KR101812651B1 - 기판 셔틀 장치 및 이를 포함하는 기상 증착 장치 - Google Patents

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Abstract

증착물질의 리프팅 현상과 파티클 발생을 최소화할 수 있는 기판 셔틀 장치 및 이를 포함하는 기상 증착 장치가 제공된다. 일 실시예에 따르면, 증착물질이 형성될 기판이 안착될 수 있는 서셉터; 및 상기 서셉터의 양측에 각각 배치되며, 서로 이격된 상부 플레이트와 하부 플레이트를 포함하는, 윙플레이트 구조체;를 구비하며, 상기 윙플레이트 구조체는 상기 상부 플레이트를 관통하여 상기 윙플레이트 구조체의 측벽 방향으로 연통되는 유로를 포함하는 기판 셔틀 장치가 제공된다.

Description

기판 셔틀 장치 및 이를 포함하는 기상 증착 장치{Substrate shuttle device and vapor deposition apparatus including the same}
본 발명은 기판 셔틀 장치 및 이를 포함하는 기상 증착 장치에 관한 것으로서, 특히 증착소스부를 이용한 증착 공정에 적용될 수 있는 기판 셔틀 장치 및 이를 포함하는 기상 증착 장치에 관한 것이다.
전자 소자의 제조에서, 화학적 기상 증착이나 원자층 증착과 같은 공정을 수행하는 기상 증착 장치는 증착물질이 증착될 기판 등을 위치시킨 후 소스가스와 반응가스 등을 제공하여 물질층을 기판 상에 형성시킨다. 특히, 공간분할 증착 방식을 이용하는 기상 증착 장치는 대면적의 기판에 증착을 진행하고자 하는 경우 유용하다.
하지만, 기판이 안착된 기판 셔틀 장치를 투입하여 증착이 이루어지는 공간분할 증착 방식을 이용한 기상 증착 장치에서는, 증착물질이 기판 상에만 형성되는 것이 아니라 기판 셔틀 장치 중에서 기판이 안착된 부분 이외의 나머지 부분에도 형성될 수 있으며 이에 따른 증착물질의 리프팅 현상이나 파티클 발생과 같은 문제점들이 발생할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 기판이 안착된 부분 이외의 기판 셔틀 장치에 형성되는 증착물질을 최소화하고, 기판이 안착된 부분 이외의 기판 셔틀 장치에 형성되는 증착물질에 수반된 리프팅 현상과 파티클 발생을 최소화하는 기판 셔틀 장치 및 이를 이용한 기상 증착 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 의한 기판 셔틀 장치는 증착물질이 형성될 기판이 안착될 수 있는 서셉터; 및 상기 서셉터의 양측에 각각 배치되며, 서로 이격된 상부 플레이트와 하부 플레이트를 포함하는, 윙플레이트 구조체;를 구비하며, 상기 윙플레이트 구조체는 상기 상부 플레이트를 관통하여 상기 윙플레이트 구조체의 측벽 방향으로 연통되는 유로를 포함한다.
상기 기판 셔틀 장치에서, 상기 유로는 상기 상부 플레이트를 관통하는 적어도 하나의 관통홀; 및 상기 적어도 하나의 관통홀과 연결되며 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이에 형성된 중공채널;을 포함할 수 있다.
상기 기판 셔틀 장치에서, 상기 윙플레이트 구조체의 측벽은 외부로 개방되며, 상기 중공채널은 개방된 상기 윙플레이트 구조체의 측벽까지 연장될 수 있다.
상기 기판 셔틀 장치에서, 상기 윙플레이트 구조체는 상기 서셉터와 분리 가능하게 결합될 수 있다.
상기 기판 셔틀 장치에서, 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트는 상호 분리가 가능할 수 있다.
상기 기판 셔틀 장치에서, 상기 하부 플레이트의 상면은 상기 상부 플레이트의 상면보다 표면거칠기가 클 수 있다.
상기 기판 셔틀 장치에서, 상기 하부 플레이트의 상면은 상기 상부 플레이트의 관통홀을 통해 유입된 물질의 부착력을 향상시키기 위해 표면 처리될 수 있다.
상기 기판 셔틀 장치에서, 상기 상부 플레이트와 대향하는 상기 하부 플레이트의 상면은 다수의 돌기패턴이 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 의한 기상 증착 장치는 반응챔버, 상기 반응챔버 내에 배치되는 증착소스부 및 상기 반응챔버 내에 배치되며, 상기 증착소스부의 하방으로 이송될 수 있는, 상술한 상기 기판 셔틀 장치를 포함한다.
상기 기상 증착 장치에서, 상기 반응챔버의 배기펌핑을 위한 제 1 펌핑부;를 포함하고, 상기 제 1 펌핑부는, 상기 증착소스부에서 제공되어 상기 유로를 통과한 소스 가스 또는 반응 가스를 펌핑할 수 있다.
상기 기상 증착 장치에서, 상기 증착소스부는 소스가스를 하방으로 제공할 수 있는 소스가스 제공부; 반응가스를 하방으로 제공할 수 있는 반응가스 제공부; 및 상기 소스가스 제공부와 상기 반응가스 제공부 사이에 위치하며, 상기 유로를 통과하지 않은 상기 소스가스 또는 상기 반응가스를 펌핑할 수 있는 제 2 펌핑부;를 포함할 수 있다.
상기 기상 증착 장치에서, 상기 윙플레이트 구조체는 상기 증착소스부의 하방으로 이송하는 상기 기판 셔틀장치의 이동 방향을 기준으로 상기 서셉터의 전단 및 후단에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 셔틀 장치 및 이를 포함하는 기상 증착 장치에 따르면, 기판 셔틀 장치 중에서 기판이 안착되는 부분 외의 나머지 부분에 증착물질이 형성되는 것을 최소화할 수 있다. 또한, 기판 셔틀 장치의 윙플레이트 구조체 중에서 적어도 일부의 표면거칠기를 증대시킴으로써 기판 셔틀 장치와 증착물질 간의 부착력이 향상되어 리프팅 현상과 이로 인한 파티클 발생을 감소시킬 수 있다. 또한 리프팅 현상이 발생하는 시점을 최대한 딜레이 시킬 수 있어 장비보수유지의 주기를 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 셔틀 장치를 도해하는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 셔틀 장치를 도해하는 분해사시도이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 I-I 라인을 따라 절취한 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 셔틀 장치의 단면의 일부를 도해하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 셔틀 장치의 단면의 일부를 도해하는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기상 증착 장치를 도해하는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기상 증착 장치에서 증착소스부와 기판 셔틀 장치를 도해하는 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 셔틀 장치를 도해하는 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 셔틀 장치를 도해하는 분해사시도이며, 도 3은 도 1 및 도 2의 I-I 라인을 따라 절취한 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 셔틀 장치의 단면의 일부를 도해하는 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 셔틀 장치(100)는 증착물질이 형성될 기판이 안착될 수 있는 서셉터(120)를 포함한다. 서셉터(120)는, 예를 들어, SUS와 같은, 스틸을 포함하여 구성될 수 있다. 서셉터(120)는 증착물질이 형성될 기판이 안착될 수 있는 안착부(122)과 안착부(122)을 둘러싸며 안착부(122)보다 높게 배치된 테두리부(124)를 가질 수 있다. 안착부(122) 상에 장착될 기판은 증착물질이 증착될 대상물을 의미하는 것으로, 예컨대 태양광 소자, 유무기 디스플레이 소자에 사용되는 글라스, 세라믹, 플라스틱, 반도체 또는 금속을 포함할 수 있다. 상기 기판 상에는 마스크가 추가로 배치될 수 있다. 마스크는 기판 상에서 증착물질이 증착되는 영역을 오픈하고 그 외의 영역을 차폐하기 위한 패턴시트와 이러한 패턴시트를 고정하기 위한 마스크프레임을 포함할 수 있다.
본원에서는 서셉터(120)에 안착될 수 있는 기판 및/또는 마스크로 구성되는 구조체를 피증착 구조체(도 6의 250)로 명명할 수 있다. 도 1, 도 2 및 도 7을 참조하면, 서셉터(120)는 피증착 구조체(250)가 안착되도록 테두리부(124) 보다 낮게 배치된 안착부(122)를 포함할 수 있다. 이러한 안착부(122) 주위에는 마스크프레임이 배치될 수 있도록 홈이 형성될 수 있다. 한편, 안착부(122)의 높이는 테두리부(124)와 동등하거나 또는 그보다 높도록 변형될 수도 있다. 서셉터(120)에는 기판 셔틀 장치(100) 내 상기 피증착 구조체를 지지할 수 있는 리프트 핀들이 승하강 되도록 홀(미도시)들이 형성될 수 있다. 피증착 구조체(250)를 고정시키기 위하여 서셉터(120) 상에 마스크프레임 클램핑부(126)가 추가로 형성될 수 있다. 구체적으로 피증착 구조체(250) 중에서 마스크의 에지부에 클램프 홈부가 형성되어 있으며, 상기 클램프 홈부에 클램핑부(126)가 안착되어 마스크를 고정시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 셔틀 장치(100)는 서셉터(120)의 양측에 각각 배치되는 윙플레이트 구조체(150)를 구비한다. 후술할, 도 5 및 도 6과 같은, 기상 증착 장치는, 기판 셔틀 장치(100)가 증착소스부(도 5 및 도 6의 330)의 하방으로 이송되는 구성을 제공하는데, 윙플레이트 구조체(150)가 서셉터(120)의 양측에 배치되는 방향은 기판 셔틀 장치(100)가 증착소스부(330)의 하방으로 이송되는 방향(x축 방향)과 나란할 수 있다.
윙플레이트 구조체(150)는 증착소스부(도 6의 330)의 하방에서 서셉터(120)에 안착된 피증착 구조체(250), 예를 들어, 기판, 상에 기상 증착 공정을 수행하는 과정에서 소스가스와 반응가스 등이 피증착 구조체(250) 상에서 층류 유동(laminar flow)을 형성할 수 있도록 구성될 수 있다. 또한 윙플레이트 구조체(150)는 증착소스부(도 6의 330)의 하방에서 서셉터(120)에 안착된 피증착 구조체(250) 상에 기상 증착 공정을 수행하는 과정에서 피증착 구조체(250) 상의 에지 효과(edge effect)를 최소화하도록 구성될 수 있다. 상기 에지 효과는 기상 증착 공정에서 피증착 구조체(250)의 중앙부와 모서리부에서 증착되는 양상이 상이하여 증착 공정의 전체 균일도가 불량하게 되는 현상을 의미하는데, 피증착 구조체(250)의 모서리 부분에서 소스 가스나 반응 가스의 난류 유동(turbulence flow)이 발생하면 더욱 현저해진다. 만약, 서셉터(120) 측면에 윙플레이트 구조체(150)가 제공되지 않는다면 피증착 구조체(250)의 모서리 부분 상에서 소스 가스나 반응 가스는 층류 유동의 양상보다는 난류 유동의 양상이 주요하게 나타나므로, 피증착 구조체(250) 상의 에지 효과(edge effect)를 억제하기 위하여 윙플레이트 구조체(150)를 도입할 수 있다.
서셉터(120)에 안착된 피증착 구조체(250) 상에 기상 증착 공정을 수행하는 과정에서, 피증착 구조체(250) 뿐만 아니라 윙플레이트 구조체(150) 상에도 증착물질이 불가피하게 형성될 수 있다. 증착 공정을 수행하면서 윙플레이트 구조체(150) 상에 형성된 증착물질이 계속 적층되면서 윙플레이트 구조체(150)에 응력을 발생시킬 수 있으며 임계점에 도달하면 증착물질의 리프팅(lifting) 현상이 나타나 파티클이 발생될 수 있다.
발명자는 윙플레이트 구조체(150)의 구성을 변경함으로써 이러한 문제점을 효과적으로 해결하고자 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 셔틀 장치(100)에서, 윙플레이트 구조체(150)는 서로 이격된 상부 플레이트(154)와 하부 플레이트(158)를 포함하며, 나아가, 상부 플레이트(154)를 관통하여 윙플레이트 구조체(150)의 측벽 방향으로 연통되는 유로(H 및 P)를 포함할 수 있다. 이에 의하면, 윙플레이트 구조체(150) 상에 소스가스 및/또는 반응가스가 흡착되는 것을 최소화하고 배기를 향상시켜 증착물질의 리프팅 현상과 파티클 문제를 효과적으로 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 셔틀 장치(100)에서, 예를 들어, 유로(H 및 P)는 적어도 하나의 관통홀(H)과 중공채널(P)을 포함한다. 적어도 하나의 관통홀(H)은 상부 플레이트(154)를 관통한다. 적어도 하나의 관통홀(H)은, 예를 들어, 어레이(array) 형태로 배치된 복수의 관통홀들을 포함할 수 있다. 중공채널(P)은 상부 플레이트(154)와 하부 플레이트(158) 사이에 형성되며, 윙플레이트 구조체(150)의 측벽 방향으로 연장하며, 적어도 하나의 관통홀(H)과 연결된다. 중공채널(P)은, 도 1 및 도 2의 xy 평면과 나란하도록, 상부 플레이트(154)의 하면과 하부 플레이트(158)의 상면 사이에 형성된 공간을 포함하며, 이 경우, 상부 플레이트(154)와 하부 플레이트(158)는 서로 직접 접촉하는 부분이 나타나지 않도록 이격된다.
윙플레이트 구조체(150)의 측벽은, 도 1 및 도 2의 zx 평면 또는 yz 평면과 나란한, 윙플레이트 구조체(150)의 외부면을 포함한다. 도 1 내지 도 3와 같이, 윙플레이트 구조체(150)의 측벽은 폐쇄되지 않고 윙플레이트 구조체(150)의 외부로 개방될 수 있으며, 관통홀(H)에 연결된 중공채널(P)은 개방된 윙플레이트 구조체(150)의 측벽까지 연장될 수 있다. 이 경우, 윙플레이트 구조체(150)는, 관통홀(H) 및 중공채널(P)에 의하여, 윙플레이트 구조체(150)의 상면에서부터 측벽까지 연통되는 배기유로를 포함할 수 있다. 따라서, 윙플레이트 구조체(150)의 상면 상에 소스가스 또는 반응가스가 공급된다면, 공급된 소스가스 또는 반응가스의 적어도 일부는 관통홀(H)과 중공채널(P)을 지나서 윙플레이트 구조체(150)의 개방된 측벽으로 배기될 수 있다. 도 3에서 도시된 점선의 화살표는 이러한 소스가스 또는 반응가스의 유동 양상을 도식적으로 나타낸 것이다.
이와 같이, 윙플레이트 구조체(150)를 서로 이격된 상부 플레이트(154)와 하부 플레이트(158)의 2층 구조로 구성하여 배기유로를 구성함으로써, 윙플레이트 구조체(150) 상에 공급된 소스가스와 반응가스의 배기를 향상시키고 소스가스와 반응가스의 흡착을 최대한 억제하여 윙플레이트 구조체(150) 상에 최종 증착물질층의 형성을 최소화하고 증착물질의 리프팅 현상과 이로 인한 파티클 발생을 원천적으로 감소시킬 수 있다.
한편, 도면에 도시하지는 않았지만, 본 발명의 변형된 실시예에서는, 윙플레이트 구조체(150)의 측벽은 윙플레이트 구조체(150)의 외부로 개방되지 않고 폐쇄될 수 있으며, 관통홀(H)에 연결된 중공채널(P)은 폐쇄된 윙플레이트 구조체(150)의 측벽까지 연장될 수 있다. 이 경우, 윙플레이트 구조체(150)의 내부는 관통홀(H) 및 중공채널(P)에 의하여 한정되는 유로를 가질 수 있으며, 상기 유로는 오직 관통홀(H)에 의하여 윙플레이트 구조체(150)의 외부와 연결될 수 있다. 따라서, 윙플레이트 구조체(150)의 상면 상에 소스가스 또는 반응가스가 공급된다면, 공급된 소스가스 또는 반응가스의 적어도 일부는 관통홀(H)을 지나서 중공채널(P)에 머물다가 다시 관통홀(H)을 지나서 윙플레이트 구조체(150)의 상면 상으로 배기될 수 있다. 이에 따르면 폐쇄된 윙플레이트 구조체(150)의 측벽에 의하여 윙플레이트 구조체(150)의 내부에서 생성된 파티클을 외부로 유출하지 않고 내부에 한정할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 셔틀 장치(100)는, 프레임베이스(114)와 프레임(112)으로 구성된 프레임구조체 상에 서셉터(120)와 윙플레이트 구조체(150)를 각각 장착하여 조립함으로써 제조될 수 있다. 윙플레이트 구조체(150)는 서셉터(120)와 분리 가능하게 결합될 수 있다. 특히, 윙플레이트 구조체(150)를 구성하는 하부 플레이트(158) 및 상부 플레이트(154)는 상호 분리가 가능하도록 구성될 수 있다. 이를 위하여 하부 플레이트(158) 및 상부 플레이트(154)는 각각 탈착이 자유롭게 가능할 수 있도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 하부 플레이트(158) 및/또는 상부 플레이트(154)는 슬라이딩 방식으로 밀어넣거나 빼내는 방식으로 프레임구조체 상에서 각각 탈착이 가능할 수 있다. 이에 의하면, 증착물질층 또는 이에 의한 파티클이 소정의 기준 이상으로 형성되면, 하부 플레이트(158) 및/또는 상부 플레이트(154)를 각각 탈착하여 클리닝 하거나 교체할 수 있다.
한편, 상부 플레이트(154)를 하부 플레이트(158) 상에 지지할 수 있도록, 상부 플레이트(154)와 하부 플레이트(158) 사이에 개재되는 지지부(156)가 도입될 수 있다. 지지부(156)는 하부 플레이트(158)의 코너부에 각각 배치될 수 있으며, 다각형기둥, 원형기둥 또는 타원형기둥 등의 형상을 가질 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 셔틀 장치의 단면의 일부를 도해하는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 하부 플레이트(158)의 상면(158a)은 상부 플레이트(154)의 상면(154a)보다 표면거칠기가 클 수 있다. 이를 위하여, 하부 플레이트(158)의 상면(158a)은 상부 플레이트(154)의 관통홀(H)을 통해 유입된 물질의 부착력을 향상시키기 위해 표면 처리가 될 수 있거나, 상부 플레이트(154)와 대향하는 하부 플레이트(158)의 상면(158a)은 다수의 돌기패턴이 형성될 수 있다.
구체적으로 살펴보면, 윙플레이트 구조체(150)에서 상부 플레이트(154)와 대향하는 하부 플레이트(158)의 상면(158a)은 표면거칠기를 증대시키는 표면처리가 수행될 수 있으며, 이러한 표면처리가 수행된 결과로서 하부 플레이트(158)의 상면(158a)에 표면처리층(159)이 형성될 수 있다. 표면처리층(159)은 하부 플레이트(158)와 동일한 물질로 구성되고 하부 플레이트(158)와 일체를 구성할 수 있다. 또는 표면처리층(159)은 하부 플레이트(158)와 상이한 물질로 구성되고 하부 플레이트(158)와 별개로 구성할 수 있다.
하부 플레이트(158)의 상면(158a)에 표면거칠기를 증대시킴으로써 하부 플레이트(158)의 상면(158a)의 표면적을 증가시킬 수 있으며, 이로 인하여 하부 플레이트(158)의 상면(158a)과 증착물질 간의 부착력이 향상되어 리프팅 현상과 이로 인한 파티클 발생을 감소시킬 수 있다. 또한 하부 플레이트(158)의 상면(158a)과 증착물질 간의 부착력이 향상되므로 리프팅 현상이 발생하는 시점을 최대한 딜레이 시킬 수 있어 장비보수유지(maintenance)의 주기를 개선할 수 있는 부가적인 효과를 기대할 수 있다.
이러한 표면처리는, 예를 들어, 용사코팅 공정 또는 블래스팅 공정을 포함할 수 있다. 용사코팅 공정은 모재 상부면의 표면거칠기를 증대시킬 수 있는 표면처리이다. 용사코팅은 모재에 열변형 없이 코팅할 수 있는 냉간코팅기술로서, 분말, 선, 봉 형태의 코팅재료를 화염, 전기아크 또는 플라즈마 내로 이송 용융시킨 후 모재에 고속으로 분사, 충돌시켜 코팅층을 형성하는 표면처리 기술이다. 용사코팅은 모재의 재질, 크기, 형상 등에 제한 없이 코팅이 가능하며, 모재에 열변형이 없으며, 동일한 경도의 타 표면처리에 비해 내구수명이 길며, 코팅두께 조절이 용이하며, 코팅속도가 매우 빠르며, 적용 가능한 코팅재료가 다양하며, 후막코팅(thick coating)이 가능하다는 다양한 장점을 가진다. 하부 플레이트(158)의 상면(158a)은 용사코팅 공정의 조건을 적절하게 조절함으로써 상부면의 표면거칠기가 증대될 수 있다.
상술한 것처럼, 상부면의 표면거칠기를 증대시키는 표면처리가 수행된 윙플레이트 구조체(150)를 도입함으로써 하부 플레이트(158)의 상면(158a)의 표면적이 증가되어 리프팅 현상과 이로 인한 파티클 발생을 감소시킬 수 있다. 나아가, 증착물질 및 윙플레이트를 구성하는 물질에 따라서 부착력이 향상되어 증착물질의 리프팅 현상과 이로 인한 파티클 발생을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 증착물질이 알루미나(Al2O3)인 경우, 하부 플레이트(158)는 알루미늄을 포함하여 구성될 수 있고, 윙플레이트의 하부 플레이트(158) 상에 알루미늄 용사코팅 공정을 수행하여 알루미늄을 포함하여 구성되는 표면처리층(159)인 용사코팅층을 형성할 수 있다. 이 경우 하부 플레이트(158)와 증착물질 간의 부착력이 향상된다. 이는 하부 플레이트(158)와 표면처리층(159)인 용사코팅층이 모두 동일한 원소(알루미늄)를 포함하며, 나아가 표면처리층(159)인 용사코팅층과 증착물질이 모두 동일한 원소(알루미늄)를 포함하므로 상호간의 접합력이 높아지기 때문이다. 결국 증착물질이 하부 플레이트(158의 상부면 상에 강하게 부착되므로 증착물질의 리프팅 현상과 이로 인한 파티클 발생을 감소시킬 수 있다. 또한 증착물질의 리프팅 현상이 발생하는 시점을 최대한 딜레이 시킬 수 있어 장비보수유지의 주기를 개선할 수 있는 부가적인 효과를 기대할 수 있다.
한편, 상술한 표면거칠기를 증대시키는 표면처리는 예시적으로 용사코팅 공정에 대하여 설명하였으나 본원의 기술적 사상은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 표면거칠기를 증대시키는 표면처리는 블래스팅(blasting) 공정을 포함할 수 있다. 블래스팅 공정은 분사 표면처리의 일종으로서, 경도가 큰 소립자를 고속으로 가공표면에 분사하는 공정으로서, 예를 들어, 샌드 블래스팅 공정, 그리드 블래스팅 공정 등이 있다. 이러한 블래스팅 공정은 용사코팅층과 같은 별도의 층이 형성되지 않는다는 점에서 용사코팅 공정과 상이하다. 그러나 블래스팅 공정에 의해서도 하부 플레이트(158)의 상부면의 표면거칠기를 증대시키고 표면적을 증대시킴으로써 리프팅 현상과 이로 인한 파티클 발생을 감소시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 변형된 실시예로서, 하부 플레이트(158)의 상면(158a) 상에 용사코팅 공정 또는 블래스팅 공정을 수행하지 않고, 다수의 돌기패턴과 같은 표면처리층(159)을 형성할 수도 있다. 이러한 다수의 돌기패턴의 각각은, 예를 들어, 나노사이즈를 가질 수 있다. 돌기패턴은, 비드(bead)들을 하부 플레이트(158)의 상면(158a)에 형성하여 구현할 수 있으며, 또는 이러한 비드들을 식각 마스크로 하여 하부 플레이트(158)의 상면을 에칭하여 구현할 수도 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 기판 셔틀 장치를 구비하는 기상 증착 장치를 설명한다. 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기상 증착 장치를 도해하는 단면도이며, 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기상 증착 장치에서 증착소스부와 기판 셔틀 장치를 도해하는 단면도이다.
본 발명에서 언급하는 기상 증착 장치는 기상 상태의 증착기체의 반응에 의해서 물질층이 형성되는 화학적 기상 증착(chemical vapor deposition; CVD) 공정을 수행하는 장치를 포함할 수 있다. 나아가, 본 발명에서 언급하는 기상 증착 장치는 기상 상태의 증착기체를 기판 상에 시분할 방식 또는 공간분할 방식으로 제공하는 단계를 반복하여, 원자층 증착(atomic layer deposition; ALD) 공정을 수행하는 장치를 포함할 수도 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기상 증착 장치는 반응챔버(350), 반응챔버(350) 내에 배치되는 증착소스부(330) 및 반응챔버(350) 내에 배치되며, 증착소스부(330)의 하방으로 이송될 수 있는, 도 1 내지 도 4에 개시된, 본 발명의 실시예들에 따른 기판 셔틀 장치(100)를 포함한다. 증착소스부(330)는, 도 6과 같이, 소스가스를 하방으로 제공할 수 있는 소스가스 제공부(10), 반응가스를 하방으로 제공할 수 있는 반응가스 제공부(20) 및 소스가스 제공부(10)와 반응가스 제공부(20) 사이에 위치하며, 가스를 펌핑할 수 있는 별도의 펌핑부(30)를 포함할 수 있다. 나아가, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기상 증착 장치는 소스가스 제공부(10), 펌핑부(30) 및 반응가스 제공부(20)를 포함하는 증착소스부(330)의 하방에서 피증착 구조체(250)가 안착된 기판 셔틀 장치(100)를 순차적으로 이송할 수 있는 이송부(210)를 포함할 수 있다. 피증착 구조체(250)는 기판 셔틀 장치(100)의 서셉터(120)의 안착부(122)에 안착되어 증착물질이 형성되는 구조체를 의미하며, 예를 들어, 기판; 또는 기판과 그 상의 마스크로 구성된 적층구조체;일 수 있다. 이송부(210)는 증착이 이루어질 피증착 구조체(250)가 안착된 기판 셔틀 장치(100)를 수평 방향(예컨대 ±x 방향)으로 이송할 수 있으며, 서로 나란하게 이격된 복수의 가이드 레일로 구성될 수 있다. 복수의 가이드 레일 사이에는 리니어모터부를 포함하는 추가적인 구동요소가 배치될 수 있다.
소스가스 제공부(10)는 소스가스를 하방으로 주입할 수 있다. 도면에서는 상부에서 하부를 향해 (-z 방향으로) 연장된 소스가스 주입구(12)를 통해 -z 방향으로 소스가스를 주입할 수 있는 것으로 도시하고 있다. 소스가스 주입구(12)는 또한 소스가스 배출구의 역할을 담당하는 노즐로 이해될 수 있다. -z 방향으로 주입된 소스가스는 소스가스 주입구(12)를 통과한 후, 도 6에 도시된 것과 같이, xy 평면 상에서 대략 나란한 방향으로 이동하며 퍼질 수 있다.
이송부(210) 상에 피증착 구조체(250)가 안착된 기판 셔틀 장치(100)가 +x 방향으로 이동하는 과정에서 소스가스 제공부(10) 하측을 지나갈 때, 소스가스 주입구(12)에서 하방으로 주입되는 소스가스는 피증착 구조체(250)의 소스가스 제공부(10) 하측에 위치한 부분에 소스물질층을 형성하게 된다. 피증착 구조체(250)가 안착된 기판 셔틀 장치(100)가 +x 방향으로 계속 이동함으로써 결과적으로 피증착 구조체(250)를 포함한 기판 셔틀 장치(100)의 전면(全面)에 소스물질층이 형성될 수 있다. 소스물질층은 예컨대 트리메틸 알루미늄(TMA: Al(CH3)3)층일 수 있다.
특히, 이송부(210) 상에 피증착 구조체(250)가 안착된 기판 셔틀 장치(100)가 +x 방향으로 이동하는 과정에서 윙플레이트 구조체(150)가 소스가스 제공부(10) 하측을 지나가는 동안, 소스가스 주입구(12)에서 하방으로 주입되는 소스가스는 윙플레이트 구조체(150)의 상부 플레이트(154) 상에 공급된다. 앞에서 설명한 것처럼, 상부 플레이트(154)는 적어도 하나의 관통홀(H)이 형성되어 있으므로, 윙플레이트 구조체(150) 상에 공급된 소스가스의 일부는 상부 플레이트(154)의 상면(도 3의 154a)에 소스물질층을 형성하지만, 윙플레이트 구조체(150) 상에 공급된 소스가스의 나머지 일부는 관통홀(H)을 통과하여 중공채널(P)에 다다르며 하부 플레이트(158)의 상면(도 3의 158a)에 소스물질층을 형성할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 의한 윙플레이트 구조체(150)를 도입함으로써, 윙플레이트 구조체(150)의 상부면(즉, 상부 플레이트(154)의 상면) 상에 형성되는 소스물질층을 감소시킬 수 있다. 한편, 소스물질층은 후속 공정에서 반응가스와 반응하여 증착물질층을 형성할 수 있으므로, 본 발명의 일 실시예에 의한 윙플레이트 구조체(150)에 따르면 윙플레이트 구조체(150)의 상부면에 형성된 증착물질의 리프팅 현상과 이로 인한 파티클 발생을 원천적으로 감소시킬 수 있다.
한편, 반응가스 제공부(20)는 반응가스를 하방으로 주입할 수 있다. 도면에서는 상부에 한 개의 반응가스 주입구(22a)가 위치하고 하부에 복수개의 반응가스 배출구(22b)들이 위치하며, 반응가스 제공부(20) 내부는 속이 빈 확산공간을 형성하는, 샤워헤드 구조의 반응가스 제공부(20)를 도시하고 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상부에서 하부를 향해 (-z 방향으로) 연장된 복수개의 노즐들을 구비할 수도 있는 등, 다양한 변형이 가능함은 물론이다.
이송부(210) 상에 피증착 구조체(250)가 안착된 기판 셔틀 장치(100)가 +x 방향으로 이동하는 과정에서 반응가스 제공부(20) 하측을 지나갈 때, 반응가스 제공부(20)에서 하방으로 주입되는 반응가스는 피증착 구조체(250)의 반응가스 제공부(20) 하측에 위치한 부분에 이미 형성된 소스물질층과 반응하여 최종물질층을 형성하게 된다. 피증착 구조체(250)가 안착된 기판 셔틀 장치(100)가 +x 방향으로 계속 이동함으로써 결과적으로 피증착 구조체(250)를 포함한 기판 셔틀 장치(100)의 전면(全面)에 최종물질층이 형성될 수 있다. 소스물질층이 전술한 것과 같은 트리메틸 알루미늄(TMA: Al(CH3)3)층일 경우, 반응가스는 수증기를 포함하거나 오존을 포함할 수 있다. 이 경우 트리메틸 알루미늄층은 수증기나 오존과 반응하여, 최종물질층, 즉 알루미나(Al2O3)층이 될 수 있다.
증착 공정에서 사용되는 반응가스는 라디칼(radical)의 형태를 가질 수 있다. 라디칼은 원자가 전자 궤도함수에 쌍을 이루지 않은 하나의 전자를(홀수 전자) 가지고 있는 화학종으로서, 대부분은 전기적으로 중성이지만, 그들의 최외각 전자 껍질에 홀수개 전자(보통7개)를 가진 원자가 들어 있기 때문에 반응성이 매우 크다. 일반적으로 증착 공정에서 사용되는 반응가스가 라디칼의 형태로 존재하는 경우에는 라이프타임(lifetime)이 매우 짧다.
이송부(210) 상에 피증착 구조체(250)가 안착된 기판 셔틀 장치(100)가 +x 방향으로 이동하는 과정에서 윙플레이트 구조체(150)가 반응가스 제공부(20) 하측을 지나가는 동안, 반응가스 배출구(22b)에서 하방으로 주입되는 반응가스는 윙플레이트 구조체(150)의 상부 플레이트(154) 상에 공급된다. 앞에서 설명한 것처럼, 상부 플레이트(154)는 적어도 하나의 관통홀(H)이 형성되어 있으므로, 윙플레이트 구조체(150) 상에 공급된 반응가스의 일부는 상부 플레이트(154)의 상면(도 3의 154a)에 형성된 소스물질층과 반응하여 최종물질층을 형성하지만, 윙플레이트 구조체(150) 상에 공급된 반응가스의 나머지 일부는 관통홀(H)을 통과하여 중공채널(P)에 다다르며 하부 플레이트(158)의 상면(도 3의 158a)에 형성된 소스물질층과 반응하여 최종물질층을 형성할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 의한 윙플레이트 구조체(150)를 도입함으로써, 윙플레이트 구조체(150)의 상부면(즉, 상부 플레이트(154)의 상면) 상에 형성되는 최종 증착물질층을 감소시킬 수 있으며, 이에 따라, 윙플레이트 구조체(150)의 상부면에 형성된 증착물질의 리프팅 현상과 이로 인한 파티클 발생을 원천적으로 감소시킬 수 있다.
한편, 반응가스가 라디칼의 형태로 존재하는 경우에, 상부 플레이트(154)와 하부 플레이트(158) 사이의 이격된 거리(도 1 및 도 2의 d)는 반응가스의 라디칼이 관통홀(H)을 통과하여 하부 플레이트(158)의 상면(158a)에 도달하기 전에 반응가스의 라디칼의 라이프타임이 다하도록 설계될 수 있다. 이에 따르면, 윙플레이트 구조체(150)에 이미 형성된 소스물질층과 반응하는 라디칼 형태의 반응가스는 상부 플레이트(154)의 상면(154a)에만 유효하게 존재하고, 하부 플레이트(158)의 상면(158a)에서는 존재하지 않게 되므로, 윙플레이트 구조체(150)에 형성되는 최종 증착물질층이 감소되며, 증착물질층의 리프팅 현상과 이로 인한 파티클 발생을 원천적으로 감소시킬 수 있다.
펌핑부(30)는 소스가스 제공부(10)와 반응가스 제공부(20) 사이에 위치하며, 외부로 펌핑할 수 있는 적어도 두 개의 펌핑존들(31, 32)을 갖는다. 펌핑부(30)는 피증착 구조체(250) 상에 제공되어 반응하고 잔류하는 소스가스 및/또는 반응가스를 펌핑할 수 있다. 나아가, 펌핑부(30)는 윙플레이트 구조체(150) 상에 제공된 소스가스 및/또는 반응가스 중에서 유로(H 및 P)를 통과하지 않고 상부 플레이트(154)의 상면(154a)에서 반응하고 잔류하는 소스가스 및/또는 반응가스를 펌핑할 수 있다. 도면에서는 예컨대 펌핑부(30)가 두 개의 펌핑존들(31, 32)을 갖는 경우를 도시하고 있다. 즉, 펌핑부(30)는 소스가스 제공부(10)에 인접한 제1펌핑존(31)과, 반응가스 제공부(20)에 인접한 제2펌핑존(32)을 포함한다. 물론 필요에 따라 펌핑부(30)가 두 개의 펌핑존들(31, 32)이 아닌 더 많은 개수의 펌핑존들을 가질 수도 있다.
펌핑부(30)의 제1펌핑존(31)과 제2펌핑존(32) 사이에는 격벽(33)이 배치될 수 있다. 이 경우 제1펌핑존(31)을 펌핑하는 펌프와 제2펌핑존(32)을 펌핑하는 펌프를 별도로 구성할 수도 있으나, 제1펌핑존(31)과 제2펌핑존(32)이 동일한 펌프에 의해 펌핑되도록 함으로써 구성을 더욱 단순화할 수 있다. 제1펌핑존(31)과 제2펌핑존(32)은 반응챔버(350)에 의해서까지 한정되는 공간은 아니고, 제1펌핑존(31)의 경우에는 소스가스 제공부(10)와 격벽(33) 사이의 공간, 제2펌핑존(32)의 경우에는 반응가스 제공부(20)와 격벽(33) 사이의 공간인 것으로 이해될 수도 있다.
특히, 본 실시예에 따른 기상 증착 장치의 경우 제1펌핑존(31)과 제2펌핑존(32)에서 하측의 가스를 외부로 배출하는 바, 이에 따라 펌핑부(30) 하방에 있어서 제1펌핑존(31)과 제2펌핑존(32) 사이에, 가스 흐름이 정체되는 블로킹영역이 형성된다. 그 결과, 소스가스 제공부(10)에서 하방(-z 방향)으로 주입되어 xy 평면 상에서 대략 수평방향으로 이동하며 퍼지는 소스가스가 상기 블로킹영역에 의해 이동이 차단되어, 반응가스 제공부(20) 하측 영역으로 이동하는 것이 효과적으로 방지된다. 유사하게, 반응가스 제공부(20)에서 하방(-z 방향)으로 주입되는 반응가스 역시 상기 블로킹영역에 의해 이동이 차단되어, 소스가스 제공부(10) 하측 영역으로 이동하는 것이 효과적으로 방지된다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기상 증착 장치는 기판 셔틀 장치(100), 반응챔버(350), 증착소스부(330) 및 반응챔버(350) 외에도 증착소스부(330)에서 제공되어 유로(H 및 P)를 통과한 소스 가스 또는 반응 가스를 펌핑할 수 있는 펌핑부(미도시)를 구비할 수 있다. 증착소스부(330)에서 제공되어 유로(H 및 P)를 통과한 소스 가스 또는 반응 가스를 펌핑할 수 있는 상기 펌핑부(미도시)는, 예를 들어, 반응챔버(350)의 배기펌핑을 위한 챔버 펌핑부를 포함할 수 있다. 상기 챔버 펌핑부는 상술한 펌핑부(30)와는 별개인 구성으로서, 반응챔버(350)의 압력을 유지하도록, 예를 들어, 반응챔버(350)의 하단부에 구성될 수 있다. 앞에서 살펴본 것처럼, 윙플레이트 구조체(150)의 유로(H 및 P)를 통과한 소스가스 및/또는 반응가스는 윙플레이트 구조체(150)의 개방된 측벽을 통하여 윙플레이트 구조체(150)의 외부로 배기될 수 있으며, 최종적으로 상기 챔버 펌핑부에 의하여 반응챔버(350)로부터 제거될 수 있다. 이러한 챔버 펌핑부에 의하면, 윙플레이트 구조체(150) 상에 소스가스 및/또는 반응가스가 흡착되는 것을 최소화하고 배기를 향상시켜 증착물질의 리프팅 현상과 파티클 문제를 효과적으로 감소시킬 수 있다.
종래의 원자층 증착 장치와 같은 기상 증착 장치의 경우 동일한 한 공간에서 소스가스 피딩, 소스가스 퍼징, 반응가스 피딩, 반응가스 퍼징이 이루어지도록 하기 위해 기상 증착 장치의 구성이 복잡해질 수밖에 없다는 문제점이 있었다. 그러나 본 실시예에 따른 기상 증착 장치의 경우에는 소스가스가 주입되는 영역, 반응가스가 주입되는 영역, 펌핑이 이루어지는 영역이 분리되어 있고 각 영역의 구성이 단순하기에, 전체적인 증착 장치의 구성이 단순화된다. 또한, 종래의 기상 증착 장치의 경우 시분할 증착 방식이기에, 한 개의 증착대상 기판 상에 증착이 완료되기 전까지 다음 기판에 대한 증착이 시작될 수 없다는 문제점이 있었다. 그러나 본 실시예에 따른 기상 증착 장치를 이용할 경우에는 공간분할 증착 방식이기에, 이송부(210)를 통해 피증착 구조체(250)가 안착된 기판 셔틀 장치(100)를 연속적으로 투입하며 증착이 이루어지도록 할 수 있다.
이 경우, 증착물질은 피증착 구조체(250) 상에만 형성되는 것이 아니라 피증착 구조체(250)가 안착된 기판 셔틀 장치(100)의 상부면에도 불가피하게 형성될 수 있으며, 특히, 상술한 바와 같이, 기판 셔틀 장치(100)의 윙플레이트 구조체(150) 상에 형성된 증착물질은 계속 쌓이면서 윙플레이트 구조체(150)에 응력을 발생시킬 수 있으며 임계점에 도달하면 증착물질의 리프팅 현상이 나타나 파티클이 발생될 수 있었다. 이러한 문제점들은, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한, 본 발명의 실시예에 따른 기판 셔틀 장치(100)를 도입함으로써 효과적으로 해결할 수 있다. 즉, 윙플레이트 구조체(150)를 서로 이격된 상부 플레이트(154)와 하부 플레이트(158)의 2층 구조로 구성함으로써 배기유로를 구성하여 소스가스와 반응가스의 배기를 향상시켜 소스가스와 반응가스의 흡착을 최대한 억제하여 상술한 문제점들을 효과적으로 극복할 수 있다.
발명의 특정 실시예들에 대한 이상의 설명은 예시 및 설명을 목적으로 제공되었다. 따라서 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.
100 : 기판 셔틀 장치 112, 114 : 프레임구조체
120 : 서셉터 122 : 서셉터의 안착부
124 : 서셉터의 테두리부 150 : 윙플레이트 구조체
154 : 상부 플레이트 158 : 하부 플레이트
156 : 지지부 159 : 표면처리층
H : 관통홀 P : 중공채널
210 : 이송부 250 : 피증착 구조체
330 : 증착소스부 350 : 반응챔버

Claims (12)

  1. 증착물질이 형성될 기판이 안착될 수 있는 서셉터; 및
    상기 서셉터의 양측에 각각 배치되며, 서로 이격된 상부 플레이트와 하부 플레이트를 포함하는, 윙플레이트 구조체;를 구비하며,
    상기 윙플레이트 구조체는 상기 상부 플레이트를 관통하여 상기 윙플레이트 구조체의 측벽 방향으로 연통되는 유로를 포함하는, 기판 셔틀 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유로는
    상기 상부 플레이트를 관통하는 적어도 하나의 관통홀; 및
    상기 적어도 하나의 관통홀과 연결되며 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이에 형성된 중공채널;을 포함하는, 기판 셔틀 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 윙플레이트 구조체의 측벽은 외부로 개방되며, 상기 중공채널은 개방된 상기 윙플레이트 구조체의 측벽까지 연장된, 기판 셔틀 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 윙플레이트 구조체는 상기 서셉터와 분리 가능하게 결합되는, 기판 셔틀 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트는 상호 분리 가능한, 기판 셔틀 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하부 플레이트의 상면은 상기 상부 플레이트의 상면보다 표면거칠기가 큰, 기판 셔틀 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 하부 플레이트의 상면은 상기 상부 플레이트의 관통홀을 통해 유입된 물질의 부착력을 향상시키기 위해 표면 처리된, 기판 셔틀 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 상부 플레이트와 대향하는 상기 하부 플레이트의 상면은 다수의 돌기패턴이 형성된, 기판 셔틀 장치.
  9. 반응챔버;
    상기 반응챔버 내에 배치되는 증착소스부; 및
    상기 반응챔버 내에 배치되며, 상기 증착소스부의 하방으로 이송될 수 있는, 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 따른, 상기 기판 셔틀 장치;
    를 포함하는, 기상 증착 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 반응챔버의 배기펌핑을 위한 제 1 펌핑부;를 포함하고,
    상기 제 1 펌핑부는, 상기 증착소스부에서 제공되어 상기 유로를 통과한 소스 가스 또는 반응 가스를 펌핑할 수 있는, 기상 증착 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 증착소스부는
    소스가스를 하방으로 제공할 수 있는 소스가스 제공부;
    반응가스를 하방으로 제공할 수 있는 반응가스 제공부; 및
    상기 소스가스 제공부와 상기 반응가스 제공부 사이에 위치하며, 상기 유로를 통과하지 않은 상기 소스가스 또는 상기 반응가스를 펌핑할 수 있는 제 2 펌핑부;를 포함하는, 기상 증착 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 윙플레이트 구조체는 상기 증착소스부의 하방으로 이송하는 상기 기판 셔틀장치의 이동 방향을 기준으로 상기 서셉터의 전단 및 후단에 배치되는 기상 증착 장치.
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