KR101219381B1 - Thin layer deposition method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스의 층상 흐름(laminar flow)가 이루어지는 구조의 공정챔버 내부에 소정의 반응 가스를 분사한 후, 이종의 퍼지 가스를 바로 분사하여 상기 공정 챔버 내부의 공간이 상기 가스들에 의하여 가상 분할되는 상태에서 다수개의 기판에 대하여 원자층 증착 공정이 이루어져서 공정 택타임이 짧은 박막 증착방법에 관한 것으로서, 본 발명에 의한 박막 증착방법은 1) 공정챔버 내에 복수의 기판이 적재된 카세트를, 기판과 기판 사이의 간격 및 카세트와 공정 챔버 사이의 간격이 층상 흐름 간격 이하가 되도록 로딩하고, 상기 공정 챔버 내부를 배기하는 단계; 2) 제1반응가스를, 상기 공정챔버 내의 공간 중에서 상기 제1 반응가스가 차지하는 제1 반응가스 공간이 상기 공정 챔버의 일측 공간에서 타측 공간으로 순차적으로 이동하도록 분사하는 단계; 3) 상기 제1반응가스를 차단함과 동시에 퍼지가스를, 제1 반응가스 공간과 연이어 제1 퍼지가스 공간이 형성되고, 상기 제1 퍼지가스 공간이 상기 제1 반응 가스 공간과 동일한 방향으로 이동하도록 분사하는 단계; 4) 상기 퍼지가스를 차단함과 동시에 제2반응가스를, 상기 제1 퍼지가스 공간과 연이어 제2 반응가스 공간이 형성되고, 상기 제2 반응가스 공간이 상기 제1 퍼지가스 공간과 동일한 방향으로 이동하도록 분사하는 단계; 및 5) 상기 제2반응가스를 차단함과 동시에 상기 퍼지가스를, 상기 제2 반응가스 공간과 연이어 상기 제2 반응 가스 공간이 형성되고, 상기 제2 반응가스 공간이 상기 제1 퍼지가스 공간과 동일한 방향으로 이동하도록 분사하는 단계;를 포함하며, 상기 공정 챔버 중 상기 가스가 공급되는 방향의 반대 방향에서 상기 공정 챔버 내부의 기체를 흡입하여 외부로 배출하는 배기 동작이 상기 1) 내지 5) 단계에 걸쳐서 중단없이 이루어지는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, after a predetermined reaction gas is injected into a process chamber having a laminar flow of gas, a heterogeneous purge gas is directly injected to virtually divide the space inside the process chamber by the gases. The present invention relates to a thin film deposition method having a short process tack time because an atomic layer deposition process is performed on a plurality of substrates. Loading so that the gap between the substrate and the gap between the cassette and the process chamber is less than or equal to the laminar flow gap, and evacuating the inside of the process chamber; 2) injecting a first reaction gas so that the first reaction gas space occupied by the first reaction gas in the space in the process chamber sequentially moves from one space of the process chamber to the other space; 3) A first purge gas space is formed at the same time as the first reaction gas is blocked and a purge gas is connected to the first reaction gas space, and the first purge gas space is moved in the same direction as the first reaction gas space. Spraying to; 4) At the same time as the blocking of the purge gas and the second reaction gas, a second reaction gas space is formed in succession with the first purge gas space, the second reaction gas space in the same direction as the first purge gas space Spraying to move; And 5) blocking the second reaction gas and simultaneously connecting the purge gas to the second reaction gas space, wherein the second reaction gas space is formed, and the second reaction gas space is connected to the first purge gas space. Spraying to move in the same direction; wherein the exhaust operation of sucking and discharging the gas inside the process chamber to the outside in a direction opposite to the direction in which the gas is supplied in the process chamber is performed in steps 1) to 5). It is characterized by being made without interruption over.

Description

박막 증착방법{THIN LAYER DEPOSITION METHOD}Thin Film Deposition Method {THIN LAYER DEPOSITION METHOD}

본 발명은 박막 증착방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가스의 층상 흐름(laminar flow)가 이루어지는 구조의 공정챔버 내부에 소정의 반응 가스를 분사한 후, 이종의 퍼지 가스를 바로 분사하여 상기 공정 챔버 내부의 공간이 상기 가스들에 의하여 가상 분할되는 상태에서 가상 분할된 공간이 챔버 내부 공간을 이동하면서 다수개의 기판에 대하여 원자층 증착 공정이 이루어져서 공정 택타임이 짧은 박막 증착방법에 관한 것이다. The present invention relates to a thin film deposition method, and more particularly, after a predetermined reaction gas is injected into a process chamber having a laminar flow of gas, a heterogeneous purge gas is directly injected to the process chamber. The present invention relates to a thin film deposition method having a short process tack time because an atomic layer deposition process is performed on a plurality of substrates while the virtually divided space moves in the chamber space while the internal space is virtually divided by the gases.

일반적으로 반도체 소자나 평판 디스플레이 소자 등의 제조에서는 다양한 제조공정을 거치게 되는데, 그 중에서 웨이퍼나 글래스(이하, '기판'이라고 한다) 상에 소정의 박막을 증착시키는 공정이 필수적으로 진행된다. 이러한 박막 증착공정은 스퍼터링법(sputtering), 화학기상증착법(CVD: chemical vapor deposition), 원자층 증착법(ALD: atomic layer deposition) 등이 주로 사용된다. In general, a semiconductor device or a flat panel display device is subjected to various manufacturing processes, and among these, a process of depositing a predetermined thin film on a wafer or a glass (hereinafter, referred to as a substrate) is essential. The thin film deposition process is mainly performed by sputtering, chemical vapor deposition (CVD), or atomic layer deposition (ALD).

먼저, 스퍼터링법은 예를 들어, 플라즈마 상태에서 아르곤 이온을 생성시키기 위해 고전압을 타겟에 인가한 상태에서 아르곤 등의 비활성 가스를 공정챔버 내로 주입시킨다. 이때, 아르곤 이온들은 타겟의 표면에 스퍼터링되고, 타겟의 원자들은 타겟의 표면으로부터 이탈되어 기판에 증착된다. First, the sputtering method injects an inert gas such as argon into the process chamber while a high voltage is applied to the target, for example, to generate argon ions in a plasma state. At this time, the argon ions are sputtered on the surface of the target, and the atoms of the target are separated from the surface of the target and deposited on the substrate.

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 스퍼티링법의 적용에는 한계가 있다. Although a high purity thin film having excellent adhesion with a substrate can be formed by such a sputtering method, when a highly integrated thin film having a process difference is deposited by a sputtering method, it is very difficult to ensure uniformity over the entire thin film. There is a limit to the application of

다음으로 화학기상증착법은 가장 널리 이용되는 증착기술로서, 반응가스와 분해가스를 이용하여 요구되는 두께를 갖는 박막을 기판상에 증착하는 방법이다. 예컨데, 화학기상증착법은 먼저 다양한 가스들을 반응 챔버로 주입시키고, 열, 빛 또는 플라즈마와 같은 고에너지에 의해 유도된 가스들을 화학반응시킴으로써 기판상에 요구되는 두께의 박막을 증착시킨다. Next, chemical vapor deposition (CVD) is the most widely used deposition technique, in which a thin film having a desired thickness is deposited on a substrate using a reaction gas and a decomposition gas. For example, the chemical vapor deposition method first deposits a thin film having a desired thickness on a substrate by injecting various gases into a reaction chamber and chemically reacting gases induced by high energy such as heat, light or plasma.

아울러 화학기상증착법에서는 반응에너지만큼 인가된 플라즈마 또는 가스들의 비(ratio) 및 양(amount)을 통해 반응 조건을 제어함으로써, 증착률을 증가시킨다. In addition, the chemical vapor deposition method increases the deposition rate by controlling the reaction conditions through the ratio and amount of the plasma or gases applied as the reaction energy.

그러나 화학기상증착법에서는 반응들이 빠르기 때문에 원자들의 열역학적 안정성을 제어하기 매우 어렵고, 박막의 물리적, 화학적 전기적 특성을 저하시키는 문제점이 있다. However, in the chemical vapor deposition method, since the reactions are rapid, it is very difficult to control the thermodynamic stability of the atoms, and the physical, chemical and electrical characteristics of the thin film are deteriorated.

마지막으로 원자층 증착법은 (ALD: Atomic Layer Deposition)은 박막을 형성하기 위한 반응 챔버(chamber) 내로 두 가지 이상의 반응물(reactants)을 하나씩 차례로 투입하여 각각의 반응물의 분해와 흡착에 의해서 박막을 원자층 단위로 증착하는 방법이다. 즉, 제1반응가스를 펄싱(pulsing) 방식으로 공급하여 챔버 내부에서 하부막에 화학적으로 증착시킨 후, 물리적으로 결합하고 있는 잔류 제1반응가스는 퍼지(purge) 방식으로 제거된다. 이어서, 제2반응가스도 펄싱(pulsing)과 퍼지(purge) 과정을 통해 일부가 제1반응가스(제1반응물)와 화학적인 결합을 하면서 원하는 박막이 기판에 증착된다. 이러한 원자층 증착방식으로 형성 가능한 박막으로는 Al2O3, Ta2O3, TiO2 및 Si3N4가 대표적이다.Atomic Layer Deposition (ALD) is an atomic layer deposition method in which two or more reactants are sequentially introduced into a reaction chamber to form a thin film, By volume. That is, the first reaction gas is supplied in a pulsing manner and is chemically deposited on the lower film in the chamber, and then the remaining first reaction gas physically bonded is removed in a purge manner. Then, the second reaction gas is also chemically bonded to the first reaction gas (first reaction material) through pulsing and purge processes, so that a desired thin film is deposited on the substrate. Al 2 O 3 , Ta 2 O 3 , TiO 2 and Si 3 N 4 are typical thin films formed by the atomic layer deposition method.

상기 원자층 증착은 600℃ 이하의 낮은 온도에서도 우수한 단차도포성(step coverage)을 갖는 박막을 형성할 수 있기 때문에, 차세대 반도체 소자, 디스플레이, 태양전지 등을 제조하는 공정에서 많은 사용이 예상되는 새로운 공정기술이다. 상술한 원자층 증착공정에서, 각각의 반응가스가 일회의 펄싱(pulsing) 및 퍼지(purge)가 행해지는 시간을 사이클(cycle)이라 부른다.The atomic layer deposition can form a thin film having excellent step coverage even at a low temperature of less than 600 ℃, a new use that is expected to use a lot in the process of manufacturing next-generation semiconductor devices, displays, solar cells, etc. Process technology. In the above-described atomic layer deposition process, the time during which each reaction gas is subjected to pulsing and purge is referred to as a cycle.

도 1을 참조하여 일반적인 배치형 원자층 증착장치(100)를 설명한다. A general batch atomic layer deposition apparatus 100 will be described with reference to FIG. 1.

도시된 바와 같이, 원자층 증착장치(100)는 공정챔버(110)의 내부에 카세트가 반입된다. 상기 카세트에는 복수개의 기판(S)이 적재되어 있다. 상기 카세트는 카세트 이동수단(120)을 이용하여 반입 또는 반출한다. As shown, the atomic layer deposition apparatus 100 is loaded with a cassette inside the process chamber 110. A plurality of substrates S are stacked in the cassette. The cassette is carried in or out by using the cassette moving means (120).

상기 공정챔버(110)에 제1 및 제2반응가스 및 퍼지가스를 공급하는 가스공급수단(130)과, 상기 가스들을 공정챔버의 내부에 균일하게 분사하기 위한 분사수단(131)과, 상기 공정챔버(110)를 배기하는 배기수단(140)도 구비된다. Gas supply means 130 for supplying the first and second reaction gas and purge gas to the process chamber 110, injection means 131 for uniformly injecting the gas into the process chamber, and the process Exhaust means 140 for exhausting the chamber 110 is also provided.

이와 같이 구성된 종래의 원자층 증착장치의 작동상태를 설명한다. The operating state of the conventional atomic layer deposition apparatus constructed as described above will be described.

먼저, 게이트밸브를 개방하여 공정챔버의 내부로 카세트를 반입한다. First, the gate valve is opened to bring the cassette into the process chamber.

다음으로, 상기 배기수단을 이용하여 공정챔버를 배기하면서, 퍼지가스와 반응가스를 교대로 공급하여 기판에 원자층 증착을 수행한다. Next, while exhausting the process chamber using the exhaust means, atomic layer deposition is performed on the substrate by alternately supplying a purge gas and a reaction gas.

보다 구체적으로 설명하면, 먼저 공정챔버를 배기하고, 제1반응가스를 공급하고, 다시 배기하고, 퍼지가스를 공급하고, 다시 제2반응가스를 공급하고 다시 퍼지가스를 공급하는 것이다. More specifically, first, the process chamber is exhausted, the first reaction gas is supplied, the exhaust gas is again exhausted, the purge gas is supplied, the second reaction gas is supplied again, and the purge gas is supplied again.

도 2는 시간의 흐름에 따라 공정챔버에 각 가스를 공급하는 양을 나타낸 것이다(X축은 시간, Y축은 가스유량을 나타냄).Figure 2 shows the amount of each gas supplied to the process chamber over time (X axis represents time, Y axis represents the gas flow rate).

즉, t1~t2는 제1반응가스를 공급하고, t2~t3은 공정챔버를 배기하고, t3~t4는 퍼지가스를 공급하고, t4~t5는 다시 배기하고, t5~t6은 제2반응가스를 공급하고, t6~t7은 배기하고, t7~t8은 퍼지가스를 공급하는 것이다. 물론 제1, 2 반응가스 공급 중단 후에, 공정 챔버를 배기하지 않고 즉시 퍼지 가스를 과량으로 공급하는 방식도 사용된다. 이와 같은 과정을 반복하여 기판상에 소정의 박막을 형성한다. That is, t1 to t2 supply the first reaction gas, t2 to t3 exhaust the process chamber, t3 to t4 supply the purge gas, t4 to t5 exhaust again, and t5 to t6 the second reaction gas. T6 to t7 are exhausted, and t7 to t8 are purge gases. Of course, after stopping supply of the first and second reaction gases, a method of immediately supplying an excessive amount of purge gas without exhausting the process chamber is also used. This process is repeated to form a predetermined thin film on the substrate.

그러나 종래의 원자층 증착방법은 각 가스를 전체 공정 챔버 내에 공급하고 난 후, 공정챔버 내의 전체 공간을 배기하거나 퍼지가스를 이용하여 완벽하게 퍼징한 후, 다른 공정 가스를 다시 동일한 방법으로 공급하고 퍼징하는 방식이므로 공정 택타임이 매우 길다는 문제점이 있다. However, in the conventional atomic layer deposition method, after supplying each gas into the entire process chamber, exhausting the entire space in the process chamber or purging completely using purge gas, and then supplying and purging other process gases in the same manner. Because of this method, the process tack time is very long.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 가스의 층상 흐름(laminar flow)이 이루어지는 구조의 공정챔버 내부에 소정의 반응 가스를 분사한 후, 이종의 퍼지 가스를 바로 분사하여 상기 공정 챔버 내부의 공간이 상기 가스들에 의하여 가상 분할되는 상태에서 가상 분할 공간이 공정 챔버 내부를 이동하면서 다수개의 기판에 대하여 원자층 증착 공정이 이루어져서 공정 택타임이 짧고 쓰루풋이 우수한 박막 증착방법을 제공함에 있다. The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention after the injection of a predetermined reaction gas into the process chamber of the structure in which the gas laminar flow (laminar flow), the heterogeneous purge gas immediately In the state where the space inside the process chamber is virtually divided by the gases by spraying, the virtual partition space moves inside the process chamber, and an atomic layer deposition process is performed on a plurality of substrates so that the process tack time is short and the throughput is excellent. In providing a method.

위와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 의한 박막 증착방법은 1) 공정챔버 내에 복수의 기판이 적재된 카세트를, 기판과 기판 사이의 간격 및 카세트와 공정 챔버 사이의 간격이 층상 흐름 간격 이하가 되도록 로딩하고, 상기 공정 챔버 내부를 배기하는 단계; 2) 제1반응가스를, 상기 공정챔버 내의 공간 중에서 상기 제1 반응가스가 차지하는 제1 반응가스 공간이 상기 공정 챔버의 일측 공간에서 타측 공간으로 순차적으로 이동하도록 분사하는 단계; 3) 상기 제1반응가스를 차단함과 동시에 퍼지가스를, 제1 반응가스 공간과 연이어 제1 퍼지가스 공간이 형성되고, 상기 제1 퍼지가스 공간이 상기 제1 반응 가스 공간과 동일한 방향으로 이동하도록 분사하는 단계; 4) 상기 퍼지가스를 차단함과 동시에 제2반응가스를, 상기 제1 퍼지가스 공간과 연이어 제2 반응가스 공간이 형성되고, 상기 제2 반응가스 공간이 상기 제1 퍼지가스 공간과 동일한 방향으로 이동하도록 분사하는 단계; 및 5) 상기 제2반응가스를 차단함과 동시에 상기 퍼지가스를, 상기 제2 반응가스 공간과 연이어 상기 제2 반응 가스 공간이 형성되고, 상기 제2 반응가스 공간이 상기 제1 퍼지가스 공간과 동일한 방향으로 이동하도록 분사하는 단계;를 포함하며, 상기 공정 챔버 중 상기 가스가 공급되는 방향의 반대 방향에서 상기 공정 챔버 내부의 기체를 흡입하여 외부로 배출하는 배기 동작이 상기 1) 내지 5) 단계에 걸쳐서 중단없이 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above technical problem, the thin film deposition method according to the present invention includes 1) a cassette in which a plurality of substrates are stacked in a process chamber, and a gap between the substrate and the substrate and a gap between the cassette and the process chamber are less than or equal to the laminar flow interval. Loading to exhaust and evacuating the interior of the process chamber; 2) injecting a first reaction gas so that the first reaction gas space occupied by the first reaction gas in the space in the process chamber sequentially moves from one space of the process chamber to the other space; 3) A first purge gas space is formed at the same time as the first reaction gas is blocked and a purge gas is connected to the first reaction gas space, and the first purge gas space is moved in the same direction as the first reaction gas space. Spraying to; 4) At the same time as the blocking of the purge gas and the second reaction gas, a second reaction gas space is formed in succession with the first purge gas space, the second reaction gas space in the same direction as the first purge gas space Spraying to move; And 5) blocking the second reaction gas and simultaneously connecting the purge gas to the second reaction gas space, wherein the second reaction gas space is formed, and the second reaction gas space is connected to the first purge gas space. Spraying to move in the same direction; wherein the exhaust operation of sucking and discharging the gas inside the process chamber to the outside in a direction opposite to the direction in which the gas is supplied in the process chamber is performed in steps 1) to 5). It is characterized by being made without interruption over.

본 발명에서 상기 2)단계 내지 5)단계가 순차적으로 진행되는 것을 1 cycle로 하여, 복수회의 cycle이 반복하여 수행되는 것이 바람직하다. In the present invention, it is preferable that a plurality of cycles are repeatedly performed by setting 1 cycle that steps 2) to 5) are sequentially performed.

그리고 본 발명에서 상기 층상 흐름 간격은 0.2 ~ 10 mm 인 것이 바람직하다. And in the present invention, the laminar flow interval is preferably 0.2 ~ 10 mm.

또한 본 발명에서는 상기 기판들을 서로 층상 흐름 간격 이하로 이격되도록 적재하여 각 열 사이의 공간이 상기 가스들의 층상 흐름(Laminar flow)가 형성되는 것이 바람직하다. In addition, in the present invention, it is preferable that the substrates are stacked to be spaced apart from each other below a layer flow interval so that a space between the columns forms a layer flow of the gases.

또한 상기 공정챔버의 내부에는 복수의 상기 카세트들이, 인접한 카세트에 적재된기판과 측면이 일치하도록 인라인 형태로 나란히 적재되는 것이 바람직하다.
In addition, it is preferable that a plurality of the cassettes are stacked side by side in an inline form so that side surfaces thereof coincide with a substrate loaded in an adjacent cassette.

본 발명에 따르면, 공정 챔버 내에 공급되는 각 가스의 층상 흐름(laminar flow)이 이루어지는 구조로 공정챔버 및 카세를 구비한 상태에서 이 공정 챔버 내부에 소정의 반응 가스를 분사한 후, 이종의 퍼지 가스를 바로 분사하여 상기 공정 챔버 내부의 공간이 상기 가스들에 의하여 가상 분할되는 상태에서 가스들에 의항 가상 분할 공간이 공정 챔버 내부를 마치 스캐닝하듯이 이동하면서 공정 챔버 내부에 로딩된 다수개의 기판에 대하여 순차적으로 원자층 증착 공정이 이루어져서 공정 택타임이 짧은 효과가 있다. According to the present invention, after a predetermined reaction gas is injected into the process chamber with a process chamber and a case in a structure in which a laminar flow of each gas supplied into the process chamber is formed, heterogeneous purge gases are provided. Sprays directly to the plurality of substrates loaded in the process chamber while the virtual partition space by the gases moves as if scanning the inside of the process chamber while the space inside the process chamber is virtually divided by the gases. Since the atomic layer deposition process is performed sequentially, the process tack time is short.

즉, 본 발명에서는 공정 챔버 전체에 대한 각 반응 가스들의 완전한 배기를 위한 펌핑 타임 또는 퍼징 공정이 이루어지지 않고, 하나의 챔버 내에 공정 가스와 퍼지 가스가 순차적으로 흘러가면서 공정 중단없이 연속적으로 원자층 증착 공정이 진행되는 것이다. That is, in the present invention, the pumping time or purging process for complete exhaust of each reaction gas to the entire process chamber is not performed, and atomic layer deposition is continuously performed without process interruption while the process gas and purge gas flow sequentially into one chamber. The process is going on.

또한 기판들을 인라인 형태로 복수열 배치함으로써, 기판들 사이의 공간으로 가스를 공급하기 때문에 균일한 박막형성이 가능하다.
In addition, by arranging a plurality of substrates in an in-line form, the gas is supplied to the space between the substrates, so that uniform thin film formation is possible.

도 1은 종래 원자층 증착장치를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 공정챔버 내에서 시간의 흐름에 따른 가스주입량을 나타낸 그래프이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 박막 증착방법를 나타낸 것이다.
도 5는 도 3에 도시된 장치를 이용하여 증착하는 사용상태를 나타낸 것이다. 1 shows a conventional atomic layer deposition apparatus.
FIG. 2 is a graph showing a gas injection amount over time in the process chamber shown in FIG. 1.
3 and 4 show a thin film deposition method according to the present invention.
FIG. 5 shows a use state of deposition using the apparatus shown in FIG. 3.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시예의 구성 및 작용을 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the configuration and operation of the embodiment according to the present invention.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 의한 박막 증착방법(1)는 측벽의 소정위치에 가스 공급구가 형성된 공정챔버(10)와, 가스공급수단(20)과, 배기수단(50)을 포함한다. 3 and 4, the thin film deposition method 1 according to the present invention includes a process chamber 10 in which a gas supply port is formed at a predetermined position of a side wall, a gas supply means 20, and an exhaust means 50. It includes.

상기 공정챔버(10)의 내부에는 기판(S)들이 기립상태(수직 또는 수직으로부터 소정각도 기울어진 상태)로 적재된 카세트(C)가 인라인형태로 복수개 반입되어 동시에 복수의 기판을 처리할 수 있다. In the process chamber 10, a plurality of cassettes C loaded with substrates S in a standing state (a state inclined at a predetermined angle vertically or vertically) may be loaded in an inline form to process a plurality of substrates at the same time. .

즉, 상기 공정챔버의 내부에는 복수열의 기판들이 인라인형태로 나란히 적재된다. 또한 상기 기판들을 복수열로 적재하여 각 열 사이의 공간이 상기 가스들의 유로를 형성한다. That is, a plurality of rows of substrates are stacked side by side in an inline form inside the process chamber. In addition, the substrates are stacked in a plurality of rows so that a space between the columns forms a flow path of the gases.

구체적으로 본 실시예에서는 상기 공정 챔버(10) 내부에 카세트(C)가 로딩된 상태에서 상기 카세트(C)와 챔버 벽 사이의 간격, 상기 카세트(C)에 적재되어 있는 각 기판(S) 사이의 간격이 층상 흐름(laminar flow) 간격 이하가 되도록 로딩된다. Specifically, in the present embodiment, in the state in which the cassette C is loaded in the process chamber 10, the gap between the cassette C and the chamber wall and between the substrates S loaded on the cassette C are shown. The interval of is loaded so that it is below the laminar flow interval.

여기에서 층상 흐름(laminar flow) 이라 함은 '가스가 좁은 간격 사이의 공간에 주입되어 자유 확산되지 않고 일정한 방향으로 흐트러짐이 거의 없이 방향성을 가지고 이동하는 가스의 흐름'을 말한다. Herein, the term "laminar flow" refers to a flow of gas that flows in a direction with almost no disturbance in a certain direction without being diffused freely by being injected into a space between narrow spaces.

그리고 상기 층상 흐름 간격이라 함은 '가스가 층상 흐름 형태로 이동하는 2개의 판재 사이의 간격'을 말하는 것으로서, 본 실시예에서는 이 층상 흐름 간격이 0.2 ~ 10 mm인 것이 바람직하다. 상기 층상 흐름 간격이 0.2 mm 미만인 경우에는 가공 및 제조가 어려울 뿐만아니라 가스의 공급 제어가 어려운 문제점이 있고, 상기 층상 흐름 간격이 10mm 를 초과하는 경우에는 가스의 층상 흐름이 깨져서 기체가 자유확산하는 문제점이 있다. In addition, the laminar flow interval refers to the `` gap between two plates in which gas moves in the laminar flow form, '' and in this embodiment, the laminar flow interval is preferably 0.2 to 10 mm. If the laminar flow interval is less than 0.2 mm, not only is it difficult to process and manufacture, but also difficult to control the supply of gas. If the laminar flow interval exceeds 10 mm, the laminar flow of gas is broken and the gas is freely diffused. There is this.

본 실시예에서는 상기 카세트(C)에 적재되어 있는 각 기판(S) 사이의 간격 뿐만아니라, 카세트(C)와 각 챔버 벽 사이의 간격 및 카세트(C) 또는 기판(S)의 선단부와 후술하는 가스 직진 공급홈(33) 사이의 간격도 상기 층상 흐름 간격을 가지도록 제조되고, 로딩된다. The distance between the cassette C and each chamber wall and the distance between the leading end of the cassette C or the substrate S and the distance between the leading end of the cassette C and the substrate S, The gap between the gas straight supply grooves 33 is also made and loaded so as to have the lamellar flow spacing.

다음으로 상기 가스공급수단(20)은 제1반응가스, 제2반응가스 및 퍼지가스 등을 저장하는 탱크와, 상기 가스들을 공정순서에 따라 선택적으로 주입하는 밸브를 포함한다. Next, the gas supply means 20 includes a tank for storing a first reaction gas, a second reaction gas, a purge gas, and the like, and a valve for selectively injecting the gases according to a process sequence.

특히, 상기 공정챔버(10)의 일측벽(11)에는 가스 공급구(16)를 통해 주입된 가스를 측벽을 따라서 측벽의 선단부까지 전달하는 가스 확산 공급홈(30)이 더 형성된다. In particular, the one side wall 11 of the process chamber 10 is further formed with a gas diffusion supply groove 30 for delivering the gas injected through the gas supply port 16 to the front end of the side wall along the side wall.

상기 가스 확산 공급홈(30)은 상기 공정챔버의 일측벽(11)의 외벽에 단차지게 홈(31)을 형성하고, 상기 홈(31)의 상부를 덮개(32)로 밀폐하여 형성된다. 물론, 상기 덮개(32)는 밀폐하더라도 홈(31)의 바닥면과 밀착되지 않아 가스가 흐를 수 있는 공간을 형성한다. The gas diffusion supply grooves 30 are formed by forming stepped grooves 31 on the outer wall of one side wall 11 of the process chamber and sealing the upper portion of the grooves 31 with the lid 32. Of course, even if the lid 32 is hermetically closed, the lid 32 is not in close contact with the bottom surface of the groove 31, thereby forming a space through which gas can flow.

상기 가스 확산 공급홈(30)은 공정챔버(10)의 좌,우측벽(12,11)이나 상,하측벽(13,14) 등 어느 측벽에나 형성할 수 있다. The gas diffusion supply grooves 30 can be formed on any of the side walls of the process chamber 10 such as the left and right side walls 12 and 11 and the upper and lower side walls 13 and 14.

상기 가스 확산 공급홈(30)은 측벽에 형성된 가스 공급구(16)로부터 측벽(11)의 선단부로 갈수록 단면적이 커지도록 형성한다. 이것은 가스가 가스 확산 공급홈(30)을 통과하여 공정챔버(10)의 전면 즉, 가스 직진 공급홈(33)으로 유입되기 전에 충분히 균일하게 확산되도록 하기 위함이다. 그리고 이 가스 확산 공급홈(30)을 지나는 동안에도 상기 가스 공급구(16)에 의하여 공급된 가스는 층상 흐름을 유지한다. 따라서 상기 가스 확산 공급홈(30)과 덮개(32) 사이의 간격도 층상 흐름 간격을 유지하도록 형성된다. The gas diffusion supply groove 30 is formed to have a larger cross-sectional area from the gas supply port 16 formed in the side wall toward the tip portion of the side wall 11. This is to ensure that the gas is sufficiently uniformly diffused through the gas diffusion supply grooves 30 before entering the front surface of the process chamber 10, that is, the gas straight supply grooves 33. The gas supplied by the gas supply port 16 maintains the laminar flow even while passing through the gas diffusion supply groove 30. Therefore, the gap between the gas diffusion supply grooves 30 and the lid 32 is also formed so as to maintain a laminar flow spacing.

다음으로 가스 직진 공급홈(33)은 상기 공정 챔버의 전단부 측벽에 일정 깊이로 음각되어 직사각형 형상으로 형성될 수 있으며, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 가스 직진 공급홈(33)이 형성되는 깊이는, 기판(S) 선단부와의 간격이 층상 흐름 간격을 유지할 정도의 깊이로 형성된다. 따라서 상기 가스 확산 공급홈(31)을 통하여 상기 공정 챔버의 전단부 측벽 전체 변에 해당되는 폭으로 충분히 확산된 가스가 상기 가스 직진 공급홈(33) 전체로 동시에 공급되어, 상기 가스 직진 공급홈(33) 내에서 층상 흐름이 유지되는 것이다. Next, the gas straight supply groove 33 may be engraved in a rectangular shape at a predetermined depth on the side wall of the front end of the process chamber, and as shown in FIG. 5, the gas straight supply groove 33 is formed. The depth is formed so that the space | interval with the front-end | tip part of the board | substrate S may maintain the layered flow space | interval. Therefore, the gas sufficiently diffused to the entire width of the side wall of the front end of the process chamber through the gas diffusion supply groove 31 is simultaneously supplied to the entire gas straight supply groove 33, 33). ≪ / RTI >

상기 배기수단(50)은 상기 공정챔버(10)를 배기하는 것으로서, 진공펌프 등을 들 수 있다.
The exhaust means 50 is for evacuating the process chamber 10, and may be a vacuum pump or the like.

이하에서는 도 5를 참조하여 상술한 증착장치의 작동상태를 설명한다. Hereinafter, an operating state of the deposition apparatus described above with reference to FIG. 5 will be described.

먼저, 가스공급수단을 이용하여 공정챔버(10)의 일측벽에 형성된 가스공급구(16)로 가스를 공급하면, 상기 가스는 가스 확산 공급홈(30)을 따라 공정챔버의 전면(측벽의 선단부)으로 이동하게 되는데, 이와 같이 이동하는 동안 가스 확산 공급홈(30)의 형태에 의해 균일하게 확산된다.First, when the gas is supplied to the gas supply port 16 formed on one side wall of the process chamber 10 by using the gas supply means, the gas is along the gas diffusion supply groove 30 in front of the process chamber (a front end of the side wall). ), Which is uniformly diffused by the shape of the gas diffusion supply groove 30 during the movement.

다음으로, 상기 가스 확산 공급홈(30)을 통해 충분히 확산된 가스는 공정챔버(10)의 전면에 형성된 측벽의 가스 직진 공급홈(33)을 따라 반대측 측벽방향으로 층상흐름 방식으로 이동한다.Next, the gas sufficiently diffused through the gas diffusion supply grooves 30 moves along the gas straight supply grooves 33 of the sidewalls formed on the front surface of the process chamber 10 in a layer flow manner in the direction of the opposite sidewall.

다음으로, 상기 기판의 전방 즉, 상기 가스 직진 공급홈(33)에 도달한 가스는 기판의 각 열 사이의 공간을 통해 층상 흐름 형태로 이동하면서 기판에 박막을 형성한다. Next, the gas that has reached the front of the substrate, that is, the gas straight supply groove 33, moves in the form of a layer flow through a space between each row of the substrates to form a thin film on the substrate.

따라서 각 열 사이의 공간이 공정챔버 내에서 가스가 층상 흐름 형태로 이동하도록 층상 흐름 간격을 유지하는 유로가 되는 것이다. 또한 복수의 카세트(C1~C4)가 인라인 형태로 밀착되어 적재되는데, 이때 이웃하는 카세트에 적재된 기판(S1~S4)들도 밀착하여 적재되어 가스가 층상 흐름을 유지한 채로 복수의 카세트를 균일하게 흐르도록 한다. Therefore, the space between the rows is a flow path that maintains the laminar flow interval so that the gas moves in the laminar flow form in the process chamber. In addition, the plurality of cassettes C1 to C4 are closely stacked in an inline form, and the substrates S1 to S4 stacked on the neighboring cassettes are also closely stacked to uniformly stack the plurality of cassettes while maintaining a gas flow layer. Let it flow.

본 실시예에서는 제1 공정 가스의 공급을 중단한 후에, 공정 챔버 내부에 존재하는 모든 제1 공정 가스를 제거하는 제1 공정 가스의 펌핑 또는 퍼징 단계를 진행하지 않고, 즉시 제1 공정 가스에 이어서 퍼징가스를 공정 챔버 내로 공급하므로 하나의 진공 챔버 내에 제1 공정가스와 퍼징가스가 진공 챔버 내의 공간을 가상 분할한 상태에서 공존하게 된다. In this embodiment, after the supply of the first process gas is stopped, immediately after the first process gas, without proceeding to pump or purge the first process gas to remove all the first process gas present in the process chamber. Since the purge gas is supplied into the process chamber, the first process gas and the purge gas coexist in a virtually divided space in the vacuum chamber in one vacuum chamber.

본 실시예에서는 제1 공정 가스 공간은 공정 챔버 내의 공간 중에서 제1 공정 가스에 의하여 채워지는 가상의 공간을 말하는 것이며, 제1 퍼징가스 공간은 상기 제1 공정 가스 공간에 연이어 퍼징 가스에 의하여 채워지는 가상의 공간을 말하는 것이며, 제2 공정 가스 공간은 제2 공정 가스에 의하여 채워지는 가상의 공간을 말하는 것이며, 제2 퍼징 가스 공간은 상기 제2 공정 가스 공간에 연이어 퍼징가스에 채워지는 가상의 공간을 말하는 것이다. 본 실시예에서 상기 제1 공정 가스 공간, 제1 퍼징가스 공간, 제2 공정 가스 공간 및 제2 퍼징가스 공간은 일정한 위치에 머물러 있는 것이 아니라, 일정한 속도로 일정한 방향으로 동시에 이동하게 된다. In this embodiment, the first process gas space refers to a virtual space filled with the first process gas in the space within the process chamber, and the first purging gas space is filled with the purging gas The second process gas space is a virtual space filled with the second process gas and the second purging gas space is a virtual space filled with the purging gas in succession to the second process gas space, . In the present embodiment, the first process gas space, the first purging gas space, the second process gas space, and the second purging gas space do not remain at a constant position, but move at a constant speed and at a constant speed.

구체적으로 상기 가스 공간이 형성되는 과정을 설명하면 다음과 같다. 먼저 상기 공정 챔버 내에 제1 공정 가스를 공급하면 제1 공정가스로 채워지는 가상의 제1 공정가스 공간이 상기 진공 챔버 내에 형성되고, 이 제1 공정 가스 공간이 상기 공정 챔버 내부 공간을 일정한 방향으로 순차적으로 이동하게 된다. The process of forming the gas space will be described in detail as follows. First, when a first process gas is supplied into the process chamber, a virtual first process gas space filled with the first process gas is formed in the vacuum chamber, and the first process gas space is moved in a predetermined direction And sequentially moved.

그리고 제1 공정 가스 공급을 중단하고, 퍼징가스를 공급하면 상기 제1 공정가스 공간에 연이어 제1 퍼징가스 공간이 상기 진공 챔버 내에 형성되고, 상기 제1 공정 가스 공간을 이동 방향으로 밀면서 제1 공정 가스 공간을 따라서 이동한다. 이때, 제1 공정 가스 공간과 제1 퍼징가스 공간의 경계면은 완벽하게 구분되는 것이 아니라, 제1 공정가스와 퍼징가스가 혼합된 구간이 어느 정도 존재하고, 제1 공정 가스 공간의 중심부로 갈수록 제1 공정가스의 농도가 높고, 제1 퍼징가스 공간의 중심부로 갈수록 퍼징가스의 농도가 높은 형태를 가진다. When the purging gas is supplied, the first purging gas space is formed in the vacuum chamber in succession to the first process gas space, and the first process gas space is moved in the moving direction, Move along the gas space. At this time, the interface between the first process gas space and the first purging gas space is not completely divided, but a section where the first process gas and the purging gas are mixed exists to some extent, The concentration of one process gas is high and the concentration of the purging gas is higher toward the center of the first purging gas space.

한편 본 실시예에서는 전술한 바와 같이, 제1 공정가스의 완벽한 퍼징을 위하여 제1 퍼징 가스 공간을 형성하는 퍼징가스를 제1 공정가스에 비하여 매우 과량으로 분사하여, 제1 퍼징가스 공간의 이동에 의하여 완벽하게 제1 공정가스가 가스 직진 공급홈(33)의 반대 방향으로 이동하도록 한다. In this embodiment, as described above, the purging gas for forming the first purging gas space is injected in an excessively larger amount than the first processing gas for complete purging of the first processing gas, So that the first process gas is completely moved in the direction opposite to the gas straight supply groove 33.

그리고 이 제1 퍼징가스 공간에 연이어 제2 공정가스를 공급하여 제2 공정가스 공간이 형성되도록 한다. 또한 이 제2 공정 가스 공간에 연이어 다시 퍼징가스를 과량으로 공급하여 제2 퍼징가스 공간이 형성되도록 하며, 이 제2 퍼징가스 공간의 이동에 의하여 제2 공정 가스가 완벽하게 제거되도록 하는 것이다. The second process gas is supplied to the first purging gas space to form a second process gas space. Also, the second purging gas space is formed by supplying the purging gas in excess to the second process gas space, and the second process gas is completely removed by the movement of the second purging gas space.

이렇게 본 실시예에서는 제1 공정가스 공간, 제1 퍼징가스 공간, 제2 공정가스 공간 그리고 제2 퍼징가스 공간이 순차적으로 공정 챔버 내부 공간을 이동하면서 원자층 증착 공정을 수행한다. 따라서 본 실시예에서는 공정 챔버 내부 전체에 대한 공정 가스 공급과 퍼징 과정이 단속적으로 수행되는 종래의 방법에 비하여, 공정가스 공급과 퍼징이 하나의 공정 챔버 내에서 기판을 스캐닝하듯이 연속적으로 이루어지므로, 공정 시간이 현저하게 단축되고 쓰루룻이 대폭 향상되는 효과가 있다. In this embodiment, the atomic layer deposition process is performed while the first process gas space, the first purging gas space, the second process gas space, and the second purging gas space sequentially move through the process chamber interior space. Accordingly, in this embodiment, as compared with the conventional method in which the process gas supply and purging process is intermittently performed for the entire process chamber, the process gas supply and purging are continuously performed as if scanning the substrate in one process chamber, The process time is remarkably shortened and the thrurout is greatly improved.

그리고 필요에 따라서는 전술한 과정이 다수번의 싸이클(cycle)로 반복하여 진행될 수 있다. 물론 각 가스를 공급하는 동안 배기 동작은 항상 이루어진다.
If necessary, the above-described process can be repeatedly performed in a plurality of cycles. Of course, the exhaust operation is always performed while supplying each gas.

1: 박막 증착방법 10: 공정챔버
11: 가스주입구 20: 가스공급수단
30: 벤트홀 31: 홈
32: 덮개 40: 배기수단 1: thin film deposition method 10: process chamber
11: gas inlet 20: gas supply means
30: vent hole 31: home
32: cover 40: exhaust means

Claims (5)

1) 공정챔버 내에 복수의 기판이 적재된 카세트를, 기판과 기판 사이의 간격 및 카세트와 공정 챔버 사이의 간격이 층상 흐름(laminar flow) 간격이 되고, 인접한 카세트에 적재된 기판 사이에 형성된 층상 흐름 간격이 연결되도록 인라인 형태로 나란히 적재하고, 상기 공정 챔버 내부를 배기하는 단계;
2) 상기 공정챔버 내의 공간 중에서 제1 반응가스가 차지하는 제1 반응가스 공간이 상기 공정 챔버의 일측 공간에서 타측 공간으로 순차적으로 이동하도록, 상기 제1 반응가스를 분사하는 단계;
3) 상기 제1반응가스를 차단함과 동시에 퍼지가스를, 상기 제1 반응가스 공간과 연이어 제1 퍼지가스 공간이 형성되고, 상기 제1 퍼지가스 공간이 상기 제1 반응 가스 공간과 동일한 방향으로 이동하도록 분사하는 단계;
4) 상기 퍼지가스를 차단함과 동시에 제2반응가스를, 상기 제1 퍼지가스 공간과 연이어 제2 반응가스 공간이 형성되고, 상기 제2 반응가스 공간이 상기 제1 퍼지가스 공간과 동일한 방향으로 이동하도록 분사하는 단계; 및
5) 상기 제2반응가스를 차단함과 동시에 상기 퍼지가스를, 상기 제2 반응가스 공간과 연이어 상기 제2 퍼지 가스 공간이 형성되고, 상기 제2 퍼지 가스 공간이 상기 제2 반응 가스 공간과 동일한 방향으로 이동하도록 분사하는 단계;를 포함하며,
상기 공정 챔버 중 상기 가스가 공급되는 방향의 반대 방향에서 상기 공정 챔버 내부의 기체를 흡입하여 외부로 배출하는 배기 동작이 상기 1) 내지 5) 단계에 걸쳐서 중단없이 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막 증착방법. 1) In a cassette in which a plurality of substrates are stacked in a process chamber, the gap between the substrate and the substrate and the gap between the cassette and the process chamber become laminar flow intervals, and the laminar flow formed between the substrates loaded in adjacent cassettes. Stacking side by side in an inline shape such that the gaps are connected, and exhausting the inside of the process chamber;
2) injecting the first reaction gas so that the first reaction gas space occupied by the first reaction gas in the process chamber moves sequentially from one space of the process chamber to the other space;
3) A first purge gas space is formed at the same time as the first reaction gas is blocked and the purge gas is connected to the first reaction gas space, and the first purge gas space is in the same direction as the first reaction gas space. Spraying to move;
4) At the same time as the blocking of the purge gas and the second reaction gas, a second reaction gas space is formed in succession with the first purge gas space, the second reaction gas space in the same direction as the first purge gas space Spraying to move; And
5) the second purge gas is blocked and the purge gas is connected to the second reaction gas space and the second purge gas space is formed, and the second purge gas space is the same as the second reaction gas space. And spraying to move in a direction;
Thin film deposition method characterized in that the exhaust operation to inhale and discharge the gas inside the process chamber to the outside in the direction opposite to the direction in which the gas is supplied in the process chamber through the steps 1) to 5) without interruption. 제1항에 있어서,
상기 2)단계 내지 5)단계가 순차적으로 진행되는 것을 1 cycle로 하여, 복수번의 cycle이 반복하여 수행되는 것을 특징으로 하는 박막 증착방법.
The method of claim 1,
Thin film deposition method, characterized in that a plurality of cycles are repeatedly performed with 1 cycle that the steps 2) to 5) are sequentially performed.
제1항에 있어서,
상기 층상 흐름 간격은 0.2 ~ 10 mm 인 것을 특징으로 하는 박막 증착방법.
The method of claim 1,
The layer flow interval is a thin film deposition method, characterized in that 0.2 ~ 10 mm.
제3항에 있어서,
상기 기판들을 서로 층상 흐름 간격 만큼 이격되도록 적재하여 각 열 사이의 공간에서 상기 가스들의 층상 흐름(Laminar flow)이 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 증착방법.
The method of claim 3,
And stacking the substrates so as to be spaced apart from each other by a laminar flow interval to form a laminar flow of the gases in the space between the rows.
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