KR102230936B1 - 원자층 증착 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원자층 증착 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 공정 압력이 조절 가능한 챔버, 챔버 내에 배치되고, 기재의 주행 방향을 따라 차례로 배열된 복수 개의 전구체 가스 공급 포트 및 기재의 주행 방향을 기준으로 양 측에 위치한 제1 및 제2 가스 커튼 포트를 갖는 가스 분배 플레이트 및 기재 이송을 위한 복수 개의 가이드 롤을 구비하는 기재 캐리어를 포함하는 원자층 증착 장치가 제공된다.

Description

원자층 증착 장치{Apparatus of Atomic Layer Deposition}

본 발명은 원자층 증착 장치에 관한 것이다.

기재 상에 막을 형성하는 방법으로, 예를 들어 원자층 증착 방법이 있다.

원자층 증착(ALD: Atomic Layer Deposition)은, 통상적으로 기상(gas phase)인 화학물질의 순차적인 공급에 기반하여 기재 상에 막을 형성하는 기술로서, 다양한 분야에 적용되고 있다.

도 1은 일반적인 원자층 증착 장치(1)를 나타내는 개략도이며, 특히 공간분할 방식의 원자층 증착 장치(1)를 나타낸다.

원자층 증착장치(1)는 복수 개의 공급 포트(11, 12, 13)을 갖는 가스 분배 플레이트(10) 및 기재(20)을 이송하기 위한 이송장치를 포함한다. 상기 가스 분배 플레이트(10)는 기재(20) 상에 하나 이상의 전구체 가스(precursor A, B)를 공급하기 위한 전구체 가스 공급 포트(11, 12) 및 불활성 가스 등의 퍼지(purge) 가스를 공급하기 위한 퍼지 가스 공급 포트(13)를 갖는다.

본 발명은 기재의 주행성을 확보하고, 공정압력을 높일 수 있으며, 막 품질을 향상시킬 수 있는 원자층 증착 장치에 관한 것이다.

상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 공정 압력이 조절 가능한 챔버; 챔버 내에 배치되고, 기재의 주행 방향을 따라 차례로 배열된 복수 개의 전구체 가스 공급 포트 및 기재의 주행 방향을 기준으로 양 측에 위치한 제1 및 제2 가스 커튼 포트를 갖는 가스 분배 플레이트; 및 가스 분배 플레이트에 대하여, 기재 이송을 위한 복수 개의 가이드 롤을 구비하는 기재 캐리어를 포함하는 원자층 증착 장치가 제공된다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 공정 압력이 조절 가능한 챔버; 챔버 내에 배치되고, 기재의 주행 방향을 따라 차례로 배열된 복수 개의 전구체 가스 공급 포트 및 기재의 주행 방향을 기준으로 양 측에 위치한 제1 및 제2 가스 커튼 포트를 갖는 복수 개의 가스 분배 플레이트; 및 적어도 2개의 방향을 따라 기재를 이송시키도록 배열된 복수 개의 가이드 롤을 구비하는 기재 캐리어를 포함하며, 적어도 2개의 가스 분배 플레이트는, 서로 다른 방향에서 기재에 전구체 가스를 분사하도록 배열된 원자층 증착 장치가 제공된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 적어도 일 실시예와 관련된 원자층 증착 장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.

롤-투-롤(roll-to roll) 공정을 통해 기재를 주행 시, 가이드 롤 표면에 증착이 이루어지는 것을 차단함으로써, 주행성을 향상시킬 수 있다.

또한, 시분할 원자층 증착법과 동등 수준의 막 품질을 유지하면서도, 공정 압력 및 증착 속도를 높일 수 있다.

도 1은 일반적인 원자층 증착 장치를 나태내는 개략도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 원자층 증착 장치를 나타내는 개략도들이다.
도 4는 도 2에 도시된 가스 분배 플레이트의 평면도이다.
도 5는 도 2에 도시된 기재의 평면도이다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.

또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 원자층 증착 장치(100)를 나타내는 개략도들이고, 도 4는 도 2에 도시된 가스 분배 플레이트(200)의 평면도이며, 도 5는 도 2에 도시된 기재(300)의 평면도이다.

본 발명의 일 실시예와 관련된 원자층 증착장치(100)는 롤-투-롤 원자층 증착장치(100)이고, 공간분할 방식의 원자층 증착장치(100)이다. 전술한 바와 같이, 본 발명은 공간분할 방식의 원자층 증착장치(100)임에도 불구하고, 시분할 원자층 증착장치와 동등 수준의 막 품질을 유지하면서도, 공정 압력 및 증착 속도를 높일 수 있는 효과를 갖는다.

상기 원자층 증착장치(100)는 챔버(110), 가스 분배 플레이트(200), 및 기재 캐리어(400)를 포함한다.

상기 챔버(110)는 기재(300) 상에 전구체 가스가 증착되어 막이 형성되는 하나 이상의 처리 영역을 제공한다. 또한, 상기 챔버(110)는 공정 온도 및 공정 압력이 조절 가능하게 마련된다.

또한, 단일의 챔버(110)는 복수 개의 처리 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기재(300)의 주행방향을 따라 복수 개의 가스 분배 플레이트(200)가 소정 간격으로 떨어져 배열됨에 따라, 복수 개의 처리 영역이 형성될 수도 있다.

이와는 다르게, 도 3을 참조하면, 기재(300)의 주행방향을 기준으로 상부, 하부에 가스 분배 플레이트(200)가 각각 배열될 수 있고, 이에 따라 상부 하부에 각각 처리 영역이 마련될 수도 있다.

구체적으로, 도 3을 참조하면, 원자층 증착 장치는 복수 개의 가스 분배 플레이트(200)를 포함한다. 또한, 원자층 증착 장치는 적어도 2개의 방향을 따라 기재(300)를 이송시키도록 배열된 복수 개의 가이드 롤(510, 520)을 구비하는 기재 캐리어(500)를 포함한다. 예를 들어, 복수 개의 가이드 롤은, 기재(300)의 주행방향을 전환시키기 위한 제1 가이드 롤(510) 및 소정 방향으로 기재(300)를 이송시키기 위한 제2 가이드 롤(520)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 가이드 롤(510, 520)의 크기는 다를 수 있고, 제1 가이드 롤(510)은 제2 가이드 롤(520) 보다 크게 마련될 수 있다.

이때, 적어도 2개의 가스 분배 플레이트(200)는, 서로 다른 방향(상부/하부)에서 기재(300)에 전구체 가스를 분사하도록 배열될 수 있다.

또한, 상기 가스 분배 플레이트(200)는 챔버(110) 내에 배치되고, 상기 챔버(110) 내에서 주행하는 기재(300)을 향하여 전구체 가스 등을 공급하는 기능을 수행한다.

또한, 상기 가스 분배 플레이트(200)는 기재(300)의 주행 방향을 따라 차례로 배열된 복수 개의 전구체 가스 공급 포트(213, 214) 및 기재(300)의 주행 방향을 기준으로 양 측에 위치한 제1 및 제2 가스 커튼 포트(220, 230)를 갖는다. 또한, 전구체 가스 공급 포트(214) 및 제1 및 제2 가스 커튼 포트(220, 230)는 기재(300)과 마주하는 가스 분배 플레이트(200)의 전면(201)에 마련된다. 복수 개의 전구체 가스 공급 포트(213, 214)는 서로 다른 전구체를 각각 공급하도록 마련될 수 있다. 전구체 공급 포트(213, 214)의 개수는 증착 물질의 종류와 증착 두께에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 제1 전구체 공급 포트(213)는 H₂O 공급포트일 수 있고, 제2 전구체 공급 포트(214)는 TMA 공급포트일 수 있다.

각각의 전구체 가스 공급 포트(213, 214)는 해당 전구체 가스 공급원과 연결되어, 기재(300)을 향하여 전구체 가스를 분사하도록 마련되며, 이에 따라 기재(300) 상에 막이 형성된다. 이때, 설명의 편의 상, 본 문서에서 전구체 가스 공급 포트(213, 214)를 통해 기재(300) 상에 전구체 가스가 도포되는 영역을 '가스 공급 영역'이라 지칭할 수 있다.

도 3 및 도 5를 참조하면, 본 문서에서, 기재(300)의 주행방향(x축 방향)을 가스 분배 플레이트(200) 및 기재(300)의 길이방향이라고 지칭하고, 기재(300)의 주행방향에 직교하는 방향(y축 방향)을 가스 분배 플레이트(200) 및 기재(300)의 폭 방향이라 지칭한다.

복수 개의 전구체 가스 공급 포트(213, 214)는 가스 분배 플레이트(200)의 길이방향(x축 방향)을 따라 차례로 배열될 수 있고, 각각의 전구체 가스 공급 포트(213, 214)는 가스 분배 플레이트(200)의 폭 방향(y축 방향)을 따라 연장된 채널 형태를 가질 수 있다.

또한, 인접하는 전구체 가스 공급 포트(213, 214) 사이에는 진공 포트(212)가 마련될 수 있고, 인접하는 전구체 가스 공급 포트(213, 214) 사이에는 퍼지 가스 공급 포트(211)가 마련될 수 있다.

이때, 제1 및 제2 가스 커튼 포트(220, 230)는 기재(300)의 주행 방향(x축 방향)을 기준으로 양 측, 즉 가스 분배 플레이트(200의 폭 방향의 양 가장자리에 각각 위치한다. 각각의 가스 커튼 포트(220, 230)는 불활성 가스(예를 들어, N₂) 공급원과 연결되며, 가스 커튼 포트(220, 230)를 통해 불활성 가스가 기재(300) 측으로 분사된다. 이때, 각각의 가스 커튼 포트(220, 230)는 가스 분배 플레이트(200)의 길이 방향(y축 방향)을 따라 연장된 채널 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 각각의 가스 커튼 포트(220, 230)는 전구체 가스 공급 포트(214)와 직교한 상태로 배열될 수 있다.

또한, 기재 캐리어(400, 500)는 가스 분배 플레이트(200)에 대하여 기재(300)를 주행시키기 위한 복수 개의 가이드 롤(410, 510, 520)을 구비한다. 즉, 기재 캐리어(400, 500)는 롤-투-롤 방식으로 구성된다. 또한, 상기 기재 캐리어(400, 500)는 기재(300)를 적어도 하나의 방향을 따라 이송시키도록 마련될 수 있다.

한편, 본 발명에서와 같이, 챔버(110) 내에서 가이드 롤(410)을 통해 기재(300)을 이송하는 경우, 기재(300)의 폭 방향 가장자리(320) 측에도 전구체 가스가 증착되면, 가이드 롤(410) 표면에도 증착이 이루어질 수 있다. 그러나 가이드 롤(410) 표면에 증착이 이루어지는 경우, 이물 생성으로 인해 표면 손상이 발생하고, 주행성이 떨어지는 문제가 발생한다.

이와 같은 문제를 개선하고자 본 발명에서, 제1 및 제2 가스 커튼 포트(220, 230)는 기재(300)의 주행방향을 기준으로 양 측(폭 방향 양 가장자리)에 각각 주행방향을 따라 전구체 가스 미증착 영역(320)이 발생하도록 가스 공급 영역의 경계를 형성한다. 즉, 제1 및 제2 가스 커튼 포트(220, 230)는 기재(300)의 폭 방향 양 측 가장자리로 불활성 가스를 분사하도록 마련된다.

구체적으로, 전구체 가스 공급 포트(214)를 통해 전구체 가스가 분사될 때, 제1 및 제2 가스 커튼 포트(220, 230)을 통해 불활성 가스가 분사된다. 이때, 전구체 가스 공급 포트(214)를 통해 기재(300) 상으로 분사된 전구체 가스는 1 및 제2 가스 커튼 포트(220, 230)에서 분사된 불활성 가스에 의해, 기재(300)의 폭 방향 양 측 가장자리에 도포되지 않는다. 따라서, 기재(300)의 증착면(301)은 중앙부의 증착 영역(310)과 폭 방향 양 측 가장자리의 미증착 영역(320)으로 구분된다(도 4 참조).

또한, 제1 및 제2 가스 커튼 포트(220, 230)는 가이드 롤(410) 표면으로 전구체 가스가 공급되는 것을 차단하도록 마련된다.

또한, 제1 및 제2 가스 커튼 포트(220, 230)는 복수 개의 전구체 가스 공급 포트(214)에 대하여 가스 공급 영역의 경계를 형성하도록 마련될 수 있다. 이와는 다르게, 제1 및 제2 가스 커튼 포트(220, 230)는 복수 개의 전구체 가스 공급 포트(214) 중 일부에 대하여 가스 공급 영역의 경계를 형성하도록 마련될 수도 있다.

한편, 기재(300)의 미증착 영역(320)의 폭(w2)은 0.5mm 내지 30mm 일 수 있다.

또한, 높은 공정 압력에서 막 형성이 가능하고, 이에 따라 넓은 공정 압력 범위에서 막 형성이 가능하고, 예를 들어, 공정 압력은 0.5 내지 7 Torr일 수도 있고 또는 상압 영역으로 공정 압력이 유지될 수 있다.

또한, 공정 온도는 증착 물질에 따라 다양하게 결정될 수 있고, 예를 들어, 약 80 내지 120℃일 수 있다.

또한, 기재의 주행속도는 0.5 내지 50m/min일 수 있고, 예를 들어, 주행속도 12m/min에서 증착속도는 5.3nm/min일 수 있다.

위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

100: 원자층 증착 장치
200: 가스 분배 플레이트
300: 기재
400, 500: 기재 캐리어
410, 510, 520: 가이드 롤

Claims (10)

1. 공정 압력이 조절 가능한 챔버;
   챔버 내에 배치되고, 기재의 주행 방향을 따라 차례로 배열된 복수 개의 전구체 가스 공급 포트 및 기재의 주행 방향을 기준으로 양 측에 위치한 제1 및 제2 가스 커튼 포트를 갖는 가스 분배 플레이트; 및
   가스 분배 플레이트에 대하여, 기재 이송을 위한 복수 개의 가이드 롤을 구비하는 기재 캐리어를 포함하며,
   복수 개의 가이드 롤은, 기재의 주행방향을 전환시키기 위한 제1 가이드 롤 및 소정 방향으로 기재를 이송시키기 위한 제2 가이드 롤을 포함하며,
   제1 및 제2 가스 커튼 포트는 가이드 롤 표면으로 전구체 가스가 공급되는 것을 차단하도록, 기재의 폭 방향 양 측 가장자리로 불활성 가스를 분사하도록 마련되고,
   제1 및 제2 가스 커튼 포트는 기재의 주행방향을 기준으로 양 측에 각각 주행방향을 따라 전구체 가스 미증착 영역이 발생하도록 가스 공급 영역의 경계를 형성하되, 미증착 영역의 폭은 0.5mm 내지 20mm 인 원자층 증착 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   제1 및 제2 가스 커튼 포트는 복수 개의 전구체 가스 공급 포트에 대하여 공급 영역의 경계를 형성하도록 마련된 원자층 증착 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   제1 및 제2 가스 커튼 포트는 복수 개의 전구체 가스 공급 포트 중 일부에 대하여 공급 영역의 경계를 형성하도록 마련된 원자층 증착 장치.
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서,
   기재의 주행속도는 0.5 내지 50m/min인 원자층 증착 장치.
8. 제 1 항에 있어서,
   인접하는 전구체 가스 공급 포트 사이에는 진공 포트가 마련된 원자층 증착 장치.
9. 제 1 항에 있어서,
   인접하는 전구체 가스 공급 포트 사이에는 퍼지 가스 공급 포트가 마련된 원자층 증착 장치.
10. 공정 압력이 조절 가능한 챔버;
    챔버 내에 배치되고, 기재의 주행 방향을 따라 차례로 배열된 복수 개의 전구체 가스 공급 포트 및 기재의 주행 방향을 기준으로 양 측에 위치한 제1 및 제2 가스 커튼 포트를 갖는 복수 개의 가스 분배 플레이트; 및
    적어도 2개의 방향을 따라 기재를 이송시키도록 배열된 복수 개의 가이드 롤을 구비하는 기재 캐리어를 포함하며,
    적어도 2개의 가스 분배 플레이트는, 서로 다른 방향에서 기재에 전구체 가스를 분사하도록 배열되며,
    복수 개의 가이드 롤은, 기재의 주행방향을 전환시키기 위한 제1 가이드 롤 및 소정 방향으로 기재를 이송시키기 위한 제2 가이드 롤을 포함하며,
    제1 및 제2 가스 커튼 포트는 가이드 롤 표면으로 전구체 가스가 공급되는 것을 차단하도록, 기재의 폭 방향 양 측 가장자리로 불활성 가스를 분사하도록 마련되고,
    제1 및 제2 가스 커튼 포트는 기재의 주행방향을 기준으로 양 측에 각각 주행방향을 따라 전구체 가스 미증착 영역이 발생하도록 가스 공급 영역의 경계를 형성하되, 미증착 영역의 폭은 0.5mm 내지 20mm 인, 원자층 증착 장치.

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