KR102076467B1 - 박막증착장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 박막증착장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 박막증착장치는 원자층증착법에 의해 박막을 증착하는 경우에 공정가스를 공급하는 가스공급부에서 파우더(powder) 발생을 최대한 억제할 수 있다.

Description

박막증착장치 {Thin Film Deposition Apparatus}
본 발명은 박막증착장치에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 원자층증착법에 의해 박막을 증착하는 경우에 공정가스를 공급하는 가스공급부에서 파우더(powder) 발생을 최대한 억제할 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.
도 7은 박막 증착법 중 원자층증착법에 관한 기본 개념을 도시하는 개략도이다. 도 7을 참조하여 원자층증착법의 기본 개념에 대해서 살펴보면, 원자층증착법은 기판 상에 트리메틸알루미늄(TMA ; TriMethyl Aluminium) 같은 원료를 포함하는 원료가스를 분사하여 상기 기판 상에 원료가스를 흡착시키고, 아르곤(Ar) 등의 불활성 퍼지가스를 분사하여 흡착되지 않은 원료가스를 배기한 다음, 상기 원료와 반응하는 오존(O3) 같은 반응물을 포함하는 반응가스를 분사하여 기판상에 단일 원자층(Al-O)을 형성하고, 불활성 퍼지 가스 분사를 통해 미반응 물질 및 부산물을 배기한다.
원자층증착법에 사용되는 종래 박막증착장치는 원료가스와 반응가스를 시간적으로 또는 공간적으로 분리하여 기판을 향해 분사하게 된다. 이 중에서 원료가스와 반응가스를 시간적으로 분리하여 공급하는 방식은 중간에 펌핑 시간을 필요로 하게 되어 박막증착장치의 기판 처리량(Throughput)이 떨어지게 된다.
따라서, 박막증착장치의 기판 처리량(Throughput)을 고려할 경우, 원료가스와 반응가스를 공간적으로 분리하여 공급하는 방식이 유리할 수 있다. 이와 같이 원료가스와 반응가스를 공간적으로 분리하여 공급하는 방식으로는 예를 들어 가스공급부와 기판이 서로 상대이동하는 스캔방식(scan type)을 들 수 있다.
그런데, 스캔방식 등에 있어서 원료가스와 반응가스를 공간적으로 분리하여 공급하더라도 원료가스와 반응가스가 기생 반응하여 파우더(powder)가 발생할 수 있다. 이러한 파우더는 주로 가스공급부의 하부에 발생하게 되며, 증착공정이 진행될수록 가스공급부의 하부에 쌓이게 된다. 따라서, 파우더가 자중에 의해 가스공급부에서 기판을 향해 낙하하게 되면, 박막을 오염시키는 파티클의 요인으로 작용하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 원자층증착법에 의해 기판에 박막을 증착하는 경우에 높은 기판 처리량(throughput)을 유지하면서 박막의 우수한 품질을 유지할 수 있는 박막증착장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 원자층증착법에 의해 가스공급부와 기판이 서로 상대이동하는 경우에 원료가스와 반응가스의 기생 반응을 최대한 방지하여 파티클 발생을 억제할 수 있는 박막증착장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 기판에 박막이 증착되는 증착공간을 제공하는 챔버, 상기 기판을 향해 원료가스와 반응가스를 공급하고 잔존가스를 배기하는 가스공급모듈을 적어도 하나 구비하고, 상기 증착공간의 상부에 구비되는 가스공급부 및 상기 증착공간의 하부에 구비되어 기판이 안착되며 상기 가스공급부와 상대이동하는 기판지지부를 구비하고, 상기 가스공급모듈은 상기 기판을 향해 원료가스를 공급하는 한 쌍의 원료가스공급채널과, 상기 한 쌍의 원료가스공급채널의 일측에 이격되어 구비되어 상기 기판을 향해 반응가스를 공급하는 반응가스공급채널을 구비하고, 상기 한 쌍의 원료가스공급채널 사이에 잔존가스를 배기하는 제1 배기채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 가스공급모듈은 상기 기판을 향해 퍼지가스를 공급하는 한 쌍의 제1 퍼지가스공급채널을 더 구비하고, 상기 한 쌍의 원료가스공급채널의 바깥쪽에 상기 한 쌍의 제1 퍼지가스공급채널이 이웃하여 배치될 수 있다.
또한, 상기 원료가스공급채널과 상기 제1 퍼지가스공급채널 사이에 잔존가스를 배기하는 배기채널이 없을 수 있다.
나아가, 상기 반응가스공급채널과 상기 제1 퍼지가스공급채널 사이에 제2 배기채널이 구비될 수 있다.
한편, 상기 가스공급모듈의 양측 가장자리의 적어도 한쪽에 외부 배기채널을 더 구비할 수 있다.
이 경우, 상기 외부 배기채널의 바깥쪽에 퍼지가스공급채널을 더 구비할 수 있다.
한편, 상기 반응가스공급채널의 일측에 상기 한 쌍의 원료가스공급채널과 한 쌍의 제1 퍼지가스공급채널이 구비되고, 상기 반응가스공급채널의 타측에 제3 배기채널과 제2 퍼지가스공급채널이 더 구비될 수 있다.
이 경우, 상기 한 쌍의 제1 퍼지가스공급채널 및 제2 퍼지가스공급채널 중에 적어도 하나는 상기 원료가스공급채널과 반응가스공급채널에 비해 폭이 상대적으로 넓게 결정될 수 있다.
또한, 상기 가스공급모듈의 양측 가장자리의 적어도 한 쪽에 외부 배기채널을 더 구비할 수 있다.
나아가, 상기 반응가스공급채널과 상기 제1 퍼지가스공급채널 사이에 제3 퍼지가스공급채널이 더 구비될 수 있다.
이 경우, 상기 한 쌍의 제1 퍼지가스공급채널, 제2 퍼지가스공급채널 및 제3 퍼지가스공급채널 중에 적어도 하나는 상기 원료가스공급채널과 반응가스공급채널에 비해 폭이 상대적으로 넓게 결정될 수 있다.
한편, 상기 박막증착장치는 상기 한 쌍의 원료가스공급채널의 단부에 상기 원료가스의 공급방향을 가이드하는 가이드부를 더 구비할 수 있다.
이 때, 상기 가이드부는 상기 한 쌍의 원료가스공급채널에서 공급되는 원료가스가 상기 제1 배기채널을 향하도록 가이드할 수 있다.
전술한 구성을 가지는 본 발명에 따르면 원자층증착법에 의해 가스공급부와 기판이 서로 상대이동하는 경우에 원료가스와 반응가스의 기생반응을 최대한 억제하여 파티클의 원인이 되는 파우더 발생을 줄일 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면 원자층증착법에 의해 기판에 박막을 증착하는 경우에 높은 기판 처리량(throughput)을 유지하면서 박막의 우수한 품질을 유지할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 박막증착장치를 도시한 측단면도,
도 2는 일 실시예에 따른 가스공급모듈의 구성을 도시한 측면도,
도 3 내지 도 6은 다른 실시예에 따른 가스공급모듈의 구성을 도시한 측면도,
도 7은 종래 ALD 장치의 기본 개념을 도시하는 개략도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 박막증착장치에 대해서 상세하게 살펴보도록 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 박막증착장치(1000)의 내부 구성을 도시하기 위한 측단면도이다.
도 1을 참조하면, 박막증착장치(1000)는 내부에 기판(10)에 박막이 증착되는 증착공간(102)을 구비하여 기판이 내부에 수용되어 증착 작업이 수행되는 챔버(100)와 기판을 인입 및 인출하는 기판인입인출수단(미도시)을 구비한다. 한편, 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 챔버(100)의 일측에 연결되어 진공 또는 대기압 상태로 전환이 가능한 로드록실 및 증착을 진행할 기판이 적재되어 있는 하나 이상의 보트와 증착이 완료된 기판을 적재하는 하나 이상의 보트를 더 구비할 수 있다.
상기 박막증착장치(1000)는 내부에 기판(10)에 박막이 증착되는 증착공간(102)을 구비하는 챔버(100)와, 상기 챔버(100) 내부에 구비되어 기판(10)이 안착되는 기판지지부(150)와, 가스공급부(2000)를 구비할 수 있다.
여기서, 상기 가스공급부(2000)는 상기 기판(10)을 향해 원료가스와 반응가스를 공급하고 잔존가스를 배기하는 가스공급모듈(200)을 적어도 하나 구비하고, 상기 증착공간(102)의 상부에 구비될 수 있다.
이때, 상기 가스공급부(2000)는 상기 기판지지부(150)와 소정 간격을 두고 구비되어 상기 기판지지부(150)와 상대 이동하도록 구성될 수 있다. 나아가, 상기 기판(10)을 챔버(100) 내부로 인입시키거나, 또는 챔버(100) 내부에서 인출시키는 기판인입인출수단(미도시)을 포함할 수 있다.
상기 챔버(100)는 내부에 기판(10)을 수용하여 기판에 대한 증착 작업 등을 수행하며, 각종 구성요소를 구비할 수 있는 공간을 제공한다. 나아가, 내부의 가스를 배기하는 펌프(미도시)와 같은 진공장비에 의해 내부를 진공상태로 유지하여 증착 작업 등과 같은 기판 처리 작업을 수행할 수 있는 환경을 제공한다.
챔버(100)는 구체적으로 내부에 증착공간(102)을 구비하며 상부가 개구된 챔버몸체(130)와 챔버몸체(130)의 개구된 상부를 개폐하는 챔버리드(120)를 포함한다. 챔버몸체(130)의 일측에는 기판(10)이 챔버(100)의 내부로 인입 및 인출되는 개구부(134)를 구비한다.
한편, 챔버(100)의 챔버리드(120)에는 원료가스, 반응가스 및 퍼지가스 중에 적어도 하나를 공급하는 가스공급부(2000)를 구비하는 바, 이에 대해서는 이후에 상세히 살펴본다.
챔버(100)의 내부에는 기판(10)이 안착되는 기판지지부(150)가 구비된다. 상기 기판지지부(150)는 전술한 가스공급부(2000)와 상대이동을 하도록 구비된다. 즉, 상기 기판지지부(150)와 상기 가스공급부(2000) 중에 적어도 하나가 다른 하나에 대해 평행한 방향으로 직선경로를 따라 소정 거리 상대 이동하도록 구성될 수 있다. 나아가, 상기 기판지지부(150)와 상기 가스공급부(2000)가 상대 이동하는 경우에 미리 결정된 직선 경로를 따라 왕복 이동할 수 있다.
예를 들어, 상기 증착공간(102)의 상부에 배치된 상기 가스공급부(2000)에서 원료가스, 반응가스 등을 순차적으로 공급하는 경우에 상기 가스공급부(2000)의 하부에서 상기 기판지지부(150)가 상대이동하면서 왕복운동을 하게 되면, 상기 가스공급부(2000)에서 공급된 원료가스와 반응가스에 의해 상기 기판(10)에 박막이 빠른 속도로 증착될 수 있다.
이 경우, 상기 가스공급부(2000) 및 기판지지부(150)가 모두 상대 이동하도록 구성되거나, 또는 상기 가스공급부(2000) 및 기판지지부(150) 중에 어느 하나가 다른 하나에 대해 상대 이동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전술한 가스공급부(2000)는 고정되고 상기 기판지지부(150)가 이동을 하거나 또는 상기 기판지지부(150)와 가스공급부(2000)가 모두 이동하도록 구성될 수 있다.
한편 기판지지부(150)의 하부에는 기판(10)을 가열하는 가열부(170)를 구비할 수 있다. 가열부(170)는 기판(10)을 지지하는 기판지지부(150)에서 소정거리 이격된 하부에 구비되어 기판(10)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(10)을 가열하기 위하여 기판(10)을 지지하는 기판지지부(150)에서 소정거리 이격되어 구비된다.
한편, 상기 가스공급부(2000)는 상기 기판(10)을 향해 원료가스와 반응가스를 공급하고 잔존가스를 배기하는 가스공급모듈(200)을 적어도 하나 구비하며, 바람직하게 상기 기판(10)이 이동하는 경로를 따라 가스공급모듈(200)을 복수개 구비할 수 있다. 이 경우, 상기 가스공급모듈(200)의 각각은 상기 기판(10)을 향해 원료가스와 공정가스를 공급하고, 잔존가스를 배기할 수 있다. 따라서, 상기 가스공급부(2000)를 구성하는 경우에 동일한 구성을 가지는 가스공급모듈(200)을 복수개 배치함으로써 용이하게 상기 가스공급부(2000)를 조립할 수 있다. 이 경우, 상기 가스공급부(2000)를 이후에 보수하는 경우에도 해당 가스공급모듈(200)만을 수리 또는 교체함으로써 보다 간편하고 빠르게 유지보수가 가능해진다.
한편, 상기 가스공급모듈(200)에서 원료가스와 반응가스를 순차적으로 공급하여 원자층증착법에 의해 박막을 증착하는 경우에 상기 기판(10)에 먼저 원료가스가 흡착되고, 상기 기판(10)에 흡착된 원료가스가 반응가스와 반응하여 박막이 증착된다. 그런데, 박막이 증착되어야 하는 상기 기판(10)을 제외하고 나머지 영역에서 원료가스와 반응가스가 만나서 기생반응을 일으키게 되면 파우더(powder)가 생성되어 증착될 수 있다. 이러한 파우더는 특히 원료가스와 반응가스가 공급되는 가스공급모듈에 발생하여 증착될 수 있다.
예를 들어, 가스공급모듈의 원료가스공급채널에서 공급된 원료가스는 원료가스공급채널에서 양측으로 퍼져서 배기채널을 통해 배기된다. 이 경우, 상기 배기채널의 펌핑에 의해 반응가스와 퍼지가스도 함께 배기된다. 이때, 상기 반응가스 중의 일부는 상기 원료가스공급채널로 이동할 수 있으며, 상기 퍼지가스가 배기채널로 배기되는 중에 가스커튼의 효과가 약해져서 상기 반응가스가 이동하는 경우도 발생할 수 있다. 따라서, 상기 반응가스와 원료가스가 반응하여 상기 원료가스공급채널의 하단부 바깥쪽에 파우더를 발생시키게 된다.
추후 공정이 반복하여 진행됨에 따라 파우더 발생량도 증가하게 되어 결국 자중에 의해 기판을 향해 낙하하여 기판의 박막의 품질을 떨어뜨리는 파티클로 작용하게 된다. 이하에서는 원자층증착법에 의해 박막을 증착하기 위하여 원료가스와 반응가스를 공급하는 가스공급모듈에서 기생반응을 최대한 억제하여 파우더 발생 및 증착을 줄일 수 있는 가스공급모듈의 구성에 대해서 살펴보기로 한다.
도 2는 도 1에서 가스공급부(2000)를 확대해서 도시한 단면도로서, 가스공급부(2000)에 포함된 복수개의 가스공급모듈(200)에서 어느 하나의 가스공급모듈(200)만을 도시한 측단면도이다. 전술한 바와 같이, 기판지지부(150)와 상기 가스공급모듈(200) 중에 적어도 하나가 다른 하나에 대해 평행한 방향으로 소정거리 상대 이동하도록 구성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 가스공급모듈(200)은 커버(202)를 구비할 수 있다.
상기 가스공급모듈(200)의 상부에 상기 커버(202)가 구비된다. 상기 가스공급모듈(200)은 이후 상세히 살펴보는 각종 공급채널로 원료가스, 반응가스 또는 퍼지가스를 공급하거나, 또는 배기되는 가스를 위한 각종 라인을 구비할 수 있으며, 이러한 각종 라인은 상기 커버(202)에 배치될 수 있다.
구체적으로 상기 가스공급모듈(200)은 원료가스를 공급하기 위한 제1 공급라인(410)을 구비할 수 있다. 제1 공급라인(410)은 원료가스 공급원(미도시)과 연결되어, 원료가스를 상기 커버(202)를 관통하여 가스공급모듈(200)의 원료가스공급채널(210A, 210B)로 공급하게 된다.
나아가, 상기 가스공급모듈(200)은 반응가스를 공급하기 위한 제2 공급라인(430)을 더 구비할 수 있다. 상기 제2 공급라인(430)은 반응가스 공급원(미도시)과 연결되어, 반응가스를 상기 커버(202)를 관통하여 반응가스공급채널(220)을 향해서 공급할 수 있다.
또한, 상기 가스공급모듈(200)은 퍼지가스를 공급하기 위한 제3 공급라인(440)을 더 구비할 수 있다. 상기 제3 공급라인(440)은 퍼지가스 공급원(미도시)과 연결되어, 퍼지가스를 상기 커버(202)를 관통하여 퍼지가스공급채널(250A, 250B, 252)을 향해서 공급할 수 있다.
한편, 상기 가스공급모듈(200)은 각종 공급채널에서 공급된 원료가스, 반응가스 또는 퍼지가스를 배기하기 위한 배기라인(420)을 상기 커버(202)에 구비할 수 있다. 상기 배기라인(420)은 배기채널(230, 232, 234, 236, 238)과 연결되어 펌핑부의 펌핑에 의해 챔버(100) 내부의 잔류가스를 배기하게 된다.
또한, 상기 가스공급모듈(200)은 원료가스, 반응가스 및/또는 퍼지가스를 공급하기 위한 각종 공급채널을 구비하게 된다. 이러한 공급채널은 상기 가스공급모듈(200)에 적어도 하나 구비될 수 있다.
구체적으로, 상기 가스공급모듈(200)은 상기 기판(10)을 향해 원료가스를 공급하는 한 쌍의 원료가스공급채널(210A, 210B)과, 상기 한 쌍의 원료가스공급채널(210A, 210B)의 일측에 이격되어 구비되어 상기 기판(10)을 향해 반응가스를 공급하는 반응가스공급채널(220)을 구비할 수 있다.
상기 원료가스공급채널(210A, 210B)은 상기 기판(10)을 향해 원료가스를 공급하게 되며, 상기 반응가스공급채널(220)은 상기 원료가스공급채널(210A, 210B)에서 미리 정해진 거리만큼 이격되어 구비되어 상기 기판(10)을 향해 반응가스를 공급하게 된다.
이때, 상기 가스공급모듈(200)에서 상기 원료가스공급채널(210A, 210B)과 반응가스공급채널(220)이 가까이 인접하게 구비되면 상기 원료가스와 반응가스의 기생반응이 발생할 수 있으므로, 상기 가스공급모듈(200)에서 상기 원료가스공급채널(210A, 210B)과 반응가스공급채널(220)은 최대한 이격되어 구비될 수 있다.
예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이 상기 가스공급모듈(200)에서 상기 원료가스공급채널(210A, 210B)과 상기 반응가스공급채널(220)은 상기 가스공급모듈(200)의 양측에 각각 구비될 수 있다. 즉, 상기 원료가스공급채널(210A, 210B)이 상기 가스공급모듈(200)의 양측 중에 어느 한쪽에 구비되고, 상기 반응가스공급채널(220)이 상기 가스공급모듈(200)의 양측 중에 다른 한쪽에 구비됨으로써 상기 원료가스공급채널(210A, 210B)과 반응가스공급채널(220) 사이의 거리를 최대한 늘릴 수 있다.
또한, 본 실시예에서 상기 가스공급모듈(200)은 상기 한 쌍의 원료가스공급채널(210A, 210B) 사이에 잔존가스를 배기하는 제1 배기채널(230)을 포함할 수 있다. 상기 원료가스공급채널(210A, 210B)을 2개, 즉 한 쌍을 구비하는 경우에 상기 원료가스공급채널(210A, 210B)의 사이에 제1 배기채널(230)이 구비된다. 이 경우, 상기 원료가스공급채널(210A, 210B)에서 상기 기판(10)을 향해 상기 원료가스가 공급된 다음, 상기 기판(10)에 흡착되지 않은 상기 원료가스는 상기 제1 배기채널(230)에 의해 외부로 배기된다.
특히, 본 실시예의 경우 상기 제1 배기채널(230)이 상기 원료가스를 공급하는 상기 한 쌍의 원료가스공급채널(210A, 210B)의 사이에 구비되므로, 상기 원료가스공급채널(210A, 210B)에서 공급되고 반응에 참여하지 않은 원료가스가 상기 반응가스공급채널(220)로 이동하기 전에 상기 제1 배기채널(230)에 의해 펌핑하여 배기하는 것이 가능해진다. 따라서, 상기 원료가스공급채널(210A, 210B)에서 공급된 원료가스 중에 상기 기판(10)에 흡착되지 않은 원료가스가 상기 반응가스공급채널(220)을 향해 이동하는 것을 억제하여 상기 원료가스와 반응가스의 기생반응을 줄일 수 있다.
또한, 상기 가스공급모듈(200)은 상기 기판(10)을 향해 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스공급채널(250A, 250B)을 더 구비할 수 있다. 상기 퍼지가스공급채널(250A, 250B)은 상기 원료가스공급채널(210A, 210B)과 상기 반응가스공급채널(220) 사이에 구비되어 퍼지가스를 공급함으로써, 상기 원료가스와 반응가스가 만나는 것을 최대한 방지하여 기생반응을 줄이게 된다.
구체적으로, 상기 가스공급모듈(200)은 퍼지가스를 공급하는 한 쌍의 제1 퍼지가스공급채널(250A, 250B)을 구비할 수 있다. 이때, 상기 한 쌍의 원료가스공급채널(210A, 210B)과 상기 한 쌍의 제1 퍼지가스공급채널(250A, 250B)은 서로 인접하여 이웃하여 구비될 수 있다.
즉, 상기 한 쌍의 제1 퍼지가스공급채널(250A, 250B)에서 공급되는 퍼지가스에 의해 상기 원료가스공급채널(210A, 210B)에서 공급되는 원료가스가 상기 반응가스공급채널(220)로 이동하는 것을 억제하여 기생반응을 줄이게 된다.
이 경우, 상기 한 쌍의 원료가스공급채널(210A, 210B)의 바깥쪽에 상기 한 쌍의 제1 퍼지가스공급채널(250A, 250B)이 구비될 수 있다. 즉, 상기 한 쌍의 원료가스공급채널(210A, 210B)의 사이에 전술한 제1 배기채널(230)이 구비되고, 상기 한 쌍의 원료가스공급채널(210A, 210B)의 바깥쪽에 상기 제1 퍼지가스공급채널(250A, 250B)이 하나씩 각각 구비될 수 있다. 따라서, 상기 원료가스공급채널(210A, 210B)에서 공급되고 반응에 참여하지 않은 원료가스가 중앙부에 위치한 제1 배기채널(230)에 의해 배기되며, 이 경우 바깥쪽의 한 쌍의 제1 퍼지가스공급채널(250A, 250B)에서 공급된 퍼지가스가 일종의 가스커튼(gas curtain)의 역할을 하게 되어 상기 원료가스가 상기 원료가스공급채널(210A, 210B)에서 양옆으로 퍼져서 이동하는 것을 방지하게 된다.
한편, 전술한 바와 같이 상기 한 쌍의 원료가스공급채널(210A, 210B)의 바깥쪽에 한 쌍의 제1 퍼지가스공급채널(250A, 250B)을 구비하는 경우에 상기 원료가스공급채널(210A, 210B)과 상기 제1 퍼지가스공급채널(250A, 250B) 사이에 잔존가스를 배기하는 배기채널이 없도록 구비될 수 있다.
만약 상기 원료가스공급채널(210A, 210B)과 상기 제1 퍼지가스공급채널(250A, 250B) 사이에 잔존가스를 배기하는 배기채널이 존재한다면, 상기 원료가스공급채널(210A, 210B)에서 공급된 원료가스를 배기할 뿐만 아니라 상기 반응가스공급채널(220)에서 공급된 반응가스를 함께 펌핑하여 배기할 수 있다. 이 경우, 상기 원료가스공급채널(210A, 210B)과 상기 제1 퍼지가스공급채널(250A, 250B) 사이에 존재하는 배기채널에서 원료가스와 반응가스의 기생반응이 발생하여 파우더가 발생할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 경우 상기 원료가스공급채널(210A, 210B)과 상기 제1 퍼지가스공급채널(250A, 250B) 사이에 잔존가스를 배기하는 배기채널이 없도록 하여 상기 원료가스공급채널(210A, 210B)에 공급된 원료가스가 양측으로 퍼져서 반응가스와 만나서 기생반응이 발생하는 것을 최대한 억제할 수 있다.
한편, 상기 가스공급모듈(200)에서 전술한 한 쌍의 원료가스공급채널(210A, 210B)에서 이격되어 반응가스를 공급하는 반응가스공급채널(220)이 구비된다.
이 경우, 상기 한 쌍의 원료가스공급채널(210A, 210B)의 바깥쪽에 상기 제1 퍼지가스공급채널(250A, 250B)이 각각 구비되고, 상기 반응가스공급채널(220)과 상기 제1 퍼지가스공급채널(250B) 사이에 제2 배기채널(232)이 구비될 수 있다.
즉, 상기 제1 퍼지가스공급채널(250B)과 상기 반응가스공급채널(220) 사이에 추가적으로 제2 배기채널(232)을 구비함으로써, 상기 원료가스공급채널(210A, 210B)에서 공급되어 상기 제1 퍼지가스공급채널(250A, 250B)의 하부를 통과한 원료가스가 상기 반응가스공급채널(220)에 도달하기 전에 배기할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 상기 반응가스공급채널(220)의 일측에 상기 한 쌍의 원료가스공급채널(210A, 210B)과 한 쌍의 제1 퍼지가스공급채널(250A, 250B)이 구비되는 경우에 상기 반응가스공급채널(220)의 타측에 제3 배기채널(234)이 더 구비될 수 있다.
이 경우, 상기 제3 배기채널(234)은 도면에 도시된 바와 같이 상기 반응가스공급채널(220)의 오른쪽에 구비된 배기채널에 해당하는데, 상기 제3 배기채널(234)은 상기 반응가스공급채널(220)과 상기 가스공급모듈(200)의 오른쪽에 배치된 다른 가스공급모듈(미도시)의 원료가스공급채널(미도시) 사이에 배치된다. 따라서, 상기 제3 배기채널(234)에 의해 원료가스와 반응가스의 기생반응을 억제할 수 있다.
만약 상기 제3 배기채널(234)이 생략된다면 상기 가스공급모듈(200)의 왼쪽 최외곽에 도시된 배기채널(236)이 유사한 역할을 할 수 있다. 즉, 상기 가스공급모듈(200)의 왼쪽에 다른 가스공급모듈(미도시)이 배치된다면, 도시되지 않은 가스공급모듈의 반응가스공급채널과 상기 가스공급모듈(200)의 원료가스공급채널(210A) 사이에 배기채널이 형성되어 기생반응을 최대한 억제할 수 있다.
결국, 상기 가스공급모듈(200)의 양측 가장자리의 적어도 한쪽에 외부 배기채널을 구비할 수 있으며, 이 경우 외부 배기채널은 상기 제3 배기채널(234) 또는 상기 가스공급모듈(200)의 왼쪽 최외곽에 도시된 배기채널(236)에 해당할 수 있다.
또한, 상기 제3 배기채널(234)의 바깥쪽에 제2 퍼지가스공급채널(252)이 더 구비될 수 있다. 상기 제2 퍼지가스공급채널(252)은 상기 반응가스공급채널(220)과 상기 가스공급모듈(200)의 오른쪽에 배치된 다른 가스공급모듈(미도시)의 원료가스공급채널(미도시) 사이에 배치된다. 따라서, 제2 퍼지가스공급채널(252)에 의해 원료가스와 반응가스의 기생반응을 억제할 수 있다.
만약 제2 퍼지가스공급채널(252)이 생략된다면 상기 한 쌍의 제1 퍼지가스공급채널(250A, 250B)중에 왼쪽에 위치한 제1 퍼지가스공급채널(250A)이 유사한 역할을 할 수 있다. 즉, 상기 가스공급모듈(200)의 왼쪽에 다른 가스공급모듈(미도시)이 배치된다면, 도시되지 않은 가스공급모듈의 반응가스공급채널과 상기 가스공급모듈(200)의 원료가스공급채널(210A) 사이에 상기 제1 퍼지가스공급채널(250A)이 형성되어 기생반응을 최대한 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 박막증착장치(1000)의 가스공급부(2000)는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 가스공급모듈(200)을 복수개 구비하게 되며, 상기 기판(10)의 이동경로를 따라 상기 챔버(100)의 내부의 상부에 설치된다. 즉, 도 2에 도시된 가스공급모듈(200)의 오른쪽에는 도면에 도시되지 않은 가스공급모듈이 동일한 구성을 가지고 배치될 수 있다.
이 때, 도면에 도시된 가스공급모듈(200)의 반응가스공급채널(220)에서 공급된 반응가스는 도면에 도시되지 않은 가스공급모듈의 원료가스공급채널에서 공급된 원료가스와 기생반응을 할 수 있다.
따라서, 이와 같은 기생반응을 방지하기 위하여 상기 반응가스공급채널(220)의 타측에 제3 배기채널(234)과 제2 퍼지가스공급채널(252)이 구비될 수 있다. 상기 제3 배기채널(234)을 통해 상기 반응가스공급채널(220)에서 공급되어 반응에 참여하지 않은 반응가스를 배기할 수 있다. 또한, 상기 제2 퍼지가스공급채널(252)에서 공급된 퍼지가스는 가스커튼의 역할을 하여 반응가스와 원료가스의 기생반응을 방지하게 된다.
한편, 상기 가스공급모듈(200)은 양측 가장자리의 적어도 한 쪽에 외부 배기채널을 구비할 수 있다.
이러한 외부 배기채널은 도 2에 도시된 바와 같이 '236' 및 '238'로 도시된 배기채널에 해당하거나, 또는 제2 퍼지가스공급채널(252)이 생략된 경우 상기 외부 배기채널은 '236' 및 '234'로 도시된 배기채널에 해당할 수 있다.
이와 같이 상기 가스공급모듈(200)의 양측 가장자리에 적어도 한 쪽에 외부 배기채널을 구비함으로써, 상기 가스공급모듈(200)의 양측에 이웃할 수 있는 가스공급모듈(미도시)에서 공급된 원료가스 또는 반응가스가 상기 가스공급모듈(200)에서 공급된 반응가스 또는 원료가스와 기생반응하는 것을 최대한 억제할 수 있다.
한편, 원자층증착법에 의해 상기 기판(10)에 박막을 증착하는 경우에 반응가스를 활성화시키는 가스활성화유닛(300)을 상기 반응가스공급채널(220)에 구비할 수 있다.
본 실시예에서 설명하는 가스활성화유닛(300)은 반응가스를 활성화시켜 활성화 원자 또는 라디칼 형태의 반응가스를 공급하게 된다. 여기서, 상기 활성화유닛(300)은 플라즈마 발생부, 초고주파 발생부, 자외선 조사부, 레이저 조사부 중 어느 하나의 형태로 제공될 수 있다.
예를 들어, 상기 가스활성화유닛(300)이 초고주파 발생부 형태로 마련되는 경우, 초고주파 발생부는 109 Hz 이상의 초고주파를 이용하여 반응가스를 활성화시킨다. 초고주파 발생부가 초고주파를 인가하게 되면, 반응가스가 활성화 원자 또는 라디칼 상태로 전환되어 기판(10) 방향으로 공급될 수 있다.
또한, 상기 가스활성화유닛(300)이 자외선 조사부 형태로 마련되는 경우, 자외선 조사부에 의해 조사된 자외선에 의해 반응가스가 활성화 원자 또는 라디칼 상태로 전환되어 기판(10) 방향으로 공급될 수 있다.
또한, 상기 가스활성화유닛(300)이 레이저 조사부 형태로 마련되는 경우, 레이저 조사부에 의해 조사된 레이저에 의해 반응가스가 활성화 원자 또는 라디칼 상태로 전환되어 기판(10) 방향으로 공급될 수 있다.
이하에서는 상기 가스활성화유닛(300)으로 플라즈마 발생부를 상정하여 설명한다. 상기 가스활성화유닛(300)으로 플라즈마 발생부를 구비하는 경우에 상기 반응가스공급채널(220)의 일측 내벽(314)에 전원이 공급되는 전원전극(310)이 구비되고, 상기 반응가스공급채널(220)의 타측 내벽(316)이 접지되어 접지전극의 역할을 할 수 있다. 이 경우, 상기 반응가스공급채널(220)의 일측 내벽(314)에 차폐부재(312)를 포함하고, 차폐부재(312)에 의해 전원전극(310)을 지지할 수 있다. 차폐부재(312)에 의해 전원전극(310)과 가스공급모듈(200)이 전기적으로 분리되어 전원전극(310)이 가스공급모듈(200)로부터 전기적으로 차폐된다. 이 경우, 차폐부재(312)는 전원전극(310)을 전기적으로 차폐할 뿐만 아니라, 전원전극(310)을 지지하는 지지부의 역할도 하게 된다.
도 3은 다른 실시예에 따른 가스공급모듈(200')의 구성을 도시한 측단면도이다. 도 3에 따른 실시예에서 도 2의 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면번호를 사용하였음을 밝혀둔다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 가스공급모듈(200')은 상기 반응가스공급채널(220)과 상기 제1 퍼지가스공급채널(250B) 사이에 제3 퍼지가스공급채널(254)을 더 구비할 수 있다.
도 3에서 상기 제3 퍼지가스공급채널(254)의 왼쪽에는 전술한 제2 배기채널(232)이 구비되고, 상기 제3 퍼지가스공급채널(254)과 상기 반응가스공급채널(220) 사이에는 제4 배기채널(239)이 구비된다.
이 경우, 도 2에 따른 실시예와 비교할 경우에 상기 원료가스공급채널(210A, 210B)과 반응가스공급채널(220) 사이의 거리를 더욱 넓힐 수 있다. 또한, 상기 제3 퍼지가스공급채널(254)에서 공급되는 퍼지가스에 의해 가스커튼의 효과를 더욱 높일 수 있으며, 제4 배기채널(239)을 추가함으로써 잔존가스를 보다 효과적으로 배기할 수 있게 된다. 따라서, 상기 원료가스공급채널(210A, 210B)에서 공급된 원료가스가 상기 반응가스공급채널(220)에서 공급된 반응가스와 기생반응하는 것을 최대한 억제할 수 있다.
도 3에서 전술한 구성요소 이외의 나머지 구성소요에 대해서는 도 2에서 상술하였으므로 반복적인 설명은 생략한다.
한편, 도 4는 또 다른 실시예에 따른 가스공급모듈(200")의 구성을 도시한 측단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 가스공급모듈(200")은 도 2의 실시예와 비교하여 상기 한 쌍의 제1 퍼지가스공급채널(250A, 250B) 및 제2 퍼지가스공급채널(252) 중에 적어도 하나는 상기 원료가스공급채널(210A, 210B)과 반응가스공급채널(220)에 비해 폭이 상대적으로 넓도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 한 쌍의 제1 퍼지가스공급채널(250A, 250B)의 폭(W1)은 상기 원료가스공급채널(210A, 210B)의 폭(W2)과 상기 반응가스공급채널(220)의 폭(W3)에 비해 상대적으로 더 크게 형성될 수 있다.
이 경우, 상기 원료가스공급채널(210A, 210B)과 상기 반응가스공급채널(220) 사이의 거리를 더 넓힐 수 있고, 상기 한 쌍의 제1 퍼지가스공급채널(250A, 250B)에서 공급되는 퍼지가스의 폭을 늘려서 가스커튼의 효과를 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 상기 한 쌍의 제1 퍼지가스공급채널(250A, 250B)로 공급되는 퍼지가스의 압력을 상승시키는 경우에 상기 퍼지가스에 의한 가스커튼의 효과를 더욱 향상시킬 수 있다. 나아가, 도면에는 도시되지 않았지만 상기 제1 배기채널(230), 제2 배기채널(232), 제3 배기채널(234), 외부 배기채널(236, 238)를 비롯한 각종 배기채널 중에 적어도 하나의 폭을 넓히거나 펌핑용량을 증가시킴으로써 상기 원료가스공급채널(210A, 210B)에서 공급된 원료가스가 상기 반응가스공급채널(220)에서 공급된 반응가스와 기생반응하는 것을 최대한 억제할 수 있다.
한편, 도 4에서는 상기 한 쌍의 제1 퍼지가스공급채널(250A, 250B)의 폭(W1)이 상대적으로 넓은 경우를 설명하였으나, 이에 한정되지는 않으며 상기 제2 퍼지가스공급채널(252)의 폭이 상대적으로 넓은 경우도 가능하며, 상기 한 쌍의 제1 퍼지가스공급채널(250A, 250B) 및 제2 퍼지가스공급채널(252)의 폭이 모두 넓은 형태도 가능하다.
도 4에서 전술한 구성요소 이외의 나머지 구성소요에 대해서는 도 2에서 상술하였으므로 반복적인 설명은 생략한다.
한편, 도 5는 또 다른 실시예에 따른 가스공급모듈(200''')의 구성을 도시한 측단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 가스공급모듈(200''')은 도 3의 실시예와 비교하여 상기 한 쌍의 제1 퍼지가스공급채널(250A, 250B), 제2 퍼지가스공급채널(252) 및 제3 퍼지가스공급채널(254) 중에 적어도 하나는 상기 원료가스공급채널(210A, 210B)과 반응가스공급채널(220)에 비해 폭이 상대적으로 넓도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 한 쌍의 제1 퍼지가스공급채널(250A, 250B)의 폭(W1)은 상기 원료가스공급채널(210A, 210B)의 폭(W2)과 상기 반응가스공급채널(220)의 폭(W3)에 비해 상대적으로 더 크게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제3 퍼지가스공급채널(254)의 폭(W4)도 상기 원료가스공급채널(210A, 210B)의 폭(W2)과 상기 반응가스공급채널(220)의 폭(W3)에 비해 상대적으로 더 크게 형성될 수 있다.
이 경우, 상기 원료가스공급채널(210A, 210B)과 상기 반응가스공급채널(220) 사이의 거리를 더 넓힐 수 있게 되고, 상기 한 쌍의 제1 퍼지가스공급채널(250A, 250B), 제2 퍼지가스공급채널(252) 또는 제3 퍼지가스공급채널(254)에서 공급되는 퍼지가스의 폭을 넓힐 수 있어 가스커튼의 효과를 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 한 쌍의 제1 퍼지가스공급채널(250A, 250B), 제2 퍼지가스공급채널(252) 또는 제3 퍼지가스공급채널(254)으로 공급되는 퍼지가스의 압력을 상승시키는 경우에 상기 퍼지가스에 의한 가스커튼의 효과를 더욱 향상시킬 수 있다. 나아가, 도면에는 도시되지 않았지만 상기 제1 배기채널(230), 제2 배기채널(232), 제3 배기채널(234), 외부 배기채널(236, 238)를 비롯한 각종 배기채널 중에 적어도 하나의 폭을 넓히거나 펌핑용량을 증가시킴으로써 상기 원료가스공급채널(210A, 210B)에서 공급된 원료가스가 상기 반응가스공급채널(220)에서 공급된 반응가스와 기생반응하는 것을 최대한 억제할 수 있다.
한편, 도 5에서는 상기 한 쌍의 제1 퍼지가스공급채널(250A, 250B) 및 제3 퍼지가스공급채널(254)의 폭이 상대적으로 넓은 경우를 설명하였으나, 이에 한정되지는 않으며 상기 제2 퍼지가스공급채널(252)의 폭이 상대적으로 넓은 경우도 가능하며, 상기 모든 퍼지가스공급채널의 폭이 넓은 형태도 가능하다.
도 5에서 전술한 구성요소 이외의 나머지 구성소요에 대해서는 도 3에서 상술하였으므로 반복적인 설명은 생략한다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 가스공급모듈(200)의 구성을 도시한 측단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 가스공급모듈(200)은 도 2의 실시예와 비교하여 상기 한 쌍의 원료가스공급채널(210A, 210B)의 단부에 상기 원료가스의 공급방향을 가이드하는 가이드부(610A, 610B)를 더 구비할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 가스공급모듈(200)은 상기 원료가스공급채널(210A, 210B)에서 공급되는 원료가스와 상기 반응가스공급채널(220)에서 공급되는 반응가스가 기생반응하는 것을 최대한 억제하도록 제공된다. 이를 위하여, 상기 원료가스공급채널(210A, 210B)에서 공급되는 원료가스가 상기 반응가스공급채널(220)로 이동하지 않도록 하며, 나아가 상기 원료가스공급채널(210A, 210B)과 상기 반응가스공급채널(220) 사이의 거리를 최대한 넓게 한다.
본 실시예의 경우, 상기 한 쌍의 원료가스공급채널(210A, 210B)에서 공급되는 원료가스가 상기 반응가스공급채널(220)로 이동하지 않고 상기 제1 배기채널(230)을 향하도록 상기 가이드부(610A, 610B)를 구비하게 된다.
구체적으로, 상기 가이드부(610A, 610B)는 상기 한 쌍의 원료가스공급채널(210A, 210B)의 양측 외벽(212, 214)의 단부에서 상기 제1 배기채널(230)을 향하도록 형성된다. 따라서, 상기 한 쌍의 원료가스공급채널(210A, 210B)에서 공급되는 원료가스는 상기 제1 배기채널(230)을 향하도록 공급되어 상기 기판(10)에 흡착되며, 상기 기판(10)에 흡착되지 않은 원료가스는 상기 제1 배기채널(230)을 통해 배기되어 반응가스와의 기생반응을 방지하게 된다.
한편, 도 6에서 상기 가이드부(610)는 상기 한 쌍의 원료가스공급채널(210A, 210B)의 양측 외벽(212, 214)의 단부에서 아래를 향해 돌출 형성되는 것으로 도시되는데, 상기 가이드부(610)는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 가이드부(610)는 상기 양측 외벽(212, 214)의 내부에서 안쪽을 향해 돌출 형성되거나, 또는 상기 한 쌍의 원료가스공급채널(210A, 210B)이 서로를 향해 경사지도록 구비되어 가이드부의 역할을 할 수도 있다.
한편, 전술한 가이드부(610A, 610B)는 도 3 내지 도 5의 실시예에 따른 가스공급모듈(200)의 구조에도 물론 적용 가능하다.
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.
100...챔버
200...가스공급모듈
210A, 210B...원료가스공급채널
220...반응가스공급채널
230...제1 배기채널
300...가스활성화유닛
610...가이드부
1000...박막증착장치
2000...가스공급부

Claims (13)

  1. 기판에 박막이 증착되는 증착공간을 제공하는 챔버;
    상기 기판을 향해 원료가스와 반응가스를 공급하고 잔존가스를 배기하는 가스공급모듈을 적어도 하나 구비하고, 상기 증착공간의 상부에 구비되는 가스공급부; 및
    상기 증착공간의 하부에 구비되어 기판이 안착되며 상기 가스공급부와 상대이동하는 기판지지부;를 구비하고,
    상기 가스공급모듈은 상기 기판을 향해 원료가스를 공급하는 한 쌍의 원료가스공급채널과, 상기 한 쌍의 원료가스공급채널의 일측에 이격되어 구비되어 상기 기판을 향해 반응가스를 공급하는 반응가스공급채널과, 상기 기판을 향해 퍼지가스를 공급하는 한 쌍의 제1 퍼지가스공급채널을 구비하고,
    상기 한 쌍의 원료가스공급채널 사이에 잔존가스를 배기하는 제1 배기채널을 포함하고, 상기 한 쌍의 원료가스공급채널의 바깥쪽에 상기 한 쌍의 제1 퍼지가스공급채널이 이웃하여 배치되며, 상기 원료가스공급채널과 상기 제1 퍼지가스공급채널 사이에 잔존가스를 배기하는 배기채널이 없는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반응가스공급채널과 상기 제1 퍼지가스공급채널 사이에 제2 배기채널이 구비되는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가스공급모듈의 양측 가장자리의 적어도 한쪽에 외부 배기채널을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 외부 배기채널의 바깥쪽에 퍼지가스공급채널을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 반응가스공급채널의 일측에 상기 한 쌍의 원료가스공급채널과 한 쌍의 제1 퍼지가스공급채널이 구비되고, 상기 반응가스공급채널의 타측에 제3 배기채널과 제2 퍼지가스공급채널이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 한 쌍의 제1 퍼지가스공급채널 및 제2 퍼지가스공급채널 중에 적어도 하나는 상기 원료가스공급채널과 반응가스공급채널에 비해 폭이 상대적으로 넓은 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 가스공급모듈의 양측 가장자리의 적어도 한 쪽에 외부 배기채널을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 반응가스공급채널과 상기 제1 퍼지가스공급채널 사이에 제3 퍼지가스공급채널이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 한 쌍의 제1 퍼지가스공급채널, 제2 퍼지가스공급채널 및 제3 퍼지가스공급채널 중에 적어도 하나는 상기 원료가스공급채널과 반응가스공급채널에 비해 폭이 상대적으로 넓은 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  12. 제1항, 제4항 내지 제11항 중에 선택된 어느 한 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 원료가스공급채널의 단부에 상기 원료가스의 공급방향을 가이드하는 가이드부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 가이드부는 상기 한 쌍의 원료가스공급채널에서 공급되는 원료가스가 상기 제1 배기채널을 향하도록 가이드하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.

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