것으로 보인다. 그리고 반응 기체 분사 튜브가 형성되어 있는 범위, 즉 샤워헤드 바닥면의 크기는 기판의 크기 보다는 다소 클 것이 요구된다. 150mm 크기의 기판에 대해 고려해보면, 샤워헤드 바닥면의 유효 크기는 대략 지름 200mm, 한 종류의 반응 기체 분사 튜브의 숫자는 60 ~ 120개면 적당하다. 그리고 반응 기체 분사 튜브는 도 12에서처럼 3종류의 반응 기체가 사용되는 경우에 각각 A, B, C로 표시되는 반응 기체 분사 튜브(151), (251), (351)의 열과 줄이 서로 직각으로 만나되, 이웃한 2열은 서로 엇갈리게끔 반복되게 배열되거나, 도 13에서처럼 여러 개의 원주 방향으로 반복되게 배열되게 하는 것이 바람직하다.
<첫번째 실시예>
도 14는 본 발명에 의한 샤워헤드(100)를 반응 기체 가둠 장치(900)에 적용한 첫 번째 실시예를 도시한다. 여기서, 반응 기체 가둠 장치(900)라 함은, 반응실(1) 내벽(7)과 천정(3)으로부터 충분한 거리를 두고 떨어져 있고, 기판(9)을 지붕이 있는 돔 형태로 둘러싸고, 한쪽 끝이 반응실 바닥(969)과 닿아 있으며, 그 표면에 수많은 미세 구멍이 뚫려 있으며, 지붕의 중심부 일부를 개방하여 이 발명에서 고안한 샤워헤드(100)의 가장자리가 개방부분을 따라서 걸칠 수 있게 하여 샤워헤드(100)의 바닥면과 기판(9)이 평행하게 서로 마주 보게 하는 장치를 말한다. 반 응 기체 가둠 장치(900)에 대한 자세한 것은 미국 등록특허 7,156,921에 나와 있으므로 이를 참조하면 될 것이다.
도 14에 도시된 바와 같이 두개의 반응 기체, 두개의 분사지원 기체, 그리고 첫번째 퍼지 기체가 각각 반응 기체 공급 튜브 (954A) (954B), 분사지원 기체 공급 튜브 (955A) (955B), 그리고 첫번째 퍼지 기체 공급 튜브(956)를 통해 샤워헤드 모듈(100) 안으로 들어온다. 냉각재는 냉각재 공급 튜브(961)를 통해 샤워헤드(100) 안으로 들어와서 냉각재 회수 튜브(962)를 거쳐 반응실(1) 밖으로 나간다. 그리고 두번째 퍼지 기체는 두번째 퍼지 기체 공급 포트(957)을 통해 반응실 내벽(7)과 반응 기체 가둠 장치(900) 사이에 형성되어 있는 공간(970)으로 들어온다. 그리하여 반응 기체 가둠 장치(100)의 바깥에서 안쪽으로 흘러 들어가는 두번째 퍼지 기체의 효과로 인해 반응 기체 가둠 장치(900)은 그 안쪽 면에 원치 않는 입자 침착이 일어나는 것을 방지하는 역할을 한다. 반면에 샤워헤드 바닥면에서의 오염은 전술한 샤워헤드 모듈의 구성과 역할에 의해 억제된다. 또한, 반응 기체 가둠 장치(900)가 반응 기체를 기판(9) 근처에 가두게 되어 기판(9) 위에 증착되는 막의 증착 속도를 향상시킬 수 있게 되는 된다.
<두번째 실시예>
도 15는 본 발명에 따른 샤워헤드(100)를 또 다른 형태의 반응 기체 가둠 장치에 적용한 두번째 실시예를 제시한다. 여기서, 반응 기체 가둠 장치는 평평한 가장자리를 가진 천정(911)과 수직벽(912)으로 구성된다. 평평한 가장자리를 가진 천정(911)은 반응실 안벽의 턱(966)에 걸칠 수 있어서 자리를 잡기 쉬우며, 또한 반 응 기체 가둠 장치의 수직 벽(912)의 끝과의 사이에 틈새(967)를 만들기 쉬우므로 이 틈새(967)를 통해 기판(9)의 출입을 할 수 있다. 가령 스테이지에 밀봉 연결된 벨로우즈(968)와 연동된 지지물(미도시)과 같은 장치를 통해 반응 기체 가둠 장치의 수직벽(912)을 내려서 반응 기체 가둠 장치의 천정(911)과 반응 기체 가둠 장치의 수직벽(912) 사이에 틈새를 만든 뒤, 트랜스퍼 챔버(미도시)로부터 반응실(1) 안으로 기판(9)을 들고 있는 로봇 팔(미도시)을 게이트 밸브(930)을 통해 집어 넣고 스테이지(935)를 올리고 내리고 하면 기판(9)의 입출이 쉽게 이루어질 수 있는 것이다.
본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
앞서 서술한 바와 같이 본 발명은 여러 종류의 반응 기체가 샤워헤드를 서로 독립적으로 통과하게 함으로써, 샤워헤드 내부에서 반응 기체가 서로 섞이는 것을 방지하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 퍼지 기체 샤워헤드 모듈의 바닥면 출구를 통해 퍼지 기체가 분사됨으로써 샤워헤드 바닥면 밑에 보호장막을 형성하고 반응 기체가 거꾸로 확산되는 것을 방지하고 샤워헤드 바닥면에 원치 않는 입자 침착을 방지하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 반응실 안에서 각 반응 기체의 확산도에 따라 각 반응 기체의 분사 속도를 각 반응 기체와 샤워헤드 안에서 혼합되는 분사지원 기체의 양에 의해 적극적으로 조절함으로써 기판 위에서 증착되는 막의 조성비를 쉽게 바꿀 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 샤워헤드 맨 아랫부분을 구성하는 냉각 자켓에 의해 샤워헤드 내부 및 바닥면의 온도를 원하는 영역 안에 유지함으로써 반응 기체가 열분해에 의해 원치 않는 입자 침착을 일으키는 것을 방지하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 반응 기체 가둠 장치와 함께 화학반응(CVD) 장치에 사용되면, 반응 기체 가둠 장치 내벽에서의 오염이 방지되고, 반응 기체를 기판 근처에 가두어 막 증착속도를 향상시키는 효과가 있다.

Claims (17)

  1. 반응실 안에 놓여 있는 기판 위에 막을 증착하기 위해 최소한 한 종류의 반응 기체와 하나의 퍼지 기체를 샤워헤드를 통해 기판 위에 공급하는 화학기상 증착 방법에 있어서,
    상기 샤워헤드의 바닥면이 상기 기판과 소정 거리만큼 대응하도록 이격하여 배치하는 배치단계;
    상기 반응 기체와 반응 기체의 분사속도를 조절하기 위한 분사지원 기체를 상기 샤워헤드 내에 주입하되, 각각의 반응 기체는 샤워헤드 내부의 각각의 격실에서 각각의 분사지원 기체와 서로 혼합되고, 상기 퍼지 기체는 상기 샤워헤드 내의 또 다른 격실에 채워지도록 주입하는 주입단계; 및
    상기 반응 기체와 상기 분사지원 기체의 혼합 기체 및 상기 퍼지 기체가 각각 상기 샤워헤드의 바닥면에 형성된 복수의 반응 기체 분사 출구 및 복수의 퍼지 기체 분사 출구를 통해 배출하게 하는 배출단계
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 샤워헤드를 이용한 화학기상 증착 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응 기체에 혼합되는 분사지원 기체의 양은 독립적으로 조절되는 것을 특징으로 하는 샤워헤드를 이용한 화학기상 증착 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 퍼지 기체 및 분사지원 기체는 각각 Ar, N2, He, H2 및 O2로 된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 샤워헤드를 이용한 화학기상 증착 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응 기체는 기체 상태의 금속유기화합물인 것을 특징으로 하는 샤워헤드를 이용한 화학기상 증착 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    냉각 자켓을 상기 샤워헤드의 맨 아랫부분을 구성하도록 설치하고, 상기 냉각 자켓에 냉각재를 주입하여 상기 샤워헤드를 냉각하는 냉각단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 샤워헤드를 이용한 화학기상 증착 방법.
  6. 반응실 안에 놓여 있는 기판 위에 막을 증착시키기 위해 최소한 한 종류의 반응 기체와 하나의 퍼지 기체를 샤워헤드를 통해 기판 위에 공급하는 화학기상 증착 장치에 있어서,
    상기 샤워헤드는
    상기 반응 기체의 수량과 동일한 수량이고, 서로 격리되며, 그 안에서 하나의 반응 기체와 상기 반응 기체의 분사속도를 조절하기 위한 하나의 분사지원 기체가 서로 혼합되며, 혼합된 기체를 기판 위로 분사하기 위한 복수의 반응 기체 분사 튜브를 그 바닥면에 구비한 반응 기체 샤워헤드 모듈; 및
    상기 반응 기체 샤워헤드 모듈의 하측에 설치되고, 퍼지 기체가 퍼지 기체 유입구를 통해 내부에 유입되어 채워지며, 채워진 상기 퍼지 기체를 기판 위로 분사하기 위해 기판쪽으로 3mm 이내에서 돌출된 복수의 퍼지 기체 분사 출구를 상기 퍼지 기체 샤워헤드 모듈 바닥면에 구비한 하나의 퍼지 기체 샤워헤드 모듈을 포함하여 구성되되,
    상기 반응 기체 샤워헤드 모듈에 구비된 반응 기체 분사 튜브가 상기 반응 기체 샤워헤드 모듈보다 아래에 있는 반응 기체 샤워헤드 모듈의 내부를 통과할 수 있도록 상기 반응 기체 샤워헤드 모듈보다 아래에 있는 반응 기체 샤워헤드 모듈의 천정과 바닥면 사이에 그 양쪽 끝이 밀봉 삽입되는 안내관이 구비되고, 또한 상기 퍼지 기체 샤워헤드 모듈 천정과 바닥면 사이에 그 양끝이 밀봉 삽입되는 안내관을 구비함으로써 상기 반응 기체 분사 튜브가 상기 퍼지 기체 샤워헤드 모듈의 안내관 내부를 따라 상기 퍼지 기체 샤워헤드 모듈의 내부를 가로지를 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 샤워헤드를 이용한 화학기상 증착 장치.
  7. 제 6항에 있어서 상기 반응 기체 샤워헤드 모듈은
    반응 기체가 반응 기체 유입구를 통해 공급되어 골고루 퍼지는 확산실;
    분사지원 기체가 분사지원 기체 유입구를 통해 공급된 뒤에 상기 확산실로부터 유입되는 상기 반응 기체와 혼합되기 시작하는 혼합실; 및
    상기 반응 기체와 상기 분사지원 기체의 혼합 기체를 상기 반응 기체 분사 튜브에 골고루 분배하기 위한 분배실을 포함하여 구성되되,
    상기 확산실과 혼합실은 복수의 구멍이 뚫린 격막을 경계면으로 하여 연결되고, 상기 혼합실과 분배실은 복수의 구멍이 뚫린 또 다른 격막을 경계면으로 하여 연결되는 것을 특징으로 하는 샤워헤드를 이용한 화학기상 증착 장치.
  8. 제 6항에 있어서 상기 반응 기체 샤워헤드 모듈은
    반응 기체가 반응 기체 유입구를 통해 공급되어 골고루 퍼지는 반응 기체 확산실;
    상기 반응 기체 확산실의 아래면을 경계로 하여 상기 반응 기체 확산실에 연결되며, 분사지원 기체가 분사지원 기체 유입구를 통해 공급되어 골고루 퍼지는 분사지원 기체 확산실;
    상기 분사지원 기체 확산실의 아래면을 경계로 하여 상기 분사지원 기체 확산실에 연결되며, 상기 반응 기체와 상기 분사지원 기체가 서로 혼합되어 상기 반응 기체 분사 튜브에 골고루 분배되는 분배실; 및
    상기 반응 기체 확산실 아래면에 그 한쪽 끝이 밀봉 연결되어 있으며, 상기 분사지원 기체 확산실 아래면에 그 다른 한쪽 끝이 밀봉 연결되는 복수의 내경 0.5 ~ 1.5mm의 반응 기체 확산 통로를 포함하여 구성되되,
    상기 반응 기체는 상기 반응 기체 확산실로부터 상기 반응 기체 확산 통로를 통해 상기 분사지원 기체 확산실을 가로 질러 상기 분배실로 분사되며, 상기 분사지원 기체는 상기 분사지원 기체 확산실 아래면에 뚫린 복수의 지름 0.3 ~ 0.6mm의 구멍을 통해 상기 분배실로 분사되는 것을 특징으로 하는 샤워헤드를 이용한 화학기상 증착 장치.
  9. 제 6항에 있어서 상기 반응 기체 샤워헤드 모듈은
    반응 기체가 반응 기체 유입구를 통해 들어와서 그 내부 격막에 뚫려 있는 복수의 구멍을 통해 흐르면서 균등하게 확산된 뒤, 그 바닥면에 연결되어 있는 복수의 안쪽 반응 기체 분사 튜브에 골고루 분배되는 반응 기체 분배실;
    분사지원 기체가 분사지원 기체 유입구를 통해 들어와서 그 내부 격막에 뚫려 있는 복수의 구멍을 통해 흐르면서 균등하게 확산된 뒤, 그 바닥면에 연결되어 있는 복수의 바깥쪽 반응 기체 분사 튜브에 골고루 분배되는 분사지원 기체 분배실로 구성되고;
    상기 반응 기체 분사 튜브는 상기 안쪽 반응 기체 분사 튜브와 상기 바깥쪽 반응 기체 분사 튜브의 짝으로 구성되되, 상기 안쪽 반응 기체 분사 튜브는 상기 분사지원 기체 분배실을 가로 질러 연장되면서 상기 바깥쪽 반응 기체 분사 튜브에 의해 둘러 쌓이며, 상기 안쪽 반응 기체 분사 튜브의 끝은 상기 바깥쪽 반응 기체 분사 튜브의 끝보다 5 ~ 10mm 만큼 짧고, 상기 안쪽 반응 기체 분사 튜브를 통해 전달되는 반응 기체와 상기 안쪽 반응 기체 분사 튜브와 상기 바깥쪽 반응 기체 분사 튜브 사이의 틈새 영역을 통해 전달되는 분사지원 기체가 상기 안쪽 반응 기체 분사 튜브의 끝과 상기 바깥쪽 반응 기체 분사 튜브의 끝 사이의 공간에서 혼합이 이루어지는 것을 특징으로 하는 샤워헤드를 이용한 화학기상 증착 장치.
  10. 제 6 항 내지 9항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 퍼지 기체 샤워헤드 모듈 아래에 놓이면서 샤워헤드를 냉각하는 냉각 자켓을 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 샤워헤드를 이용한 화학기상 증착 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 냉각 자켓은 천정, 냉각재의 출입을 위한 유입구 및 유출구가 설치된 수직벽, 그리고 바닥면으로 구성되며, 상기 천정과 바닥면 사이에는 상기 퍼지 기체를 받아들이기 위한 복수의 안내관 및 상기 반응 기체 분사 튜브를 통과시키기 위한 복수의 안내관이 밀봉 삽입되되, 상기 반응 기체 분사 튜브는 상기 냉각 자켓 바닥면으로부터 기판 쪽으로 10mm 이내에서 돌출하고, 상기 반응 기체 분사 튜브의 끝 부분은 좁아지는 노즐의 형태를 가지며, 상기 노즐의 출구 내경은 0.8 ~ 2mm인 것을 특징으로 하는 샤워헤드를 이용한 화학기상 증착 장치.
  12. 제 6 내지 9항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응 기체 분사 튜브의 배열은 그 열과 줄이 서로 직각으로 만나되, 이웃한 2열은 서로 엇갈리게끔 반복되는 것을 특징으로 하는 샤워헤드를 이용한 화학기상 증착 장치.
  13. 제 6 내지 9항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응 기체 분사 튜브의 배열은 상기 반응 기체 분사 튜브의 위치가 여러 개의 원주 방향으로 반복되는 것을 특징으로 하는 샤워헤드를 이용한 화학기상 증착 장치.
  14. 제 6 항 내지 제 9항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응실의 내부에 위치하고, 상기 기판을 둘러싸고, 수직 벽과 천정으로 구성되고, 그 안쪽과 바깥쪽이 서로 소통할 수 있도록 그 표면에 복수의 구멍이 뚫려 있고, 그 수직 벽은 반응실 바닥에 맞닿아 있고, 그 수직 벽과 천정은 각각 반응실의 벽과 천정으로부터 충분한 거리만큼 떨어져서 놓임으로써 소정의 두께를 가지는 공간이 형성되는 반응 기체 가둠 장치;
    두번째 퍼지 기체가 외부로부터 상기 반응실과 상기 반응 기체 가둠 장치 사이의 상기 공간으로 공급될 수 있도록 상기 반응실 벽 또는 천정에 형성되는 두번째 퍼지 기체 공급 포트; 및
    반응실 내부에서 생성되는 부산물을 배출시키기 위해 상기 반응 기체 가둠 장치의 내부에 설치되는 배기구를 더 포함하여 구성되되,
    상기 샤워헤드가 그 바닥면이 기판과 마주보도록 하기 위해 상기 반응 기체 가둠 장치 천정에 형성된 개방 영역을 따라 상기 샤워헤드 바닥면의 가장자리가 놓이도록 설치하고, 상기 두번째 퍼지 기체가 상기 반응 기체 가둠 장치 표면에 뚫려있는 상기 구멍을 통해 상기 반응 기체 가둠 장치 내부로 유입되게 하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착 장치.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 반응실의 내부에 위치하고, 상기 기판을 둘러싸고, 수직 벽과 천정으로 구성되고, 그 안쪽과 바깥쪽이 서로 소통할 수 있도록 그 표면에 복수의 구멍이 뚫려 있고, 그 수직 벽은 반응실 바닥에 맞닿아 있고, 그 수직 벽과 천정은 각각 반응실의 벽과 천정으로부터 충분한 거리만큼 떨어져서 놓임으로써 소정의 두께를 가지는 공간이 형성되는 반응 기체 가둠 장치;
    두번째 퍼지 기체가 외부로부터 상기 반응실과 상기 반응 기체 가둠 장치 사이의 상기 공간으로 공급될 수 있도록 상기 반응실 벽 또는 천정에 형성되는 두번째 퍼지 기체 공급 포트; 및
    반응실 내부에서 생성되는 부산물을 배출시키기 위해 상기 반응 기체 가둠 장치의 내부에 설치되는 배기구를 더 포함하여 구성되되,
    상기 샤워헤드가 그 바닥면이 기판과 마주보도록 하기 위해 상기 반응 기체 가둠 장치 천정에 형성된 개방 영역을 따라 상기 샤워헤드 바닥면의 가장자리가 놓이도록 설치하고, 상기 두번째 퍼지 기체가 상기 반응 기체 가둠 장치 표면에 뚫려있는 상기 구멍을 통해 상기 반응 기체 가둠 장치 내부로 유입되게 하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착 장치.
  16. 제 6 항 내지 제 9항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응실의 내부에 위치하고, 상기 기판을 둘러싸고, 수직 벽과 천정으로 구성되고, 그 수직 벽의 한쪽 끝은 상기 반응실의 바닥과 접촉하고, 그 안쪽과 바깥쪽이 상기 반응실의 내부에 위치하고, 상기 기판을 둘러싸고, 수직 벽과 천정으로 구성되고, 그 수직 벽의 한쪽 끝은 상기 반응실의 바닥과 접촉하고, 그 안쪽과 바깥쪽이 서로 소통할 수 있도록 그 표면에 복수의 구멍이 뚫려 있고, 그 수직 벽과 천정은 각각 상기 반응실의 벽과 천정으로부터 충분한 거리만큼 떨어져서 놓임으로써 소정의 두께를 가지는 공간이 형성되고, 그 천정의 가장자리는 상기 반응실 벽에 맞닿아 있고, 그 수직 벽은 그 천정과 맞닿아 있되 그 수직 벽은 밑으로 내려 올 수 있어서 그 수직벽과 그 천정 사이에 틈새를 만들 수 있는 반응 기체 가둠 장치;
    두번째 퍼지 기체가 외부로부터 상기 반응실과 상기 반응 기체 가둠 장치 사이의 상기 공간으로 공급될 수 있도록 상기 반응실 벽 또는 천정에 형성되는 두번째 퍼지 기체 공급 포트; 및
    반응실 내부에서 생성되는 부산물을 배출시키기 위해 상기 반응 기체 가둠 장치의 내부에 설치되는 배기구를 더 포함하여 구성되되,
    상기 샤워헤드가 그 바닥면이 기판과 마주보도록 하기 위해 상기 반응 기체 가둠 장치 천정에 형성된 개방 영역을 따라 상기 샤워헤드 바닥면의 가장자리가 놓이도록 설치하고, 상기 두번째 퍼지 기체가 상기 반응 기체 가둠 장치 표면에 뚫려있는 상기 구멍을 통해 상기 반응 기체 가둠 장치 내부로 유입되게 하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착 장치.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 반응실의 내부에 위치하고, 상기 기판을 둘러싸고, 수직 벽과 천정으로 구성되고, 그 수직 벽의 한쪽 끝은 상기 반응실의 바닥과 접촉하고, 그 안쪽과 바깥쪽이 서로 소통할 수 있도록 그 표면에 복수의 구멍이 뚫려 있고, 그 수직 벽과 천정은 각각 상기 반응실의 벽과 천정으로부터 충분한 거리만큼 떨어져서 놓임으로써 소정의 두께를 가지는 공간이 형성되고, 그 천정의 가장자리는 상기 반응실 벽에 맞닿아 있고, 그 수직 벽은 그 천정과 맞닿아 있되 그 수직 벽은 밑으로 내려 올 수 있어서 그 수직벽과 그 천정 사이에 틈새를 만들 수 있는 반응 기체 가둠 장치;
    두번째 퍼지 기체가 외부로부터 상기 반응실과 상기 반응 기체 가둠 장치 사이의 상기 공간으로 공급될 수 있도록 상기 반응실 벽 또는 천정에 형성되는 두번째 퍼지 기체 공급 포트; 및
    반응실 내부에서 생성되는 부산물을 배출시키기 위해 상기 반응 기체 가둠 장치의 내부에 설치되는 배기구를 더 포함하여 구성되되,
    상기 샤워헤드가 그 바닥면이 기판과 마주보도록 하기 위해 상기 반응 기체 가둠 장치 천정에 형성된 개방 영역을 따라 상기 샤워헤드 바닥면의 가장자리가 놓이도록 설치하고, 상기 두번째 퍼지 기체가 상기 반응 기체 가둠 장치 표면에 뚫려있는 상기 구멍을 통해 상기 반응 기체 가둠 장치 내부로 유입되게 하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착 장치.
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