KR102284795B1 - 인라인 박막 프로세싱 장치 - Google Patents

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Abstract

개시된 박막 프로세싱 장치:는 이송 트랙을 따라서 이동하는 서셉터 상의 기판에 대한 박막 프로세싱을 수행하는 샤워 헤드, 서셉터를 지지하는 것으로 상기 트랙에 대해 부유(浮游)하여 트랙에 대해 비접촉 상태에서, 상기 서셉터를 상기 이송 경로를 따라 이송시킴과 아울러 샤워 헤드에 대한 상기 기판의 간격을 조절할 수 있도록 상기 서셉터의 높이 제어가 가능한 하나 또는 그 이상의 수송부(transporter); 그리고 상기 수송부를 제어하는 수송부 제어 시스템;를 포함한다.

Description

인라인 박막 프로세싱 장치 {apparatus of inline thin-layer processing}
박막 처리 장치에 관한 것으로 하나의 이송 라인에서 여러 공정이 순차적으로 이루어지는 인라인 박막 처리 방법 및 장치에 관한 것이다.
사이클릭 ALD(cyclicatomic layer deposition) 방법은 저온에서 패턴이 형성된 기판 위에 원자층 두께 수준의 고품질 박막을 고르게 형성할 수 있다. 이러한 사이클릭 ALD는 고성능 반도체 DRAM의 고유전율(high-k) 및 S-LSI(super large scale integration) 제품 제작에 사실상 필수적으로 적용된다. 그러나, 전통적인 사이클릭 ALD 방법은 성막 속도가 느리기 때문에 대면적 제품, 예를 들어 디스플레이, 솔라셀 등 소자 제작에 불리하다.
스페셜(Spatial) ALD 방법은실리콘 태양전지 양산 등에 적용되고 있어 많은 주목을 받고 있으나 대면적 확장 및 다성분계 박막 증착에는 여전히 한계를 드러낸다.
서셉터(suscepter)/기판(substrate)을 왕복 이송(reciprocating transport) 하면서 진행되는 성막 방법은 파티클 생성의 문제와 대면적 제품에 대한 적용의 한계성을 가지며, 한편으로는 이송 장치의 반복적 가속 및 정지로 인한 빈번한 기계 고장을 겪는다.
순환 이송(circulating transport)을 적용하는 턴테이블 방법은 성막의 균일성(uniformity) 확보가 쉽지 않고, 대형 디스플레이에 대응한 대면적 확장이 어렵다.
모범적 실시 예에 따르면, 박막 증착 속도가 개선되고 대면적 제품의 제조에 적합한 인라인 박막 프로세싱 방법 및 장치가 제공된다.
모범적 실시 예에 따르면, 대면적 확장 및 다성분계 박막 증착에 유리한 인라인 박막 프로세싱 방법 및 장치를 제공된다.
모범적 실시 예에 따른 인라인 박막 프로세싱 장치:는
소정의 직선 구간과 곡선 구간을 포함하는 순환 이송 트랙(circular transport track) 상에 배치되는 적어도 하나의 터널형 프로세싱 챔버(tunnel-typed processing chamber);
상기 이송 트랙을 따라 순환 이동하는 것으로 프로세싱 대상 기판이 놓이는 스테이지를 포함하는 하나 또는 그 이상의 서셉터(susceptor);
상기 이송 트랙 상의 기판에 대한 박막 프로세싱을 수행하는 것으로 소스 가스 공급 모듈, 퍼지 가스 공급 모듈, 반응 가스 공급 모듈, 가스 배기모듈 중 적어도 하나 또는 그 이상의 박막 프로세싱 샤워 헤드; 그리고
상기 서셉터를 지지하는 것으로 상기 트랙에 대해 부유(浮游)하여 트랙에 대해 비접촉 상태에서, 상기 서셉터를 상기 이송 경로를 따라 이송시킴과 아울러 샤워 헤드에 대한 상기 기판의 간격을 조절할 수 있도록 상기 서셉터의 높이 제어가 가능한 하나 또는 그 이상의 수송부(transporter);를 포함하는 박막 프로세싱 장치;를 구비한다.
모범적 실시 예에 따르면, 상기 수송부:는 자기 부상 방식의 선형 모터의 구조를 포함하며, 상기 트랙에는 구동 코일이 마련되고 상기 수송부에는 상기 구동 코일에 대응하는 영구자석이 마련될 수 있다.
모범적 실시 예에 따르면, 상기 제어 시스템은 상기 수송부의 선형 모터를 제어하여 속도 및 방향을 포함하는 인라인 프로세싱 장치에서의 모든 제어를 수행할수 있다.
모범적 실시 예에 따르면, 상기 서셉터에는 챔버 내에서의 서셉터의 위치를 검출하는 위치 검출센서가 마련되어 있을 수 있다.
모범적 실시 예에 따르면, 상기 서셉터에 자기 반발력에 의해 다른 서셉터와의 충돌을 방지하기 위한 마그네틱 범퍼;가 마련될 수 있다.
모범적 실시 예에 따르면, 상기 하나의 서셉터는 다수의 수송부에 의해 지지될 수 있다.
모범적 실시 예에 따르면, 상기 수송부는 상기 서셉터를 지지하는 지지부를 포함하고, 상기 지지부는 상기 수송부에 대해 회동 제어가 가능하게 설치되어 상기 서셉터의 곡선 구간 이송 중 수송부에 대한 서셉터의 회동을 허용할 수 있게 되어 있다.
모범적인 실시 예에 따르면, 상기 가스 모듈:은 해당 가스를 기판으로 분사하는 가스 인입 경로 및 회수 경로가 형성되는 노즐 몸체와, 노즐 몸체에 회전 가능하게 설치되는 것으로 상기 가스 인입 경로에 연결되는 내부 가스 통로와 가스를 외부로 배출하여 그 회전 방향에 따라 그 내부로 유입된 가스를 상기 서셉터에 지지된 기판 또는 노즐 몸체의 회수 경로 중 어느 하나로 선택하여 진행시키는 가스 배출공을 가지는 회전형 노즐 헤드;를 포함할 수 있다.
모범적 실시 예에 따르면, 서셉터를 채널 내에서 트랙을 따라 이용시키는 수송부가 트랙에 대해 부양하여 비접촉 상태에서 이동한다. 이러한 구조는 기존의 기계식 이동구조에서 발생했던 진동 및 파티클 발생을 최대한 억제한다.
모범적 실시 예에 따르면, 하나의 서셉터에 대해 서셉터의 크기에 따라 조절된 수의 수송부를 다수 적용할 수 있으므로 기판의 대형화에 부응할 수 있다.
모범적 실시 예에 따르면 서셉터의 높이 조절이 가능하므로 기판과 노즐 간의 간격 조절이 가능하며, 정밀 제어에 의해 갭을 미크론 단위로 조절 가능하다.
도1은 모범적 실시 예에 따른 박막 프로세싱 장치의 평면 구조를 도식적으로 보인다.
도2는 도1에 도시된 장치에서 적용되는 수송부의 일부를 보이는 도식적 단면도이며,
도3은 도1에 도시된 장치에서 적용되는 수송부의 일부를 보이는 도식적 정면도이다.
도4는 모범적 실시 예에 적용되는 수송부의 구동 코일과 영구 자석을 배열을 개략적으로 도시한다.
도5는 모범적 실시 예에서 수송부의 수평 구동부와 수직 구동부에 의한 서셉터의 수직 부양 및 트랙에 대한 수평 방향 정렬을 보여 준다.
도6은 모범적 실시 예에서, 서셉터에 장착되는 원형 웨이퍼 또는 사각 패널의 장착 상태를 예시한다.
도7은 모범적 다른 실시 예에 따른 박막 프로세싱 장치의 평면 구조를 도식적으로 보인다.
도8은 도7에 도시된 수송부의 개략적 구조를 입체적으로 보이인다.
도9는 모범적인 실시 예에서, 슬라이딩 플레이트와 슬라이딩 베이스의 결합 구조를 예시한다.
도10은 모범적 실시 예에 따라 하나의 서셉터에 다수의 수송부가 설치된 구조를 보이는 사시도이다.
도11은 모범적 실시 예에 따라 하나의 서셉터에 연동하는 다수의 수송부가 설치된 구조를 보이는 정면도이다.
도12는 모범적 실시 예에 따라 서셉터 간의 충돌 방지 및 서셉터의 개별 위치 검출을 위한 구조를 예시한다.
도13은 모범적 실시 예에 따라 서셉터 간의 충돌 방지가 마련된 서셉터의 발췌 사시도이다.
도14는 모범적 실시 예에 따라 수송부의 수직 구동 구조(높이 조절 구조)에 따른 서셉터의 높이 조절에 따른 공정 간격의 조절을 보여 준다.
도15는 모범적 실시 예에 따라 서셉터에 공급될 전력을 무선으로 전송하는 방식을 채택한 무선식 송전부를 예시한다.
도16은 모범적 실시 예에 적용하는 샤워헤드의 도식적 사시도이다.
도17은 도16에 도시된 샤워 헤드의 구조를 개략적으로 보인다.
도18은 모범적 실시 예에 따라, 회전형 벨브에 의한 기판에 대한 가스의 공급 또는 가스의 우회 회수 또는 반송을 도식적으로 보여 준다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 모범적 실시 예들에 따른 인라인 박막 프로세싱 장치를 설명한다. 그러나, 이러한 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명 개념의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정 되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 모범적 본 발명 개념의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명 개념을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것으로 해석되는 것이 바람직하다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명 개념은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명 개념의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 반대로 제 2 구성 요소는 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명 개념을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, “포함한다” 또는 “갖는다” 등의 표현은 명세서에 기재된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 기술 용어와 과학 용어를 포함하여 본 발명 개념이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 지닌다. 또한, 통상적으로 사용되는, 사전에 정의된 바와 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니 될 것임은 이해될 것이다.
어떤 실시 예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 수행될 수도 있다.
첨부 도면에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조 과정에서 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 여기에 사용되는 모든 용어 "및/또는"은 언급된 구성 요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어 "기판"은 기판 그 자체, 또는 기판과 그 표면에 형성된 소정의 층 또는 막 등을 포함하는 적층 구조체를 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 "기판의 표면"이라 함은 기판 그 자체의 노출 표면, 또는 기판 위에 형성된 소정의 층 또는 막 등의 외측 표면을 의미할 수 있다.
도1은 모범적 실시 예에 따른 박막 프로세싱 장치에서 하나의 공정 또는 순환형 다수의 공정이 연속적으로 수행되는 트랙을 가지는 순환형 챔버의 평면 구조를 도식적으로 보인다.
도1에 도시된 바와 같이 챔버(10)는 나란한 두 직선 구간과 그 양측의 곡선 구간을 가지는 장원형 순환 경로(circulating path)를 가진다. 이러한 챔버(10)의 안쪽 바닥 중앙에는 순환 이송 트랙(circular transport track, 20)이 설치되어 있다. 이러한 트랙(20)은 다양한 형태로 변경 또는 발전이 가능하다. 이러한 트랙(20)을 따라서 공정이 진행 중인 기판을 탑재한 서셉터(30)가 위치한다. 서셉터(30)의 하부에는 트랙(20)을 따라서 활주(flying)하는 수송부(40)가 마련된다. 상기 서셉터(30)는 기판이 장착되는 부분으로서 그 내부에 기판을 가열하기 위한 히터를 내장할 수 있고, 기판을 진공 흡착 또는 정전기력에 의해 기판을 고정할 수 있으며, 경우에 따라서는 서셉터(30)의 표면에 형성되는 기판 장착홈에 끼워 고정할 수 도 있다.
수송부(40)는 자기부상 등의 구조에 의해 상기 트랙(20)에 대해 부유된 상태에서 이동한다. 수송부(40)는 자기부상 방식을 적용할 수 있으며, 따라서 자기부상 유도형 선형 모터(linear induction motor, 이하 선형 모터)의 구조를 가질 수 있다. 상기 유도형 선형 모터는 전체 시스템을 제어하는 제어 장치의 제어 하에 소정의 방향을 따라 움직인다. 상기 수송부(40) 또는 서셉터(30)의 속도는 상기 선형 모터의 제어에 의해 조절 가능하다.
이러한 선형 모터에 의한 서셉터 이송 구조는 마찰과 진동이 없으며 따라서 마찰과 진동에 의해 문제점을 크게 개선할 수 있게 된다. 선형 모터의 구조는 공지의 기술에 따라 트랙에 마련되는 레일의 구조에 적합하게 설계될 수 있다. 상기 수송부의 제어는 별도로 마련되는 수송부 제어 시스템에 의해 수행되며, 이 제어 시스템은 전체 박막 프로세서를 제어하는 전체 제어 시스템에 의해 제어될 수 있다.
도2는 상기와 같은 선형 모터를 적용하는 수송부(40)의 일부 구조를 보인 채널 내부를 보이는 도식적 발췌 단면도이며, 도3은 수송부(40)의 도식적 정면도이다.
도2, 도3에 도시된 바와 같이, 챔버(10)는 좌우 대칭적으로 마련되어 있는 2개의 레일(20a, 20a)를 포함하는 트랙(20)이 설치되는 바닥(10c)과 박막 프로세싱을 위한 가스 샤워 헤드(50)가 설치되는 천정(10d), 그리고 양측의 벽체(10a, 10b)를 구비한다. 모범적 실시 예에 따르면, 기판이 장착되는 서셉터(30)가 대형인 경우 두 개의 레일을 적용할 수 있고, 소형인 경우 하나의 레일을 적용할 수 있다.
서셉터(30)에는 상기 샤워헤드(50)를 좁은 간격으로 마주 대하는 공정 대상인 사각 또는 원형의 기판(60)이 설치되며, 그 하부에는 상기 트랙(20)의 레일(20a, 20a)을 따라 움직이는 수송부(40)가 설치된다.
상기 수송부(40)는 상기 양 레일(20a, 20a)에 대응하는 대칭적 선형 모터 구조를 가진다. 즉, 수송부(40)는 영구 자석 어레이가 형성되어 있는 운동체(moving part, 41)와 상기 운동체(41)에 대응하는 구동 코일이 마련되는 있는 고정체(stator or static part, 42)를 포함한다. 상기 운동체(41)와 고정체(42)를 포함하는 수송부(40)는 상기 서셉터(30)의 바닥 양측에 대칭적으로 형성된다.
도3에 도시된 바와 같이, 수직의 레일(20a) 각각의 위에 수평 구동부와 수직수평 구동부를 구성하는 요소에 포함되는 것으로서, 수평 자계와 수직 자계를 각각 형성하는 수평 구동 코일(42a)과 수직 구동 코일(42b)이 설치된 코일 고정판(42)이 마련되고, 상기 운동체(41)에 상기 수평 구동 코일(42a)과 수직 구동 코일(42b)에 대응하는 수평 구동 자석(41a) 및 수직 구동 자석(41b)가 설치된다. 상기 수평 구동 코일(42a)과 수평 구동 자석(41a)은 수평 구동부에 속하며, 수직 구동 코일(42b)과 수직 구동 자석(41b)은 수직 구동부에 속한다.
도4는 선형 모터 진행 방향으로 배치된 구동 코일과 영구 자석의 배열을 개략적으로 도시한다. 도4의 구조는 자석과 코일간의 자기 반발력을 이용하는 전형적 유도형 선형 모터의 구조를 적용한다. 도4에서 화살표는 코일과 자석 간의 상호 반발에 의한 척력을 방향을 나타낸다. 이러한 구조는 공지의 자기 부양 선형 모터에 대한 다양한 기술에 기초하여 수정 및 개량이 가능하다.
도5는 수평 구동부와 수직 구동부의 상기 수평 구동 코일(42a)과 수직 구동 코일(42b) 및 이에 대응하는 수평 구동 자석(41a)과 수직 구동 자석(41b)에 의한 서셉터(30)의 수직 부양 및 트랙에 대한 수평 방향 정렬을 설명한다.
수평 방향으로는 서셉터(30)의 하부 양측에 상호 대칭적으로 배치된 수평 구동 코일(42a)과 이에 마주 대하는 수평 구동 자석(41a)에 의해 서셉터(30)가 트랙의 중앙에 정렬되고, 수직 방향으로는 수직 구동 자석(41b)과 이에 대응하는 수직 구동 코일(42b)간의 자기적 반발력에 의해 소정 높이 부양하게 된다. 여기에서 수직 방향의 부양의 정도를 조절함으로서 기판(60)과 샤워헤드(50) 간의 간격을 조절할 수 있게 되는데 수직 구동부에 의한 서셉터(30)의 부양 높이의 미세 조절에 의해 기판과 샤워 헤드의 간격을 수 미크론 범위 내에서 조절 할 수 있다.
도6은 전술한 바와 같은 자기 부상 방식의 수송부(40)에 장착되는 서셉터(30)에 기판(60)으로서 원형 웨이퍼(60a) 또는 사각 패널(60b)이 장착된 상태를 예시한다.
도7은 모범적 다른 실시 예에 따른 박막 프로세싱 장치의 평면 구조를 도식적으로 보인다. 도7의 박막 프로세싱 장치는 하나의 서셉터(30)에 다수의 수송부(410)가 차량의 윤거 시스템과 같은 형태로 배치된 구조를 가진다.
도7을 참조하면, 도1에서 설명된 구조에서와 같이, 챔버(10)는 나란한 두 직선 구간과 그 양측의 곡선 구간을 가지는 장원형 순환 경로(circulating path)를 가진다. 챔버(10)의 안쪽 바닥 중앙에는 순환형 트랙(20)이 설치되고, 트랙(20)에는 기판을 탑재한 다수의 서셉터(30)가 올려져 있다. 서셉터(30)의 하부에는 트랙(20)을 따라 비행(flying)하는 다수의 수송부(410)가 서셉터(30)의 전후 및 그 중간에 설치된다.
상기 수송부(410)는 전술한 바와 같이 선형 유도 모터의 구조를 가질 수 있으며, 다른 실시 예에 따르면, 서셉터(30)의 크기가 작을 경우 하나의 서셉터(30)에 하나의 수송부(410) 만 설치될 수 도 있다.
도8은 도7의 설명에서 언급된 수송부(410)의 개략적 구조를 입체적으로 보이인다.
도8을 참조하면, 수송부(410)는 레일(20c)을 중심으로 그 양측에 대칭적으로 형성된 L 형 이동 프레임 또는 운동체(411, 411)를 포함한다. 상기 L형 운동체(411, 411)에는 전술한 바와 같은 수평, 수직 구동 자석(411a, 412a)이 설치된다. 이러한 L형 운동체(411, 411)는 링크 결합된 서포트 아암(413)에 의해 상호 연결된다. 상기 서포트 아암(413)의 양단은 양측 L형 운동체(411, 411)에 마련된 피봇(pivot, 414)를 통해서 연결되며, 따라서 서포트 아암(413)은 L형 운동체에 대해 회동이 가능하다. 상기 서프트 아암(413)의 중앙에는 서셉터 지지봉(416)이 자체 회전 가능하게 직립 설치되고, 그 상단에는 서셉터(30)를 회전 및 일방향으로의 운동이 가능한 슬라이더 조립체(418)가 마련된다. 슬라이더 조립체(418)는 상호 슬라이딩 운동하는 슬라이딩 가이드 플레이트(418a) 및 슬라이딩 베이스(418b)를 포함한다.
도9는 가이드 플레이트(418a)와 슬라이딩 베이스(418b)의 결합 구조를 예시하는데, (a)는 횡단면도이며, (b)는 종단면도이다.
도9의 (a), (b)를 참조하면,, 상기 슬라이딩 베이스 (418b)의 하부에는 직선 운동 안내부(418c')에 가이드 플레이트(418a)가 슬라이딩 가능하게 설치된다. 따라서, 상기 가이드 플레이트(418a)에 대해 상기 슬라이딩 베이스(418b)가 일 방향으로의 왕복 운동 가능하다.
위와 같은 서셉터의 회전 및 왕복 운동 구조에 따르면, 상기 서셉터(30)는 상기 슬라이딩 베이스(417)에 의해 수평 방향으로 위치 변경이 가능하고, 그리고 가이드 플레이트(418a)가 그 상단에 고정되는 회전 가능한 서셉터 지지봉(416)에 의해 상기 서셉터(30)의 회전이 가능하다. 따라서, 상기 서셉터(30)는 상기 수송부(410)에 대해 수평방향으로 회전 및 위치 변경이 가능하다. 도면에 표현되지는 않았지만 슬라이딩베이스가 가이드플레이트의 양단에 전자석을 배치하여 직선구간에서 운동시 슬라이딩 베이스가 중심위치로 복귀되게 할 수 있다. 이하의 도면에서 도면의 복잡성을 피하고 발명의 이해를 돕기 위하여 플레이트 및 슬라이딩 베이스가 생략될 수 있다.
도10은 도7의 설명에서 언급된 바와 같이, 하나의 서셉터(30)에 다수의 수송부(410)가 설치된 구조를 보이는 사시도이며, 도11은 그 정면도이다.
도10 및 도11을 참조하면, 챔버(10)의 바닥에 중앙에 수직의 싱글 레일(20b)이가 형성되어 있고 그 위에 수평 방향의 플랫폼(421)이 설치된다. 상기 플랫폼(421)의 양단은 상기 L형 운동체(41, 41)에 대응하는 고정체의 기능을 가지게 된다. 이를 위하여, 상기 고정체 플랫폼(421)의 양단에는 상기 양측 L형 운동체(41, 41)의 수평, 수직 구동 자석에 대응하는 수평 구동 코일(42a)과 수직 구동 코일(42b)이 해당 위치에 설치된다.
여기에서, 하나의 서셉터(30)에 대응하는 다수의 수송부(410)는 도면에는 표현되지 않았지만 적절한 연동 구조에 의하여 상호 연동될 수 있다. 도10 및 11에서 참조번호 “419”는 다수의 수송부(410)를 연결하는 연결 아암 이다. 이는 상기 연동 구조의 일부 요소에 해당한다. 상기 연결 아암(419)은 상기 수송부(410) 간의 거리를 일정하게 유지시키며, 각 지지봉((416) 및 서포트 아암(413)의 회동은 허용되도록 설치된다.
도12는 서셉터 간의 충돌 방지 및 서셉터의 개별 위치 검출을 위한 충돌방지 범퍼 및 위치 검출 센서가 적용된 서셉터를 예시하며, 도13은 충돌 방지 범퍼 및 센서가 장착된 두 인접 서셉터를 도식적으로 발췌 도시한다. 도12, 13에서 두 서셉터를
먼저 도12와 도13을 참조하면, 샤워헤드(50)의 하부를 지나가는 두 서셉터(30)의 양측단에 자석의 반발력을 이용한 충돌 방지 범퍼(31)가 설치되어 있다. 한편, 상기 샤워헤드(50)의 일 측에는 서셉터(30)가 지나갈 때에 해당 서셉터(30)에 위치 알림용 파일럿 광원(61)이 마련되고, 서셉터(30) 각각에는 이를 수광하는 센서(62)가 마련되어 있다. 서셉터(30)의 충돌 방지 범퍼(31)는 인접한 다른 서셉터(30)의 범퍼(31)와 상호 자기 반발력에 의해 서로 밀어내며, 따라서 트랙상의 진행하는 서셉터(30)들 간의 충돌이 방지된다.
상기 서셉터(30)에 마련되는 센서(62)는 샤워헤드(50)에 대한 상대 위치를 파악하고 이러한 위치 정보를 이용해, 예를 들어 샤워 헤드(50)의 가스 노즐 어레이의 유효 증착 존 (zone)에서만 성막 또는 에칭 등의 박막에 대한 제반 프로세스가 진행될 수 있게 한다.
위와 같은 박막 프로세싱을 위한 서셉터의 위치 판단은 광원과 센서를 이용하는 광학적 방법이 바람직하나, 기계적 또는 전기적 인터럽트 방식의 기존의 다른 공지의 기술의 적용도 가능하다.
도14는 수송부(40)의 수직 구동 구조(높이 조절 구조)에 따른 서셉터(30)의 높이 조절(h2)에 따른 공정 간격(h1)의 조절을 예시한다. 모범적인 실시 예에 따르면, 전술한 바와 같이 상기 수송부(40)는 상기 서셉터(30)의 높이 조절도 수행한다.
도14에 도시된 바와 같이, 서셉터(30)의 높이 조절은 샤워헤드(50)의 노즐과의 간격 조절을 의미하며, 모범적 실시 예에 따라 자기 부상 방식, 즉 전술한 수직 구동 코일(42b)과 수직 구동 자석(41b)에 의해 수행된다. 여기에서 수직 구동 코일(42b)에 대한 구동 전압 조정을 통해서 부상 높이를 미세하게 미크론 단위로 제어할 수 있게 된다. 이러한 상기 수직 높이 제어는 박막 프로세싱 장치의 제어 시스템의 제어 알고리즘을 통해서 수행될 수 있다. 샤워헤드(50)와 서셉터(30)간의 갭(h1)은 별도로 부설되는 센서 등의 높이 측정기에 의해 측정 가능하며, 이를 통해서 서셉터(30)의 부상 높이(h1)를 간접적으로 확인할 수 있다.
한편, 상기 서셉터(30)에 여러 전기적 장치가 부설될 수 있으며, 이를 위한 전력 공급이 필요하다. 이러한 전력 공급은 도13에 도시된 바와 같이 트랙을 따라 설치되는 레일 형태의 급전부(71)와 급전부(71)에 슬라이딩하는 하는 팬토그래프형 수전부(72)를 포함하는 습동식 송전부(70)를 통해서 트랙의 하부로부터 전력을 공급받을 수 있다.
도15는 서셉터(30)에 공급될 전력을 무선으로 전송하는 방식을 채택한 무선식 송전부(80)를 예시한다.
무선식 송전부(80)는 전기장 유도에 의해 전력을 전달하는 방식으로서, 수송부(40)의 운동체(41)와 이에 대응하는 채널의 바닥에 급전 코일(81) 및 수전 코일(82)을 포함한다. 이러한 무선식 급전부(90)는 전송 전력의 한계가 있으므로, 서셉터(30)의 하부에는 상기 송전부(90)를 통해 공급된 전력을 저장하는 배터리(93)를 포함할 수 있다. 상기 배터리(93)는 상기 서셉터(30)의 하부에서 열전연층에 의해 보호되며, 상기 송전부(90)를 통해 공급되는 전력을 저장한다. 이러한 무선 충전 방식을 자기 유도가 아닌 자기 공명 방식으로도 실현 가능하다.
도16은 모범적 실시 예에 적용하는 샤워헤드(50)의 도식적 사시도이다.
서셉터(30)에 장착된 기판(60)에 가스를 공급하는 샤워 헤드(50)는 다수의 가스 노즐 헤드(51)를 포함하며, 가스 노즐 헤드(51)의 사이에는 퍼지 가스 공급 헤드 또는 배기 헤드(52)가 마련될 수 있다. 노즐 헤드(51)는 가스 공급관(51a) 및 회수관(51b)를 포함하며, 가스가 토출되는 가수 분출구(52)는 회전형 벨브(53)에 다수 형성된다.
샤워헤드(50)의 회전형 벨브(53)는 서셉터(30)의 위치에 따라 반응 가스 공급을 단속한다. 즉, 서셉터(30)가 회전형 벨브(53)의 하부를 지날 때에는 반응가스가 서셉터(53) 방향으로 공급되게 하여 반응가스가 서셉터(30) 상의 기판(60) 공급되게 하고, 그리고 서셉터(30)가 샤워헤드(50)로부터 벗어났을 때, 회전형 벨브(53)는 공급되는 반응가스를 차단하고, 그 내부에서 반응가스가 우회 가스 경로를 통해 회수되도록 한다. 이에 대해서는 도17및 도18의 설명을 통해서 보내 깊이 이해할 수 있다.
도17은 도16에 도시된 샤워 헤드(50)에 다수 마련되는 개별 노즐 헤드(51)의 몸체 내에 마련되는 가스 공급용 가스 챔버(51a)와 가스 챔버(51a)로부터의 가스를 기판으로 배출 또는 다른 방향으로 우회시켜 회수용 캐니스터 등으로 보내는 노즐을 가지는 회전형 밸브(51b)의 관계를 보이는 사시도이다.
도17을 참조하면, 외부로부터 주입된 가스가 저장소(reservoir, 51a)로 유입되어 저장되고, 저장소(51a)에 저장되어 있는 가스가 회전형 벨브(53)에 의해 외부로의 차단 또는 외부로의 배출이 허용된다. 상기 저장소(51a)의 상하에는 가스의 유입 및 배출되는 관통공을 가짐으로써 가스 분출이 균일하도록 하는 필터판(51a', 51a")이 마련되어 있다. 회전형 밸브(53)에는 그 끝 부분이 기판을 향하여 가스를 배출하는 배출구가 마련되는 하나의 직선적 메인 가스 통로(53a)와 메인 가스 통로(53a)의 중간으로부터 연장되는 우회 가스 경로(53b)가 형성되어 있다. 모범적 다른 실시 예에 따르면, 상기 직선적 메인 가스 통로에서 기판을 향하는 가스 배출구는 슬릿형으로 길게 형성될 수 있다.
도18은 상기 회전형 벨브(53)에 의한 기판에 대한 가스의 공급 또는 가스의 우회 회수 또는 반송을 도식적으로 보여 준다. 도18의 (a)는 회전형 벨브(53)가 기판에 가스를 공급하기 위한 제1위치에 놓임으로써 저장소(51a)로부터의 가스가 그 직하방으로 진행하여 기판을 향하여 배출될 수 있는 상태를 도시한다. 그리고 도18의 (b)는 상기 회전형 벨브(53)가 상기 기판에 대한 가스 공급을 차단하는 제2위치에 놓임으로써, 상기 챔버(51a)로부터의 가스를 차단하지 않고, 이 가스를 우회경로(51c)를 통해 외부로 반송하게 된다.
모범적 실시 예에 따르면, 샤워 헤드의 각 노즐 헤드는 가스 출구가 회전식 코어셀 실린더 타입 벨브(core shell cylinder type valve)에 의해 제공되며, 가스를 기판 위로 공급하거나 우회 경로(51c)를 통해 저장소(51a) 바깥으로 배출하여 재활용될 수 있게 한다.
상기 회전형 벨브(53)는 별도의 구동적 장치에 의해 작동함으로써 가스의 인젝션 또는 리커버(회수)을 순간적으로 전환할 수 있게 된다. 이러한 작동은 서셉터에 마련되는 센서 등에 의해 작동 위치를 결정할 수 있다. 이러한 작동 방식은 이는 기판이 없을 때 소스 가스가 저장소로 유입되어 파티클을 발생(생성)하는 문제를 해결 할 수 있다.
위에서 설명되는 모범적 실시예에 따른 박막 프로세싱 장치의 트랙 또는 챔버는 다양한 형태로 구현 가능하다. 예를 들어 도1에 도시된 바와 같은 곡선 구간과 직선 구간을 포함하는 단순 순환 형태를 가질 수 있다. 다른 실시예에 따르면 상기와 같은 공정별 순환 트랙이 다수 밀집되어 상호 연계될 수 있으며, 여기에는 직선 구간과 곡선 구간이 설계 조건에 따라 다양한 형태로 배치될 수 있다. 공정 별 챔버들의 사이에는 로드락 챔버(load lock chamber)가 마련되어 기판에 대기에 노출되게 않고 다른 공정 챔버로의 이송이 가능하다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자 제조 방법은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 챔버
10a, 10b: 챔버벽체
10c: 챔버 바닥
10d: 챔버 천정
20: 트랙
20a: 레일
20c: 레일
30: 서셉터
31: 범퍼
40: 수송부
41: 운동체
41b: 수직 구동 자석
41a: 수평 구동 자석
42: 고정체
42a: 수평 구동 코일
42b: 수직 구동 코일
50: 샤워헤드
51: 노즐 헤드
60: 기판

Claims (9)

  1. 순환 이송 경로 상의 직선 구간과 곡선 구간을 포함하는 순환 이송 트랙(circular transport track) 상에 배치되는 터널형 프로세싱 챔버(tunnel-typed processing chamber);
    상기 순환 이송 트랙을 따라 순환 이동하는 것으로 프로세싱 대상 기판이 놓이는 스테이지를 포함하는 하나 또는 그 이상의 서셉터(susceptor);
    상기 순환 이송 트랙 상의 서셉터에 마련되는 기판에 대한 ALD 박막 프로세싱을 수행하는 것으로 소스 가스 공급 모듈, 퍼지 가스 공급 모듈, 반응 가스 공급 모듈, 가스 배기모듈 중 적어도 하나 또는 그 이상의 박막 프로세싱 샤워 헤드; 그리고
    상기 서셉터를 지지하는 것으로 상기 순환 이송 트랙에 대해 부유(浮游)하여 순환 이송 트랙에 대해 상기 서셉터를 상기 순환 이송 트랙을 따라 이송시키는 하나 또는 그 이상의 수송부(transporter);를 포함하는 박막 프로세싱 장치에 있어서,
    상기 샤워 헤드:는
    가스 챔버와 이에 연결되는 가스 공급관 및 회수관를 포함하는 다수의 노즐 헤드; 그리고
    상기 가스 챔버로부터의 가스를 상기 기판 또는 회수관으로 진행시키는 가스통로를 구비하는 것으로, 상기 기판을 향하여 가스를 토출하는 배출구가 마련되는 하나의 직선적 메인 가스 통로와 메인 가스 통로의 중간으로부터 연장되는 우회 가스 통로를 구비하는 회전형 벨브;를 포함하고,
    상기 서셉터가 샤워 헤드 밑으로 들어 왔을 때 상기 회전형 벨브가 제1위치로 회전되어 상기 메인 가스 통로가 챔버와 연결되면서 상기 챔버로부터의 가스를 상기 배출구를 통해 상기 기판으로 분사하고, 그리고
    상기 서셉터가 샤워 헤드로 부터 벗어났을 때 상기 회전형 벨브가 제2위치로 회전되어 상기 가스 우회 통로가 상기 가스 챔버에 연결되어 상기 가스 챔버로 부터의 기판으로 향하던 가스를 상기 메인 가스 통로를 통해 상기 회수관으로 즉시 반송되도록 되어 있는, 박막 프로세싱 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수송부는 자기 부상 방식의 선형 모터의 구조를 포함하는 것으로, 상기 서셉터 측에 마련되는 운동체와 상기 트랙 측에 마련되는 고정체를 포함하는, 박막 프로세싱 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수송부는 상기 서셉터를 수평 방향 및 상하 방향으로 위치 조절하는 수평 구동부와 수직 구동부를 포함하는, 박막 프로세싱 장치.
  5. 제1항, 제2항 또는 제4항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 서셉터에는 챔버 내에서의 서셉터의 위치를 검출하는 위치 검출센서가 마련되어 있는, 박막 프로세싱 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 서셉터에 자기 반발력에 의해 다른 서셉터와의 충돌을 방지하기 위한 마그네틱 범퍼;가 마련되어 있는, 박막 프로세싱 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 수송부는 상기 서셉터를 순환 이송 가능하게 지지하는 지지부를 포함하는,박막 프로세싱 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 지지부에는 상기 서셉터의 일방향 왕복운동을 허용하는 것으로, 상기 서셉터의 하부에 고정되는 가이드 플레이트 및 상기 가이드 플레이트가 슬라이딩 가능하게 결합되는 슬라이딩 베이스를 포함하는 슬라이더 조립체가 마련되어 있는, 박막 프로세싱 장치.
  9. 삭제
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