KR101512079B1 - 막 증착 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 위에 막을 형성하기 위한 증착 장치 및 증착 방법을 기재하고 있다. 서로 다른 방향을 갖는 반응 기체에 기판을 노출시켜 기판 위에 막을 형성한다. 한 실시예에서, 기판 위에 중간 두께를 갖는 막을 형성한 후기판을 한 반응실에서 다른 반응실로 이송된다. 따라서 균일한 두께를 갖는 막이 증착되어, 두께 불균형으로 인해 발생하는 디플리션 효과(depletion effect)를 상쇄시킨다.
수평흐름, 원자층, 증착, 회전, 반응기

Description

막 증착 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF DEPOSITING FILM}
본 발명은 막 증착 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조에 있어서 기판 위에 고품질의 박막을 형성하고자 하는 장치나 공정에 대하여 개선하는 노력이 계속되고 있다. 최근에 두 가지 이상의 반응원료를 시간적으로 분리하여 순차적으로 기판 위에 공급하여 표면 반응을 통해 박막을 성장시키고, 이를 반복적으로 수행하여 원하는 두께의 박막을 형성하는 원자층 증착 (atomic layer deposition, ALD) 방법이 제안되었다. 표면 반응에 의해 막이 형성되기 때문에 이와 같은 공정을 이용하면, 기판의 요철에 관계없이 기판의 표면전체에서 균일한 두께의 막을 얻을 수 있고, 막에 섞이는 불순물을 줄일 수 있어서 우수한 성질의 막을 형성할 수 있다.
원자층 증착법에서는 보통 밸브를 사용하여 제 1 반응 원료 기체→불활성 퍼지 기체→제 2 반응 원료 기체→불활성 퍼지 기체의 순서로 반응기에 순차적으로 공급하여 반응 원료 기체들이 반응실 안에서 기체 상태로 만나지 않도록 한다. 반응 원료 기체 중의 일부를 플라즈마로 활성화시켜서 사용할 수도 있다. 순차적인 기체 공급 주기에 시간적으로 일치시켜 플라즈마를 반응기 안에서 단속적으로 발생 시키는 플라즈마 원자층 증착법이 한국 특허 제273473호와 미국 특허 US 6,645,574에 공개되었다.
원자층 증착에 사용되는 원자층 증착 장치 중, 기판에 평행한 방향으로 기체가 흐르는 수평 흐름 원자층 반응기는 반응기 안에서 기체의 흐름이 빠르고 단순하기 때문에 반응기 안의 기체 분위기를 빠른 속도로 전환할 수 있고 필요한 공정 기체들을 순차적으로 공급하는 기체 공급 주기에 필요한 시간을 최소화할 수 있다. 이러한 수평 흐름 원자층 반응기의 예가 대한민국 특허 제 624030호 및 미국 특허 US 6,539,891 등에 의해 시분할 원료공급 원자층 증착 방법에 적합한 반응기 및 이를 이용한 박막 제조 방법이 개시되었다. 또한, 이를 개량한 예가 한국 특허 출원 제2005-0038606호 및 미국 특허 출원 11/429,533호로 출원되었다. 이 반응기에서는 라디오파(RF) 전력을 공급하는 전극에 전력을 기체 공급 주기에 시간적으로 맞추어 공급하여 플라즈마 원자층 증착법을 실시할 수도 있다.
수평 흐름 원자층 반응기의 다른 예가 미국특허 US 5,711,811, 미국 특허 US 6,562,140에 개시되었다. 상기 발명에서는 반응기 내부에서 기판이 놓인 면과 기판에 마주한 면 사이의 간격을 일정하게 하여 기판 위에서 기체의 흐름을 균일하고 층흐름(laminar flow)에 가깝게 유지한다.
기판 위에 원자층이 한 층씩 형성된다면 완전히 균일한 막을 형성할 수 있겠지만 여러 가지 이유로, 특히 기체 원료 공급 주기의 시간을 줄여서 증착 속도를 높이고 장비의 생산성을 높일 필요가 있기 때문에 실제 사용에서는 원자층 증착법으로 형성한 막에 약 3% 정도의 불균일도가 흔히 존재한다.
수평 흐름 원자층 증착 반응기를 사용할 경우, 이러한 불균일은 주로 기체 흐름 방향으로 나타나고 보통 기체 유입부 쪽의 두께가 유출부보다 더 두껍다. 이러한 현상을 디플리션 효과(depletion effect)라고 한다.
본 발명의 기술적 과제는 기판에 형성하는 막의 균일도를 높일 수 있는 수평 흐름 원자층 증착 장치 및 수평 흐름 원자층 증착 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 한 특징에 따른 막 증착 방법은 기판 위에 막을 증착하는 방법으로서, 목표 두께보다 얇은 제1 두께를 갖는 제1 막이 상기 기판 위에 형성될 때까지 상기 기판에 대해 제1 방향으로 적어도 하나 혹은 그 이상의 반응 기체를 수평으로 상기 기판 위에 흘리는 단계, 상기 기판 위에 상기 반응 기체의 흘림을 중단하는 단계, 그리고 상기 목표 두께보다 얇은 제2 두께를 갖는 제2 막이 상기 기판 위에 형성될 때까지 상기 기판에 대해 제2 방향으로 상기 반응 기체를 수평으로 상기 기판 위에 흘리는 단계를 포함하고, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 다르다.
상기 제1 두께 및 제2 두께 각각은 상기 목표 두께의 1/n(n은 2 이상의 자연수)일 수 있다.
여기서, n은 2 내지 8의 자연수인 것이 좋다.
상기 제2 방향은 상기 제1 방향에서부터 약 (360/n)°(n은 2 이상의 자연수)의 각도만큼 상이할 수 있다.
상기 막 증착 방법은 상기 반응 기체의 흐름 방향을 일정하게 유지하는 단계를 더 포함하고, 상기 반응 기체의 흘림을 중단하는 동안 상기 기판을 회전시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 막 증착 방법은 상기 기판의 배치를 일정하게 유지하는 단계를 더 포함하고, 상기 제2 방향으로 상기 반응 기체를 흘릴 때 상기 반응 기체의 방향을 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 막 증착 방법은 상기 기판의 배치를 변경하는 단계 및 상기 제2 방향으로 상기 반응 기체를 흘릴 때 상기 반응 기체의 방향을 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 막 증착 방법은 기판 위에 막을 증착하는 방법으로서, 제1 반응기에서 제1 방향으로 적어도 하나의 반응 기체를 수평으로 상기 기판 위에 흘려 상기 기판 위에 제1 막을 형성하는 단계, 상기 제1 반응기에서 제2 반응기로 상기 기판을 이송하는 단계, 그리고 상기 제2 반응기에서 제2 방향으로 상기 반응 기체를 수평으로 상기 기판 위에 흘려 상기 기판 위에 제2 막을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제2 방향은 상기 기판에 대해 상기 제1 방향과 상이하며, 상기 제1 막과 상기 제2 막은 동일한 물질로 형성된다.
상기 제1 막은 목표 두께보다 얇은 제1 두께를 갖고, 상기 제2 막은 상기 목표 두께보다 얇은 제2 두께를 가질 수 있다.
상기 제1 두께 및 제2 두께 각각은 상기 목표 두께의 약 1/n(n은 2 이상의 자연수)인 것이 좋다.
여기서, n은 2 내지 8의 자연수인 것이 좋다.
상기 제2 방향은 상기 제1 방향에서부터 약 (360/n)°(n은 2 이상의 자연수)의 각도만큼 상이할 수 있다.
상기 제1 반응기에서 상기 반응 기체의 방향은 상기 제2 반응기에서 상기 반응 기체의 방향과 실질적으로 평행하고, 상기 기판 이송 단계는 상기 기판을 회전시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 반응기에서 상기 반응 기체의 방향은 상기 제2 반응기에서 상기 반응 기체의 방향과 다른 각도를 가질 수 있다.
상기 제1 반응기에서 상기 반응 기체의 방향은 상기 제2 반응기에서 상기 반응 기체의 방향과 다른 각도를 가질 수 있고, 상기 기판 이송 단계는 상기 기판을 회전시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 박막 증착 장치는 기판 위에 박막을 증착하는 장치로서, 상기 기판 위에 증착이 행해지는 밀폐된 반응 공간을 규정하는 반응실, 그리고 상기 기판 위에 증착이 이루어지지 않은 동안 상기 기판을 회전시켜 상기 층 기체 흐름의 방향에 대한 상기 기판의 배치가 상기 회전이 이루어지기 전의 상기 기판의 배치와 다르게 하는 구동부를 포함하고, 상기 반응 공간은 상기 기판 위의 한 방향으로 층 기체(laminar gas) 흐름을 제공한다.
상기 반응실은 반응기 덮개 및 기판 지지대를 포함하고, 상기 반응기 덮개와 상기 기판 지지대는 상기 구동부가 상기 기판을 회전시키는 동안 분리되어 있을 수 있다.
상기 특징에 따른 박막 증착 장치는 상기 기판 지지대와 함께 상기 반응 공간을 규정하는 기체 흐름 유도 구조물을 더 포함할 수 있다.
상기 특징에 따른 박막 증착 장치는 반응기 덮개와 상기 기판이 서로 분리되어 있는 동안 상기 기판을 지지하는 지지핀을 더 포함하고, 상기 구동부는 상기 지지핀을 회전시킬 수 있다.
상기 구동부는 한번에 약 (360/n)°(n은 2 이상의 자연수)의 각도만큼 상기 기판을 회전시키는 것이 좋다.
여기서, n은 2 내지 8의 자연수인 것이 좋다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 박막 증착 장치는 기판 위에 박막을 증착하는 장치로서, 상기 기판 위에 증착이 행해지는 밀폐된 반응 공간을 각각 규정하는 복수의 반응실, 그리고 상기 복수의 반응실 중 한 반응실에서 다른 반응실로 상기 기판을 이송하는 이송 장치를 포함하고, 상기 반응 공간은 상기 기판 위의 한 방향으로 층 기체(laminar gas) 흐름을 제공하고, 상기 반응실은 상기 반응 공간으로 동일한 반응 기체를 제공하며, 한 반응실에서 상기 층 기체 흐름의 방향에 대한 상기 기판의 배치는 다른 반응실에서 상기 층 기체 흐름의 방향에 대한 상기 기판의 배치와 상이하다.
상기 반응실은 실질적으로 서로 동일한 방향으로 상기 반응 기체를 제공하고, 상기 이송 장치는 한 반응실에서 다른 반응실로 상기 기판을 이송하는 동안 상기 기판을 회전시킬 수 있다.
상기 반응실 각각은 반응기 덮개 및 기판 지지대를 포함하고, 상기 반응실 각각의 상기 반응기 덮개와 상기 기판 지지대는 상기 이송 장치가 상기 기판을 회전시키는 동안 서로 분리되어 있을 수 있다.
상기 반응실 각각은 상기 기판 지지대와 함께 상기 반응 공간을 규정하는 기체 흐름 유도 구조물을 더 포함할 수 있다.
상기 특징에 따른 박막 증착 장치는 상기 반응실 각각의 상기 반응기 덮개와 상기 기판 지지대가 적어도 서로 분리되어 있는 동안 상기 반응실의 상기 기판 지지대를 지지하는 바닥판을 더 포함하고, 상기 이송 장치는 상기 바닥판을 회전시킬 수 있다.
상기 이송 장치는 상기 반응실 각각의 상기 반응기 덮개와 상기 기판 지지대가 서로 분리되어 있는 동안 상기 기판을 각각 지지하는 하나 이상의 아암을 포함하고, 상기 하나 이상의 아암은 상기 한 반응실에서 다른 반응실로 상기 기판을 이송할 수 있다.
상기 반응실은 실질적으로 밀폐된 통로를 형성하도록 정렬되어 있고, 상기 박막 증착 장치는 구체적으로 상기 통로의 중심부에 위치하고 상기 하나 이상의 아암과 연결된 아암축을 더 포함할 수 있으며, 상기 아암축은 상기 하나 이상의 아암을 회전시킬 수 있다.,
상기 반응실 중 적어도 두 개는 서로 다른 방향으로 상기 반응 기체를 제공할 수 있다.
상기 반응실 중 적어도 두 개는 약 (360/n)°의 각도만큼 다른 방향으로 상기 반응 기체를 제공할 수 있다.
상기 이송 장치는 한 반응실에서 다른 반응실로 상기 기판을 이송할 때 약 (360/n)°(n은 2 이상인 자연수)의 각도만큼 상기 기판을 회전시킬 수 있다.
여기서, n은 2 내지 8의 자연수인 것이 좋다.
상기 이송 장치는 상기 기판을 회전시킴으로 하나의 반응실에서 상기 층 기체 흐름의 방향에 대한 상기 기판의 배치를, 다른 반응실에서의 상기 층 기체 흐름의 방향에 대한 상기 기판의 배치와 다르게 하는 로봇 팔을 포함할 수 있다.
일정 방향으로 원료 기체를 공급하여 기판 위에 원하는 두께의 일부를 증착하고, 원하는 두께의 일부를 증착한 상기 기판을 이동하여, 기판을 중심으로 원료 기체 흐름의 방향을 바꾸고, 원료 기체 흐름의 방향이 바뀐 기판 위에 원하는 두께의 일부를 증착하는 것을 반복함으로써, 균일도가 향상된 막을 형성할 수 있다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
그러면, 도 1a 및 도 1b를 참고로 하여, 본 발명의 실시예에 따른 수평 흐름 원자층 증착 장치에 대하여 상세하게 설명한다. 도 1a 및 도 1b는 본 발명의 한 실시예에 따른 수평 흐름 원자층 증착 장치의 단면도로서, 도 1a는 박막 증착 시의 단면도를 도시하고, 도 1b는 박막 증착 사이의 단면도를 도시한다.
도 1a 및 도 1b를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착 장치(100)는 외벽(198), 기판을 지지하는 기판 지지대(160), 기판 지지대(160) 위에 형성되어 있으며 상기 기판 지지대(160)와 접촉한 상태에서 반응실(151)을 규정하는 반응기 덮개(101), 반응기 덮개(101)에 연결되고 상기 반응실 내로 공정 기체를 유입 및 배출하는 기체 유입구(110, 112) 및 배출구(120), 기판 지지대(160)를 가열하는 기판 지지대 가열 장치(170), 기판 지지대(160)를 구동하는 기판 지지대 구동부, 기판(150)을 회전하는 기판 회전 구동부를 포함한다. 기체 유입구(110, 112)는 하나일 수도 있다.
반응기 덮개(101)에는 반응기 덮개 가열 장치(130)가 구비될 수도 있다. 반응기 덮개(101) 내부에는 기체의 흐름을 유도하는 기체 흐름 유도 구조물(gas flow control guide structure)(140, 142)이 있어서 기판(150) 위에서 기체가 기판(150)과 수평한 방향으로 흐르게 하고 반응실 안에서 기체의 흐름을 층흐름에 가깝게 유지한다.
기판 지지대 구동부는 기판 지지대(160)에 연결되어 있는 3개 이상의 지지축(184, 185)과 지지축을 상하 구동하기 위한 공압실린더(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.
기판 회전 구동부는 기판(150)을 지지하는 중앙 지지핀(172), 중앙 지지핀(172)이 삽입되어 있는 중앙 지지핀 받침(173)과 중앙 지지핀 받침(173)과 연결되어 있는 중앙지지핀 회전 수단을 포함하는데, 중앙 지지핀 회전 수단은, 스텝 모터 등과 같은 전기 모터(175)와, 전기 모터(175)에 연결되어 있는 회전용 피드스 루(feed-through)(174), 전기 모터(175)가 장착되어 있는 고정판(176)과 고정판(176)과 연결되어 있는 고정축(177)을 포함한다. 또한, 중앙 지지핀 상하 구동 수단(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 중앙 지지핀 상하 구동 수단은 전기 모터나 공압 실린더를 사용할 수 있다.
중앙 지지핀 받침(173)에 삽입된 중앙 지지핀(172)의 하부 중 일부는 모따기 등으로 제거되어, 중앙 지지판(172)의 하부는 완전한 원통형이 아니기 때문에 중앙 지지핀 회전 수단의 회전 운동은 중앙 지지핀 받침(173)을 통해 효과적으로 중앙 지지핀(172)에 전달된다. 중앙 지지핀(172)은 중앙 지지핀 받침(173)과 상하 방향으로 이동할 수도 있다.
중앙 지지핀 회전 수단은 전기 모터(175) 등의 전기적인 수단뿐만이 아니라 공기압을 사용하여 정해진 각도만큼 회전하는 장치를 포함할 수 있다.
그러면, 본 발명의 실시예에 따른 수평 흐름 원자층 증착법에 대하여, 도 1a 및 도 1b와 함께 도 2a 및 도 2b를 참고로 하여 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 수평 흐름 원자층 증착 방법에 대하여, 도 2a 및 도 2b를 참고로 설명한다. 본 발명의 실시예에 따른 수평 흐름 원자층 증착 방법은 기판에 대해 원료 기체를 일정한 방향으로 흘리면서 필요한 두께의 막을 형성하는 대신 공정 기체의 방향을 바꾸어 가며 필요한 두께의 막을 형성한다.
도 2a에 도시한 바와 같이, 기판(210) 위에 일정한 방향(X)으로 원료 기체를 흘리며 원하는 두께의 약 50%까지 막을 형성한 후, 도 2b에 도시한 바와 같이, 원료 기체가 흐르는 방향(X')을 바꾼 뒤, 나머지 약 50% 두께의 막을 형성한다.
이때, 일정한 방향으로 기체가 흐르는 반응기 안에서 기판(210)을 180° 회전할 수 있고, 일정한 방향(X)으로 원료 기체가 흐르는 한 반응기에서 원하는 두께의 약 50%까지 막을 형성한 후, 반대 방향(X')으로 원료 기체가 흐르는 다른 반응기로, 기판(210)을 이동시킨 후, 나머지 약 50% 두께의 막을 형성할 수도 있다.
또한, 도시하지는 않았지만, 원하는 막 두께를 약 2번으로 나누어 약 50%씩 증착하는 대신, 약 3번에 나누어 약 1/3 정도 두께씩 형성할 수 있다. 즉, 원하는 막 두께의 약 1/3 정도까지 막을 형성한 후 기판을 120° 회전하고, 다시 1/3 두께까지 막을 더 형성하고, 기판을 120° 회전한 후 나머지 1/3 두께의 막을 형성할 수도 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따르면, 필요한 두께의 막을 일정한 방향으로 기체가 흐르는 반응기 내부에서, 약 n번에 나누어 원하는 막 두께의 약 1/n정도 막을 형성한 후 (360/n)° 만큼씩 기판을 회전하는 것을 n회 반복할 수 있다. 이때, n은 2 내지 8의 자연수일 수 있고, n은 2, 3, 4중 하나인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 수평 흐름 원자층 증착법에 의하면, 일정 방향으로 기체가 흐르는 반응기에서 원하는 막 두께의 약 1/n 정도 막을 증착한 후, 앞선 기체 흐름 방향으로부터 (360/n)°정도 회전한 방향으로 반응 기체가 흐르는 반응기로 기판을 이동하여 원하는 막 두께의 약 1/n 정도 막을 형성하는 것을 n 번 반복할 수도 있다. 이때, n은 2 내지 8의 자연수일 수 있고, n은 2, 3, 4중 하나인 것이 바람직하다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 필요한 두께의 막을 일정한 방향으로 기체가 흐르는 반응기 내부에서, 원하는 막 두께의 약 1/n정도 막을 형성한 후 (360/n)° 만큼씩 기판을 회전하고 증착하는 것을 n회 반복하거나, 또는 일정 방향으로 기체가 흐르는 반응기에서 막 원하는 막 두께의 약 1/n 정도 막을 증착한 후, 앞의 기체 흐름 방향으로부터 (360/n)°정도 회전한 방향으로 반응 기체가 흐르는 반응기로 기판을 이동하여 원하는 막 두께의 약 1/n 정도 막을 형성하는 것을 n 번 반복함으로써, 균일도가 향상된 막을 형성할 수 있다.
한편, 기판을 회전하거나 한 반응기로부터 다른 한 반응기로 기판을 이동시키는 데에는 시간이 필요하고, 이 시간 동안은 기판에 막이 형성되지 않으므로, n이 지나치게 커지면 장비의 생산성이 떨어진다. 그러나 본 발명의 실시예에 따른 수평 흐름 원자층 증착법에서 n은 2 내지 8의 자연수이므로 원자층 증착의 생산성의 저하를 낮출 수 있다.
이처럼, 본 발명의 실시예에 따른 수평 흐름 원자층 증착 방법에 의할 경우, 균일도가 향상된 막을 형성할 수 있다.
그러면, 도 1a 및 도 1b를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 수평 흐름 원자층 증착법에 따라 막을 증착하는 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1a에 도시한 바와 같이, 기판 지지대(160)가 반응기 덮개(101)에 접촉하여, 기판(150)을 반응실(151) 내에 장착한 상태에서 원료 기체들을 순차적으로 공급하여 원하는 막 두께의 약 1/2 두께까지 막을 형성한다.
그 후, 도 1b에 도시한 바와 같이, 원료 기체의 공급을 멈추고 기판 지지대 구동부를 사용하여 기판 지지대(160)를 하강한다. 이때, 중앙 지지핀(172)은 하강 하지 않고, 이에 의하여 기판(150)은 기판 지지대(160)로부터 분리된다. 기판(150)이 기판 지지대(160)에서 분리된 후, 전기 모터(175)가 회전 운동하고, 이러한 회전 운동이 피드스루(feed-through)(174)를 통해 전해져서, 중앙 지지핀(172)과 기판(150)을 약 180°정도 회전한다. 기판(150)을 회전한 후, 기판 지지대 구동부를 사용하여 기판 지지대(160)를 상승하여, 반응기 덮개(101)에 밀착시켜, 기판(150)을 반응실(151) 내에 다시 장착하고, 원료 기체들을 순차적으로 공급하여 나머지 약 1/2 두께의 막을 형성한다.
원하는 두께의 박막이 형성된 후, 원료 기체의 공급을 멈추고 기판 지지대 구동부를 사용하여 기판 지지대(160)를 하강한다. 이때, 중앙지지핀(172)은 하강하지 않고, 이에 의하여 기판(150)은 기판 지지대(160)로부터 분리된다. 다음으로, 기판 이송 장치의 로봇 팔(robot arm)(도시하지 않음)로 기판(150)을 반응기에서 꺼내고 새 기판을 반응기에 올려놓는다.
이때, 수직 방향으로 움직이지 않는 로봇 팔을 사용하는 경우에 로봇 팔이 반응기 안에 들어와서 기판(150)을 받을 수 있는 위치에 오면 중앙 지지핀 상하 구동 수단을 사용하여 중앙 지지핀(172), 중앙 지지핀 받침(173), 중앙 지지핀 회전 수단을 함께 하강한다. 중앙 지지핀(172)이 충분히 하강하여 로봇 팔이 기판(150)을 받침으로써, 기판(150)이 중앙 지지핀(172)으로부터 분리되면 로봇 팔을 움직여 기판(150)을 꺼내고 새 기판을 같은 위치로 가져 온다. 이 상태에서 중앙 지지핀 상하 구동 수단을 사용하여 중앙 지지핀(172), 중앙 지지핀 받침(173), 중앙 지지핀 회전 수단을 함께 상승하여, 중앙 지지핀(172)이 기판(150)을 받치면 로봇 팔을 반응기 바깥으로 제거한다.
한편, 로봇 팔이 수직 방향으로 움직일 수 있다면 중앙 지지핀(172)의 상하이동 없이 기판(150)을 이송할 수 있으므로, 중앙 지지핀 상하 구동 수단은 생략할 수 있다. 중앙 지지핀 상하 구동 수단은 전기 모터나 공압 실린더를 사용할 수 있다.
기판 지지대 구동부를 사용하여 기판 지지대(160)를 상승하여, 반응기 덮개(101)에 밀착시키고 같은 방법으로 새 기판에 2번에 걸쳐 약 1/2 두께의 막을 형성할 수 있다.
만일, 원하는 두께의 막을 약 n번으로 나누어 증착하는 경우에도 마찬가지로, 약 1/n 두께까지 막을 형성한 후 (360/n)° 만큼 중앙 지지핀(172)과 기판(150)을 회전하는 것을 반복한다.
앞서 설명하였듯이, 중앙 지지핀 회전 수단은 임의의 각도만큼 회전하는 것이 아니라 n=2, 3, 4인 경우 약 180°, 약 120°, 약 90° 만큼씩 회전하므로, 이때, 중앙 지지핀 회전 수단은 스텝 모터 등의 전기적인 수단뿐만이 아니라 공기압을 사용하여 정해진 각도만큼 회전하는 장치를 포함할 수도 있다.
그러면, 도 3을 참고하여, 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 수평 흐름 원자층 증착 장치에 대하여 설명한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 원자층 증착 장치는 복수의 수평 흐름 원자층 증착 반응기 사이에서 기판을 이동시키는 기판 이동 수단을 포함하는데, 각 반응기에서의 반응 기체 흐름의 방향은 복수의 반응기를 포함하는 챔버 내에서는 모두 동 일하지만, 각 반응기에 장착되어 있는 기판에 대하여 서로 다르다.
도 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 원자층 증착 장치는 도 1a 및 도 1b에 도시한 원자층 증착 장치와 유사하다. 하지만, 도 1a 및 도 1b에 도시한 원자층 증착 장치와는 달리 챔버 내에 복수 개의 반응기가 구비되어 있는데, 도면에서는 두 개의 반응기만 도시하였다.
반응기는 반응기 덮개(301a, 301b)와 기판 지지대(360a, 360b), 그리고 기판 지지대(360a, 360b)에 삽입된 기판 지지핀(361a, 361b)으로 이루어지며, 반응기 덮개(301a, 301b)와 기판 지지대(360a, 360b)는 반응실을 규정한다. 이때, 기판 지지대(360a, 360b)는 위아래로 움직일 수 있어서 아래 위치에서 기판을 안착시킨 후, 위로 올려서 반응기 덮개(301a, 301b)에 밀착시켜 원자층 증착을 수행할 수 있는 반응기를 구성한다.
반응기의 각 반응기 덮개(301a, 301b)는 원료 기체의 유출입 통로인 유입구(310, 312)와 유출구(320)를 가진다. 기체 유입구(310, 312)는 하나일 수도 있다.
각 반응기 덮개(301a, 301b)의 내부에는 기체의 흐름을 유도하는 구조물(340, 342)이 있어서 기판 위에서 기체가 기판과 수평한 방향으로 흐르게 하고 반응실 안에서 기체의 흐름을 층흐름에 가깝게 유지한다.
반응기 덮개(301a, 301b) 안의 원료 기체는 모든 반응기 안에서 같은 방향으로 흐르지만, 하나의 기판이 이동하면서 각 반응기를 통과할 때, 각 반응기 내에서의 원료 기체의 흐름은 기판에 대하여 서로 다르다.
도시하지는 않았지만, 각 반응기에 대응하는 원료 기체의 하나의 원료 공급 장치로부터 대칭적으로 분기되어 있는 원료 공급관이 각 반응기의 원료 유입구에 연결되어 있을 수도 있다. 또한, 각각의 반응기의 유출구에 연결된 배기관은 대칭적으로 하나의 배기관에 합류하여 배기 펌프에 연결되어 있을 수도 있다.
도 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 원자층 증착 장치는 기판 지지대(360a, 360b)를 지지하고 있는 바닥판(372), 기판 지지대(360a, 360b)가 아래로 내려갈 때 기판을 지지하는 지지핀(361a, 362b)과, 지지핀(361a, 362b)을 지지하는 지지핀 받침대(365a, 365b)를 포함한다.
또한, 본 실시예에 따른 원자층 증착 장치는 기판 이동부를 포함하고, 이 기판 이동부를 통해 각 반응기의 기판들은 각 반응기로 장착 또는 탈착되고, 각 반응기들 사이로 이동할 수 있다. 기판 이동부는 증착 장치의 외부 덮개에 연결되어 있는 구동 가이드축(382), 구동 가이드축(382)이 연결되어 있는 하부 고정판(381), 베어링(386)을 통해 구동 가이드축(382)에 연결되어 있는 구동판(383), 바닥판(372)의 돌출부가 삽입되어 있는 연결 받침대(373), 회전용 피드스루(374)와 전기 모터(375), 그리고 상하 구동용 공압 실린더(384)와 상하 수축형 밸로우즈(bellows)(385)를 포함한다.
기판 이동부에 연결되어 있는 바닥판(372)은 기판 이동부에 의하여, 회전 및 상하 구동이 가능하다.
먼저, 상하 이동에 대하여 살펴보면, 기판 이동부의 상하 구동용 공압 실린더(384)는 전기 모터(375) 및 회전용 피드스루(374)가 장착되어 있는 구동판(383) 을 상하로 이동할 수 있고, 이러한 상하 운동은 전기 모터(375)의 회전축(376)과 연결 받침대(373)를 통해 기판 지지대(360a, 360b)를 지지하는 바닥판(372)에 전해져, 기판 지지대(360a, 360b)가 상하 운동하게 된다. 이때, 상하 수축형 밸로우즈(385)는 상하 운동 시 적절한 구동 변위를 허용하는 역할을 한다.
기판 지지대(360a, 360b) 및 바닥판(372)이 아래로 이동하여, 기판이 반응기로부터 분리되면, 전기 모터(375)가 회전함으로써, 이러한 회전 운동이 회전용 피드스루(374)와 연결 받침대(373)를 통해 바닥판(372)으로 전해져서, 바닥판(372)이 회전함으로써, 기판 지지대(360a, 360b)가 회전하게 되고, 기판 지지대(360a, 360b) 위에 놓여 있는 기판은 한 반응기로부터 다른 반응기로 이동하게 된다.
도 3에서는 2개의 반응기를 도시하였지만, 본 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 반응기는 2개 내지 8개 일 수 있으며, 2개 내지 4개인 것이 바람직하다.
그러면, 도 3에 도시한 수평 흐름 원자층 증착 장치로 원자층을 증착하는 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 기판 지지대(360a, 360b)에 모두 기판을 올려놓고, 반응기 덮개 (301a)는 기판 지지대(360a)와, 반응기 덮개(301b)는 기판 지지대(360b)와 밀착한 상태에서 원료 기체들을 순차적으로 공급하여 원하는 막 두께의 약 1/2까지 막을 증착한다.
그 후, 원료 기체의 공급을 멈추고 기판 지지대를 하강한다. 바닥판을 약 180° 만큼 회전하여 반응기 덮개(301a, 301b) 아래에 각기 기판 지지대(360b, 360a)가 놓이도록 한다. 이때, 각기 기판 지지대(360a, 360b) 위에 놓여 있는 기 판은 기판 지지대(360a, 360b)의 회전에 의하여 각기 반응기 덮개(301b, 301a) 아래로 이동하게 된다.
기판 지지대를 상승시켜, 반응기 덮개(301a)는 기판 지지대(360b)와, 반응기 덮개(301b)는 기판 지지대(360a)와 밀착시킨 후, 원료 기체들을 순차적으로 공급하여 원하는 막 두께의 약 1/2정도 막을 증착한다.
원하는 두께의 박막이 형성되면, 기판 지지대를 하강한 후 원하는 두께의 막이 형성된 기판 2장을 꺼내고, 새 기판 2장을 올려놓은 후 이 과정을 되풀이한다.
이처럼, 본 발명의 실시예에 따른 수평 흐름 원자층 증착 장치를 이용하여, 기판에 대한 원료 기체 흐름의 방향을 약 180°정도씩 회전하면서, 원하는 두께의 약 1/2씩 증착함으로써, 균일도가 향상된 막을 형성할 수 있고, 2개 이상의 기판을 함께 처리할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 기판을 한 반응실 내에서 직접 회전시키는 앞선 실시예와는 달리, 기판을 지지하는 기판 지지대를 회전시켜 2개 이상의 기판을 서로 다른 반응기들 사이로 이동시킴으로써, 기판에 대한 원료 기체 흐름의 방향을 변경할 수 있다.
본 실시예에서는 반응기가 2개인 경우에 대하여 설명하였지만, 앞서 설명하였듯이, 반응기는 2개 내지 8개 일 수 있으며, 2개 내지 4개인 것이 바람직하다. 따라서, 기판을 이동시키는 기판 지지대의 회전 각도는 반응기의 개수에 따라 달라지는데, 반응기의 개수가 2개 내지 4개인 경우, 약 180°, 약 120°, 약 90°정도일 수 있다.
그러면, 도 4a 및 도 4b를 참고하여, 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 수평 흐름 원자층 증착 장치에 대하여 설명한다. 도 4a는 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 수평 흐름 원자층 증착 장치의 반응기를 나타내는 도면이고, 도 4b는 도 4a에 도시한 수평 흐름 원자층 증착 장치의 챔버의 일부를 도시한 평면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 원자층 증착 장치는 복수의 수평 흐름 원자층 증착 반응기와 이들 원자층 증착 반응기 사이에 기판을 운반하는 기판 이송 수단을 포함하는데, 각 반응기에서의 반응 기체 흐름의 방향은 복수의 반응기를 포함하는 챔버 내에서는 모두 동일하지만, 각 반응기에 장착되어 있는 기판에 대하여 서로 다르다.
도 4a를 참고하면, 기판에 막을 형성하기 위한 챔버(400) 내에는 3개의 반응기가 구비되어 있다. 각각의 반응기는 반응기 덮개(410a, 410b, 410c)와 기판 지지대(420a, 420b, 420c), 그리고 기판 지지대(420a, 420b, 420c)에 삽입된 지지핀(460a, 460b, 460c)으로 이루어지며, 반응기 덮개(410a, 410b, 410c)와 기판 지지대(420a, 420b, 420c)는 반응실을 규정한다. 원료 기체의 유출입 통로인 유입구(402a, 402b, 402c)와 유출구(404a, 404b, 404c)가 각각 구비된 반응기 덮개(410a, 410b, 410c)는 챔버 덮개(400)에 고정된다. 반응기 덮개 내부에는 기체의 흐름을 유도하는 구조물(도시하지 않음)이 있어서 기판 위에서 기체가 기판과 수평한 방향으로 흐르게 하고 반응실 안에서 기체의 흐름을 층흐름에 가깝게 유지한다.
반응기 덮개(410a, 410b, 410c) 안의 원료 기체는 모든 반응기 안에서 같은 방향으로 흐르지만, 하나의 기판이 이동하면서 각 반응기를 통과할 때, 각 반응기 내에서의 원료 기체의 흐름은 기판에 대하여 서로 다르다.
도 4a에서는 반응기 덮개에 원료 기체의 유입구 및 유출구가 구비되어 있고 원료 기체의 유입구(402a, 402b, 402c) 및 유출구(404a, 404b, 404c)는 챔버 덮개(400)를 통해 별도의 원료 공급 장치 및 배기 장치에 각각 연결되어 있는 것으로 도시하였으나, 하나의 원료 공급 장치가 챔버 덮개(400)에 구비되어 있고 상기 원료 공급 장치에서 각각의 상기 반응기에 대칭적으로 분기하는 원료 공급관이 각각의 반응기 덮개(410a, 410b, 410c)의 원료 유입구에 연결되어 있을 수도 있다. 또한, 각각의 반응기의 유출구에 연결된 배기관은 대칭적으로 하나의 배기관에 합류하여 배기 펌프에 연결되어 있을 수도 있다. 기판이 놓이는 기판 지지대(420a, 420b, 420c)에는 기판을 가열할 수 있는 가열장치(미도시)가 내장되어 있다.
기판 지지대(420a, 420b, 420c)는 위아래로 움직일 수 있어서 아래 위치에서 기판을 안착시킨 후, 위로 올려서 반응기 덮개(410a, 410b, 410c)에 밀착시켜 원자층 증착을 수행할 수 있는 반응기를 구성한다.
한편, 기판 지지대(420a, 420b, 420c)가 아래로 내려갈 때 기판을 지지할 수 있는 지지핀(460a, 460b, 460c)을 포함한다. 도 4a에서는 원형의 지지핀 1개가 중앙에 설치된 것을 도시하였으나 지지핀은 다른 모양일 수 있다. 예를 들어 중앙에서 떨어진 위치에 기판에 점 접촉하는 3개의 지지핀을 사용할 수도 있다.
챔버(400)의 외벽을 형성하는 챔버벽의 한 측면에는 기판의 출입 통로를 제공하는 기판 출입구(440)가 구비되어 있다. 기판 입출입구(440)를 통해 각각의 반 응기로 기판을 장착하거나 탈착시킬 수가 있다.
그러면 도 4b를 참조하여, 본 실시예에 따른 수평 흐름 원자층 증착 장치에서 기판을 이동하는 수단에 대하여 설명한다.
도 4b를 참고하면, 본 실시예에 따른 수평 흐름 원자층 증착 장치의 챔버는 기판을 장착 및 탈착시키기 위한 아암(490a, 490b, 490c)과 아암(490a, 490b, 490c)이 부착된 아암축(492)을 더 포함한다.
아암(490a, 490b, 490c)이 부착된 아암축(492)에는 상하운동 및 회전운동을 가능하게 하는 구동수단이 연결되어 있다. 아암(490a, 490b, 490c)은 기판을 지지할 수 있고 지지핀의 상하 운동을 방해하지 않는다.
도 4b에는 갈퀴 모양의 아암을 도시하였다. 중앙 지지핀이 아니라, 중앙에서 떨어져서 점 접촉하는 지지핀 3개를 사용하는 경우에도 아암의 모양은 기판을 지지할 수 있고 지지핀 3개의 상하 운동을 방해하지 않는 모양으로 한다.
아암(490a, 490b, 490c)은 기판 입출입구(440)로 들어온 기판 3개를 차례로 받아 지지핀(460a, 460b, 460c)에 기판을 안착시킨다. 기판 3개를 모두 안착시킨 후에 아암(490a, 490b, 490c)은 기판 지지대(420a, 420b, 420c)의 구동을 방해하지 않도록 도 4b에 도시된 바와 같이 배치된다.
도 4b의 장치에서 챔버 덮개와 반응기 덮개는 도 4a에서와 마찬가지로 구성하여 반응기 덮개 안의 원료 기체가 모든 반응기 안에서 같은 방향으로 흐르도록 반응 장치를 구성한다.
도 4a 및 도 4b에서는 반응기가 3개인 경우이지만, 반응기는 2개 내지 8개 일 수 있으며, 2개 내지 4개인 것이 바람직하다.
그러면, 도 4a 및 도 4b에 도시한 수평 흐름 원자층 증착 장치를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 수평 흐름 원자층 증착법에 의하여 원자층을 증착하는 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 기판 지지대 3개에 모두 기판을 올려놓고 반응기 덮개(410a, 410b, 410c)가 기판 지지대(420a, 420b, 420c)와 밀착한 상태에서 원료 기체들을 순차적으로 공급하여 원하는 막 두께의 약 1/3 정도까지 막을 증착한다. 그 후, 원료 기체의 공급을 멈추고 기판 지지대(420a, 420b, 420c)를 하강한다. 그리고 아암축(492)을 구동하여 기판지지대(420a)에 놓여 있던 기판을 기판지지대(420b)로, 기판지지대(420b)에 놓여 있던 기판을 기판지지대(420c)로, 기판지지대(420c)에 놓여 있던 기판을 기판지지대(420a)로 이동한다. 이때, 도 3에 도시한 수평 흐름 원자층 증착 장치와는 달리 기판 지지대는 상하 운동만 할 뿐 수평 방향으로는 움직이지 않는다. 다음으로, 기판 지지대(420a, 420b, 420c)를 상승하여 반응기 덮개(410a, 410b, 410c)가 기판 지지대(420a, 420b, 420c)와 밀착한 상태에서 원료 기체들을 순차적으로 공급하여 원하는 막 두께의 약 1/3 정도를 증착한다.
그 후, 다시 원료 기체의 공급을 멈추고 기판 지지대(420a, 420b, 420c)를 하강한다. 그리고 아암축(492)을 구동하여 기판지지대(420a)에 놓여 있던 기판을 기판지지대(420b)로, 기판지지대(420b)에 놓여 있던 기판을 기판지지대(420c)로, 기판지지대(420c)에 놓여 있던 기판을 기판지지대(420a)로 이동한다. 그 후, 기판 지지대(420a, 420b, 420c)를 상승하여 반응기 덮개(410a, 410b, 410c)를 기판 지지 대(420a, 420b, 420c)에 밀착하고, 원료 기체들을 순차적으로 공급하여 원하는 막 두께의 약 1/3 정도를 증착한다.
원하는 두께의 막을 증착한 후, 기판 지지대(420a, 420b, 420c)를 하강시키고 원하는 박막이 형성된 기판 3장을 꺼내고 새 기판 3장을 올려놓은 후, 이 과정을 되풀이한다.
이렇게 하여 기체 흐름의 방향을 120° 만큼 회전시키며 원하는 두께의 약 1/3정도 두께의 막을 증착하여 균일도가 향상된 막을 형성할 수 있다.
본 실시예에서는 반응기가 3개인 경우에 대하여 설명하였지만, 앞서 설명하였듯이, 반응기는 2개 내지 8개 일 수 있으며, 2개 내지 4개인 것이 바람직하다. 따라서, 기판의 회전 이동 각도는 반응기의 개수에 따라 달라지는데, 반응기의 개수가 2개 내지 4개인 경우, 약 180°, 약 120°, 약 90°정도일 수 있다.
다음으로, 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 수평 흐름 원자층 증착 장치 및 수평 흐름 원자층 증착법에 대하여, 도 5를 참고로 하여 설명한다.
도 5는 4개의 반응실을 가지는 수평 흐름 원자층 증착 챔버의 개략도이다.
도 5를 참고 하면, 본 실시예에 따른 수평 흐름 원자층 증착 챔버(500)는 4개의 반응기(520a, 520b, 520c, 520d)를 포함한다. 도 5에서 각 반응기 내의 원료 기체의 흐름을 화살표로 나타낸다.
도 5를 사용하여 본 발명의 실시예에 따른 수평 흐름 원자층 증착법으로 박막을 증착하는 방법에 대하여 간략하게 설명한다.
먼저, 반응기 4개에 기판을 모두 장착하고 원하는 두께의 약 1/4 정도까지 막을 증착한 후, 기판을 다음 반응실로 옮기는 과정을 4번 되풀이하여, 기판에 대한 기체 흐름의 방향을 약 90° 만큼 회전시키며 원하는 두께의 약 1/4 정도씩 원자층을 증착하여 균일도가 향상된 막을 형성할 수 있다.
도 5의 장치로 원하는 두께의 막을 2번에 나누어 증착할 수도 있다. 반응실 4개에 모두 기판을 장착하고 원하는 두께의 약 1/2 정도까지 막을 증착한 후 기판을 바로 옆의 반응기로 이동하는 것이 아니라, 서로 마주 보는 반응기로 이동한 후, 나머지 약 1/2 두께의 막을 증착한다. 이에 의하여, 기판에 대한 원료 기체의 흐름의 방향을 약 180°정도 회전하며 원하는 두께의 약 1/2씩 원자층을 증착함으로써, 균일도가 향상된 막을 형성할 수 있다.
위에서 설명한 수평 흐름 원자층 증착 장치들과는 달리, 하나의 챔버 안에 여러 개의 반응기를 구비한 장치 대신 독립적인 공정 모듈을 구비한 클러스터 장치에서도 본 발명의 방법을 적용할 수 있다. 이에 대한 한 예를 도 6에 도시하였다.
도 6을 참고하면, 본 실시예에 따른 수평 흐름 원자층 증착 장치는 복수 개의 독립적인 반응기와 기판을 각 반응기에 장착 또는 탈착하거나, 이동시킬 수 있는 이송 모듈을 포함한다. 이송 모듈은 로봇 팔(robot arm)을 포함할 수 있다.
공정 기체는 독립적인 각 반응기 내에서 기판이 놓인 면과 그와 마주한 면 사이를 기판에 대체로 평행한 방향으로 흐르는데, 각 반응기 내의 공정 기체 흐름 방향은 도 6에 화살표로 나타내었다. 도 6에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 각 반응기에서 공정 기체는 각기 다른 일정한 방향으로 흐른다. 또한, 본 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 반응기들 중 적어도 두 개는 서 로 반대 방향으로 공정 기체가 흐를 수 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 수평 흐름 원자층 증착 장치에서는 기체 흐름의 방향이 서로 반대인 수평 흐름 원자층 공정 모듈 2개를 이용하여 수평 흐름 원자층 증착 장치를 구성한다.
도 6에 도시한 수평 흐름 원자층 증착 장치를 이용하여, 막을 증착하는 방법에 대하여 설명한다. 이송 모듈을 이용하여, 서로 반대 방향으로 흐르는 반응기들 내에 기판을 장착하고, 원하는 두께의 약 1/2 정도의 두께를 가지는 박막을 증착한 후, 이송 모듈을 이용하여 각 반응기들 내에서 서로 기판을 이동시킨 후, 다시 원하는 두께의 약 1/2 정도의 두께를 가지는 박막을 증착함으로써, 공정 기체 흐름의 방향을 바꿈으로써, 균일도가 향상된 막을 형성할 수 있다.
이때, 수평 흐름 원자층 증착 반응기 안에서 기체가 흐르는 방향을 다양하게 하면, 여러 개의 공정 모듈을 이용하여야 하고, 여러 개의 공정 모듈은 서로 완전히 동일하지 않을 수 있다. 따라서, 공정 모듈의 수가 너무 많지 않은 것이 바람직하다. 본 실시예에 따른 원자층 증착 장치에서는 6에 보인 것처럼 기체 흐름의 방향이 반대인 수평 흐름 원자층 공정 모듈 2 가지를 이용하는 수평 흐름 원자층 증착 장치를 구성하여, 효율적으로 막을 증착할 수 있다.
도 7을 참고하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수평 흐름 원자층 증착 장치를 설명한다. 도 7에 도시한 수평 흐름 원자층 증착 장치(700)는 네 개의 반응실(710a-710d)과 하나의 로봇 팔(730)을 구비한다. 각 반응실(710a-710d)은 한번에 하나의 기판(720a-720d)을 처리한다. 각 반응실(710a-710d)은 처리되는 기 판(720a-720d) 위로 층 반응 기체(laminar reaction gas)가 흐르도록 이루어져 있다. 반응실(710a-710d) 내에서 층 반응 기체의 흐름 방향은 반응실(710a-710d) 내에 도시한 화살표로 나타낸다. 도 7에 도시한 실시예에서, 반응실(710a-710d)은 실질적으로 반원을 형성하도록 배열되어 있고, 모든 기체 흐름 방향은 반원의 중심부에서 주변부로 방사상 형태로 확장된다. 그래서 모든 기체 흐름 방향은 수평 흐름 원자층 증착 장치(700)의 중심부에 대해 동일한 기체 흐름 방향(orientation)을 갖는다.
로봇 팔(730)은 하나의 반응실(710a-710d)에서 다른 반응실(710a-710d)로 기판을 이송한다. 기판을 이송할 때, 로봇 팔(730)은 기판을 회전시키므로, 서로 다른 반응실(710a-710d)에서 기판은 기체 흐름 방향에 대해 서로 다른 방향(orientation)으로 위치할 수 있다. 기판이 로봇 팔(730)에 의해 지지되는 동안 로봇 팔(730)은 기판을 회전시킬 수 있는 수단(mechanism)을 구비할 수 있다. 혹은, 로봇 팔(730)은 로봇 팔(730)과 기판을 실제로 지지하는 끝단 작동체(end effector)에 대한 기판 배치 각도(angular orientation)를 변경하여 기체 흐름 방향에 대한 기판 배치 각도를 변경할 수 있는 별도의 독립적인(stand-alone) 정렬 장치와 연동하여 동작할 수 있다. 도 7에 도시한 것처럼, 반응실(710a-710d)의 개수는 균일한 막을 형성하기 위해 이루어지는 증착 횟수에 따라 결정될 수 있다. 증착 횟수가 적을수록 증착 공정의 효율성은 향상되는 반면, 증착 횟수가 증가할수록 형성된 최종 막의 균일성은 향상된다. 반응실의 구조와 로봇 팔의 사용에 대한 설명을 제외하면, 도 7에 도시한 증착 장치(700)를 이용하여 막을 형성하는 공정은 이미 위에서 기술한 실시예들의 공정과 동일할 수 있다. 반응실(710a-710d)은 적당한 방식으로 정렬될 수 있음은 당업자에게 자명할 수 있고, 로봇 팔(730)은 반응실(710a-710d)의 배열과 반응실(710a-710d)에서의 기체 흐름 방향에 기초하여 기판의 배치 방향을 조정할 수 있다.
위에 기술한 실시예에서, 기판 배치나 기체 흐름 방향 중 어느 하나를 변경하여, 기판 배치와 기체 흐름 방향 사이의 상대적인 위치 관계를 변경할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 기판 배치와 기체 흐름 방향 모두를 변경함으로써 기판 배치와 기체 흐름 방향 사이의 상대적인 위치 관계를 변경할 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 자명한 많은 변형이 이루어질 수 있음은 명백하다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 한 실시예에 따른 수평 흐름 원자층 증착 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2a와 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 수평 흐름 원자층 증착법에 따른 원료 기체 흐름의 한 예를 도시한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수평 흐름 원자층 증착 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수평 흐름 원자층 증착 장치의 반응기를 나타내는 도면이다.
도 4b는 도 4a에 도시한 수평 흐름 원자층 증착 장치의 챔버의 일부를 도시한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 4개의 반응실을 가지는 수평 흐름 원자층 증착 챔버의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 원자층 증착 반응기의 예를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원자층 증착 반응기의 예를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

Claims (33)

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  8. 반응기 내에서 증착되는 기판을 중심으로 반응 기체가 흐르는 방향이 서로 같은 제1 반응기와 제2 반응기를 포함하는 복수의 반응기를 이용하여, 상기 기판 위에 막을 증착하는 방법에서,
    제1 반응기에서 상기 기판을 기준으로 제1 방향으로 적어도 하나의 반응 기체를 수평으로 상기 기판 위에 흘려 상기 기판 위에 제1 막을 형성하는 단계,
    상기 제1 막이 형성된 상기 기판을 회전시키는 단계,
    상기 기판을 상기 제1 반응기에서 제2 반응기로 이송하는 단계, 그리고
    상기 제2 반응기에서 상기 기판을 기준으로 제2 방향으로 상기 반응 기체를 수평으로 상기 기판 위에 흘려 상기 기판 위에 제2 막을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 방향은 상기 기판에 대해 상기 제1 방향과 상이하며, 상기 제1 막과 상기 제2 막은 동일한 물질로 형성되는 막 증착 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 제1 막은 목표 두께보다 얇은 제1 두께를 갖고, 상기 제2 막은 상기 목표 두께보다 얇은 제2 두께를 갖는 막 증착 방법.
  10. 제9항에서,
    상기 제1 두께 및 제2 두께 각각은 상기 목표 두께의 1/n(n은 2 이상의 자연수)인 막 증착 방법.
  11. 제10항에서,
    상기 n은 2 내지 8의 자연수인 막 증착 방법.
  12. 제8항에서,
    상기 제2 방향은 상기 제1 방향에서부터 (360/n)°(n은 2 이상의 자연수)의 각도만큼 상이한 막 증착 방법.
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  14. 반응기 내에서 증착되는 기판을 중심으로 반응 기체가 흐르는 방향이 서로 다른 제1 반응기와 제2 반응기를 포함하는 복수의 반응기를 이용하여, 상기 기판 위에 막을 증착하는 방법에서,
    제1 반응기에서 상기 기판을 기준으로 제1 방향으로 적어도 하나의 반응 기체를 수평으로 상기 기판 위에 흘려 상기 기판 위에 제1 막을 형성하는 단계,
    상기 제1 막이 형성된 상기 기판을 회전시키는 단계,
    상기 기판을 상기 제1 반응기에서 제2 반응기로 이송하는 단계, 그리고
    상기 제2 반응기에서 상기 기판을 기준으로 제2 방향으로 상기 반응 기체를 수평으로 상기 기판 위에 흘려 상기 기판 위에 제2 막을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 방향은 상기 기판에 대해 상기 제1 방향과 상이하며, 상기 제1 막과 상기 제2 막은 동일한 물질로 형성되는 막 증착 방법.
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  21. 삭제
  22. 기판 위에 박막을 증착하는 장치에서,
    상기 기판 위에 증착이 행해지는 밀폐된 반응 공간을 각각 규정하는 제1 반응실과 제2 반응실을 포함하는 복수의 반응실, 그리고
    상기 복수의 반응실 중 제1 반응실에서 제2 반응실로 상기 기판을 이송하는 이송 장치
    를 포함하고,
    상기 반응 공간은 상기 기판 위의 한 방향으로 층 기체(laminar gas) 흐름을 제공하고, 상기 반응실은 상기 반응 공간으로 동일한 반응 기체를 제공하며,
    상기 제1 반응실과 상기 제2 반응실은 서로 동일한 방향으로 상기 반응 기체를 제공하고,
    상기 이송 장치는 상기 제1 반응실에서 상기 제2 반응실로 상기 기판을 이송하기 전에, 상기 기판을 회전시키는 박막 증착 장치.
  23. 삭제
  24. 제22항에서,
    상기 반응실 각각은 반응기 덮개 및 기판 지지대를 포함하고,
    상기 반응실 각각의 상기 반응기 덮개와 상기 기판 지지대는 상기 이송 장치가 상기 기판을 회전시키는 동안 서로 분리되어 있는
    박막 증착 장치.
  25. 제24항에서,
    상기 반응실 각각은 상기 기판 지지대와 함께 상기 반응 공간을 규정하는 기체 흐름 유도 구조물을 더 포함하는 박막 증착 장치.
  26. 제24항에서,
    상기 반응실 각각의 상기 반응기 덮개와 상기 기판 지지대가 적어도 서로 분리되어 있는 동안 상기 반응실의 상기 기판 지지대를 지지하는 바닥판을 더 포함하고,
    상기 이송 장치는 상기 바닥판을 회전시키는
    박막 증착 장치.
  27. 제24항에서,
    상기 이송 장치는 상기 반응실 각각의 상기 반응기 덮개와 상기 기판 지지대가 서로 분리되어 있는 동안 상기 기판을 각각 지지하는 하나 이상의 아암을 포함하고, 상기 하나 이상의 아암은 상기 한 반응실에서 다른 반응실로 상기 기판을 이송하는 박막 증착 장치.
  28. 제27항에서,
    상기 반응실은 밀폐된 통로를 형성하도록 정렬되어 있고,
    상기 박막 증착 장치는 구체적으로 상기 통로의 중심부에 위치하고 상기 하나 이상의 아암과 연결된 아암축을 더 포함하며,
    상기 아암축은 상기 하나 이상의 아암을 회전시키는
    박막 증착 장치.
  29. 기판 위에 박막을 증착하는 장치에서,
    상기 기판 위에 증착이 행해지는 밀폐된 반응 공간을 각각 규정하는 제1 반응실과 제2 반응실을 포함하는 복수의 반응실, 그리고
    상기 복수의 반응실 중 제1 반응실에서 제2 반응실로 상기 기판을 이송하는 이송 장치를 포함하고,
    상기 반응 공간은 상기 기판 위의 한 방향으로 층 기체(laminar gas) 흐름을 제공하고, 상기 복수의 반응실 각각은 상기 반응 공간으로 동일한 반응 기체를 제공하며,
    상기 제1 반응실과 상기 제2 반응실은 서로 다른 방향으로 상기 반응 기체를 제공하는 박막 증착 장치.
  30. 제29항에서,
    상기 제1 반응실과 상기 제2 반응실은 (360/n)°의 각도만큼 다른 방향으로 상기 반응 기체를 제공하는 박막 증착 장치.
  31. 제22항에서,
    상기 이송 장치는 상기 제1 반응실에서 상기 제2 반응실로 상기 기판을 이송하기 전에 (360/n)°(n은 2 이상인 자연수)의 각도만큼 상기 기판을 회전시키는 박막 증착 장치.
  32. 제31항에서,
    상기 n은 2 내지 8의 자연수인 박막 증착 장치.
  33. 제22항에서,
    상기 이송 장치는 상기 기판을 회전시킴으로 하나의 반응실에서 상기 층 기체 흐름의 방향에 대한 상기 기판의 배치를, 다른 반응실에서의 상기 층 기체 흐름의 방향에 대한 상기 기판의 배치와 다르게 하는 로봇 팔을 포함하는 박막 증착 장치.
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