KR101292399B1

KR101292399B1 - 공전 및 자전 가능한 서셉터 모듈을 구비하는 원자층 증착장치

Info

Publication number: KR101292399B1
Application number: KR1020110137275A
Authority: KR
Inventors: 신인철
Original assignee: 주식회사 케이씨텍
Priority date: 2011-12-19
Filing date: 2011-12-19
Publication date: 2013-08-01
Also published as: KR20130070117A

Abstract

공전 및 자전이 가능한 서셉터 모듈을 구비하는 세미 배치 타입(semi-batch type) 원자층 증착장치가 개시된다. 공전 및 자전이 가능한 서셉터 모듈은, 베이스부, 상기 베이스부 하부에 구비되어 상기 베이스부를 회전시키는 회전축, 상기 베이스부 상부에 회전 가능하게 구비되고, 기판이 안착되는 다수의 포켓부, 상기 각 포켓부 하부에 구비되며 상기 베이스부를 관통하여 상기 베이스부 하부로 돌출 구비된 회전 보조부, 상기 회전 보조부에 선택적으로 접촉되도록 상기 회전축에서 방사 방향으로 돌출 구비된 링크 및 상기 링크를 상기 회전축에 대해서 왕복 이동시키는 구동기어를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 링크가 상기 회전 보조부에 접촉하여 상기 회전 보조부를 회전 시킴에 따라 상기 포켓부가 회전한다.

Description

공전 및 자전 가능한 서셉터 모듈을 구비하는 원자층 증착장치{ATOMIC LAYER DEPOSITION APPARATUS HAVING SUSCEPTOR CAPABLE OF ROTATION AND REVOLUTION}

본 발명은 원자층 증착장치에 관한 것으로, 공전 및 자전이 가능한 서셉터 모듈을 구비하는 원자층 증착장치를 제공하기 위한 것이다.

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.

반도체 소자의 디자인 룰(design rule)이 급격하게 미세해짐으로써 미세 패턴의 박막이 요구되었고 박막이 형성되는 영역의 단차 또한 매우 커지게 되었다. 이에 원자층 두께의 미세 패턴을 매우 균일하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 스텝 커버리지(step coverage)가 우수한 원자층 증착방법(atomic layer deposition, ALD)의 사용이 증대되고 있다.

원자층 증착방법(ALD)은 기체 분자들 간의 화학 반응을 이용한다는 점에 있어서 일반적인 화학 기상 증착방법과 유사하다. 하지만, 통상의 화학 기상 증착(CVD) 방법이 다수의 기체 분자들을 동시에 프로세스 챔버 내로 주입하여 기판 상부에서 발생된 반응 생성물을 기판에 증착하는 것과 달리, 원자층 증착방법은 하나의 기체 물질을 프로세스 챔버 내로 주입한 후 이를 퍼지(purge)하여 가열된 기판의 표면에 물리적으로 흡착된 기체만을 잔류시키고, 이후 다른 기체 물질을 주입함으로써 기판 표면에서 발생되는 화학 반응 생성물을 증착시킨다는 점에서 상이하다. 이러한 원자층 증착방법을 통해 구현되는 박막은 스텝 커버리지 특성이 매우 우수하며 불순물 함유량이 낮은 순수한 박막을 구현하는 것이 가능한 장점을 갖고 있어 현재 널리 각광받고 있다.

한편, 기존의 원자층 증착장치는 스루풋(throughput)을 향상시키기 위해서 다수 장의 기판에 대해 동시에 증착공정이 수행되는 세미 배치 타입(semi-batch type)이 개시되어 있다. 그런데 여러 장의 기판에 동시에 박막을 형성하는 경우, 모든 기판에 동일한 온도 분포와 증착가스 분포를 형성하는 것이 어렵기 때문에 각 기판에 동일한 품질의 박막을 형성하는 것이 어렵다.

본 발명의 실시예들에 따르면 세미 배치 타입 원자층 증착장치에서 기판의 온도 분포와 증착가스의 분포를 균일하게 유지할 수 있는 원자층 증착장치를 제공한다.

상술한 본 발명의 실시예들에 따른 세미 배치 타입(semi-batch type) 원자층 증착장치에서 공전 및 자전이 가능한 서셉터 모듈은, 베이스부, 상기 베이스부 하부에 구비되어 상기 베이스부를 회전시키는 회전축, 상기 베이스부 상부에 회전 가능하게 구비되고, 기판이 안착되는 다수의 포켓부, 상기 각 포켓부 하부에 구비되며 상기 베이스부를 관통하여 상기 베이스부 하부로 돌출 구비된 회전 보조부, 상기 회전 보조부에 선택적으로 접촉되도록 상기 회전축에서 방사 방향으로 돌출 구비된 링크 및 상기 링크를 상기 회전축에 대해서 왕복 이동시키는 구동기어를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 링크가 상기 회전 보조부에 접촉하여 상기 회전 보조부를 회전 시킴에 따라 상기 포켓부가 회전한다.

일 측에 따르면, 상기 링크는 상기 회전 보조부의 수와 일대일로 대응되어 구비된다. 그리고 상기 하나의 구동기어에 2개의 링크가 왕복 이동 가능하도록 결합되고, 상기 각 2개의 링크가 결합된 복수의 구동기어가 상기 회전축 상에서 상하 방향으로 배치될 수 있다. 또는, 상기 하나의 구동기어에 복수의 링크가 동시에 왕복 이동 가능하도록 결합될 수 있다.

일 측에 따르면, 상기 회전 보조부는 상기 포켓부의 중앙 또는 편심 위치에 구비된다. 그리고 상기 회전 보조부는 상기 링크와 선택적으로 접촉 가능한 형태로 형성되고, 단면이 바 형태를 가질 수 있다.

한편, 상술한 본 발명의 다른 실시예들에 따른 공전 및 자전이 가능한 서셉터 모듈을 구비하는 세미 배치 타입(semi-batch type) 원자층 증착장치는, 프로세스 챔버, 상기 프로세스 챔버 상부에 구비되어 서로 다른 복수의 증착가스를 제공하는 가스분사부, 상기 가스분사부에 평행한 표면에 다수의 기판이 회전축에 대해 방사상으로 배치되고, 상기 회전축을 중심으로 공전하고 상기 기판을 독립적으로 자전시키는 서셉터 모듈을 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 서셉터 모듈은, 베이스부, 상기 베이스부 하부에 구비되어 상기 베이스부를 회전시키는 회전축, 상기 베이스부 상부에 회전 가능하게 구비되고, 기판이 안착되는 다수의 포켓부, 상기 각 포켓부 하부에 구비되며 상기 베이스부를 관통하여 상기 베이스부 하부로 돌출 구비된 회전 보조부, 상기 회전 보조부에 선택적으로 접촉되도록 상기 회전축에서 방사 방향으로 돌출 구비된 링크 및 상기 링크를 상기 회전축에 대해서 왕복 이동시키는 구동기어를 포함하여 구성되고, 상기 링크가 상기 회전 보조부에 접촉하여 상기 회전 보조부를 회전 시킴에 따라 상기 포켓부가 회전한다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 기판을 공전 및 자전시킴으로써 기판의 온도 분포와 가스 분포를 균일하게 할 수 있고, 박막의 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치의 단면도이다.
도 2는 도 1의 원자층 증착장치에서 서셉터 모듈 및 포켓 구동부의 요부를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 원자층 증착장치에서 포켓 구동부의 동작 및 구성을 설명하기 위한 회전축의 요부를 도시한 평면도이다.
도 4는 도 1의 원자층 증착장치에서 포켓 구동부의 구성을 설명하기 위한 서셉터 모듈의 평면도이다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 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.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 공전 및 자전이 가능한 서셉터 모듈(103)을 구비하는 원자층 증착장치(100)에 대해서 상세하게 설명한다. 참고적으로, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치(100)의 일 예를 설명하기 위한 단면도이다. 그리고 도 2는 도 1의 원자층 증착장치(100)에서 서셉터 모듈(102) 및 포켓 구동부(122)의 요부를 도시한 단면도고, 도 3은 포켓 구동부(122)의 동작 및 구성을 설명하기 위한 회전축(125)의 요부를 도시한 평면도이고, 도 4는 포켓 구동부(122)의 구성을 설명하기 위한 서셉터 모듈(102)의 평면도이다.

도면을 참조하면, 원자층 증착장치(100)는 프로세스 챔버(101), 서셉터 모듈(102), 가스분사부(103) 및 포켓 구동부(122)를 포함하여 구성된다.

이하에서 설명하는 원자층 증착장치(100)는 스루풋(throughput) 및 품질을 향상시키기 위해서 복수의 기판(10)에 대해 동시에 증착이 수행되는 형태의 세미 배치 타입(semi-batch type)을 예로 들어 설명한다. 세미 배치 타입 원자층 증착장치(100)는 서셉터 모듈(102)과 가스분사부(103)가 서로 평행하게 배치되고, 서셉터 모듈(102)의 회전축(125)을 중심으로 복수의 기판(10)이 방사상으로 배치되어, 서셉터 모듈(102)이 회전함에 따라 가스분사부(103)에서 제공되는 서로 다른 종류의 가스가 분사되는 영역을 통과하면서 기판(10)에 소정의 박막이 증착된다. 여기서, 서셉터 모듈(102)이 소정 속도로 회전함에 따라 기판(10)이 서셉터 모듈(102)의 회전축(125)을 중심으로 회전하는 것을 기판(10)의 '공전'이라 한다. 그리고 기판(10)이 서셉터 모듈(102)에 안착된 상태에서 기판(10)의 중심을 축으로 하여 회전하는 것을 기판(10)의 '자전'이라 한다.

본 실시예에서 증착 대상이 되는 기판(10)은 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)일 수 있다. 그러나 기판(10)은 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)에 한정되는 것은 아니며, LCD(liquid crystal display), PDP(plasma display panel)와 같은 평판 디스플레이 장치용으로 사용하는 글라스를 포함하는 투명 기판(10)일 수 있다.

한편, 원자층 증착장치(100)에서 프로세스 챔버(101), 가스분사부(103) 등의 상세한 기술구성은 공지의 기술로부터 이해 가능하며 본 발명의 요지가 아니므로 자세한 설명 및 도시를 생략하고 주요 구성요소에 대해서만 간략하게 설명한다.

프로세스 챔버(101)는 다수의 기판(10)을 수용하여 증착공정이 수행되는 공간을 제공한다.

프로세스 챔버(101) 상부에는 기판(10)에 서로 다른 복수의 증착가스를 제공하기 위한 가스분사부(103)가 구비되고, 가스분사부(103)는 각각의 증착가스가 제공되는 분사영역으로 분할 형성된다.

서셉터 모듈(102)은 프로세스 챔버(101) 내부에 구비되며, 서셉터 모듈(102)은 베이스부(123), 기판(10)이 안착되는 포켓부(121) 및 서셉터 모듈(102)의 회전 및 승강 이동을 위한 회전축(125)과 서셉터 구동부(126)로 구성된다. 그리고 서셉터 모듈(102)은 각각의 기판(10)을 서셉터 모듈(102) 상에서 독립적으로 자전시킬 수 있도록 포켓부(121)가 회전 가능하게 구비되고, 포켓부(121)의 회전을 위한 포켓 구동부(122)가 구비된다.

서셉터 모듈(102)은 회전축(125)을 중심으로 회전함에 따라 기판(10)을 공전시키고, 동시에 포켓부(121)가 회전함에 따라 각각의 기판이 독립적으로 자전한다.

포켓부(121)는 서셉터 모듈(102)의 회전축을 중심으로 방사상으로 배치된다. 예를 들어, 서셉터 모듈(102)은 6장의 기판(10)이 안착되도록 6개의 포켓부(121)가 구비된다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 서셉터 모듈(102)에 안착되는 기판(10)의 수는 실질적으로 다양하게 변경 가능하다.

포켓부(121)는 회전 가능하도록 구비되며, 포켓부(121)의 회전을 위한 윤활부(213)가 구비된다. 윤활부(213)는 포켓부(121) 하부에 구비되어 포켓부(121)의 회전을 지지하는 베어링 또는 윤활 부재일 수 있다.

포켓 구동부(122)는 회전축(125)에 구비된 링크(221)와 포켓부(121) 하부에 돌출 구비된 회전 보조부(211)로 구성되고, 링크(221)가 회전 보조부(211)에 접촉되면 포켓부(121)가 회전하는 구조를 갖는다.

상세하게는, 회전 보조부(211)는 포켓부(121) 하부에서 베이스부(123)를 관통하여 상기 베이스부(123) 하부를 향해 소정 길이 돌출 형성된다. 그리고 회전 보조부(211)에 링크(221)가 접촉되면 회전 보조부(211)를 밀어서 회전시킬 수 있도록 형성된다. 즉, 회전 보조부(211)는 링크(221)에 접촉 시 회전할 수 있도록 도 4에 도시한 바와 같이, 단면이 바 형태를 가질 수 있다. 또는, 회전 보조부(211)는 편심 구조를 가질 수 있다. 또한, 회전 보조부(211)의 위치는 포켓부(121)의 중앙이나 상기 중앙에서 편심된 위치에 배치될 수 있다.

링크(221)는 회전축(125)에 구비되며 회전 보조부(211)에 접촉될 수 있는 길이로 형성되어 회전축(125)에서 외측을 향해 방사상으로 구비된다. 그리고 회전축(125) 내부에는 링크(221)가 회전 보조부(211)에 접촉되도록 상기 링크(221)를 왕복 이동시키는 구동기어(223)가 구비된다. 즉, 링크(221)가 구동기어(223)에 의해 회전축(125)에 대해서 왕복 이동하면 회전 보조부(211)와 선택적으로 접촉되면서 회전 보조부(211)를 밀어서 회전 보조부(211) 및 포켓부(121)를 회전시키게 된다.

그리고 링크(221)는 각각의 회전 보조부(211)에 접촉할 수 있도록 6개의 링크(221)가 회전축(125)에서 방사상으로 구비된다. 예를 들어, 하나의 구동기어(223)에 2개의 링크(221)가 결합될 수 있다. 그리고 본 실시예에서는 6개의 포켓부(121)가 구비되므로, 6개의 링크(221)가 구비되고, 3개의 구동기어(223)에 각각 2개씩의 링크(221)가 결합될 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 6개의 링크(221)가 왕복 이동 가능한 공간을 형성할 수 있도록 3쌍의 링크(221) 및 구동기어(223)가 회전축(125) 상에서 상하 방향으로 배치될 수 있다. 그러나 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 링크(221) 및 구동기어(223)의 위치는 회전 보조부(211)를 밀어서 회전시킬 수 있는 위치이면 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 6개의 링크(221)를 하나의 구동기어(223)에 결합시킬 수 있다.

본 실시예들에 따르면, 기판(10)을 공전시킴에 따라 기판(10)에 증착가스를 균일하게 제공할 수 있으며, 동시에 기판(10)을 자전시킴으로써 하나의 기판(10) 상에서도 회전축에서 먼 위치와 가까운 위치에서 증착가스가 불균일하게 제공되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이에 따라 기판(10)에 증착되는 박막의 품질을 향상시킬 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이다. 또한, 본 발명이 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

10: 기판
100: 원자층 증착장치
101: 프로세스 챔버
102: 서셉터 모듈
103: 가스분사부
121: 포켓부
122: 포켓 구동부
123: 베이스부
125: 회전축
126: 서셉터 모듈 구동부
211: 회전 보조부
213: 윤활부
221: 링크
223: 구동기어

Claims

세미 배치 타입(semi-batch type) 원자층 증착장치의 서셉터 모듈에 있어서,
베이스부;
상기 베이스부 하부에 구비되어 상기 베이스부를 회전시키는 회전축;
상기 베이스부 상부에 회전 가능하게 구비되고, 기판이 안착되는 다수의 포켓부;
상기 각 포켓부 하부에 구비되며 상기 베이스부를 관통하여 상기 베이스부 하부로 돌출 구비되고, 상기 각 포켓부의 중앙 또는 편심된 위치에 구비된 회전 보조부;
상기 회전 보조부에 선택적으로 접촉되도록 상기 회전축에서 방사 방향으로 돌출 구비된 링크; 및
상기 링크를 상기 회전축에 대해서 왕복 이동시키는 구동기어;
를 포함하고,
상기 회전 보조부는 상기 링크와 선택적으로 접촉 가능한 형태로 형성되고, 단면이 바 형태를 갖고, 상기 링크가 상기 회전 보조부에 접촉하여 상기 회전 보조부를 회전 시킴에 따라 상기 포켓부가 회전하는 공전 및 자전 가능한 서셉터 모듈.
제1항에 있어서,
상기 링크는 상기 회전 보조부의 수와 일대일로 대응되어 구비된 공전 및 자전 가능한 서셉터 모듈.
제2항에 있어서,
상기 하나의 구동기어에 2개의 링크가 왕복 이동 가능하도록 결합되고, 상기 각 2개의 링크가 결합된 복수의 구동기어가 상기 회전축 상에서 상하 방향으로 배치된 공전 및 자전 가능한 서셉터 모듈.
제2항에 있어서,
상기 하나의 구동기어에 복수의 링크가 동시에 왕복 이동 가능하도록 결합된 공전 및 자전 가능한 서셉터 모듈.
삭제
삭제
프로세스 챔버;
상기 프로세스 챔버 상부에 구비되어 서로 다른 복수의 증착가스를 제공하는 가스분사부;
상기 가스분사부에 평행한 표면에 다수의 기판이 회전축에 대해 방사상으로 배치되고, 상기 회전축을 중심으로 공전하고 상기 기판을 독립적으로 자전시키는 서셉터 모듈;
을 포함하고,
상기 서셉터 모듈은,
베이스부;
상기 베이스부 하부에 구비되어 상기 베이스부를 회전시키는 회전축;
상기 베이스부 상부에 회전 가능하게 구비되고, 기판이 안착되는 다수의 포켓부;
상기 각 포켓부 하부에 구비되며 상기 베이스부를 관통하여 상기 베이스부 하부로 돌출 구비된 회전 보조부;
상기 회전 보조부에 선택적으로 접촉되도록 상기 회전축에서 방사 방향으로 돌출 구비된 링크; 및
상기 링크를 상기 회전축에 대해서 왕복 이동시키는 구동기어;
를 포함하고,
상기 회전 보조부는 상기 링크와 선택적으로 접촉 가능한 형태로 형성되고, 단면이 바 형태를 갖고, 상기 링크가 상기 회전 보조부에 접촉하여 상기 회전 보조부를 회전 시킴에 따라 상기 포켓부가 회전하는 원자층 증착장치.