KR101306627B1 - 원자층 고속 증착장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 원자층 박막을 형성할 기판이 놓여지는 하부챔버와, 제1 및 제2반응물질을 공급하는 모듈이 서로 번갈아 설치되고 그 사이에 분리가스를 공급하는 모듈이 설치된 상부챔버로 시스템을 구성하여, 하부챔버 또는 상부챔버를 회전시키면서 증착공정을 진행함으로써 생산성을 대폭 향상시킨 원자층 고속 증착장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 원자층 고속 증착장치는 기판에 원자층 두께의 박막을 고속으로 증착시키는 장치인데, 본 증착장치는, 상부에 등간격으로 기판이 놓여지게 되고, 상기 기판을 각각 승강시키는 승강수단을 구비하며, 구동수단의 구동에 의해 회전하도록 된 링 형상의 하부챔버; 상기 하부챔버의 하부에 원형 형상으로 설치되어, 하부챔버가 회전할 수 있도록 가이드해 주는 챔버 회전용 레일; 상기 챔버 회전용 레일을 지지하여 고정시켜 주는 제1고정프레임; 상기 하부챔버의 상부에 위치하면서 고정되어 있고, 제1 및 제2반응물질을 각각 공급하고 배출하는 제1 및 제2모듈이 일정 간격으로 교호로 설치되고, 상기 제1모듈과 제2모듈 사이에는 분리가스를 공급하는 제3모듈이 설치되어 있으며, 외측벽에는 상기 기판을 교체할 때 개방되는 게이트가 설치된 상부챔버; 상기 상부챔버의 내측벽과 외측벽의 외벽에 등간격으로 설치된 브라켓을 지지하여 상부챔버를 고정시켜 주는 제2고정프레임을 포함하여 구성되어, 상기 하부챔버의 하면에 등간격으로 장착된 블럭이 챔버 회전용 레일 상을 슬라이딩하면서 하부챔버가 회전하도록 구성며, 상기 하부챔버의 내측벽과 외측벽 상면에는 각각 등간격으로 2∼3개의 철부(凸部)가 연속되게 형성되어 있고, 상기 상부챔버의 내측벽과 외측벽 하면에는 상기 철부와 대응하는 형상의 요부(凹部)가 연속되게 형성되어 있어서, 상기 철부와 요부가 교합(咬合)하도록 하부챔버와 상부챔버가 위치하게 되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 원자층 고속 증착장치는 기판에 원자층 두께의 박막을 고속으로 증착시키는 장치인데, 본 증착장치는, 상부에 등간격으로 기판이 놓여지게 되고, 상기 기판을 각각 승강시키는 승강수단을 구비하며, 구동수단의 구동에 의해 회전하도록 된 링 형상의 하부챔버; 상기 하부챔버의 하부에 원형 형상으로 설치되어, 하부챔버가 회전할 수 있도록 가이드해 주는 챔버 회전용 레일; 상기 챔버 회전용 레일을 지지하여 고정시켜 주는 제1고정프레임; 상기 하부챔버의 상부에 위치하면서 고정되어 있고, 제1 및 제2반응물질을 각각 공급하고 배출하는 제1 및 제2모듈이 일정 간격으로 교호로 설치되고, 상기 제1모듈과 제2모듈 사이에는 분리가스를 공급하는 제3모듈이 설치되어 있으며, 외측벽에는 상기 기판을 교체할 때 개방되는 게이트가 설치된 상부챔버; 상기 상부챔버의 내측벽과 외측벽의 외벽에 등간격으로 설치된 브라켓을 지지하여 상부챔버를 고정시켜 주는 제2고정프레임을 포함하여 구성되어, 상기 하부챔버의 하면에 등간격으로 장착된 블럭이 챔버 회전용 레일 상을 슬라이딩하면서 하부챔버가 회전하도록 구성며, 상기 하부챔버의 내측벽과 외측벽 상면에는 각각 등간격으로 2∼3개의 철부(凸部)가 연속되게 형성되어 있고, 상기 상부챔버의 내측벽과 외측벽 하면에는 상기 철부와 대응하는 형상의 요부(凹部)가 연속되게 형성되어 있어서, 상기 철부와 요부가 교합(咬合)하도록 하부챔버와 상부챔버가 위치하게 되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 원자층 증착장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 원자층 박막을 형성할 기판이 놓여지는 하부챔버와, 제1 및 제2반응물질을 공급하는 모듈이 서로 번갈아 설치되고 그 사이에 분리가스를 공급하는 모듈이 설치된 상부챔버로 시스템을 구성하여, 하부챔버 또는 상부챔버를 회전시키면서 증착공정을 진행함으로써 생산성을 대폭 향상시킨 원자층 고속 증착장치에 관한 것이다.
반도체 기술은 출현 이후, 더욱더 작은 크기, 더욱더 빠른 속도, 낮은 전력 소모량, 소자 당 낮은 가격을 목표로 반도체가 개발되어져 왔으며, 최근에는 여러 가지 기능을 하나의 반도체 소자에서 수행할 수 있도록 개발되어지고 있다. 그 결과, 반도체 소자에 사용되는 박막은 원자단위로 제어되면서, 단차 피복성이 우수한 특성을 가져야 하며, 또한 계면에서 확산과 산화가 일어나지 않게 하기 위해 증착 온도가 낮아야 한다. 하지만, 기존의 물리 기상 증착법(physical vapor deposition; PVD)이나 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition; CVD)으로는 이러한 요구조건을 충족시킬 수 없는 한계에 도달하게 되었다.
또한, 최근 반도체의 설계 기준이 되는 배선의 폭이 30㎚ 이하로 요구되면서 미세 패턴 기술이 절실히 요구됨에 따라 원자층 두께의 미세 패턴을 매우 균일하게 형성할 수 있는 원자층 증착방법(atomic layer deposition; ALD)이 대두되게 되었는데, 원자층 증착방법(ALD)으로 형성한 박막은 매우 얇은 막을 형성할 수 있고, 막에 불순물이 거의 없으며, 조성 제어를 정확히 할 수 있을 뿐만 아니라 증착이 아닌 흡착에 의해 막이 형성되므로 어떠한 복잡한 형상의 구조에서도 100%에 가까운 스텝 커버리지(step coverage)를 얻을 수 있다는 장점 등으로 인하여 현재 널리 각광받고 있다.
이와 같은 추세에 따라 원자층 증착을 위한 장비에 대하여 국내외의 많은 기업에서 의욕적으로 연구 개발이 진행되고 있으며, 공개특허 제2011-77743호 "원자층 증착장치", 특허등록 제949913호 "원자층 증착장치", 특허등록 제1021372호 "원자층 증착장치", 특허등록 제1171677호 "다성분 박막의 증착을 위한 원자층 증착장치" 등 많은 기술이 출현하였다.
하지만, 지금까지 출현한 대부분의 원자층 증착장치는,
첫째, 진공의 반응챔버에 기판을 넣고, 기판 상부에 반응물질(precursor)을 공급하여 원자층(두께 0.1㎚ 정도)을 증착한 후 아르곤(Ar)이나 질소(N2) 가스를 공급해서 반응물질을 챔버에서 배출시킨 다음, 다시 동일한 공정을 수백회(예를 들면 30㎚의 박막을 형성하기 위해서는 300회 이상)를 반복하여 원하는 두께를 증착해야 하기 때문에 시간이 너무 많이 소요되고, 또한, 반응챔버의 크기가 크지 않기 때문에 동시에 공정을 진행할 수 있는 기판의 수가 한정되어 있으므로, 생산성이 너무 낮아 생산원가가 너무 비싸게 된다는 큰 문제가 있다.
둘째, 반응챔버의 크기가 크지 않기 때문에 원판 형상의 기판 부위별로 반응물질을 공급하는 샤워헤드에 노출되는 시간이 균일하지 못하게 되어 기판 부위별로 막의 두께가 다르게 된다는 문제가 있다.
세째, 원자층 증착 공정을 진공 분위기에서 진행하기 때문에 기판을 지지하고 있는 블럭을 회전시키기 위한 회전 구동부가 반응챔버 내에 배치할 수밖에 없는 구조여서, 회전시 마찰 등에 의해 미세한 파티클(particle)이 발생하면서 증착층에 달라 붙게 되어 불량의 원인이 된다는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 원자층 박막을 형성할 기판이 놓여지는 하부챔버와, 제1 및 제2반응물질을 공급하는 모듈이 서로 번갈아 설치되고 그 사이에 분리가스를 공급하는 모듈이 설치된 상부챔버로 시스템을 구성하고, 하부챔버 또는 상부챔버를 회전시키면서 증착공정을 진행함으로써, 기존의 원자층 증착 장비에 비해 생산성을 현저하게 향상시킬 수 있는 원자층 고속 증착장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 원자층 증착 공정을 대기압 하에서 진행하고 챔버를 회전시키기 위한 구동부를 챔버 외부에 배치함으로써, 구동부 작동시 발생할 수밖에 없는 미세 파티클이 기판으로 접근하는 자체를 근원적으로 차단하여 챔버 내부의 청정도를 높여 공정 안정성을 향상시킬 수 있는 원자층 고속 증착장치를 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 과제 해결을 위한 본 발명에 따른 원자층 고속 증착장치는 기판에 원자층 두께의 박막을 고속으로 증착시키는 장치인데, 본 증착장치는, 상부에 등간격으로 기판이 놓여지게 되고, 상기 기판을 각각 승강시키는 승강수단을 구비하며, 구동수단의 구동에 의해 회전하도록 된 링 형상의 하부챔버; 상기 하부챔버의 하부에 원형 형상으로 설치되어, 하부챔버가 회전할 수 있도록 가이드해 주는 챔버 회전용 레일; 상기 챔버 회전용 레일을 지지하여 고정시켜 주는 제1고정프레임; 상기 하부챔버의 상부에 위치하면서 고정되어 있고, 제1 및 제2반응물질을 각각 공급하고 배출하는 제1 및 제2모듈이 일정 간격으로 교호로 설치되고, 상기 제1모듈과 제2모듈 사이에는 분리가스를 공급하는 제3모듈이 설치되어 있으며, 외측벽에는 상기 기판을 교체할 때 개방되는 게이트가 설치된 상부챔버; 상기 상부챔버의 내측벽과 외측벽의 외벽에 등간격으로 설치된 브라켓을 지지하여 상부챔버를 고정시켜 주는 제2고정프레임을 포함하여 구성되어, 상기 하부챔버의 하면에 등간격으로 장착된 블럭이 챔버 회전용 레일 상을 슬라이딩하면서 하부챔버가 회전하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 하부챔버의 내측벽과 외측벽 상면에는 각각 등간격으로 2∼3개의 철부(凸部)가 연속되게 형성되어 있고, 상부챔버의 내측벽과 외측벽 하면에는 상기 철부와 대응하는 형상의 요부(凹部)가 연속되게 형성되어 있어서, 철부와 요부가 교합(咬合)하도록 하부챔버와 상부챔버가 위치하게 되며, 외부로부터 먼지나 습기와 같은 이물질이 상부챔버 내로 유입되는 것을 방지하기 위하여 상부챔버의 요부를 통해 요부와 철부 사이의 틈으로 아르곤(Ar)이나 질소(N2) 가스를 공급한다.
바람직하게는, 승강수단은, 삼각형 형상의 꼭지점에 각각 위치하고, 선단(先端)이 기판의 하면에 닿도록 배치되어, 기판을 교체할 때 승강하면서 기판을 승강시키는 승강핀; 하부챔버의 하부에 위치하도록 배치되고, 그 상면에 상기 승강핀의 하단이 고정되어 있는 플레이트; 상기 플레이트의 하부에 위치하면서, 모터에 의해 구동되어 상기 플레이트를 승강시키는 실린더를 구비하여 구성된다.
바람직하게는, 구동수단은, 구동력을 발생시키는 서보모터와, 서보모터의 구동축에 결합된 구동기어를 구비하여 구성되고, 하부챔버 또는 상부챔버 내측벽의 외면에 형성된 치차가 상기 구동기어와 치합되어 구동하면서 하부챔버 또는 상부챔버를 회전시켜 주도록 구성된다.
바람직하게는, 일정한 간격을 두고 교호로 설치된 제1 및 제2모듈 각각은, 평면이 직사각형에 가까운 사다리꼴 형상이고, 하면이 개구(開口)된 육면체 형상의 본체; 판상(板狀)이고 상기 본체의 내부에 위치하며, 기판 상부로 상기 제1 및 제2반응물질을 공급하기 위해 판상 전체에 걸쳐 균일하게 통공이 형성된 반응물질 샤워헤드; 본체의 상면과 반응물질 샤워헤드 사이에 형성된 중공부(中空部); 본체의 상면에 설치되어, 중공부에 제1 및 제2반응물질을 공급하기 위한 반응물질 공급관; 본체와 반응물질 샤워헤드 사이에 일정 간격으로 형성되어 있으면서, 제1 및 제2반응물질과 분리가스를 배출시키기 위한 진공배출관을 구비하여 구성된다.
바람직하게는, 제3모듈은, 평면이 직사각형에 가까운 사다리꼴 형상이고, 육면체 형상의 본체; 판상(板狀)이고 본체의 내부에 위치하며, 판상 전체에 걸쳐 균일하게 제1통공이 형성된 제1샤워헤드; 본체의 상면과 제1샤워헤드 사이에 형성된 제1공간부; 제1공간부에 분리가스를 공급하기 위한 분리가스 공급관; 제1샤워헤드와 본체의 하면 사이에 형성된 제2공간부; 전체에 걸쳐 균일하게 제2통공이 형성되고, 제2공간부에 있는 분리가스를 기판 상부로 공급하기 위한 제2샤워헤드를 구비하여 구성되며, 제1통공은 수직방향으로 형성되어 있고, 제2통공은 제3모듈의 길이방향 중심선을 따라 양측으로 일정 각도만큼씩 경사지도록 형성되어 있다.
상기와 같은 구성적 특징을 갖는 본 발명에 따른 원자층 고속 증착장치는 지금까지의 원자층 증착 장비와는 개념 자체가 전혀 다른 새로운 구조의 공정 챔버를 구성한 것인데, 기판이 놓여지고 회전 가능하도록 설치된 하부챔버와, 제1 및 제2반응물질을 공급하는 모듈이 서로 번갈아 설치되고 그 사이사이에 분리가스를 공급하는 모듈이 설치된 상부챔버로 시스템을 구성하고, 반경이 큰 링 형상으로 된 하부챔버에 많은 기판을 한번에 놓고 하부챔버를 계속 회전시키면서 기판이 인접하여 배치된 반응물질 공급 모듈을 지날 때마다 새로운 원자층이 계속 증착되기 때문에 지금까지의 원자층 증착 장비에 비해 생산성을 현저하게 향상시킬 수 있다.
또, 본 발명의 원자층 증착장치는, 원자층 증착 공정을 대기압 하에서 진행하고 하부챔버를 회전시키기 위한 구동부를 챔버 외부에 배치하여 구성한 것이기 때문에 구동부 작동시 발생할 수 있는 미세 파티클이 기판으로 접근하는 자체를 근원적으로 차단할 수 있어서 챔버의 청정도를 높여 공정 안정성을 향상시킬 수 있고, 하부챔버의 링 형상 반경을 크게 하여 상부챔버에 장착되어 반응물질을 공급하는 샤워헤드의 평면 형상을 직사각형에 가까운 사다리꼴 형상으로 했기 때문에 기판 부위별로 반응물질 샤워헤드에 노출되는 시간이 거의 균일하게 되어 기판 부위별로 막의 두께가 균일하여 제품 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 증착장치의 제1실시예를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에서 챔버를 지지하는 고정프레임을 도시한 도면이다.
도 3은 하부챔버를 도시한 도면이다.
도 4는 하부챔버에 놓인 기판을 승강시키는 승강수단을 도시한 도면이다.
도 5는 상부챔버와 하부챔버를 조립한 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 반응물질을 공급하고 배출시키는 제1 및 제2모듈을 도시한 도면이다.
도 7은 분리가스를 공급하는 제3모듈을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 증착장치의 제2실시예를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에서 챔버를 지지하는 고정프레임을 도시한 도면이다.
도 3은 하부챔버를 도시한 도면이다.
도 4는 하부챔버에 놓인 기판을 승강시키는 승강수단을 도시한 도면이다.
도 5는 상부챔버와 하부챔버를 조립한 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 반응물질을 공급하고 배출시키는 제1 및 제2모듈을 도시한 도면이다.
도 7은 분리가스를 공급하는 제3모듈을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 증착장치의 제2실시예를 도시한 사시도이다.
본 발명에 따른 원자층 고속 증착장치는, 지금까지의 원자층 증착 장비와는 개념 자체가 전혀 다른 새로운 구조의 공정 챔버로, 가장 큰 기술적 특징은, 기판이 놓여지는 하부챔버와, 기판에 반응물질과 분리가스를 공급하는 모듈이 교호로 장착된 상부챔버로 구성하여, 하부챔버 또는 상부챔버를 계속 회전시키면서 기판이 인접하여 배치된 반응물질 공급 모듈을 지날 때마다 새로운 원자층이 계속 증착되기 때문에 지금까지의 원자층 증착 장비에 비해 생산성을 현저하게 향상시켰다는 점과, 증착공정 자체를 대기압에서 진행할 수 있도록 했다는 점이다.
본 발명에 따른 증착장치의 제1실시예는 기판이 놓여져 있는 하부챔버(10)가 회전하고, 상부챔버(20)를 통해 반응물질을 기판 상부에 공급하여 원자층 두께의 박막을 고속으로 증착시키기 위한 장치인데, 상부챔버(20)는 제2고정프레임(21)에 고정 지지되어 있고, 하부프레임(10)은 제1고정프레임(12)에 고정된 챔버 회전용 레일(11) 상을 슬라이딩하여 회전하도록 구성되어 있다.
하부챔버(10)는 평면이 링 형상으로, 내측부분과 외측부분에 각각 내측벽과 외측벽이 형성되어 있는데, 내측벽과 외측벽 사이에는 링 형상을 따라 등간격으로 기판이 놓여지게 되고, 각 기판이 놓여지는 부분마다 기판을 교체할 때 각 기판을 승강시키는 승강수단(13)을 구비하며, 챔버 외부에 설치된 구동수단(14)의 구동에 의해 하부챔버(10)가 회전하게 된다. 또한, 하부챔버(10)에 기판이 놓여지는 부분에는 기판의 온도를 일정하게 유지시켜 주기 위한 히팅플레이트(17)가 설치되어 있는데, 히팅플레이트(17)는 하부챔버(10)의 바닥에서 일정 높이만큼 이격되게 설치하는 것이 바람직하다.
승강수단(13)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 모터(133)의 구동에 의해 실린더(134)가 작동하여 구동플레이트(135)를 승강시키면, 구동플레이트(135)와 결합된 플레이트(132)와 승강핀(131)이 승강하면서 최종적으로는 기판을 승강시키게 된다. 승강핀(131)은 삼각형 형상의 꼭지점에 각각 위치하고, 히팅플레이트(17)와 기판이 놓여진 하부챔버(10)를 관통하여 그 선단(先端)이 기판의 하면에 닿도록 배치되어 기판을 교체할 때 승강하면서 기판을 받쳐주는 구성이다. 또한, 플레이트(132)는 하부챔버(10)의 하부에 위치하도록 배치되고, 그 상면에 승강핀(131)의 하단이 고정되어 있으며, 실린더(134)는 구동플레이트(135)의 하부에 위치하면서 모터(133)에 의해 구동되어 구동플레이트(135)를 승강시키게 된다. 미설명부호 136은 하부챔버(10) 바닥의 하면과 플레이트(132) 상면 사이에 설치한 주름관이다. 여기서 승강핀(131)은 기판을 받쳐서 승강시킬 수 있으면 되므로 반드시 3개일 필요는 없고, 승강수단(13)은 모터(133)와 실린더(134)가 아니더라도 플레이트(132)를 승강시킬 수 있는 수단이면 어떤 구성이든 상관없다.
구동수단(14)은, 구동력을 발생시키는 서보모터(141)와, 서보모터(141)의 구동축에 결합된 구동기어(142)를 구비하여 구성되는데, 하부챔버(10) 내측벽의 외면에 형성된 치차(18)가 구동기어(142)와 치합되어 구동하면서 하부챔버(10)를 회전시키게 된다(도 1 참조). 이와 같이 챔버를 회전시키는 구동수단(14)이 챔버 외부에 설치되어 있기 때문에 챔버 내부의 청정도를 더욱 높일 수 있게 된다.
챔버 회전용 레일(11)은 제1고정프레임(12)에 고정 지지되는 구성으로, 챔버 회전용 레일(11)은 하부챔버(10)의 하부에 원형 형상으로 설치되어, 하부챔버(10)가 회전할 수 있도록 가이드해 주는 역할을 하는데, 하부챔버(10)의 하면에 일정한 간격으로 장착된 블럭(15)이 챔버 회전용 레일(11) 상면을 슬라이딩하게 된다. 챔버의 안정을 위해 챔버 회전용 레일(11)을 하나의 레일보다는 두줄로 형성하는 것이 바람직하다.
상부챔버(20)는 하부챔버(10)의 상부에 위치하면서 고정되어 있고, 제1 및 제2반응물질을 각각 공급하고 배출하는 제1 및 제2모듈(22, 23)이 일정 간격으로 교호로 설치되고, 제1모듈(22)과 제2모듈(23) 사이에는 분리가스를 공급하는 제3모듈(24)이 설치되어 있으며, 외측벽에는 장비(로봇)로 증착이 끝난 기판을 꺼내고 증착할 기판을 집어넣기 위해 기판을 교체할 때 개방되는 게이트(25)가 설치되어 있는데, 상부챔버(20)의 형상은 하부챔버(10)와 같은 링 형상으로 내측부분과 외측부분에 각각 내측벽과 외측벽이 형성되어 있고 그 사이에 모듈이 장착되어 구성된다. 물론 게이트(25)가 설치된 부분에는 모듈이 설치되어 있지 않다.
제2고정프레임(21)은 상부챔버(20)를 고정 지지하는 구성으로, 상부챔버(20)의 내측벽과 외측벽의 외벽에 등간격으로 브라켓(26)이 설치되어 있고, 브라켓(26)이 제2고정프레임(21) 상단에 고정 지지되어 상부챔버(20)의 위치를 고정시키게 된다(도 1 참조).
도 5에 도시한 바와 같이, 하부챔버(10)의 내측벽과 외측벽 상면에는 각각 등간격으로 2∼3개의 철부(凸部)(16)가 연속되게 형성되어 있고, 상부챔버(20)의 내측벽과 외측벽 하면에는 상기 철부(16)와 대응하는 형상의 요부(凹部)(27)가 연속되게 형성되어 있어서, 상기 철부(16)와 요부(27)가 교합(咬合)하도록 하부챔버(10)와 상부챔버(20)가 위치하면서 조립되게 된다.
본 발명의 증착장치는 진공 분위기에서도 실시할 수 있으나 그럴 경우 챔버 내부에 구동부를 설치해야 하는 등 많은 문제가 있으므로, 증착공정 자체를 대기압에서 진행시킨다는 것이 큰 기술적 특징인데, 대기압에서 공정을 진행하기 때문에 외부로부터 미세한 먼지나 습기와 같은 이물질(particle)이 챔버 내부로 유입될 수 있다. 따라서, 상부챔버(20)의 요부(27)를 통해 아르곤이나 질소 가스를 대기압보다 약간 높은 압력으로 철부(16)와 요부(27)가 교합된 부분의 미세한 틈으로 공급해 줌으로써, 외부로부터 이물질이 챔버 내로 유입되는 것을 방지하여 챔버 내의 공정 분위기를 외부와 완전 격리시킬 수 있게 된다.
또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 기판 상부로 반응물질이 공급되어 증착된 후 모두 배기되지 않고 히팅플레이트(17)가 장착된 하부공간으로 유입되는 것을 방지 하기 위하여 기판이 놓여지게 될 하부챔버(10)의 바닥에 단차를 두고 일정량의 아르곤이나 질소 가스 등을 공급하여 반응물질이 히팅플레이트(17) 하부공간으로 유입되는 것을 차단하는 것이 바람직하다.
기판에 증착시키는 물질은 여러 가지를 사용할 수 있으나, 제1반응물질은 TMA(tri methyl aluminum)이고, 제2반응물질은 H2O 분자이며, 분리가스는 아르곤(Ar)이나 질소(N2) 가스를 사용하는 것이 바람직하다.
제1 및 제2모듈(22, 23)은 일정 간격을 두고 교호로 설치되는 구성으로 각각 동일한 형상인데, 링 형상의 상부챔버(20)에 링 형상을 따라 등간격으로 모듈을 연속 배치해야 하므로, 모듈 본체(221, 231)는 회전의 중심에서 먼쪽의 변의 길이가 가까운 쪽의 변의 길이보다 길어질 수밖에 없어서, 평면 형상이 직사각형에 가까운 사다리꼴이거나 두변이 곡선인 접이부채꼴이고 하면이 개구(開口)된 육면체 형상이다(도 6 참조).
반응물질 샤워헤드(shower head)(222, 232)는 기판 상부로 제1 및 제2반응물질을 공급하기 위해 판상(板狀) 전체에 걸쳐 균일하게 통공이 형성된 구성인데, 본체(221, 231)의 내부에 위치하게 되고, 이와 같이 균일하게 형성된 통공을 통해 반응물질을 기판 전체에 균일하고 신속하게 공급하여 흡착될 수 있도록 해준다. 본체(221, 231)의 상면과 반응물질 샤워헤드(222, 232) 사이에는 중공부(中空部)(223, 233)가 형성되어 있고, 본체(221, 231)의 상면에는 중공부(223, 233)에 제1 및 제2반응물질을 공급하기 위한 반응물질 공급관(224, 234)이 설치되어 있다(도 6 참조).
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 기판 상부로 공급된 제1 및 제2반응물질과 분리가스를 배출시키기 위하여 본체(221, 231)와 반응물질 샤워헤드(222, 232) 사이(반응물질 샤워헤드를 둘러싼 주위 영역을 지칭함)에는 일정 간격으로 진공배출관(225, 235)이 형성되어 있는데, 챔버의 외측에 진공을 발생시키는 장치(미도시)를 설치하고 진공배출관(225, 235)과 연결함으로써, 증착되고 난 제1 및 제2반응물질과 제3모듈(24)을 통해 공급한 분리가스가 진공배출관(225, 235)을 통해 신속하게 배출될 수 있도록 구성한다.
제3모듈(24)은 교호로 설치된 제1모듈(22)과 제2모듈(23) 사이사이에 설치되어 기판 상부에 분리가스를 공급하는 구성으로, 본체는 평면 형상이 제1 및 제2모듈(22, 23)과 같은 직사각형에 가까운 사다리꼴이고, 단면(斷面)은 '曰' 형상의 육면체 형상이다. 또, 본체의 상부에서 분리가스 공급관(241)을 통해 공급된 분리가스는 본체의 상면과 제1샤워헤드(243) 사이에 형성된 제1공간부(242)로 공급된 후, 제1샤워헤드(243)를 통해 제1샤워헤드(243)와 본체의 하면(제2샤워헤드와 같음) 사이에 형성된 제2공간부(244)로 공급되게 되며, 제1샤워헤드(243)와 제2샤워헤드(245)를 거쳐 기판 상부로 공급되게 된다.
제3모듈(24) 본체의 상면과 하면 사이에 제1샤워헤드(243)가 위치하게 되는데, 제1샤워헤드(243)는 판상(板狀)이고 본체의 내부에 위치하면서, 판 전체에 걸쳐 균일하게 제1통공이 형성되어 있다. 또한, 제2샤워헤드(245)는 본체의 하면인데, 전체에 걸쳐 균일하게 제2통공이 형성되고, 제2공간부(244)에 있는 분리가스를 기판 상부로 공급하는 구성이다. 여기서, 제1샤워헤드(243)에 형성된 제1통공은 수직방향으로 형성하고, 제2샤워헤드(245)에 형성된 제2통공은 제3모듈(24)의 길이방향 중심선(챔버 전체로 봤을 때는 반경 방향임)을 따라 양측으로 일정 각도만큼씩 경사지도록 형성하는 것이 바람직하다(제2통공은 제2샤워헤드 전체적으로 봤을 때는 ／＼ 형상으로 형성됨. 도 7 참조).
이와 같이 제2샤워헤드(245)에 형성된 제2통공을 양측 방향으로 경사지게 형성함으로써, 기판 상에 증착되고 난 반응물질을 제3모듈(24)를 중심으로 양측에 있는 진공배출관(225, 235)을 통해 신속하고 효율적으로 배출시킬 수 있게 된다. 또한, 제1 및 제2모듈(22, 23)과 제3모듈(24)의 하단은 기판 상면과 미세한 틈(1㎜ 이내이고, 틈이 좁을수록 제1반응물질과 제2반응물질이 혼합되는 것을 효과적으로 방지할 수 있음)을 유지하도록 설치되어 있기 때문에 제3모듈(24)을 통해 공급된 분리가스가 제1 및 제2모듈(22, 23)을 통해 공급된 반응물질과 함께 제1 및 제2모듈(22, 23)에 형성된 진공배출관(225, 235)을 통해 배출되게 된다.
도 8은 본 발명의 제2실시예를 도시한 도면으로, 제2실시예는 하부챔버(10)가 고정되어 있고, 상부챔버(20)가 회전하도록 구성된 장치인데, 제1실시예와 동일한 구성이고, 단지 제1실시예에서 하부챔버를 회전시키기 위한 구동수단이 상부챔버(20)를 회전시키도록 위치하고, 반응물질과 분리가스를 공급하고 배출시키기 위한 로터리조인트(30)가 더 구비되며, 상부챔버가 슬라이딩 되면서 회전하는 레일이 상부챔버의 외측으로 구비된 구성이다. 이하에서는 제2실시예에 대하여 제1실시예와 다른 구성에 대하여만 설명한다.
하부챔버(10)는 링 형상으로 내측부분과 외측부분에 각각 내측벽과 외측벽이 형성되어 있고, 내측벽과 외측벽 사이에 링 형상을 따라 등간격으로 기판이 놓여지게 되고 위치가 고정되어 있으며, 기판을 각각 승강시키는 승강수단(13)을 구비한다. 또한, 제1고정프레임이 하부챔버(10)의 내측벽과 외측벽의 외벽에 등간격으로 설치된 브라켓을 지지하여 하부챔버를 고정시켜 주게 된다.
상부챔버(20)는 제1실시예의 구성과 동일하고, 상부챔버(20)의 내측벽과 외측벽 외측으로 각 측면에 블럭이 장착되어 있어서, 블럭이 챔버 회전용 레일 상을 슬라이딩하면서 상부챔버(20)가 회전하게 된다.
로터리조인트(30)는 챔버의 중심에 수직으로 설치되어 상부챔버(20)와 함께 회전되는 구성이다. 로터리조인트(30)는 하단에 위치한 조인트부(31)에서 서로 다른 포트(port)를 통해 제1 및 제2반응물질과 분리가스를 각각의 공급관을 통해 공급받고, 조인트부(31)에서 수직으로 설치되고 상단부에서 수평방향으로 분기되어 제1 내지 제3모듈에 반응물질 또는 분리가스를 공급하는 공급관 및 진공배출관과 연결되는 분기관(32)을 구비하여 구성된다. 분기관(32)은 제1 및 제2모듈(22, 23)에 있는 반응물질 공급관(224, 234)과 진공배출관(225, 235) 및 제3모듈(24)에 있는 분리가스 공급관(241)과 각각 연결되어 구성된다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것이고, 명세서에 게시된 실시예는 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 그러므로 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되고, 그와 균등한 범위 내에 있는 기술적 사항도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 하부챔버 11 : 챔버 회전용 레일
12 : 제1고정프레임 13 : 승강수단
14 : 구동수단 15 : 블럭
16 : 철부(凸部) 17 : 히팅플레이트
18 : 치차
20 : 상부챔버 21 : 제2고정프레임
22 : 제1모듈 23 : 제2모듈
24 : 제3모듈 25 : 게이트
26 : 브라켓 27 : 요부(凹部)
30 : 로터리조인트 31 : 조인트부
32 : 분기관
12 : 제1고정프레임 13 : 승강수단
14 : 구동수단 15 : 블럭
16 : 철부(凸部) 17 : 히팅플레이트
18 : 치차
20 : 상부챔버 21 : 제2고정프레임
22 : 제1모듈 23 : 제2모듈
24 : 제3모듈 25 : 게이트
26 : 브라켓 27 : 요부(凹部)
30 : 로터리조인트 31 : 조인트부
32 : 분기관
Claims (13)
- 기판에 원자층 두께의 박막을 고속으로 증착시키는 장치에 있어서,
상기 증착장치는,
상부에 등간격으로 기판이 놓여지게 되고, 상기 기판을 각각 승강시키는 승강수단을 구비하며, 구동수단의 구동에 의해 회전하도록 된 링 형상의 하부챔버;
상기 하부챔버의 하부에 원형 형상으로 설치되어, 하부챔버가 회전할 수 있도록 가이드해 주는 챔버 회전용 레일;
상기 챔버 회전용 레일을 지지하여 고정시켜 주는 제1고정프레임;
상기 하부챔버의 상부에 위치하면서 고정되어 있고, 제1 및 제2반응물질을 각각 공급하고 배출하는 제1 및 제2모듈이 일정 간격으로 교호로 설치되고, 상기 제1모듈과 제2모듈 사이에는 분리가스를 공급하는 제3모듈이 설치되어 있으며, 외측벽에는 상기 기판을 교체할 때 개방되는 게이트가 설치된 상부챔버;
상기 상부챔버의 내측벽과 외측벽의 외벽에 등간격으로 설치된 브라켓을 지지하여 상부챔버를 고정시켜 주는 제2고정프레임;
을 포함하여 구성되어, 상기 하부챔버의 하면에 등간격으로 장착된 블럭이 챔버 회전용 레일 상을 슬라이딩하면서 하부챔버가 회전하도록 구성되며, 상기 하부챔버의 내측벽과 외측벽 상면에는 각각 등간격으로 2∼3개의 철부(凸部)가 연속되게 형성되어 있고, 상기 상부챔버의 내측벽과 외측벽 하면에는 상기 철부와 대응하는 형상의 요부(凹部)가 연속되게 형성되어 있어서, 상기 철부와 요부가 교합(咬合)하도록 하부챔버와 상부챔버가 위치하게 되는 것을 특징으로 하는 원자층 고속 증착장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
외부로부터 먼지나 습기와 같은 이물질이 상부챔버 내로 유입되는 것을 방지하기 위하여 상기 상부챔버의 요부를 통해 요부와 철부 사이의 틈으로 아르곤(Ar)이나 질소(N2) 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 원자층 고속 증착장치.
- 제1항에 있어서,
상기 하부챔버에 기판이 놓여지는 부분에는, 기판의 온도를 일정하게 유지시키기 위한 히팅플레이트가 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 원자층 고속 증착장치.
- 제1항에 있어서, 상기 승강수단은,
삼각형 형상의 꼭지점에 각각 위치하고, 선단(先端)이 기판의 하면에 닿도록 배치되어, 기판을 교체할 때 승강하면서 기판을 승강시키는 승강핀;
하부챔버의 하부에 위치하도록 배치되고, 그 상면에 상기 승강핀의 하단이 고정되어 있는 플레이트;
상기 플레이트의 하부에 위치하면서, 모터에 의해 구동되어 상기 플레이트를 승강시키는 실린더;
를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 원자층 고속 증착장치.
- 제1항에 있어서,
상기 구동수단은, 구동력을 발생시키는 서보모터와, 상기 서보모터의 구동축에 결합된 구동기어를 구비하여 구성되고,
상기 하부챔버 내측벽의 외면에 형성된 치차가 상기 구동기어와 치합되어 구동하면서 하부챔버를 회전시켜 주는 것을 특징으로 하는 원자층 고속 증착장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제1반응물질은 TMA(tri methyl aluminum)이고, 제2반응물질은 H2O 분자이며, 분리가스는 아르곤(Ar)이나 질소(N2) 가스인 것을 특징으로 하는 원자층 고속 증착장치.
- 제1항에 있어서,
일정한 간격을 두고 교호로 설치된 상기 제1 및 제2모듈 각각은,
평면이 사다리꼴 형상이고, 하면이 개구(開口)된 육면체 형상의 본체;
판상(板狀)이고 상기 본체의 내부에 위치하며, 기판 상부로 상기 제1 및 제2반응물질을 공급하기 위해 판상 전체에 걸쳐 균일하게 통공이 형성된 반응물질 샤워헤드(shower head);
상기 본체의 상면과 반응물질 샤워헤드 사이에 형성된 중공부(中空部);
상기 본체의 상면에 설치되어, 상기 중공부에 제1 및 제2반응물질을 공급하기 위한 반응물질 공급관;
상기 본체와 반응물질 샤워헤드 사이에 일정 간격으로 형성되어 있으면서, 상기 제1 및 제2반응물질과 분리가스를 배출시키기 위한 진공배출관;
을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 원자층 고속 증착장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제3모듈은,
평면이 사다리꼴 형상이고, 육면체 형상의 본체;
판상(板狀)이고 상기 본체의 내부에 위치하며, 판상 전체에 걸쳐 균일하게 제1통공이 형성된 제1샤워헤드;
상기 본체의 상면과 제1샤워헤드 사이에 형성된 제1공간부;
상기 제1공간부에 분리가스를 공급하기 위한 분리가스 공급관;
상기 제1샤워헤드와 본체의 하면 사이에 형성된 제2공간부;
판상이고, 전체에 걸쳐 균일하게 제2통공이 형성되어 있으며, 상기 제2공간부에 있는 분리가스를 기판 상부로 공급하기 위한 제2샤워헤드;
를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 원자층 고속 증착장치.
- 제9항에 있어서,
상기 제1통공은 수직방향으로 형성되어 있고, 상기 제2통공은 제3모듈의 길이방향 중심선을 따라 양측으로 일정 각도만큼씩 경사지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 원자층 고속 증착장치.
- 기판에 원자층 두께의 박막을 고속으로 증착시키는 장치에 있어서,
상기 증착장치는,
위치가 고정되어 있으면서 상부에 등간격으로 기판이 놓여지게 되고, 상기 기판을 각각 승강시키는 승강수단을 구비하며, 링 형상의 하부챔버;
상기 하부챔버의 내측벽과 외측벽의 외벽에 등간격으로 설치된 브라켓을 지지하여 하부챔버를 고정시켜 주는 제1고정프레임;
상기 하부챔버의 상부에 위치하면서 구동수단의 구동에 의해 회전하도록 되어 있고, 제1 및 제2반응물질을 각각 공급하고 배출하는 제1 및 제2모듈이 일정 간격으로 교호로 설치되고, 상기 제1모듈과 제2모듈 사이에는 분리가스를 공급하는 제3모듈이 설치되어 있으며, 외측벽에는 상기 기판을 교체할 때 개방되는 게이트가 설치된 상부챔버;
상기 상부챔버의 측면에 원형 형상으로 설치되어, 상부챔버가 회전할 수 있도록 가이드해 주는 챔버 회전용 레일;
상기 챔버 회전용 레일을 지지하여 고정시켜 주는 제2고정프레임;
상기 상부챔버와 하부챔버를 이루는 링 형상의 중심에 수직으로 설치되어 회전 가능하고, 상단으로부터의 분기관을 통해 상기 상부챔버에 제1 및 제2반응물질과 분리가스를 공급하는 로터리조인트;
를 포함하여 구성되어, 상기 구동수단의 구동에 의해 상부챔버의 내측벽과 외측벽의 외측에 등간격으로 설치된 블럭이 챔버 회전용 레일 상을 슬라이딩하면서 상부챔버가 회전하도록 구성된 것을 특징으로 하는 원자층 고속 증착장치.
- 제11항에 있어서, 상기 로터리조인트는,
회전 가능하고, 서로 다른 포트(port)를 통해 제1 및 제2반응물질과 분리가스를 공급받는 조인트부;
상기 조인트부에서 수직방향으로 설치되고, 상단부에서 수평방향으로 분기되어 상기 제1 내지 제3모듈에 반응물질 또는 분리가스를 공급하는 공급관 및 진공배출관과 연결되는 분기관;
을 구비하여 구성되어, 상기 상부챔버와 함께 조인트부도 회전하도록 구성된 것을 특징으로 하는 원자층 고속 증착장치.
- 제11항에 있어서,
상기 구동수단은, 구동력을 발생시키는 서보모터와, 상기 서보모터의 구동축에 결합된 구동기어를 구비하여 구성되고,
상기 상부챔버 내측벽의 외면에 형성된 치차가 상기 구동기어와 치합되어 구동하면서 상부챔버를 회전시켜 주는 것을 특징으로 하는 원자층 고속 증착장치.
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|---|---|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018038375A1 (ko) * | 2016-08-26 | 2018-03-01 | 주식회사 넥서스비 | 원자층 증착 장비 및 그를 이용한 원자층 증착 방법 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060231388A1 (en) | 2005-04-14 | 2006-10-19 | Ravi Mullapudi | Multi-station sputtering and cleaning system |
| KR100936695B1 (ko) | 2007-12-26 | 2010-01-13 | 주식회사 케이씨텍 | 원자층 증착장치 |
| JP2010245448A (ja) | 2009-04-09 | 2010-10-28 | Tokyo Electron Ltd | 成膜装置、成膜方法及び記憶媒体 |
-
2013
- 2013-02-05 KR KR1020130012735A patent/KR101306627B1/ko active IP Right Grant
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