KR102318813B1 - 플라즈마 원자층 증착 장치 - Google Patents

플라즈마 원자층 증착 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 관점에 의한 플라즈마 원자층 증착 장치는 반응기; 상기 반응기 내의 상부에 배치되어, 플라즈마를 생성하기 위한 RF 전원이 인가되되, 원료가스, 반응가스, 퍼지가스가 교대로 공급될 수 있도록 구성된, 샤워헤드; 상기 샤워헤드의 하방에서 상기 샤워헤드와 대향하도록 배치되되, 서로 이격된 복수의 기판의 적어도 각각의 중앙부와 직접 접촉하여 상기 복수의 기판을 지지하면서 가열할 수 있도록 구성된, 히터블록; 및 상기 히터블록의 중앙부를 관통하여 상하로 움직일 수 있는 회전축 샤프트에 연결되되, 상기 기판의 테두리와 직접 접촉하여 상기 복수의 기판을 지지할 수 있도록 일체로 구성된, 기판 이송 회전체; 를 포함한다.

Description

플라즈마 원자층 증착 장치{Apparatus of plasma atomic layer deposition}
본 발명은 원자층 증착 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수개의 기판의 이송하여 동시에 기판을 처리 할 수 있는 플라즈마 원자층 증착 장치 에 관한 것이다.
플라즈마 원자층 증착 장치는 기판 상에 원료가스를 먼저 공급하여 원료가스의 일부가 기판 상에 흡착시키는 단계; 기판 상에 퍼지가스를 공급하여 원료가스 중 흡착되지 않고 잔류하는 나머지를 퍼지하는 단계; 기판 상에 플라즈마 상태의 반응가스를 공급하여 흡착된 원료가스의 일부와 반응시켜 단위 증착막을 형성하는 단계; 기판 상에 퍼지가스를 공급하여 미반응된 반응가스의 나머지를 퍼지하는 단계;를 단위사이클로 복수회 반복하도록 구성된 장치이다.
플라즈마 원자층 증착 장치는 종래의 증착 장치 보다 공정 시간이 길다는 단점이 있다. 이를 위하여, 원자층 증착 반응기의 한 개의 서셉터에 복수개의 기판을 동시에 원자층 증착 처리 할 수 있는 플라즈마 원자층 증착 장치를 고려할 수 있으나, 원자층 증착 과정에서 복수개의 기판이 장착되었을 시 위치별 온도편차에 의하여 증착 두께가 불균일하고, 복수개의 기판 이송 과정에서 파티클 발생이 현저해지는 문제점이 있다.
1. 공개특허공보 10-2014-0107843 (2014년09월05일)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 원자층 증착 반응기의 한 개의 서셉터에 복수개의 기판을 동시에 원자층 증착 처리할 수 있는 플라즈마 원자층 증착 장치를 제공하되, 원자층 증착 과정에서 복수개의 기판이 장착되었을 시 위치별 온도 편차에 의한 불균일한 증착 두께 및 복수개의 기판 이송 과정에서 파티클 발생을 최소화할 수 있는 플라즈마 원자층 증착 장치를 제공함에 있다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 의한 플라즈마 원자층 증착 장치를 제공한다. 상기 플라즈마 원자층 증착 장치는 반응기; 상기 반응기 내의 상부에 배치되어, 플라즈마를 생성하기 위한 RF 전원이 인가되되, 원료가스, 반응가스, 퍼지가스가 교대로 공급될 수 있도록 구성된, 샤워헤드; 상기 샤워헤드의 하방에서 상기 샤워헤드와 대향하도록 배치되되, 서로 이격된 복수의 기판의 적어도 각각의 중앙부와 직접 접촉하여 상기 복수의 기판을 지지하면서 가열할 수 있도록 구성된, 히터블록; 및 상기 히터블록의 중앙부를 관통하여 상하로 움직일 수 있는 회전축 샤프트에 연결되되, 상기 기판의 테두리와 직접 접촉하여 상기 복수의 기판을 지지할 수 있도록 일체로 구성된, 기판 이송 회전체; 를 포함한다.
상기 플라즈마 원자층 증착 장치에서, 상기 히터블록은 서로 이격된 복수의 기판의 적어도 각각의 중앙부와 직접 접촉하도록 대응되는 서로 이격된 복수의 돌출부;를 구비하며, 상기 기판 이송 회전체는, 상기 서로 이격된 복수의 기판의 적어도 각각의 중앙부와는 접촉하지 않으며 위아래로 오픈된 복수의 안착유도홈;과 상기 안착유도홈과의 경계영역에서 상기 기판의 테두리와 직접 접촉하되 상기 기판을 지지할 수 있는 턱을 포함하는 바디부;를 구비하며, 상기 기판 이송 회전체가 상하로 이동할 때, 상기 히터블록의 상기 돌출부가 상기 기판 이송 회전체의 상기 안착유도홈을 통과할 수 있도록 구성될 수 있다.
상기 플라즈마 원자층 증착 장치에서, 상기 기판 이송 회전체가 상기 히터블록 보다 상측에 위치할 때 상기 기판은 상기 기판 이송 회전체에 안착될 수 있으며, 상기 기판이 안착된 상기 기판 이송 회전체가 하강하면서 상기 기판이 상기 히터블록의 상기 돌출부로 안착되도록 구성될 수 있다.
상기 플라즈마 원자층 증착 장치에서, 상기 복수의 안착유도홈은 상기 기판 이송 회전체의 외주부를 따라 서로 이격되어 배치되되, 상기 안착유도홈의 일측은 상기 바디부에 의하여 한정되지 않고 측방으로 열릴 수 있다.
상기 플라즈마 원자층 증착 장치는, 상기 안착유도홈에 대응되는 영역에서 상기 히터블록을 관통하여 상기 기판을 리프트할 수 있도록 구성된 리프트핀;을 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 원자층 증착 반응기의 한 개의 서셉터에 복수개의 기판을 동시에 원자층 증착 처리할 수 있는 플라즈마 원자층 증착 장치를 제공하되, 원자층 증착 과정에서 복수개의 기판이 장착되었을 시 위치별 온도 편차에 의한 불균일한 증착 두께 및 복수개의 기판 이송 과정에서 파티클 발생을 최소화할 수 있는 플라즈마 원자층 증착 장치를 를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 원자층 증착 장치를 구성하는 히터블록(a)과 기판 이송 회전체(b)를 도해하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 원자층 증착 장치를 구성하는 히터블록과 기판 이송 회전체의 위치 관계를 기판의 장착 과정에 따라 도해하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 원자층 증착 장치를 구성하는 기판 이송 회전체에서 안착유도홈과의 경계영역에서 기판의 테두리와 직접 접촉하되 기판을 지지할 수 있는 턱을 포함하는 바디부의 다양한 구성을 도해하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 원자층 증착 장치에서 기판이 장입되는 과정을 도해하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 원자층 증착 장치에서 기판이 장착된 후 원자층 증착 공정이 수행되는 과정을 도해하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 적어도 일부의 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 도면에서 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 원자층 증착 장치를 구성하는 히터블록(a)과 기판 이송 회전체(b)를 도해하는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 원자층 증착 장치를 구성하는 히터블록과 기판 이송 회전체의 위치 관계를 기판의 장착 과정에 따라 도해하는 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 원자층 증착 장치를 구성하는 기판 이송 회전체에서 안착유도홈과의 경계영역에서 기판의 테두리와 직접 접촉하되 기판을 지지할 수 있는 턱을 포함하는 바디부의 다양한 구성을 도해하는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 원자층 증착 장치에서 기판이 장입되는 과정을 도해하는 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 원자층 증착 장치에서 기판이 장착된 후 원자층 증착 공정이 수행되는 과정을 도해하는 도면이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 원자층 증착 장치(400)는 반응기(410); 상기 반응기(410) 내의 상부에 배치되어, 플라즈마를 생성하기 위한 RF 전원이 인가되되, 원료가스, 반응가스, 퍼지가스가 교대로 공급될 수 있도록 구성된, 샤워헤드(420); 상기 샤워헤드(420)의 하방에서 상기 샤워헤드(420)와 대향하도록 배치되되, 서로 이격된 복수의 기판(300)의 적어도 각각의 중앙부(320)와 직접 접촉하여 상기 복수의 기판(300)을 지지하면서 가열할 수 있도록 구성된, 히터블록(100); 및 상기 히터블록(100)의 중앙부(320)를 관통하여 상하로 움직일 수 있는 회전축 샤프트(470)에 연결되되, 상기 기판(300)의 테두리(340)와 직접 접촉하여 상기 복수의 기판(300)을 지지할 수 있도록 일체로 구성된, 기판 이송 회전체(200); 를 포함한다.
도 1의 (a)를 참조하면, 상기 히터블록(100)은 서로 이격된 복수의 돌출부(120)를 구비한다. 각각의 돌출부(120)는 각각의 기판(300)의 중앙부(320)와 직접 접촉하도록 대응된다. 나아가, 돌출부(120)는 기판(300)의 테두리(340)와는 접촉하지 않는 바, 여기에서, 기판(300)의 테두리(340)의 적어도 일부는 기판 이송 회전체(200)와 직접 접촉하도록 대응된다.
도 1의 (b) 및 도 3을 참조하면, 상기 기판 이송 회전체(200)는, 상기 서로 이격된 복수의 기판(300)의 적어도 각각의 중앙부(320)와는 접촉하지 않으며 위아래로 오픈된 복수의 안착유도홈(220);과 상기 안착유도홈(220)과의 경계영역에서 상기 기판(300)의 테두리(340)와 직접 접촉하되 상기 기판(300)을 지지할 수 있는 턱(242, 244)을 포함하는 바디부(240);를 구비한다.
도 4에 도시된 회전축 샤프트(470)는 도 1에 도시된 히터블록(100)의 중앙부에 위치한 관통공(110)을 지나 기판 이송 회전체(200)의 중앙부에 위치한 관통공(210)을 관통한다. 회전 모터(472)에 연결된 회전축 샤프트(470)의 구동에 연동되어 기판 이송 회전체(200)의 동작이 구현될 수 있다.
나아가, 도 3의 (a)를 참조하면, 바디부(240)의 턱(242, 244)은 측면(244)이 바닥면(242)과 수직인 턱일 수 있다. 이 경우, 안착유도홈(220)을 통하여 제공되고 바디부(240)에 안착되는 기판(300)은 좌우 이동의 유격이 상대적으로 제한되므로 안정적인 증착 공정을 수행할 수 있다.
도 3의 (b)를 참조하면, 바디부(240)의 턱(242, 244)은 측면(244)이 바닥면(242)과 수직인 아닌 기울어진 경사를 이루는 턱일 수 있다. 예를 들어, 측면(244)은 테이퍼(taper) 경사면일 수 있다. 이 경우, 안착유도홈(220)을 통하여 제공되고 바디부(240)에 지지되는 기판(300)은 안착유도홈(220)의 중심부 방향으로 위치하므로 안정적인 증착 공정을 수행할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 기판 이송 회전체(200)가 상하로 이동할 때, 상기 히터블록(100)의 상기 돌출부(120)가 상기 기판 이송 회전체(200)의 상기 안착유도홈(220)을 통과할 수 있도록 구성될 수 있다.
도 2의 (a) 및 (b)와 도 4를 참조하면, 상기 기판 이송 회전체(200)가 상기 히터블록(100) 보다 상측에 위치할 때 상기 기판(300)은 상기 기판 이송 회전체(200)에 안착될 수 있으며, 도 2의 (c)와 도 5를 참조하면, 상기 기판(300)이 안착된 상기 기판 이송 회전체(200)가 점진적으로 하강하면서 상기 기판(300)이 상기 히터블록(100)의 상기 돌출부(120)로 안착되도록 구성될 수 있다.
상기 복수의 안착유도홈(220)은 상기 기판 이송 회전체(200)의 외주부를 따라 서로 이격되어 배치되되, 상기 안착유도홈(220)의 일측은 상기 바디부(240)에 의하여 한정되지 않고 측방으로 열릴 수 있다. 상기 안착유도홈(220)의 일측이 측방으로 열려있기 때문에 기판 로드 포트 및 이송 로봇(520, 540)이 용이하게 기판(300)을 기판 이송 회전체(200)으로 제공할 수 있다.
본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 플라즈마 원자층 증착 장치(400)는 상기 안착유도홈(220)에 대응되는 영역에서 상기 히터블록(100)을 관통하여 상기 기판(300)을 리프트할 수 있도록 구성된 리프트핀(481);을 선택적으로 더 포함할 수 있다. 리프트핀(481)의 상하 운동은 기판 이송 회전체(200)의 안착유도홈(220)을 통하여 기판(300)에 이를 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 원자층 증착 장치(400)는 복수개의 기판 처리를 동시에 수행하기 위해 파티클 발생 방지 와 균일한 두께 산포를 얻기 위해 반응기 내부의 히터블록 구조, 기판이송 회전체, 리프트핀 구조모듈을 포함한다. 기판 이송 회전체는 회전 및 수직 상하 운동을 포함한다. 플라즈마 원자층 증착장치의 히터블록 및 기판 이송 회전체는 서로 밀착되지 않는 구조로 이격 되어 있고, 기판은 예열된 히터블록에 직접적으로 접촉되어, 기판 온도의 열 손실이 최소화된 구조를 포함한다. 본 발명의 플라즈마 원자층 증착장치에서 기판이송 회전체는 수직 상하 운동에 따른 리프트핀 모듈을 포함하지 않을 수도 있다.
상술한 플라즈마 원자층 증착 장치(400)에 의하면, 회전판 및/또는 리프트 핀 모듈을 이용하여 히터블록에 복수개의 기판을 장착하여 동시에 원자층 증착을 수행함에 따라 파티클 억제 및 균일한 두께 증착특성을 가지는 동시에, 원자층 증착장치의 생산성 향상을 가져 올수 있다
본 발명에 따른 플라즈마 원자층 증착장치의 구조는 파티클 생성에 따른 생산성 저하를 방지할 수 있고, 플라즈마 효율 및 균일한 가스 배기에 따른 고품질의 박막 및 균일한 두께 산포를 제공할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100 : 히터블록
120 : 돌출부
110 : 관통공
200 : 기판 이송 회전체
220 : 안착유도홈
240 : 바디부
242, 244 : 바디부의 턱
300 : 기판
320 : 기판의 중앙부
340 : 기판의 테두리
400 : 플라즈마 원자층 증착 장치
410 : 반응기
420 : 샤워헤드
422 : 챔버리드
428 : RF 전원
421 : 주입구
450 : 배기단
470 : 회전축 샤프트
472 : 회전 모터
481 : 리프트핀
482 : 리프트핀 모듈
520, 540 : 기판 로드 포트 및 이송 로봇

Claims (5)

  1. 반응기;
    상기 반응기 내의 상부에 배치되어, 플라즈마를 생성하기 위한 RF 전원이 인가되되, 원료가스, 반응가스, 퍼지가스가 교대로 공급될 수 있도록 구성된, 샤워헤드;
    상기 샤워헤드의 하방에서 상기 샤워헤드와 대향하도록 배치되되, 서로 이격된 복수의 기판의 적어도 각각의 중앙부와 직접 접촉하여 상기 복수의 기판을 지지하면서 가열할 수 있도록 구성된, 히터블록; 및
    상기 히터블록의 중앙부를 관통하여 상하로 움직일 수 있는 회전축 샤프트에 연결되되, 상기 기판의 테두리와 직접 접촉하여 상기 복수의 기판을 지지할 수 있도록 일체로 구성된, 기판 이송 회전체; 를 포함하며,
    상기 히터블록은 서로 이격된 복수의 기판의 적어도 각각의 중앙부와 직접 접촉하도록 대응되는 서로 이격된 복수의 돌출부;를 구비하며,
    상기 기판 이송 회전체는, 상기 서로 이격된 복수의 기판의 적어도 각각의 중앙부와는 접촉하지 않으며 위아래로 오픈된 복수의 안착유도홈;과 상기 안착유도홈과의 경계영역에서 상기 기판의 테두리와 직접 접촉하되 상기 기판을 지지할 수 있는 턱을 포함하는 바디부;를 구비하며,
    상기 기판 이송 회전체가 상하로 이동할 때, 상기 히터블록의 상기 돌출부가 상기 기판 이송 회전체의 상기 안착유도홈을 통과할 수 있도록 구성되며,
    상기 돌출부의 직경은 상기 기판의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 원자층 증착 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 바디부의 상기 턱은 상기 기판을 지지할 수 있는 바닥면과 상기 바닥면과 연결된 측면을 포함하되, 상기 측면은 상기 바닥면과 수직인 아닌 테이퍼 경사면인 것을 특징으로 하는
    플라즈마 원자층 증착 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 이송 회전체가 상기 히터블록 보다 상측에 위치할 때 상기 기판은 상기 기판 이송 회전체에 안착될 수 있으며, 상기 기판이 안착된 상기 기판 이송 회전체가 하강하면서 상기 기판이 상기 히터블록의 상기 돌출부로 안착되도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 원자층 증착 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 안착유도홈은 상기 기판 이송 회전체의 외주부를 따라 서로 이격되어 배치되되, 상기 안착유도홈의 일측은 상기 바디부에 의하여 한정되지 않고 측방으로 열린 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 원자층 증착 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 안착유도홈에 대응되는 영역에서 상기 히터블록을 관통하여 상기 기판을 리프트할 수 있도록 구성된 리프트핀;을 더 포함하는,
    플라즈마 원자층 증착 장치.
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