KR101394914B1

KR101394914B1 - 박막증착장치

Info

Publication number: KR101394914B1
Application number: KR1020130018477A
Authority: KR
Inventors: 차동일; 김재환
Original assignee: 주식회사 테스
Priority date: 2013-02-21
Filing date: 2013-02-21
Publication date: 2014-05-14

Abstract

박막증착장치가 개시된다. 본 발명에 따른 박막증착장치에 의하면, 박막증착장치의 크기를 줄여 설치 공간을 감소시키고, 로봇암의 길이를 줄여 기판의 인입 인출 시 오작동이나 기판의 손상을 최소화할 수 있다. 또한, 제품 제조 비용을 낮추고 기판 처리 단가를 낮출 수 있다.

Description

박막증착장치 {Thin film deposition apparatus}

본 발명은 박막증착장치에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 원자층증착법에 의해 박막을 증착하는 장치에 있어서 장치 설치 공간을 줄이고 제조 단가를 낮출 수 있는 박막증착장치에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼 등의 기판(이하, '기판'이라 함) 상에 박막을 형성하기 위한 증착법으로 화학기상증착법(CVD ; Chemical Vapor Deposition), 원자층증착법(ALD ; Atomic Layer Deposition) 등의 기술이 사용되고 있다.

도 6은 종래 원자층증착법에 관한 기본 개념을 도시하는 개략도이다. 도 6을 참조하여 원자층증착법의 기본 개념에 대해서 살펴보면, 원자층증착법은 기판 상에 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.

원자층증착법에 사용되는 종래 박막증착장치는 원료가스, 반응가스, 퍼지가스 등의 각종 가스를 기판 면에 주입하는 방향 및 방식에 따라 다양한 종류가 존재하며, 일 예로서 한국공개특허 제2011-0028377호 등에 원자층증착법을 적용한 종래 박막증착장치가 개시되어 있다.

그런데, 이러한 종래 박막증착장치 중에 기판 왕복 방식 즉, 스캔 타입의 장치에서는 기판이 안착되는 영역 좌우로 가스공급부의 너비에 대응하는 마진(margin) 영역을 필요로 한다.

이는 기판의 균일한 증착을 위해서는 가스공급부가 기판의 상부를 완전히 지나서 위치한 후에 다시 기판 또는 가스공급부가 움직이면서 증착을 수행하여야 하기 때문이다.

이러한 마진 영역은 날개부라고도 불리우는데, 이러한 날개부가 구비됨으로 인해 챔버의 크기가 그만큼 커져야 하므로 장치 전체적으로 설치 공간이 증가하고, 제조비용이 상승하게 되는 원인이 된다.

그리고, 챔버 내부 공간이 커져서 공정가스나 분위기를 맞추기 위해 공급되는 가스의 양이 증가하기 때문에 기판 증착에 소요되는 단가가 증가하고, 기판을 인입하는 경우 날개부를 지나서 기판을 안착시켜야 하므로 기판을 인입 또는 인출하는 로봇암이 길어지는 문제점이 있다.

따라서, 이러한 문제점을 해결하여 장치 설치 공간을 줄이고 제조 단가를 낮출 수 있는 박막증착장치에 대한 필요성이 대두되고 있다.

본 발명의 실시 예들은 박막증착장치의 크기를 줄여 설치 공간을 감소시키고자 한다.

또한, 로봇암의 길이를 줄여 기판의 인입 인출 시 오작동이나 기판의 손상을 최소화하고자 한다.

또한, 제품 제조 비용을 낮추고 기판 처리 단가를 낮추고자 한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 내부에 소정의 공간을 구비하고, 적어도 일측에 기판이 인입 또는 인출되는 개구부를 포함하는 챔버와, 상기 챔버 내부에 구비되며, 기판이 안착되어 왕복이송되는 기판지지부 및, 상기 기판에 공정가스 및 퍼지가스 중에 적어도 하나를 공급하는 가스공급부를 포함하며, 상기 기판지지부는 상기 기판의 인입 또는 인출 시 적어도 일부의 형태가 변형되어 상기 개구부를 향하는 상기 기판지지부의 크기가 가변되는 것을 특징으로 하는 박막증착장치가 제공될 수 있다.

상기 기판지지부는, 상기 기판이 안착되는 본체부와, 상기 본체부의 양측 중 적어도 일측에 결합되며, 상기 기판의 인입 또는 인출 시 상기 본체부 하부로 이동하는 날개부를 포함하여 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 본체부는 가이드부를 포함하며, 상기 날개부는 상기 가이드부를 따라 상기 본체부 하부로 이동할 수 있다.

그리고, 본 발명의 따른 박막증착장치는 상기 기판지지부가 상기 기판의 인입 또는 인출을 위해 이동할 때, 상기 날개부 일단이 맞닿아 상기 날개부를 상기 본체부 하부로 밀어내리는 스톱퍼를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

한편, 상기 기판이 안착되는 본체부와, 상기 본체부의 양측 중 적어도 일측에 결합되며, 상기 기판의 인입 또는 인출 시 하부로 회동하는 날개부를 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 박막증착장치의 크기를 줄여 설치 공간을 감소시킬 수 있다.

또한, 로봇암의 길이를 줄여 기판의 인입 인출 시 오작동이나 기판의 손상을 최소화할 수 있다.

또한, 제품 제조 비용을 낮추고 기판 처리 단가를 낮출 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막증착장치를 도시한 단면도
도 2는 도 1에서 가스공급부의 구성을 도시한 단면도
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막증착장치의 날개부가 기판지지부 하부로 이동하기 전 상태를 도시한 구성도
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막증착장치의 날개부가 기판지지부 하부로 이동한 상태를 도시한 구성도
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막증착장치의 날개부가 회동하는 구조를 도시한 구성도
도 6은 종래 원자층증착법에 관한 기본 개념을 도시하는 개략도

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막증착장치를 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1에서 가스공급부의 구성을 도시한 단면도이다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 박막증착장치(1000)는 내부에 소정의 공간을 구비하며 기판이 내부에 수용되어 증착 작업이 수행되는 챔버(110)와 기판을 인입 또는 인출하는 기판인입인출수단(미도시)을 구비한다. 한편, 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 챔버(110)의 일측에 연결되어 진공 또는 대기압 상태로 전환이 가능한 로드록실 및 증착을 진행할 기판이 적재되어 있는 복수개의 보트와 증착이 완료된 기판을 적재하는 복수개의 보트를 더 구비할 수 있다.

또한, 박막증착장치(1000)는 상기 챔버(110) 내부에 구비되어 기판(W)이 안착되는 기판지지부(150)와, 가스공급부(200)를 구비할 수 있다. 여기서, 상기 가스공급부(200)는 상기 기판(W)을 향해 공정가스를 공급하는 적어도 하나의 공급채널(210, 230)과 상기 공정가스를 활성화시키는 가스활성화유닛(300)을 구비하는 활성화채널(240)을 구비할 수 있으며, 상기 기판지지부(150)와 소정 간격을 두고 구비되어 상기 기판지지부(150)와 상대 이동하도록 구성될 수 있다. 나아가, 기판(W)을 챔버(110) 내부로 인입시키거나, 또는 챔버(110) 내부에서 인출시키는 기판인입인출수단을 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 기판지지부(150)와 상기 가스공급부(200) 중에 적어도 하나가 다른 하나에 대해 평행한 방향으로 소정거리 상대 이동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 가스공급부(200) 및 기판지지부(150)가 모두 상대 이동하도록 구성되거나, 또는 상기 가스공급부(200) 및 기판지지부(150) 중에 어느 하나가 다른 하나에 대해 상대 이동하도록 구성될 수 있다.

상기 챔버(110)는 내부에 기판(W)을 수용하여 기판에 대한 증착 작업 등을 수행하며, 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.

상기 챔버(110)는 구체적으로 내부에 소정의 공간을 구비하며 상부가 개구된 챔버몸체(130)와 챔버몸체(130)의 개구된 상부를 개폐하는 챔버리드(120)를 포함한다. 챔버몸체(130)의 적어도 일측에는 기판(W)이 챔버(110)의 내부로 인입되거나 챔버(110) 외부로 인출되는 개구부(134)를 구비한다.

본 실시 예에서 기판인입인출수단은 챔버(110)에 연결되어 챔버(110) 내부로 기판을 인입하거나 또는 증착이 완료된 기판(W)을 챔버(110) 외부로 인출하는 역할을 하게 된다. 기판(W)이 대형화되는 경우에 기판인입인출수단은 기판(W)을 챔버(110) 내부로 인입하는 기판 인입부와 기판(W)을 챔버(110) 외부로 인출하는 기판 인출부를 별개로 구비할 수 있다.

한편, 상기 챔버리드(120)는 공정가스를 공급하는 가스공급부(200)를 구비하는 바, 이에 대해서는 이후에 상세히 살펴본다.

상기 챔버(110)의 내부에는 기판(W)이 안착되는 기판지지부(150)가 구비된다. 기판지지부(150)는 가스공급부(200)와 상대이동을 하도록 구비된다.

예를 들어, 가스공급부(200)는 고정되고 기판지지부(150)가 이동을 하거나 또는 기판지지부(150)와 가스공급부(200)가 모두 이동하도록 구성될 수 있다. 그런데, 기판(W)이 대형화, 대면적화 되는 경우에 챔버(110) 내부에서 기판(W)이 이동하기 위해서는 챔버(110)의 대형화를 필요로 하며, 이는 장치 전체의 설치면적(footprint)을 키우는 요인으로 작용한다.

따라서, 본 실시 예에서는 대형화, 대면적화된 기판(W)에 대해서도 증착작업이 가능하도록 증착작업 중에 기판(W)이 고정되고 가스공급부(200)가 기판(W)에 대해 이동을 하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 가스공급부(200)는 기판(W)에 대해 평행한 방향으로 소정거리 직선 이동 가능하게 구비될 수 있다. 이와 같이 기판(W)이 직선경로를 따라 상대 이동하게 되면, 기판의 표면 영역이 모두 동일한 속도로 이동하게 되므로 증착 작업을 수행하는 중에 증착 두께가 달라질 우려가 없게 된다.

한편 상기 기판지지부(150)의 하부에는 기판(W)을 가열하는 가열부(170)를 구비할 수 있다. 가열부(170)는 기판(W)을 지지하는 기판지지부(150)에서 소정거리 이격된 하부에 구비되어 기판(W)을 가열하게 된다.

구체적으로 가열부(170)는 기판지지부(150)의 이동경로를 따라 구비된다. 가열부(170)는 예를 들어 적어도 하나 이상의 가열플레이트(172)와 상기 가열플레이트(172)를 지지하는 지지부(174)를 포함하여 구성될 수 있다. 가열플레이트(172)는 기판(W)을 가열하기 위하여 기판(W)을 지지하는 기판지지부(150)에서 소정거리 이격되어 구비된다. 이하, 도면을 참조하여 가스공급부(200)에 대해서 상세하게 살펴본다.

도 2는 도 1에서 가스공급부(200)를 확대해서 도시한 단면도로서, 가스공급부(200)의 구체적인 구성을 도시한다. 본 도면에 따르면 가스공급부(200)가 챔버(110)에 고정되어 위치하고 하부의 기판지지부(150)가 이동되거나, 또는 증착 공정 중에 기판지지부(150)가 고정되고 가스공급부(200)가 기판에 대해 소정거리 이동하게 구성되는 것도 물론 가능하다. 나아가, 가스공급부(200) 및 기판지지부(150)가 모두 이동하도록 구성될 수 있다. 이하, 가스공급부의 구성에 대해서 상세히 살펴보도록 한다.

도 2를 참조하면, 가스공급부(200)는 기판(W)을 향해 공정가스를 공급하는 적어도 하나의 공급채널(210, 230)과, 상기 공정가스를 활성화시키는 가스활성화유닛(300)을 구비하는 활성화채널(240)을 구비할 수 있다.

본 실시 예에서 설명하는 가스활성화유닛(300)은 공정가스 또는 반응가스를 활성화시켜 활성화 원자 또는 라디칼 형태의 공정가스 또는 반응가스를 공급하게 된다. 여기서, 가스활성화유닛(300)은 플라즈마 발생부, 초고주파 발생부, 자외선 조사부, 레이저 조사부 중 어느 하나의 형태로 제공될 수 있다.

여기서, 가스활성화유닛(300)이 초고주파 발생부 형태로 마련되는 경우, 초고주파 발생부는 10⁹Hz 이상의 초고주파를 이용하여 공정가스를 활성화시킨다. 초고주파 발생부가 초고주파를 인가하게 되면, 공정가스가 활성화 원자 또는 라디칼 상태로 전환되어 기판(W) 방향으로 분사될 수 있다.

또한, 가스활성화유닛(300)이 자외선 조사부 형태로 마련되는 경우, 자외선 조사부에 의해 조사된 자외선에 의해 공정가스가 활성화 원자 또는 라디칼 상태로 전환되어 기판(W) 방향으로 분사될 수 있다.

또한, 가스활성화유닛(300)이 레이저 조사부 형태로 마련되는 경우, 레이저 조사부에 의해 조사된 레이저에 의해 공정가스가 활성화 원자 또는 라디칼 상태로 전환되어 기판(W) 방향으로 분사될 수 있다.

이하에서는 가스활성화유닛(300)으로 플라즈마 발생부를 상정하여 설명한다. 가스활성화유닛(300)으로 플라즈마 발생부를 구비하는 경우에 활성화채널(240)의 일측 내벽에 전원이 공급되는 전원전극(310)이 구비되고, 활성화채널(240)의 타측 내벽이 접지되어 접지전극의 역할을 할 수 있다.

이 경우, 상기 활성화채널(240)의 일측 내벽에 차폐부재(312)를 포함하고, 차폐부재(312)에 의해 전원전극(310)을 지지할 수 있다. 차폐부재(312)에 의해 전원전극(310)과 가스공급부(200)가 전기적으로 분리되어 전원전극(310)이 가스공급부(200)로부터 전기적으로 차폐된다. 이 경우, 차폐부재(312)는 전원전극(310)을 전기적으로 차폐할 뿐만 아니라, 전원전극(310)을 지지하는 지지부의 역할도 하게 된다.

본 실시 예에서 가스공급부(200)는 상기 공급채널(230)에서 공급되는 공정가스가 상기 활성화채널(240)로 공급되도록 구성된다. 즉, 가스활성화유닛(300)이 구비된 활성화채널(240)로 공정가스 또는 반응가스를 직접 공급하는 것이 아니라 공급채널(230)에서 공급되는 공정가스 또는 반응가스가 활성화채널(240)로 유입 또는 공급되도록 하는 소위 간접공급 방식을 채택하고 있다. 본 실시 예에서 상기와 같이 가스활성화유닛(300)으로 공정가스를 공급하는 경우에 간접공급방식을 채택하는 이유는 다음과 같다.

일반적으로 가스활성화유닛을 활용하여 공정가스를 활성화시켜 기판에 대한 증착을 수행하는 장치의 경우, 상기 가스활성화유닛이 구비된 공간, 영역 또는 채널 등으로 공정가스 중에 하나, 예를 들어 O₂ 와 같은 반응가스를 직접 공급하게 된다. 이 경우, 반응가스는 상기 가스활성화유닛에 의해 활성화되어 하부의 기판을 향해 공급되어 증착공정이 수행된다.

그런데, 종래 장치의 구성에 따르면 가스활성화유닛이 구비된 공간, 영역 또는 채널 등으로 반응가스가 직접 공급되므로 반응가스가 활성화되는 경우에 가스활성화유닛 및/또는 상기 가스활성화유닛이 구비된 영역의 내벽 등에 원하지 않는 막이 형성될 수 있다.

이러한 막이 형성되는 경우에 가스활성화유닛의 효율을 현저히 떨어뜨릴 수 있으므로 상기 원하지 않는 영역에 증착된 막을 주기적으로 제거할 필요가 있으며, 이는 증착장치의 유지보수에 소요되는 시간 및 비용을 늘리게 된다.

또한, 종래 장치의 경우에 가스활성화유닛에 의해 활성화/라디칼화된 반응가스가 직접 기판(W)을 향해 공급되므로 기판(W)이 활성화된 반응가스 등에 의해 손상을 받을 우려가 있다.

따라서, 본 실시 예에 따른 가스공급부(200)는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 가스활성화유닛(300)을 구비하는 경우에 가스활성화유닛(300)이 장착된 활성화채널(240)로 직접 공정가스 또는 반응가스를 공급하지 않으며, 반응가스를 공급하는 공급채널(230)에서 공급된 반응가스가 활성화채널(240)로 유입 또는 공급되도록 한다.

구체적으로, 활성화채널(240)은 상부가 막히고 하부의 기판(W)을 향해 개방된 형태를 가질 수 있다. 이 경우, 활성화채널(240)의 상부는 챔버리드(120)의 개구부를 밀폐하는 커버(202)에 의해 차폐될 수 있다.

한편, 가스공급부(200)에서 상기 공급채널(230)과 상기 활성화채널(240)은 서로 이웃하여 구비될 수 있다. 즉, 활성화채널(240)과 이웃하여 공급채널(230)을 구비하고, 공급채널(230)의 하부를 통해 공급된 공정가스 및/또는 반응가스가 이웃한 활성화채널(240)로 유입되도록 한다.

상기 활성화채널(240)은 전술한 바와 같이, 상기 기판(W)을 향해 개방되어 있으며, 도면에 도시된 바와 같이 상기 활성화채널(240)의 하부에 개구부(242)를 구비하고, 상기 개구부(242)를 통해 상기 공급채널(230)에서 공급되는 공정가스가 상기 활성화채널(240)로 공급된다.

한편, 본 실시 예와 같은 구성에서는 활성화채널(240)로 직접 공정가스 또는 반응가스가 공급되지 않으므로 가스활성화유닛(300) 등에 증착되는 막을 최대한 줄일 수 있다. 결국, 본 실시 예에서는 종래 장치의 가스공급부의 가스활성화유닛에 발생할 수 있는 문제점을 해결할 수 있게 된다. 이하, 도 2를 참조하여 가스공급부(200)의 구체적인 구성에 대해서 살펴보기로 한다.

도 2를 참조하면, 가스공급부(200)는 챔버리드(120)의 개구부를 밀폐하는 커버(202)를 구비한다.

커버(202)는 챔버리드(120)의 상부에 구비되며, 챔버리드(120)의 개구부를 밀폐하는 역할을 하게 된다. 따라서, 도면에는 도시되지 않았지만 커버(202)와 챔버리드(120) 사이에는 밀폐를 위한 가스킷(미도시)을 구비할 수 있다. 커버(202)에는 이후 상세히 살펴보는 공급채널(210, 230)로 공정가스를 공급하거나, 또는 배기되는 가스를 위한 각종 라인을 구비할 수 있다.

구체적으로 커버(202)에는 원료가스(또는 '제1 공정가스')를 공급하기 위한 제1 공급라인(410)을 구비할 수 있다. 제1 공급라인(410)은 원료가스 공급원(미도시)과 연결되어 원료가스를 후술하는 가스공급부(200)의 제1 공급채널(210)로 공급하게 된다.

나아가, 커버(202)에는 반응가스(또는 '제2 공정가스')를 공급하기 위한 제2 공급라인(430)을 더 구비할 수 있다. 제2 공급라인(430)은 반응가스 공급원(미도시)과 연결되어 반응가스를 제2 공급채널(230)을 향해서 공급할 수 있다.

또한, 커버(202)에는 공급채널(210, 230)에서 공급된 공정가스를 배기하기 위한 배기라인(420, 440)을 더 구비할 수 있다. 상기 배기라인(420, 440)은 펌핑부(미도시)와 연결되어 펌핑부의 펌핑에 의해 챔버(110) 내부의 잔류가스를 배기하게 된다.

전술한 바와 같이, 가스공급부(200)는 공정가스, 즉, 원료가스 및/또는 반응가스를 공급하기 위한 공급채널(210, 230)을 구비하게 된다. 공급채널(210, 230)은 가스공급부(200)에 적어도 하나 구비되며, 바람직하게 복수개 구비될 수 있다. 또한, 가스공급부(200)는 상기 공급채널(210, 230)에 인접하게 구비되어 잔류가스를 배기하는 배기채널(220, 250)을 더 구비할 수 있다.

본 실시 예에 따른 가스공급부(200)는 중앙에 원료가스를 공급하는 제1 공급채널(210)을 구비하고, 상기 제1 공급채널(210)을 중심으로 대칭적으로 구성될 수 있다. 이러한 구성은 기판(W)과 가스공급부(200)의 상대적인 이동이 소정거리를 왕복하는 왕복운동인 경우에 유리하다.

예를 들어, 기판(W)이 소정 길이의 직선경로를 구비한 이동경로를 따라 왕복운동하는 경우에 가스공급부(200)를 하나 구비하는 경우에도 상기 가스공급부(200)의 하부를 따라 이동하는 기판(W)에 충분한 증착이 이루어질 수 있다. 또한, 기판(W)이 일 방향 및 상기 일 방향에 반대되는 반대방향으로 왕복 운동하는 경우에 어느 방향으로 이동하는 중에도 증착이 이루어지도록 가스공급부(200)는 중앙부의 제1 공급채널(210)을 중심으로 대칭적으로 구성되는 것이 유리하다.

상기 제1 공급채널(210)은 전술한 제1 공급라인(410)에서 원료가스를 공급받아 하부의 기판(W)을 향해 공급하게 된다. 한편, 가스공급부(200)는 상기 제1 공급채널(210)의 양측으로 잔류가스를 배기하는 한 쌍의 제1 배기채널(220)을 구비할 수 있다.

상기 제1 공급채널(210)에서 공급된 원료가스가 후술하는 반응가스와 혼합되는 것을 방지하기 위하여 제1 공급채널(210)의 양측에 한 쌍의 제1 배기채널(220)을 구비하게 된다.

그리고, 상기 제1 배기채널(220)에 인접해서 반응가스를 공급하는 제2 공급채널(230)을 구비할 수 있다. 상기 제2 공급채널(230)은 전술한 제2 공급라인(430)에서 반응가스를 공급받아 하부의 기판(W)을 향해서 공급하게 된다.

또한, 상기 가스공급부(200)는 상기 제2 공급채널(230)에 이웃해서 활성화채널(240)을 구비할 수 있다. 활성화채널(240)은 상부가 막히고 하부에 개구부(242)를 구비하여 기판(W)을 향해 열린 형상을 가지게 된다. 활성화채널(240)은 전술한 바와 같이 반응가스를 활성화시키는 가스활성화유닛(300)을 구비하며, 이웃한 제2 공급채널(230)에서 공급되는 반응가스가 하부의 개구부(242)를 통하여 활성화채널(240)로 유입되어 활성화된 반응가스를 제공하게 된다. 이러한 활성화채널(240)의 구성 및 동작에 대해서는 이미 상술하였으므로 반복적인 설명은 생략한다.

따라서, 상기 가스공급부(200)는 상기 제1 공급채널(210)을 중심으로 잔류가스를 배기하는 제1 배기채널(220), 반응가스를 공급하는 제2 공급채널(230)이 대칭적으로 구비되고, 상기 제2 공급채널(230)에 이웃하여 상기 활성화채널(240)을 구비하게 된다.

한편, 상기 가스공급부(200)는 상기 활성화채널(240)의 외주에 잔류가스를 배기하는 제2 배기채널(250)을 더 구비할 수 있다. 제2 공급채널(230)에서 공급되는 반응가스는 활성화채널(240)의 하부를 통해 활성화채널(240)로 유입되거나, 또는 활성화채널(240)을 지나쳐 가스공급부(200)의 가장자리로 공급될 수 있다.

상기 가스공급부(200)에서 반응가스가 외부로 유출되면 기판(W)과 가스공급부(200)가 상대이동에 의해 증착을 수행하는 경우에 후속하는 증착공정의 효율을 떨어뜨릴 수 있다. 따라서, 가스공급부(200)의 가장자리, 즉, 활성화채널(240)의 바깥쪽에 제2 배기채널(250)을 더 구비하여 잔류가스, 즉 공급된 반응가스를 배기하게 된다.

결국, 가스공급부(200)는 중앙부에 위치하여 원료가스를 공급하는 제1 공급채널(210)을 중심으로 대칭적으로 구비되며, 차례대로 제1 배기채널(220), 반응가스를 공급하는 제2 공급채널(230), 가스활성화유닛(300)을 구비하여 반응가스를 활성화시키는 활성화유닛(240) 및 제2 배기채널(250)을 구비하게 된다.

상기 제1 공급채널(210)에서 공급된 원료가스는 기판(W) 상부에 단일 분자층을 형성하고 제1 배기채널(220)을 통하여 배기된다. 이어서, 제2 공급채널(230)을 통해 기판(W)을 향해 공급된 반응가스는 기판(W) 상부를 따라 이동하여 이웃한 활성화채널(240)의 개구부(242)를 통하여 활성화채널(240)로 유입된다.

상기 활성화채널(240)로 유입된 반응가스는 가스활성화유닛(300)에 의해 활성화되며, 순차적인 반응에 의해 활성화채널(240) 하부의 반응가스도 활성화되어 결국 기판(W)의 원료가스와 반응하여 단일 원자층의 박막을 형성시키게 된다. 상기 활성화채널(240)을 지나친 잔류가스는 제2 배기채널(250)에 의해 배기된다.

한편, 본 실시 예에 따른 가스공급부(200)는 아르곤(Ar) 등의 불활성가스로 구성된 퍼지가스를 공급하지 않는다는 점에 특징이 있다. 가스공급부(200)는 원료가스 또는 반응가스를 공급하는 각종 공급채널(210, 230)의 사이와, 가스공급부(200)의 가장자리에 잔류가스를 배기하는 배기채널(220, 250)을 구비하게 된다. 따라서, 상기 배기채널(220, 250)에 의해 잔류가스를 배기하고 반응가스와 원료가스의 혼합을 방지하게 되어 별도의 퍼지가스 공급이 필요 없게 된다.

상기와 같은 구성을 가지는 박막증착장치(1000)의 제어방법에 대해서 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 박막증착장치(1000)는 가스공급부(200)에 의해 기판(W) 상으로 원료가스를 공급하여 상기 기판(W) 상에 상기 원료가스가 흡착된다. 이 경우, 상기 원료가스는 가스공급부(200)의 제1 공급채널(210)을 통해 기판(W) 상으로 공급된다. 기판(W) 상으로 공급된 원료가스는 상기 기판(W)에 흡착된다. 상기 기판(W)에 흡착되지 않은 원료가스는 가스공급부(200)의 제1 배기채널(220)에 의해 외부로 배기된다.

한편, 상기 가스공급부(200)에서 상기 기판(W) 상으로 반응가스를 공급한다. 이 경우, 반응가스는 가스공급부(200)의 제2 공급채널(230)에서 기판(W) 상으로 공급된다. 전술한 바와 같이 반응가스는 기판(W)으로 공급되어 기판(W)과 가스공급부(200) 사이를 따라 유동하며, 일부는 활성화채널(240)로 유입된다.

여기서, 상기 기판(W) 상으로 분사되어 상기 기판(W) 및 가스공급부(200) 사이에서 유동하는 반응가스를 활성화시키게 된다. 상기 활성화단계는 상기 가스공급부(200)에 구비된 가스활성화유닛(300)에 의해 반응가스를 1차적으로 활성화시키는 제1 활성화 단계와 상기 제1 활성화 단계에서 활성화된 반응가스가 상기 기판(W) 및 상기 가스공급부(200) 사이에서 유동하는 반응가스를 2차적으로 활성화시키는 제2 활성화 단계를 포함한다.

즉, 제1 활성화단계에서는 활성화채널(240)로 유입된 반응가스를 가스활성화유닛(300)에 의해 직접 활성화시키게 된다. 이어서, 상기 제2 활성화단계에서는 상기 제1 활성화단계에서 활성화된 반응가스가 상기 기판(W) 및 상기 가스공급부(200) 사이에서 유동하는 반응가스를 간접적으로 활성화시키게 된다.

이어서, 상기 활성화된 반응가스가 상기 기판(W)에 흡착된 원료가스와 화학반응하여 단일 원자층의 박막을 증착하게 된다. 상기 박막이 증착된 후에 잔류하는 가스는 제2 배기채널(250)에 의해 배기된다. 한편, 상기 각 단계에서 상기 기판(W) 및 가스공급부(200) 중에 적어도 하나는 다른 하나에 대해 상대 이동하게 된다.

한편, 원자층증착법은 기판 상에 트리메틸알루미늄(TMA ; TriMethyl Aluminium, 이하 TMA라 함)같은 원료가스를 분사하여 기판에 단일 분자층을 흡착시키고, 상기 원료와 반응하는 오존(O₃) 같은 반응물을 포함하는 반응가스를 분사하여 기판에 단일 원자층(Al-O)을 형성하게 된다.

따라서, 원자층증착법에서는 공급되는 공정가스의 양을 조절하는 것이 중요하며, 특히 원료가스인 상기 TMA의 공급량을 조절하는 것이 중요하다. 즉, 원자층증착법은 1회 증착공정에 의해 단일 원자층을 형성하게 되며, 이러한 증착공정을 반복하여 원하는 두께의 박막을 형성하게 된다.

만약, 한번의 증착공정에 의해 단일 원자층 대신에 복수의 원자층이 형성된다면 박막의 품질을 보장할 수 없고, 나아가 증착공정의 횟수에 따른 박막의 두께를 조절하는 것이 곤란해진다. 이와 같이 단일 원자층을 형성하기 위해서는 원료가스인 TMA를 공급하는 경우에 상기 TMA의 공급양이 증착공정 중에 필요한 공급유량 이상으로 공급되지 않도록 하는 것이 중요하다.

상기 TMA의 양이 상기 공급유량 이상으로 공급되면 기판 상에 복수의 분자층이 형성될 수 있으며, 이는 단일 원자층이 아니라 복수 원자층의 박막을 형성하기 때문이다. 상기 TMA를 상기 공급유량 이하로 공급하기 위해서는 상기 원료가스인 TMA를 공급하는 원료가스 공급원 또는 제1 공급라인을 조절하여 가능하다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막증착장치의 날개부가 기판지지부 하부로 이동하기 전 상태를 도시한 구성도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막증착장치의 날개부가 기판지지부 하부로 이동한 상태를 도시한 구성도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막증착장치(1000)의 상기 기판지지부(150)는 상기 기판(W)의 인입 또는 인출 시 적어도 일부의 형태가 변형되는 구조를 가질 수 있다.

즉, 기판(W)이 상기 챔버(100) 내부로 인입되거나 상기 챔버(100) 외부로 인출되는 경우에, 상기 기판지지부(150)가 상기 챔버(100)의 개구부(134) 쪽으로 이동하게 된다. 이때, 상기 기판지지부(150)에 형성된 상기 기판(W)이 안착되는 부위와 상기 개구부(134)와의 거리를 근접되게 형성하기 위해, 상기 기판지지부(150)의 날개부(154)의 길이를 감소시키도록 상기 날개부(154)를 회전시키거나 슬라이딩시키는 방법 등으로 동작시킬 수 있다. 이와 같이, 상기 기판(W)의 인입 또는 인출 시, 상기 날개부(154)의 길이가 감소됨으로써, 상기 날개부(154)가 동작하지 않는 고정된 상태를 유지하는 경우에 비해, 상기 기판지지지부의 기판 안착부위와 개구부(134)와의 거리가 더욱 근접되므로 상기 개구부(134)를 통해 상기 기판(W)을 상기 안착부위에 또는 상기 안착부위로부터 더욱 용이하게 안착 또는 탈착시킬 수 있다.

구체적으로, 상기 날개부(154)가 동작하지 않는 고정된 상기 지판지지부(150)의 경우, 상기 기판지지부(150)로 또는 상기 기판지지부(150)로부터 상기 기판(W)을 이동시키는 로봇 암(미도시)의 길이(크기)가 커져야 하므로 상기 기판(W)의 무게에 따른 자중으로 상기 로봇 암이 처지는 등의 문제가 발생할 수 있다.

이와 같이 상기 로봇 암의 처지는 등의 문제로 인하여, 상기 개구부(134)를 통해 상기 기판(W)을 상기 기판지지부(150)의 안착부위에 정확하게 안착시킬 수 없는 문제가 발생할 수 있고, 상기 안착부위로부터 원하는 장소로 안정되게 이동시킬 수 없는 문제가 발생할 수 있다.

이와 같은 상기 기판(W)의 이송에 따른 문제는 상기 개구부(134)를 향한 상기 날개부(154)의 길이를 감소시켜 상기 개구부(134)와 상기 안착부위와의 거리를 최소화시킴으로써, 상기 기판지지부(150)의 안착부위로 이동하는 상기 로봇 암의 길이(크기)가 감소하게 되어 상기 로봇 암의 길이(크기)가 커짐으로써 발생할 수 있는 처짐 등의 문제를 방지할 수 있다. 이와 같이, 이송에 따른 로봇 암의 문제를 방지함으로써 상기 기판지지부(150)의 안착부위로 또는 안착부위로부터 상기 기판(W)을 안정적으로 이송시킬 수 있다.

전술한 실시 예에서 상기 기판지지부(150)나 상기 가스공급부(200) 중에 적어도 하나가 다른 하나에 대해 평행한 방향으로 소정거리 상대 이동하도록 구성될 수 있는 것으로 기술하였다. 즉, 전술한 실시 예에서는 상기 가스공급부(200) 및 기판지지부(150)가 모두 상대 이동하도록 구성되거나, 또는 상기 가스공급부(200) 및 기판지지부(150) 중에 어느 하나가 다른 하나에 대해 상대 이동하도록 구성되었다.

한편, 전술한 바와 같이, 기판 왕복 방식 즉, 스캔 타입의 박막증착장치에서는 기판(W)이 안착되는 영역 좌우로 가스공급부(200)의 너비에 대응하는 마진(margin) 영역을 필요로 하며, 이는 기판(W)의 균일한 증착을 위해서는 가스공급부(200)가 기판의 상부를 완전히 지나서 위치한 후에 다시 기판(W) 또는 가스공급부(200)가 움직이면서 증착을 수행하여야 하기 때문이다.

본 실시 예에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 상기 기판지지부(150)가 이동하여 기판(W)을 이송하도록 구성되며, 이때, 상기 기판지지부(150)는 상기 기판(W)의 인입 또는 인출 시 적어도 일부의 형태가 변형되어 상기 개구부(134)를 향한 상기 기판지지부(150)의 크기가 가변되는 구조를 가질 수 있다.

구체적으로, 상기 기판지지부(150)는, 상기 기판(W)이 안착되는 본체부(152)와, 상기 본체부(152) 적어도 일측에 결합되며, 상기 기판(W)의 인입 또는 인출 시 상기 본체부(152) 하부로 이동하는 날개부(154)를 포함하여 이루어질 수 있다.

즉, 상기 날개부(154)는 기판지지부(150)가 이동하여 상기 기판(W)을 로딩포지션(loading position) 또는 언로딩(unloading position)으로 이동시킬 때, 기판지지부(150)의 밑으로 들어가 상기 본체부(152)와 중첩되도록 위치하게 되는 구조로서, 상기 날개부(154)가 있던 길이만큼 상기 기판지지부(150)가 개구부(134) 쪽으로 더 근접할 수 있게 된다.

따라서, 기판(W)을 로딩하는 로봇암(미도시)이 날개부(154)를 지나서 기판(W)을 안착시킬 필요가 없으므로, 로봇암의 길이를 기존보다 짧게 구성하는 것이 가능하고 챔버(110)의 크기도 그만큼 줄일 수 있다.

그리고 이로 인해 장비의 설치 공간이 감소하고 장치 제조비용도 절감되며, 챔버(110) 내부 공간이 줄기 때문에 공정가스나 분위기를 맞추기 위해 공급되는 가스의 양을 줄일 수 있으므로 기판 증착에 소요되는 단가도 절감할 수 있는 장점이 있다.

상기 날개부(154)는 상기 본체부(152)를 중심으로 양측에 동일한 형태와 구조를 갖도록 두 개가 설치될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(W)을 인입 또는 인출하기 위하여 개구부(134)가 챔버(110) 양측에 형성될 수 있는데, 상기 기판지지부(150)가 일측의 개구부(134)로 이동하여 기판(W)을 인입시키고, 증착공정이 수행된 후에는 타측의 개구부(134)로 이동하여 기판(W)을 인출시키도록 구성될 수 있다.

이 경우, 양측 날개부(154) 모두 상기 본체부(152) 하부로 이동 가능하게 구비되며, 기판(W)을 인입시킬 때는 인입되는 개구부(134) 쪽의 날개부(154)가 본체부(152) 하부로 이동하고, 기판(W)을 인출시킬 때는 인출되는 개구부(134) 쪽의 날개부(154)가 본체부(152) 하부로 이동함으로써 기판(W)을 개구부(134) 쪽으로 근접시키게 된다.

물론, 상기 개구부(134)가 챔버(110) 일측에 하나만 형성되고, 기판(W)의 인입 또는 인출을 하나의 개구부(134)를 통해 수행하도록 구성하는 것도 가능하다. 이 경우 상기 날개부(154)는 하나의 개구부(134)가 형성된 쪽으로만 본체부(152) 하부로 이동하도록 구성될 수 있으며, 기판(W)의 인입 또는 인출 시 본체부(152) 하부로 이동하여 기판(W)을 개구부(134) 측으로 근접시키게 된다.

한편, 상기 날개부(154)가 상기 기판지지부(150)의 본체부(152) 하부로 이동할 수 있도록 상기 본체부(152)는 가이드부(156)를 구비할 수 있고, 상기 날개부(154)는 상기 가이드부(156)를 따라 상기 본체부(152) 하부로 이동하도록 구성될 수 있다.

상기 가이드부(156)는 상기 기판지지부(150)의 양 내측벽에 서로 대칭되도록 형성될 수 있다. 상기 가이드부(156)는 홈 형태로 이루어지며, 상기 날개부(154)가 하부로 부드럽게 이동할 수 있도록 하부로 내려가는 구간은 곡선궤도로 이루어질 수 있다. 그리고, 하부 이동 이후에 날개부(154)가 본체부(152) 하부에서 중첩되도록 직선이동구간을 갖는다.

상기 날개부(154) 일단에는 상기 가이드부(156)를 따라 날개부(154)가 안내될 수 있도록 가이드부(156) 상에서 이동가능하게 결합하는 가이드부결합부(158)를 구비할 수 있다.

상기 가이드부결합부(158)는 상기 가이드부(156) 상에 끼워져 이동할 수 있도록 상기 가이드부(156)의 너비와 깊이에 대응되는 소정 형상으로 이루어질 수 있다. 예를 들어 상기 가이드부결합부(158)는 휠 형상 또는 소정 형태의 돌출된 부재로 이루어질 수 있으며, 상기 가이드부(156)와 맞닿는 면에 윤활처리가 이루어져 가이드부(156) 상에서 매끄럽게 습동하도록 구성될 수 있다.

이러한 가이드부(156) 및 가이드부결합부(158)의 구성은 양측 날개부(154)에 동일하게 적용될 수 있다.

그리고, 상기 기판지지부(150)가 상기 기판(W)의 인입 또는 인출을 위해 이동할 때, 상기 날개부(154) 일단이 맞닿아 상기 날개부(154)를 상기 본체부(152) 하부로 밀어내리는 스톱퍼(160)가 구비될 수 있다.

상기 스톱퍼(160)는 기판(W)이 인입 또는 인출되는 양측 개구부(134) 근처의 챔버(110) 내벽에 고정 설치될 수 있다. 도 3과 도 4에 도시된 것처럼, 상기 기판지지부(150)의 날개부(154)가 상기 개구부(134)로 이동하면서 상기 스톱퍼(160)에 닿게 되면 그 반발력에 의해 상기 가이드부(156)를 따라 본체부(152) 하부로 이동하게 된다.

한편, 기판(W)의 인입 또는 인출 후에 상기 기판지지부(150)가 챔버(110) 센터쪽으로 이동하면 상기 날개부(154)가 상기 가이드부(156)를 타고 올라가 원위치로 돌아오게 된다.

이때, 상기 날개부(154)가 원위치로 돌아올 수 있는 동력을 제공하는 모터 등의 구동부(미도시)가 따로 더 구비되거나, 상기 날개부(154)가 원위치로 되돌아올 수 있는 복원력을 제공하는 스프링장치 등이 설치될 수 있다.

이외에도 상기 날개부(154)가 상기 기판지지부(150)의 본체부(152) 하부로 이동할 수 있도록 다양한 형태의 이동부재나 구동부가 적용될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막증착장치의 날개부가 회동하는 구조를 도시한 구성도이다.

도 6을 참조하면, 상기 날개부(154)는 상기 본체부(152) 일측에 힌지결합되며, 상기 기판(W)의 인입 또는 인출 시 하부로 회동하도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 날개부(154)는 힌지결합부(159)에 의해 상기 본체부(152)와 회동 가능하게 결합된다.

이전 실시 예처럼 회동 가능하게 구비되는 상기 날개부(154)의 구성은 본체부(152)를 중심으로 양측이 동일하게 적용될 수 있다.

상기 날개부(154)는 증착공정을 수행할 때는 본체부(152)와 수평을 유지한 상태로 고정되어 있으며, 기판(W)을 인입 또는 인출하기 위하여 로딩포지션 또는 언로딩포지션으로 이동하는 경우에만 하부로 회전하도록 이루어질 수 있다.

구체적으로, 기판(W)을 인입시킬 때는 인입되는 개구부(134) 쪽의 날개부(154)가 회동하고, 기판(W)을 인출시킬 때는 인출되는 개구부(134) 쪽의 날개부(154)가 회동하도록 구성되어 기판(W)을 개구부(134) 쪽으로 근접시키게 된다.

물론, 상기 개구부(134)가 챔버(110) 일측에 하나만 형성되고, 기판(W)의 인입 또는 인출을 하나의 개구부(134)를 통해 수행하도록 구성하는 것도 가능하다. 이 경우 상기 날개부(154)는 하나의 개구부(134)가 형성된 쪽에서만 회동가능하게 구성될 수 있으며, 기판(W)의 인입 또는 인출 시 하부로 회전하여 기판(W)을 개구부(134) 측으로 근접시키게 된다.

상기 날개부(154)를 회전시키는 동력을 제공하기 위하여 모터 등의 구동부(미도시)가 구비될 수 있으며, 상기 날개부(154)가 회동하는 각도는 내부 구성과 간섭을 일으키지 않는 범위 내에서 이루어지며, 90도를 넘지 않는 범위 내에서 기판(W)이 상기 개구부(134)에 최대한 근접할 수 있는 각도로 최대치를 한정할 수 있다.

상기 날개부(154)의 회동은 상기 기판지지부(150)의 이동과 함께 이루어질 수 있으며, 상기 날개부(154)가 최대로 회전했을 때, 상기 기판(W)이 상기 개구부(134)에 가장 가깝게 근접하게 된다.

기판(W)의 인입 또는 인출이 이루어지고, 상기 기판지지부(150)가 챔버(110) 센터쪽으로 이동하면 상기 날개부(154)는 상부로 회동하여 원위치로 돌아와 상기 본체부(152)와 평행한 상태를 유지하게 된다.

지금까지 설명한 본 발명에 따른 박막증착장치(1000)에 의하면, 박막증착장치의 크기를 줄여 설치 공간을 감소시키고, 로봇암의 길이를 줄여 기판의 인입 인출 시 오작동이나 기판의 손상을 최소화할 수 있다. 또한, 제품 제조 비용을 낮추고 기판 처리 단가를 낮출 수 있다.

상기에서는 본 발명의 일 실시 예를 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.

110 : 챔버 120 : 챔버리드
130 : 챔버몸체 150 : 지판지지부
152 : 본체부 154 : 날개부
156 : 가이드부 158 : 가이드부결합부
159 : 힌지결합부 160 : 스톱퍼
200 : 가스공급부 1000 : 박막증착장치

Claims

내부에 소정의 공간을 구비하고, 적어도 일측에 기판이 인입 또는 인출되는 개구부를 포함하는 챔버;
상기 챔버 내부에 구비되며, 기판이 안착되어 왕복이송되는 기판지지부; 및
상기 기판에 공정가스 및 퍼지가스 중에 적어도 하나를 공급하는 가스공급부;를 포함하며,
상기 기판지지부는 상기 기판의 인입 또는 인출 시 적어도 일부의 형태가 변형되어 상기 개구부를 향하는 상기 기판지지부의 크기가 가변되는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
제1항에 있어서,
상기 기판지지부는,
상기 기판이 안착되는 본체부와,
상기 본체부의 양측 중 적어도 일측에 결합되며, 상기 기판의 인입 또는 인출 시 상기 본체부 하부로 이동하는 날개부를 포함하는 박막증착장치.
제2항에 있어서,
상기 본체부는 가이드부를 포함하며, 상기 날개부는 상기 가이드부를 따라 상기 본체부 하부로 이동하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
제2항에 있어서,
상기 기판지지부가 상기 기판의 인입 또는 인출을 위해 이동할 때, 상기 날개부 일단이 맞닿아 상기 날개부를 상기 본체부 하부로 밀어내리는 스톱퍼를 더 포함하는 박막증착장치.
제1항에 있어서,
상기 기판이 안착되는 본체부와,
상기 본체부의 양측 중 적어도 일측에 결합되며, 상기 기판의 인입 또는 인출 시 하부로 회동하는 날개부를 포함하는 박막증착장치.