KR101470883B1

KR101470883B1 - 원자층 증착장치

Info

Publication number: KR101470883B1
Application number: KR1020080135882A
Authority: KR
Inventors: 이재민; 신인철
Original assignee: 주식회사 케이씨텍
Priority date: 2008-12-29
Filing date: 2008-12-29
Publication date: 2014-12-10
Also published as: KR20100077827A

Abstract

기판을 수직으로 세워서 증착 공정을 수행하는 원자층 증착장치가 개시된다. 원자층 증착장치는, 다수의 기판이 구비되어 증착 공정이 수행되는 프로세스 챔버, 상기 기판이 안착된 상태로 상기 프로세스 챔버에서 출입 가능하게 형성되어 상기 프로세스 챔버 내부에서 증착 공정 동안 중력 방향을 따라 수직으로 세워지도록 상기 기판을 지지하는 트레이 유닛 및 상기 프로세스 챔버 내부에 구비되어 상기 수직으로 지지된 기판에 증착가스를 분사하는 분사 유닛을 포함하여 구성된다.

원자층 증착장치, ALD, ATOMIC LAYER DEPOSITION, 수직 타입 ALD

Description

원자층 증착장치{ATOMIC LAYER DEPOSITION APPARATUS}

본 발명은 원자층 증착장치에 관한 것으로, 기판을 수직으로 세워서 증착공정을 수행할 수 있는 원자층 증착장치를 제공한다.

일반적으로, 반도체 기판이나 글래스 등의 기판 상에 소정 두께의 박막을 증착하기 위해서는 스퍼터링(sputtering)과 같이 물리적인 충돌을 이용하는 물리 기상 증착법(physical vapor deposition, PVD)과, 화학 반응을 이용하는 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD) 등을 이용한 박막 제조 방법이 사용된다.

여기서, 화학 기상 증착법으로는 상압 화학 기상 증착법(atmospheric pressure CVD, APCVD), 저압 화학 기상 증착법(low pressure CVD, LPCVD), 플라즈마 유기 화학 기상 증착법(plasma enhanced CVD, PECVD)등이 있으며, 이 중에서 저온 증착이 가능하고 박막 형성 속도가 빠른 장점 때문에 플라즈마 유기 화학 기상 증착법이 많이 사용되고 있다.

그러나 반도체 소자의 디자인 룰(design rule)이 급격하게 미세해짐으로써 미세 패턴의 박막이 요구되었고 박막이 형성되는 영역의 단차 또한 매우 커지게 되었다. 이에 원자층 두께의 미세 패턴을 매우 균일하게 형성할 수 있을 뿐만 아니 라 스텝 커버리지(step coverage)가 우수한 단원자층 증착 방법(atomic layer deposition, ALD)의 사용이 증대되고 있다.

원자층 증착 방법(ALD)은, 기체 분자들 간의 화학 반응을 이용한다는 점에 있어서 일반적인 화학 기상 증착 방법과 유사하다. 하지만, 통상의 화학 기상 증착(CVD) 방법이 다수의 기체 분자들을 동시에 프로세스 챔버 내로 주입하여 기판의 상방에서 발생된 반응 생성물을 기판에 증착하는 것과 달리, 원자층 증착 방법은 하나의 소스 물질을 포함하는 소스가스를 프로세스 챔버 내로 주입한 후 이를 퍼지(purge)하여 가열된 기판의 상부에 소스가스를 물리적으로 흡착시키고 이후 다른 소스 물질을 포함하는 소스가스를 주입함으로써 기판의 상면에서만 소스가스들이 화학 반응을 일으키도록 하여 화학 반응 생성물을 증착시킨다는 점에서 상이하다. 이러한 원자층 증착 방법을 통해 구현되는 박막은 스텝 커버리지 특성이 매우 우수하며 불순물 함유량이 낮은 순수한 박막을 구현하는 것이 가능한 장점을 갖고 있어 현재 널리 각광받고 있다.

통상적으로 원자층 증착장치는 샤워헤드 또는 서셉터가 고속으로 회전하면서 서로 다른 종류의 소스가스로 이루어진 증착가스가 분사되고, 기판이 순차적으로 증착가스를 통과하면서 기판 표면에 박막이 형성된다. 또한 기존의 원자층 증착장치는 기판이 프로세스 챔버 내로 투입되어 서셉터에 로딩되고, 서셉터가 일정 높이 상승한 상태에서 고속으로 회전하면서 박막이 형성된 후, 증착공정이 완료되면 서셉터가 로딩 위치로 재하강하여 기판을 언로딩 한다.

한편, 기존의 원자층 증착장치는 수평으로 지지된 기판이 서셉터의 중심을 기준으로 공전하면서 증착가스가 분사되는 부분을 통과하게 되는데, 원형으로 형성된 서셉터의 원주를 따라 다수의 원형 기판이 배치되므로 각 기판에서 상기 서셉터의 회전 방향을 따라 증착가스를 먼저 통과하는 부분과 나중에 통과하는 부분에서의 증착가스의 밀도차가 발생하게 되고, 그로 인해 증착된 박막의 두께가 불균일해지는 문제점이 있다. 특히 원심력에 의해 서셉터의 테두리 쪽에 배치된 기판의 에지 부분에 증착되는 박막의 두께가 더 두꺼워지는 현상이 발생한다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 기판에 증착가스가 균일하게 분사될 수 있는 원자층 증착장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 원심력에 의해 기판에 박막의 두께가 국소적으로 불균일하게 증착되는 것을 방지할 수 있는 원자층 증착장치를 제공하기 위한 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 기판을 수직으로 세워서 증착 공정이 수행되는 원자층 증착장치는, 다수의 기판이 구비되어 증착 공정이 수행되는 프로세스 챔버, 상기 기판이 안착된 상태로 상기 프로세스 챔버에서 출입 가능하게 형성되어 상기 프로세스 챔버 내부에서 증착 공정 동안 중력 방향을 따라 수직으로 세워지도록 상기 기판을 지지하는 트레이 유닛 및 상기 프로세스 챔버 내부에 구비되어 상기 수직으로 지지된 기판에 증착가스를 분사하는 분사 유닛을 포함하여 구성된다.

상기 프로세스 챔버 내부에는 상기 트레이 유닛이 장착되는 구동축이 구비되고, 상기 트레이 유닛은 상기 기판이 한 장씩 안착되도록 형성된 다수의 트레이와 상기 트레이 일측에 구비되어 상기 트레이를 상기 구동축에 장착시키는 트레이 장착부로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 트레이 장착부는 상기 기판이 수평 방향으로 지지된 상태로 상기 트레이가 상기 구동축의 외주연부를 따라 방사상으로 장착되도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 트레이 장착부는 상기 트레이가 상기 구 동축에 수평으로 장착된 상태에서 상기 트레이가 수직으로 세워지도록 상기 트레이를 힌지 회전시키는 트레이 회전축이 구비될 수 있다. 또한, 상기 트레이는 수직으로 세워진 다수의 트레이에 의해 둘러싸인 내부 공간에서 증착 공정이 수행되도록 상기 트레이와 상기 프로세스 챔버 사이로 증착가스가 유출되는 것을 최소화할 수 있도록, 상기 트레이가 수직으로 세워졌을 때 상기 트레이의 상단부가 상기 프로세스 챔버의 내측면에 근접한 길이를 갖도록 형성된다.

상기 프로세스 챔버 내부의 배기가스를 흡입하여 배출하는 다수의 배기홀이 형성된 배기부를 더 포함하고, 상기 배기부는, 상기 다수의 배기홀이 형성된 배기 하우징, 상기 배기 하우징 내부에 구비되어 상기 배기홀에서 흡입된 배기가스의 유출 유로가 되는 배기 버퍼 및 상기 배기 버퍼 일측에 구비되어 상기 배기 버퍼 내의 배기가스를 배출시키는 배기 펌프를 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 배기 하우징은 상기 기판에 고르게 배기가스를 흡입할 수 있도록, 상기 구동축에서 외측으로 연장 형성되며, 상기 구동축에 장착된 상기 트레이 사이 사이에 배치되도록 상기 구동축의 외주연부를 따라 방사상으로 연장 형성될 수 있다. 또한, 상기 배기 하우징은 상기 트레이가 상기 구동축에 수평으로 장착된 상태에서도 상기 기판에 대해 균일하게 배기가스를 흡입할 수 있도록 상기 트레이가 구동축에 장착되었을 때 상기 트레이의 단부와 같거나 긴 길이를 갖도록 형성될 수 있다. 그리고 상기 배기부에서 상기 기판 전체에 대해 일정 이상의 배기량을 확보하고 더불어 배기량을 일정하게 유지시킬 수 있도록 상기 배기 하우징은 상기 배기홀이 형성된 상면이 상기 수평으로 지지된 기판 표면과 같거나 낮은 높이를 갖도록 형성될 수 있 다.

상기 분사 유닛은, 증착가스를 분사하는 다수의 분사홀이 형성된 분사 하우징, 상기 분사 하우징 내부에 구비되어 상기 분사홀로 증착가스를 공급하는 유로가 되는 분사 버퍼 및 상기 분사 버퍼 일측에 구비되어 상기 분사 버퍼 내부로 증착가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 다수의 기판에 대해 동시에 증착가스를 분사할 수 있도록, 상기 분사 하우징은 내부에 중공부가 형성되고, 원기둥 또는 상기 수직으로 세워진 기판 표면과 마주보는 면이 상기 기판에 평행한 평면이 되도록 다각형 단면을 갖는 기둥 형태를 가질 수 있다. 또한, 상기 수직으로 세워진 트레이에 의해서 증착 공정이 수행되는 실제 반응 공간을 제한할 수 있도록 상기 분사 하우징은 상기 수직으로 세워진 기판과 같거나 긴 길이를 가질 수 있다.

상기 트레이 유닛 또는 상기 분사 유닛이 서로에 대해 회전 가능하게 형성된다. 여기서, 상기 트레이 유닛이 회전하는 경우에는 상기 배기부 역시 상기 트레이 유닛과 동시에 회전하게 된다.

한편, 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예들에 따르면, 원자층 증착장치는, 다수의 기판이 구비되어 증착 공정이 수행되는 프로세스 챔버, 상기 기판이 안착된 상태로 상기 프로세스 챔버에서 출입 가능하게 형성된 다수의 트레이를 포함하고, 상기 프로세스 챔버 내부에서 증착 공정 동안 중력 방향을 따라 상기 트레이를 수직으로 세워지도록 지지하는 트레이 유닛, 상기 프로세스 챔버 내부에 구비되어 상부에 상기 다수의 트레이가 장착 가능하게 형성된 트 레이 지지부, 상기 프로세스 챔버 내부에 구비되어 상기 수직으로 세워진 기판 표면에 증착가스를 분사하는 분사 유닛 및 상기 프로세스 챔버 하부를 관통하여 형성된 다수의 챔버 배기구를 포함하고, 상기 챔버 배기구를 통해 구비되어 상기 프로세스 챔버 내부의 배기가스를 흡입하여 배출시키는 배기부를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 분사 유닛과 상기 트레이 유닛은 회전하지 않고 고정된 형태를 가지며, 상기 분사 유닛은 표면에 조밀하게 다수의 분사홀이 형성되고 내부에 중공부가 형성된 분사 하우징으로 이루어진다. 특히, 상기 수직으로 세워진 기판 표면에 증착가스를 분사할 수 있도록 상기 분사 하우징은 상기 수직으로 세워진 기판과 일대일 대응이 되도록 상기 기판 수에 해당하는 면을 갖고, 상기 기판 표면과 마주보는 면이 상기 기판에 평행한 평면이 되는 다각형 단면을 갖는 기둥 형태를 갖는다.

또한, 상기 트레이 유닛은, 상기 기판이 한 장씩 안착되도록 형성된 다수의 트레이 및 상기 트레이 일측에 구비되어 상기 트레이 지지부에 착탈 가능하게 형성되며, 상기 트레이 지지부 상부에서 상기 트레이가 수직으로 세워지도록 상기 트레이를 힌지 회전시키는 트레이 장착부로 이루어진다. 그리고 상기 트레이는 수직으로 세워진 다수의 트레이에 의해 둘러싸인 내부 공간에서 증착 공정이 수행되도록 상기 트레이와 상기 프로세스 챔버 사이로 증착가스가 유출되는 것을 최소화할 수 있도록, 상기 트레이가 수직으로 세워졌을 때 상기 트레이의 상단부가 상기 프로세스 챔버의 내측면에 근접한 길이를 갖도록 형성된다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따르면, 첫째, 기판을 수직으로 세워서 증착 공정이 수행되므로 기판과 가스 분사 유닛이 상기 기판 표면에 증착가스를 균일하게 분사할 수 있으며, 원심력에 의해 박막의 두께가 국소적으로 두꺼워지는 현상을 방지할 수 있다.

또한, 기판을 수직으로 세운 상태로 기판 또는 분사 유닛을 회전시키므로 증착가스가 기판에 균일하게 분사될 수 있다. 또는 기판이나 분사 유닛을 고정시킨 상태에서도 수직으로 세워진 기판이 분사 유닛의 둘레를 따라 균일하게 배치되므로 기판 표면에 대해 증착가스를 균일하게 분사할 수 있다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략될 수 있다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치(100)에 대해 설명한다. 참고적으로, 도 1은 원자층 증착장치(100)의 일 예를 설명하기 위한 종단면도이고, 도 2는 과 도 3은 각각 도 1의 원자층 증착장치(100)에서 트레이 유닛(102)의 일 예를 설명하기 위한 평면도와 요부 사시도이다.

도면을 참조하면, 원자층 증착장치(100)는 프로세스 챔버(101), 트레이 유닛(102), 분사 유닛(103) 및 배기부(104)를 포함하여 이루어진다.

상기 프로세스 챔버(101)는 상기 기판(10)을 수용하여 상기 기판(10) 표면에 소정의 박막을 증착하는 공간을 제공한다. 여기서, 상기 원자층 증착장치(100)는 진공에 가까운 저압 분위기에서 증착 공정이 수행되므로 상기 프로세스 챔버(101)는 진공을 유지할 수 있는 밀폐 구조를 갖는다.

상기 기판(10)은 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)일 수 있다. 그러나 본 발명의 대상이 실리콘 웨이퍼에 한정되는 것은 아니며, 상기 기판(10)은 LCD(liquid crystal display), PDP(plasma display panel)와 같은 평판 디스플레이 장치용으로 사용하는 유리를 포함하는 투명 기판일 수 있다. 또한, 상기 기판(10)은 형상 및 크기가 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 원형 및 사각형 등 실질적으로 다양한 형상과 크기를 가질 수 있다.

상기 트레이 유닛(102)은 상기 다수의 기판(10)이 안착되는 트레이(121)와 상기 트레이(121)를 상기 프로세스 챔버(101)에 장착 및 분리를 위한 트레이 장착부(122, 124)로 이루어진다.

여기서, 상기 기판(10)은 상기 트레이(121)에 안착된 상태에서 상기 프로세스 챔버(101)에 로딩/언로딩 되고, 상기 프로세스 챔버(101) 내부에는 상기 트레이(121)가 장착되는 구동축(111)이 구비된다. 예를 들어, 상기 구동축(111)은 상기 프로세스 챔버(101) 중앙 부분에 구비되어 소정 길이와 직경을 갖는 축이다.

상기 트레이(121)는 상기 기판(10)이 한 장씩 수평으로 안착될 수 있는 소정의 형상을 갖고, 상기 구동축(111)에 수평으로 장착된 후 증착 공정 동안에는 중력 방향에 대해 수직 방향(즉, 지면에 대해 수직)으로 세워질 수 있도록 형성된다. 예를 들어, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 트레이(121)는 상기 기판(10)보다 큰 면적을 갖고 대략적으로 사다리꼴 또는 사각형 형상을 가지며, 4개의 트레이(121)가 구비된다.

그러나 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 트레이(121)의 수는 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다. 또한, 상기 트레이(121)의 수에 따라 상기 트레이(121)의 형상 역시 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.

상기 트레이 장착부(122, 124)는 상기 트레이(121) 일측 에지부에 형성된 제1 장착부(122)와 상기 구동축(111)에 구비된 제2 장착부(124)로 이루어지고, 상기 제1 장착부(122)와 상기 제2 장착부(124)가 서로 맞물리면서 상기 트레이(121)가 장착된다. 상기 트레이(121)는 상기 구동축(111) 둘레를 따라 방사상으로 장착되며 수평으로 상기 구동축(111)에 장착된다. 예를 들어, 상기 제2 장착부(124)는 상기 트레이(121)와 일대일 대응이 되도록 4개의 제2 장착부(124)가 상기 구동축(111)의 외주연부를 따라 방사상으로 형성되며 상기 구동축(111)에서 외측으로 소정 길이 연장된 길이를 갖는 바(bar) 또는 로드(rod) 형상을 갖는다.

한편, 상기 트레이(121)는 상기 구동축(111)에 장착 및 분리 시에는 상기 기판(10)의 증착될 면이 상부를 향하도록 수평으로 지지되며, 증착 공정 시에는 상기 기판(10)의 증착될 면이 상기 프로세스 챔버(101)의 중앙 내부를 향하도록 수직으로 지지된다. 그리고 상기 트레이 유닛(102)은 상기 트레이(121)를 회전시키기 위한 트레이 구동부(미도시)가 구비되고, 상기 제1 장착부(122)에는 상기 트레이(121)를 상기 제2 장착부(124)에 대해 힌지 회동을 위한 트레이 회전축(123)이 구비된다. 예를 들어, 상기 트레이(121)는 상기 제2 장착부(124)에 대해 90° 회전하여 상기 기판(10)이 상기 분사 유닛(103)과 마주보도록 형성된다.

여기서, 상기 트레이(121)는 수직으로 세워졌을 때 상기 트레이(121)의 상단부가 상기 프로세스 챔버(101)의 상부 내측면에 근접한 길이를 갖도록 형성된다. 즉, 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 수직으로 세워진 트레이(121)는 상기 기판(10)에 분사되는 증착가스가 체류되는 공간을 제한하는 물리적인 장벽 역할을 하게 된다. 특히, 상기 트레이(121)의 상단부가 상기 프로세스 챔버(101) 내측면에 근접하게 형성되므로 상기 트레이(121)에 의해 분사된 증착가스가 외부, 즉, 상기 트레이(121)의 외측으로 유출되는 것을 최소화할 수 있다. 따라서, 상기 프로세스 챔버(101) 내부에서 상기 수직으로 세워진 트레이(121)들에 의해 둘러싸인 내부 공간이 상기 기판(10)에 증착 공정이 수행되는 실질적인 반응 공간이 되므로, 반응 공간을 줄일 수 있으며, 반응 공간이 감소됨에 따라 반응 공간 내의 증착가스 밀도를 높이고 증착가스의 균일도를 향상시킬 수 있으므로 증착 속도와 품질을 향상시킬 수 있다. 또한, 반응 공간을 줄임으로써 증착가스의 소비량을 줄일 수 있는 장점이 있다.

상기 분사 유닛(103)은 상기 수직으로 지지된 기판(10) 표면에 증착가스를 분사하도록 상기 프로세스 챔버(101)의 중앙 부분에 형성되며, 증착가스를 분사하는 다수의 분사홀(131)이 형성되고 내부에 상기 분사홀(131)로 증착가스를 공급하는 유로가 되는 분사 버퍼(132)가 형성된 분사 하우징(130)을 포함하여 구성된다. 또한, 상기 분사 유닛(103) 일측에는 상기 분사 버퍼(132) 내부로 증착가스를 공급 하는 가스 공급부(135)가 구비된다.

상기 분사 하우징(130)은 소정 단면적을 갖고 내부에 상기 분사 버퍼(132)가 형성되도록 소정 체적의 빈 공간이 형성된 중공형 통 형상을 갖는다. 예를 들어, 상기 분사 하우징(130)은 상기 다수의 기판(10)에 대해 동시에 증착가스를 분사할 수 있도록 원통 형상을 갖고, 상기 분사 하우징(130) 표면에 조밀하게 다수의 분사홀(131)이 형성된다. 또한, 상기 분사 하우징(130)은 수직으로 지지된 상기 기판(10) 전체에 증착가스를 고르게 분사할 수 있도록 상기 수직으로 지지된 기판(10)과 같거나 더 긴 길이를 갖는다.

그러나 상기 분사 하우징(130)의 형태가 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 분사 하우징(130)은 상기 기판(10)과 마주보는 면이 평면이 되도록 다각형 기둥 형태를 가질 수 있다. 여기서, 상기 다각형 기둥 형태의 분사 하우징(130)은 상기 기판(10) 표면에 증착가스를 균일하게 분사할 수 있도록, 상기 기판(10)과 일대일로 마주보는 면을 갖고, 상기 기판(10)과 마주보는 면이 상기 기판(10) 표면과 평행한 평면인 다각형 기둥 형태를 가질 수 있다. 일 예로, 본 실시예에서는 4개의 기판(10)에 대해 동시에 증착 공정이 수행되므로 상기 분사 하우징(130)은 정사각형 단면을 갖는 사각 기둥 형태를 가질 수 있다.

또한, 상기 분사홀(131)의 크기나 개수 및 배치 형태는 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 기판(10)으로 균일하게 상기 증착가스를 분사할 수 있도록 실질적으로 다양한 형태로 배치될 수 있다. 또한, 상기 분사홀(131)은 원형 홀 이외에도 다양한 형태의 홀이나 슬릿 형태를 가질 수 있다.

상기 분사 유닛(103)은 상기 기판(10)에 대해 동시에 동일한 증착가스를 분사하도록 형성된다. 여기서, 상기 증착가스는 박막을 증착하는 공정에서 사용되는 가스들로써, 상기 기판(10)에 증착시키고자 하는 박막을 구성하는 소스 물질을 포함하는 한 종류 이상의 소스가스와 소스가스, 상기 기판(10), 상기 기판(10)에 증착된 박막과 화학적으로 반응하지 않는 안정한 가스로써 상기 소스가스의 퍼지를 위한 퍼지가스가 사용된다.

상기 분사 유닛(103)은 소정 시간 동안 소스가스를 분사하고 퍼지가스를 분사하는 방식으로, 상기 소스가스와 상기 퍼지가스를 교번적으로 분사한다. 그리고 상기 트레이 유닛(102)이 회전함에 따라 상기 기판(10)이 상기 분사 유닛(103)에서 분사되는 증착가스를 통과하는 동안 상기 기판(10) 표면에 소정의 박막이 형성된다.

한편, 상기 분사 유닛(103) 또는 상기 트레이 유닛(102)은 서로에 대해 회전 가능하게 형성된다.

본 실시예에서는 상기 트레이 유닛(102)이 회전하도록 형성된다. 즉, 상기 프로세스 챔버(101) 내부에서 상기 구동축(111)이 회전 가능하게 구비되고, 상기 제2 장착부(124)는 상기 구동축(111)과 일체로 또는 고정 형성되므로, 상기 트레이 유닛(102)이 상기 제2 장착부(124)에 장착되면 상기 구동축(111)이 회전함에 따라 상기 트레이 유닛(102)이 회전하게 된다. 또한, 상기 트레이 유닛(102)은 상기 트레이(121)가 수직으로 세워진 상태에서 상기 구동축(111)의 회전에 의해 상기 기판(10)이 상기 분사 유닛(103) 둘레를 공전하게 된다. 본 실시예에 따르면, 상기 기판(10)을 수직으로 세운 상태로 회전시키므로 상기 기판(10)에서 박막이 증착될 표면이 항상 상기 분사 유닛(103)을 향하게 되므로 상기 기판(10)에 증착가스가 균일하게 분사된다.

그러나 상술한 실시예와는 달리, 상기 트레이 유닛(102)이 고정되고 상기 분사 유닛(103)이 회전하도록 형성하는 것도 가능하다. 여기서, 상기 분사 유닛(103)이 회전 가능하게 형성된 경우, 상기 분사 버퍼(132) 내부의 증착가스 누설을 방지하고 상기 분사 유닛(103)의 회전을 가능하도록 하는 실링부(미도시)가 구비될 수 있다. 일 예로 상기 분사 유닛(103)은 자성 유체로 이루어진 마그네틱 실링(magnetic sealing)이 구비될 수 있다.

상기 배기부(104)는 상기 트레이(121) 사이에 구비되어 상기 프로세스 챔버(101) 내부의 배기가스를 흡입하여 배출시킨다. 상기 배기부(104)는 상기 배기가스를 흡입하는 다수의 배기홀(141)이 형성된 배기 하우징(140)과 상기 배기 하우징(140) 내부에 형성되어 상기 배기홀(141)에서 흡입된 배기가스의 배출 유로를 형성하는 배기 버퍼(142)를 포함하여 구성된다. 그리고 상기 배기 버퍼(142) 일측에는 상기 배기 버퍼(142)에서 배기가스를 배출시키는 배기 펌프(145)가 구비된다.

상기 배기 하우징(140)은 내부에 소정 체적의 중공부가 형성되어 상기 배기 버퍼(142)가 형성되고, 상기 트레이(121) 사이 사이에 배치되도록 상기 구동축(111)의 외주연부를 따라 방사상으로 연장 형성될 수 있다. 또한, 상기 배기 하우징(140)은 상기 구동축(111)의 상단부에 구비되며, 상기 배기홀(141)이 형성된 상면이 상기 수평으로 지지된 기판(10) 표면과 같거나 낮은 높이를 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 배기 하우징(140)은 사각형 기둥 형태를 갖고 4개의 배기 하우징(140)이 상기 트레이(121) 사이 사이에 배치되도록 상기 구동축(111)에서 외측으로 연장 형성된다.

또한, 상기 배기 하우징(140)은 상기 기판(10)에서 고르게 배기가스를 흡입할 수 있도록, 상기 구동축(111)에 장착된 상기 트레이(121)와 동일하거나 더 긴 길이를 갖는다. 즉, 상기 배기 하우징(140)은 상기 구동축(111)에 수평으로 장착된 상기 기판(10)에서 배기가스를 균일하게 흡입할 수 있다.

여기서, 상기 구동축(111)이 회전하는 경우 상기 트레이 유닛(102)과 동시에 상기 배기부(104) 역시 회전할 수 있도록 상기 배기 하우징(140)은 상기 구동축(111)과 일체로 또는 고정 결합된다.

그러나 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 배기 하우징(140)의 형태 및 개수와 위치는 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다. 또한, 상기 배기홀(141)의 크기나 개수 및 배치 형태는 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 프로세스 챔버(101) 내부에서 배기가스를 흡입할 수 있도록 실질적으로 다양한 형태로 배치될 수 있다. 또한, 상기 배기홀(141)은 원형 홀 이외에도 다양한 형태의 홀이나 슬릿 형태를 가질 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 배기부(104)가 상기 트레이(121) 사이 사이에 배치되며 상기 구동축(111)의 외주연부를 따라 방사상으로 형성되므로 상기 트레이(121)가 상기 구동축(111)에 수평으로 장착되었을 상기 트레이(121)의 길이 방향을 따라 전체에 구비되므로, 상기 기판(10) 전체에 대해 일정 이상의 배기량을 확 보하고 더불어 배기량을 일정하게 유지시킬 수 있다. 특히, 상기 배기부(104)는 상기 구동축(111)에서 외측으로 연장되므로 상기 트레이(121)가 수직으로 세워진 상태에서는 상기 기판(10)과 상기 배기부(104) 사이의 거리가 단축되므로 증착 공정 동안 배기량을 증가시킬 수 있으며, 배기량을 균일하게 유지시킬 수 있는 장점이 있다.

한편, 상술한 실시예에서는 상기 분사 유닛(103)과 상기 트레이 유닛(102)이 서로에 대해 회전 가능하게 형성되고, 상기 트레이 유닛(102) 사이 사이에 상기 배기부(104)가 배치된 예를 설명하였다. 그러나 상기 분사 유닛(203)과 상기 트레이 유닛(202)이 고정된 형태를 갖는 것도 가능하다.

이하에서는, 도 4와 도 5를 참고하여 분사 유닛(203)과 트레이 유닛(202)이 고정된 형태를 갖는 원자층 증착장치(200)에 대해 설명한다. 참고적으로 이하에서 설명하는 실시예들은 상술한 실시예와 실질적으로 동일하며, 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 명칭을 사용하고, 도면부호는 200번대의 번호를 사용하여 설명하며, 중복되는 설명은 생략한다

도 4를 참조하면, 원자층 증착장치(200)는 프로세스 챔버(201), 트레이 유닛(202), 분사 유닛(203) 및 배기부(204)를 포함하여 이루어진다.

상기 트레이 유닛(202)은 기판(10)이 한 장씩 안착되도록 형성된 다수의 트레이(221)를 포함하고, 상기 기판(10)이 안착된 상태로 상기 트레이(221) 자체가 상기 프로세스 챔버(201)에 로딩 및 언로딩 된다.

상기 프로세스 챔버(201) 내부에는 상기 트레이(221)가 장착되는 트레이 지지부(211)가 구비된다. 예를 들어, 상기 트레이 지지부(211)는 소정 직경 및 길이를 갖는 원기둥 형태를 갖고, 상기 트레이 지지부(211)의 상면에 상기 트레이(221)가 장착된다. 일 예로 상기 원자층 증착장치(200)는 4 장의 기판(10)이 수용되며, 상기 트레이(221)는 상기 트레이 지지부(211) 상면에서 90° 간격으로 배치된다.

또한, 상기 트레이 지지부(211)는 상면에 상기 트레이(221)가 수평 방향으로 장착될 수 있도록 평편한 표면이 형성된다. 상기 트레이(221)는 상기 트레이 지지부(211) 상면에 수평 방향으로 장착되고 90° 힌지 회전하여 상기 기판(10)이 수직으로 세워진다.

여기서, 상기 트레이(221)는 수직으로 세워졌을 때 상기 트레이(221)의 상단부가 상기 프로세스 챔버(201)의 상부 내측면에 근접한 길이를 갖도록 형성되고, 상기 수직으로 세워진 트레이(221)들에 의해 둘러싸인 내부 공간이 상기 기판(10)에 증착 공정이 수행되는 실질적인 반응 공간이 된다.

상기 분사 유닛(203)은 증착가스를 분사하는 다수의 분사홀(231)이 형성되고 내부에 상기 분사홀(231)로 증착가스를 공급하는 유로가 되는 분사 버퍼(232)가 형성된 분사 하우징(230)과 상기 분사 유닛(203) 일측에 구비되어 상기 분사 버퍼(232) 내부로 증착가스를 공급하는 가스 공급부(235)로 이루어진다.

상기 분사 하우징(230)은 상기 수직으로 세워진 트레이(221)에 의해 둘러싸인 공간 내부에서 중앙 부분에 구비되며, 상기 수직으로 세워진 기판(10)에 증착가스를 분사할 수 있도록 상기 기판(10)의 수에 대응되는 수의 분사면을 갖는 다각형 기둥 형태를 갖는다. 특히, 상기 분사 하우징(230)은 상기 기판(10)과 마주보는 면이 상기 기판(10) 표면과 평행한 평면을 갖는다. 일 예로, 본 실시예에서는 4개의 기판(10)에 대해 동시에 증착 공정이 수행되므로 상기 분사 하우징(230)은 정사각형 단면을 갖는 사각 기둥 형태를 가질 수 있다.

또한, 상기 분사 하우징(230)은 수직으로 지지된 상기 기판(10) 전체에 증착가스를 고르게 분사할 수 있도록 상기 수직으로 지지된 기판(10)과 같거나 더 긴 길이를 갖는다.

한편, 본 실시예에서는 상술한 실시예와 달리, 상기 배기부(204)가 상기 프로세스 챔버(201) 하부에 구비된다. 즉, 상기 배기부(204)는 상기 프로세스 챔버(201) 하부를 관통하여 다수의 챔버 배기구(214)가 형성되고, 상기 챔버 배기구(214)를 통해 상기 프로세스 챔버(201) 내부의 배기가스를 흡입하여 배출시키는 배기 펌프(215)가 구비된다.

상술한 실시예에서는 4개의 기판(10)에 대해 동시에 증착 공정이 수행되는 원자층 증착장치(200)에 대해 설명하였으나, 동시에 수용될 수 있는 기판(10)의 수는 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.

일 예로 도 5에 도시한 바와 같이 8장의 기판(10)이 수용될 수 있다. 도 5를 참고하여 설명하는 실시예는 도 4에서 설명한 실시예와 실질적으로 동일하므로 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 명칭과 도면부호 사용하고, 중복되는 설명은 생략한다.

도 5를 참조하면, 원자층 증착장치(200)는 프로세스 챔버(201), 트레이 유닛(202), 분사 유닛(203) 및 배기부(204)를 포함하여 이루어진다

상기 트레이 유닛(202)은 기판(10)이 한 장씩 안착되도록 형성된 다수의 트레이(221)와 상기 트레이(221)를 트레이 지지부(211)에 장착 및 분리시키고 상기 트레이(221)를 상기 트레이 지지부(211)에 대해 수직으로 회전시키는 트레이 장착부(222)를 포함한다.

일 예로 상기 원자층 증착장치(200)는 8 장의 기판(10)이 수용되며, 상기 트레이(221)는 상기 트레이 지지부(211) 상면에서 45° 간격으로 동일한 간격으로 이격되어 배치된다. 또한, 상기 트레이(221)는 상기 트레이 지지부(211) 상면에 수평 방향으로 장착되고 90° 힌지 회전하여 상기 기판(10)이 수직으로 세워진다.

상기 분사 유닛(203)은 증착가스를 분사하는 다수의 분사홀(241)이 형성되고 내부에 상기 분사홀(241)로 증착가스를 공급하는 유로가 되는 분사 버퍼(242)가 형성된 분사 하우징(240)과 상기 분사 유닛(203) 일측에 구비되어 상기 분사 버퍼(242) 내부로 증착가스를 공급하는 가스 공급부(245)로 이루어진다.

상기 분사 하우징(240)은 상기 수직으로 세워진 트레이(221)에 의해 둘러싸인 내부 공간의 중앙 부분에 구비되며, 상기 수직으로 세워진 기판(10)에 증착가스를 분사할 수 있도록 상기 기판(10)의 수에 대응되는 수의 분사면을 갖는 다각형 기둥 형태를 가지며, 상기 분사 하우징(240)에서 상기 기판(10)과 마주보는 면이 상기 기판(10) 표면과 평행한 평면을 갖는다. 일 예로, 본 실시예에서는 8개의 기판(10)에 대해 동시에 증착 공정이 수행되므로 상기 분사 하우징(240)은 정팔각형 단면을 갖는 팔각 기둥 형태를 가질 수 있다.

또한, 상기 분사 하우징(240)은 수직으로 지지된 상기 기판(10) 전체에 증착가스를 고르게 분사할 수 있도록 상기 수직으로 지지된 기판(10)과 같거나 더 긴 길이를 갖는다.

상기 배기부(204)는 상기 프로세스 챔버(201) 하부에 구비되며, 상기 프로세스 챔버(201) 하부를 관통하여 형성된 다수의 챔버 배기구(214)와 상기 챔버 배기구(214)를 통해 상기 프로세스 챔버(201) 내부의 배기가스를 흡입하여 배출시키는 배기 펌프(215)로 이루어진다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치의 종단면도;

도 2는 도 1의 원자층 증착장치에서 트레이 유닛을 설명하기 위한 평면도;

도 3은 도 2의 트레이 유닛의 요부 사시도;

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원자층 증착장치의 요부 사시도;

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원자층 증착장치의 요부 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 기판 100, 200: 원자층 증착장치

101, 201: 프로세스 챔버 102, 202: 트레이 유닛

103, 203: 분사 유닛 104, 204: 배기부

111: 구동축 121, 221: 트레이

122, 124, 222: 트레이 장착부 123: 트레이 회전축

130, 230, 240: 분사 하우징 131, 231, 241: 분사홀

132, 232, 242: 분사 버퍼 135, 235, 245: 가스 공급부

140: 배기 하우징 141: 배기홀

142: 배기 버퍼 145: 배기 펌프

204: 배기부 211: 트레이 지지부

214: 챔버 배기구 215: 배기 펌프

Claims

다수의 기판이 구비되어 증착 공정이 수행되는 프로세스 챔버;

상기 기판이 안착된 상태로 상기 프로세스 챔버에서 출입 가능하게 형성된 다수의 트레이를 포함하고, 상기 프로세스 챔버 내부에서 증착 공정 동안 중력 방향을 따라 상기 트레이가 수직으로 세워지도록 지지하는 트레이 유닛; 및

상기 프로세스 챔버 내부에 구비되어 상기 기판이 수직으로 세워진 상태에서 상기 기판에 증착가스를 분사하는 분사 유닛; 및

상기 프로세스 챔버 내부에 구비되어 상기 트레이가 장착되는 구동축;

을 포함하고,

상기 트레이 유닛은,

상기 기판이 한 장씩 안착되도록 형성되는 다수의 트레이;

상기 트레이 일측에 구비되어 상기 트레이를 상기 구동축에 장착시키는 트레이 장착부; 및

상기 트레이가 상기 구동축에 수평으로 장착된 상태에서 상기 트레이가 수직으로 세워지도록 상기 트레이를 힌지 회전시키는 트레이 회전축;

을 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
삭제
제1항에 있어서,

상기 트레이 장착부는 상기 기판이 수평 방향으로 지지된 상태로 상기 트레이가 상기 구동축의 외주연부를 따라 방사상으로 장착되도록 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
삭제
제1항에 있어서,

상기 트레이는 수직으로 세워졌을 때 상기 트레이의 상단부가 상기 프로세스 챔버의 내측면에 근접한 길이를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
제1항에 있어서,

상기 프로세스 챔버 내부의 배기가스를 흡입하여 배출하는 다수의 배기홀이 형성된 배기부를 더 포함하고,

상기 배기부는,

상기 다수의 배기홀이 형성된 배기 하우징;

상기 배기 하우징 내부에 구비되어 상기 배기홀에서 흡입된 배기가스의 유출 유로가 되는 배기 버퍼; 및

상기 배기 버퍼 일측에 구비되어 상기 배기 버퍼 내의 배기가스를 배출시키는 배기 펌프;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
제6항에 있어서,

상기 배기 하우징은 상기 구동축에서 외측으로 연장 형성되며, 상기 구동축에 장착된 상기 트레이 사이 사이에 배치되도록 상기 구동축의 외주연부를 따라 방사상으로 연장 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
제7항에 있어서,

상기 배기 하우징은 상기 트레이가 구동축에 장착되었을 때 상기 트레이의 단부와 같거나 긴 길이를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
제7항에 있어서,

상기 배기 하우징은 상기 배기홀이 형성된 상면이 상기 기판이 수평으로 지지된 상태일 때의 상기 기판 표면과 같거나 낮은 높이를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
제1항에 있어서,

상기 분사 유닛은,

증착가스를 분사하는 다수의 분사홀이 형성된 분사 하우징;

상기 분사 하우징 내부에 구비되어 상기 분사홀로 증착가스를 공급하는 유로가 되는 분사 버퍼; 및

상기 분사 버퍼 일측에 구비되어 상기 분사 버퍼 내부로 증착가스를 공급하는 가스 공급부;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
제10항에 있어서,

상기 분사 하우징은 내부에 중공부가 형성되고, 원기둥 또는 상기 수직으로 세워진 기판 표면과 마주보는 면이 상기 기판에 평행한 평면이 되도록 다각형 단면을 갖는 기둥 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
제10항에 있어서,

상기 분사 하우징은 상기 수직으로 세워진 기판과 같거나 긴 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
제1항에 있어서,

상기 트레이 유닛 또는 상기 분사 유닛이 서로에 대해 회전 가능하게 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
다수의 기판이 구비되어 증착 공정이 수행되는 프로세스 챔버;

상기 기판이 안착된 상태로 상기 프로세스 챔버에서 출입 가능하게 형성된 다수의 트레이를 포함하고, 상기 프로세스 챔버 내부에서 증착 공정 동안 중력 방향을 따라 상기 트레이를 수직으로 세워지도록 지지하는 트레이 유닛;

상기 프로세스 챔버 내부에 구비되어 상부에 상기 다수의 트레이가 장착 가능하게 형성된 트레이 지지부;

상기 프로세스 챔버 내부에 구비되어 상기 수직으로 세워진 기판 표면에 증착가스를 분사하는 분사 유닛; 및

상기 프로세스 챔버 하부를 관통하여 형성된 다수의 챔버 배기구를 포함하고, 상기 챔버 배기구를 통해 구비되어 상기 프로세스 챔버 내부의 배기가스를 흡입하여 배출시키는 배기부;

를 포함하고,

상기 트레이 유닛은,

상기 기판이 한 장씩 안착되도록 형성된 다수의 트레이; 및

상기 트레이 일측에 구비되어 상기 트레이 지지부에 착탈 가능하게 형성되며, 상기 트레이 지지부 상부에서 상기 트레이가 수직으로 세워지도록 상기 트레이를 힌지 회전시키는 트레이 장착부;

를 포함하고,

상기 트레이는 수직으로 세워졌을 때 상기 트레이의 상단부가 상기 프로세스 챔버의 내측면에 근접한 길이를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
제14항에 있어서,

상기 분사 유닛은 표면에 조밀하게 다수의 분사홀이 형성되고 내부에 중공부가 형성된 분사 하우징을 포함하고,

상기 분사 하우징은 상기 수직으로 세워진 기판과 일대일 대응이 되도록 상기 기판 수에 해당하는 면을 갖고, 상기 기판 표면과 마주보는 면이 상기 기판에 평행한 평면이 되는 다각형 단면을 갖는 기둥 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
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