KR101499467B1 - 대면적 기판용 수평형 원자층 증착장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수장의 대면적 기판에 대하여 수평 상태로 적층한 상태로 동시에 원자층 증착 공정을 수행할 수 있는 대면적 기판용 수평형 원자층 증착장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 수평형 원자층 증착장치는, 내부를 진공 상태로 유지하는 외부 챔버; 상기 외부 챔버 내부에 구비되며, 하면이 개방된 사각통 형상을 가지는 내부 챔버; 상기 내부 챔버 하측에 구비되며, 상하 방향으로 승강하면서 상기 내부 챔버의 하면을 개폐하는 챔버 커버; 상기 챔버 커버의 상측에 설치되어 상기 챔버 커버와 함께 승강하며, 다수장의 대면적 기판이 각각 층상 흐름(larminar flow) 간격으로 이격된 상태에서 수평 상태로 평행하게 탑재되는 카세트; 상기 내부 챔버의 일측벽에 구비되며, 상기 카세트에 탑재되어 있는 다수장의 기판 사이의 공간으로 공정 가스를 분사하는 공정가스 분사부; 상기 내부 챔버의 측벽 중 상기 공정가스 분사부가 설치되는 측벽과 마주보는 측벽에 구비되며, 상기 공정가스 분사부에 분사되는 공정가스를 흡입하여 배출하는 배기부; 및 상기 외부 챔버 내부로 상기 대면적 기판을 반입하고 반출하는 기판 반출입 수단;을 포함한다.

Description

대면적 기판용 수평형 원자층 증착장치{THE HORIZONTAL TYPE APPARATUS FOR DEPOSITING A ATOMIC LAYER ON THE LARGE SUBSTRATE}

본 발명은 대면적 수평형 원자층 증착장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수장의 대면적 기판에 대하여 수평 상태로 적층한 상태로 동시에 원자층 증착 공정을 수행할 수 있는 대면적 기판용 수평형 원자층 증착장치에 관한 것이다.

일반적으로 원자층 증착공정은 반도체, 태양전지, OLED 등의 정밀 제조 분야에서 박막을 증착하는 공정으로 널리 사용되고 있다. 원래 반도체 공정에 사용되던 원자층 증착 공정은 작은 크기의 웨이퍼 등에 박막을 증착하는 것이 대부분이며, 최근에는 태양전지, 특히 박막형 태양전지 제조분야 그리고 OLED 등의 제조분야에서는 점차 대면적 기판에 대하여 원자층 증착 공정을 수행해야할 필요성이 높아지고 있다.

이러한 대면적 기판에 대한 원자층 증착 공정에서는 대면적 기판에 대한 전체 물류 시스템이 대면적 기판을 수평으로 이동시키는 것이 일반적이므로, 원자층 증착 장치도 기판을 수평 상태로 유지한 상태에서 원자층 증착 공정을 수행해야 할 필요성이 있다.

이때 대면적 기판을 수평상태로 유지하면, 기판의 두께가 얇으므로(예를 들어 0.3 ~ 0.7cm) 기판의 중앙 부분은 중력에 의하여 하측으로 처지는 현상이 필연적으로 발생한다. 따라서 대면적 기판에 대하여 수평 상태로 원자층 증착 공정을 수행하기 위해서는 대면적 기판의 처짐 현상에 대한 대응방안이 필요하다.

또한 대면적 기판에 대한 공정 시간이 길어지므로 장비의 쓰루풋을 높이기 위하여 다수장의 기판에 대하여 동시에 공정을 진행할 수 있는 기술의 개발도 절실하게 요구되고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 다수장의 대면적 기판에 대하여 수평 상태로 적층한 상태로 동시에 원자층 증착 공정을 수행할 수 있으며, 각 대면적 기판에 대하여 균일한 박막을 증착할 수 있는 대면적 기판용 수평형 원자층 증착장치를 제공하는 것이다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 수평형 원자층 증착장치는, 내부를 진공 상태로 유지하는 외부 챔버; 상기 외부 챔버 내부에 구비되며, 하면이 개방된 사각통 형상을 가지는 내부 챔버; 상기 내부 챔버 하측에 구비되며, 상하 방향으로 승강하면서 상기 내부 챔버의 하면을 개폐하는 챔버 커버; 상기 챔버 커버의 상측에 설치되어 상기 챔버 커버와 함께 승강하며, 다수장의 대면적 기판이 각각 층상 흐름(larminar flow) 간격으로 이격된 상태에서 수평 상태로 평행하게 탑재되는 카세트; 상기 내부 챔버의 일측벽에 구비되며, 상기 카세트에 탑재되어 있는 다수장의 기판 사이의 공간으로 공정 가스를 분사하는 공정가스 분사부; 상기 내부 챔버의 측벽 중 상기 공정가스 분사부가 설치되는 측벽과 마주보는 측벽에 구비되며, 상기 공정가스 분사부에 분사되는 공정가스를 흡입하여 배출하는 배기부; 및 상기 외부 챔버 내부로 상기 대면적 기판을 반입하고 반출하는 기판 반출입 수단;을 포함하며,

상기 공정가스 분사부는, 상기 외부 챔버의 외부에 구비되는 공정 가스 공급원으로부터 상기 외부 챔버 내부로 공정 가스를 공급하는 공정 가스 반입부; 상기 공정 가스 반입부로부터 반입되는 공정 가스를 확산시키는 공정 가스 확산부; 상기 공정 가스 확산부와 상기 내부 챔버 사이에 설치되며, 상기 공정 가스 확산부와 상기 내부 챔버 사이에 일정한 버퍼 공간을 형성하는 버퍼 공간 형성부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 카세트는, 상기 기판 판출입 수단에 의하여 상기 외부 챔버 내부로 반입된 기판 하면을 처지지 않게 지지하는 다수개의 기판 지지판넬; 상기 기판 지지판넬의 각 모서리와 결합되며, 상기 챔버 커버 각 모서리 상면에 수직으로 기립되어 설치되는 카세트 로드; 상기 카세트 로드에 설치되며, 상기 다수개의 기판 지지판넬을 독립적으로 상하 구동시키는 판넬 상하 구동수단;을 포함하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 기판 반출입 수단은, 수평 방향으로 나란히 배치되어 상기 대면적 기판의 양측 가장자리를 하측에서 지지하면서 회전하여 상기 대면적 기판을 수평 방향으로 이동시키는 다수개의 회전 롤러인 것이 바람직하다.

또한 상기 기판 지지판넬은, 상하 이동과정에서 상기 회전 롤러와의 간섭을 피하기 위하여 가장자리에 롤러 통과홈이 형성되는 것이 바람직하다.

또한 상기 기판 반출입수단에는, 상기 회전롤러를 상기 외부 챔버 중앙에서 외측 방향으로 수평 구동시켜, 상기 회전롤러 사이의 간격을 조정하는 롤러 수평 구동수단이 더 구비되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 수평형 원자층 증착장치에서, 상기 내부 챔버와 상기 챔버 커버 사이에는 상기 내부 챔버와 챔버 커버 사이를 밀봉하는 밀봉부재가 더 구비되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 수평형 원자층 증착장치에서, 상기 외부 챔버 또는 상기 내부 챔버에는 가열장치가 구비되는 것이 바람직하다.

그리고 본 발명에서 상기 공정 가스 확산부와 상기 버퍼 공간 형성부는 다수개의 블럭으로 구분되어 형성되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 배기부는, 상기 외부 챔버 내부의 기체를 외부로 흡입하여 배출하는 배출 펌프;와 상기 배출 펌프와 상기 내부 챔버 사이에 일정한 배기측 버퍼 공간을 형성하는 배기측 버퍼 공간 형성부;를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 대면적 기판 다수장에 대하여 기판을 물류 라인에서 이동되는 상태와 동일하게 수평 수평상태로 유지한 상태에서 동시에 원자층 증착 공정을 수행하여 공정의 쓰루풋이 우수한 장점이 있다.

또한 대면적 기판의 처짐 현상을 완벽하게 방지하여 기판과 기판 사이의 공정 간격을 최소화함으로써 공정에 소용되는 공정 가스의 소비량을 대폭 감소시키며, 공정 시간도 단축하는 현저한 효과가 있다.

한편 본 발명에 따른 원자층 증착장치는 대면적 기판을 일정한 방향으로 이동시키면서 공정을 진행할 수 있는 인라인(In-line) 형태의 장비 레이아웃을 구성할 수 있는 장점도 있다.

또한 본 발명에 따르면 대면적 유리 기판을 다수장 장입한 상태에서 대면적 유리 기판의 모든 표면에 균일한 박막을 형성할 수 있을 뿐만아니라, 함께 장입된 다수장의 대면적 유리 기판에 균일하게 박막 형성이 이루어지는 특유의 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수평형 원자층 증착 장치의 구조를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수평형 원자층 증착 장치의 구조를 도시하는 다른 방향의 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지판넬에 기판이 안착된 상태를 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지판넬의 구조를 도시하는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지판넬에 기판이 안착되는 과정을 도시하는 도면들이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 카세트의 구조를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수평형 원자층 증착장치에서 원자층 증착공정이 이루어지는 과정을 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤러 통과홈 메움부의 구조를 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 가스 분사부의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 가스 분사부의 블럭 구조를 도시하는 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다.

본 실시예에 따른 수평형 원자층 증착 장치(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 외부 챔버(10), 내부 챔버(20), 챔버 커버(30), 카세트(40), 공정가스 분사부(50), 배기부(60) 및 기판 반출입 수단(70)을 포함하여 구성된다.

먼저 상기 외부 챔버(10)는 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 수평형 원자층 증착장치(1)의 전체적인 외형을 이루며, 내부에 일정한 밀폐 공간을 형성하는 직육면체 형상을 가질 수 있다. 상기 외부 챔버(10)에는 챔버 내부 공간의 기체를 흡입하여 외부로 배출할 수 있는 고성능의 진공 펌프(도면에 미도시)가 설치된다.

또한 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 외부 챔버(10)의 일측벽에는 기판(S)이 통과할 수 있는 게이트(12)가 형성되고, 상기 게이트(12)에는 상기 게이트(12)를 단속할 수 있는 게이트 밸브(14)가 설치된다. 물론 상기 외부 챔버(10)의 일측벽과 마주보는 타측벽에도 게이트(12)가 형성되어 기판을 일정한 방향으로 흘러가듯이 이동하면서 공정이 진행될 수도 있다.

또한 상기 외부 챔버(10)의 게이트(12)가 형성된 측부에는 각각 로드락 챔버(도면에 미도시)가 더 구비될 수 있다. 이 로드락 챔버는 상기 외부 챔버(10)에 반입되는 기판을 미리 수취하고, 예열 및 진공 상태를 만들어서 상기 외부 챔버(10) 내부의 진공을 깨지 않고 기판의 반입이 가능하게 하거나, 상기 외부 챔버(10)에서 반출되는 기판을 진공 상태를 유지한 채로 수취하여 공정 시간을 단축하는데 기여할 수 있다.

다음으로 상기 내부 챔버(20)는 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 상기 외부 챔버(10) 내부 상측에 구비되며, 하면이 개방된 사각통 형상을 가지는 구성요소이다. 상기 내부 챔버(20) 내에서 실제로 원자층 증착 공정이 이루어지며, 본 실시예에 따른 수평형 원자층 증착 장치(1)는 다수장의 대면적 기판을 적층한 상태로 즉, 배치형으로 원자층 증착 공정을 진행하면서도 공정 가스가 주입되는 공간을 최소화할 수 있도록 상기 내부 챔버(20)와 후술하는 카세트(40)를 조합하는 것이다.

한편 상기 챔버 커버(30)는 도 1, 2, 7에 도시된 바와 같이, 상기 내부 챔버(20) 하측에 구비되며, 상하 방향으로 승강하면서 상기 내부 챔버(20)의 개방된 하면을 개폐하는 구성요소이다. 즉, 상기 내부 챔버(20)와 상기 챔버 커버(30)가 결합하여 원자층 증착 공정을 위한 밀폐 공간을 형성하는 것이며, 상기 내부 챔버(20)와 챔버 커버(30)의 접촉면에는 내부 기밀을 유지하기 위하여 밀폐 부재(22)가 더 구비될 수 있다.

그리고 상기 챔버 커버(30)의 하측에는 상기 챔버 커버(30)를 상하 방향으로 승강시킬 수 있는 커버 승강수단(32)이 구비된다.

또한 상기 카세트(40)는 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 상기 챔버 커버(30)의 상측에 설치되어 상기 챔버 커버(30)와 함께 승강하며, 다수장의 대면적 기판이 각각 층상 흐름(larminar flow) 간격으로 이격된 상태에서 수평 상태로 평행하게 탑재되는 구성요소이다.

즉, 상기 카세트(40)는 도 6에 도시된 바와 같이, 다수장의 대면적 기판을 처짐 현상없이 층상 흐름 간격으로 지지하기 위하여, 기판 지지판넬(42), 카세트 로드(44) 및 판넬 상하 구동수단(46)을 포함하여 구성된다.

먼저 상기 기판 지지판넬(42)은, 상기 기판 판출입 수단(70)에 의하여 상기 외부 챔버(10) 내부로 반입된 기판(S) 하면을 처지지 않게 지지하는 구성요소이다. 상기 기판 지지판넬(42)은 도 6에 도시된 바와 같이 하나의 카세트(40)에 다수개가 평행하게 설치된다.

상기 기판 지지판넬(42)은 대면적이면서도 중앙 부분이 하측으로 처지지 않는 충분한 정도의 강도를 가지는 소재로 이루어지며, 상기 대면적 기판은 상기 기판 지지판넬(42)에 안착된 상태에서 원자층 증착 공정이 진행되므로, 상기 기판 지지판넬(42)의 표면은 원자층 증착 공정에서의 오염방지 및 파티클 발생 방지를 위하여 특수한 재질로 코팅될 수도 있으며, 예를 들어 상기 원자층 증착 공정에서 이루어지는 증착 물질과 동일한 물질로 코팅될 수 있다.

한편 본 실시예에서 상기 기판 지지판넬(42)은 전체적으로 직사각형 판넬 형상을 가지며, 도 3에 도시된 바와 같이, 기판(S)이 안착된 상태에서 기판(S)의 상면만이 노출될 수 있도록 기판 안착홈(41)이 음각되어 형성된다.

그리고 상기 기판 지지판넬(42)의 좌우측 가장자리에는 도 4에 도시된 바와 같이, 다수개의 롤러 통과홈(43)이 형성된다. 상기 롤러 통과홈(43)은 후술하는 기판 반출입수단(70)을 구성하는 다수개의 회전 롤러(72)의 간격과 일치하게 다수개가 이격되어 형성되되, 상기 롤러 통과홈(43)의 크기는 상기 회전롤러(72)가 충분히 통과할 수 있는 크기로 형성된다.

상기 롤러 통과홈(43)에 의하여 상기 기판 지지판넬(42)이 기판(S)을 지지한 회전롤러(72)의 하측에서 상측으로 이동하면서 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 회전 롤러(72)와 충돌하지 않고 기판(S)만을 들어올릴 수 있다.

다음으로 상기 카세트 로드(44)는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 기판 지지판넬(42)의 각 모서리와 결합되며, 상기 챔버 커버(30) 각 모서리 상면에 수직으로 기립되어 설치되는 구성요소이다. 즉, 상기 카세트 로드(44)는 상기 기판 지지판넬(42)의 설치 위치를 제공하며, 상기 판넬 상하 구동수단(46)에 의하여 상기 기판 지지판넬(42)이 정확하게 상하 방향으로 구동할 수 있는 경로를 제공하는 역할을 한다.

다음으로 상기 판넬 상하 구동수단(46)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 카세트 로드(44)에 다수개가 설치되며, 상기 다수개의 기판 지지판넬(42)을 독립적으로 상하 구동시키는 구성요소이다. 본 실시예에서 상기 다수개의 기판 지지판넬(42)은 기판(S)을 지지하지 않는 상태에서는 다양한 간격을 가질 수 있지만, 기판(S)을 지지한 상태에서는 원자층 증착 공정이 가능하도록 각 기판 지지판넬(42) 사이의 간격이 층상 흐름(larminar flow) 간격을 유지하여야 한다. 따라서 상기 판넬 상하 구동수단(46)이 상기 카세트 로드(44)를 타고 이동하면서 상기 기판 지지판넬(42)을 독립적으로 상하 구동시키는 것이다. 이때 상기 판넬 상하 구동수단(46)은 각 기판 지지판넬(42) 사이의 간격을 미리 정해진 층상 흐름 간격 이하의 간격으로 조정한다.

그리고 본 실시예에서 상기 판넬 상하 구동수단(46)은 각 카세트 로드(44)에 각각 설치되어 상기 기판 지지판넬(42)의 네 모서리를 각각 독립적으로 상하 구동시키지만, 상기 기판 지지판넬(42)이 지면과 수평 상태를 유지하도록 제어된다.

다음으로 상기 공정가스 분사부(50)는 도 2, 7에 도시된 바와 같이, 상기 내부 챔버(20)의 일측벽에 구비되며, 상기 카세트(32)에 탑재되어 있는 다수장의 기판(S) 사이의 공간으로 공정 가스를 분사하는 구성요소이다. 상기 공정 가스 분사부(50)에 의하여 분사되는 공정가스는 상기 분사구(22)를 통하여 균일하게 분사된다. 이때 원자층 증착 공정을 위한 공정가스는 펄스 형태로 공급된다.

이를 위해 본 실시예에서 상기 공정 가스 분사부(50)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 내부 챔버(20)의 일측에 설치되며, 기판과 수평 방향으로 공정 가스를 층상흐름(laminar flow)으로 분사하는 구성요소이다. 이를 위하여 본 실시예에서는 상기 공정 가스 분사부(50)를 구체적으로 공정 가스 반입부(52), 공정 가스 확산부(54) 및 버퍼 공간 형성부(56)를 포함하여 구성한다.

먼저 상기 공정 가스 반입부(52)는, 상기 외부 챔버(10)의 외부에 구비되는 공정 가스 공급원(51)으로부터 상기 외부 챔버(10) 내부로 공정 가스를 공급하는 구성요소이다. 여기에서 공정 가스라 함은 진행되는 원자층 공정에 따라 변화될 수 있지며, 예를 들어 ZrO₂층을 원자층 증착법으로 증착하기 위해서는 먼저 가스 공급원으로 Zr 공급원, O₃ 공급원 그리고 퍼징가스로 N₂ 공급원이 구비되고, 상기 공정 가스 반입부(52)는 이러한 제1, 2 반응 가스 및 퍼징가스를 후술하는 공정 가스 확산부(54)로 반입하는 것이다. 이때 각 공정 가스는 서로 섞이지 않게 제어되며, 상기 공정 가스 확산부(54)로 반입되는 경로를 구분하여 형성하고 구분하여 사용할 수도 있다.

다음으로 상기 공정 가스 확산부(54)는, 상기 공정 가스 반입부(52)로부터 반입되는 공정 가스를 확산시키는 구성요소이다. 즉, 상기 공정 가스 반입부(52)로부터 상기 외부 챔버(10) 내로 반입된 공정 가스를 대면적 유리 기판에 대하여 원자층 증착 공정이 이루어질 수 있도록 충분한 폭으로 확산시키고, 확산된 공정 가스가 기판 사이의 공간에서 층상흐름을 유지하면서 이동할 수 있도록 분사하는 것이다. 이를 위하여 상기 공정 가스 확산부(54)는 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 공정 가스 반입부(52)와 연결되어 횡으로 길게 형성되는 공정 가스 확산로(53)와, 상기 공정 가스 확산로(53)와 연통되어 형성되며, 기판 방향으로 공정 가스를 분사하는 다수개의 분사공(55)을 포함하여 구성된다. 이때 다수개의 분사공(55)은 도 9에 도시된 바와 같이, 일정한 간격 이격되어 형성된다.

다음으로 상기 버퍼 공간 형성부(56)는 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 공정 가스 확산부(54)와 인접하게 설치되며, 상기 공정 가스 확산부(54)와 상기 내부 챔버(20)의 분사구(22) 사이에 일정한 버퍼 공간을 형성하는 구성요소이다. 여기에서 '버퍼 공간'이라 함은, 도 9에 도시된 바와 같이, 하나의 분사공(55)에서 분사되어 확산되는 공정가스 분포 공간이 이웃한 분사공(55)에서 분사되어 확산되는 공정가스 분포 공간과 겹치는 폭(d1)보다 넓은 폭으로 형성되어 상기 다수개의 분사공(55)에서 분사된 공정 가스가 균일하게 층상흐름을 형성할 수 있는 충분한 확산 폭(d2)이 확보되는 공간을 말한다. 따라서 상기 버퍼 공간 형성부(56)의 확산폭(d2)은 이웃하는 분사공(55)에서 각각 분사되는 공정가스가 오버랩(overlap)되는 폭(d1)보다 크게 형성되어야 한다.

이렇게 버퍼 공간 형성부(56)에 의하여 균일하게 확산되어 층상흐름을 유지한 상태의 공정 가스는 상기 카세트(32)에 일정간격 이격되어 탑재된 기판(S) 사이의 공간으로 층상흐름을 유지한 상태에서 진입하여 통과한다. 따라서 상기 버퍼 공간 형성부(56)는 도 2에 도시된 바와 같이, 카세트(32)에 탑재되는 기판(S) 사이의 간격과 동일한 간격으로 구분되는 다수개의 분할판(57)에 의하여 분할된다. 이 분할판(57)의 말단은 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 내부 챔버(20)의 분사구(22)와 정확하게 맞물려서 상기 버퍼 공간 형성부(56)에 의하여 분할되어 형성된 공간이 동일하게 기판(S)에 의하여 분할된 공간으로 이어진다. 따라서 상기 버퍼 공간 형성부(56)에 의하여 형성된 공정가스의 층상흐름이 그대로 상기 기판(S) 사이의 공간으로 유지되며 공정가스가 이동하게 되고, 그 과정에서 상기 기판(S) 표면에 대하여 원자층 증착 공정이 이루어지는 것이다.

한편 본 실시예에 따른 대면적 원자층 증착 장치(1)에서는, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 공정 가스 확산부(54)와 상기 버퍼 공간 형성부(56)가 일체로 분사 모듈화되고, 각 분사 모듈은 다수개의 블럭으로 구분되어 형성될 수도 있다. 이렇게 다수개의 분사 모듈 블럭(58)을 확장 결합시켜 전체적으로 공정 가스 분사부(50)로 구성하는 것은, 다양한 크기의 기판 또는 기판 개수에 대하여 대응할 수 있는 장점이 있다. 즉, 기판 사이즈가 커지는 경우에는 상기 분사 모듈 블럭(58)을 종으로 연장시켜 확장시키고, 기판 개수가 증가할 때는 상기 분사 모듈 블럭(58)을 횡으로 연장시켜 확장시킬 수 있는 것이다.

다음으로 상기 배기부(60)는, 도 2, 7에 도시된 바와 같이, 상기 내부 챔버(20)의 측벽 중 상기 공정가스 분사부(50)가 설치되는 측벽과 마주보는 측벽에 구비되며, 상기 공정가스 분사부(50)에 분사되는 공정가스를 흡입하여 배출하는 구성요소이다. 상기 배기부(60)는 상기 배출펌프(도면에 미도시)와 연통되어 형성되며, 상기 공정가스 분사부(50)에서 분사되는 공정가스를 전부 흡입하여 외부로 배출한다.

본 실시예에서는 구체적으로 상기 배기부(60)를 배출 펌프(도면에 미도시)와 배기측 버퍼 공간 형성부(62)로 구성할 수 있다. 상기 배출 펌프는, 상기 내부 챔버(20) 내부의 기체를 외부로 흡입하여 배출하는 구성요소이며, 상기 외부 챔버(10)에 하나 또는 다수개가 구비될 수 있으며, 하나 또는 다수개의 흡입 배출관(64)으로 상기 외부 챔버(10)에 연결된다.

다음으로 상기 배기측 버퍼 공간 형성부(62)는 전술한 버퍼 공간 형성부(56)와 마찬가지로 상기 카세트(32)의 일측에서 기판(S) 사이를 통과한 층상 흐름의 공정가스가 기판(S) 사이의 공간을 통과한 이후에도 일정한 거리를 층상흐름을 유지하면서 이동하도록 배기측 버퍼 공간을 제공하는 것이다. 따라서 상기 배기측 버퍼 공간 형성부(62)도 상기 버퍼 공간 형성부(56)와 마찬가지로, 상기 기판(S) 사이의 간격과 동일한 폭으로 배기측 분할판(63)이 형성되고, 상기 배기측 분할판(63)의 말단은 상기 배기구(24)와 정확하게 맞물려서 상기 기판(S) 사이를 통과한 층상흐름의 공정가스가 그 층상흐름을 그대로 유지하면서 통과하도록 한다.

이렇게 배기측 버퍼 공간 형성부(62)에 의하여 공정가스의 균일한 층상흐름을 기판(S)을 벗어난 배기측 공간까지 유지하는 것은, 대면적 기판의 말단부에서도 균일한 박막을 형성할 수 있는 효과를 가져온다.

다음으로 상기 기판 반출입 수단(70)은 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 상기 외부 챔버(10) 내부로 상기 대면적 기판(S)을 반입하고 반출하는 구성요소이다. 상기 기판 반출입 수단(70)은 대면적 기판을 수평 이동시킬 수 있는 다양한 구조를 가질 수 있으며, 구체적으로, 본 실시에에서 상기 기판 반출입 수단(70)은, 수평 방향으로 나란히 배치되어 상기 대면적 기판의 양측 가장자리를 하측에서 지지하면서 회전하여 상기 대면적 기판을 수평 방향으로 이동시키는 다수개의 회전 롤러(72)로 구성될 수 있다.

즉, 상기 대면적 기판의 양측 가장자리를 지지한 상태에서 회전하여 상기 대면적 기판(S)을 상기 외부 챔버(10) 내부로 이동시키거나 상기 외부 챔버(10) 내부에서 외부로 이동시키는 것이다. 한편 본 실시예에 따른 수평형 원자층 증착장치(1)에서 상기 회전롤러(72)는 상기 챔버 커버(30)가 상기 내부 챔버(20)와 결합하기 위하여 상승하는 과정에서 간섭 현상을 피하기 위하여 도 7에 도시된 바와 같이, 외측으로 수평 이동할 필요가 있다.

따라서 본 실시예에서, 상기 기판 반출입 수단(70)에는 상기 회전롤러(72)를 상기 외부 챔버(10) 중앙에서 외측 방향으로 수평 구동시켜, 서로 마주보는 상기 회전롤러(72) 사이의 간격을 조정하는 롤러 수평 구동수단(74)이 더 구비되는 것이 바람직하다.

상기 롤러 수평 구동수단(74)에 의하여 상기 기판(S)을 수평 이동시키고, 각 대면적 기판(S)을 상기 기판 지지판넬(42)에 안착시키거나 분리시키는 과정에서는 한 쌍의 회전롤러(72) 사이의 간격을 좁게 조정하고, 상기 챔버 커버(30)가 상하 이동하는 과정에서는 한 쌍의 회전 롤러(72) 사이의 간격을 넓게 조정하여 상기 챔버 커버(30)의 상하 구동에 방해되지 않도록 조정하는 것이다.

한편 본 실시예에 따른 수평형 원자층 증착장치(1)에서 상기 외부 챔버(10) 또는 상기 내부 챔버(20)에는 가열장치(도면에 미도시)가 구비될 수 있다. 즉, 원활한 원자층 증착 공정을 위하여 상기 기판을 필요한 공정온도 예를 들어 100 ~ 150℃의 온도로 가열하기 위하여 가열장치가 구비되는 것이다.

또한 본 실시예에 따른 수평형 원자층 증착장치(1)에서 상기 내부 챔버(20)에는 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 기판 지지판넬(42)에 형성되어 있는 롤러 통과홈(43)을 메울 수 있는 통과홈 메움부(24)가 더 구비될 수 있다. 상기 통과홈 메움부(24)는 상기 내부 챔버(20)의 측벽에 설치되어 전후로 수평 이동할 수 있는 구조를 가지며, 상기 기판 지지판넬(42)이 상기 내부 챔버(20) 내부로 완전히 진입한 상태에서 전진하여 상기 롤러 통과홈(43)에 삽입되어 상기 롤러 통과홈(43)을 완전하게 메운다. 이는 상기 기판 지지판넬(42)에 형성되어 있는 롤러 통과홈(43)에 의한 굴곡이 공정가스의 층상흐름을 방해하지 않게 하기 위함이다.

이하에서는 본 실시예에 따른 수평형 원자층 증착 장치(1)를 이용하여 원자층 증착 공정이 이루어지는 과정을 설명한다.

먼저 상기 외부 챔버(10) 내부로 기판이 반입되는 과정이 진행되는데, 이때는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 한쌍의 회전 롤러(72) 사이의 간격이 좁혀진 상태로 제어되며, 기판 반입 과정이 이루어진다.

먼저 게이트 밸브(14)가 개방된 상태에서 기판(S) 공급 과정이 진행된다. 이때 상기 챔버 커버(30)는 하측으로 하강한 상태이며, 최상측 기판 지지판넬(42)부터 기판(S)이 적재된다. 기판(S)이 적재될수록 한 피치씩 챔버 커버(30)가 상승하며 모든 기판 지지판넬(42)에 기판이 적재되면, 기판 반입 과정이 완료되고, 게이트 밸브(14)가 닫힌다. 그리고 상기 롤러 수평구동수단(74)를 구동시켜, 상기 회전 롤러(72) 사이의 간격이 확장시켜 상기 챔버 커버(30)의 상승에 방해되지 않도록 한다.

또한 상기 판넬 상하 구동수단(46)에 의하여 상기 기판 지지판넬(42) 사이의 간격이 층상 흐름 간격을 유지하도록 각 기판 지지판넬(42) 사이의 간격이 제어된다.

동시에 상기 챔버 커버(30)가 상승하여 도 7에 도시된 바와 같이, 내부 챔버(20)와 챔버 커버(30)가 밀착되고 상기 내부 챔버(20)의 내부 공간이 밀폐된다. 이 상태에서 상기 공정가스 분사부(50)에서 공정가스를 분사하고 상기 배기부(60)에서 가스를 흡입하면서 원자층 증착 공정이 진행된다. 이러한 공정은 필요한 증착 두께가 완성될 때까지 반복하여 진행된다.

공정이 완료되면 상기 챔버 커버(30)를 도 2에 도시된 바와 같이, 하강시킨다. 상기 챔버 커버(30)가 순차적으로 하강하면서 상기 회전 롤러(72) 사이의 간격이 다시 좁아지고, 최하측의 기판 지지판넬(42)에 안착된 기판(S)부터 회전롤러(72)에 의하여 외부로 배출한다.

이때 배출되는 기판은 반입될 때 사용된 게이트를 활용할 수도 있고, 반대편 게이트를 활용할 수도 있다.

1 : 본 발명의 일 실시예에 따른 수평형 원자층 증착 장치
10 : 외부 챔버 20 : 내부 챔버
30 : 챔버 커버 40 : 카세트
50 : 공정가스 분사부 60 : 배기부
70 :기판 반출입 수단 S : 기판

Claims (9)

1. 내부를 진공 상태로 유지하는 외부 챔버;
   상기 외부 챔버 내부에 구비되며, 하면이 개방된 사각통 형상을 가지는 내부 챔버;
   상기 내부 챔버 하측에 구비되며, 상하 방향으로 승강하면서 상기 내부 챔버의 하면을 개폐하는 챔버 커버;
   상기 챔버 커버의 상측에 설치되어 상기 챔버 커버와 함께 승강하며, 다수장의 대면적 기판이 각각 층상 흐름(larminar flow) 간격으로 이격된 상태에서 수평 상태로 평행하게 탑재되는 카세트;
   상기 내부 챔버의 일측벽에 구비되며, 상기 카세트에 탑재되어 있는 다수장의 기판 사이의 공간으로 공정 가스를 분사하는 공정가스 분사부;
   상기 내부 챔버의 측벽 중 상기 공정가스 분사부가 설치되는 측벽과 마주보는 측벽에 구비되며, 상기 공정가스 분사부에 분사되는 공정가스를 흡입하여 배출하는 배기부; 및
   상기 외부 챔버 내부로 상기 대면적 기판을 반입하고 반출하는 기판 반출입 수단;을 포함하며,
   상기 공정가스 분사부는,
   상기 외부 챔버의 외부에 구비되는 공정 가스 공급원으로부터 상기 외부 챔버 내부로 공정 가스를 공급하는 공정 가스 반입부;
   상기 공정 가스 반입부로부터 반입되는 공정 가스를 확산시키는 공정 가스 확산부;
   상기 공정 가스 확산부와 상기 내부 챔버 사이에 설치되며, 상기 공정 가스 확산부와 상기 내부 챔버 사이에 일정한 버퍼 공간을 형성하는 버퍼 공간 형성부;를 포함하며,
   상기 카세트는,
   상기 기판 반출입 수단에 의하여 상기 외부 챔버 내부로 반입된 기판 하면을 처지지 않게 지지하는 다수개의 기판 지지판넬;
   상기 기판 지지판넬의 각 모서리와 결합되며, 상기 챔버 커버 각 모서리 상면에 수직으로 기립되어 설치되는 카세트 로드;
   상기 카세트 로드에 설치되며, 상기 다수개의 기판 지지판넬을 독립적으로 상하 구동시키는 판넬 상하 구동수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 기판용 수평형 원자층 증착장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 기판 반출입 수단은,
   수평 방향으로 나란히 배치되어 상기 대면적 기판의 양측 가장자리를 하측에서 지지하면서 회전하여 상기 대면적 기판을 수평 방향으로 이동시키는 다수개의 회전 롤러인 것을 특징으로 하는 대면적 기판용 수평형 원자층 증착장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 기판 지지판넬은,
   상하 이동과정에서 상기 회전 롤러와의 간섭을 피하기 위하여 가장자리에 롤러 통과홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 대면적 기판용 수평형 원자층 증착장치.
5. 제3항에 있어서, 상기 기판 반출입수단에는,
   상기 회전롤러를 상기 외부 챔버 중앙에서 외측 방향으로 수평 구동시켜, 상기 회전롤러 사이의 간격을 조정하는 롤러 수평 구동수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 대면적 기판용 수평형 원자층 증착장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 내부 챔버와 상기 챔버 커버 사이에는 상기 내부 챔버와 챔버 커버 사이를 밀봉하는 밀봉부재가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 대면적 기판용 수평형 원자층 증착장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 외부 챔버 또는 상기 내부 챔버에는 가열장치가 구비되는 것을 특징으로 하는 대면적 기판용 수평형 원자층 증착장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 공정 가스 확산부와 상기 버퍼 공간 형성부는 다수개의 블럭으로 구분되어 형성되는 것을 특징으로 하는 대면적 기판용 수평형 원자층 증착장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 배기부는,
   상기 외부 챔버 내부의 기체를 외부로 흡입하여 배출하는 배출 펌프;
   상기 배출 펌프와 상기 내부 챔버 사이에 일정한 배기측 버퍼 공간을 형성하는 배기측 버퍼 공간 형성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 기판용 수평형 원자층 증착장치.

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