KR101141070B1 - 배치형 원자층 증착장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수개의 기판을 일괄적으로 처리하여 쓰루풋이 우수하면서도 처리되는 각 기판마다 원자층 증착 공정을 완벽하게 수행할 수 있는 배치형 원자층 증착 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 배치형 원자층 증착장치는, 내부에 진공을 형성할 수 있는 챔버; 상기 챔버 내에 위치하며, 다수개의 기판이 일정한 간격으로 이격되어 적층되는 기판 재치대; 상기 기판 재치대를 상하 방향으로 이동시키는 기판 이동수단; 상기 기판 재치대에 적층되어 있는 기판과 평행한 방향으로 기체를 분사하는 기체 분사 수단; 상기 챔버 내부 중 상기 기체 분사 수단과 대향되는 일측에 마련되어, 상기 기체 분사 수단에 의하여 분사된 기체를 흡입 배출하는 기체 배출수단; 상기 챔버 외측에 배치되며, 상기 기체 분사 수단에 연결되어 기체를 공급하는 기체 공급수단; 상기 기체 공급 수단과 기체 분사 수단 연결부에 설치되며, 상기 기판 이동수단의 상승 구동시와 하강 구동시에 서로 다른 기체가 상기 기체 분사 수단을 통하여 분사되도록 상기 기체 공급수단을 제어하는 기체 공급 제어 수단;을 포함한다.

Description

배치형 원자층 증착장치{BATCH TYPE ALD}

본 발명은 복수개의 기판을 일괄적으로 처리하는 배치형 원자층 증착 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수개의 기판을 일괄적으로 처리하여 쓰루풋이 우수하면서도 처리되는 각 기판마다 원자층 증착 공정을 완벽하게 수행할 수 있는 배치형 원자층 증착 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자나 평판 디스플레이 장치 등의 제조에는 다양한 제조공정을 거치게 되며, 그 중에서 웨이퍼나 글래스 등의 기판 상에 필요한 박막을 증착시키는 공정이 필수적으로 진행된다. 이러한 박막 증착 공정에서는 스퍼터링법(Sputtering), 화학기상 증착법(CVD : Chemical Vapor Deposition), 원자층 증착법(ALD : Atomic Layer Deposition) 등이 주로 사용된다.

먼저 스퍼터링법은 플라즈마 상태에서 아르곤 이온을 생성시키기 위해 고전압을 타겟에 인가한 상태에서 아르곤 등의 비활성 가스를 진공 챔버 내로 주입시킨다. 이때, 아르곤 이온들은 타겟의 표면에 스퍼터링되고, 타겟의 원자들은 타겟의 표면으로부터 이탈되어 기판에 증착된다.

이러한 스퍼터링법에 의해 기판과 접착성이 우수한 고순도 박막을 형성할 수 있으나, 공정 차이를 갖는 고집적 박막을 스퍼터링법으로 증착하는 경우에는 전체 박막 위에서 균일도를 확보하기가 매우 어려워 미세한 패턴을 위한 스퍼터링법의 적용에는 한계가 있다.

다음으로 화학기상증착법은 가장 널리 이용되는 증착 기술로서, 반응가스와 분해가스를 이용하여 요구되는 두께를 갖는 박막을 기판 상에 증착하는 방법이다. 예컨데, 화학기상증착법은 먼저 다양한 가스들을 반응 챔버로 주입시키고, 열, 빛 또는 플라즈마와 같은 고에너지에 의해 유도된 가스들을 화학반응시킴으로써 기판 상에 요구되는 두께의 박막을 증착시킨다.

아울러 화학기상증착법에서는 반응에너지만큼 인가된 플라즈마 또는 가스들의 비(ratio) 및 양(amount)을 통해 반응 조건을 제어함으로써, 증착률을 증가시킨다.

그러나 화학기상증착법에서는 반응들이 빠르기 때문에 원자들의 열역학적(thermodynamic) 안정성을 제어하기 매우 어렵고, 박막의 물리적, 화학적 전기적 특성을 저하시키는 문제점이 있다.

마지막으로 원자층 증착법은 소스가스(반응가스)와 퍼지가스를 교대로 공급하여 원자층 단위의 박막을 증착하기 위한 방법으로서, 이에 의해 형성된 박막은 고종횡비를 갖고 저압에서도 균일하며, 전기적 물리적 특성이 우수하다.

최근에는 화학기상증착법이 매우 큰 종횡비(Aspect ratio)를 갖는 구조에는 단차피복성(Step coverage)의 한계로 적용이 어렵기 때문에, 이러한 단차피복성의 한계를 극복하기 위해 표면 반응을 이용한 원자층 증착법이 적용되고 있다.

이러한 원자층 증착법을 수행하는 장치로는 복수의 기판을 일괄적으로 처리하는 배치(batch)방식의 장치와 챔버 내에 기판을 하나씩 로딩하면서 공정을 진행하는 매엽방식의 장치가 있다.

그런데 종래의 매엽식 장치는 기판을 하나씩 처리하므로 장치의 쓰루풋(throughput)이 낮은 문제점이 있다. 한편 배치 방식의 장치는 하나의 챔버 내에 다수개의 기판을 적층한 상태에서 일괄적으로 공정을 진행하므로 증착 효율이 떨어지고 막질이 낮아지는 문제점이 있다.

따라서 쓰루풋이 우수하면서도 형성되는 박막의 막질이 우수하고 증착 효율이 높은 원자층 증착장치의 개발이 절실하게 요구되고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 배치형 구조를 가져서 쓰루풋이 우수하면서도, 처리되는 기판마다 독립적인 원자층 증착이 이루어지도록 하여 증착 효율과 막질이 우수한 배치형 원자층 증착장치를 제공하는 것이다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배치형 원자층 증착장치는, 내부에 진공을 형성할 수 있는 챔버; 상기 챔버 내에 위치하며, 다수개의 기판이 일정한 간격으로 이격되어 적층되는 기판 재치대; 상기 기판 재치대를 상하 방향으로 이동시키는 기판 이동수단; 상기 기판 재치대에 적층되어 있는 기판과 평행한 방향으로 기체를 분사하는 기체 분사 수단; 상기 챔버 내부 중 상기 기체 분사 수단과 대향되는 일측에 마련되어, 상기 기체 분사 수단에 의하여 분사된 기체를 흡입 배출하는 기체 배출수단; 상기 챔버 외측에 배치되며, 상기 기체 분사 수단에 연결되어 기체를 공급하는 기체 공급수단; 상기 기체 공급 수단과 기체 분사 수단 연결부에 설치되며, 상기 기판 이동수단의 상승 구동시와 하강 구동시에 서로 다른 기체가 상기 기체 분사 수단을 통하여 분사되도록 상기 기체 공급수단을 제어하는 기체 공급 제어 수단;을 포함한다.

본 발명에서 상기 기판 분사 수단은, 제1 퍼지 가스 분사층, 반응 가스 분사층, 제2 퍼지 가스 분사층이 순차적으로 형성되는 구조이고,

상기 기체 공급 제어 수단은, 상기 제1, 2 퍼지 가스 분사층에서는 연속적으로 퍼지 가스를 분사하도록 기체를 공급하고, 상기 반응 가스 분사층에서는 상기 기판 이동수단의 상승 구동시에는 제1 반응 가스를 분사하고, 상기 기판 이동수단의 하강 구동시에는 제2 반응 가스를 공급하도록 교번적으로 제1, 2 반응 가스를 공급하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 기판 이동수단은, 상승 구동이 하강 구동으로 전환되는 과정에서 상기 기판 재치대가 일정 시간 동안 정지하도록 구동되며,

상기 기체 공급 제어 수단은, 상기 기판 재치대가 정지된 시간 동안 상기 반응 가스 분사층에서는 기체 분사가 중단되도록 기체 공급을 제어하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 배치형으로 다수개의 기판을 일괄적으로 처리하므로 쓰루풋이 우수한 장점이 있다.

또한 다수개의 적층된 기판에 대하여 각 기판마다 독립적으로 원자층 증착법을 시행하므로 증착 효율이 우수하고, 막질이 우수한 장점이 있다.

또한 본 발명에 따른 배치형 원자층 증착장치는, 쓰루풋이 우수하면서도 서로 다른 반응가스가 전혀 섞이지 않으므로 파티클 문제가 발생하지 않는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배치형 원자층 증착장치의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 분사수단과 기체 배출수단의 구조를 도시하는 부분 확대도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 분사수단, 기체 배출수단 및 기판 재치대의 위치 관계를 보여주는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 분사수단의 변형예를 보여주는 도면들이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다.

본 실시예에 따른 배치형 원자층 증착장치(1)는 도 1에 도시된 바와 같이, 챔버(10), 기판 재치대(20), 기판 이동수단(30), 기체 분사수단(40), 기체 배출수단(50), 기체 공급 수단(70) 및 기체 공급 제어 수단(90)을 포함한다.

먼저 챔버(10)는 내부에 일정한 공간을 가지며, 내부 공간을 진공 상태로 유지할 수 있는 구조를 가진다. 따라서 챔버(10)에는 챔버 내부의 기체를 배출할 수 있는 고진공 펌프(60)가 구비되며, 챔버(10) 내부로 기체를 주입할 수 있는 벤팅 장치(도면에 미도시)도 구비될 수 있다. 또한 챔버(10) 내부의 온도를 조절할 수 있는 온도 조절수단(도면에 미도시)이 더 구비될 수도 있다.

그리고 이 챔버(10)에는 챔버 내부로 다수개의 기판이 적층된 카세트를 반입하고, 챔버 내부의 카세트를 반출할 수 있는 카세트 출입구(도면에 미도시)가 형성되며, 이 카세트 출입구는 공정 처리 동안에 챔버 내부의 진공 유지를 위하여 게이트 밸브(도면에 미도시)에 의하여 차단된다.

다음으로 기판 재치대(20)는 챔버(10) 내에 위치되며, 다수개의 기판이 일정한 간격으로 이격되어 적층되는 구성요소이다. 이 기판 재치대(20)는 기판을 챔버 내부로 반입하기 위한 카세트일 수 있으며, 챔버(10) 내부에 구비되는 별도의 장치일 수도 있다.

여기에서 기판 재치대(20)에 적층되는 모든 기판 사이의 간격은 동일하게 유지되어야 하며, 기판 사이의 간격이 공정의 정확성 확보에 있어서 중요하다. 이 기판 사이의 간격은 후술하는 기체 분사수단(40) 사이의 간격과 정확하게 일치하여야 한다.

한편 이 기판 재치대(20)에는 적층되어 있는 기판 각각을 독립적으로 회전시킬 수 있는 기판 회전수단(도면에 미도시)이 더 구비될 수 있다. 이 기판 회전수단은 공정이 진행되는 동안에 기판을 일정한 속도로 회전시켜 기판 상에 균일한 박막이 형성되게 한다. 물론 이 기판 회전수단은 구비되지 않을 수도 있다.

또한 이 기판 재치대(20)에는 재치되어 있는 기판을 가열할 수 있는 가열 수단(도면에 미도시)이 더 구비될 수도 있다. 원자층 증착공정에서는 온도가 매우 중요한 요소인데, 이 가열 수단을 이용하여 공정 진행 중에 기판의 온도를 정확하게 조절할 수 있는 것이다. 물론 챔버 내부의 온도를 조절함으로써, 기판의 온도를 간접적으로 조절할 수도 있을 것이다.

또한 상기 기판 재치대(20)는 상단과 하단에 각각 기판이 채워지지 않는 다수층의 버퍼층을 가질 수도 있다. 버퍼층을 가지는 경우에는 후술하는 기체 공급 제어 수단이 제1, 2 반응 가스의 공급 교체 시에 별도의 시간 간격을 두지 않고 제1, 2 반응 가스의 공급을 전환할 수 있다.

그리고 본 실시예에 따른 배치형 원자층 증착장치(1)에는 기판 이동수단(30)이 더 구비되는 데, 이 기판 이동수단(30)은 상기 기판 재치대(20)를 상하 방향으로 이동시키는 구성요소이다. 이 기판 이동수단(30)은, 기판 재치대(20)를 연속적으로 상하 이동시킬 수 있다. 이때, 기판 재치대(20)가 업 다운(up-down)하는 과정에서 원자층 증착 공정이 1 cycle 진행된다.

한편 상기 기판 이동수단(30)은 기판 재치대(20)를, 상기 기판이 적층된 간격 만큼 끊어서 주기별로 이동시킬 수도 있다. 여기에서 주기별로 이동시킨다는 것은, 기판 재치대(20)를 연속적으로 일정한 속도로 상하 이동시키는 것이 아니라, 특정한 위치에서는 기판 재치대(20)를 움직이지 않고, 일정한 주기 동안 정지시키다가 그 주기가 지나면 다시 이동시키는 형태의 이동방식을 말하는 것이다. 이때 기판 재치대가 특정한 위치에서 머무는 시간을 최적의 공정 조건을 위하여 다양하게 조절될 수 있다.

이렇게 주기별로 기판을 상하 이동시키면, 이동되는 기판이 퍼징 가스가 채워진 공간과 반응 가스가 채워진 공간 등을 일정한 주기 별로 이동하면서, 기판 재치대에 적층되어 있는 모든 기판에 대하여 원자층 증착 공정이 독립적으로 진행될 수 있는 것이다. 이 기판 이동수단에 의하여 본 실시예에 따른 배치형 원자층 증착장치 내의 모든 기판이 일괄적으로 처리될 수 있는 것이다.

구체적으로 기판 이동수단(30)은, 기판 재치대(20)를 기판 사이의 간격 만큼 이동시킨 후에, 정지상태에서 일정한 시간 동안 머무르다가, 다시 기판 재치대(20)를 기판 사이의 간격 만큼 이동시키는 것이다. 이렇게 기판이 일정 시간 동안 머무는 동안에 공정이 진행되는 것이다.

종래의 원자층 증착장치에서는 일정시간 동안 반응가스를 공급하고 그 다음 퍼징 가스를 공급하는 펄스 공급 방식을 사용하지만, 이와 달리 본 실시예에서는 반응가스가 연속적으로 공급되는 공간에 일정시간 동안 기판이 머무른 후, 기판이 퍼징가스가 공급되는 공간으로 이동하는 기판의 펄스 이동 방식에 의하여 원자층 증착 공정이 진행되는 것이다.

다음으로 기체 분사 수단(40)은 상기 챔버(10) 내부 중 상기 기판 재치대(20)의 일측에 다수층으로 마련되어, 상기 기판 재치대(20)에 적층되어 있는 기판과 평행한 방향으로 기체를 연속적으로 분사하는 구성요소이다. 이 기체 분사 수단(40)은 한개 또는 다수개의 가스 분사 블럭으로 이루어질 수 있으며, 이 가스 분사 블럭은 독립적으로 구동되는 다수개의 가스 분사층으로 이루어 질 수 있다.

여기에서 각 가스 분사층은 독립적으로 서로 다른 가스를 분사할 수 있으며, 분사되는 가스의 압력을 자유롭게 조절할 수 있다. 각 층에는 별도로 가스 분사 노즐이 구비되며, 각각 다른 가스를 분사할 수 있다. 이때 가스를 분사하는 방향은 기판 표면과 평행한 방향이며, 상당한 압력으로 가스를 분사하여, 분사되는 가스의 운동방향이 변화되지 않고, 분사방향을 유지하는 것이 바람직하다.

이 기체 분사수단(40)은 도 1에 도시된 바와 같이, 챔버(10) 외부에 배치되는 기체 공급원(70)과 연결된다. 이 기체 공급원(70)은 예를 들어, 퍼징 가스 공급원(70a), 제1 반응가스 공급원(70b), 제2 반응 가스 공급원(70c) 등으로 이루어질 수 있으며, 챔버(10) 벽을 관통하여 기체 분사수단(40)과 연결된다.

구체적으로 본 실시예의 하나의 가스 분사 블럭은, 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 퍼지 가스 분사층(40a), 반응 가스 분사층(40b), 제2 퍼지 가스 분사층(40c)이 순차적으로 형성되는 구조일 수 있다. 즉, 반응 가스 분사층(40b)의 상하부에는 반드시 퍼지 가스 분사층(40a, 40c)이 배치되어 반응 가스가 이동 경로를 이탈하지 못하도록 가스 커튼을 형성해야 하는 것이다. 이렇게 반응 가스 분사층을 퍼지 가스 분사층으로 격리함으로써, 분사된 반응 가스가 유출 또는 다른 공간으로 확산되지 않고, 원자층 증착 공정에 사용되며, 사용된 반응 가스는 기체 배출 수단(50)에 의하여 완벽하게 배출될 수 있는 것이다.

그리고 본 실시예에서는 상기 반응 가스 분사층(40b)을 통하여 제1, 2 반응 가스를 시차 간격을 두고 모두 분사한다. 즉, 상기 기판이 상승하는 동안에는 제1 반응 가스가 분사되고, 기판이 하강하는 동안에는 제2 반응 가스가 분사되는 것이다. 이는 후술하는 가스 공급 제어 수단(90)에 의하여 정확하게 제어된다.

한편 제1, 2 퍼지 가스 분사층(40a, 40c)은 2 층 이상의 복층으로 형성될 수도 있다. 이는 반응 가스의 층간 차단을 보다 확실하게 하기 위함이다.

그리고 본 실시예의 기체 분사 수단(40)은 그 평면 형상이 도 3에 도시된 바와 같이, 기판 재치대(20)의 외측을 감싸는 호 형상인 것이 바람직하다. 또한 정면에서 바라본 형상은 도 4a에 도시된 바와 같이, 다수개의 분사 노즐(42)이 일렬로 길게 배열된 구조를 가지거나, 도 4b에 도시된 바와 같이, 긴 막대 형상의 노즐(44)이 구비될 수도 있다.

다음으로 기체 배출수단(50)은, 상기 챔버(10) 내부 중 상기 기체 분사 수단(40)과 대향되는 일측에 다수층으로 마련되어, 상기 기체 분사 수단(40)에 의하여 분사된 기체를 흡입 배출하는 구성요소이다. 이 기체 배출수단(50)은 상기 기체 분사 수단(40)의 전체 가스 분사층을 포괄하는 하나의 배출구로 구성될 수도 있고, 각 기체 분사 블럭 별로 대응되어 독립적으로 구동되는 다수개의 배출구로 구성될 수도 있고, 퍼지 가스 분사층, 반응 가스 분사층, 퍼지 가스 분사층 순으로 이루어진 가스 분사 유닛 별로 대응되어 독립적으로 구동되는 다수개의 배출구로 구성될 수도 있고, 각 가스 분사층 별로 대응되어 독립적으로 구동되는 다수개의 배출구로 구성될 수도 있다. 이때 각 배출구는 별도로 독립하여 구동될 수 있다.

예를 들어, 기체 분사수단(40)이 3개의 층으로 이루어지면, 기체 배출수단(50)도 동일하게 3개의 층으로 이루어질 수 있다. 그리고 기체 배출수단(50)은 적어도 기체 분사수단(40)에서 분사되는 양 이상의 기체를 강하게 흡입하여 배출할 수 있어야 한다.

이 기체 배출수단(50)도 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 기판 재치대(20)의 외측을 감싸는 호 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

전술한 기체 분사수단(40)과 기체 배출수단(50)에 의하여 각 층마다 독립된 가스 공간이 형성되는 것이다. 예를 들어 가장 아래층은 퍼징가스 구간, 그 위층은 반응 가스 구간, 그 위층은 다시 퍼징가스 구간으로 이루어질 수 있는 것이다. 이렇게 본 실시예에 따른 배치형 원자층 증착장치(1)에서는 독립된 가스 공간에서는 연속적으로 가스가 분사되고 있으며, 이러한 가스 공간으로 기판을 일정한 주기별로 이동시키면서 원자층 증착 공정을 진행하는 것이다. 즉, 종래에는 반응 가스를 주기별로 주입하여 원자층 증착 공정을 진행했다면, 본 실시예에서는 반응 가스는 계속하여 본사되고, 기판이 반응 가스 구간을 이동하며 원자층 증착 공정이 진행되는 것이다.

한편 상기 기체 분사수단(40)과 기체 배출수단(50)은 최대한 기판 재치대(20)와 밀착되는 것이 바람직하다. 물론, 기판 재치대(20)가 상하로 이동하므로 이를 방해하지 않을 정도로는 이격되어야 하지만, 도 2에 도시된 바와 같이, 최대한 기판 재치대(20)에 밀착하는 것이 기체 분사수단(40)에서 분사된 기체가 다른 층으로 이동하는 것을 방지할 수 있어서 바람직하다.

다음으로 기체 공급 제어 수단(90)은 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 기체 공급 수단(70)과 기체 분사 수단(40) 사이의 연결부에 설치되며, 상기 기판 이동수단(30)의 상승 구동시와 하강 구동시에 상기 반응 가스 분사층(40b)을 통하여 서로 다른 기체가 분사되도록 상기 기체 공급수단을 제어하는 구성요소이다.

구체적으로 상기 기판 이동수단(30)이 상승하는 동안에는 상기 반응 가스 분사층(40b)를 통하여 제1 반응 가스를 분사하고, 상기 기판 이동수단(30)이 하강하는 동안에는 상기 반응 가스 분사층(40b)를 통하여 제2 반응 가스를 분사하도록 기 기체 공급 수단(70)과 기체 분사 수단(40)을 제어하는 것이다. 그러면 상기 기체 재치대(20)에 재치되어 있는 다수개의 기판들은 상승하면서 제1 반응 가스인 소스와 반응하고, 하강하면서 제2 반응 가스인 리액턴트 반응하여 전체 기판들이 원자층 증착 공정 1 cycle을 수행하게 된다.

이때 상기 기판 이동수단(30)은 상승 동작에서 하강 동작으로 전환되는 순간에 일정 시간 동안 정지한 상태를 유지하다가 하강 동작을 시작하도록 상기 기판 재치대(20)를 구동하고, 상기 기체 공급 제어 수단(90)은 상기 기판 재치대(20)가 정지한 시간 동안 공급되던 제1 반응가스의 공급을 중단하고, 일정 시간 동안 상기 반응 가스층(40b)을 통하여 가스가 분사되지 않거나 퍼징가스가 분사되도록 제어하다가 다시 제2 반응가스가 분사되도록 제어한다. 그러면 상기 기판 재치대의 가장 아래층에 재치된 기판은 일반적인 원자층 증착 공정이 이루어지는 것과 마찬가지로 제1 반응가스, 퍼징가스, 제2 반응가스가 펄스 형태로 공급되는 과정을 거치게 된다.

그리고 나머지 기판들은 상승과정에서 제1 반응가스와 반응하고, 하강과정에서 제2 반응가스와 반응하여 전체적으로 1cycle의 원자층 증착 공정을 완료하게 된다.

물론 상기 기판 이동수단(30)이 기판 재치대(20)를 정지시키지 않고, 상승 동작 완료 후에 곧바로 하강 동작을 연속하여 진행할 수도 있다. 이 경우에는 상기 기판 재치대(20)의 가장 하층에 기판이 재치되지 않는 버퍼층을 한층 두어서 제1 반응가스와 제2 반응가스의 분사가 전환되는 동안에 버퍼층이 반응 가스 구간에 머물도록 한다.

또한 본 실시예에 따른 배치형 원자층 증착장치(1)에서, 상기 기체 분사 수단(40)과 상기 기체 배출 수단(50) 사이에는 상기 기판 재치대(20)를 감싸는 차단 플레이트(80)가 더 구비될 수 있다. 기체 분사 수단(40)과 기체 배출 수단(50) 사이가 이격되어 있는 경우에는 그 이격된 공간에서 기체가 챔버(10) 내 다른 공간으로 확산될 수 있다. 이렇게 확산된 기체는 챔버 내에 머물면서 공정 중의 기판 또는 기판 처리 전후의 기판에 대하여 영향을 미칠 수 있으므로 이를 방지하기 위해서는 기체가 최대한 확산되지 않도록 막아야 하는 것이다. 따라서 차단 플레이트(80)를 도 3에 도시된 바와 같이, 기체 분사수단(40)과 기체 배출수단(50) 사이의 공간에 배치하여 기체의 확산을 방지하는 것이다. 물론 이 차단 플레이트(80)는 이동이 가능하게 설치되어 기판이나 기판 재치대(20)의 반입 또는 반출을 방해하지 않아야 한다.

또한 상기 기체 분사 수단(40) 및 기체 배출 수단(50) 상측에는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 기판 재치대(20)를 함입하여 기판을 보호하는 보호 커버(90)가 더 구비되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 기판 재치대(20)가 상하로 이동하며, 공정이 진행되므로, 기체 분사수단(40)의 높이 이상으로 상승된 기판은 오픈된 공간에 노출된다. 오픈된 공간에는 원칙적으로 아무런 기체가 존재하지 않아야 하지만, 일부 반응 가스 등이 존재할 수 있으며, 다른 파티클이 존재할 수도 있다. 이러한 기체나 파티클에 의하여 처리된 기판이 영향을 받는 것을 방지하기 위하여 보호 커버가 더 구비되는 것이다.

이상에서는 기판 재치대(20)에 적층된 기판이 상하 이동하면서 원자층 증착 공정이 진행되는 것으로 설명하였지만, 기판은 기판 재치대(20)에 적층된 상태로 정지하고, 기체 분사수단(40)과 기체 배출수단(50)이 상하 방향으로 이동하면서 원자층 증착 공정을 진행할 수도 있을 것이다. 이 경우에는 챔버(10) 체적을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

이하에서는 본 실시예에 따른 배치형 원자층 증착장치(1)의 사용방법을 예를 들어 설명한다.

ZrO₂층을 기판 상에 형성되는 공정을 예로 들어 설명한다. ZrO₂층을 원자층 증착법으로 증착하기 위해서는 먼저 가스 공급원으로 Zr 공급원, O₃ 공급원 그리고 퍼징가스로 N₂ 공급원이 필요하다. 따라서 제1 반응 가스 공급원으로는 Zr 공급원이 사용되고, 제2 반응 가스 공급원으로는 O₃ 공급원이, 퍼징가스 공급원으로는 N₂ 공급원이 각각 사용된다.

따라서 제1, 2 퍼징 가스 분사층에서는 N₂ 공급원이 연결되어 질소 기체가 분사되고, 제1 반응 가스 분사층에서는 상기 기판 재치대가 상승하는 동안에는 Zr 가스가 분사되고, 상기 기판 재치대가 하강하는 동안에는 O₃가스가 분사된다.

이 상태에서 다수개의 기판이 적층된 기판 재치대(20)가 기판 이동수단(30)에 의하여 상측 또는 하측으로 이동하면서 각 가스 분사층을 통과한다.기판 재치대(20)에 재치된 각 기판이 상승하면서 제1 퍼징 가스층(40a)을 통과하고, 제1 반응가스가 분사되는 반응 가스층(40b), 제2 퍼징가스층(40c)을 순차적으로 통과하고, 하강하면서, 제2 퍼징가스층(40c), 제2 반응가스가 분사되는 반응 가스층(40b), 제1 퍼징 가스층(40a)을 순차적으로 통과하면서 1 싸이클의 원자층 증착 공정이 진행된다.

10 : 챔버 20 : 기판 재치대
30 : 기판 이동수단 40 : 기체 분사수단
50 : 기체 배출수단 70 : 기체 공급 수단
90 : 기체 공급 제어 수단

Claims (10)

1. 내부에 진공을 형성할 수 있는 챔버;
   상기 챔버 내에 위치하며, 다수개의 기판이 일정한 간격으로 이격되어 적층되는 기판 재치대;
   상기 기판 재치대의 상부 또는 하부와 결합되며, 상기 기판 재치대를 상하 방향으로 이동시키는 기판 이동수단;
   상기 챔버 내부 중 상기 기판 재치대의 일측부에 설치되며, 상기 기판 재치대에 적층되어 있는 기판과 평행한 방향으로 기체를 분사하는 기체 분사 수단;
   상기 챔버 내부 중 상기 기체 분사 수단과 대향되는 타측부에 마련되어, 상기 기체 분사 수단에 의하여 분사된 기체를 흡입 배출하는 기체 배출수단;
   상기 챔버 외측에 배치되며, 상기 기체 분사 수단에 연결되어 기체를 공급하는 기체 공급수단;
   상기 기체 공급 수단과 기체 분사 수단 연결부에 설치되며, 상기 기판 이동수단의 상승 구동시와 하강 구동시에 서로 다른 기체가 상기 기체 분사 수단을 통하여 분사되도록 상기 기체 공급수단을 제어하는 기체 공급 제어 수단;을 포함하는 배치형 원자층 증착 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 기판 이동수단은, 상기 기판 재치대를 상기 기판이 적층된 간격 만큼 끊어서 주기별로 이동시키는 것을 특징으로 하는 배치형 원자층 증착 장치.
3. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 기판 분사 수단은,
   제1 퍼지 가스 분사층, 반응 가스 분사층, 제2 퍼지 가스 분사층이 순차적으로 형성되는 구조이고,
   상기 기체 공급 제어 수단은,
   상기 제1, 2 퍼지 가스 분사층에서는 연속적으로 퍼지 가스를 분사하도록 기체를 공급하고,
   상기 반응 가스 분사층에서는 상기 기판 이동수단의 상승 구동시에는 제1 반응 가스를 분사하고, 상기 기판 이동수단의 하강 구동시에는 제2 반응 가스를 공급하도록 교번적으로 제1, 2 반응 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 배치형 원자층 증착 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 기판 이동수단은,
   상승 구동이 하강 구동으로 전환되는 과정에서 상기 기판 재치대가 일정 시간 동안 정지하도록 구동되며,
   상기 기체 공급 제어 수단은,
   상기 기판 재치대가 정지된 시간 동안 상기 반응 가스 분사층의 기체 분사가 중단되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배치형 원자층 증착 장치.
5. 제3항에 있어서,
   상기 기판 이동수단은,
   상승 구동이 종료되는 즉시 하강 구동이 진행되도록 구동하며,
   상기 기체 공급 제어 수단은,
   상기 기판 재치대의 하단이 상기 반응 가스 분사층을 통과한 후에, 상기 반응 가스 분사층에 의하여 분사되는 제1 반응 가스를 제2 반응 가스로 변경하여 분사되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배치형 원자층 증착 장치.
6. 제3항에 있어서,
   상기 제1, 2 퍼지 가스 분사층은 2 층 이상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배치형 원자층 증착 장치.
7. 제3항에 있어서,
   상기 기체 분사 수단은, 상기 기판 재치대의 외측 일부를 감싸는 호 형상인 것을 특징으로 하는 배치형 원자층 증착 장치.
8. 제3항에 있어서,
   상기 기체 배출 수단은, 상기 기판 재치대의 외측을 감싸는 호 형상인 것을 특징으로 하는 배치형 원자층 증착 장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 기체 분사 수단과 상기 기체 배출 수단 사이에는 상기 기판 재치대를 감싸는 차단 플레이트가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 배치형 원자층 증착 장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 챔버에 장착되며, 챔버 내부의 기체를 흡입 배출하는 보조 가스 배출 수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 배치형 원자층 증착 장치.

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