KR101519366B1 - 박막증착장치 - Google Patents

Abstract

박막증착장치가 개시된다. 본 발명에 따른 박막증착장치에 의하면, 박막증착장치에 사용되는 마스크의 처짐이나 비틀림 또는 편향성의 문제를 해결하고 얼라인먼트를 향상시킬 수 있으며, 기존의 마스크프레임을 대체하는 구조를 적용하여 장비의 경량화를 달성할 수 있다. 또한, 마스크의 파손이나 교환 주기가 도래하는 경우 마스크의 교체를 용이하게 수행하고 유지보수에 소요되는 시간 및 비용을 절약할 수 있으며, 마스크의 열 변형에 대하여 즉각적이고 능동적인 대처가 가능하다.

Description

박막증착장치 {Thin film deposition apparatus}

본 발명은 박막증착장치에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 마스크의 교체를 용이하게 수행할 수 있고, 기판에 대해 마스크를 정밀하게 정렬시켜 얼라인먼트를 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.

한편, T.V., 모바일 디스플레이, 컴퓨터 모니터, OLED 조명 등을 제작하는 공정에 사용되는 기판은 점점 대면적화하고 있다. 일례로 8 세대 기판은 2200 mm × 2500 mm로 이를 이용하여 6 개, 8 개 또는 18 개의 디스플레이 제품을 제작할 수 있다.

이와 같이 대면적 기판은 한꺼번에 원하는 수의 디스플레이 패널제품을 제작할 수 있는 다양한 구성 자유도로 인해 더욱 선호되며, 전체적으로 생산비를 절감할 수 있는 장점도 있다.

그러나 대면적 기판에 여러 대의 디스플레이 패널제품을 하나의 증착 공정으로 제작하기 위해서는 많은 기술적인 문제점을 해결하여야 한다. 그 중 하나는 마스크의 대형화로 인해 발생하는 문제로, 도 1과 같이 하나의 몸체로 이루어진 일체형 마스크의 경우 다음과 같은 문제가 있다.

도 1은 종래의 일체형 마스크가 마스크프레임에 용접 고정된 상태를 도시한 평면도이고, 도 2는 종래의 일체형 마스크가 중심부에서 처짐 현상이 발생한 경우를 도시한 사시도이다.

도 1에서 보는 바와 같이 종래의 OLED(Organic Light Emitting Diodes)용 마스크(mask, 10)는 마스크프레임(mask frame, 20)에 마스크 텐션 장치(mask tension device, 미도시)를 이용하여 마스크(10)의 양단에 압력을 가하여 끌어당김으로써 팽팽한 상태에서 마스크(10)와 마스크프레임(20)을 각 용접포인트(12)에서 용접하여 제조하였다.

그런데, 최근 대면적(5.0G 이상)을 대상으로 한 30인치 이상 제품의 경우 내부의 오픈된 영역이 커져 양단에서 장력을 가해도 마스크(10) 중심에서 처짐 현상이 발생하여 얼라인먼트(alignment)를 어렵게 하는 문제점이 있다.

그리고, 종래 마스크(10)의 경우에 플렉서블한 금속층을 당겨서 마스크프레임(20)에 고정하게 되므로 마스크프레임(20)에 작용하는 인장력을 버티기 위하여 마스크프레임(20)의 부피 및 무게가 매우 증가하게 되어 약 1,000kg 내지 2,000kg에 이르게 되며 이는 ALD 및 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)를 통해 Passivation막을 증착하는 경우에 장비의 무게를 현저하게 증가시키는 요인이 된다.

또한, 마스크(10)는 증착이 이루어지는 공간에 배치되므로 소정 기간 사용 후에 금속층을 교체해야 하며 이는 유지보수에 많은 시간 및 비용을 소모하는 원인으로 작용한다.

더 나아가, 증착 공정은 진공 챔버 내에서 고온을 유지하며 이루어지기 때문에 금속으로 된 마스크(10)의 열 팽창이 문제가 될 수 있다. 즉, 열팽창은 ΔL=αL0ΔT(ΔL; 팽창길이, α;열팽창계수, L0;팽창전 원래 길이, ΔT; 온도 증가)에 따라 일어나므로 마스크(10)의 길이가 긴 변 방향이 짧은 변 방향보다 더 많이 팽창하여 결과적으로 마스크(10)의 정형이 뒤틀어지고 그에 따라 증착되어야 할 면적의 사각 형상이 일그러지는 문제가 생긴다.

따라서, 전술한 문제를 해결하여 마스크(10)의 처짐이나 비틀림 및 편향성을 방지하여 얼라인먼트를 향상시키고 장비의 경량화를 달성할 뿐만 아니라, 마스크(10)의 교체를 용이하게 수행할 수 있는 박막증착장치에 대한 필요성이 대두되고 있다.

본 발명의 실시 예들은 박막증착장치에 사용되는 마스크의 처짐이나 비틀림 또는 편향성의 문제를 해결하고 얼라인먼트를 향상시키고자 한다.

또한, 기존의 마스크프레임을 대체하는 구조를 적용하여 장비의 경량화를 달성하고, 마스크프레임을 사용하지 않음으로써 장비 단가를 절감하고자 한다.

또한, 마스크의 파손이나 교환 주기가 도래하는 경우 마스크의 교체를 용이하게 수행하고 유지보수에 소요되는 시간 및 비용을 절약하고자 한다.

또한, 마스크의 열 변형에 대하여 즉각적이고 능동적인 대처가 가능한 박막증착장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 내부에 소정의 공간을 구비하고, 적어도 일측에 기판이 인입 또는 인출되는 개구부를 포함하는 챔버와, 상기 챔버 내부에 구비되며, 기판이 안착되는 기판지지부와, 상기 기판에 공정가스 및 퍼지가스 중에 적어도 하나를 공급하는 가스공급부와, 상기 기판지지부 상부에 배치되어 기판 표면을 선택적으로 차폐하는 적어도 하나의 마스크 및, 상기 기판지지부 양측에 서로 대칭되게 구비되며, 상기 마스크 양측을 감아 일정 장력을 유지한 상태에서 상기 마스크를 지지하는 적어도 한 쌍의 롤 부재를 포함하는 박막증착장치가 제공될 수 있다.

상기 마스크는 플렉서블(flexible)한 금속 및 절연 재질로 이루어질 수 있다.

상기 롤 부재는 원주 방향을 따라 상기 마스크가 안착되어 감기는 안착홈을 포함할 수 있다.

상기 롤 부재는 축방향으로 이동 가능하게 구비될 수 있다.

상기 한 쌍의 롤 부재는 상기 마스크를 일측의 롤 부재에 감아 이동시켜 타측에 감겨있던 부분의 마스크를 사용 가능하도록 구성될 수 있다.

상기 롤 부재는, 상기 기판지지부의 횡방향으로 대칭되게 구비되는 적어도 한 쌍의 제1 롤 부재와, 상기 기판지지부의 종방향으로 대칭되게 구비되는 적어도 한 쌍의 제2 롤 부재를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 롤 부재는 상기 마스크에 적용되는 장력을 측정하는 장력감지센서를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 장력감지센서에서 측정된 장력이 기 설정된 수치보다 낮은 경우, 상기 한 쌍의 롤 부재는 각각 마스크를 감는 방향으로 회전하여 마스크에 적용되는 장력을 높이도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 박막증착장치는 상기 마스크의 처짐 또는 편향성을 측정하는 감광센서를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 박막증착장치에 사용되는 마스크의 처짐이나 비틀림 또는 편향성의 문제를 해결하고 얼라인먼트를 향상시킬 수 있다.

또한, 기존의 마스크프레임을 대체하는 구조를 적용하여 장비의 경량화를 달성할 수 있고, 마스크프레임을 사용하지 않음으로써 장비 단가를 절감할 수 있다.

또한, 마스크의 파손이나 교환 주기가 도래하는 경우 마스크의 교체를 용이하게 수행하고 유지보수에 소요되는 시간 및 비용을 절약할 수 있다.

또한, 마스크의 열 변형에 대하여 즉각적이고 능동적인 대처가 가능한 박막증착장치를 제공할 수 있다.

도 1은 종래의 일체형 마스크가 마스크프레임에 용접 고정된 상태를 도시한 평면도
도 2는 종래의 마스크가 중심부에서 처짐 현상이 발생한 경우를 도시한 사시도
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막증착장치를 도시한 단면도
도 4는 도 3에서 가스공급부와 기판지지부 및 마스크의 배치구조를 도시한 단면도
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막증착장치의 마스크와 롤 부재의 구성을 도시한 평면도
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막증착장치의 롤 부재를 도시한 부분사시도
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막증착장치의 장력감지센서와 감광센서의 배치구조를 도시한 구성도

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막증착장치를 도시한 단면도이고, 도 4는 도 3에서 가스공급부와 기판지지부 및 마스크의 배치구조를 도시한 단면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막증착장치의 마스크와 롤 부재의 구성을 도시한 평면도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막증착장치의 롤 부재를 도시한 부분사시도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막증착장치의 장력감지센서와 감광센서의 배치구조를 도시한 구성도이다.

도 3 내지 도 7을 참조하면, 박막증착장치(1000)는 내부에 소정의 공간을 구비하며 기판(W)이 내부에 수용되어 증착 작업이 수행되는 챔버(110)와 기판을 인입 또는 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.

또한, 박막증착장치(1000)는 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. 나아가, 기판(W)을 챔버(110) 내부로 인입시키거나, 또는 챔버(110) 내부에서 인출시키는 기판인입인출수단을 포함할 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.

상기 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.

상기 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 적어도 일측에는 기판(W)이 챔버(110)의 내부로 인입되거나 챔버(110) 외부로 인출되는 개구부(134)를 구비한다.

본 실시 예에서 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, 상기 챔버리드(120)는 공정가스를 공급하는 가스공급부(200)를 구비하는 바, 이에 대해서는 이후에 상세히 살펴본다.

상기 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 실시 예에서는 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 기판(W)이 직선경로를 따라 상대 이동하게 되면, 기판의 표면 영역이 모두 동일한 속도로 이동하게 되므로 증착 작업을 수행하는 중에 증착 두께가 달라질 우려가 없게 된다.

한편 상기 기판지지부(150)의 하부에는 기판(W)을 가열하는 가열부(140)를 구비할 수 있다. 가열부(140)는 기판(W)을 지지하는 기판지지부(150)에서 소정거리 이격된 하부에 구비되어 기판(W)을 가열하게 된다.

구체적으로 가열부(140)는 기판지지부(150)의 이동경로를 따라 구비된다. 가열부(140)는 예를 들어 적어도 하나 이상의 가열플레이트(142)와 상기 가열플레이트(142)를 지지하는 지지부(144)를 포함하여 구성될 수 있다. 가열플레이트(142)는 기판(W)을 가열하기 위하여 기판(W)을 지지하는 기판지지부(150)에서 소정거리 이격되어 구비된다.

도 4는 도 3에서 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 4를 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.

본 실시 예에서 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 10⁹ Hz 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, 상기 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 실시 예에서 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 실시 예에서 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 실시 예에 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.

상기 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.

한편, 본 실시 예와 같은 구성에서는 활성화채널(240)로 직접 공정가스 또는 반응가스가 공급되지 않으므로 가스활성화유닛(300) 등에 증착되는 막을 최대한 줄일 수 있다. 결국, 본 실시 예에서는 종래 장치의 가스공급부의 가스활성화유닛에 발생할 수 있는 문제점을 해결할 수 있게 된다. 이하, 도 4를 참조하여 가스공급부(200)의 구체적인 구성에 대해서 살펴보기로 한다.

도 4를 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 잔류가스를 배기하는 배기채널(220, 250)을 더 구비할 수 있다.

본 실시 예에 따른 가스공급부(200)는 중앙에 원료가스를 공급하는 제1 공급채널(210)을 구비하고, 상기 제1 공급채널(210)을 중심으로 대칭적으로 구성될 수 있다. 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 일 방향 및 상기 일 방향에 반대되는 반대방향으로 왕복 운동하는 경우에 어느 방향으로 이동하는 중에도 증착이 이루어지도록 가스공급부(200)는 중앙부의 제1 공급채널(210)을 중심으로 대칭적으로 구성되는 것이 유리하다.

상기 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.

상기 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.

그리고, 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, 상기 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.

상기 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 중앙부에 위치하여 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.

상기 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.

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

한편, 본 실시 예에 따른 가스공급부(200)는 아르곤(Ar) 등의 불활성가스로 구성된 퍼지가스를 공급하지 않는다는 점에 특징이 있다. 가스공급부(200)는 원료가스 또는 반응가스를 공급하는 각종 공급채널(210, 230)의 사이와, 가스공급부(200)의 가장자리에 잔류가스를 배기하는 배기채널(220, 250)을 구비하게 된다. 따라서, 상기 배기채널(220, 250)에 의해 잔류가스를 배기하고 반응가스와 원료가스의 혼합을 방지하게 되어 별도의 퍼지가스 공급이 필요 없게 된다.

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) 상으로 공급된다. 기판(W) 상으로 공급된 원료가스는 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(250)에 의해 배기된다. 한편, 상기 각 단계에서 상기 기판(W) 및 가스공급부(200) 중에 적어도 하나는 다른 하나에 대해 상대 이동하게 된다.

한편, 원자층증착법은 기판 상에 트리메틸알루미늄(TMA ; TriMethyl Aluminium, 이하 TMA라 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 위해서는 상기 원료가스인 TMA를 공급하는 원료가스 공급원 또는 제1 공급라인을 조절하여 가능하다.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막증착장치(1000)는 상기 기판지지부(150) 상부에 배치되어 기판(W) 표면을 선택적으로 차폐하는 적어도 하나의 마스크(160)와 상기 기판지지부(150)를 중심으로 서로 대칭되게 구비되며, 상기 마스크(160) 양단을 감아 일정 장력을 유지한 상태에서 상기 마스크(160)를 지지하는 적어도 한 쌍의 롤 부재(170)를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 마스크(160)는 일단이 기판지지부(150) 일측에 구비된 롤 부재(170)에 감기고, 타단이 기판지지부(150) 타측에 대칭되게 구비된 롤 부재(170)에 감긴 상태로 지지된다. 상기 마스크(160)는 기다란 스트립 형태로 이루어지며, 상기 기판지지부(150)의 상부를 가로질러 상기 기판(W) 표면을 선택적으로 차폐하도록 배치될 수 있다. 그리고, 상기 기판지지부(150) 상부에 지지되는 부분 외에도 충분한 여유분이 연속적으로 더 구비되어 상기 롤 부재(170)에 감긴 상태로 비축될 수 있다.

도 5의 평면도에는 상기 기판지지부(150)의 횡방향을 가로지르도록 구비되는 마스크(160)가 4 개, 상기 기판지지부(150)의 종방향을 가로지르도록 구비되는 마스크(160)가 1 개가 배치된 상태를 도시하였다.

이와 같이 구비된 마스크(160)는 상기 기판지지부(150) 상에 놓인 기판(W)을 6 개의 부분으로 구획하게 되며, 각각의 구획된 부분이 하나의 디스플레이 제품을 이루게 된다.

그러나 상기 마스크(160)의 배치 구조는 이에 한정되는 것이 아니며 챔버(110)의 크기, 제조하고자 하는 제품의 종류나 개수 또는 형상 등에 따라 다양하게 변형 실시될 수 있다.

여기서, 상기 마스크(160)는 플렉서블(flexible)한 금속 및 절연 재질로 이루어질 수 있다. 상기 마스크(160)는 양단이 상기 롤 부재(170)에 감긴 상태로 지지되므로 유연한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 마스크(160)가 플렉서블한 재질로 이루어지지만 마스크(160) 양단의 롤 부재(170)가 각각 마스크(160)를 감는 방향으로 회전력을 가하여 상기 마스크(160)에 일정한 장력이 유지되므로 상기 마스크(160)는 기판지지부(150) 상에서 처지지 않고 평행한 상태를 유지할 수 있다.

상기 롤 부재(170)는 원주 방향을 따라 상기 마스크(160)가 안착되어 감기는 안착홈(172)을 구비하며, 상기 마스크(160)는 상기 안착홈(172)을 따라 롤 부재(170) 상에 감길 수 있다.

상기 롤 부재(170)가 회전하여 마스크(160)를 감는 경우 상기 마스크(160)가 상기 안착홈(172)을 따라 안내되어 감기므로 한쪽으로 기울거나 쏠리지 않고 마스크(160)가 정확히 감길 수 있다.

상기 롤 부재(170)는 중심축(180)을 중심으로 회동 가능할 뿐만 아니라 중심축(180)의 축방향으로 이동 가능하게 구비될 수 있다. 상기 롤 부재(170)는 별도로 구비된 모터와 같은 구동원(미도시)에 의해 회전 및 직선이동이 가능하며, 각각의 롤 부재(170)의 개별 제어가 가능한 구조로 이루어질 수 있다.

도 5에서 보는 바와 같이, 상기 롤 부재(170)는 상기 기판지지부(150)의 횡방향으로 대칭되게 구비되는 적어도 한 쌍의 제1 롤 부재(170a)와, 상기 기판지지부(150)의 종방향으로 대칭되게 구비되는 적어도 한 쌍의 제2 롤 부재(170b)를 포함하여 이루어질 수 있다.

이때, 상기 제1 롤 부재(170a)는 제1 중심축(180a)을 중심으로 회전 및 축방향으로 직선이동이 가능하게 설치되며, 상기 제2 롤 부재(170b)는 제2 중심축(180b)을 중심으로 회전 및 축방향 직선이동이 가능하게 설치된다.

상기 마스크(160)의 파손이나 교환 주기가 도래하는 경우 상기 한 쌍의 롤 부재(170)는 상기 마스크(160)를 일측의 롤 부재(170)에 감아 이동시켜 타측에 감겨있던 부분의 마스크(160)를 사용할 수 있다. 따라서, 초기에 일측 롤 부재(170)에 새로운 마스크(160)가 감겨 있는 상태에서 교환 주기마다 사용한 부분을 타측 롤 부재(170)에 감아 옮김으로써 마스크(160) 교체를 용이하게 수행할 수 있다.

그리고, 하나의 스트립(strip)으로 구성된 개별 마스크(160)별로 교체를 수행할 수 있으므로 기존과 같은 일체형 마스크(160)에서 일부 파손이 발생한 경우에 전체를 교체해야하는 번거로움 없이 교체 사유가 발생한 마스크(160)만을 롤 부재(170)로 감아 교체함으로써 유지보수에 소요되는 시간과 비용이 크게 절약될 수 있다.

한편, 도 7에서 보는 바와 같이, 상기 롤 부재(170)는 상기 마스크(160)에 적용되는 장력을 측정하는 장력감지센서(182)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 장력감지센서(182)는 상기 롤 부재(170)의 중심축(180) 부근에 구비될 수 있으며, 상기 롤 부재(170)에 걸리는 모멘트를 측정하여 상기 마스크(160)에 적용되는 장력을 감지하도록 구성될 수 있다.

상기 마스크(160)에는 적절한 장력이 적용되어 중간에 처짐이 발생하지 않도록 유지하여야 하므로 개별 마스크(160)별로 장력을 감지함으로써 적절한 장력을 유지하도록 구성할 수 있다.

예를 들어 상기 장력감지센서(182)에서 측정된 장력이 기 설정된 수치보다 낮은 경우, 상기 한 쌍의 롤 부재(170)는 각각 마스크(160)를 감는 방향으로 회전하여 회전력을 가함으로써 마스크(160)에 적용되는 장력을 높이도록 제어될 수 있다.

또한, 상기 마스크(160)의 처짐 또는 편향성을 측정하는 감광센서가 구비될 수 있다. 상기 감광센서는 발광부(192)와 수광부(194)로 구성되며 상기 챔버몸체(130) 일측 내벽에 발광부(192)가 설치되고 그에 대향되는 챔버몸체(130) 타측 내벽에 수광부(194)가 설치될 수 있다.

이러한 감광센서를 설치함으로써 마스크(160)의 처짐이나 비틀림 또는 평행하지 않고 일측으로 기울어지거나 쏠린 편향성 등을 감지할 수 있다. 이러한 처짐, 비틀림 또는 편향성 등은 마스크(160)의 열 팽창이나 롤 부재(170)의 작동오류 등 다양한 원인에 의해서 발생할 수 있다.

처짐의 경우에는 전술한 바와 같이 롤 부재(170)를 마스크(160) 감는 방향으로 회전시켜 회전력을 가함으로써 마스크(160)에 적용되는 장력을 높이도록 제어하며, 일측으로 기울어진 경우 롤 부재(170)를 중심축(180)의 축방향으로 이동시켜 평행을 맞추도록 제어할 수 있다. 이와 같이 마스크(160)의 비정상적인 배치를 방지함으로써 궁극적인 얼라인먼트를 향상시킬 수 있다.

물론, 롤 부재(170)의 제어만으로 마스크(160)의 배치를 정상적으로 되돌리기 어려운 경우에는 작업자가 직접 챔버리드(120)를 개방하여 응급조치를 취할 수 있게 알람(alarm) 신호를 발송하도록 구성할 수 있다.

전술한 마스크(160)와 롤 부재(170)의 작동 및 배치 구조는 ALD 박막증착장치 뿐만 아니라 CVD 박막증착장치에도 동일한 기술적 사상이 그대로 적용될 수 있다. 특히 대면적 기판(W)의 Passivation막 증착에 유용하게 적용될 수 있다.

지금까지 설명한 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막증착장치(1000)에 따르면, 마스크의 처짐이나 비틀림 또는 편향성의 문제를 해결하고 얼라인먼트를 향상시킬 수 있으며, 기존의 마스크프레임을 대체하는 구조를 적용하여 장비의 경량화를 달성할 수 있다. 또한, 마스크의 파손이나 교환 주기가 도래하는 경우 마스크의 교체를 용이하게 수행하고 유지보수에 소요되는 시간 및 비용을 절약할 수 있으며, 마스크의 열 변형에 대하여 즉각적이고 능동적인 대처가 가능하다.

상기에서는 본 발명의 일 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 120 : 챔버리드
130 : 챔버몸체 150 : 지판지지부
160 : 마스크 170 : 롤 부재
172 : 안착홈 180 : 중심축
200 : 가스공급부 1000 : 박막증착장치

Claims (9)

1. 내부에 소정의 공간을 구비하고, 적어도 일측에 기판이 인입 또는 인출되는 개구부를 포함하는 챔버;
   상기 챔버 내부에 구비되며, 기판이 안착되는 기판지지부;
   상기 기판에 공정가스 및 퍼지가스 중에 적어도 하나를 공급하는 가스공급부;
   상기 기판지지부 상부에 배치되어 기판 표면을 선택적으로 차폐하는 스트립 형태의 적어도 하나의 마스크; 및
   상기 마스크 양측을 감아 일정 장력을 유지한 상태에서 상기 마스크를 지지하며, 상기 기판지지부의 횡방향을 가로질러 구비되는 마스크를 지지하도록 상기 기판지지부의 횡방향으로 대칭되게 구비되는 적어도 한 쌍의 제1 롤 부재와, 상기 기판지지부의 종방향을 가로질러 구비되는 마스크를 지지하도록 상기 기판지지부의 종방향으로 대칭되게 구비되는 적어도 한 쌍의 제2 롤 부재를 구비하는 롤 부재;를 포함하고,
   상기 롤 부재는 축방향으로 이동 가능하게 구비되며, 상기 기판지지부를 횡방향 및 종방향으로 가로지르는 상기 마스크에 의해 상기 기판이 복수개의 구역으로 구획되는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 마스크는 플렉서블(flexible)한 금속 및 절연 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 롤 부재는 원주 방향을 따라 상기 마스크가 안착되어 감기는 안착홈을 포함하는 박막증착장치.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 한 쌍의 제1 롤 부재 또는 한 쌍의 제2 롤 부재는 상기 마스크를 일측의 롤 부재에 감아 이동시켜 타측에 감겨있던 부분의 마스크를 사용 가능한 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 롤 부재는 상기 마스크에 적용되는 장력을 측정하는 장력감지센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 장력감지센서에서 측정된 장력이 기 설정된 수치보다 낮은 경우, 상기 한 쌍의 제1 롤 부재 또는 한 쌍의 제2 롤 부재는 각각 마스크를 감는 방향으로 회전하여 마스크에 적용되는 장력을 높이는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 마스크의 처짐 또는 편향성을 측정하는 감광센서를 더 포함하는 박막증착장치.
   

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