KR101403709B1 - 기상 증착 장치 및 이를 이용한 기상 증착 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기상 증착 장치에 관한 것으로서, 상기 목적은 본 발명에 따라, 기판이 수용되는 반응 챔버와, 상기 반응 챔버에 설치되고, 불활성 가스를 분사하는 제1 가스 분사구와, 반응 가스를 분사하는 제2 가스 분사구를 갖는 가스 분사 유닛과, 상기 제1 가스 분사구에 설치되어 상기 제1 가스 분사구를 통해 유동하는 상기 불활성 가스가 활성화 원자로 전환되어 상기 제1 가스 분사구를 통해 분사되도록 상기 불활성 가스를 반응시키는 가스 반응 유닛을 포함하며; 상기 제1 가스 분사구의 가장자리 영역과 상기 퍼지 분사구는 상기 제1 가스 분사구로부터 상기 가스 반응 유닛의 전단에서 상기 기판 또는 상기 가스 분사 유닛의 수평 이동방향인 제 1 방향의 양측으로 각각 기울어져 형성되고, 상기 제1 가스 분사구의 가장자리 영역에는 상기 가스 반응 유닛을 유동하면서 상기 불활성 가스가 전환된 활성화 원소가 유동되고, 상기 반응 가스는 상기 제2 가스 분사구로부터 상기 활성화 원자의 유동 경로로 분사되고, 상기 활성화 원자와의 반응을 통해 활성화되어 상기 기판에 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 기상 증착 장치에 의해서 달성된다. 이에 따라, 반응 가스의 활성화 상태가 공정의 진행 과정에서 지속적으로 유지되어 반응 가스의 증착 효율을 높이면서도 안정적인 증착 반응을 보장할 수 있게 된다.

Description

기상 증착 장치 및 이를 이용한 기상 증착 방법{APPARATUS FOR VAPOR DEPOSITION AND VAPOR DEPOSITION METHOD USING THEREOF}
본 발명은 기상 증착 장치 및 이를 이용한 기상 증착 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 박막 형성 효율과 반응 가스의 반응성을 높일 수 있는 기상 증착 장치 및 이를 이용한 기상 증착 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 집적회로장치, 액정표시장치, 태양전지 등과 같은 장치를 제조하는 반도체 제조 공정은 사진, 식각, 세정, 박막 증착 등의 공정을 포함하게 된다.
상기와 같은 반도체 제조 공정 중 증착 공정에 적용되는 증착 방법으로는 플라즈마를 이용하는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 방법과 고온의 온도를 사용하는 HT LPCVD(High Temp Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 방법이 널리 사용되고 있다.
PECVD 방법은 대부분 기판 표면에 직접적인 플라즈마 형성에 의하여 증착 반응을 유도하는 방법으로, 플라즈마를 일으키기 위해 인가되는 에너지(직류 또는 고주파 교류 전원)의 전류 흐름이나 극성의 방향 등에 의하여 전막에 플라즈마에 의한 손상을 일으키는 경우가 있다. 또한, 집적도가 높아지면서 좁고 깊은 굴곡진 형상을 사용하게 되면서부터 굴곡의 폭과 깊이가 깊어져 돌출부 윗부분만 증착이 되어 골진 부분에는 빈 공간이 생기는 문제점에 제기되고 있다..
이에, 근래에는 공간체움(Gap-Fill) 특성이 우수한 원자층 증착(Atomic Layer Deposition) 기술에 대한 연구 및 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 또한, 원자층 증착(Atomic Layer Deposition) 기술을 요구하는 분야도 증가하고 있는 추세이다. 그리고, 원자층 증착(Atomic Layer Deposition) 기술을 요구하는 분야가 늘어남에 따라 하부층에서 발생하는 플라즈마 손상(Plasma Damage)과 관련된 문제점도 해결되어야 하는 기술적 과제로 남아 있는 실정이다.
상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 반응 가스를 분사하는 가스 분사 구조와, 반응 가스를 활성화시키기 위한 가스 반응 구조를 변경한 다양한 기술들이 제안되고 있으며, 한국등록특허 제0760428호에서는 가스를 주입하는 주입부의 크기가 작으므로 균일한 막 특성을 가지면서도, 원료의 증착 효율을 높이고, 퍼지 펌핑에 소요되는 기간을 단축할 수 있는 기상 증착 반응기를 개시하고 있다.
또한, 상기 한국등록특허에서는 반응 가스를 라디칼 상태 또는 활성화 상태(이하, '활성화 상태'라 함)의 활성화시키기 위한 플라즈마 인가 수단이나 초고주파 인가 수단과 같은 가스 반응 수단을 원료물질인 반응 가스를 분사하는 주입부 내부에 설치하고, 다운스트림되는 활성화 상태의 반응 가스를 이용하여 박막을 형성하는 기술을 개시하고 있다.
그런데, 상기 한국등록특허에 개시된 기술에서와 같이, 주입부 내부에서 반응한 활성화 상태의 반응 가스는 주입부로부터 분사되어 기판을 따라 흘러 배기부를 통해 배기되는 과정에서 반응 가스의 활성화 상태가 다시 안정 상태로 환원되는 현상이 발생한다. 예를 들어, 산화 반응에 사용되는 O2 가스가 반응 가스로 주입되는 경우, 가스 반응 수단에 의해 O+ 가스와 O- 가스로 활성화되는데, 가스 반응 수단을 벗어나 기판으로 향하는 활성화 상태의 O+ 가스와 O- 가스가 서로 반응하여 다시 O2 가스 상태로 돌아가는 현상이 발생하게 된다.
또한, 소스 가스가 플라즈마 영역을 거쳐 기판으로 분사되는 경우, 대부분의 소스 가스들의 특성상 플라즈마 영역 내에서 전극에 증착이 이루어지며, 플라즈마 영역을 벗어난 이온들은 다시 재결합하게 되어, 기판에 증착이 잘 이루어지지 않은 문제점이 제기되고 있다.
그리고, 전극 측에서 발생하는 증착 현상은 성막 물질을 전극 표면에 형성하게 되고, 전극 표면에 형성되는 성막 물질에 의해 특성 변화가 일어나 증착 공정에 있어 반복 재현성을 저하시키는 요인으로 작용하게 된다.
상기와 같은 현상은 원자층 증착(Atomic Layer Deposition) 방법을 실제 공정에 적용하는데 있어, 증착을 위한 물질 또는 가스를 저온 반응용 물질을 사용하게 하는 제약으로 작용하게 된다.
또한, 상기와 같은 현상은 반응의 안정성을 저해할 뿐만 아니라, 환원된 물질이 그대로 배기되어 물질의 반응 또는 증착 효율을 저하시키는 원인으로 작용하게 된다.
이에, 본 발명은 반응 가스가 플라즈마 영역을 통과하지 않고서도 반응을 유도함으로써, 반응 가스의 반응성을 향상시키고, 특정 물질, 예컨대 저온 반응용 물질에 대한 제약에서 벗어나 다양한 물질을 적용할 수 있는 기상 증착 장치 및 이를 이용한 기상 증착 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 기판이 수용되는 반응 챔버와, 상기 반응 챔버에 설치되고, 불활성 가스를 분사하는 제1 가스 분사구와, 반응 가스를 분사하는 제2 가스 분사구를 갖는 가스 분사 유닛과, 상기 제1 가스 분사구에 설치되어 상기 제1 가스 분사구를 통해 유동하는 상기 불활성 가스가 활성화 원자로 전환되어 상기 제1 가스 분사구를 통해 분사되도록 상기 불활성 가스를 반응시키는 가스 반응 유닛을 포함하며; 상기 제1 가스 분사구의 가장자리 영역과 상기 퍼지 분사구는 상기 제1 가스 분사구로부터 상기 가스 반응 유닛의 전단에서 상기 기판 또는 상기 가스 분사 유닛의 수평 이동방향인 제 1 방향의 양측으로 각각 기울어져 형성되고, 상기 제1 가스 분사구의 가장자리 영역에는 상기 가스 반응 유닛을 유동하면서 상기 불활성 가스가 전환된 활성화 원소가 유동되고, 상기 반응 가스는 상기 제2 가스 분사구로부터 상기 활성화 원자의 유동 경로로 분사되고, 상기 활성화 원자와의 반응을 통해 활성화되어 상기 기판에 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 기상 증착 장치에 의해서 달성된다.
여기서, 상기 가스 분사 유닛은 상기 제2 가스 분사구를 사이에 두고 상기 제1 가스 분사구의 반대측에 형성되어 상기 제1 가스 분사구와 상기 제2 가스 분사구로부터 분사되는 상기 활성화 원자 및 상기 반응 가스의 유동을 유도하는 가스 펌핑구를 더 포함할 수 있다.
삭제
그리고, 상기 기판과 상기 가스 분사 유닛은 제1 방향을 따라 수평 이동 가능하게 마련되며; 상기 퍼지 분사구, 상기 제1 가스 분사구, 상기 제2 가스 분사구 및 상기 가스 펌핑구는 상기 가스 분사 유닛에 상기 제1 방향을 따라 순차적으로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 가스 분사 유닛은 상기 제1 방향으로 배열되는 복수의 단위 공정 구간으로 구분되며; 하나의 상기 단위 공정 구간은 상기 퍼지 분사구, 상기 제1 가스 분사구, 상기 제2 가스 분사구 및 상기 가스 펌핑구를 포함할 수 있다.
삭제
또한, 상기 제1 가스 분사구는 상기 제2 가스 분사구의 가장자리 영역에서 상기 제2 가스 분사구와 합류되도록 형성될 수 있다.
그리고, 상기 가스 반응 유닛은 플라즈마를 형성하여 상기 불활성 가스를 상기 활성화 원자로 전환시키는 플라즈마 발생 전극과; 상기 불활성 가스에 초고주파를 인가하여 상기 불활성 가스를 상기 활성화 원자로 전환시키는 초고주파 발생부와; 상기 불활성 가스에 자외선을 조사하여 상기 불활성 가스를 상기 활성화 원자로 전환시키는 자외선 조사부와; 상기 불활성 가스에 레이저를 조사하여 상기 불활성 가스를 상기 활성화 원자로 전환시키는 레이저 조사부 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
한편, 기판 상에 박막을 형성하는 기상 증착 방법은, (a) 불활성 가스가 활성화 원자로 전환되어 상기 기판을 향해 분사되는 단계와; (b) 반응 가스가 상기 기판을 향해 분사된 상기 활성화 원자의 유동 경로 상으로 분사되는 단계와; (c) 상기 반응 가스가 상기 활성화 원자와의 반응을 통해 활성화되어 상기 기판에 박막을 형성하는 단계와; (d) 상기 (c) 단계에서의 잔존 가스가 펌핑되는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 본 실시예에 따른 기상 증착 방법은 (e) 상기 (a) 단계에서 상기 불활성 가스의 일부가 분기되어 상기 기판을 향해 분사되어 퍼지 공정이 진행되는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의해 본 발명에 따르면, 반응 가스가 플라즈마 영역을 통과하지 않고서도 반응을 유도함으로써 반응 가스의 활성화 상태가 공정의 진행 과정에서 지속적으로 유지되어 반응 가스의 반응성을 향상시키고, 특정 물질, 예컨대 저온 반응용 물질에 대한 제약에서 벗어나 다양한 물질을 적용할 수 있는 기상 증착 장치가 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 기상 증착 장치의 단면을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 가스 분사 유닛 및 가스 반응 유닛의 구성의 예를 도시한 도면이고,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 반응 유닛의 구성을 도시한 도면이고,
도 4는 도 2의 A 영역을 확대한 도면이고,
도 5는 반응 가스와 활성화 가스 간의 반응의 예를 도식적으로 나타낸 도면이고,
도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 가스 분사 유닛의 구성의 예를 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 기상 증착 장치(1)의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 기상 증착 장치(1)는 반응 챔버(100), 가스 분사 유닛(30) 및 가스 반응 유닛(50)을 포함한다.
반응 챔버(100)는 표면에 박막이 형성되는 공정의 대상물인 기판(W)을 외부와 격리시켜 박막 형성을 위한 증착 공정이 수행되는 밀폐 공간을 제공한다. 여기서, 본 발명에 따른 기상 증착 장비(1)에 원자층 증착(Atomic Layer Deposition : ALD) 방식이 적용되는 경우, 반응 챔버(100)는 진공된 밀폐 공간 또는 상온의 밀폐 공간을 제공할 수 있다.
본 발명에서는 반응 챔버(100)가 반응 공간을 형성하며 기판(W)이 안착되는 기판 지지부(140)가 설치되는 상향 개구된 챔버 본체(110)와, 챔버 본체(110)를 개폐하는 챔버 리드(120)를 포함할 수 있다. 그리고, 챔버 본체(110)의 상부에는 가스 분사 유닛(30)에 후술할 불활성 가스(G1) 및 반응가스(G2)를 공급 및 배기하기 위한 가스 입출력 모듈(130)이 설치된다.
가스 분사 유닛(30)은 반응 챔버(100)에 설치되어 반응 챔버(100) 내부로 공정 가스를 분사한다. 여기서, 본 발명에 따른 가스 분사 유닛(30)으로부터 분사되는 공정 가스는 후술할 불활성 가스(G1)와 반응 가스(G2)를 포함할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.
도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 가스 분사 유닛(30)은 제1 가스 분사구(32)와 제2 가스 분사구(33)를 포함한다. 여기서, 제1 가스 분사구(32) 및 제2 가스 분사구(33)는 가스 분사 유닛(30)의 전체 구조를 형성하는 분사 본체(31) 내부에 형성되어 각각 불활성 가스(G1)와 반응 가스(G2)의 유동 공간을 형성하며, 불활성 가스(G1) 및 반응 가스(G2)가 기판(W)을 향해 분사되도록 형성된다.
여기서, 본 발명에 따른 기상 증착 장치(1)는 기판(W)과 가스 분사 유닛(30) 중 적어도 어느 하나가 제1 방향(MD)을 따라 수평 이동 하도록 마련되는데, 기판(W)이 기판 지지부(140)에 의해 제1 방향(MD)으로 수평 이동하는 것을 예로 한다.
그리고, 제1 가스 분사구(32)와 제2 가스 분사구(33)는 분사 본체(31)에 제1 방향(MD)을 따라 순차적으로 형성된다. 또한, 제1 가스 분사구(32) 및 제2 가스 분사구(33)는 분사 본체(31)의 기판(W) 측 판면에서 제1 방향(MD)과 수직인 제2 방향을 따라 슬릿 형태로 마련되거나, 제1 방향(MD)을 따라 형성된 다수의 분사공 형태로 마련될 수 있다.
상기와 같은 구성에 따라 제1 가스 분사구(32)와 제2 가스 분사구(33)의 하부에서 기판(W)이 제1 방향(MD)을 따라 수평으로 이동하게 되고, 기판(W)의 상부에 배치된 가스 분사 유닛(30)의 제1 가스 분사구(32) 및 제2 가스 분사구(33)를 통해 분사되는 불활성 가스(G1) 및 반응 가스(G2)에 의해 공정이 진행 가능하게 된다.
여기서, 가스 반응 유닛(50)은 제1 가스 분사구(32)에 설치되어 제1 가스 분사구(32)를 통해 유동하는 불활성 가스(G1)가 활성화되어 활성화 원자로 전환되도록 불활성 가스(G1)를 반응시킨다. 그리고, 가스 반응 유닛(50)에 의해 전환된 활성화 원자는 제1 가스 분사구(32)를 통해 기판(W) 방향으로 분사된다.
이 때, 반응 가스(G2)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 가스 분사구(33)를 통해 기판(W) 측으로 분사되어 제1 가스 분사구(32)를 통해 분사되는 활성화 가스의 유동 경로로 분사되고, 반응 가스(G2)와 활성화 가스 간의 반응을 통해 반응 가스(G2)가 활성화되어 기판(W)에 박막을 형성하게 된다.
도 5는 반응 가스(G2)와 활성화 가스 간의 반응의 예를 도식적으로 나타낸 도면이다. 도 5에서는 불활성 가스(G1)로 아르곤(Ar) 가스가 적용되고, 반응 가스(G2)로 산소(O2) 가스가 적용된 예를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하여 설명하면, 제1 가스 분사구(32)를 통해 유동하던 아르곤 가스는 가스 반응 유닛(50)에 의해 활성화 원자 상태, 즉 Ar+ 원자와 Ar- 원자 상태로 전환된다. 그리고, 활성화 원자가 제2 가스 분사구(33)를 통해 분사되는 산소 가스와 만나 반응하게 되면, 산소 가스가 활성화되어 O+ 원자와 O- 원자 상태로 전환되고, 이 중 O- 원자가 기판(W)에 증착 반응하게 된다.
여기서, 본 발명에 따른 기상 장착 장치의 가스 분사 유닛(30)은, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 가스 펌핑구(34)를 포함할 수 있다. 가스 펌핑구(34)는 제2 분사구를 사이에 두고 제1 가스 분사구(32)의 반대측, 즉 제1 방향(MD)으로 제1 가스 분사구(32)의 반대측에 형성되어, 제1 가스 분사구(32)와 제2 가스 분사구(33)로부터 각각 분사되는 활성화 원자와 반응 가스(G2)의 유동을 유도하게 된다.
이 때, 제1 가스 분사구(32) 및 제2 가스 분사구(33)를 통해 분사되는 활성화 원자 및 반응 가스(G2)가 가스 펌핑구(34)를 통해 배기되는 가스의 유동 경로가 형성되는데, 활성화 원자와 반응 가스(G2)가 함께 유동하는 구간에서는, 도 5에 도시된 바와 같이, 활성화 원자에 의해 반응 가스(G2)가 활성화되는 반응 영역(PA)이 형성된다.
이에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이, 기판(W)의 상부 영역 전반에 반응 가스(G2)가 활성화되는 반응 영역(PA)이 형성됨에 따라 반응 가스(G2)가 반응 영역(PA) 내에서 활성화 상태를 지속적으로 유지할 수 있게 되어 반응 가스(G2)의 증착 효율이 높아지고, 반응 가스(G2)의 활성화 상태가 환원되는 것이 차단되어 보다 안정적인 증착 반응을 보장할 수 있게 된다.
다시 도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 가스 반응 유닛(50)은 플라즈마를 형성하여 불활성 가스(G1)를 활성화 원자로 전환시키는 플라즈마 발생 전극(51,52)을 포함하는 것을 예로 하고 있다.
도 2에서는 한 쌍의 플라즈마 발생 전극(51,52)이 제1 가스 분사구(32)의 내측 벽면에 상호 마주하게 설치되는 것을 예로 하고 있다. 이에 따라, 한 쌍의 플라즈마 발생 전극(51,52) 사이를 유동하는 불활성 가스(G1)가 플라즈마 반응을 통해 활성화되어 활성화 원자로 전환된 상태로 제1 가스 분사부를 통해 기판(W) 측으로 분사될 수 있다. 여기서, 플라즈마 발생 전극(51,52)에 공급되는 전원은 DC 전원 또는 RF 전원을 포함할 수 있다.
여기서, 도 2에 도시된 실시예에서는 한 쌍의 플라즈마 발생 전극(51,52)이 제1 가스 분사구(32)의 내측 벽면에 설치되는 것을 예로 하고 있으나, 제1 가스 분사구(32)의 내부에서 플라즈마 반응을 형성하게 하는 다양한 전극 구조의 형성이 가능하다.
예를 들어, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 하나의 플라즈마 발생 전극(51a)이 마련되고, 분사 본체(31)가 접지 전극으로 기능하도록 마련될 수 있다. 또한, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 플라즈마 발생 전극(51b)이 제1 가스 분사구(32)의 내벽면들과 이격된 상태로 유지되도록 분사 본체(31)가 접지 전극으로 기능하도록 마련될 수 있다. 이 경우, 플라즈마 발생 전극(51b)과 제1 가스 분사구(32)의 양측 내벽면 각각의 사이 공간에서 플라즈마 반응이 발생하게 된다.
예를 들어, 하나의 플라즈마 발생 전극(51,52)이 마련되고, 분사 본체(31)가 접지 전극으로 기능하도록 마련될 수 있으며, 플라즈마 발생 전극(51,52)이 제1 가스 분사구(32)의 내벽면들과 이격된 상태로 유지되고 분사 본체(31)가 접지 전극으로 기능하도록 마련될 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 가스 반응 유닛(50)은 초고주파 발생부, 자외선 조사부, 레이저 조사부 중 어느 하나의 형태로 마련될 수도 있다.
본 발명에 따른 가스 반응 유닛(50)이 초고주파 발생부 형태로 마련되는 경우, 초고주파 발생부는 109 Hz 이상의 초고주파를 이용하여 불활성 가스(G1)를 활성화 원자로 전환시킨다. 제1 가스 분사구(32)를 통해 활성화 가스가 주입되고 초고주파 발생부가 초고주파를 인가하게 되면, 불활성 가스(G1)가 활성화 원자 상태로 전환되어 제1 가스 분사구(32)를 통해 기판(W) 방향으로 분사된다.
또한, 본 발명에 따른 가스 반응 유닛(50)이 자외선 조사부 형태로 마련되는 경우, 자외선 조사부에 의해 조사된 자외선에 의해 불활성 가스(G1)가 활성화 원자로 전환되어 제1 가스 분사구(32)를 통해 기판(W) 방향으로 분사될 수 있다.
그리고, 가스 반응 유닛(50)이 레이저 조사부 형태로 마련되는 경우, 레이저 조사부에 의해 조사된 레이저에 의해 불활성 가스(G1)가가 활성화 원자로 전환되어 제1 가스 분사구(32)를 통해 기판(W) 방향으로 분사될 수 있다.
이하에서는 도 6를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 분사 유닛(30a)에 대해 상세히 설명한다. 여기서, 도 6에 도시된 실시예를 설명하는데 있어 도 2에 도시된 실시예에 대응하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호를 사용하여 설명한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 분사 유닛(30a)은 제1 가스 분사구(32), 제2 가스 분사구(33), 가스 펌핑부 및 퍼지 분사구(32a_2)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 가스 분사구(32), 제2 가스 분사구(33) 및 가스 펌핑부의 구성은 상술한 바와 같은 바, 그 설명은 생략한다.
퍼지 분사구(32a_2)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 가스 반응 유닛(50)의 전단에서 제1 가스 분사구(32)로부터 분기되어 불활성 가스(PG)를 기판(W) 측으로 분사한다. 여기서, 퍼지 분사구(32a_2), 제1 가스 분사구(32), 제2 가스 분사구(33) 및 가스 펌핑구(34)가 가스 분사 유닛(30)에 제1 방향(MD)을 따라 순차적으로 형성된다. 여기서, 퍼지 분사구(32a_2)로부터 분사되는 불활성 가스(PG)는 퍼지 공정의 진행을 위한 퍼지 가스로 작용하게 된다.
그리고, 제1 가스 분사구(32)의 기판(W) 측 가장자리 영역(32a_1)과, 퍼지 분사구(32a_2)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 방향(MD) 양측으로 소정 각도 기울어져 형성되는 것을 예로 한다. 이에 따라, 제1 가스 분사구(32)로부터 분사되는 활성화 원자가 가스 펌핑구(34)와 제1 가스 분사구(32) 사이에 위치하는 제2 가스 분사구(33) 방향으로 분사되어 제2 가스 분사구(33)를 통해 분사되는 반응 가스(G2)와 보다 원활하게 반응할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 제1 가스 분사구(32)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 가스 분사구(33)의 가장자리 영역에서 제2 가스 분사구(33)와 합류되도록 형성되는 것을 예로 한다. 이에 따라, 제2 분사구의 가장 자리 영역에서부터 가스 펌핑구(34)에 걸쳐 반응 영역(PA)이 형성됨으로써, 박막의 증착 효율을 높일 수 있게 된다.
도 7는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 분사 유닛(30b)을 도시한 도면이다. 도 7에 도시된 실시예는 도 6에 도시된 가스 분사 유닛(30a)의 기본 구조를 활용한 예이다.
도 7을 참조하여 설명하면, 가스 분사 유닛(30b)은 제1 방향(MD)으로 배열된 복수의 단위 공정 구간(P1,P2,P3,P4)으로 구분될 수 있다. 그리고, 하나의 단위 공정 구간(P1,P2,P3,P4)은, 도 6에 도시된 가스 분사 유닛(30b)을 기본 구성으로 하게 된다. 즉, 도 7의 확대 영역에 도시된 바와 같이, 하나의 단위 공정 구간(P1,P2,P3,P4)은 퍼지 분사구(32a_2), 제1 가스 분사구(32), 제1 가스 분사구(32)의 기판 측 가장자리 영역(32a_1), 제2 가스 분사구(33) 및 가스 펌핑구(34)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기와 같은 구성에 따라, 기판(W)이 제1 방향(MD)(도 7에서는 우측에서 좌측 방향)으로 이동하는 과정에서 각각의 단위 공정 구간(P1,P2,P3,P4)에서 원자층 증착(Atomic Layer Deposition : ALD) 공정의 각각의 공정이 진행된다.
예를 들어, 기판(W)이 제1 방향(MD)으로 수평 이동하여 최우측의 단위 공정 구간(P4)으로 진입하게 되면, 우측의 단위 공정 구간(P4)을 구성하는 제1 가스 분사구(32) 및 제2 가스 분사구(33)에 불활성 가스(G1)와 제1 반응 가스(G2')가 공급되어 제1 가스 분사구(32) 및 제2 가스 분사구(33)를 통해 활성화 원자 및 제1 반응 가스(G2')가 분사되어 기판(W)이 증착 공정이 진행된다.
이 때, 기판(W)의 제1 방향(MD)으로 수평 이동함에 따라 증착이 진행된 기판(W)의 표면이 최우측의 단위 공정 구간(P4)을 형성하는 퍼지 분사구(32a_2)로부터 분사되는 불활성 가스(PG)에 의해 퍼지 공정이 진행되는데, 이 때 최우측 단위 공정 구간(P4)의 퍼지 분사구(32a_2)를 통해 분사되는 불활성 가스(PG)는 좌측에 인접한 단위 공정 구간(P3)을 구성하는 가스 펌핑구(34)로 펌핑된다.
그리고, 두 번째 단위 공정 구간(P3)으로 기판(W)이 진입하게 되면, 두 번째 단위 공정 구간(P3)을 구성하는 제1 가스 분사구(32) 및 제2 가스 분사구(33)에 불활성 가스(G1)와 제2 반응 가스(G2)가 공급되어 제1 가스 분사구(32) 및 제2 가스 분사구(33)를 통해 활성화 원자 및 제2 반응 가스(G2)가 분사되어 기판(W)이 증착 공정이 진행된다.
이 때, 기판(W)의 제1 방향(MD)으로 수평 이동함에 따라 증착이 진행된 기판(W)의 표면이 두 번째 단위 공정 구간(P3)을 형성하는 퍼지 분사구(32a_2)로부터 분사되는 불활성 가스(G1)에 의해 퍼지 공정이 진행되는데, 이 때 두 번째 단위 공정 구간(P3)의 퍼지 분사구(32a_2)를 통해 분사되는 불활성 가스(G1)는 좌측에 인접한 세 번째 단위 공정 구간(P2)을 구성하는 가스 펌핑구(34)로 펌핑된다.
여기서, 우측으로부터 첫 번째 단위 공정 구간(P4) 및 두 번째 단위 공정 구간(P3)이 각각 제1 반응 가스(G2')의 증착 공정과 제2 반응 가스(G2)의 증착 공정이 진행되는 것으로 설명되었으나, 도 7에 도시된 실시예를 통해 다양한 공정의 적용이 가능하다. 예를 들어, 제1 반응 가스(G2') 증착 -> 제1 첨가제 반응 -> 제2 반응 가스(G2) 증착 -> 제2 첨가제 반응의 공정 순으로 진행되도록 4개의 단위 공정 구간(P1,P2,P3,P4)을 형성할 수 있다. 또한, 4개의 단위 공정 구간(P1,P2,P3,P4)이 한 원소의 증착층을 형성하도록 4개의 단위 공정 구간(P1,P2,P3,P4)에서 분사되는 반응 가스(G2)를 동일하게 형성할 수 있음은 물론이다.
전술한 실시예들에서는 불활성 가스(G1)로 아르곤 가스가 적용되는 것을 예로 하여 설명하였으나, 헬륨(He) 가스와 같은 불활성 가스(G1)의 적용이 가능함은 물론이다.
비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.
1 : 기상 증착 장치 100 : 반응 챔버
110 : 챔버 본체 120 : 챔버 리드
130 : 가스 입출력 모듈 140 : 기판 지지부
30 : 가스 분사 유닛 31 : 분사 본체
32 : 제1 가스 분사구 33 : 제2 가스 분사구
34 : 가스 펌핑부 32a_2 : 퍼지 분사구
50 : 가스 반응 유닛

Claims (10)

  1. 기판이 수용되는 반응 챔버와,
    상기 반응 챔버에 설치되고, 불활성 가스를 분사하는 제1 가스 분사구와, 반응 가스를 분사하는 제2 가스 분사구를 갖는 가스 분사 유닛과,
    상기 제1 가스 분사구에 설치되어 상기 제1 가스 분사구를 통해 유동하는 상기 불활성 가스가 활성화 원자로 전환되어 상기 제1 가스 분사구를 통해 분사되도록 상기 불활성 가스를 반응시키는 가스 반응 유닛을 포함하며;
    상기 제1 가스 분사구의 가장자리 영역과 퍼지 분사구는 상기 제1 가스 분사구로부터 상기 가스 반응 유닛의 전단에서 상기 기판 또는 상기 가스 분사 유닛의 수평 이동방향인 제 1 방향의 양측으로 각각 기울어져 형성되고, 상기 제1 가스 분사구의 가장자리 영역에는 상기 가스 반응 유닛을 유동하면서 상기 불활성 가스가 전환된 활성화 원소가 유동되고,
    상기 반응 가스는 상기 제2 가스 분사구로부터 상기 활성화 원자의 유동 경로로 분사되고, 상기 활성화 원자와의 반응을 통해 활성화되어 상기 기판에 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 기상 증착 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 분사 유닛은
    상기 제2 가스 분사구를 사이에 두고 상기 제1 가스 분사구의 반대측에 형성되어 상기 제1 가스 분사구와 상기 제2 가스 분사구로부터 분사되는 상기 활성화 원자 및 상기 반응 가스의 유동을 유도하는 가스 펌핑구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 증착 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판과 상기 가스 분사 유닛은 제1 방향을 따라 수평 이동 가능하게 마련되며;
    상기 퍼지 분사구, 상기 제1 가스 분사구, 상기 제2 가스 분사구 및 상기 가스 펌핑구는 상기 가스 분사 유닛에 상기 제1 방향을 따라 순차적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 기상 증착 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가스 분사 유닛은 상기 제1 방향으로 배열되는 복수의 단위 공정 구간으로 구분되며;
    하나의 상기 단위 공정 구간은 상기 퍼지 분사구, 상기 제1 가스 분사구, 상기 제2 가스 분사구 및 상기 가스 펌핑구를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기상 증착 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가스 분사구는 상기 제2 가스 분사구의 가장자리 영역에서 상기 제2 가스 분사구와 합류되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 기상 증착 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가스 반응 유닛은
    플라즈마를 형성하여 상기 불활성 가스를 상기 활성화 원자로 전환시키는 플라즈마 발생 전극과;
    상기 불활성 가스에 초고주파를 인가하여 상기 불활성 가스를 상기 활성화 원자로 전환시키는 초고주파 발생부와;
    상기 불활성 가스에 자외선을 조사하여 상기 불활성 가스를 상기 활성화 원자로 전환시키는 자외선 조사부와;
    상기 불활성 가스에 레이저를 조사하여 상기 불활성 가스를 상기 활성화 원자로 전환시키는 레이저 조사부 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 증착 장치.
  9. 기판 상에 박막을 형성하는 기상 증착 방법에 있어서,
    (a) 불활성 가스가 활성화 원자로 전환되어 상기 기판을 향해 분사되는 단계와;
    (b) 반응 가스가 상기 기판을 향해 분사된 상기 활성화 원자의 유동 경로 상으로 분사되는 단계와;
    (c) 상기 반응 가스가 상기 활성화 원자와의 반응을 통해 활성화되어 상기 기판에 박막을 형성하는 단계와;
    (d) 상기 (c) 단계에서의 잔존 가스가 펌핑되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 증착 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    (e) 상기 (a) 단계에서 상기 불활성 가스의 일부가 분기되어 상기 기판을 향해 분사되어 퍼지 공정이 진행되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 증착 방법.

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