KR101526861B1 - 가스공급부 및 이를 구비한 박막증착장치 - Google Patents

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    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
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Abstract

본 발명은 가스공급부 및 이를 구비한 박막증착장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 가스공급부는 공정가스를 공급하는 공정가스공급채널, 하부의 개구부를 통해 상기 공정가스가 유입되고 상부가 막히어, 상기 공정가스가 활성화되어 기판을 향해 공급되는 활성화 채널 및 잔류가스를 배기하는 배기채널을 구비하고,상기 활성화채널은 상기 공정가스가 유입되고 상기 공정가스가 활성화되어 공급되는 유입공간과, 상기 공정가스가 확산 되는 확산공간과, 상기 유입공간과 상기 확산공간을 연결하며 상기 공정가스의 유동방향이 바뀌는 절곡부를 구비하고 상기 활성화채널로 유입된 상기 공정가스가 활성화되는 활성화공간을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

가스공급부 및 이를 구비한 박막증착장치 {Gas supply unit and thin film deposition apparatus having the same}
본 발명은 가스공급부 및 이를 구비한 박막증착장치에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 원자층증착법에 의해 박막을 증착하는 장치에 있어서 박막의 품질을 향상시키면서 기판의 손상을 방지하고, 나아가 기판 처리량(throughput)을 향상시킬 수 있는 박막증착장치에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 등의 기판(이하, '기판'이라 함) 상에 박막을 형성하기 위한 증착법으로종래에 화학기상증착법(CVD ;Chemical Vapor Deposition) 등이 많이 사용되었으나, 최근 들어원자층증착법(ALD ;Atomic Layer Deposition)의 기술이 각광받고 있다.
박막증착법 중 원자층증착법에 관한 기본 개념을 도면을 참조하여 살펴보면 다음과 같다. 도 15를 참조하여 원자층증착법의 기본 개념에 대해서 살펴보면, 원자층증착법은 먼저 기판상에 원료를 포함하는 원료가스를 분사한 후 불활성 퍼지 가스를 분사한다. 이어서 미반응 물질을 배기하여 기판상에 단일 원자층을 흡착시키고, 상기 원료와 반응하는 반응물을 포함하는 반응가스를 분사한 후 불활성 퍼지 가스 분사 및 미반응 물질/부산물 배기를 통해 기판상에 단일 원자층을 형성하게 된다.
원자층증착법에 사용되는 종래 박막증착장치는 원료가스, 반응가스, 퍼지가스 등의 각종 가스를 기판면에 주입하는 방향 및 방식에 따라 다양한 종류가 존재한다. 그런데, 원자층증착법에 의한박막증착장치는 우수한 품질의 박막과 기판 처리량(throughput)을 모두 만족시킬 수 없는 문제점을 수반한다. 즉, 우수한 품질의 박막을 달성하는 경우에 기판 처리량(throughput)이 현저히 떨어지는 단점이 있었으며, 반면에 기판 처리량을 향상시키는 경우에는 박막의 품질이 떨어지는 단점을 수반한다. 나아가, 기판 처리량을 향상시키기 위하여 플라즈마와 같은 가스활성화유닛을 사용하는 경우에 기판에 이온이 직접 공급되어 기판의 손상을 가져오거나 또는 기판 이외의 영역에 불필요한 박막이 증착되는 등의 문제점을 수반한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 기판 처리량(throughput)을 현저히 향상시키면서 박막의 우수한 품질을 유지할 수 있는 박막증착장치를 제공하는데 목적이 있다.
나아가, 본 발명은 활성화가스를 공급하는 경우에 기판의 손상을 방지하면서 기판 이외의 불필요한 영역에 박막이 증착되지 않도록 하는 박막증착장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 활성화된 공정가스를 공급하는 경우에 상기 활성화된 공정가스가 상기 기판을 향해 보다 원활하게 공급되도록 하는데 목적이 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 공정가스를 공급하는 공정가스공급채널, 하부의 개구부를 통해 상기 공정가스가 유입되고 상부가 막히어, 상기 공정가스가 활성화되어 기판을 향해 공급되는 활성화채널 및 잔류가스를 배기하는 배기채널을 구비하고,상기 활성화채널은 상기 공정가스가 유입되고 상기 공정가스가 활성화되어 공급되는 유입공간과, 상기 공정가스가 확산 되는 확산공간과, 상기 유입공간과 상기 확산공간을 연결하며 상기 공정가스의 유동방향이 바뀌는 절곡부를 구비하고 상기 활성화채널로 유입된 상기 공정가스가 활성화되는 활성화공간을 구비하는 것을 특징으로 하는 가스공급부에 의해 달성된다.
여기서, 상기 가스공급부는 소정의 전압이 인가되는 제1 전극과 상기 제1 전극과 대향 하도록 구비되어 접지되는 제2 전극을 구비하고,상기 활성화채널은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 상기 활성화공간, 상기 제1 전극 하부와 상기 개구부 사이의 상기 유입공간, 상기 제1 전극 상부의 상기 확산공간으로 구획될 수 있다.
또한, 상기 제1 전극 또는 제2 전극 중에 적어도 하나가 돌출하여 상기 활성화공간의 절곡부를 형성할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 전극은 상기 제2 전극을 향해 소정길이로 돌출한 돌출부를 구비할 수 있다.
한편, 상기 유입공간은 상기 활성화공간 및 확산공간에 비해 더 작게 구성될 수 있으며, 상기 활성화공간은 상기 확산공간에 비해 더 작게 구성될 수 있다.
또한, 상기 활성화공간은 적어도 일부 구간에 곡선부를 구비하거나, 또는 경사부를 구비할 수 있다.
전술한 구성을 가지는 본 발명에 따르면 기판 또는 가스공급부가 직선경로를 따라 이동하는 중에 공정가스를 비롯한 각종 가스를 공급함으로써 기판 표면에 증착이 균일하게 이루어지도록 하여 우수한 품질의 박막을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 가스공급부는 가스활성화유닛 중에 플라즈마 발생부를 구비하여 라디칼을 제공함으로써 박막의 품질을 향상시키며 증착 시간을 단축할 수 있다. 특히, 라디칼을 제공하는 경우에, 챔버 상부에서 플라즈마 발생부가 구비된 채널로 라디칼을 발생시키는 반응가스를 집접 공급하지 않고 반응가스를 공급하는 채널에서 분사된 반응가스가 플라즈마 발생부가 구비된 채널의 하부로 공급되는 간접 공급 방식을 채용하여 기판의 손상을 방지하면서 우수한 품질의 박막을 제공하는 것이 가능해진다.
나아가, 상기 라디칼을 제공하는 경우에 상기 라디칼을 발생시키는 플라즈마발생부를 상기 채널의 하부에 배치하고 또한 라디칼이 발생하는 채널에 절곡부를 구비하여 상기 라디칼이 보다 원활하게 상기 기판을 향해 공급될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 가스공급부는 라디칼을 발생시키는 반응가스에 의해 잔류가스를 퍼지시킴으로써 별도의 퍼지가스를 공급하지 않으므로 증착공정에 사용되는 전체 가스량을 크게 줄일 수 있고 장비구성을 더욱 간단하게 구성할 수 있으므로 장비의 생산단가를 크게 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 전극 표면의 표면적을 늘리어 라디칼을 상대적으로 보다 많이 생성시킬 수 있으며, 나아가 마그넷을 이용하여 라디칼의 밀도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 박막증착장치를 도시한 측단면도,
도 2는 일 실시 예에 따른 가스공급부의 구성을 도시한 측단면도,
도 3은 도 2에서 반응가스의 활성화 단계를 도시한 개략도,
도 4는 다른 실시 예에 따른 가스공급부를 도시한 측단면도,
도 5는 도 4에서 활성화채널의 구성을 확대한 단면도,
도 6은 또 다른 실시 예에 따른 활성화채널의 구성을 도시하는 단면도,
도 7 내지 도 13은 다양한 실시 예에 따른 가스공급부의 구성을 도시한 측단면도,
도 14는 본 발명에 따른 박막증착장치의 기본 증착개념을 도시한 개략도,
도 15는종래 ALD 장치의 기본 개념을 도시하는 개략도이다..
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 박막증착장치에 대해서 상세하게 살펴보도록 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 박막증착장치(1000)의 내부 구성을 도시하기 위한 측단면도이다.
도 1을 참조하면, 박막증착장치(1000)는 내부에 소정의 공간을 구비하여 기판이 내부에 수용되어 증착 작업이 수행되는 챔버(110)와 기판을 인입 및 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 복수 개의 보트와 증착이 완료된 기판을 적재하는 복수 개의 보트를 더 구비할 수 있다.
구체적으로, 박막증착장치(1000)는 내부에 소정의 공간을 구비하는 챔버(110)와, 상기 챔버(110) 내부에 구비되어 기판(W)이 안착 되는 기판지지부(150)와,가스공급부(200)를 구비할 수 있다. 여기서, 상기 가스공급부(200)는 상기 기판(W)을 향해 공정가스를 공급하는 적어도 하나의 공정가스공급채널(도 2 참조, 210, 230)과 상기 공정가스를 활성화 시키는 가스활성화유닛(도 2 참조, 300)을 구비하는 활성화채널(도 2 참조, 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.
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.
챔버(110)는 구체적으로 내부에 소정의 공간을 구비하며 상부가 개구된챔버몸체(130)와 챔버몸체(130)의 개구된 상부를 개폐하는 챔버리드(120)를 포함한다. 챔버몸체(130)의 일측에는 기판(W)이 챔버(110)의 내부로 인입 및 인출되는 개구부(134)를 구비한다.
본실시예에서기판인입인출수단은챔버(110)에 연결되어 챔버(110) 내부로 기판을 인입 하거나 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, 챔버(110)의 챔버리드(120)에는 공정가스 및 퍼지가스 중에 적어도 하나를 공급하는 가스공급부(200)를 구비하는바, 이에 대해서는 이후에 상세히 살펴본다.
챔버(110)의 내부에는 기판(W)이 안착 되는 기판지지부(150)가 구비된다. 기판지지부(150)는 가스공급부(200)와 상대이동을 하도록 구비된다. 즉, 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. 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, 대면적화되는 경우에 챔버(110) 내부에서 기판(W)이 이동하기 위해서는 챔버(110)의 대형화를 필요로 하며, 이는 장치 전체의 설치면적(footprint)을 늘리는 요인으로 작용한다. 따라서, 본 실시 예에서는 대형화, 대면적화된 기판(W)에 대해서도 증착작업이 가능 하도록 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. 한편, 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 기판지지부(150)의 하부에는 기판(W)을 가열하는 가열부(170)를 구비할 수 있다. 가열부(170)는 기판(W)을 지지하는 기판지지부(150)에서 소정거리 이격된 하부에 구비되어 기판(W)을 가열하게 된다.
구체적으로 가열부(170)는 기판지지부(150)의 이동경로를 따라 구비된다. 가열부(170)는 예를 들어 적어도 하나 이상의 가열플레이트(172)와 상기 가열플레이트(172)를 지지하는 지지부(174)를 포함하여 구성될 수 있다. 가열플레이트(172)는 기판(W)을 가열하기 위하여 기판(W)을 지지하는 기판지지부(150)에서 소정거리 이격되어 구비된다. 이하, 도면을 참조하여 가스공급부(200)에 대해서 상세하게 살펴본다.
도 2는 도 1에서 가스공급부(200)를 확대해서 도시한 단면도로서, 가스공급부(200)의 구체적인 구성을 도시한다. 이하, 가스공급부의 구성에 대해서 상세히 살펴보도록 한다.
도 2를 참조하면, 가스공급부(200)는 기판(W)을 향해 공정가스를 공급하는 적어도 하나의 공정가스공급채널(210, 230)과, 상기 공정가스를 활성화시키는 가스활성화유닛(300)을 구비하는 활성화채널(240)을 구비할 수 있다.
본 실시 예에서 설명하는 가스활성화유닛(300)은 공정가스를활성화시켜활성화원자또는라디칼형태의공정가스를공급하게된다. 여기서, 가스활성화유닛(300)은 플라즈마발생부, 초고주파발생부, 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 활성화 시킨다. 초고주파 발생부가 초고주파를 인가하게 되면, 공정가스가활성화원자 또는 라디칼 상태로 전환되어 기판(W) 방향으로 분사 될 수있다.
또한, 가스활성화유닛(300)이 자외선 조사부 형태로 마련되는 경우, 자외선 조사부에 의해 조사된 자외선에 의해 공정가스가활성화 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 플라즈마발생부를 상정하여 설명한다.이 경우, 전극어셈블리(2000)는 공정가스를 활성화시키는 가스활성화유닛(300)과 상기 가스활성화유닛(300)이 구비되어 상기 활성화된 공정가스를 공급하는 활성화채널(240)을 구비한다.
여기서, 가스활성화유닛(300)은 소정의 전압이 인가되는 제1 전극(310)과, 상기 제1 전극(310)을 둘러싸는 차폐부재(312)와, 상기 제1 전극(310)과 대향 하도록 구비되며 접지되는 제2 전극(246)을 구비할 수 있다. 나아가, 전극어셈블리(2000)는 상기 제1 전극(310)과 차폐부재(312)가 구비되는 접지부(244, 도 3 참조)를 더 구비할 수 있다.이 경우, 제1 전극(310)과 제2 전극(246) 사이의 공간이 공정가스가 활성화되어 공급되는 활성화채널(240)의 역할을 하게 된다.
구체적으로, 활성화채널(240)의 일측 내벽에 소정의 전압이 공급되는 제1 전극(310)이 구비되고, 상기 일측 내벽이 접지되어 접지부(244)가 된다. 이에 따라 제1 전극(310)에서 누설되는 전류를 상기 접지부(244)를 통하여 신속하게 배출할 수 있게 된다. 이 경우, 접지부(244)에 차폐부재(312)를 포함하고, 차폐부재(312)에 의해 제1 전극(310)을 지지할 수 있다. 차폐부재(312)에 의해 제1 전극(310)과가스공급부(200)가 전기적으로 분리되어 제1 전극(310)이 가스공급부(200)로부터 전기적으로차폐된다. 이 경우, 차폐부재(312)는 제1 전극(310)을 전기적으로 차폐할 뿐만 아니라, 제1 전극(310)을 지지하는 지지부의 역할도 하게 된다.한편, 상기 제1 전극(310)에 대향 하는 상기 활성화채널(240)의 타측 내벽이 접지되어 접지전극의 역할, 즉 제2 전극(246)의 역할을 하게 된다.
본 실시 예에서 가스공급부(200)는 상기 기판(W)을 향해 원료가스를 공급하는 제1 공급채널(210)과, 상기 기판(W)을 향해 반응가스를 공급하는 제2 공급채널(230)을 구비할 수 있으며, 나아가 상기 제2 공급채널(230)에서 공급되는 반응가스가 상기 활성화채널(240)로 공급되도록 구성된다. 즉, 가스활성화유닛(300)이 구비된 활성화채널(240)로 반응가스를 직접 공급하는 것이 아니라 제2 공급채널(230)에서 공급되는 반응가스가 활성화채널(240)로 유입 또는 공급되도록 하는 소위 '간접 공급' 방식을 채택하고 있다. 본 실시 예에서 상기와 같이 가스활성화유닛(300)으로 반응가스를 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 O2와 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 반응가스가 활성화되면 플라즈마가 형성되는데, 상기 플라즈마는 라디칼 상태뿐만 아니라 이온 상태의 반응가스를 포함하게 되어, 상기 이온상태의 반응가스에 의해 기판(W)이 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 반응가스를 공급하지 않으며, 반응가스를 공급하는 제2 공급채널(230)에서 공급된 반응가스가 활성화채널(240)로 유입 또는 공급되도록 한다.
구체적으로, 활성화채널(240)은 상부가 밀폐되고 하부의 기판(W)을 향해 개방된 개구부를 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 제2 공급채널(230)과 상기 활성화채널(240)은 서로 이웃하여 구비될 수 있다. 즉, 활성화채널(240)과 이웃하여 제2 공급채널(230)을 구비하고, 제2 공급채널(230)의 하부를 통해 공급된 공정가스 및/또는 반응가스가 이웃한 활성화채널(240)로 유입되도록 한다. 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 제2 공급채널(230)에서 공급되는 공정가스가 상기 활성화채널(240)로 공급되어 가스활성화유닛(300)에 의해 활성화된다. 나아가, 상기 가스활성화유닛(300)에 의해 활성화된 공정가스가 상기 활성화채널(240)을 통해 기판(W) 상으로 공급되어, 상기 기판(W) 및 가스공급부(200) 사이에서 유동하는 비활성 공정가스를 활성화시키게 된다.
도 3은 본 실시 예에 따른 가스공급부(200)의 전극어셈블리(2000)에서 공정가스 또는 반응가스가 활성화되는 반응과정을 설명의 편의를 위해 개략적으로 도시한 개략도이다.
도 3을 참조하면, 가스활성화유닛(300)으로 플라즈마 발생부를 구비하는 경우에 활성화채널(240)을 형성하는 접지부(244)에 전원이 공급되는 제1 전극(310)이 구비되고, 상기 제1 전극(310)에 대향 하여 형성되며 활성화채널(240)을 형성하는 제2 전극(246)이 접지되어 구비된다.
이 경우, 이웃한 제2 공급채널(230)에서 공급된 반응가스, 예를 들어 O2 가스는 기판(W)의 상부를 따라 유동하는 중에 활성화채널(240)의 하부에 형성된 개구부(242)를 통하여 활성화채널(240)의 내부로 유입된다. 활성화채널(240)의 내부로 유입된 O2 가스는 가스활성화유닛(300)에 의해 활성화되어 이온 또는 라디칼 상태로 전환된다. 이와 같이 이온 또는 라디칼 상태로 전환된 O2 가스는 이웃한 O2 가스에도 영향을 미치어 이웃한 비활성화된 O2 가스도 이온 또는 라디칼 상태로 전환 시키게 된다. 따라서, 가스활성화유닛(300)에 인접한 영역(A)에서는 가스활성화유닛(300)에 의해 직접 활성화된 O2 가스가 존재하게 되며, 가스활성화유닛(300)에서 다소 이격된 영역(B), 예를 들어 활성화채널(240)의 하부 영역, 또는 활성화채널(240)과 기판(W) 사이의 영역에는 활성화된 가스에 의해 간접적으로 활성화된 O2 가스가 존재하게 된다. 따라서, 기판(W)을 향해서 반응가스가 공급되는 경우에 이온에 의한 손상을 줄이어 기판(W)의 손상을 방지하는 것이 가능해진다. 한편, 본 실시예와 같은 구성에서는 활성화채널(240)로 직접 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 2를 참조하여 가스공급부(200)의 구체적인 구성에 대해서 살펴보기로 한다.
도 2를 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 공정가스공급채널(210, 230)로 공정가스를 공급하거나, 또는 배기 되는 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 공정가스공급채널(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 공정가스공급채널(210, 230)을 구비하게 된다. 공정가스공급채널(210, 230)은 가스공급부(200)에 적어도 하나 구비되며, 바람직하게 복수 개 구비 될 수 있다. 상기 공정가스공급채널은 원료가스를 공급하는 적어도 하나의 제1 공급채널(210)과 반응가스를 공급하는 적어도 하나의 제2 공급채널(230)을 구비할 수 있다. 또한, 가스공급부(200)는 상기 기판(W) 및 가스공급부(200) 사이에서 유동하는 잔류가스를 배기하는 배기채널(220, 250)을 더 구비할 수 있다.
본 실시예에 따른 가스공급부(200)는 중앙에 원료가스를 공급하는 상기 제1 공급채널(210)을 구비하고, 제1 공급채널(210)을 중심으로 대칭적으로 구성될 수 있다. 구체적으로 제1 공급유닛(212)을 구비하고, 상기 제1 공급유닛(212)의 내측에 제1 공급채널(210)을 구비할 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 왕복 운동하는 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 일방향 및 상기 일방향에 반대되는 반대방향으로 왕복 운동하는 경우에 어느 방향으로 이동하는 중에도 증착이 이루어지도록 가스공급부(200)는 중앙부의 제1 공급채널(210)을 중심으로 대칭적으로 구성되는 것이 유리하다.
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 원료가스를 배기하는 한 쌍의 제1 배기채널(220)을 구비할 수 있다. 제1 공급채널(210)에서 공급된 원료가스가 후술하는 반응가스와 혼합되는 것을 방지하기 위하여 제1 공급채널(210)을 중심으로 한 쌍의 제1 배기채널(220)을 대칭적으로 구비하게 된다.
상기 제1 배기채널(220)에 인접해서 반응가스를 공급하는 제2 공급채널(230)을 구비할 수 있다. 여기서, 상기 제2 공급채널(230)은 전술한 제1 공급채널(210)을 중심으로 대칭적으로 구비된다. 상기 제2 공급채널(230)은 전술한 제2 공급라인(430)에서 반응가스를 공급받아 하부의 기판(W)을 향해서 공급하게 된다. 구체적으로 제2 공급유닛(232)을 구비하고, 상기 제2 공급유닛(232)의 내측에 제2 공급채널(230)을 구비할 수 있다.
이 경우, 전술한 제1 배기채널(220)은 제1 공급유닛(212)과 제2 공급유닛(232) 사이의 공간에 구비된다. 즉, 제1 배기채널(220)을 위한 별도의 유닛을 필요로 하지 않게 되어 가스공급부를 구성하는 재료비를 줄일 수 있으며 나아가 전체 부피도 줄일 수 있다.
또한, 가스공급부(200)는 상기 제2 공급채널(230)에 이웃해서 활성화채널(240)을 구비할 수 있다. 활성화채널(240)은 상부가 밀폐되고 하부에 개구부(242)가 형성되어 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 활성화채널은 도면에 도시되지는 않았지만 전술한 제1 공급채널과 제2 공급채널 사이, 즉, 활성화채널은 제1 공급유닛과 제2 공급유닛 사이에 구비될 수도 있다.
한편, 상기 가스공급부(200)는 상기 활성화채널(240)의 외주에 잔류가스 또는 반응가스를 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. 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 활성화채널(240) 및 제2 배기채널(250)을 구비하게 된다.
상기 제1 공급채널(210)에서 공급된 원료가스는 기판(W) 상부에 단일 원자층을 형성하고 제1 배기채널(220)을 통하여 배기 된다. 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. 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. 활성화채널(240)을 지나친 잔류가스는 제2 배기채널(250)에 의해 배기 된다.
한편, 본 실시 예에 따른 가스공급부(200)는 아르곤(Ar) 등의 불활성가스로 구성된 퍼지가스를 공급하지 않는다는 점에 특징이 있다. 도 14는 본 발명에 따른 박막증착장치의 기본 증착개념을 도시한 개략도이다. 도 14를 참조하면, 박막증착장치는 기판상에 원료를 포함하는 원료가스를 분사한 후 불활성 퍼지 가스의 공급 없이 단순히 배기를 통해 미반응 잔류가스를 배기한다. 이에 의해, 기판상에 단일 원자층을 흡착시키고, 상기 원료와 반응하는 오존(O3) 같은 반응물을 포함하는 반응가스를 분사한 후 불활성 퍼지 가스의 공급 없이 단순히 배기를 통해 미반응 물질/부산물을 배기하여 기판상에 단일 원자층(Al-O)을 형성하게 된다. 따라서, 단순히 배기공정에 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 배기 된다.
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 반응가스는 활성화된다. 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 활성화 단계에서는 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 비활성화된 반응가스를 간접적으로 활성화시키게 된다.
이어서, 상기 2차적으로 간접적으로 활성화된 반응가스가 상기 기판(W)에 흡착된 원료가스와 화학반응 하여 단일 원자층의 박막을 증착하게 된다. 상기 박막이 증착된 후에 잔류하는 가스는 제2 배기채널(250)에 의해 배기 되다. 한편, 상기 각 단계에서 상기 기판(W) 및 가스공급부(200) 중에 적어도 하나는 다른 하나에 대해 상대 이동하게 된다.
한편, 전술한 구성을 가지는 가스공급부를 살펴보면, 활성화채널(240)의 하부의 개구부(242)를 통해 반응가스가 상기 활성화채널(240)의 내부로 유입된다. 상기 활성화채널(240)의 내부는 대략 그 단면적이 일정하게 유지되어 반응가스가 용이하게 활성화채널(240)의 내부로 유입되도록 한다. 그런데, 상기와 같은 구성에서는 제1 전극(310)과 제2 전극(246) 사이의 공간에서 반응가스가 활성화되어 라디칼이 생성되며, 상기 제1 전극(310)의 높이를 따라 대략 중앙부에서 반응가스의 활성화가 활발하게 발생할 수 있다. 따라서, 상기 제1 전극(310)을 상기 개구부(242)에 인접하여 배치하여도 상기 반응가스가 활성화되는 높이를 고려하면 상기 반응가스가 활성화된 위치와 상기 기판은 매우 떨어져서 위치하게 된다. 결국, 반응가스의 라디칼의 유지시간(lifetime)은 매우 짧게 되므로 상기 기판을 향해 상기 라디칼이 이동하는 중에 라디칼 상태를 유지하기 힘들 수 있다. 또한, 상기 제1 전극에 의해 직접적으로 활성화된 반응가스가 하부의 반응가스를 간접적으로 활성화시켜 라디칼을 공급하는 경우에도 상기 직접적으로 활성화된 반응가스와 개구부(242)가 상대적으로 멀리 떨어져서 위치하므로 상기 반응가스를 연쇄적으로 간접 활성화 시키기가 쉽지 않다. 따라서, 이하에서는 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있는 다른 실시 예에 따른 가스공급부의 구성을 살펴보기로 한다.
도 4는 다른 실시 예에 따른 가스공급부(200)를 도시한 측단면도이며, 도 5는 도 4에서 활성화채널(240)을 확대해서 도시한 측단면도이다. 본 실시 예에서는 전술한 실시 예와 비교하여 활성화채널(240) 및 가스활성화유닛(1300)의 구성에 있어 차이가 있으므로 차이점을 중심으로 살펴본다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 가스공급부(200)는 공정가스를 공급하는 공정가스공급채널(210, 230), 활성화채널(240) 및 잔류가스를 배기하는 배기채널(220, 250)을 구비할 수 있다. 여기서, 상기 공정가스공급채널(210, 230)과 배기채널(220, 250)에 대해서는 전술한 실시 예와 유사하므로 반복적인 설명은 생략한다.
본 실시 예에서 상기 활성화채널(240)은 상기 공정가스가 유입되고 상기 공정가스가 활성화되어 공급되는 유입공간(1400)과, 상기 활성화채널로 유입된 상기 공정가스가 활성화되는 활성화공간(1500)과, 상기 공정가스가 확산 되는 확산공간(1600)을 구비할 수 있고, 상기 활성화공간(1500)은 상기 공정가스의 유동방향이 바뀌는 절곡부를 구비하여 상기 유입공간(1400)과 확산공간(1600)을 연결하게 된다.
상기 활성화채널(240)의 활성화공간(1500)이 상기 유입공간(1400)과 확산공간(1600)을 연결하는 경우에 직선으로 연결시키는 대신 상기 공정가스의 유동방향이 바뀌도록 절곡부를 구비하게 되면 상기 유입공간(1400)에서 유입된 공정가스, 즉, 반응가스가 바로 활성화공간(1500)으로 유입되지 못하고 유입공간(1400)의 상단부 영역(또는 말단부)(S1) 또는 활성화공간(1500)의 하단부 영역(또는 선단부)(S2)에서 소정시간 동안 정체할 수 있다. 이는 상기 유입공간(1400)의 상단부 영역(S1) 또는 활성화공간(1500)의 하단부 영역(S2)에서 반응가스의 반응성을 향상시켜 반응가스의 라디칼을 원활하게 생성하도록 하며, 이에 따라 상기 기판을 향해 라디칼을 보다 원활하게 공급할 수 있게 된다. 이하, 도면을 참조하여 구체적인 구성에 대해서 살펴본다.
상기 가스공급부(200)는 접지부(244)에 구비되는 제1 전극(1310)과 상기 제1 전극(1310)과 대향 하도록 구비되어 접지되는 제2 전극(1246)을 구비한다. 나아가, 상기 제1 전극(1310)을 둘러싸는 차폐부재(1312)와, 상기 제1 전극(1310)과 차폐부재(1312)가 구비되는 접지부(244)를 구비할 수 있다.
따라서, 상기 활성화채널(240)의 내부 공간은 가스활성화유닛(1300), 보다 구체적으로는 제1 전극(1310)에 의해 3가지 영역으로 구획될 수 있다. 즉, 상기 활성화채널(240)은 상기 제1 전극(1310)과 상기 제2 전극(1246) 사이의 상기 활성화공간(1500)과, 상기 제1 전극(1310) 하부와 상기 개구부(242) 사이의 유입공간(1400)과, 상기 제1 전극(1310)의 상부의 상기 확산공간(1600)으로 구획될 수 있다.
상기 활성화채널(240)은 전술한 바와 같이 상부가 막히고 하부에 개구부(242)를 구비하여 상기 기판을 향해 개방된 형태를 가지게 된다. 상기 제1 전극(1310) 하부의 유입공간(1400)은 개구부(242)를 통하여 지속적으로 반응가스가 유입되며, 또한 활성화된 반응가스의 라디칼을 상기 기판을 향해 공급하는 역할을 하게 된다.
상기 개구부(242)를 통하여 반응가스는 먼저 유입공간(1400)으로 유입되며, 이어 상기 유입공간(1400)과 연결된 활성화공간(1500)으로 공급된다. 이때, 상기 활성화공간(1500)은 상기 공정가스, 즉 반응가스의 유동방향이 바뀌는 절곡부(1510)를 구비하게 된다. 도 5의 경우에 상기 활성화공간(1500)이 상기 유입공간(1500)과 소정각도를 이루면서 절곡 되어 연결되어 절곡부(1510)를 형성하게 된다. 나아가, 상기 활성화공간(1500)의 적어도 일부구간이 곡선진 형태의 곡선부로 이루어질 수 있다.
상기 절곡부(1510)를 형성하기 위하여 상기 제1 전극(1310) 또는 제2 전극(1246) 중에 적어도 하나가 돌출하여 상기 활성화공간(1500)의 절곡부(1510)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 본 실시 예의 경우에 상기 제1 전극(1310)에 상기 제2 전극(1246)을 향해 소정길이로 돌출한 제1 돌출부(1311)를 구비할 수 있다. 또한, 상기 제2 전극(1246)에 상기 제1 전극(1310)을 향해 돌출한 제2 돌출부(1247)을 구비할 수 있다. 따라서, 상기 제1 전극(1310)의 제1 돌출부(1311)와 상기 제2 전극(1246)의 제2 돌출부(1247)에 의해 상기 절곡부(15100를 형성하게 된다. 또한, 상기 제1 전극(1310)의 제1 돌출부(1311)와 상기 제2 전극(1246)의 제2 돌출부(1247)에 의해 상기 활성화공간(1500)이 곡선진 형태를 가지게 된다. 이 경우, 상기 곡선진 형태는 소정의 반경을 가지는 원호 또는 어떠한 형상의 곡선형태라 하여도 무방하다. 따라서, 상기 유입공간(1400)을 통해 상기 활성화공간(1500)으로 공급되는 반응가스는 상기 절곡부(1510)에 의해 상기 유입공간(1400)의 상단부 영역(S1) 또는 활성화공간(1500)의 하단부 영역(S2)에서 매우 짧은 시간이지만 소정시간 동안 정체하게 된다. 또한, 상기 활성화공간(1500)의 곡선진 형태에 의해 상기 활성화공간(1500) 내에서의 상기 반응가스의 유동은 원활하지 못하고 정체되어 유동하게 된다. 따라서, 상기 유입공간(1400)의 상단부 영역(S1)에 정체된 반응가스는 상기 제1 전극(1310)과 제2 전극(1247)의 작용에 의해 직접 활성화되어 라디칼을 생성하게 되며, 상기 라디칼은 상기 기판을 향해 공급된다. 또한, 상기 직접 활성화된 반응가스는 상기 유입공간(1400)의 다른 반응가스를 간접적으로 활성화하여 라디칼을 생성할 수 있다.
한편, 상기 유입공간(1400)에서 활성화되지 않은 반응가스는 상기 활성화공간(1500)으로 유입된다. 이 경우에 전술한 바와 같이 상기 활성화공간(1500)의 하단부 영역(S2)에서 정체되는 반응가스는 상기 제1 전극(1310)과 제2 전극(1247)의 작용에 의해 직접 활성화되어 라디칼을 생성하게 된다. 상기 직접 활성화된 반응가스는 상기 유입공간(1400)으로 이동하여 상기 유입공간(1400)의 반응가스를 간접적으로 활성화 시킬 수 있다.
결국, 상기 활성화공간(1500)이 절곡부(1510)를 구비하고 나아가 상기 활성화공간(1500)이 곡선진 형태를 가짐으로써, 상기 유입공간(1400)에서 상기 활성화공간(1500)으로 반응가스가 유입되는 경우에 상기 반응가스의 유동방향을 바꾸어 상기 반응가스가 소정시간 동안 상기 유입공간(1400)의 상단부 영역(S1) 및/또는 상기 활성화공간(1500)의 하단부 영역(S2)에서 정체되도록 하여 상기 반응가스의 반응성을 향상시켜 상기 기판을 향해 보다 많은 양의 라디칼을 원활하게 공급할 수 있게 된다.
한편, 상기 활성화채널(240) 하부의 개구부(242)를 통해 유입된 공정가스는 활성화채널(240)을 채우게 되며, 유입공간(1400) 및 활성화공간(1500)을 거쳐 상기 제1 전극(1310) 상부의 확산공간(1600)까지 채우게 된다. 상기 개구부(242)를 통하여 유입된 반응가스의 일부는 상기 유입공간(1400) 및 활성화공간(1500)을 지나는 동안에 가스활성화유닛(1300)의 구동에 의해 활성화되어 라디칼 상태로 전환되지만, 라디칼 상태로 전환되지 않은 반응가스는 상부의 확산공간(1600)으로 유입된다. 이 경우, 상기 확산공간(1600)에 분포된 반응가스는 하부의 활성화공간(1500)으로 공정가스를 지속적으로 공급하는 역할을 하여 활성화된 공정가스가 균일하게 공급될 수 있도록 한다.
한편, 상기와 같이 활성화채널(240)의 내부에 유입공간(1400), 활성화공간(1500) 및 확산공간(1600)을 구비하는 경우에 상기 각 공간의 크기를 살펴보면 상기 유입공간(1400)이 상기 활성화공간(1500) 및 확산공간(1600)에 비해 더 작으며, 나아가, 상기 활성화공간(1500)이 상기 확산공간(1600)에 비해 더 작은 것을 알 수 있다. 이는 상기 확산공간(1600)이 상기 유입공간(1400) 및 활성화 공간(1500)에 비해 상대적으로 더 크게 형성됨을 의미한다.
상기 유입공간(1400)이 상기 활성화공간(1500)에 비해 더 작게 형성되면, 상기 유입공간(1400)에서 상기 활성화공간(1500)으로 상기 반응가스가 유동하는 경우에 유동저항을 받게 되며, 이는 유입공간(1400)의 상단부 영역(S1)에서 상기 반응가스가 소정시간 동안 정체되는 것으로 나타난다. 마찬가지로, 상기 활성화공간(1500)이 상기 확산공간(1600)에 비해 더 작게 되면 반응가스의 유동에 유동저항으로 작용하여 상기 활성화공간(1500)에 상기 반응가스가 정체되도록 할 수 있다. 결국, 상기 유입공간(1400)에서 상기 활성화공간(1500)으로, 또는 상기 활성화 공간(1500)에서 상기 확산공간(1600)으로 반응가스가 바로 이동하기보다는 비록 짧은 시간 동안이라도 소정시간 동안 상기 유입공간의 상단부 또는 상기 활성화공간의 하단부 영역에서 정체되도록 하여 상기 반응가스의 반응성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 확산공간(1600)의 크기가 상대적으로 작게 되면, 하부의 활성화공간(1500)으로 일정하게 반응가스를 공급하기 곤란해진다. 이는 상기 확산공간(1600)으로 확산 된 반응가스가 하부의 활성화공간(1500)으로 공급되어 균일한 라디칼 공급을 가능하게 하기 때문이다.
한편, 도 6은 다른 실시 예에 따른 가스공급부의 구성을 도시한 측단면도 이다.
도 6을 참조하면, 본 실시 예에서 활성화채널(240)은 유입공간(2400), 활성화공간(2500) 및 확산공간(2600)을 구비하며, 상기 활성화공간(2500)은 상기 유입공간(2400)과 소정각도를 이루면서 절곡 되어 연결되어 절곡부(2510)를 형성하게 되며, 적어도 일부 구간에 경사부(2500A)를 구비할 수 있다. 상기 경사부(2500A)는 하부의 유입공간(2400)과 소정의 각도를 이루면서 연결된다. 따라서, 상기 경사부(2500A)에 의해 상기 유입공간(2400)으로 유입된 반응가스가 상기 활성화공간(2500)으로 이동하는 경우에 그 유동방향이 바뀌게 된다. 따라서, 상기 유입공간(2400)의 상단부 영역(S1) 또는 상기 경사부(2500A)의 하단부 영역(S2)에서 반응가스가 소정시간 동안 정체하게 되어 상기 반응가스의 반응성을 향상시킬 수 있다. 한편, 상기 경사부(2500A)는 소정길이의 직선부(2500B)에 의해 상부의 확산부(2600)와 연결될 수 있다.
한편, 원자층증착법은 기판상에 트리메틸알루미늄(TMA ;TriMethylAluminium (CH3)3Al, 이하 'TMA' 라 함)같은 원료가스를 분사하여 기판에 단일 원자층을 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 단일 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 공급 양이 증착공정 중에 필요한 공급유량 이상으로 공급되지 않도록 하는 것이 중요하다. 상기 TMA의 양이 상기 공급유량 이상으로 공급되면 기판상에 복수의 원자층이 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 조절해야 한다. 그런데, 상기 TMA는 가압 되어 증기압에 의해 공급되므로 공급되는 양을 상기 공급유량 이하로 줄이는 것이 곤란할 수 있다. 나아가, 원자층증착법에 의한 박막증착장치의 경우, 기판(W)을 향해 공급된 원료가스와 반응가스가 직접적으로 서로 혼합되지 않도록 하는 것이 중요하다. 따라서, 이하에서는 상기 원료가스인 TMA의 공급량을 조절할 수 있으며 나아가 원료가스와 반응가스의 혼합을 방지하기 위하여 공정가스의 분사방향을 조절할 수 있는 공정가스가이드부를 구비한 실시 예를 살펴보기로 한다.
상기 공정가스가이드부는 원료가스의 분사방향을 조절하는 제1 가이드부(500, 도 7 참조)와 반응가스의 분사방향을 조절하는 제2 가이드부(600, 도 9 참조) 중에 적어도 하나를 구비할 수 있다. 이하, 구체적으로 살펴본다.
도 7은 다른 실시 예에 따른 가스공급부의 구성을 도시한 측단면도 이다. 전술한 실시 예들과 비교하여 제1 공급채널(210)의 하부에 제1 가이드부(500)를 더 구비한다는 점에서 차이가 있다. 이하, 차이점을 중심으로 살펴본다.
도 7을 참조하면, 본 실시 예에 따른 가스공급부(200)는 기판(W)에 대한 원료가스의 분사량 또는 공급량을 조절할 수 있도록 상기 원료가스의 분사방향을 조절할 수 있는 제1 가이드부(500)를 더 구비할 수 있다.
예를 들어, 제1 공급채널(210)의 길이는 상기 제1 배기채널(220)의 길이에 비해 더 짧을 수 있으며 제1 가이드부(500)는 상기 제1 공급채널(210)을 포함하는 제1 공급유닛(212)의 하부에 제1 공급채널(210)에 수직 하게 구비될 수 있다. 이 경우, 공급된 원료가스를 배기하는 제1 배기채널(220)은 제1 공급채널(210)의 양측에 구비되며, 제1 가이드부(500)와 제1 배기채널(220)의 내벽(즉, 제2 공급유닛(232)의 외벽) 사이에 소정의 크기를 가지는 공급슬릿(505)을 형성하게 된다. 따라서, 제1 공급채널(210)을 통해 공급된 원료가스는 제1 가이드부(500)에 의해 그 방향이 절곡되며, 상대적으로 많은 양이 제1 배기채널(220)을 통해 배기 되며, 상대적으로 적은 양이 상기 공급슬릿(505)을 통해 하부의 기판(W)을 향해 공급된다. 결국, 제1 공급유닛(212)의 하부에 제1 가이드부(500)를 구비하여 기판(W)을 향해 공급되는 원료가스의 분사방향을 조절하여 원료가스의 공급량을 줄이는 것이 가능해진다.
한편, 도 8은 다른 실시 예에 따른 제1 가이드부(510)의 구성을 도시한 도면이다. 전술한 도 7의 실시 예와 비교하여 제1 가이드부(510)가 제1 공급유닛(212)에서 이격되어 제1 배기채널(220)의 단부에 형성된다는 점에서 차이가 있다. 이 경우, 제1 가이드부(510)는 상기 제1 배기채널(220)의 단부, 즉 제2 공급유닛(232)의 단부에서 제1 공급채널(210)을 향해 연장된 형태를 가질 수 있다.
도 8을 참조하면, 제1 공급채널(210)의 길이는 상기 제1 배기채널(220)의 길이에 비해 더 짧을 수 있으며, 상기 제1 가이드부(510)는 제2 공급유닛(232)의 외벽에서 제1 공급채널(210)을 향해 돌출 형성될 수 있다. 한 쌍의 제1 가이드부(510)가 제2 공급유닛(232)의 외벽에서 각각 제1 공급채널(210)을 향해 돌출 형성되며, 상기 한 쌍의 제1 가이드부(510) 사이가 원료가스를 공급하는 공급슬릿(512)의 역할을 하게 된다. 따라서, 제1 공급채널(210)에서 공급된 원료가스는 제1 공급채널(210)과 제1 가이드부(510) 사이의 공간으로 확산 되며, 상대적으로 대부분의 양은 제1 배기채널(220)을 통하여 배기 되며, 상대적으로 적은 양이 상기 공급슬릿(512)을 통해 기판(W)으로 공급된다.
한편, 전술한 제1 가이드부(500, 510)는 상기 제1 공급채널(210)을 형성하는 제1 공급유닛(212)에 일체로 형성되거나, 또는 별개의 부재로 구비되어 상기 제1 공급유닛(212)에 연결되도록 구성될 수 있다.
도 9 내지 도 12는 반응가스와 원료가스의 혼합을 방지하며 반응가스 및/또는 원료가스의 분사방향을 가이드 하는 다른 실시 예에 따른 가스공급부의 구성을 도시한다. 상기 각 도면에서 상기 가스공급부(200)는 제2 공급채널(230)에서 공급되는 반응가스가 원료가스와 혼합되지 않도록 하며, 나아가 활성화채널(240)을 향하도록 가이드하는 제2 가이드부(600)를 더 구비할 수 있다. 상기 도면 중에 도 9 내지 도 11은 각각 도 2, 도 7 및 도 8의 가스공급부에 제2 가이드부(600)를 더 구비한 실시 예를 도시한다. 나아가, 도 12는 원료가스와 반응가스가 직접적으로 서로 혼합되지 않도록 하기 위하여 제1 공급채널(210)의 길이가 제1 배기채널(220)의 길이에 비해 상대적으로 짧게 구성되며, 나아가 제2 가이드부(600)를 구비한 실시 예를 도시한다.
도 9 내지 도 12를 참조하면, 제2 가이드부(600)는 반응가스를 공급하는 제2 공급채널(230)을 형성하는 제2 공급유닛(232)의 단부에 구비되며, 제2 공급채널(230)에서 공급된 반응가스의 유로가 활성화채널(240)을 향하도록 가이드 하게 된다.
구체적으로, 제2 가이드부(600)는 상기 제2 공급채널(230)을 포함하는 제2 공급유닛(232)에서 소정길이만큼 활성화채널(240)을 향하여 돌출 형성될 수 있다. 이에 의해, 제2 공급채널(230)에서 공급되는 반응가스는 원료가스와 혼합되지 않고 활성화채널(240)을 향하게 된다. 상기 제2 가이드부(600)는 상기 제2 공급채널(230)을 형성하는 제2 공급유닛(232)에 일체로 형성되거나, 또는 별개의 부재로 구비되어 상기 제2 공급유닛(232)에 연결되도록 구성될 수 있다. 한편, 도 10 및 도 11에서 제1 가이드부(500, 510)에 대해서는 이미 설명하였으므로 반복적인 설명은 생략한다.
도 13은 또 다른 실시 예에 따른 가스공급부(200)를 도시한 측단면도 이다. 전술한 실시 예들에 따른 가스공급부와 비교해보면 원료가스를 배기하는 제1 배기채널(220)이 한 쌍이 아니라 하나만 구비된다는 점에서 차이가 있다. 이하, 차이점을 중심으로 설명한다.
도 13을 참조하면, 가스공급부(200)는 상기 원료가스를 공급하는 제1 공급채널(210)을 구비하고, 상기 제1 공급채널(210)의 양측 중 일측에 제1 배기채널(220)을 구비하며, 이 경우 상기 제1 배기채널(220)은 상기 제1 공급채널(210) 및 제2 공급채널(230A) 사이에 구비된다. 보다 상세하게는 제1 공급채널(210)을 포함하는 제1 공급유닛(212)과 제2 공급채널(230A)을 포함하는 제2 공급유닛(232A) 사이에 제1 배기채널(220)이 구비된다. 나아가, 반응가스를 공급하는 하나 이상의 제2 공급채널(230A, 230B)과, 상기 제2 공급채널(230A 230B)의 일측에 배치되어 잔류가스를 배기하는 제2 배기채널(250)을 구비한다. 이 경우, 상기 제1 배기채널(220)의 단부는 제1 공급채널(210)의 단부와 연통 될 수 있다. 또한, 상기 제2 공급채널(230A, 230B)과 제2 배기채널(250)은 제1 공급채널(210)에 대해 대칭적으로 배치될 수 있다.
구체적으로, 공정가스 중의 하나인 원료가스를 공급하는 제1 공급채널(210)의 일측에 원료가스를 배기하는 제1 배기채널(220)을 구비한다. 즉, 전술한 실시 예들과 달리 본 실시 예에서는 제1 공급채널(210)의 양측에 한 쌍의 배기채널을 구비하는 것이 아니라, 제1 공급채널(210)의 일측에만 제1 배기채널(220)을 구비한다. 도면에서는 제1 공급채널(210)의 우측에 제1 배기채널(220)이 구비된 것으로 도시되지만, 이에 한정되지 않으며 제1 공급채널(210)의 좌측에도 구비될 수 있음은 물론이다.
한편, 상기 제1 공급채널(210)과 적어도 하나의 제2 공급채널(230B)은 서로 접하여 구비될 수 있다. 즉, 제1 배기채널(220)을 하나만 구비하는 경우에 상기 제1 배기채널(220)이 구비되지 않은 쪽을 살펴보면, 제1 공급채널(210)과 제2 공급채널(230B)이 서로 접하여 구비되며, 보다 상세하게는 제1 공급채널(210)을 포함하는 제1 공급유닛(212)과 제2 공급채널(230B)을 포함하는 제2 공급유닛(232B)이 서로 접하게 구비된다. 또한, 전술한 제1 배기채널(220)이 구비되지 않은 상기 제1 공급채널(210)의 타측, 즉, 상기 제1 공급채널(210)의 타측과 제2 공급채널(230B) 사이에는 잔류가스를 배기하는 배기부가 구비되지 않는다. 이와 같이 제1 공급채널(210)의 일측에만 배기채널을 구비하게 되면 가스공급부(200)의 전체 구성을 보다 단순화할 수 있으며, 이에 따라 가스공급부(200)의 전체 체적을 줄일 수 있는 장점이 있다.
그런데, 상기와 같은 구성에서는 제1 공급채널(210)의 일측, 예를 들어 도면에 도시된 바와 같이 제1 공급채널(210)의 오른쪽에만 제1 배기채널(220)이 구비되므로 기판(W)의 이동방향에 따라 원료가스의 배기가 원활하지 않을 수 있다. 즉, 도 10과 같은 구성에서 가스공급부(200)가 왼쪽으로 이동하는 경우(기판(W)이 오른쪽으로 이동하는 경우)에는 제1 공급채널(210)에서 공급되는 원료가스가 상대적으로 제1 배기채널(220)로 원활하게 배기 된다. 반면에, 가스공급부(200)가 오른쪽으로 이동하는 경우(기판(W)이 왼쪽으로 이동하는 경우)에는 제1 공급채널(210)에서 공급되는 원료가스가 상대적으로 제1 배기채널(220)로 원활하게 배기 되지 않게 된다. 따라서, 본 실시 예에서는 제1 공급채널(210)에서 공급되는 원료가스의 유동방향을 전환 시켜주는 다른 실시 예에 따른 제1 가이드부(520)를 구비할 수 있다.
전술한 도 7 및 도 8의 제1 가이드부와 비교 하여도 13에 도시된 상기 제1 가이드부(520)는 제1 공급채널(210)을 형성하는 제1 공급유닛(212)의 단부에서 제1 배기채널(220)을 향하여 수직한 방향으로 또는 소정각도로 기울어지도록 연장 형성된다는 점에서 차이가 있다. 도면에서는 제1 가이드부(520)가 제1 공급채널(210)의 단부에서 제1 배기채널(220)을 향해 수직한 방향으로 연장 형성된 것으로 도시되지만 이에 한정되지 않으며 상방 또는 하방을 향해 기울어지도록 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제1 가이드부(520)의 기울어진 각도에 따라 원료가스가 공급되는 방향, 또는 원료가스가 기판(W)을 향해 공급되는 각도를 조절할 수 있다. 상기 제1 가이드부(520)는 상기 제1 공급채널(210)을 형성하는 제1 공급유닛(212)에 일체로 형성되거나, 또는 별개의 부재로 구비되어 상기 제1 공급유닛(212)에 연결되도록 구성될 수 있다.
상기 제1 공급채널(210)에서 공급되는 원료가스는 상기 제1 가이드부(520)에 의해 유동방향이 제1 배기채널(220)을 향하도록 전환되며, 상대적으로 많은 양이 제1 배기채널(220)로 배기 되며, 상대적으로 적은 양이 기판(W)을 향해 공급된다. 결국, 제1 가이드부(520)에 의해 원료가스의 유동방향을 전환시켜 배기채널에 의한 배기를 보다 원활히 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 나아가 기판을 향해 공급되는 원료가스의 양을 줄여 보다 정확한 증착공정을 수행할 수 있게 된다. 한편, 전술한 제1 가이드부(520)는 제1 공급유닛(212)에서 이격되어 제1 배기채널(220)의 단부에 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 배기채널(220)의 단부에서 제1 공급채널(210)을 향해 연장된 형태를 가질 수 있다.
한편, 상기와 같은 구성에서 가스공급부(200)는 중앙에 원료가스를 공급하는 제1 공급채널(210)과, 잔류가스를 배기하는 제1 배기채널(220)을 구비하고, 상기 제1 공급채널(210)과 제1 배기채널(220)을 중심으로 대칭적으로 구성될 수 있다. 즉, 반응가스를 공급하는 제2 공급채널(230A, 230B), 가스활성화유닛(300)을 구비하는 활성화채널(240) 및 제2 배기채널(250)에 대해서는 전술한 실시 예와 유사하므로 반복적인 설명은 생략한다. 나아가, 본 가스공급부(200)도 전술한 제2 가이드부(600)를 구비할 수 있다. 상기 제2 가이드부(600)에 대해서는 이미 상술하였으므로 반복적인 설명은 생략한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 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 200...가스공급부
210...제1 공급채널 220...제1 배기채널
230...제2 공급채널 240...활성화채널
250...제2 배기채널 300...가스활성화유닛
500...제1 가이드부 600...제2 가이드부
1000...박막증착장치

Claims (8)

  1. 공정가스를 공급하는 공정가스공급채널;
    하부의 개구부를 통해 상기 공정가스가 유입되고 상부가 막히어, 상기 공정가스가 활성화되어 기판을 향해 공급되는 활성화채널; 및
    잔류가스를 배기하는 배기채널;을 구비하고,
    상기 활성화채널은 상기 공정가스가 유입되고 상기 공정가스가 활성화되어 공급되는 유입공간과, 상기 공정가스가 확산되는 확산공간과, 상기 유입공간과 상기 확산공간을 연결하며 상기 공정가스가 소정시간동안 정체하도록 상기 공정가스의 유동방향을 변경시키는 절곡부를 구비하고 상기 활성화채널로 유입된 상기 공정가스가 활성화되는 활성화공간을 구비하는 것을 특징으로 하는 가스공급부.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절곡부는 상기 유입공간의 말단부 또는 상기 활성화공간의 선단부에서 상기 공정가스가 정체되도록 하는 것을 특징으로 하는 가스공급부.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가스공급부는
    소정의 전압이 인가되는 제1 전극과 상기 제1 전극과 대향하도록 구비되어 접지되는 제2 전극을 구비하고,
    상기 활성화채널은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 상기 활성화공간, 상기 제1 전극 하부와 상기 개구부 사이의 상기 유입공간, 상기 제1 전극 상부의 상기 확산공간으로 구획되는 것을 특징으로 하는 가스공급부.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 전극 또는 제2 전극 중에 적어도 하나가 돌출하여 상기 활성화공간의 절곡부를 형성하는 것을 특징으로 하는 가스공급부.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 전극은 상기 제2 전극을 향해 소정길이로 돌출한 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스공급부.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유입공간은 상기 활성화공간 및 확산공간에 비해 더 작은 것을 특징으로 하는 가스공급부.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 활성화공간은 상기 확산공간에 비해 더 작은 것을 특징으로 하는 가스공급부.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 활성화공간은 적어도 일부구간에 곡선부를 구비하거나, 또는 경사부를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스공급부.
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