KR101394916B1

KR101394916B1 - 박막증착장치

Info

Publication number: KR101394916B1
Application number: KR1020130019233A
Authority: KR
Inventors: 신기조; 황상수; 이우진
Original assignee: 주식회사 테스
Priority date: 2013-02-22
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2014-05-14

Abstract

본 발명은 박막증착장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 박막증착장치는 내부에 소정의 공간을 구비하는 챔버, 상기 챔버 내부에 구비되어 기판이 안착되는 기판지지부 및 상기 기판 방향으로 원료가스 또는 반응가스를 공급하는 적어도 하나의 공급채널과, 상기 공급된 원료가스 또는 반응가스 중 상기 기판과 미반응한 잔류가스를 배기하는 적어도 하나의 배기채널을 포함하는 가스공급부를 포함하고, 상기 적어도 하나의 공급채널의 단부는 상기 적어도 하나의 배기채널의 단부와 연통되어 상기 적어도 하나의 공급채널의 단부에서 상기 잔류가스가 배기되고, 상기 기판지지부 및 상기 가스공급부 중 적어도 하나는 다른 하나에 대해 서로 상대 운동하는 것을 특징으로 한다.

Description

박막증착장치 {Thin film deposition apparatus}

본 발명은 박막증착장치에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 원자층증착법에 의해 박막을 증착하는 장치에 있어서 박막의 품질을 향상시킬 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 11은 박막 증착법 중 원자층증착법에 관한 기본 개념을 도시하는 개략도이다. 도 11을 참조하여 원자층증착법의 기본 개념에 대해서 살펴보면, 원자층증착법은 기판 상에 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 기판면에 주입하는 방향 및 방식에 따라 다양한 종류가 존재한다. 그런데, 원자층증착법은 기판 상에 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 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 원료가스를 공급하는 경우에 상기 원료가스의 공급양이 증착공정 중에 필요한 공급유량 이상으로 공급되지 않도록 하는 것이 중요하다. 그런데, 상기 원료가스 중에 증기압에 의해 공급되는 타입의 경우 공급되는 양을 상기 공급유량 이하로 줄이는 것이 곤란할 수 있다.

대한민국 공개번호 제2011-0078668호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 박막의 우수한 품질을 유지할 수 있는 박막증착장치를 제공하는데 목적이 있다. 또한, 본 발명은 TMA와 같이 증기압에 의해 원료가스로 공급하는 경우에 증착공정 중에 필요한 공급유량 이하로 상기 원료가스를 공급할 수 있는 박막증착장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 내부에 소정의 공간을 구비하는 챔버, 상기 챔버 내부에 구비되어 기판이 안착되는 기판지지부 및 상기 기판 방향으로 원료가스 또는 반응가스를 공급하는 적어도 하나의 공급채널과, 상기 공급된 원료가스 또는 반응가스 중 상기 기판과 미반응한 잔류가스를 배기하는 적어도 하나의 배기채널을 포함하는 가스공급부를 포함하고, 상기 적어도 하나의 공급채널의 단부는 상기 적어도 하나의 배기채널의 단부와 연통되어 상기 적어도 하나의 공급채널의 단부에서 상기 잔류가스가 배기되고, 상기 기판지지부 및 상기 가스공급부 중 적어도 하나는 다른 하나에 대해 서로 상대 운동하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 공급채널 중에 적어도 하나는 상기 기판에 수직한 가상선과 소정의 각도를 이루도록 상기 공정가스를 공급할 수 있다. 상기 소정의 각도는 상기 기판에 수직한 가상선과 0 도를 초과하여 180 도 이하의 각도를 이룰 수 있다.

한편, 상기 적어도 하나의 공급채널은 상기 원료가스가 이동하는 이동채널과, 상기 이동채널의 단부에서 분기되어 상기 원료가스를 공급하는 제1 분사채널과 제2 분사채널을 구비하고, 상기 제1 분사채널과 제2 분사채널은 상기 기판에 수직한 가상선과 소정의 각도를 이루면서 상기 원료가스를 공급하도록 상기 이동채널에 대칭적으로 구비될 수 있다. 또한, 상기 가스공급부는 상기 기판에 대한 상기 원료가스의 분사량을 조절하는 분산판을 상기 분사채널의 하부에 더 구비할 수 있다.

나아가, 상기 가스공급부는 상기 원료가스를 공급하는 제1 공급채널을 구비하고, 상기 제1 공급채널을 중심으로 상기 잔류가스를 배기하는 제1 배기채널, 상기 반응가스를 공급하는 제2 공급채널 및 상기 잔류가스를 배기하는 제2 배기채널이 상기 제1 공급채널에 대해 대칭적으로 배치되고, 상기 제1 배기채널은 상기 제1 공급채널 양측에 구비되고, 상기 제1 배기채널의 단부는 상기 제1 공급채널의 단부와 연통되도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 제2 공급채널에 상기 반응가스를 활성화시키는 가스활성화유닛을 더 구비할 수 있다. 또는 상기 제2 공급채널에 인접하여 가스활성화유닛을 구비하는 활성화채널을 더 구비하고, 상기 제2 공급채널에서 상기 기판으로 공급된 반응가스가 상기 활성화채널로 공급되어 상기 가스활성화유닛에 의해 활성화될 수 있다.

한편, 상기 가스공급부는 상기 제2 공급채널에서 공급되는 반응가스가 상기 활성화채널을 향하도록 가이드하는 반응가스가이드부재를 더 구비할 수 있다. 나아가, 상기 공급채널의 단부에 연장 형성되며 소정의 각도로 기울어지도록 구비된 원료가스가이드부재를 더 구비할 수 있다.

한편, 본 박막증착장치에서 상기 가스공급부는 상기 원료가스를 공급하는 제1 공급채널을 구비하고, 상기 제1 공급채널의 일측에 배치되어 상기 잔류가스를 배기하는 제1 배기채널과, 상기 반응가스를 공급하는 하나 이상의 제2 공급채널과, 상기 제2 공급채널의 일측에 배치되어 상기 잔류가스를 배기하는 제2 배기채널을 구비하며, 상기 제1 배기채널의 단부는 상기 제1 공급채널의 단부와 연통되고, 상기 제2 배기채널은 제1 공급채널에 대해 대칭적으로 배치되고, 상기 제1 공급채널 및 적어도 하나의 제2 공급채널은 서로 접하여 구비될 수 있다.

여기서, 상기 가스공급부는 상기 제2 공급채널에 인접하여 가스활성화유닛을 구비하는 활성화채널을 더 구비하고, 상기 제2 공급채널에서 상기 기판으로 공급된 반응가스가 상기 활성화채널로 공급되어 상기 가스활성화유닛에 의해 활성화될 수 있다.

한편, 상기와 같은 본 발명의 목적은 기판에 대해 원료가스 및 반응가스를 공급하는 가스공급부를 구비하는 박막증착장치의 제어방법에 있어서, 상기 가스공급부에 의해 상기 기판과 소정각도를 이루도록 상기 원료가스를 상기 기판 방향으로 분사시키는 단계, 상기 분사된 원료가스가 상기 기판에 도달하기 전에, 상기 분사된 원료가스 중 일부를 배기시키는 단계, 상기 배기단계에서 배기되지 않은 원료가스가 상기 기판 상에 공급되어 상기 기판에 흡착되는 단계, 상기 가스공급부에서 상기 기판 상으로 분사된 상기 반응가스를 활성화시키는 단계, 상기 활성화된 반응가스가 상기 기판에 흡착된 원료가스와 반응하여 박막을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치의 제어방법에 의해 달성된다.

여기서, 상기 원료가스를 공급하는 경우에 상기 기판에 수직한 가상선과 0 도를 초과하여 180 도 이하의 각도를 이루도록 상기 원료가스를 공급할 수 있다.

또한, 상기 반응가스 활성화단계는 상기 가스공급부에서 상기 기판 상으로 분사된 상기 반응가스를 상기 가스공급부에 구비된 가스활성화유닛에 의해 1차적으로 활성화시키는 제1 활성화 단계 및 상기 제1 활성화 단계에서 활성화된 반응가스가 상기 기판 및 상기 가스공급부 사이에서 유동하는 반응가스를 2차적으로 활성화시키는 제2 활성화 단계를 포함할 수 있다.

전술한 구성을 가지는 본 발명에 따르면 기판 또는 가스공급부가 직선경로를 따라 이동하는 중에 공정가스를 비롯한 각종 가스를 공급함으로써 기판 표면에 증착이 균일하게 이루어지도록 하여 우수한 품질의 박막을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 가스공급부는 가스활성화유닛 중에 플라즈마 발생부를 구비하여 라디칼을 제공함으로써 박막의 품질을 향상시키며 증착 시간을 단축할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 가스공급부는 라디칼을 발생시키는 반응가스에 의해 잔류가스를 퍼지시킴으로써 별도의 퍼지가스를 공급하지 않으므로 증착공정에 사용되는 전체 가스량을 크게 줄일 수 있고 장비구성을 더욱 간단하게 구성할 수 있으므로 장비의 생산단가를 크게 감소시킬 수 있다.

나아가, 본 발명에 따른 박막증착장치는 증착공정 중에 필요한 공급유량 이하로 상기 원료가스를 공급할 수 있도록 하여 1회 증착공정으로 단일 원자층의 박막을 정확하게 형성하는 것이 가능하도록 한다. 따라서, 한번의 증착공정에 의해 단일 원자층의 박막을 형성하여 박막의 품질을 높이고, 증착공정의 횟수에 따른 박막의 두께를 조절하는 것이 매우 용이해진다.

도 1은 일 실시예에 따른 박막증착장치를 도시한 측단면도,
도 2는 일 실시예에 따른 가스공급부의 구성을 도시한 측단면도,
도 3은 다른 실시예에 따른 가스공급부의 구성을 도시한 측단면도,
도 4는 또 다른 실시예에 따른 가스공급부의 구성을 도시한 측단면도,
도 5는 도 2에서 반응가스의 활성화 단계를 도시한 개략도,
도 6 내지 9는 또 다른 실시예에 따른 가스공급부의 구성을 도시한 측단면도,
도 10은 본 발명에 따른 박막증착장치의 기본 증착개념을 도시한 개략도,
도 11은 종래 ALD 장치의 기본 개념을 도시하는 개략도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 박막증착장치에 대해서 상세하게 살펴보도록 한다.

도 1은 일 실시예에 따른 박막증착장치(1000)의 내부 구성을 도시하기 위한 측단면도이다.

도 1을 참조하면, 박막증착장치(1000)는 내부에 소정의 공간을 구비하여 기판이 내부에 수용되어 증착 작업이 수행되는 챔버(110)와 기판을 인입 및 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.

박막증착장치(1000)는 내부에 소정의 공간을 구비하는 챔버(110)와, 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. 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. 나아가, 기판(W)을 챔버(110) 내부로 인입시키거나, 또는 챔버(110) 내부에서 인출시키는 기판인입인출수단을 포함할 수 있다.

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.

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 일측에는 기판(W)이 챔버(110)의 내부로 인입 및 인출되는 개구부(134)를 구비한다.

본 실시예에서 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, 챔버(110)의 챔버리드(120)에는 공정가스를 공급하는 가스공급부(200)를 구비하는 바, 이에 대해서는 이후에 상세히 살펴본다.

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 실시예에서는 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 가스공급부(200)가 직선경로를 따라 상대 이동하게 되면, 가스공급부(200)에 대해 기판의 표면 영역이 모두 동일한 상대속도로 이동하게 되므로 증착 작업을 수행하는 중에 증착 두께가 달라질 우려가 없게 된다.

한편 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. 나아가, 가스공급부(200)는 상기 기판(W)과 소정각도를 이루도록 공정가스를 공급하며 잔류가스를 배기하게 된다.

본 실시예에서 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, 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 실시예에서 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 실시예에서 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 실시예에 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. 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.

도 5는 본 실시예에 따른 가스공급부(200)에서 공정가스 또는 반응가스가 활성화되는 반응과정을 설명의 편의를 위해 개략적으로 도시한 개략도이다.

도 5를 참조하면, 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 하게 된다.

이 경우, 이웃한 공급채널(230)에서 공급된 반응가스, 예를 들어 O₂ 가스는 기판(W)의 상부를 따라 유동하는 중에 활성화채널(240)의 하부에 형성된 개구부(242)를 통하여 활성화채널(240)의 내부로 유입된다. 활성화채널(240)의 내부로 유입된 O₂ 가스는 가스활성화유닛(300)에 의해 활성화되어 활성화원자 또는 라디칼 상태로 전환된다. 이와 같이 활성화원자 또는 라디칼 상태로 전환된 O₂ 가스는 이웃한 O₂ 가스에도 영향을 미치어 이웃한 O₂ 가스도 활성화원자 또는 라디칼 상태로 전환시키게 된다. 따라서, 가스활성화유닛(300)에 인접한 영역(A)에서는 가스활성화유닛(300)에 의해 직접 활성화된 O₂ 가스가 존재하게 되며, 가스활성화유닛(300)에서 다소 이격된 영역(B), 예를 들어 활성화채널(240)의 하부 영역, 또는 활성화채널(240)과 기판(W) 사이의 영역에는 라디칼화된 가스에 의해 간접적으로 활성화된 O₂ 가스가 존재하게 된다. 결국, 가스활성화유닛(300)에 인접한 영역(A)에서는 '다이렉트 플라즈마 (direct plasma)' 형태로 가스가 활성화되며, 가스활성화유닛(300)에서 다소 이격된 영역(B)에서는 '리모트 플라즈마 (remote plasma)' 형태로 가스가 활성화된다. 따라서, 기판(W)을 향해서는 '다이렉트 플라즈마'가 아니라 '리모트 플라즈마' 형태의 반응가스가 공급된다. 이와 같이 '리모트 플라즈마' 형태의 반응가스가 공급되는 경우에 기판(W)의 손상을 방지하는 것이 가능해진다. 한편, 본 실시예와 같은 구성에서는 활성화채널(240)로 직접 공정가스 또는 반응가스가 공급되지 않으므로 가스활성화유닛(300) 등에 증착되는 막을 최대한 줄일 수 있다. 결국, 본 실시예에서는 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 상기 공급된 원료가스 또는 반응가스 중 상기 기판과 미반응한 잔류가스를 배기하는 적어도 하나의 배기채널(220, 250)을 더 구비할 수 있다.

본 실시예에 따른 가스공급부(200)는 원료가스를 공급하는 제1 공급채널(210)을 구비하고, 상기 제1 공급채널(210)을 중심으로 대칭적으로 구성될 수 있다. 즉, 상기 제1 공급채널(210)을 중심으로 후술하는 바와 같이, 잔류가스를 배기하는 제1 배기채널(220), 반응가스를 공급하는 제2 공급채널(230) 및 잔류가스를 배기하는 제2 배기채널(250)이 상기 제1 공급채널(210)에 대해 대칭적으로 배치된다. 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 일방향 및 상기 일방향에 반대되는 반대방향으로 왕복운동하는 경우에 어느 방향으로 이동하는 중에도 증착이 이루어지도록 가스공급부(200)는 중앙부의 제1 공급채널(210)을 중심으로 대칭적으로 구성되는 것이 유리하다.

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. 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. 나아가, 후술하는 바와 같이, 상기 제1 배기채널(220)의 단부는 상기 제1 공급채널(210)의 단부와 연통되도록 구성된다. 이러한 구성에 대해서는 이후에 상세히 설명한다.

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, 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. 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 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. 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. 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. 활성화채널(240)을 지나친 잔류가스는 제2 배기채널(250)에 의해 배기된다.

한편, 본 실시예에 따른 가스공급부(200)는 아르곤(Ar) 등의 불활성가스로 구성된 퍼지가스를 공급하지 않는다는 점에 특징이 있다. 도 10은 본 발명에 따른 박막증착장치의 기본 증착개념을 도시한 개략도이다. 도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 박막증착장치는 기판 상에 원료를 포함하는 원료가스를 분사한 후 불활성 퍼지 가스의 공급없이 단순히 배기를 통해 미반응 잔류가스를 배기한다. 이에 의해, 기판상에 단일 분자층을 흡착시키고, 상기 원료와 반응하는 오존(O₃) 같은 반응물을 포함하는 반응가스를 분사한 후 불활성 퍼지 가스의 공급없이 단순히 배기를 통해 미반응 물질/부산물을 배기하여 기판상에 단일 원자층(Al-O)을 형성하게 된다. 따라서, 본 실시예에서는 단순히 배기공정에 의해 잔류가스를 배기하고 반응가스와 원료가스의 혼합을 방지하게 되어 별도의 퍼지가스 공급이 필요 없게 된다.

한편, 원자층증착법은 기판 상에 트리메틸알루미늄(TMA ; TriMethyl Aluminium, 이하 'TMA'라 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 위해서 상기 원료가스인 TMA를 공급하는 원료가스 공급원 또는 제1 공급라인을 조절할 수 있다. 그런데, 상기 TMA는 가압되어 증기압에 의해 공급되므로 공급되는 양을 상기 공급유량 이하로 줄이는 것이 곤란할 수 있다. 따라서, 이하에서는 상기 원료가스인 TMA의 공급량을 조절할 수 있는 구성을 구비한 가스공급부의 구성에 대해서 살펴보기로 한다.

도 2를 다시 참조하면, 상기 가스공급부(200)는 원료가스 또는 반응가스를 공급하는 적어도 하나의 공급채널(210, 230)과 상기 공급된 원료가스 또는 반응가스 중 상기 기판과 미반응한 잔류가스를 배기하는 적어도 하나의 배기채널(220, 250)을 포함하고, 적어도 하나의 공급채널(210)의 단부는 적어도 하나의 배기채널의 단부(220)와 연통되도록 구성되어 상기 적어도 하나의 공급채널(210)의 단부에서 직접 상기 잔류가스가 배기되도록 한다.

이와 같이, 공급채널의 단부가 배기채널과 직접 연통되고, 상기 공급채널의 단부에서 바로 배기가 이루어진다면 공급되는 원료가스 중에 상대적으로 많은 양, 즉 대부분의 원료가스는 배기채널을 통하여 배기되고, 상대적으로 적은 양의 원료가스만이 기판을 향해 공급된다. 따라서, 원료가스의 공급량이 증착공정 중에 필요한 공급유량 이상으로 공급되지 않도록 한다.

또한, 본 실시예에서는 상기 공급채널 중에 적어도 하나는 기판에 수직한 가상선과 소정의 각도를 이루도록 상기 원료가스 또는 반응가스를 공급하게 된다. 종래와 같이 가스공급부(200)에서 공정가스, 예를 들어 원료가스를 공급하는 공급채널이 기판(W)에 대해 수직하게 형성되어 상기 기판(W)에 대해 수직한 방향으로 원료가스를 공급하게 되면, 공급채널에서 분사되는 대부분의 원료가스가 기판(W)으로 향하게 된다. 따라서, 이러한 구조에서는 원료가스의 공급량이 증착공정 중에 필요한 공급유량 이상으로 공급될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 가스공급부(200)에 의해 공정가스를 공급하는 경우에 상기 기판(W)과 소정각도를 이루도록 공정가스를 공급하게 된다. 여기서, '소정 각도'라 함은 기판(W)에 수직한 임의의 선과 이루는 각도로 정의될 수 있다. 예를 들어, 상기 공정가스는 상기 기판(W)과 수직한 임의의 선과 0 도를 초과하고 180 도 이하의 각도를 이루도록 공급될 수 있다.

도 2에서는 제1 공급채널(210)에서 공급되는 원료가스가 기판(W)에 수직한 임의의 선과 소정 각도를 이루면서 공급될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 공급채널(210)은 상기 기판(W)과 수직한 임의의 선과 0 도를 초과하고 180 도 이하의 각도를 이루도록 상기 공정가스를 공급할 수 있다. 이를 위하여, 상기 제1 공급채널(210)은 상기 원료가스가 이동하는 이동채널(212)과, 상기 이동채널(212)의 단부에서 분기되어 원료가스를 공급하는 제1 분사채널(214)과 제2 분사채널(216)을 구비할 수 있다. 이 경우, 제1 분사채널(214)과 제2 분사채널(216)은 이동채널(212)에 대해 서로 대칭적으로 구비될 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 제1 분사채널(214)과 상기 기판(W)에 수직한 임의의 선과 이루는 각도를 제1 각도(Θ₁)라 하면, 제2 분사채널(216)도 마찬가지로 상기 기판(W)에 수직한 임의의 선과 제1 각도를 이루도록 배치될 수 있다. 하지만, 이러한 구성은 일예를 들어 설명한 것에 지나지 않으며, 제1 분사채널(214)과 제2 분사채널(216)이 기판(W)에 수직한 임의의 선과 서로 다른 각도, 즉 비대칭적으로 구비되는 것도 물론 가능하다.

한편, 도 2에서 상기 제1 각도(Θ₁)는 0도를 초과하여 90도 이하의 각도를 가질 수 있다. 따라서, 제1 분사채널(214) 및 제2 분사채널(216)에서 공급되는 원료가스는 기판(W)에 대해 수직한 방향이 아니라 소정의 각도(Θ₁)를 이루면서 공급된다. 따라서, 기판(W)에 대해 수직한 방향으로 공급되는 경우에 비해 기판(W) 표면에 흡착되는 원료가스의 양이 줄어들게 된다.

나아가, 본 실실예에서 가스공급부(200)는 상기 제1 공급채널(210)에서 공급된 잔류가스를 배기하는 적어도 하나의 배기채널(220)을 더 구비하게 된다. 이 경우, 상기 배기채널(220)은 상기 제1 공급채널(210)에 인접하여 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 배기채널(220)은 상기 제1 공급채널(210)의 양측에 한 쌍 구비될 수 있다. 따라서, 기판(W)에 수직한 선과 소정각도를 이루도록 제1 분사채널(214) 및 제2 분사채널(216)이 구비되어, 상기 제1 분사채널(214) 및 제2 분사채널(216)에서 공급되어 기판(W)에 흡착되는 원료가스의 양이 종래에 비해 1차적으로 줄어들게 되며, 나아가 제1 공급채널(210)의 양측에 제1 배기채널(220)을 구비하여 공급되는 원료가스를 바로 배기하여 기판(W)에 흡착되는 원료가스의 양을 2차적으로 줄이게 된다. 결국, 본 실시예에서는 기판(W)에 수직한 선과 소정각도를 이루도록 원료가스를 공급하며, 나아가 공급채널에 인접하여, 예를 들어 공급채널의 양측에 배기채널을 구비하여 공급되는 원료가스를 바로 배기하도록 하여 기판(W)에 흡착되는 원료가스의 양을 줄일 수 있다. 이에 의해, TMA와 같이 증기압에 의해 공급되는 원료가스를 사용하는 경우에도 증착공정 중에 필요한 공급유량 이하로 원료가스를 공급하는 것이 가능해진다.

한편, 도 3 및 도 4는 다른 실시예에 따른 가스공급부의 구성을 도시한다. 전술한 실시예와 비교하여 제1 분사채널(214) 및 제2 분사채널(216)이 기판(W)에 수직한 선과 이루는 각도가 다르다는 점에서 차이가 있다. 이하, 차이점을 중심으로 설명한다.

즉, 도 3에서 가스공급부의 제1 분사채널(214) 및 제2 분사채널(216)이 기판(W)에 수직한 선과 이루는 제2 각도(Θ₂)는 90도에 해당하며, 도 4에서 가스공급부의 제1 분사채널(214) 및 제2 분사채널(216)이 기판(W)에 수직한 선과 이루는 제3 각도(Θ₃)는 90도를 초과하여 180도 이하의 각도를 가질 수 있다. 결국, 도 2 내지 도 4를 고려하면, 가스공급부에서 공급되는 공정가스, 즉 원료가스는 기판(W)에 수직한 임의의 선과 0도를 초과하여 180도 이하의 각도를 가지도록 공급된다.

도 2 내지 도 4에 따른 가스공급부를 비교해 보면, 도 2의 가스공급부는 도 4에 비해서 상대적으로 많은 양의 원료가스가 기판(W)에 흡착되도록 할 수 있으며, 반대로 도 4에 따른 가스공급부는 도 2에 비해서 상대적으로 현저히 적은 양의 원료가스가 기판(W)에 흡착되도록 한다. 따라서, 원료가스의 종류, 특성, 기판의 크기, 박막의 두께, 증착공정의 시간 등을 비롯한 여러 인자를 고려하여 도 2 내지 도 4 중에서 적절한 가스공급부를 선택할 수 있게 된다.

한편, 전술한 도 2 내지 도 4에 따른 가스공급부를 살펴보면, 기판(W)에 대한 원료가스의 분사량 또는 공급량을 조절할 수 있는 분산판(500)을 더 구비할 수 있다.

예를 들어, 분산판(500)은 상기 제1 공급채널(210)의 하부, 또는 분사채널(214, 216)의 하부에 구비되며, 제1 공급채널에 수직하게 구비될 수 있다. 이 경우, 공급된 원료가스를 배기하는 제1 배기채널(220)은 제1 공급채널(210)의 양측에 구비되며, 분산판(500)과 제1 배기채널(220)의 내벽 사이에 소정의 크기를 가지는 공급슬릿(505)을 형성하게 된다. 따라서, 제1 공급채널(210)을 통해 공급된 원료가스는 분산판(500)에 의해 그 방향이 꺽이게 되며, 상대적으로 많은 양이 제1 배기채널(220)을 통해 배기되며, 상대적으로 적은 양이 상기 공급슬릿(505)을 통해 하부의 기판(W)을 향해 공급된다. 결국, 제1 공급채널(210)의 하부에 분산판(500)을 구비하여 기판(W)을 향해 공급되는 원료가스의 양을 줄이는 것이 가능해진다.

한편, 원자층증착법에 의한 박막증착장치의 경우, 기판(W)을 향해 공급된 원료가스와 반응가스가 직접적으로 서로 혼합되지 않도록 하는 것이 중요하다. 따라서, 가스공급부(200)는 제2 공급채널(230)에서 공급되는 반응가스가 원료가스와 혼합되지 않도록 하며, 나아가 활성화채널(240)을 향하도록 가이드하는 반응가스가이드부재(700)를 더 구비할 수 있다.

상기 반응가스가이드부재(700)는 반응가스를 공급하는 제2 공급채널(230)의 단부에 구비되며, 제2 공급채널(230)에서 공급된 반응가스의 유로가 활성화채널(240)을 향하도록 가이드하게 된다. 구체적으로, 반응가스가이드부재(700)는 상기 제2 공급채널(230)의 일측 내벽에서 소정길이만큼 활성화채널(240)을 향하여 돌출 형성될 수 있다. 이에 의해, 제2 공급채널(230)에서 공급되는 반응가스는 원료가스와 혼합되지 않고 활성화채널(240)을 향하게 된다.

상기 분산판(500)과 반응가스가이드부재(700)는 도 2 내지 도 4에 구비된 것으로 도시되지만, 상기 분산판(500)과 반응가스가이드부재(700)를 생략한 구성도 물론 가능하다.

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)에 수직한 임의의 선과 소정각도를 이루도록 공급된다. 상기 원료가스는 기판(W)에 수직한 임의의 선과 0도를 초과하여 180도 이하의 각도를 가지도록 공급된다. 상기 기판(W) 상으로 공급된 원료가스 중에 일부는 상기 기판에 도달하기 전에 먼저 제1 배기채널(220)에 의해 배기된다. 나아가, 배기되지 않은 원료가스가 상기 기판으로 도달되어 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(240)에 의해 배기되다. 한편, 상기 각 단계에서 상기 기판(W) 및 가스공급부(200) 중에 적어도 하나는 다른 하나에 대해 상대 이동하게 된다.

도 6 내지 도 8은 또 다른 실시예에 따른 가스공급부(3000)를 도시한 측단면도이다. 전술한 도 2 내지 도 4와 비교하여 활성화채널을 구비하지 않고 반응가스가 공급되는 제2 공급채널(1230)에 가스활성화유닛(300)을 직접 구비한다는 점에서 차이가 있다. 이하, 차이점을 중심으로 설명한다.

도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 가스공급부(3000)는 원료가스를 공급하는 제1 공급채널(210)을 중심으로 대칭적으로 구비되며, 나아가 가스공급부(3000)에서 공급되는 원료가스가 기판에 수직한 임의의 선과 소정각도로 공급된다는 점에서 전술한 도 2와 유사하다. 다만, 도 6에 도시된 바와 같이 가스활성화유닛(300)은 별도의 활성화채널에 구비되는 것이 아니라 반응가스가 공급되는 제2 공급채널(1230)에 직접 구비된다. 이러한 구성에 따르면, 별도의 활성화채널을 구비하지 않고 제2 공급채널(1230)에 직접 가스활성유닛(300)을 구비하여 라디칼 상태의 반응가스를 공급할 수 있게 되어 가스공급부(3000)의 구성을 보다 단순화할 수 있으며, 이에 따라 전체 부피를 줄이어 보다 슬림(slim)한 형태의 구성이 가능해진다.

한편, 도 6에 따른 가스공급부(3000)는 전술한 바와 같이 제1 공급채널(210)에서 공급되는 원료가스가 기판(W)에 수직한 임의의 선과 소정 각도를 가지도록 원료가스를 공급할 수 있다. 예를 들어, 도 6에서 가스공급부의 제1 분사채널(214) 및 제2 분사채널(216)이 기판(W)에 수직한 선과 이루는 제1 각도(Θ₁)는 0도를 초과하여 90도 이하의 각도를 가질 수 있다 나아가, 도 7에서 가스공급부의 제1 분사채널(214) 및 제2 분사채널(216)이 기판(W)에 수직한 선과 이루는 제2 각도(Θ₂)는 90도에 해당하며, 도 8에서 가스공급부의 제1 분사채널(214) 및 제2 분사채널(216)이 기판(W)에 수직한 선과 이루는 제3 각도(Θ₃)는 90도를 초과하여 180도 이하의 각도를 가질 수 있다. 결국, 도 6 내지 도 8을 고려하면, 가스공급부에서 공급되는 공정가스, 즉 원료가스는 기판(W)에 수직한 임의의 선과 0도를 초과하여 180도 이하의 각도를 가지도록 공급된다.

한편, 도 6 내지 도 8에 따른 가스공급부에서도 전술한 분산판(500)을 구비하는 것이 가능하다. 분산판(500)에 대해서는 이미 상술하였으므로 반복적인 설명은 생략한다. 나아가, 도 6 내지 도 8에 따른 가스공급부에서는 가스활성화유닛(300)이 제2 공급채널(1230)의 내부에 직접 구비되므로 전술한 반응가스가이드부재는 필요로 하지 않는다.

도 9는 또 다른 실시예에 따른 가스공급부(2000)를 도시한 측단면도이다. 전술한 실시예들에 따른 가스공급부와 비교해보면 원료가스를 배기하는 제1 배기채널(220)이 한 쌍이 아니라 하나만 구비되며, 나아가 원료가스의 공급방향을 전환시키기 위하여 원료가스가이드부재(600)를 구비한다는 점에서 차이가 있다. 이하, 차이점을 중심으로 설명한다.

도 9를 참조하면, 가스공급부(2000)는 상기 원료가스를 공급하는 제1 공급채널(210)을 구비하고, 제1 공급채널(210)의 일측에 배치되어 잔류가스를 배기하는 제1 배기채널(220)과, 반응가스를 공급하는 하나 이상의 제2 공급채널(230)과, 상기 제2 공급채널(230)의 일측에 배치되어 잔류가스를 배기하는 제2 배기채널(250)을 구비한다. 이 경우, 상기 제1 배기채널(220)의 단부는 전술한 바와 같이 제1 공급채널(210)의 단부와 연통될 수 있다. 또한, 상기 제2 공급채널(220)과 제2 배기채널(250)은 제1 공급채널(210)에 대해 대칭적으로 배치될 수 있다.

구체적으로, 공정가스 중의 하나인 원료가스를 공급하는 제1 공급채널(210)의 일측에 원료가스를 배기하는 제1 배기채널(220)을 구비한다. 즉, 전술한 실시예들과 달리 본 실시예에서는 제1 공급채널(210)의 양측에 한 쌍의 배기채널을 구비하는 것이 아니라, 제1 공급채널(210)의 일측에만 제1 배기채널(220)을 구비한다. 도면에서는 제1 공급채널(210)의 우측에 제1 배기채널(220)이 구비된 것으로 도시되지만, 이에 한정되지 않으며 제1 공급채널(210)의 좌측에도 구비될 수 있음은 물론이다. 한편, 상기 제1 공급채널(210)과 적어도 하나의 제2 공급채널(230)은 서로 접하여 구비될 수 있다. 즉, 제1 배기채널(220)을 하나만 구비하는 경우에 상기 제1 배기채널(220)이 구비되지 않은 쪽을 살펴보면, 제1 공급채널(210)과 제2 공급채널(230)이 서로 접하여 구비된다. 이와 같이 제1 공급채널(210)의 일측에만 배기채널을 구비하게 되면 가스공급부(2000)의 전체 구성을 보다 단순화할 수 있으며, 이에 따라 가스공급부(2000)의 전체 체적을 줄일 수 있는 장점이 있다.

그런데, 상기와 같은 구성에서는 제1 공급채널(210)의 일측, 예를 들어 도면에 도시된 바와 같이 제1 공급채널(210)의 오른쪽에만 제1 배기채널(220)이 구비되므로 기판(W)의 이동방향에 따라 원료가스의 배기가 원활하지 않을 수 있다. 즉, 도 9와 같은 구성에서 가스공급부(2000)가 왼쪽으로 이동하는 경우(기판(W)이 오른쪽으로 이동하는 경우)에는 제1 공급채널(210)에서 공급되는 원료가스가 상대적으로 제1 배기채널(220)로 원활하게 배기된다. 반면에, 가스공급부(2000)가 오른쪽으로 이동하는 경우(기판(W)이 왼쪽으로 이동하는 경우)에는 제1 공급채널(210)에서 공급되는 원료가스가 상대적으로 제1 배기채널(220)로 원활하게 배기되지 않게 된다. 따라서, 본 실시예에서는 제1 공급채널(210)에서 공급되는 원료가스의 유동방향을 전환시켜주는 원료가스가이드부재(600)를 더 구비할 수 있다.

예를 들어, 상기 원료가스가이드부재(600)는 제1 공급채널(210)의 단부에서 제1 배기채널(220)을 향하여 소정각도로 기울어지도록 연장 형성될 수 있다. 도면에서는 원료가스가이드부재(600)가 제1 공급채널(210)의 단부에서 제1 배기채널(220)을 향해 수직한 방향으로 연장 형성된 것으로 도시되지만 이에 한정되지 않으며 상방 또는 하방을 향해 기울어지도록 형성될 수 있다. 따라서, 상기 원료가스가이드부재(600)의 기울어진 각도에 따라 원료가스가 공급되는 방향, 또는 원료가스가 기판(W)을 향해 공급되는 각도를 조절할 수 있다. 결국, 본 실시예에서도 원료가스가이드부재(600)의 기울어진 각도에 따라 원료가스가 기판(w)을 향해 공급되는 경우에 기판(W)에 수직한 임의의 선과 0도를 초과하고 180도 이하의 각도를 이루도록 원료가스를 공급할 수 있다.

상기 제1 공급채널(210)에서 공급되는 원료가스는 상기 원료가스가이드부재(600)에 의해 유동방향이 제1 배기채널(220)을 향하도록 전환되며, 상대적으로 많은 양이 제1 배기채널(220)로 배기되며, 상대적으로 적은 양이 기판(W)을 향해 공급된다. 결국, 원료가스가이드부재(600)에 의해 원료가스의 유동방향을 전환시켜 배기채널에 의한 배기를 보다 원활히 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 나아가 기판을 향해 공급되는 원료가스의 양을 줄이어 보다 정확한 증착공정을 수행할 수 있게 된다.

한편, 상기와 같은 구성에서 가스공급부(2000)는 중앙에 원료가스를 공급하는 제1 공급채널(210)과, 잔류가스를 배기하는 제1 배기채널(220)을 구비하고, 상기 제1 공급채널(210)과 제1 배기채널(220)을 중심으로 대칭적으로 구성될 수 있다. 즉, 반응가스를 공급하는 제2 공급채널(230), 가스활성화유닛(300)을 구비하는 활성화채널(240) 및 제2 배기채널(250)에 대해서는 전술한 실시예와 유사하므로 반복적인 설명은 생략한다. 나아가, 도면에는 도시되지 않았지만 반응가스를 공급하는 제2 공급채널(230)의 내측에 가스활성화유닛(300)을 직접 구비하는 것도 물론 가능하며, 이 경우, 활성화채널은 생략될 수 있을 것이다.

나아가, 도 9에 따른 가스공급부에서도 전술한 반응가스가이드부재(700)를 구비할 수 있다. 상기 반응가스가이드부재(700)에 대해서는 이미 상술하였으므로 반복적인 설명은 생략한다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 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 200...가스공급부
210...제1 공급채널 220...제1 배기채널
230...제2 공급채널 250...제2 배기채널
300...가스활성화유닛 1000...박막증착장치

Claims

내부에 소정의 공간을 구비하는 챔버;
상기 챔버 내부에 구비되어 기판이 안착되는 기판지지부; 및
상기 기판 방향으로 원료가스 또는 반응가스를 공급하는 적어도 하나의 공급채널과, 상기 공급된 원료가스 또는 반응가스 중 상기 기판과 미반응한 잔류가스를 배기하는 적어도 하나의 배기채널을 포함하는 가스공급부;를 포함하고,
상기 적어도 하나의 공급채널의 단부는 상기 적어도 하나의 배기채널의 단부와 연통되어 상기 적어도 하나의 공급채널의 단부에서 상기 잔류가스가 배기되고,
상기 기판지지부 및 상기 가스공급부 중 적어도 하나는 다른 하나에 대해 서로 상대 운동하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
제1항에 있어서,
상기 공급채널 중에 적어도 하나는 상기 기판에 수직한 가상선과 소정의 각도를 이루도록 상기 원료가스 또는 반응가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
제2항에 있어서,
상기 소정의 각도는 상기 기판에 수직한 가상선과 0 도를 초과하여 180 도 이하의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 공급채널은 상기 원료가스가 이동하는 이동채널과, 상기 이동채널의 단부에서 분기되어 상기 원료가스를 공급하는 제1 분사채널과 제2 분사채널을 구비하고,
상기 제1 분사채널과 제2 분사채널은 상기 기판에 수직한 가상선과 소정의 각도를 이루면서 상기 원료가스를 공급하도록 상기 이동채널에 대칭적으로 구비되는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
제4항에 있어서,
상기 가스공급부는 상기 기판에 대한 상기 원료가스의 분사량을 조절하는 분산판을 상기 분사채널의 하부에 더 구비하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
제1항에 있어서,
상기 가스공급부는 상기 원료가스를 공급하는 제1 공급채널을 구비하고,
상기 제1 공급채널을 중심으로 상기 잔류가스를 배기하는 제1 배기채널, 상기 반응가스를 공급하는 제2 공급채널 및 상기 잔류가스를 배기하는 제2 배기채널이 상기 제1 공급채널에 대해 대칭적으로 배치되고,
상기 제1 배기채널은 상기 제1 공급채널 양측에 구비되고, 상기 제1 배기채널의 단부는 상기 제1 공급채널의 단부와 연통되는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
제6항에 있어서,
상기 제2 공급채널에 상기 반응가스를 활성화시키는 가스활성화유닛을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
제6항에 있어서,
상기 가스공급부는
상기 제2 공급채널에 인접하여 가스활성화유닛을 구비하는 활성화채널을 더 구비하고, 상기 제2 공급채널에서 상기 기판으로 공급된 반응가스가 상기 활성화채널로 공급되어 상기 가스활성화유닛에 의해 활성화되는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
제8항에 있어서,
상기 가스공급부는
상기 제2 공급채널에서 공급되는 반응가스가 상기 활성화채널을 향하도록 가이드하는 반응가스가이드부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
제1항에 있어서,
상기 공급채널의 단부에 연장 형성되며 소정의 각도로 기울어지도록 구비된 원료가스가이드부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
제1항에 있어서,
상기 가스공급부는 상기 원료가스를 공급하는 제1 공급채널을 구비하고,
상기 제1 공급채널의 일측에 배치되어 상기 잔류가스를 배기하는 제1 배기채널과, 상기 반응가스를 공급하는 하나 이상의 제2 공급채널과, 상기 제2 공급채널의 일측에 배치되어 상기 잔류가스를 배기하는 제2 배기채널을 구비하며,
상기 제1 배기채널의 단부는 상기 제1 공급채널의 단부와 연통되고, 상기 제2 배기채널은 제1 공급채널에 대해 대칭적으로 배치되고, 상기 제1 공급채널 및 적어도 하나의 제2 공급채널은 서로 접하여 구비되는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
제11항에 있어서,
상기 가스공급부는
상기 제2 공급채널에 인접하여 가스활성화유닛을 구비하는 활성화채널을 더 구비하고, 상기 제2 공급채널에서 상기 기판으로 공급된 반응가스가 상기 활성화채널로 공급되어 상기 가스활성화유닛에 의해 활성화되는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
기판에 대해 원료가스 및 반응가스를 공급하는 가스공급부를 구비하는 박막증착장치의 제어방법에 있어서,
상기 가스공급부에 의해 상기 기판과 소정각도를 이루도록 상기 원료가스를 상기 기판 방향으로 분사시키는 단계;
상기 분사된 원료가스가 상기 기판에 도달하기 전에, 상기 분사된 원료가스 중 일부를 배기시키는 단계;
상기 배기단계에서 배기되지 않은 원료가스가 상기 기판 상에 공급되어 상기 기판에 흡착되는 단계;
상기 가스공급부에서 상기 기판 상으로 분사된 상기 반응가스를 활성화시키는 단계;
상기 활성화된 반응가스가 상기 기판에 흡착된 원료가스와 반응하여 박막을 증착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치의 제어방법.
제13항에 있어서,
상기 원료가스를 공급하는 경우에 상기 기판에 수직한 가상선과 0 도를 초과하여 180 도 이하의 각도를 이루도록 상기 원료가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치의 제어방법.
제13항에 있어서,
상기 반응가스 활성화단계는
상기 가스공급부에서 상기 기판 상으로 분사된 상기 반응가스를 상기 가스공급부에 구비된 가스활성화유닛에 의해 1차적으로 활성화시키는 제1 활성화 단계; 및
상기 제1 활성화 단계에서 활성화된 반응가스가 상기 기판 및 상기 가스공급부 사이에서 유동하는 반응가스를 2차적으로 활성화시키는 제2 활성화 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치의 제어방법.