KR101021372B1 - Atomic layer deposition apparatus - Google Patents
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Abstract
다수의 기판을 이층으로 적층하여 동시에 증착 공정이 수행되는 원자층 증착장치가 개시된다. 원자층 증착장치는, 다수의 기판이 수평으로 안착되며 상하로 적층 형성된 제1 지지 블록과 제2 지지 블록, 상기 2개의 지지 블록을 연결하며 상기 각 지지 블록의 중심을 기준으로 상기 기판을 공전시키는 구동축을 포함하는 서셉터 유닛, 상기 다수의 기판이 수용되어 증착 공정이 수행되는 공간을 제공하며 상기 각 지지 블록에 의해 제1 반응실과 제2 반응실로 구획되는 프로세스 챔버, 상기 제1 및 제2 반응실에 각각 구비되어 상기 기판에 증착을 위한 증착가스를 제공하며 상기 기판 측부에서 상기 기판에 평행하게 상기 증착가스를 분사하도록 형성된 가스분사 유닛 및 상기 프로세스 챔버 내부에 구비되어 상기 기판을 가열하는 히터 유닛을 포함하여 구성된다.Disclosed is an atomic layer deposition apparatus in which a plurality of substrates are stacked in two layers to simultaneously perform a deposition process. The atomic layer deposition apparatus connects the first support block, the second support block, and the two support blocks, each of which is formed by stacking a plurality of substrates horizontally and stacked up and down, and revolves the substrate with respect to the center of each support block. A susceptor unit including a drive shaft, a process chamber accommodating the plurality of substrates to provide a space in which a deposition process is performed, and divided into a first reaction chamber and a second reaction chamber by the support blocks, and the first and second reactions; A gas injection unit provided in each chamber to provide a deposition gas for deposition on the substrate and injecting the deposition gas in parallel to the substrate at the substrate side, and a heater unit provided in the process chamber to heat the substrate. It is configured to include.
원자층 증착장치, atomic layer deposition apparatus, ALD, 이층 서셉터, lateral type 증착가스 분사 Atomic layer deposition apparatus, ALD, double layer susceptor, lateral type deposition gas injection
Description
본 발명은 원자층 증착장치에 관한 것으로, 동시에 처리할 수 있는 기판의 수를 증가시키고 스루풋을 향상시킬 수 있는 원자층 증착장치를 제공하기 위한 것이다.The present invention relates to an atomic layer deposition apparatus, and to provide an atomic layer deposition apparatus capable of increasing the number of substrates that can be processed simultaneously and improving throughput.
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.In general, in order to deposit a thin film having a predetermined thickness on a substrate such as a semiconductor substrate or glass, physical vapor deposition (PVD) using physical collision such as sputtering and chemical vapor deposition using chemical reaction thin film manufacturing method using (chemical vapor deposition, CVD) or the like is used.
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.The chemical vapor deposition method may include atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD), low pressure chemical vapor deposition (LPCVD), plasma organic chemical vapor deposition (plasma enhanced CVD, PECVD), and the like. Plasma organic chemical vapor deposition has been widely used due to the advantages of being able to deposit and fast forming thin films.
그러나 반도체 소자의 디자인 룰(design rule)이 급격하게 미세해짐으로써 미세 패턴의 박막이 요구되었고 박막이 형성되는 영역의 단차 또한 매우 커지게 되 었다. 이에 원자층 두께의 미세 패턴을 매우 균일하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 스텝 커버리지(step coverage)가 우수한 단 원자층 증착 방법(atomic layer deposition, ALD)의 사용이 증대되고 있다.However, as the design rule of the semiconductor device is drastically fined, a thin film of a fine pattern is required, and the step height of the region where the thin film is formed is also very large. As a result, the use of a single atomic layer deposition (ALD) method capable of forming a very fine pattern of atomic layer thickness very uniformly and having excellent step coverage has been increasing.
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.The atomic layer deposition method (ALD) is similar to the conventional chemical vapor deposition method in that it uses chemical reactions between gas molecules. However, conventional chemical vapor deposition (CVD) methods inject a plurality of gas molecules into the process chamber at the same time to deposit reaction products generated above the substrate onto the substrate, whereas atomic layer deposition processes a single gaseous material. It is different in that it is injected into the chamber and then purged to leave only the physically adsorbed gas on top of the heated substrate, and then inject other gaseous materials to deposit chemical reaction products that occur only on the upper surface of the substrate.
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.The thin film implemented through such an atomic layer deposition method has a very good step coverage characteristics and has the advantage that it is possible to implement a pure thin film with a low impurity content, which is widely attracting attention.
기존의 원자층 증착장치는 스루풋(throughput)을 향상시키기 위해서 복수 장의 기판에 대해 동시에 증착 공정이 수행되는 세미 배치 타입(semi-batch type)이 개시되어 있다. 통상적으로 세미 배치 타입 원자층 증착장치는 샤워헤드 또는 서셉터가 고속으로 회전하면서 서로 다른 종류의 소스가스로 이루어진 증착가스가 분사되고, 기판이 순차적으로 증착가스를 통과하면서 기판 표면에 박막이 형성된다.In the conventional atomic layer deposition apparatus, a semi-batch type is disclosed in which a deposition process is simultaneously performed on a plurality of substrates in order to improve throughput. In the semi-batch type atomic layer deposition apparatus, a deposition gas composed of different types of source gases is injected while the showerhead or susceptor rotates at high speed, and a thin film is formed on the surface of the substrate while the substrate sequentially passes through the deposition gas. .
그런데 기존의 세미 배치 타입 원자층 증착장치는 기판이 원형 서셉터의 원 주 방향을 따라 방사상으로 안착되므로 동시에 처리하고자 하는 기판의 수와 기판의 크기가 증가함에 따라 프로세스 챔버의 크기 역시 급격하게 증가하게 된다.However, in the conventional semi-batch type atomic layer deposition apparatus, since the substrate is radially seated along the circumferential direction of the circular susceptor, the size of the process chamber also increases rapidly as the number of substrates to be processed and the size of the substrate increase. do.
즉, 기판의 크기가 점차 대형화되고 있는 데 반해, 기존의 원자층 증착장치는 기판의 대형화 추세에 신속하게 대응하기가 어려우며, 일정 크기 이상으로 기판의 크기가 대형화되는 경우에는 기존과 같이 기판을 안착시키는 경우 서셉터 및 프로세스 챔버의 크기가 급격하게 증가하므로, 현실적으로 기존의 세미 배치 타입의 원자층 증착장치를 이용할 수 없다는 문제점이 있다.That is, while the size of the substrate is gradually increasing in size, it is difficult for the existing atomic layer deposition apparatus to quickly respond to the trend of increasing the size of the substrate. In this case, since the size of the susceptor and the process chamber is rapidly increased, there is a problem in that a conventional semi batch type atomic layer deposition apparatus cannot be used.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 대형화된 기판을 수용하여 증착 공정을 처리할 수 있는 원자층 증착장치를 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide an atomic layer deposition apparatus that can accommodate a large-sized substrate to process the deposition process.
또한, 본 발명의 다수의 기판을 동시에 처리할 수 있는 세미 배치 타입의 원자층 증착장치를 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a semi-batch type atomic layer deposition apparatus capable of simultaneously processing a plurality of substrates of the present invention.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 다수의 기판을 이층으로 적층하여 동시에 증착 공정이 수행되는 원자층 증착장치는, 다수의 기판이 수평으로 안착되며 상하로 적층 형성된 제1 지지 블록과 제2 지지 블록, 상기 2개의 지지 블록을 연결하며 상기 각 지지 블록의 중심을 기준으로 상기 기판을 공전시키는 구동축을 포함하는 서셉터 유닛, 상기 다수의 기판이 수용되어 증착 공정이 수행되는 공간을 제공하며 상기 각 지지 블록에 의해 제1 반응실과 제2 반응실로 구획되는 프로세스 챔버, 상기 제1 및 제2 반응실에 각각 구비되어 상기 기판에 증착을 위한 증착가스를 제공하며 상기 기판 측부에서 상기 기판에 평행하게 상기 증착가스를 분사하도록 형성된 가스분사 유닛 및 상기 프로세스 챔버 내부에 구비되어 상기 기판을 가열하는 히터 유닛을 포함하여 구성된다.According to the embodiments of the present invention for achieving the above object of the present invention, in the atomic layer deposition apparatus in which a deposition process is performed by simultaneously stacking a plurality of substrates in two layers, a plurality of substrates are horizontally seated and stacked vertically A susceptor unit including a formed first support block and a second support block, a driving shaft connecting the two support blocks and revolving the substrate with respect to the center of each of the support blocks; And a process chamber partitioned into each of the first reaction chamber and the second reaction chamber by the supporting blocks, and provided in the first and second reaction chambers, respectively, to provide a deposition gas for deposition on the substrate. A gas injection unit formed inside the process chamber and a gas injection unit configured to spray the deposition gas parallel to the substrate at a substrate side; It is configured to include a heater unit for heating the plate.
본 발명에서 상기 증착가스라 함은 박막을 구성하는 소스 물질을 포함하는 서로 다른 종류의 소스가스(source gas)와 반응가스(reactant gas) 및 상기 소스가스와 상기 반응가스의 퍼지를 위한 퍼지가스(purge gas)를 말한다.In the present invention, the deposition gas is a different kind of source gas and reactant gas including a source material constituting a thin film, and a purge gas for purging the source gas and the reactant gas ( purge gas).
상기 가스분사 유닛은, 상기 각 반응실의 일측 측부에 구비되어 상기 기판으로 상기 소스가스를 분사하는 소스가스 분사부, 상기 각 반응실의 일측 측부에 구비되어 상기 기판으로 상기 반응가스를 분사하는 반응가스 분사부 및 상기 구동축에 구비되어 상기 기판으로 상기 퍼지가스를 분사하는 퍼지가스 분사부로 이루어진다. 여기서, 상기 소스가스 분사부, 상기 반응가스 분사부 및 상기 퍼지가스 분사부는 노즐, 샤워헤드(showerhead), 에어 나이프(air knife) 형태 중 어느 하나의 형태를 가질 수 있다.The gas injection unit may include a source gas injection unit provided at one side of each reaction chamber to inject the source gas to the substrate, and a side gas injection unit provided at one side of each reaction chamber to inject the reaction gas into the substrate. And a purge gas injector provided in the gas injector and the driving shaft to inject the purge gas to the substrate. The source gas injector, the reaction gas injector, and the purge gas injector may have any one of a nozzle, a showerhead, and an air knife.
상기 소스가스 분사부와 상기 반응가스 분사부는 상기 제1 및 제2 지지 블록의 외측 둘레를 따라 형성되며, 상기 제1 및 제2 지지 블록의 둘레 중 일부에 형성될 수 있다. 또한, 상기 소스가스 분사부와 상기 반응가스 분사부는 각각 상기 제1 및 제2 지지 블록에 안착된 다수의 기판 중 한 장에 대응되는 둘레를 따라 형성될 수 있다. 또한, 상기 소스가스 분사부와 상기 반응가스 분사부는 상기 각 지지 블록의 중심을 기준으로 서로 대향된 위치에 형성될 수 있다.The source gas injection unit and the reaction gas injection unit may be formed along outer circumferences of the first and second support blocks, and may be formed at a portion of the circumferences of the first and second support blocks. The source gas injector and the reaction gas injector may be formed along a circumference corresponding to one of the plurality of substrates seated on the first and second support blocks, respectively. In addition, the source gas injector and the reaction gas injector may be formed at positions facing each other with respect to the center of each support block.
상기 퍼지가스 분사부는 상기 제1 반응실에 상기 퍼지가스를 분사하도록 상기 제1 지지 블록의 중앙 상부에 구비된 제1 퍼지 분사 유닛과 상기 제2 반응실에 상기 퍼지가스를 분사하도록 상기 제1 지지 블록과 상기 제2 지지 블록을 연결하는 구동축에 구비된 제2 퍼지 분사 유닛을 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 퍼지가스 분사부는 원형 단면 또는 상기 기판의 수에 일대일 대응되는 모서리를 갖는 다각형 단면 중 어느 하나의 형태를 가질 수 있다.The purge gas injection unit supports the first purge to inject the purge gas into the first reaction block and the first purge injection unit provided at the center of the first support block to inject the purge gas into the first reaction chamber. It may be configured to include a second purge injection unit provided in the drive shaft connecting the block and the second support block. For example, the purge gas injection unit may have any one of a circular cross section or a polygonal cross section having a corner corresponding one to one to the number of substrates.
상기 프로세스 챔버 내부의 배기가스를 흡입하여 배출시키는 배기부가 구비 될 수 있다. 일 예로, 상기 배기부는, 상기 프로세스 챔버 상부를 통해 상기 제1 반응실 내부의 배기가스를 흡입하여 배출시키도록 상기 프로세스 챔버 중앙 상부에 형성된 제1 배기홀 및 상기 프로세스 챔버 하부를 통해 상기 제2 반응실 내부의 배기가스를 흡입하여 배출시키도록 상기 제2 지지 블록에서 상기 구동축 주변에 형성된 제2 배기홀로 이루어진다.An exhaust unit may be provided to suck and exhaust the exhaust gas inside the process chamber. For example, the exhaust unit may include a first exhaust hole formed in an upper portion of the center of the process chamber and a second reaction through the lower portion of the process chamber to suck and discharge the exhaust gas inside the first reaction chamber through the upper portion of the process chamber. And a second exhaust hole formed around the drive shaft in the second support block to suck and discharge the exhaust gas inside the chamber.
상기 제1 및 제2 지지 블록의 외주연부를 둘러싸도록 상기 프로세스 챔버 내측에서 돌출되고 상기 각 지지 블록과 동일 평면을 형성하도록 돌출된 세퍼레이터가 구비될 수 있다.A separator may be provided to protrude from the inside of the process chamber so as to surround outer peripheral edges of the first and second support blocks, and to protrude coplanar with each of the support blocks.
상기 히터 유닛은 상기 제1 반응실의 상기 기판을 가열하도록 상기 프로세스 챔버의 상부에 구비된 제1 히터와 상기 제2 반응실의 상기 기판을 가열하도록 상기 프로세스 챔버 하부에 구비된 제2 히터를 포함하여 구성된다.The heater unit includes a first heater provided above the process chamber to heat the substrate of the first reaction chamber and a second heater provided below the process chamber to heat the substrate of the second reaction chamber. It is configured by.
한편, 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예들에 따르면, 다수의 기판을 이층으로 적층하여 동시에 증착 공정이 수행되는 원자층 증착장치는, 수평으로 안착된 다수의 기판이 이층으로 적층 수용되고 상기 다수의 기판에 대해 동시에 증착 공정이 수행되는 2개의 프로세스 챔버 및 상기 프로세스 챔버 내로 박막을 구성하는 소스 물질을 포함하는 소스가스를 공급하는 소스가스 공급부를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 2개의 프로세스 챔버가 하나의 소스가스 공급부를 공유하도록 형성된다.On the other hand, according to other embodiments of the present invention for achieving the above object of the present invention, the atomic layer deposition apparatus is carried out by simultaneously depositing a plurality of substrates in two layers, the plurality of substrates are horizontally seated And a source gas supply unit supplying a source gas including a source material constituting a thin film into the process chamber and two process chambers stacked in two layers and simultaneously performing a deposition process on the plurality of substrates. Here, the two process chambers are formed to share one source gas supply.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따르면, 첫째, 세미 배치 타입으로 다수 의 기판이 안착되는 지지 블록이 2층으로 적층된 서셉터 유닛을 구비함으로써, 동시에 처리할 수 있는 기판의 수를 증가시키고 스루풋을 향상시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, first, by having a susceptor unit in which a support block on which a plurality of substrates are seated in a semi-batch type is stacked in two layers, the number of substrates that can be processed simultaneously is increased and throughput is increased. Can improve.
둘째, 지지 블록에 의해 분리된 각 반응실에서 기판에 대한 증착 공정이 수행되므로 증착 품질 저하를 방지할 수 있다.Second, since the deposition process for the substrate is performed in each reaction chamber separated by the support block, it is possible to prevent deterioration of deposition quality.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략될 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments. In describing the present invention, a detailed description of well-known functions or constructions may be omitted for clarity of the present invention.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치(100)에 대해 상세하게 설명한다. 참고적으로, 도 1은 원자층 증착장치(100)의 일 예를 설명하기 위한 단면도이고, 도 2는 도 1의 원자층 증착장치(100)에서 제1 반응실(111)의 요부 사시도이고, 도 3은 도 1의 원자층 증착장치(100)에서 제2 반응실(112)의 요부 사시도이다.Hereinafter, an atomic
도면을 참조하면, 원자층 증착장치(100)는 프로세스 챔버(101), 서셉터 유닛(102), 가스분사 유닛(103), 히터 유닛(130) 및 배기부(105)를 포함하여 구성된다.Referring to the drawings, the atomic
상기 원자층 증착장치(100)는 수평으로 안착된 다수의 기판(10)이 이측으로 적층되게 안착되며, 상기 이층으로 적층된 다수의 기판(10)에 대해 동시에 증착 공 정이 수행되도록 형성된다.The atomic
여기서, 상기 서셉터 유닛(102)은 상기 다수의 기판(10)이 안착되는 2개의 지지 블록(211, 212)이 상기 프로세스 챔버(101) 내부에서 상하로 적층 형성되며, 상기 서셉터 유닛(102)에 의해 상기 프로세스 챔버(101) 내부 공간은 2개의 반응실(110)로 구획되며, 상기 각 반응실(110)에서 상기 기판(10)에 대한 증착 공정이 수행된다. 즉, 상기 프로세스 챔버(101)는 제1 지지 블록(211)의 상부 공간인 제1 반응실(111)과 제1 및 제2 지지 블록(211, 212) 사이의 공간인 제2 반응실(112)로 구획된다. 여기서, 도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 제1 반응실(111)과 상기 제2 반응실(112)은 서로 독립된 공간으로 상기 다수의 기판(10)을 수용하여 세미 배치 타입(semi-batch type)으로 증착 공정이 수행된다.Here, the
본 발명에 따르면, 상기 각 반응실(110)은 상기 서셉터 유닛(102)에 의해 서로 분리되며 상기 기판(10)이 이층으로 적층되더라도 상기 각 반응실(110)로 한정된 공간 내부는 기존의 세미 배치 타입의 프로세스 챔버(101)와 동일하게 증착 환경을 제공하므로, 상기 에서 증착 공정이 수행되므로 상기 각 반응실(110)은 상기 기판(10)에 일정 밀도 이상으로 균일하게 증착가스를 제공할 수 있으므로 증착 품질과 속도를 높일 수 있다.According to the present invention, the
여기서, 본 발명에서 증착 대상이 되는 상기 기판(10)은 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)일 수 있다. 그러나 본 발명의 대상이 실리콘 웨이퍼에 한정되는 것은 아니며, 상기 기판(10)은 LCD(liquid crystal display), PDP(plasma display panel)와 같은 평판 디스플레이 장치용으로 사용하는 유리를 포함하는 투 명 기판일 수 있다. 또한, 상기 기판(10)의 형상 및 크기가 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 원형 및 사각형 등 실질적으로 다양한 형상과 크기를 가질 수 있다.Here, the
또한, 본 발명에서 증착가스라 함은 박막을 증착하는 공정에서 사용되는 가스들을 말하는 것으로, 상기 기판(10)에 증착시키고자 하는 박막을 구성하는 소스 물질을 포함하는 한 종류 이상의 가스와 상기 가스의 퍼지를 위한 가스를 포함한다. 본 실시예에서는 박막을 구성하는 소스 물질을 포함하고 상기 기판(10)에 물리적으로 흡착되는 제1 소스가스(S1)와 상기 제1 소스가스(S1)와 화학적으로 반응하여 박막을 형성하는 제2 소스가스(S2) 및 상기 기판(10), 상기 제1 소스가스(S1), 상기 제2 소스가스(S2) 및 증착된 박막과 화학적으로 반응하지 않는 안정한 퍼지가스(PG)가 사용된다. 예를 들어, 실리콘 박막을 증착하기 위해서 상기 제1 소스가스(S1)는 실리콘을 포함하는 실란(Silane, SiH4) 또는 디실란(Disilane, Si2H6), 4불화 실리콘(SiF4) 중 어느 하나의 가스를 사용하고, 상기 제2 소스가스(S2)는 산소(O2)나 오존(O3) 가스를 사용할 수 있다. 그리고 상기 퍼지가스(PG)는 아르곤(Ar)이나 질소(N2), 헬륨(He) 중 어느 하나의 가스 또는 둘 이상 혼합된 가스를 사용할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 증착가스의 수와 종류는 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.In addition, in the present invention, the deposition gas refers to gases used in the process of depositing a thin film, and at least one kind of gas containing a source material constituting the thin film to be deposited on the
또한, 본 발명에서 배기가스라 함은 상기 프로세스 챔버(101) 내부로 제공된 증착가스 중 여분의 가스나 상기 기판(10)에 박막을 형성하지 않고 잔류된 잔류 가스 및 증착가스 사이의 반응 부산물 등을 포함한다.In addition, in the present invention, the exhaust gas refers to an excess gas of the deposition gas provided into the
상기 서셉터 유닛(102)은 상기 다수의 기판(10)이 수평 방향으로 안착되도록 평편한 상면을 갖는 2개의 제1 지지 블록(211) 및 제2 지지 블록(212)과 상기 제1 및 제2 지지 블록(211, 212)을 서로 연결하고 상기 각 지지 블록(211, 212)을 회전시키는 구동축(215)이 구비된다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 지지 블록(211, 212)은 4장의 기판(10)이 상기 각 지지 블록(211, 212)의 원주 방향을 따라 방사상으로 안착되는 원형 플레이트 형태를 갖는다. 상기 구동축(215)은 상기 제1 및 제2 지지 블록(211, 212)의 중심부에 결합되어 상기 제1 및 제2 지지 블록(211, 212)을 결합시키고 상기 기판(10)이 상기 각 지지 블록(211, 212)의 중심을 기준으로 공전하도록 상기 제1 및 제2 지지 블록(211, 212)을 회전시킨다.The
여기서, 상기 서셉터 유닛(102)의 형상이 원형에 한정되는 것은 아니며 실질적으로 다양한 형태를 가질 수 있으며, 상기 제1 및 제2 지지 블록(211, 212)에 안착되는 기판(10)의 수 역시 변경될 수 있다.Here, the shape of the
한편, 상기 각 지지 블록(211, 212)은 상기 기판(10)의 안착뿐만 아니라 상기 제1 및 제2 반응실을 구획하는 역할을 한다. 상기 각 지지 블록(211, 212)은 에지부가 상기 프로세스 챔버(101)의 내측면에서 소정 거리 이격되게 형성되는데, 상기 각 지지 블록(211, 212)과 상기 프로세스 챔버(101) 사이의 간극에는 상기 각 지지 블록(211, 212)과 상기 프로세스 챔버(101) 사이의 간격을 줄임으로써 상기 제1 및 제2 반응실(111, 112)을 서로 효과적으로 분리시키기 위한 세퍼레이터(separator)(120)가 구비된다. 예를 들어, 상기 세퍼레이터(120)는 상기 각 반응실(110)의 경계 부분을 따라 상기 프로세스 챔버(101) 내측에서 소정 높이 돌출 형성되며, 상기 제1 및 제2 지지 블록(211, 212)과 동일 평면을 형성하도록 2개의 세퍼레이터(121, 122)가 형성된다. 즉, 상기 세퍼레이터(120)는 상기 제1 및 제2 지지 블록(211, 212)과 대응되는 위치에서 상기 각 지지 블록(211, 212)과 상기 프로세스 챔버(101) 사이의 간격을 줄임으로써 상기 제1 및 제2 반응실(111, 112)에서 가스 유입을 차단하고 효과적으로 분리시킬 수 있다.Meanwhile, the support blocks 211 and 212 serve to partition the first and second reaction chambers as well as the seating of the
상기 각 반응실(110) 내부에 증착 공정을 위한 상기 가스분사 유닛(103)과 상기 히터 유닛(130) 및 상기 배기부(105)가 각각 구비된다. 여기서, 상기 가스분사 유닛(103)과 상기 히터 유닛(130) 및 상기 배기부(105)는 상기 제1 및 제2 반응실(111, 112)에 각각 구비되며, 상기 이층으로 적층된 기판(10)에 동일하게 증착 환경을 제공할 수 있도록 상기 반응실(110)에서 대칭적인 위치에 배치되도록 형성된다.The
일 예로, 상기 가스분사 유닛(103)은 상기 각 반응실(110)에서 상기 기판(10)의 측부에 구비되어 상기 기판(10)에 평행하게 증착가스를 제공하는 lateral 분사 형태로 형성된다.For example, the
상기 가스분사 유닛(103)은 상기 소스가스(S)를 제공하는 소스가스 분사부(310), 상기 반응가스(R)를 제공하는 반응가스 분사부(320) 및 상기 퍼지가스(PG)를 제공하는 퍼지가스 분사부(330)로 이루어진다. 그리고 상기 가스분사 유닛(103) 일측에는 상기 가스분사 유닛(103)으로 상기 증착가스를 공급하는 가스 공급부(104)가 구비된다. 상기 가스 공급부(104)는 상기 소스가스(S)를 공급하는 제1 공급원(141)과 상기 반응가스(R)를 공급하는 제2 공급원(142), 그리고, 상기 퍼지가스(PG)를 공급하는 제3 공급원(143)을 포함한다.The
상기 소스가스 분사부(310)와 상기 반응가스 분사부(320)는, 도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 기판(10)의 측부에서 상기 기판(10)으로 상기 증착가스를 분사할 수 있도록 상기 서셉터 유닛(102)의 외측 둘레를 따라 구비되어 상기 반응실(110)의 중심을 향해 상기 소스가스(S)와 상기 반응가스(R)를 제공하도록 형성된다. 예를 들어, 상기 소스가스 분사부(310)와 상기 반응가스 분사부(320)는 상기 소스가스(S)와 상기 반응가스(R)가 분사되는 면이 상기 서셉터 유닛(102)의 외주연부에 대응되는 곡면을 갖고, 상기 기판(10)을 향한 면에는 상기 증착가스를 분사하는 다수의 분사홀(311a, 312a, 321a, 322a)이 형성된다.As illustrated in FIGS. 2 and 3, the
여기서, 상기 소스가스 분사부(310)와 상기 반응가스 분사부(320)는 상기 기판(10) 및 상기 서셉터 유닛(102)의 중심을 향해 상기 소스가스(S)와 상기 반응가스(R)를 제공할 수 있도록 상기 제1 반응실(111)과 상기 제2 반응실(112)에 각각 구비된다. 즉, 상기 소스가스 분사부(310)와 상기 반응가스 분사부(320)는 상기 제1 반응실(111)에 구비된 제1 소스 분사 유닛(311)과 제1 반응 분사 유닛(321), 상기 제2 반응실(112)에 구비된 제2 소스 분사 유닛(321)과 제2 반응 분사 유닛(322)으로 이루어진다. 또한, 상기 소스가스 분사부(310)와 상기 반응가스 분사부(320)는 상기 가스 공급부(104)와의 연결을 단순화하고 연결 배관의 길이를 최소화하기 위해서 상기 프로세스 챔버(101)의 측면에서 상기 제1 및 제2 소스 분사 유닛(311, 312)이 동일한 위치에서 상하로 형성된다. 마찬가지로 상기 제1 반응 분사 유닛(321)과 상기 제2 반응 분사 유닛(322) 역시 상기 프로세스 챔버(101)의 일측에서 동일한 위치에서 상하로 형성된다.Here, the source
상기 소스가스 분사부(310)와 상기 반응가스 분사부(320)는 소스가스 분사홀(311a, 312a)과 반응가스 분사홀(321a, 322a)이 상기 기판(10)보다 상부에 형성되도록 소정 높이를 갖고 상기 각 지지 블록(211, 212) 상부에 구비된다. 여기서, 상기 소스가스 분사홀(311a, 312a)과 상기 반응가스 분사홀(321a, 322a)의 크기나 개수 및 배치 형태는 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 실질적으로 다양한 형태로 배치될 수 있으며 원형이나 다각형 홀 또는 슬릿 형태를 가질 수 있다.The source
또한, 상기 소스가스 분사부(310)와 상기 반응가스 분사부(320)는 각각 한 장의 기판(10)에 대해 상기 소스가스(S)와 상기 반응가스(R)를 분사할 수 있도록 형성된다. 즉, 상기 소스가스 분사부(310)와 상기 반응가스 분사부(320)는 상기 서셉터 유닛(102)의 외주연부의 1/4보다 작거나 같은 길이를 갖도록 형성된다. 또한, 상기 소스가스 분사부(310)와 상기 반응가스 분사부(320)는 상기 서셉터 유닛(102)의 직경 방향을 따라 180° 이격되어 서로 대향된 위치에 형성된다.In addition, the
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 상기 소스가스 분사부(310)와 상기 반응가스 분사부(320)는 상기 각 지지 블록(211, 212)의 둘레를 따라 불연속적으로 형성된 다수의 분사면으로 분할된 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 소스가스 분사부(310)와 상기 반응가스 분사부(320)는 각각 2 장의 기판(10)에 대해 상기 소스가스(S)와 상기 반응가스(R)를 분사할 수 있도록 형성되는 것도 가능하다. 다만, 증착 사이클에서 퍼지 단계가 수행될 수 있도록 상기 소스가스 분사부(310)와 상기 반응가스 분사부(320) 사이가 소정 거리 이격되어 상기 기판(10)이 상기 소스가스 분사부(310)와 상기 반응가스 분사부(320) 사이의 부분을 지나는 동 안에는 퍼지가 이루어질 수 있도록 한다. 또한 상기 한 장의 기판(10)에 대응되게 형성된 상기 소스가스 분사부(310)와 상기 반응가스 분사부(320)가 서로 교대로 형성되는 것도 가능하다.However, the present invention is not limited thereto, and the
상기 퍼지가스 분사부(330)는 상기 각 지지 블록(211, 212)의 중앙에 구비되어 사방으로 상기 퍼지가스(PG)를 제공하도록 형성된다. 예를 들어, 상기 퍼지가스 분사부(330)는 상기 방사상으로 배치된 상기 기판(10)으로 상기 퍼지가스(PG)를 제공하도록 원형 단면을 갖고 내부에 상기 퍼지가스(PG)의 유로가 형성된 중공형 원주 형태를 가지며 상기 퍼지가스 분사부(330)의 외주면 상에 조밀하게 퍼지가스 분사홀(331a, 332a)이 형성된다.The purge
여기서, 상기 퍼지가스 분사부(330)는 상기 제1 반응실(111)에서는 상기 제1 지지 블록(211)의 상면에서 소정 높이 돌출된 원통 형태를 갖고, 표면에 다수의 퍼지가스 분사홀(331a)이 형성된 제1 퍼지 분사 유닛(331)이 구비되고, 상기 제2 반응실(112)에서는 상기 제1 및 제2 지지 블록(211, 212)을 연결하는 상기 구동축(215)에 제2 퍼지 분사 유닛(332)이 형성된다. 즉, 상기 제2 퍼지 분사 유닛(332)은 상기 구동축(215) 내부에 상기 퍼지가스(PG)가 공급 유로가 되는 소정의 중공부가 형성되며 상기 구동축(215) 표면에 다수의 퍼지가스 분사홀(332a)이 형성된다.Here, the purge
그러나 상기 퍼지가스 분사부(330)의 형태는 도면에 한정되는 것은 아니며, 상기 퍼지가스 분사부(330)는 단면이 다각형을 포함하여 실질적으로 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 퍼지가스 분사부(330)는 상기 기판(10)을 마주보 는 부분이 평면이 되도록 정육각형 단면을 갖는 기둥 형태를 가질 수 있다. 또한, 상기 퍼지가스 분사홀(331a, 332a)의 크기나 개수 및 배치 형태는 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 실질적으로 다양한 형태로 배치될 수 있으며 원형이나 다각형 홀 또는 슬릿 형태를 가질 수 있다.However, the shape of the
한편, 본 실시예에서는 상기 가스분사 유닛(103)은 다수의 홀이 표면에 조밀하게 형성된 샤워헤드(showerhead)의 예를 설명하였으나, 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 가스분사 유닛(103)은 노즐이나 에어 나이프(air knife) 형태를 가질 수 있다.Meanwhile, in the present embodiment, the
상기 히터 유닛(130)은 상기 제1 반응실(111)의 가열을 위한 제1 히터(131)가 상기 프로세스 챔버(101)의 상부에 구비되고 상기 제2 반응실(112)의 가열을 위한 제2 히터(132)는 상기 프로세스 챔버(101) 하부에 구비된다. 예를 들어, 상기 제1 히터(131)는 상기 기판(10) 상부에서 상기 기판(10)을 가열하므로 통상적인 램프 히터(lamp heater)가 사용될 수 있다. 그리고, 상기 제2 히터(132)는 상기 제2 지지 블록(212)의 하부에서 상기 제2 지지 블록(212)을 통해 상기 기판(10)을 가열하게 되므로 램프 히터(lamp heater) 또는 열선 형태의 히터를 사용할 수 있다. 그러나 상기 히터 유닛(130)의 형태가 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 히터 유닛(130)은 상기 각 지지 블록(211, 212) 내부에 구비되는 것도 가능하다.The
상기 배기부(105)는 상기 제1 반응실(111)의 배기가스는 상기 프로세스 챔버(101) 상부를 통해 배출시키도록 형성되며, 상기 제2 반응실(112)의 배기가스는 상기 프로세스 챔버(101)의 하부를 통해 배출시키도록 형성된다. 예를 들어, 상기 가스분사 유닛(103)이 상기 기판(10) 측부에서 상기 기판(10)으로 상기 증착가스를 제공하므로 상기 배기부(105)는 배기가스의 흡입 효율을 향상시킬 수 있도록 상기 프로세스 챔버(101)의 중앙 부분에 구비된다. 즉, 상기 프로세스 챔버(101)의 중앙 상부에 다수의 제1 배기홀(151)이 형성되어 상기 제1 반응실(111) 내부의 배기가스가 흡입되어 배출된다. 그리고, 상기 제2 지지 블록(212)의 중앙 부분을 관통하여 다수의 제2 배기홀(152)이 형성되어 상기 제2 반응실(112) 내부의 배기가스가 상기 프로세스 챔버(101)의 하부로 배출된다.The
여기서, 상기 배기부(105)는 상기 배기홀(151, 152)에서 흡입된 배기가스의 배출을 위한 배기 펌프(155, 156)이 구비되며, 예를 들어, 상기 제1 배기홀(151)에는 제1 배기 펌프(155)가 구비되고 상기 제2 배기홀(152)에는 제2 배기 펌프(156)가 구비된다. 한편, 상기 제1 및 제2 배기 펌프(155, 156)는 하나의 배기 펌프가 사용될 수 있다.Here, the
그러나 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 배기홀(151, 152)의 크기나 개수 및 배치 형태는 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 실질적으로 다양한 형태로 배치될 수 있으며 원형이나 다각형 홀 또는 슬릿 형태를 가질 수 있다.However, the present invention is not limited by the drawings, and the size, number, and arrangement of the exhaust holes 151 and 152 are not limited by the drawings, and may be arranged in various forms and may be circular or polygonal holes or It may have a slit shape.
한편, 원자층 증착 공정을 살펴보면, 상기 소스가스(S2)가 제공되어 상기 기판(10)에 물리적으로 흡착되고, 상기 퍼지가스(PG)에 의해 상기 기판(10)에 흡착되지 않은 잔류 소스가스(S2)를 퍼지(purge)하여 제거 한다. 다음으로, 상기 반응가스(S2)를 제공함으로써 상기 기판(10)의 상면에서 상기 소스가스(S2)와 상기 반응 가스(S2)가 화학적으로 반응하면서 반응 생성물이 증착된다. 그리고 상기 퍼지가스(PG)를 제공하여 반응이 발생하지 않은 잔류 반응가스(S2)를 상기 기판(10) 표면에서 제거하게 된다. 그리고 이와 같이 상기 소스가스(S2), 상기 퍼지가스(PG), 상기 반응가스(S2) 및 상기 퍼지가스(PG)가 제공되는 것을 원자층 증착공정의 한 사이클(cycle)이라 하고, 상기 증착 사이클이 다수 회 반복적으로 수행되면서 상기 기판(10)에 소정 두께의 박막이 형성된다.On the other hand, referring to the atomic layer deposition process, the source gas (S2) is provided to be physically adsorbed on the
본 실시예에 따르면, 상기 서셉터 유닛(102)이 회전함에 따라 상기 반응실(110) 내부에서 상기 기판(10)이 상기 소스가스 분사부(310)와 상기 반응가스 분사부(320)를 순차적으로 통과하면서 상기 소스가스(S)와 상기 반응가스(R)의 반응에 의해 소정의 박막이 형성되고, 상기 소스가스 분사부(310)와 상기 반응가스 분사부(320)가 형성되지 않은 부분을 통과할 때는 상기 퍼지가스(PG)에 의해 상기 기판(10) 상부의 배기가스가 퍼지된다. 그리고 상기 서셉터 유닛(102)이 다수 회 회전함에 따라 상기 증착 사이클이 다수 회 반복적으로 수행되면서 상기 기판(10)에 소정 두께의 박막이 형성된다.According to the present embodiment, as the
한편, 원자층 증착장치(100)에서 동시에 처리할 수 있는 기판(10)의 수를 증가시켜 스루풋을 더욱 향상시키기 위해서 상술한 실시예와 같이 이층으로 다수의 기판(10)이 적층 수용되는 프로세스 챔버(101a, 101b)가 2개 구비될 수 있다.Meanwhile, in order to further increase throughput by increasing the number of
이하, 도 4를 참조하여, 상기 이층으로 적층된 다수의 기판(10)을 동시에 증착시킬 수 있는 2개의 프로세스 챔버(101a, 101b)를 구비하는 원자층 증착장 치(100)의 일 예에 대해 설명한다. 여기서, 이하에서 설명하는 실시예는 프로세스 챔버(101a, 101b)가 2개 구비된 것을 제외하고는 실질적으로 동일하며, 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 명칭 및 도면부호를 사용하고 중복되는 설명은 생략한다. 또한, 도 4에서 도면의 복잡함을 단순화시키기 위해서 프로세스 챔버 및 가스분사 유닛을 제외한 나머지 구성요소의 도면부호는 생략하여 도시하였다.Hereinafter, referring to FIG. 4, an example of an atomic
도 4에 도시한 바와 같이, 상기 원자층 증착장치(100)는 상기 이층으로 적층된 다수의 기판(10)을 동시에 증착시킬 수 있는 2개의 프로세스 챔버(101a, 101b)로 이루어지고, 상기 2개의 프로세스 챔버(101a, 101b)가 하나의 소스가스 공급부(141)를 공유한다. 여기서, 상기 반응가스 공급부(142a, 142b)와 상기 퍼지가스 공급부(143a, 143b)는 상기 각 프로세스 챔버(101a, 101b)에 각각 구비될 수 있다. 또는, 상기 2개의 프로세스 챔버(101a, 101b)가 상기 반응가스 공급부(142a, 142b)와 상기 퍼지가스 공급부(143a, 143b)도 공유하도록 형성될 수 있다.As shown in FIG. 4, the atomic
본 발명에 따르면, 상기 프로세스 챔버(101a, 101b)가 하나의 소스가스 공급부(141)를 공유하므로 상기 프로세스 챔버(101a, 101b) 및 상기 원자층 증착장치(100)의 크기를 줄이고 구조를 단순화할 수 있는 장점이 있다. 즉, 하나의 소스가스 공급부(141)에서 2개의 프로세스 챔버(101a, 101b)에 상기 소스가스(S)가 공급되므로 상기 소스가스 공급부(141) 하나가 생략되는 만큼에 해당하는 공간과 주변 장치들을 절약하고 구조가 단순화되는 효과가 있다.According to the present invention, since the
여기서, 상기 프로세스 챔버(101a, 101b)에서는 동일하게 증착 사이클이 진행되고, 상기 소스가스 공급부(141)는 상기 각 프로세스 챔버(101a, 101b)에 동시 에 연결되어 상기 2개의 프로세스 챔버(101a, 101b)로 동시에 상기 소스가스(S)를 제공하도록 형성된다.In this case, a deposition cycle is performed in the
또는, 상기 소스가스 공급부(141)는 상기 2개의 프로세스 챔버(101a, 101b)에 교번적으로 소스가스(S)를 공급하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 프로세스 챔버(101a, 101b)에 상기 소스가스(S)가 제공되는 동안 제2 프로세스 챔버(101a, 101b)에는 상기 반응가스(R)가 제공될 수 있다. 여기서, 상기 소스가스 공급부(141)와 상기 프로세스 챔버(101a, 101b)의 연결부에는 밸브가 구비되고 상기 밸브를 교대로 온/오프(on/off)시킴으로써 상기 소스가스(S)의 공급을 제어할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 소스가스 공급부(141)와 상기 프로세스 챔버(101a, 101b)의 연결 형태는 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.Alternatively, the source
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.As described above, although described with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art various modifications and variations of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치의 단면도;1 is a cross-sectional view of an atomic layer deposition apparatus according to an embodiment of the present invention;
도 2는 도 1의 원자층 증착장치에서 제1 반응실의 요부 사시도;FIG. 2 is a perspective view of main parts of the first reaction chamber in the atomic layer deposition apparatus of FIG. 1; FIG.
도 3은 도 1의 원자층 증착장치에서 제2 반응실의 요부 사시도;3 is a perspective view of principal parts of a second reaction chamber in the atomic layer deposition apparatus of FIG. 1;
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원자층 증착장치의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of an atomic layer deposition apparatus according to another embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10: 기판 100: 원자층 증착장치10: substrate 100: atomic layer deposition apparatus
101: 프로세스 챔버 102: 서셉터 유닛101: process chamber 102: susceptor unit
103: 가스분사 유닛 104, 141, 142, 143: 가스 공급부103:
105: 배기부 110, 111, 112: 반응실105:
120, 121, 122: 세퍼레이터(separator)120, 121, 122: separator
130, 131, 132: 히터 유닛 151, 152: 배기홀130, 131, 132:
155, 156: 배기 펌프 211, 212: 지지 블록155, 156: exhaust pumps 211, 212: support blocks
215: 구동축 310, 311, 312: 소스가스 분사부215: drive
311a, 312a: 제1 분사홀 320, 321, 322: 반응가스 분사부311a and 312a: first injection holes 320, 321 and 322: reaction gas injection units
321a, 322a: 제2 분사홀 330, 331, 332: 퍼지가스 분사부321a and 322a: second injection holes 330, 331 and 332: purge gas injection unit
331a, 332a: 퍼지가스 분사홀331a, 332a: purge gas injection hole
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