KR101356394B1

KR101356394B1 - 증착 장치

Info

Publication number: KR101356394B1
Application number: KR1020120052384A
Authority: KR
Inventors: 이종현; 서경천; 양재훈
Original assignee: 주식회사 테스
Priority date: 2012-05-17
Filing date: 2012-05-17
Publication date: 2014-02-05
Also published as: KR20130128575A

Abstract

본 발명은 웨이퍼 등의 기판상에 박막을 형성하기 위한 증착법에 사용되는 증착 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 개량된 가스공급부를 포함함으로써 기판 처리량, 기판상에 형성되는 박막의 균일도(uniformity), 유지/보수 비용 등이 개선된 증착 장치에 관한 것이다.

Description

증착 장치{Deposition apparatus}

본 발명은 웨이퍼 등의 기판상에 박막을 형성하기 위한 증착법에 사용되는 증착 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 개량된 가스공급부를 포함함으로써 기판 처리량(throughput), 기판상에 형성되는 박막의 균일도(uniformity), 유지/보수 비용 등이 개선된 증착 장치에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼 등의 기판(이하, '기판'이라 한다)상에 박막을 형성하기 위한 증착법으로 화학기상증착법(CVD, chemical vapor deposition), 플라즈마 화학기상증착법(PECVD, plasma enhanced chemical vapor deposition), 원자층증착법(ALD, atomic layer deposition), 플라즈마 원자층증착법(PEALD, plasma enhanced atomic layer deposition) 등의 기술이 사용되고 있다.

도 1은 기판 증착법 중 원자층증착법에 관한 하나의 실시예를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 원자층증착법은 기판상에 트리메틸알루미늄(TMA, trimethyl aluminium) 같은 원료를 포함하는 원료가스를 분사한 후 아르곤(Ar) 등의 불활성 퍼지 가스 분사 및 미반응 물질 배기를 통해 기판상에 단일 분자층을 흡착시키고, 상기 원료와 반응하는 오존(O₃) 같은 반응물을 포함하는 반응가스를 분사한 후 불활성 퍼지 가스 분사 및 미반응 물질/부산물 배기를 통해 기판상에 단일 원자층(Al-O)을 형성하게 된다.

종래 원자층증착법에 사용되는 증착 장치는 원료가스, 반응가스, 퍼지가스 등을 증착하고자 하는 기판면과 평행한 방향으로 주입하는 크로스-플로우(cross-flow) 방식, 상기 원료가스 등이 기판면과 수직으로 주입되는 샤워-헤드(shower-head) 방식, 기판이 슬릿형 가스공급부에 대하여 상대적으로 이동하면서 가스공급부로부터 기판으로 원료가스/반응가스가 공급되어 증착을 수행하는 슬릿 방식 등을 사용한다.

상기 크로스-플로우 방식의 경우, 원료가스 등이 기판면에 평행하게 주입되므로 기판 표면 중 가스를 주입하는 가스공급부와 인접한 부분에서 먼저 흡착이 일어나 기판상에 박막의 균일도가 낮아지는 문제가 있다. 특히, 면적이 큰 기판의 경우 이러한 현상이 더욱 심화되어 기판 표면이 부분적으로 박막의 조성이 달라지거나 박막 특성이 달라지게되는 심각한 문제가 발생한다.

한편, 상기 샤워-헤드 방식은 기판 표면과 가스를 주입하는 가스공급부와의 거리가 거의 균일하므로 원료물질의 흡착이 기판 전체에서 거의 동시에 이루어지게 되어 상기 크로스-플로우 방식에 비하여 균일한 특성의 박막을 얻을 수 있다. 그러나, 샤워-헤드 방식은 반응기의 체적이 증가하므로 퍼지/배기 단계에서 시간이 많이 소요되어 기판 처리량(throughput)이 불충분하고 원료물질 및 반응물질이 낭비되는 문제가 있다.

또한, 종래의 슬릿 방식은 원료가스 등의 주입부인 슬릿의 크기가 작으므로 상기 샤워-헤드 방식에 비하여 반응기의 체적을 감축할 수 있을 뿐만 아니라, 원료물질 및 반응물질의 낭비를 억제할 수 있다. 그러나, 종래의 슬릿 방식은 미반응 가스, 부산물 등의 충분한 배기를 위해 기판 이동 속도를 감속해야 하고 이로 인해 기판 처리량이 감소될 뿐만 아니라, 슬릿 노즐의 길이방향에 따른 가스 공급량이 불균일하여 균일한 특성의 박막을 얻을 수 없고, 면적이 큰 기판의 경우 이러한 현상이 더욱 심화되는 문제가 발생한다.

따라서, 기판 처리량이 개선되고, 기판상에 형성되는 박막의 우수한 균일도 및 원료물질/반응물질의 낭비 억제 효과를 갖는 동시에, 장치의 소형화가 가능하여, 상기 종래기술의 문제점을 해결할 수 있는 증착 장치가 요구되고 있다.

본 발명은 기판 처리량이 개선되는 동시에 기판상에 형성되는 박막의 균일도가 우수한 증착 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 기판상에 공급하는 원료물질/반응물질 등의 낭비를 억제할 수 있는 동시에 기판 처리면 이외의 가스공급부 표면, 반응기 내벽 등에 박막이 형성되는 것을 억제할 수 있는 증착 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

그리고, 본 발명은 장치의 소형화가 가능한 증착 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,

기판의 이송방향을 기준으로 전방으로부터 원료가스 슬릿, 제1 배기통로, 제1 퍼지가스 슬릿, 반응가스 슬릿, 제2 배기통로 및 제2 퍼지가스 슬릿이 포함된 하나 이상의 가스공급부를 갖는 반응챔버 및 상기 가스공급부로부터 공급되는 가스를 기판의 처리면에 공급하기 위해 기판을 상기 가스공급부에 대하여 상대적으로 이동시키는 기판이송부를 포함하고, 상기 원료가스 슬릿의 가스 공급면에 복수의 가스 공급홀을 포함하는, 증착 장치를 제공한다.

여기서, 상기 가스공급부가, 기판의 이송방향을 기준으로, 원료가스 슬릿의 전방, 제1 퍼지가스 슬릿과 반응가스 슬릿 사이, 및 제2 퍼지가스 슬릿의 후방 중 어느 하나 이상에 배기통로를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 증착 장치를 제공한다.

또한, 상기 가스공급부가, 기판의 이송방향을 기준으로, 원료가스 슬릿의 전방에 제3 퍼지가스 슬릿을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 증착 장치를 제공한다.

그리고, 상기 제1 배기통로가 원료가스 슬릿의 둘레를 감싸고, 제2 배기통로가 반응가스 슬릿의 둘레를 감싸는 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는, 증착 장치를 제공한다.

나아가, 상기 제1 배기통로가 제3 퍼지가스 슬릿, 원료가스 슬릿 및 제1 퍼지가스 슬릿의 둘레를 감싸고, 제2 배기통로가 반응가스 슬릿 및 제2 퍼지가스 슬릿의 둘레를 감싸는 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는, 증착 장치를 제공한다.

여기서, 상기 제1 배기통로는 원료가스 슬릿, 제1 퍼지가스 슬릿 및 반응챔버 내벽 사이의 공간에 의해 형성되고, 제2 배기통로는 반응가스 슬릿, 제2 퍼지가스 슬릿 및 반응챔버 내벽 사이의 공간에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 증착 장치를 제공한다.

또한, 상기 원료가스 슬릿의 가스 공급면에 형성된 복수의 가스 공급홀들의 직경이 동일한 것을 특징으로 하는, 증착 장치를 제공한다.

그리고, 상기 원료가스 슬릿의 가스 공급면에 형성된 복수의 가스 공급홀들은 기판 처리면의 중앙부분에 대향하는 가스 공급홀들의 직경이 가장 크고 기판 처리면의 외곽으로 갈수록 대향하는 가스 공급홀들의 직경이 점진적으로 감소되는 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 증착 장치를 제공한다.

나아가, 상기 원료가스 슬릿의 가스 공급면에 형성된 복수의 가스 공급홀들은 기판 처리면의 중앙부분 및 외곽부분 양말단에 대향하는 가스 공급홀의 직경이 가장 크고 기판 처리면의 중앙부분과 각각의 외곽부분 사이의 중앙으로 갈수록 대향하는 가스 공급홀의 직경이 점진적으로 감소하는 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 증착 장치를 제공한다.

또한, 상기 반응가스 슬릿, 제1 퍼지가스 슬릿, 제2 퍼지가스 슬릿 및 제3 퍼지가스 슬릿 중 어느 하나 이상의 가스 공급면에 상기 원료가스 슬릿의 가스 공급면에 형성된 복수의 가스 공급홀이 갖는 패턴과 동일하거나 상이한 패턴으로 형성된 복수의 가스 공급홀을 갖는 것을 특징으로 하는, 증착 장치를 제공한다.

그리고, 상기 제1 배기통로 및/또는 제2 배기통로 하부에는 각 배기통로에 인접한 원료가스 슬릿으로부터 공급되는 원료가스, 반응가스 슬릿으로부터 공급되는 반응가스, 및 제1,2 퍼지가스 슬릿으로부터 공급되는 퍼지가스의 배기를 원활하게 하기 위한 단차가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 증착 장치를 제공한다.

여기서, 상기 단차의 경사면이 계단 형상, 곡선 또는 직선인 것을 특징으로 하는, 증착 장치를 제공한다.

또한, 원료가스 슬릿, 제1 퍼지가스 슬릿, 반응가스 슬릿, 및 제2 퍼지가스 슬릿 중 어느 하나 이상의 하부는 제1 배기통로 또는 제2 배기통로와 접하는 면을 제외한 하나 이상의 면에 돌출벽이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 증착 장치를 제공한다.

그리고, 상기 가스공급부에 대한 기판의 상대적 이동이 곡선 이동 및/또는 직선 이동인 것을 특징으로 하는, 증착 장치를 제공한다.

나아가, 상기 반응가스 슬릿 내부에 플라즈마 생성 수단, 자외선 조사 수단 또는 초고주파 인가 수단이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는, 증착 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 증착 장치는 증착/퍼지/배기 시간 단축을 통해 전체 공정시간을 단축함으로써 기판 처리량이 개선되는 우수한 효과를 나타낸다.

또한, 본 발명에 따른 증착 장치는 가스공급부를 구성하는 가스 공급용 슬릿의 너비 방향으로 가스 공급량이 균일하도록 함으로써 기판상에 형성되는 박막의 균일도가 향상되는 우수한 효과를 나타낸다.

그리고, 본 발명에 따른 증착 장치는 기판 처리면 상을 상대적으로 이동하면서 기판 처리면 상에 가스를 공급하는 슬릿형 가스공급부를 도입함으로써 원료물질/반응물질 등의 낭비를 억제하고 가스공급부 하부 구조의 개량을 통해 기판 처리면 이외의 가스공급부 표면, 챔버 내벽 등에 박막이 형성되는 것을 억제하여 결과적으로 반응챔버 내부의 세정 등에 소요되는 유지/보수 비용이 절감되는 우수한 효과를 나타낸다.

나아가, 본 발명에 따른 증착 장치는 종래 샤워헤드형 가스공급부에 비해 체적이 감소한 슬릿형 가스공급부를 채택함으로써 전체 반응기의 소형화가 가능한 우수한 효과를 나타낸다.

도 1은 원자층증착법의 공정에 관한 실시예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 세미뱃치(semi-batich) 타입 증착 장치의 실시예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 트랙(track) 타입 증착 장치의 실시예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 증착 장치에 도입된 슬릿형 가스공급부의 단면도를 도시한 것이다.
도 5는 도 4에 도시된 슬릿형 가스공급부를 구성하는 가스 공급용 슬릿 및 배기통로의 배열에 따라 기판상에 형성되는 원료가스 영역, 반응가스 영역, 퍼지가스 영역, 배기영역의 배열에 관한 실시예들을 도시한 것이다.
도 6은 도 4에 도시된 슬릿형 가스공급부를 구성하는 원료가스 슬릿의 하부 가스 분사홀에 관한 실시예들을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 증착 장치에 자외선 조사 수단이 적용된 실시예들을 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 증착 장치에 초고주파 인가 수단이 적용된 실시예를 도시한 것이다.
도 9는 도 4에 도시된 슬릿형 가스공급부의 하부 단차구조에 관한 실시예들을 도시한 것이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 2는 본 발명에 따른 세미뱃치(semi-batch) 타입 증착 장치의 실시예를 도시한 것이다. 세미뱃치 타입의 증착 장치는 일반적으로 반응챔버 내부에 복수의 기판이 안착되고 이러한 기판이 하나 이상의 가스공급부의 가스 공급면을 통과하면서 복수의 기판에 대한 공정 가스 공급 및 증착이 순차적으로 또는 동시에 수행되는 방식의 증착 장치이다.

구체적으로, 도 2a는 세미뱃치 타입의 증착 장치(1000)의 전체 구성을 도시한 사시도이다. 세미뱃치 타입의 증착 장치(1000)는 일반적으로 기판의 증착을 수행하는 반응챔버(300), 반응챔버(300)로 기판을 인입/인출하는 로드락 챔버(400), 반응챔버(300)로 원료가스/반응가스/퍼지가스를 공급하는 가스공급원(500), 공정을 제어하는 제어부(600) 등을 포함할 수 있다.

또한, 반응챔버(300)는 반응챔버(300)를 개폐할 수 있는 챔버리드(310) 및 반응챔버(300)를 개폐하기 위해 챔버리드(310)를 들어올리고 내릴 수 있도록 하는 챔버리드 리프터(330)를 포함할 수 있고, 하나 이상의 가스공급부(200)를 포함할 수 있다. 가스공급부(200)는 바람직하게는 챔버리드(310)에 결합될 수 있고, 가스공급부(200)의 갯수는 반응챔버(300)로 인입되는 기판의 갯수, 공정 조건 등에 따라 상이할 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 적절히 선택될 수 있다.

도 2b는 챔버리드(310)를 들어올린 상태에서 챔버몸체(320) 내부를 도시한 것이다. 챔버몸체(320) 내부에는 복수의 기판이 각각 안착되는 복수의 기판 안착면(341)이 서셉터(340) 위에 위치한다. 또한, 도 2c에 도시된 바와 같이, 서셉터(340) 하부에는 메탈 히터(350)가 구비되어 있어 서셉터(340) 위의 기판을 간접 가열함으로써 증착 공정을 수행하기 위한 기판의 온도 조건을 만족시킨다.

도 2d는 챔버몸체(320)의 하부를 도시한 것이다. 챔버몸체(320) 하부에는 서셉터(340)를 회전시키기 위한 회전축(360)이 존재한다. 회전축(360)은 별도의 구동 모터(미도시)로부터 동력을 전달받아 회전함으로써 이에 연결된 서셉터(340) 및 이의 기판 안착면(341)에 안착된 기판을 회전 이동시킨다.

즉, 서셉터(340), 회전축(360) 및 구동 모터는 기판이송부를 구성하게 되고, 가스공급부(200)에 대한 기판의 이동은 곡선 이동이 된다. 한편, 또 다른 실시예에서는 서셉터(340)가 고정된 상태에서 챔버리드(310)에 고정된 가스공급부(200)가 회전할 수도 있다. 즉, 기판은 가스공급부(200)에 대해 상대적으로 이동하면서 가스공급부(200)의 가스 공급면을 통과함으로써 증착 공정이 수행된다.

또한, 챔버몸체(320) 하부에는 기판의 인입/인출시 기판을 승하강시키기 위한 기판 지지부(370)가 존재한다. 예를 들어, 상기 기판 지지부(370)는 메탈 히터(350), 서셉터(340) 및 기판 안착면(341) 상의 관통홀(미도시)을 통해 승하강함으로써 서셉터(340) 상의 기판을 지지하여 승하강시키는 복수개, 바람직하게는 3개 이상의 지지핀(미도시)을 포함할 수 있다.

도 2e는 챔버리드(310)의 하부를 도시한 것이다. 도 2e에 도시된 바와 같이, 2개의 가스공급부(200)가 챔버리드(310)에 결합되어 있다. 각각의 가스공급부(200)는 후술하는 바와 같은 복수의 가스 공급용 슬릿 및 배기통로를 포함한다.

도 3은 본 발명에 따른 트랙 타입 증착 장치의 실시예를 도시한 것이다. 트랙 타입 증착 장치는 넓은 의미의 세미뱃치 타입 증착 장치에 속하나, 기판이송부가 후술하는 기판 이송용 벨트, 가이드 레일 등으로 구성되어 있다는 특징을 갖는다.

도 3a는 트랙 타입 증착 장치(2000)의 전체 구성을 도시한 평면도이다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 트랙 타입 증착 장치(2000)는 기판에 대한 증착 작업 등과 같은 처리를 수행하는 반응챔버(100), 진공 또는 대기압 상태로 전환이 가능한 로드락 챔버(700), 증착을 진행할 기판을 적재하는 복수의 보트(810), 증착이 완료된 기판을 적재하는 복수의 보트(820), 및 로드락 챔버(700)로부터 반응챔버(100)로 기판을 인입 및 인출하는 기판인입인출부(900)를 구비한다.

기판을 반응챔버(100)로 공급하는 경우, 로드락 챔버(700) 내부의 제1 로봇암(미도시)이 보트(810)에서 기판을 로드락 챔버(700) 내부로 이송한다. 이어서 로드락 챔버(700)을 진공상태로 전환하고 기판인입인출부(900)의 제2 로봇암(910)이 기판을 넘겨 받아 반응챔버(100)로 기판을 공급하게 된다. 기판을 반응챔버(100)에서 반출하는 경우에는 반대의 순서로 진행된다.

도 3b는 반응챔버(100)에 있어서 챔버리드(110)가 분리되어 챔버몸체(130)의 내부를 도시한 사시도이다.

반응챔버(100)는 내부에 기판을 수용하여 기판에 대한 증착 작업 등을 수행할 수 있도록 각종 구성요소를 구비할 수 있는 공간을 제공한다. 나아가, 내부의 공기를 배기하는 펌프(미도시)와 같은 진공장비에 의해 내부를 진공상태로 유지하여 증착 작업 등과 같은 기판 처리 작업을 수행할 수 있는 환경을 제공한다.

반응챔버(100)는 구체적으로 내부에 소정의 공간을 구비하며 상부가 개구된 챔버몸체(130)와 챔버몸체(130)의 개구된 상부를 개폐하는 챔버리드(110)를 포함한다. 챔버몸체(130)의 일측에는 기판이 반응챔버(100)의 내부로 인입 및 인출되는 개구부(134) 및 기판인입인출부(900)와 개구부(134)를 밀폐하는 커넥터(132)를 구비한다.

상기 개구부(134)는 챔버몸체(130)에 한 쌍이 구비될 수 있다. 이는 도 3a에 도시된 바와 같이 증착 장치(2000)에 반응챔버(100)를 2개 구비하여 하나의 기판인입인출부(900)에 2개의 반응챔버(100)를 연결하는 경우에 생산성 및 호환성을 높이기 위함이다. 즉, 기판인입인출부(900)와 연결되는 반응챔버(100)의 방향에 관계없이 반응챔버(100)를 제작하는 경우에 한 쌍의 개구부(134)를 구비하도록 제작하여 생산성을 향상시킨다. 나아가, 상기 기판인입인출부(900)에 반응챔버(100)를 연결하고 작업을 하는 중에 반응챔버(100)의 연결부를 변경할 필요가 있는 경우에 나머지 하나의 개구부에 기판인입인출부(900)를 연결하여 호환성을 높일 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 기판인입인출부(900)는 반응챔버(100)에 연결되어 반응챔버(100) 내부로 기판을 인입하거나 또는 증착이 완료된 기판을 반응챔버(100) 외부로 인출하는 역할을 하게 된다. 후술하는 바와 같이 기판이송부에 의해 기판탑재부(150)가 이동하는 경우에 증착이 완료된 기판을 기판인입인출부(900)의 제2 로봇암(910)에 의해 개구부(134)를 통하여 인출한다. 또한, 증착이 필요한 기판을 기판인입인출부(900)의 제2 로봇암(910)에 의해 개구부(134)를 통하여 반응챔버(100) 내부의 기판탑재부(150)로 공급하게 된다.

한편, 반응챔버(100)의 챔버리드(110)에는 원료가스, 반응가스 등의 공정가스 및 퍼지가스를 공급하는 가스공급부(200)를 구비하는 바, 이에 대해서는 이후에 상세히 살펴본다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 반응챔버(100)에는 처리될 기판이 안착되는 기판탑재부(150), 소정의 경로를 따라 기판탑재부(150)를 이송하는 기판이송부를 포함하고, 상기 기판이송부는 2개의 축에 각각 연결된 풀리(182,184), 상기 풀리(182,184)에 감겨 있고 상기 기판탑재부(150)와 연결되어 있어 상기 축 및 풀리의 회전에 의해 구동함으로써 기판탑재부(150)를 이송하는 이송용 벨트(190) 및 상기 기판탑재부(150)의 이송 경로를 가이드하는 가이드 레일(180)을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 2개의 축 중 하나 이상의 축은 구동 모터(미도시)로부터 동력을 전달받아 이에 연결된 풀리(182,184)를 회전시키고 이로써 상기 풀리(182,184)에 감긴 이송용 벨트(190)를 구동시킨다. 결과적으로, 상기 이송용 벨트(190)에 연결된 기판탑재부(190)는 상기 이송용 벨트(190)의 구동에 의해 가이드 레일(180)을 따라 순환 이송된다.

따라서, 가스공급부(200)에 대한 기판탑재부(150)의 이동은 곡선 이동 및 직선 이동을 포함하게 되고, 기판탑재부(150)에 안착된 기판의 처리면은 가스공급부(200)의 가스 공급면을 통과함으로써 증착 공정이 수행된다. 여기서, 상기 가스공급부(200)는 기판탑재부의 직선 이동 구간 및/또는 곡선 이동 구간에 설치될 수 있고, 바람직하게는 직선 이동 구간에 설치될 수 있다.

또한, 반응챔버(100)에 있어서 기판탑재부(150)의 이송 경로 하부에는 복수의 메탈 히터(170)가 배치될 수 있고, 상기 메탈 히터(170)에 의한 간접 가열에 의해 기판탑재부(150)에 안착된 기판은 증착 공정을 수행하기 위한 온도 조건이 충족된다.

도 4는 본 발명에 따른 증착 장치에 도입된 슬릿형 가스공급부(200)의 단면도를 도시한 것이다. 상기 가스공급부(200)는 기판의 이송방향을 기준으로 전방으로부터 후방까지 원료가스 슬릿(210), 제1 배기통로(250), 제1 퍼지가스 슬릿(220), 반응가스 슬릿(230), 제2 배기통로(260) 및 제2 퍼지가스 슬릿(240)을 포함할 수 있다.

상기 제1,2 배기통로(250,260)는 가스 공급용 슬릿과 같이 별도의 슬릿에 의해 형성될 수 있고, 바람직하게는 인접한 가스 공급용 슬릿 사이의 공간, 즉 원료가스 슬릿(210)과 제1 퍼지가스 슬릿(220) 사이의 공간 및 반응 가스 공급용 슬릿(230)과 제2 퍼지가스 슬릿(240) 사이의 공간에 의해 각각 형성될 수 있다. 또한, 제1,2 배기통로(250,260)는 별도의 진공 펌프(미도시)와 연결되고 상기 진공 펌프의 펌핑에 의해 배기가 수행될 수 있다.

상기 가스공급부(200)를 구성하는 원료가스 슬릿(210), 반응가스 슬릿(230) 및 제1,2 퍼지가스 슬릿(220,240) 각각의 너비는 서셉터에 안착된 기판의 직경과 동일하거나 약간 큰 것이 바람직하다. 또한, 가스공급부(200)를 구성하는 원료가스 슬릿(210), 반응가스 슬릿(230) 및 제1,2 퍼지가스 슬릿(240) 각각의 최하단부와 기판의 처리면은 약 1 내지 10mm, 바람직하게는 1 내지 2mm 이격되어 있다. 특히, 원료가스 슬릿(210) 및 반응가스 슬릿(230)의 최하단부와 기판 처리면과의 간격은 최소화되는 것이 바람직하다.

도 4에 도시된 슬릿형 가스공급부(200)를 갖는 증착 장치에 의한 증착 공정을 단계적으로 기술하면 다음과 같다.

<제1단계>

원료가스 슬릿(210)은 가스공급부(200) 하부로 이송되는 기판 처리면상에 알루미늄, 지르코늄 등의 원료물질을 포함하는 원료가스를 공급함으로써 원료물질이 기판 처리면에 화학적으로 흡착되는 화학적 흡착층 및 화학적 흡착층상의 물리적 흡착층을 형성하게 된다. 상기 물리적 흡착층은 화학적 흡착층과 물리적 흡착층에 포함된 분자간의 분산력 등에 의해 형성될 수 있다.

<제2단계>

제1 배기통로(250)는 기판상에 존재하는 미반응 가스 및 물리적 흡착층의 일부를 흡기하여 반응챔버 밖으로 배기한다.

<제3단계>

제1 퍼지가스 슬릿(220)은 아르곤 등의 불활성 가스를 기판 처리면에 공급함으로써 기판상에 잔존하는 물리적 흡착층을 화학적 흡착층으로부터 분리하고 분리된 물리적 흡착층을 구성하는 원료물질을 제1 배기통로(250)를 통해 반응챔버 밖으로 배기하는 동시에, 원료가스와 반응가스가 혼합되는 것을 억제하는 에어커튼을 형성함으로써 기판 처리면 이외의 가스공급부 표면, 챔버 내벽 등에 막이 형성되는 것을 억제한다.

<제4단계>

반응가스 슬릿(230)은 상기 원료물질과 반응하는 오존 등의 반응물질을 포함하는 반응가스를 기판 처리면상에 공급함으로써 단원자층을 형성하게 된다.

<제5단계>

제2 배기통로(260)는 기판상에 존재하는 미반응 가스 및 부산물의 일부를 흡기하여 반응챔버 밖으로 배기한다.

<제6단계>

제2 퍼지가스 슬릿(240)은 제1 퍼지가스 슬릿(220)과 마찬가지로 불활성 가스를 기판 처리면상에 공급함으로써 기판상에 잔존하는 미반응 가스 및 부산물을 제2 배기통로(260)를 통해 반응챔버 밖으로 배기하는 동시에, 반응가스와 원료가스가 혼합되는 것을 억제하는 에어커튼을 형성함으로써 기판 처리면 이외의 가스공급부 표면, 챔버 내벽 등에 막이 형성되는 것을 억제한다.

앞서 기술한 바와 같이, 본 발명에 따른 가스공급부(200)는 원료가스 슬릿(210)과 제1 퍼지가스 슬릿 사이(220) 및 반응가스 슬릿(230)과 제2 퍼지가스 슬릿(240) 사이에 배기통로(250,260)가 배치되므로, 기판 처리면상에 형성되도록 목적한 원료물질의 화학적 흡착층 및 단원자층을 제외한 원료물질의 물리적 흡착층, 미반응 물질, 부산물 등의 배기단계를 상기 배기통로(250,260)의 흡기에 의한 배기단계, 즉 상기 제2단계 및 제5단계와 퍼지가스에 의한 배기단계, 즉 상기 제3단계 및 제6단계로 두번씩 수행함으로써 배기시간 단축 및 배기효율 극대화를 도모할 수 있다.

또한, 기판의 이송방향을 기준으로, 원료가스 슬릿(210)의 전방, 제1 퍼지가스 슬릿(220)과 반응가스 슬릿(230) 사이, 제2 퍼지가스 슬릿(240)의 후방에 추가의 배기통로를 배치하거나, 원료가스 슬릿(210)의 전방에 추가로 퍼지가스 슬릿을 배치함으로써, 원료가스와 반응가스의 혼합 또는 원료가스와 반응가스가 처리영역 밖으로 배출되는 것에 의한 낭비를 더욱 억제할 수 있으며, 증착 공정 수행 전 기판 처리면상에 존재하는 미세먼지 등을 제거함으로써 형성되는 박막의 균일도를 향상시킬 수 있다.

도 5는 도 4에 도시된 슬릿형 가스공급부(200)를 구성하는 가스 공급용 슬릿 및 배기통로의 배열에 따라 기판상에 형성되는 원료가스 영역, 반응가스 영역, 퍼지가스 영역, 배기영역의 배열에 관한 실시예들을 도시한 것이다.

구체적으로, 도 5a에 도시된 바와 같이, 도 4에 도시된 배열의 가스 공급용 슬릿 및 배기통로에 의해 기판상에 형성되는 처리 영역의 배열은 기판 이송방향을 기준으로 전방으로부터 후방까지 원료가스 영역, 제1 배기영역, 제1 퍼지영역, 반응가스 영역, 제2 배기영역, 및 제2 퍼지영역이다.

도 5b 및 5c는 가스 공급영역 및 배기영역의 배열에 관한 또 다른 실시예들을 도시한다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 제1 배기영역이 원료가스 영역 둘레를 감싸고 제2 배기영역이 반응가스 영역 둘레를 감싸는 구조를 채택함으로써 원료가스 및 반응가스의 신속한 배기를 통해 공정 시간을 단축하고, 원료가스와 반응가스의 혼합 및 원료가스와 반응가스가 처리영역 밖으로 배기되는 것에 의한 낭비를 억제할 수 있으며, 제3 퍼지영역을 가스공급부(200) 최전방측에 배치함으로써 증착 공정 수행 전 기판 처리면상에 존재하는 미세먼지 등을 제거함으로써 형성되는 박막의 균일도를 향상시킬 수 있다.

또한, 도 5c에 도시된 바와 같이, 배기영역이 원료가스 영역, 반응가스 영역 및 퍼지가스 영역의 둘레를 감싸는 구조를 채택함으로써 원료가스 및 반응가스의 신속한 배기를 통해 공정 시간을 단축하고, 원료가스와 반응가스의 혼합 및 원료가스와 반응가스가 처리영역 밖으로 배기되는 것에 의한 낭비를 억제할 수 있다.

도 6a는 도 4에 도시된 원료가스 슬릿(210) 내부를 도시한 것이다. 도 4 및 6a에 도시된 바와 같이, 원료가스 슬릿(210)은 기판과 인접한 하부의 가스 공급면(212)에는 다수의 가스 공급홀을 가질 수 있다. 앞서 기술한 바와 같이, 원료가스 슬릿(210)의 너비는 기판의 직경과 동일하거나 약간 큰 것이 바람직하므로 이러한 경우 상기 슬릿(210)의 하부로 공급되는 원료가스의 공급량은 슬릿(210)의 너비 방향으로 상이할 수 있고, 이로써 기판 처리면에 형성되는 막의 조성, 특성 등이 부분적으로 상이해 질 수 있다.

따라서, 원료가스 슬릿(210)의 하부 가스 공급면에 다수의 가스 공급홀을 배치하여 슬릿(210) 내부의 가스 공급면 상부에 원료가스의 유속이 감소하여 확산되는 공간(211)이 형성되도록 함으로써 슬릿(210)의 너비 방향으로 원료가스 공급량을 균일하게 조절할 수 있다. 상기 가스 공급홀의 직경, 갯수, 패턴 등은 원료가스의 종류, 유속, 하부 가스 공급면과 기판 처리면과의 거리, 기타 공정 조건에 따라 상이할 수 있고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 적절히 선택할 수 있다.

또한, 상기 반응가스 슬릿(230) 및 제1,2 퍼지가스 슬릿(220,240)의 하부 가스 공급면에도 상기 원료가스 슬릿(210) 하부의 가스 공급면에 적용된 가스 공급홀과 동일하거나 상이한 패턴의 가스 공급홀이 적용될 수 있다.

도 6b 내지 6d는 원료가스 슬릿(210)의 하부 가스 공급면(212)에 형성된 가스 공급홀의 다양한 패턴에 관한 실시예를 도시한 것이다. 도 6b에 도시된 가스 공급홀의 패턴은 동일한 직경의 다수의 가스 공급홀이 일정한 간격으로 배치된 것으로서 가스 공급량을 슬릿(210)의 너비 방향으로 균일하게 조절할 수 있는 패턴이다.

또한, 도 6c에 도시된 가스 공급홀의 패턴은 기판 처리면의 중앙부분에 대향하는 가스 공급홀의 직경을 증가시켜 가스 공급량을 증가시키고 기판 처리면의 외곽으로 갈수록 대향하는 가스 공급홀의 직경을 점진적으로 감소시켜 가스 공급량을 점진적으로 감소시키는 패턴으로서 기판 처리영역 밖으로 배출되는 원료가스의 양을 줄여 이의 낭비를 억제할 수 있는 패턴이다.

그리고, 도 6d에 도시된 가스 공급홀의 패턴은 기판 처리면의 중앙부분 및 외곽부분 양말단에 대향하는 가스 공급홀의 직경을 최대로 증가시켜 가스 공급량을 증가시키고 상기 중앙부분과 각각의 외곽부분 말단 사이의 중앙으로 갈수록 대향하는 가스 공급홀의 직경이 점진적으로 감소하는 패턴으로서 증착 효율을 개선할 수 있는 패턴이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 가스공급부(200)를 구성하는 반응가스 슬릿(230)은 내부의 반응가스 공급 통로에 플라즈마(233)를 형성하기 위한 플라즈마 생성 수단을 포함할 수 있다. 상기 플라즈마 생성 수단으로서 극이 다르고 절연체로 이격된 한 쌍의 전극(232) 및 상기 전극(232)에 전압을 공급하기 위한 전원(231)을 사용할 수 있다. 또한, 상기 플라즈마 생성 수단은 가스공급부(200) 외부의 원격 플라즈마 생성 수단을 사용할 수도 있다.

나아가, 본 발명에 따른 증착 장치는 상기 플라즈마 생성 수단을 대신하여 자외선 조사 수단을 사용할 수 있다. 상기 자외선 조사 수단은 예를 들어 자외선 램프일 수 있다. 상기 자외선 램프는 일반적으로 램프 내에 수은과 아르곤 기체가 봉입되고 램프의 양 말단에 음극 방사 물질을 흡착시킨 필라멘트가 구비되어, 램프를 방전시키면 필라멘트로부터 발생된 전자가 수은 원자의 최외각 전자와 충돌하여 이를 여기시키고 여기된 수은 원자의 최외각 전자가 기저 상태로 되돌아오면서 에너지를 방출함에 따라 자외선을 방출하는 원리를 갖는다.

도 7은 본 발명에 따른 증착 장치에 자외선 조사 수단(234)을 적용한 실시예들을 도시한 것이다. 구체적으로, 도 7a는 반응가스 슬릿(230)에 추가로 포함된 자외선 조사 수단(234)이 기판에 반응가스가 공급되기 전 기판의 표면에 흡착된 원료의 분자층에 자외선을 조사하여 분자간 결합, 금속원자와 분자와의 결합 등을 파괴함으로써 원료물질과 반응물질의 반응을 완전하게 유도하는 실시예를 도시한 것이다.

또한, 도 7b는 자외선 조사 수단(234)이 반응가스에 포함된 반응물질을 활성화시켜 보다 활발한 반응을 유도하거나 완전한 반응을 유도하는 실시예를 도시한 것이다. 그리고, 도 7c는 기판에 자외선을 직접 조사함으로써 기판이 변형되거나 변질되는 경우 자외선의 간접 조사에 의해 반응가스에 포함된 반응물질을 원격으로 활성화시켜 활발한 반응을 유도하거나 완전한 반응을 유도하는 실시예를 도시한 것이다.

한편, 본 발명에 따른 증착 장치는 상기 플라즈마 생성 수단을 대신하여 초고주파 인가 수단을 사용할 수 있다. 도 8은 본 발명에 따른 증착 장치에 초고주파 인가 수단을 적용한 실시예를 도시한 것이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 초고주파 인가 수단은 일반적으로 전원(235)으로부터 전압을 공급받는 한 쌍의 전극(236)을 구비하고 음전극으로부터 방출된 전자를 자석(237) 등의 수단에 의해 발생되는 자기장에 의해 나선운동하는 전자빔으로 변조시킨 후 전자빔의 나선 운동 에너지를 초고주파 에너지로 전환하면서 초고주파를 발생시키는 원리를 갖는다.

상기 초고주파 인가 수단은 예를 들어 109 Hz 이상의 초고주파를 인가할 수 있는 수단일 수 있고, 가스공급부(200)와 기판 사이의 간격을 충분히 작게 하여 초고주파가 반응가스 슬릿(230) 내부 캐비티(cavity)에만 존재하도록 함으로써 효율적으로 반응가스에 포함된 반응물질을 활성화된 상태 또는 라디칼 상태로 만들어 우수한 증착 특성을 갖는 박막을 낮은 온도에서 형성할 수 있다.

도 9는 도 4에 있어서 슬릿형 가스공급부(200) 하부의 파선으로 구획된 부분을 확대 도시한 것이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 가스공급부(200)를 구성하는 원료가스 슬릿(210), 반응가스 슬릿(230) 및 제1,2 퍼지가스 슬릿(220,240)의 하단부는 단차 구조를 가질 수 있다.

구체적으로, 도 9a는 상기 슬릿들의 하단부가 계단형 단차 구조를 갖는 실시예를 도시한 것이다. 도 9a에 도시된 바와 같이, 제1 배기통로(250)를 형성하는 원료가스 슬릿(210)과 제1 퍼지가스 슬릿(220)의 하단부는 배기를 원활하게 하기 위한 계단 형상으로 상승하는 구조를 가질 수 있다.

이로써, 원료가스 슬릿(210)으로부터 공급되는 원료가스 및 제1 퍼지가스 슬릿(220)으로부터 공급되는 퍼지가스의 신속한 배기를 달성할 있고, 결과적으로 공정시간 단축에 의한 기판 처리량 향상의 효과를 나타낸다. 제2 배기통로를 형성하는 반응가스 슬릿(230)과 제2 퍼지가스 슬릿(240)의 하단부 역시 상기와 동일한 계단 형상으로 상승하는 구조를 가질 수 있다.

또한, 원료가스 슬릿(210)의 하부는 제1 배기통로(250)와 접하는 면을 제외한 3면 중 하나 이상의 면에 돌출벽(270)이 형성될 수 있다. 이러한 돌출벽(270)은 원료가스 슬릿(210)으로부터 공급되는 원료가스가 기판 처리영역 밖으로 배출되는 것을 억제하는 커튼 역할을 수행하여 원료가스의 낭비 및 기판 처리면 이외에서의 원료가스와 반응가스의 반응에 의한 가스공급부 표면, 반응챔버 내벽 등의 막 형성을 억제하게 된다.

상기 돌출벽(270)은 제1 퍼지가스 슬릿(220), 반응가스 슬릿(230), 및 제2 퍼지가스 슬릿(240) 중 어느 하나 이상의 하부에 있어서 제1 배기통로(250) 또는 제2 배기통로(260)와 접하는 면을 제외한 하나 이상의 면에 형성될 수 있다.

도 9b는 도 9a에 있어서 상기 단차의 경사면이 계단 형상인 단차 구조를 단차의 경사면이 곡선인 단차 구조로 대체한 실시예를 도시한 것이고, 도 9c는 단차의 경사면이 직선인 단차 구조로 대체한 실시예를 도시한 것이다.

본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

1000,2000 : 증착 장치 100,300 : 반응챔버
200 : 가스공급부 400,700 : 로드락 챔버
500 : 가스공급원 600 : 제어부
810,820 : 보트 900 : 기판인입인출부

Claims

기판의 이송방향을 기준으로 전방으로부터 원료가스 슬릿, 제1 배기통로, 제1 퍼지가스 슬릿, 반응가스 슬릿, 제2 배기통로 및 제2 퍼지가스 슬릿이 포함된 하나 이상의 가스공급부를 갖는 반응챔버; 및
상기 가스공급부로부터 공급되는 가스를 기판의 처리면에 공급하기 위해 기판을 상기 가스공급부에 대하여 상대적으로 이동시키는 기판이송부를 포함하고,
상기 원료가스 슬릿의 가스 공급면에 복수의 가스 공급홀을 포함하고,
상기 가스공급부가, 기판의 이송방향을 기준으로, 원료가스 슬릿의 전방, 제1 퍼지가스 슬릿과 반응가스 슬릿 사이, 및 제2 퍼지가스 슬릿의 후방 중 어느 하나 이상에 배기통로를 추가로 포함하는, 증착 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 가스공급부가, 기판의 이송방향을 기준으로, 원료가스 슬릿의 전방에 제3 퍼지가스 슬릿을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 증착 장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 배기통로가 원료가스 슬릿의 둘레를 감싸고, 제2 배기통로가 반응가스 슬릿의 둘레를 감싸는 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는, 증착 장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 배기통로가 제3 퍼지가스 슬릿, 원료가스 슬릿 및 제1 퍼지가스 슬릿의 둘레를 감싸고, 제2 배기통로가 반응가스 슬릿 및 제2 퍼지가스 슬릿의 둘레를 감싸는 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는, 증착 장치.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 제1 배기통로는 원료가스 슬릿, 제1 퍼지가스 슬릿 및 반응챔버 내벽 사이의 공간에 의해 형성되고, 제2 배기통로는 반응가스 슬릿, 제2 퍼지가스 슬릿 및 반응챔버 내벽 사이의 공간에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 증착 장치.
제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원료가스 슬릿의 가스 공급면에 형성된 복수의 가스 공급홀들의 직경이 동일한 것을 특징으로 하는, 증착 장치.
제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원료가스 슬릿의 가스 공급면에 형성된 복수의 가스 공급홀들은 기판 처리면의 중앙부분에 대향하는 가스 공급홀들의 직경이 가장 크고 기판 처리면의 외곽으로 갈수록 대향하는 가스 공급홀들의 직경이 점진적으로 감소되는 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 증착 장치.
제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원료가스 슬릿의 가스 공급면에 형성된 복수의 가스 공급홀들은 기판 처리면의 중앙부분 및 외곽부분 양말단에 대향하는 가스 공급홀의 직경이 가장 크고 기판 처리면의 중앙부분과 각각의 외곽부분 말단 사이의 중앙으로 갈수록 대향하는 가스 공급홀의 직경이 점진적으로 감소하는 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 증착 장치.
제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응가스 슬릿, 제1 퍼지가스 슬릿, 제2 퍼지가스 슬릿 및 제3 퍼지가스 슬릿 중 어느 하나 이상의 가스 공급면에 상기 원료가스 슬릿의 가스 공급면에 형성된 복수의 가스 공급홀이 갖는 패턴과 동일하거나 상이한 패턴으로 형성된 복수의 가스 공급홀을 갖는 것을 특징으로 하는, 증착 장치.
제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 배기통로, 상기 제2 배기통로, 또는 이들 모두의 하부에는 각 배기통로에 인접한 원료가스 슬릿으로부터 공급되는 원료가스, 반응가스 슬릿으로부터 공급되는 반응가스, 및 제1,2 퍼지가스 슬릿으로부터 공급되는 퍼지가스의 배기를 원활하게 하기 위한 단차가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 증착 장치.
제11항에 있어서,
상기 단차의 경사면이 계단 형상, 곡선 또는 직선인 것을 특징으로 하는, 증착 장치.
제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
원료가스 슬릿, 제1 퍼지가스 슬릿, 반응가스 슬릿, 및 제2 퍼지가스 슬릿 중 어느 하나 이상의 하부는 제1 배기통로 또는 제2 배기통로와 접하는 면을 제외한 하나 이상의 면에 돌출벽이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 증착 장치.
제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스공급부에 대한 기판의 상대적 이동이 곡선 이동, 직선 이동, 또는 곡선 이동 및 직선 이동인 것을 특징으로 하는, 증착 장치.
제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응가스 슬릿 내부에 플라즈마 생성 수단, 자외선 조사 수단 또는 초고주파 인가 수단이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는, 증착 장치.