KR20100023330A - 기판 처리 시스템 및 이를 이용한 기판 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 처리 시스템 및 이를 이용한 기판 처리 방법에 관한 것으로, 화학 기상 증착과 레이저 반응성 증착을 통해 기판상에 적어도 2층의 박막층을 연속적으로 동시에 증착하는 증착 장치와, 상기 기판 상에 증착된 적어도 2층의 박막층 중 어느 하나의 박막층을 결정화시키는 결정화 장치와, 복수의 기판이 저장된 로드락 장치 및 상기 증착 장치, 상기 결정화 장치 및 상기 로드락 장치에 각기 접속되어 이들 간에 기판을 이동시키는 이송 장치를 포함하는 기판 처리 시스템 및 이를 이용한 기판 처리 방법을 제공한다. 이와 같이 서로 다른 증착법을 통해 이동하는 기판상에 서로 다른 막질의 박막층을 단일 챔버로 증착할 수 있고, 단일 챔버로 복수의 박막층을 연속적으로 형성하여 설비단순화는 물론 제작 공정을 단순화시킬 수 있다.
기판, 처리, 증착, 결정화, 레이저, 화학 기상 증착, 레이저 반응성 증착

Description

기판 처리 시스템 및 이를 이용한 기판 처리 방법{SUBSTRATE PROCESSING SYSTEM AND METHOD}
본 발명은 기판 처리 시스템 및 이를 이용한 기판 처리 방법에 관한 것으로, 화학 기상 증착과 레이저에 의한 반응성 증착을 동시에 수행하여 일 챔버 내에서 두층의 박막을 기판상에 형성할 수 있고, 형성된 박막을 재결정화할 수 있는 기판 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
종래의 태양 전지(Solar Cell)는 태양전지용 웨이퍼 상에 반도체층을 증착하고, 이를 일정 패턴으로 식각하여 제작되었다. 즉, 실리콘 웨이퍼 상에 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 또는 물리 기상 증착(Physical Vapor Deposition; PVD) 등의 증착 방법을 통해 다수의 실리콘 반도체층을 증착한다. 그리고, 증착된 실리콘 반도체층을 식각하여 태양 전지를 제작한다.
이러한, 태양 전지용 웨이퍼의 경우 초크랄스키법을 통해 제작되었다. 따라서, 태양 전지용 웨이퍼의 제조 공정이 복잡한 단점이 있다. 또한, 최근에는 태양 전지용(즉, 태양 전지급) 웨이퍼 제작을 위한 원료의 품귀와 가격 폭등으로 인해 태양 전지용 웨이퍼의 단가가 비싼 단점이 있다. 이로인해 태양 전지의 생산 단가가 증가하게 되는 문제가 발생한다.
이에 최근에는 저가의 기판상에 고품질의 폴리 또는 비정질 실리콘을 증착하여 태양 전지용 기판을 제작하고자 하는 연구가 활발히 진행중이다.
이경우, 절연성 기판 상에 버퍼층을 형성하고, 버퍼층 상에 실리콘층을 형성하여야 한다. 이를 통해 태양 전지용 기판의 제작 단가를 줄일 수 있다. 하지만, 상기의 방법의 경우 버퍼층을 형성하기 위한 증착 장치와, 실리콘층을 형성하기 위한 증착 장치가 각기 필요하게 된다. 따라서, 태양 전지 생산을 위한 생산 설비가 증대되는 문제가 발생하였다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 단일 증착 장치로 서로 다른 물성의 두 박막층을 연속적으로 동시에 기판상에 증착시켜 공정을 단순화시키고, 생산 설비를 단순화할 수 있으며, 저가의 기판상에 고품질의 실리콘층을 증착할 수 있는 기판 처리 시스템 및 이를 이용한 기판 처리 방법을 제공한다.
본 발명은 내부 공간을 갖는 챔버와, 상기 챔버의 내부 공간에 마련된 기판 안치부와, 상기 챔버의 내부 공간에 위치하여 상기 기판 안치부를 전후방향으로 이동시키는 기판 이송부와, 상기 이동하는 기판 안치부 상에 위치한 기판에 제 1 공정 가스와 제 2 공정 가스를 각기 분사하는 가스 노즐부와, 상기 가스 노즐부 하측 영역에 위치하여 상기 기판을 가열하는 가열부 및 상기 제 2 공정 가스가 분사되는 공간에 레이저 빔을 조사하는 빔 공급부를 포함하는 기판 처리 시스템을 제공한다.
상기 챔버의 상측면과 하측면에는 각기 제 1 및 제 2 관통홀이 형성되고, 상기 가스 노즐부는 상기 제 1 관통홀에 탈착 가능하도록 배치되고, 상기 가열부는 상기 제 2 관통홀에 탈착 가능하도록 배치되는 것이 효과적이다.
상기 가스 노즐부는, 상기 챔버의 상기 제 1 관통홀에 탈착 가능하도록 배치되는 가스 몸체부와, 상기 제 1 공정 가스를 분사하는 적어도 하나의 제 1 분사 노즐과 상기 제 1 분사 노즐 양측에 각기 마련된 복수의 제 1 배기홈을 포함하는 제 1 노즐부와, 상기 제 2 공정 가스를 분사하는 적어도 하나의 제 2 분사 노즐과 상기 제2 분사 노즐 양측에 각기 마련된 복수의 제 2 배기홈을 포함하는 제 2 노즐부 및 상기 가스 몸체부를 승강시켜 상기 챔버의 상기 제 1 관통홀에 탈착시키는 가스 이동부를 포함하는 것이 효과적이다.
상기 제 1 노즐부와 상기 제 2 노즐부는 상기 기판 안치부의 진행 방향을 기준으로 순차적으로 배치되는 것이 바람직하다.
상기 제 1 및 제 2 노즐부에 각기 상기 제 1 및 제 2 공정 가스를 공급하는 제 1 및 제 2 공정 가스 공급부와, 상기 제 1 및 제 2 노즐부를 통해 배기하는 제 1 및 제 2 배기부를 더 포함하는 것이 가능하다.
상기 가열부는, 상기 챔버의 상기 제 2 관통홀에 탈착 가능하도록 배치된 가열 몸체부와, 상기 챔버 내측으로 돌출된 상기 가열 몸체부의 실장 공간에 마련된 복수의 가열 수단 및 상기 가열 몸체부를 승강시켜 상기 챔버의 상기 제 2 관통홀 에 탈착시키는 가열 이동부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 복수의 가열 수단으로 램프 히터를 사용하고, 상기 실장 공간 상측을 차폐하여 상기 램프 히터를 보호하는 윈도우부를 포함하는 것이 효과적이다.
상기 기판 이송부는 적어도 상기 가스 노즐부의 좌측과 우측에 각기 연장 배치된 좌측 기판 이송부와 우측 기판 이송부를 구비하고, 상기 좌측 및 우측 기판 이송부 각각은, 전후 방향으로 이동력을 제공하는 전후 이동부와 상기 전후 이동부의 이동력을 상기 기판 이송부에 제공하는 연결부 및 상기 전후 이동부를 감싸는 커버부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 기판 이송부는 일부가 상기 챔버 외측에 위치하여 상기 커버부를 상하로 이동시키는 상하 이동부를 더 포함하는 것이 가능하다.
상기 연결부는 상기 기판 안치부의 일측면에 접속 연장된 하측 연결판과, 상기 하측 연결판에서 연장되어 상기 전후 이동부에 접속된 상측 연결판을 구비하고, 상기 상측 연결판에는 레이저 빛이 통과하는 절개홈이 마련되는 것이 효과적이다.
상기 빔 공급부는 상기 레이저 빔을 방출하는 빔 방출부와, 상기 빔 방출부의 대향하는 영역에 위치하여 상기 레이저 빔의 에너지를 흡수하는 빔 소거부를 포함하고, 상기 제 2 공정 가스가 상기 레이저 빔에 의해 나노 입자로 분해되는 것이 효과적이다.
또한, 본 발명에 따른 내부 공간을 갖는 챔버와, 상기 챔버의 내부 공간에 마련된 기판 안치부와, 상기 챔버 내에 마련되어 상기 기판 안치부를 전후 방향으로 이동시키는 기판 이송부 및 열원을 이용하여 상기 기판 안치부의 이동 영역 내 에 마련된 결정화 영역을 지나는 기판상의 박막층을 결정화하는 결정화 유도부를 포함하는 기판 처리 시스템을 제공한다.
상기 기판 이송부는 적어도 상기 결정화 유도부의 좌측과 우측에 각기 연장 배치된 좌측 기판 이송부와 우측 기판 이송부를 구비하고, 상기 좌측 및 우측 기판 이송부 각각은, 전후 방향으로 이동력을 제공하는 전후 이동부와, 상기 전후 이동부의 이동력을 상기 기판 이송부에 제공하는 연결부 및 상기 전후 이동부를 감싸는 커버부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 기판 이송부는 일부가 상기 챔버 외측에 위치하여 상기 커버부를 상하로 이동시키는 상하 이동부를 더 포함하는 것이 효과적이다.
상기 결정화 유도부는 상기 챔버의 상측영역에 위치한 몸체부와, 상기 몸체부의 양 가장자리에 마련되어 상기 결정화 영역에 상기 열원을 공급하는 제 1 및 제 2 가열 수단을 구비하는 것이 바람직하다.
상기 제 1 및 제 2 가열 수단은 상기 몸체부의 바닥면에 대하여 경사지도록 배치되고, 상기 제 1 및 제 2 가열 수단으로 램프 히터를 사용하며, 상기 챔버 내에서 상기 결정화 영역의 온도가 가장 높은 것이 효과적이다.
또한, 본 발명에 따른 화학 기상 증착과 레이저 반응성 증착을 통해 기판상에 적어도 2층의 박막층을 연속적으로 동시에 증착하는 증착 장치와, 상기 기판 상에 증착된 적어도 2층의 박막층 중 어느 하나의 박막층을 결정화시키는 결정화 장치와, 복수의 기판이 저장된 로드락 장치 및 상기 증착 장치, 상기 결정화 장치 및 상기 로드락 장치에 각기 접속되어 이들 간에 기판을 이동시키는 이송 장치를 포함 하는 기판 처리 시스템을 제공한다.
상기 기판 처리 장치는, 내부 공간을 갖는 챔버와, 상기 챔버의 내부 공간에 마련된 기판 안치부와, 상기 챔버의 내부 공간에 위치하여 상기 기판 안치부를 전후방향으로 이동시키는 기판 이송부와, 상기 이동하는 기판 안치부 상에 위치한 기판에 제 1 공정 가스와 제 2 공정 가스를 각기 순차적이고 독립적으로 분사하는 가스 노즐부와, 상기 가스 노즐부 하측 영역에 위치하여 상기 기판을 가열하는 가열부 및 상기 제 2 공정 가스가 분사되는 공간에 레이저 빔을 조사하는 빔 공급부를 포함하는 것이 효과적이다.
상기 결정화 장치는, 내부 공간을 갖는 결정화 챔버와, 상기 결정화 챔버의 내부 공간에 마련된 결정화 기판 안치부와, 상기 결정화 챔버 내에 마련되어 상기 결정화 기판 안치부를 전후 방향으로 이동시키는 결정화 이송부 및 열원을 이용하여 상기 결정화 기판 안치부의 이동 영역 내에 마련된 결정화 영역을 지나는 상기 기판상의 박막층을 결정화하는 결정화 유도부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 기판을 일 방향으로 전진시키고 가열하는 단계와, 전진하는 상기 기판에 제 1 공정 가스를 분사하여 상기 기판 전면에 순차적으로 제 1 박막층을 증착시키는 단계와, 전진하는 상기 기판 상측 영역에 제 2 공정 가스 분사하고 이를 레이저 빔을 통해 분해시켜 나노 입자를 생성하는 단계 및 상기 나노 입자를 전진하는 상기 기판의 제 1 박막층 상에 순차적으로 증착시켜 제 2 박막층을 형성하는 단계를 포함하는 기판 처리 방법을 제공한다.
상기 제 1 공정 가스의 화학적 반응에 의해 상기 제 1 박막층이 증착되는 것 이 효과적이다.
상기 레이저 빔의 열에 의해 상기 제 2 공정 가스가 나노 입자로 분해되는 것이 효과적이다.
상기 제 1 박막층으로 Si을 함유하는 절연막층을 형성하고, 상기 제 2 박막층으로 Si층을 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제 1 박막층이 상기 기판 전면에 증착되는 동안 상기 제 2 박막층이 상기 제 1 박막층 상측에 증착되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 챔버 내측에 박막층이 형성된 기판을 마련하는 단계와, 열원을 조사하여 상기 챔버 내부에서 가장 높은 온도를 갖는 결정화 영역을 형성하는 단계 및 상기 기판을 상기 결정화 영역으로 전진시켜 상기 기판상의 박막층 전체를 결정화 시키는 단계를 포함하는 기판 처리 방법을 제공한다.
상기 박막층으로 Si층을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 결정화 영역의 온도는 600 내지 1500도인 것이 효과적이다.
또한, 본 발명에 따른 기판을 마련하는 단계와, 제 1 증착법과 제 2 증착법을 통해 이동하는 기판 전면에 제 1 박막층 및 제 2 박막층을 순차적으로 형성하는 단계 및 적어도 제 2 박막층을 재결정화하는 단계를 포함하는 기판 처리 방법을 제공한다.
상기 제 1 박막층 및 상기 제 2 박막층을 순차적으로 형성하는 단계는, 제 1 공정 가스를 이용한 화학 기상 증착법을 통해 이동하는 상기 기판 전면에 순차적으로 상기 제 1 박막층을 증착시키는 단계 및 제 2 공정 가스를 이용한 레이저 반응 성 증착법을 통해 상기 제 1 박막층이 상기 기판 전면에 증착되는 동안 상기 제 1 박막층 상에 상기 제 2 박막층을 증착시키는 단계를 포함하는 것이 효과적이다.
상기 레이저 반응성 증착법은, 상기 제 2 공정 가스에 레이저 빔을 조사하여 나노 입자를 생성하는 단계 및 상기 나노 입자를 상기 제 1 박막층 상에 증착시키는 단계를 포함하는 것이 효과적이다.
상기 적어도 제 2 박막층을 재결정화하는 단계는, 결정화 챔버 내측으로 상기 제 1 및 제 2 박막층이 형성된 상기 기판을 로딩시키는 단계와, 열원을 조사하여 상기 결정화 챔버 내부에서 가장 높은 온도를 갖는 결정화 영역을 형성하는 단계 및 상기 기판을 상기 결정화 영역으로 이동시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 본 발명은 이동하는 기판상에 서로 다른 증착법을 통해 서로 다른 막질의 박막층을 단일 챔버로 증착할 수 있다.
또한, 본 발명은 단일 챔버로 복수의 박막층을 연속적으로 형성하여 설비단순화는 물론 제작 공정을 단순화시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 화학 기상 증착법으로 제 1 박막층을 기판 전면에 순차적으로 형성하고, 제 1 박막층이 형성되는 동안 연속하여 레이저 반응성 증착법으로 제 1 박막층 상에 제 2 박막층을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명은 레이저 반응성 증착법으로 공정 가스를 나노 입자로 분해하 고, 이 나노 입자로 박막층을 형성하여 양질의 균일한 박막층을 제작할 수 있다.
또한, 본 발명은 가스 노즐부와 가열부를 챔버와 착탈 가능하도록 배치하여 챔버의 유지 보수는 물론 가스 노즐부와 가열부의 유지보수를 용이하게 수행할 수 있다.
또한, 본 발명은 기판이 이동하는 영역에 열원을 인가하여 결정화 영역을 형성함으로써, 기판 상에 증착된 박막층을 결정화시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 저가의 기판 상에 실리콘 함유 절연막을 형성하고, 그 상측에 실리콘막을 증착하여 이를 실리콘 기판으로 사용할 수 있고, 이를 통해 실리콘 기판의 제작 단가를 낮출 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 시스템의 블록도이다. 도 2 내지 도 5는 일 실시예에 따른 증착 장치를 설명하기 위한 단면 개념도들이다. 도 6 및 도 7은 일 실시예에 따른 재결정 장치를 설명하기 위한 단면 개념도들이다. 도 8 내지 도 10은 증착 장치를 이용한 박막 증작 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 기판 처리 시스템은 화학 기상 증착과 레이저에 의한 반응성 증착을 통해 기판(10)상에 적어도 2층의 박막을 연속적으로 동시에 증착하는 증착 장치(1000)와, 상기 기판(10)상에 증착된 박막을 결정화시키는 결정화 장치(2000)와, 복수의 기판(10)이 저장된 로드락 장치(3000)와, 상기 로드락 장치(3000), 증착 장치(1000) 및 결정화 장치(2000)에 접속되어 각 장치들 간에 기판(10)을 이동시키는 이송 장치(4000)를 포함한다.
본 실시예의 기판 처리 시스템은 이송 장치(4000)를 이용하여 로드락 장치(3000)에 위치한 기판(10)을 증착 장치(1000)로 이동시킨다. 증착 장치(1000)는 화학 기상 증착과 레이저 반응성 증착을 통해 상기 기판(10) 전면에 제 1 박막층과 제 2 박막층을 동시에 연속적으로 증착한다. 이는 제 1 박막층이 상기 기판(10) 전면에 증착되는 동안 상기 제 2 박막층이 상기 제 1 박막층 상측에 증착됨을 의미한다. 그리고, 상기 제 1 및 제 2 박막층이 증착된 기판(10)은 결정화 장치로 이동된다. 결정화 장치는 열 에너지를 이용하여 상기 제 1 및 제 2 박막층 중 적어도 하나의 박막층을 재결정화시킨다. 이를 통해 본 실시예에서는 복수의 박막층을 연속적으로 동시에 기판 상에 증착시킬 수 있다. 또한, 기판 상에 증착된 박막층을 결정화시킬 수 있다.
상술한 증착 장치(1000)에 관해 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한다.
증착 장치(1000)는 내부 공간을 갖는 챔버(1100)와, 챔버(1100)의 내부 공간 에 마련된 기판 안치부(1200)와, 챔버(1100) 내에 마련되어 상기 기판 안치부(1200)를 이동시키는 기판 이송부(1300)와, 상기 이동하는 기판(10)에 화학 기상 증착용 공정 가스와 레이저 반응성 증착용 공정 가스를 각기 독립적으로 분사하는 가스 노즐부(1400)와, 상기 가스 노즐부(1400) 하측에 위치하여 상기 기판(10)을 가열하는 가열부(1500)와, 상기 레이저 반응성 증착용 공정 가스가 분사되는 공간에 레이저 빔을 조사하여 레이저 반응성 증착을 수행하는 빔 공급부(1600)를 포함한다.
그리고, 도시되지 않았지만, 상기 챔버(1100) 내부의 압력을 조절하는 압력 조절부를 더 포함할 수 있다. 이를 통해 챔버(1100)를 고진공으로 할 수 있다.
챔버(1100)는 내부가 비어 있는 사각형 통 형상으로 제작된다. 물론 이에 한정되지 않고, 다양한 통 형상이 가능하다. 즉, 원통 및 다각형통 형상들이 가능할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이 챔버(1100)의 일 측면에는 기판(10)의 출입을 위한 출입구(1110)가 마련된다. 그리고, 증착 장치(1000)는 상기 출입구(1110)를 차폐하는 슬랏 밸브(1700) 또는 게이트 밸브를 더 구비할 수 있다. 이때, 상기 증착 장치(1000)는 슬랏 밸브(1700)를 통해 상기 이송 장치(4000)와 연결될 수 있다.
또한, 도면에서와 같이 챔버(1100)의 상측면과 하측면에는 각기 제 1 및 제 2 관통홀(1120, 1130)이 형성된다. 상기 제 1 관통홀(1120)에 가스 노즐부(1400)가 삽입 장착되고, 제 2 관통홀(1130)에 가열부(1500)가 삽입 장착된다. 여기서, 상기 제 1 및 제 2 관통홀(1120, 1130)이 위치하는 내부 공간 영역 즉, 가스 노즐 부(1400)와 가열부(1500)의 사이 공간은 막이 증착되는 반응 공간으로 작용한다. 여기서, 상기의 제 1 및 제 2 관통홀(1120, 1130)을 통해 챔버(1100) 내부의 세정은 물론 내부 유지 보수를 수행할 수 있다.
여기서, 제 1 관통홀(1120)을 차폐하는 가스 노즐부(1400)는 챔버 리드로 작용할 수 있다. 그리고, 제 2 관통홀(1130)을 차폐하는 가열부(1500)는 챔버 바닥으로 작용할 수 있다.
슬랏 밸브(1700)에 의해 상기 출입구(1110)가 차폐되고, 가스 노즐부(1400)에 의해 제 1 관통홀(1120)이 차폐되고, 가열부(1500)에 의해 제 2 관통홀(1130)이 차폐된다. 이를 통해 상기 챔버(1100)의 내부 공간이 밀폐된다. 따라서, 상기 가스 노즐부(1400)와 가열부(1500)는 착탈 및 밀봉 가능하도록 챔버(1100)와 결합된다.
기판 안치부(1200)는 기판(10)의 가장자리 영역을 지지하는 사각 프레임 형태로 제작된다. 물론 이에 한정되지 않고, 시스템내에서 사용되는 기판(10)의 형상에 따라 다양하게 변화될 수 있다. 예를 들어, 원, 타원 또는 다각형 형상으로 제작될 수 있다. 기판 안치부(1200)는 내부가 비어 있는 링 형태의 몸체와 몸체의 가장자리에서 돌출된 돌출부를 구비한다. 여기서, 도시되지 않았지만, 돌출부의 안쪽 면은 하향 경사진 면으로 제작되는 것이 효과적이다. 이는 상기 돌출부의 한쪽 영역에 기판(10)이 위치하기 때문이다. 그리고, 기판(10)의 가장자리 영역이 몸체의 상측면에 접속하도록 배치될 수 있다. 이를 통해 기판(10)의 중심 영역은 몸체의 빈 내측 중심 공간에 의해 하부로 노출될 수 있다. 이를 통해 가열부(1500)로 사용하는 복사열이 기판(10)에 직접 전도될 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고, 상 기 기판(10)의 가장자리 영역이 상기 돌출부의 경사진 내측면에 접속될 수도 있다.
이러한 기판 안치부(1200)는 기판 이송부(1300)에 의해 전후 방향은 물론 상하 방향으로 이동할 수 있다.
본 실시예에서는 2개의 기판 이송부(1300a, 1300b; 1300)를 통해 기판 안치부(1200)를 잡아 전후 및 상하 방향으로 이동시킨다. 하기에서는 2개의 기판 이송부(1300)를 각기 좌측 기판 이송부(1300a) 및 우측 기판 이송부(1300b)로 정의한다. 즉, 좌측과 우측 기판 이송부(1300a, 1300b)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 챔버(1100)의 상측 양 모서리 영역에 위치한다. 좌측과 우측 기판 이송부(1300a, 1300b)가 기판 안치부(1200)를 양측에서 지지한다. 이를 통해 반응 공간에 영향을 주지 않을 수 있고, 기판 안치부(1200)를 반응 공간으로 이동시킬 수 있다.
이와 같은 기판 이송부(1300) 각각은 전후 이동부(1310)와, 전후 이동부(1310)의 이동력을 상기 기판 이송부(1200)에 제공하는 연결부(1320)와, 상기 전후 이동부(1310)를 감싸는 커버부(1330)와, 상기 커버부(1330)를 상하로 이동시키는 상하 이동부(1340)를 구비한다.
전후 이동부(1310)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 상기 연결부(1320)를 전후 방향으로 자유롭게 이동시킬 수 있는 다양한 구성이 가능하다. 즉, 전후 이동부(1310)으로 LM 가이드 또는 레일을 사용할 수 있다. 또한, 전후 이동부(1310)는 모터를 구비하고, 모터의 회전력을 전후 방향의 이동력으로 변경하는 기어부를 더 구비할 수 있다.
연결부(1320)는 기판 안치부(1200)의 일측면에 접속 연장된 하측 연결판(1321)과, 상기 하측 연결판(1321)에서 연장되어 상기 전후 이동부(1310)에 접속된 상측 연결판(1322)을 구비한다. 이때, 하측 연결판(1321)과 상측 연결판(1322)은 절곡될 수 있다.
상기 상측 연결판(1322)에는 절개홈(1323)이 형성되는 것이 효과적이다. 이는 도 5에 도시된 바와 같이 본 실시예에서는 레이저 빔을 이용하기 때문에 레이저 빔을 통과시키기 위한 절개홈(1323)을 형성하는 것이 바람직하다. 물론 이에 한정되지 않고, 하측 연결판(1321)와 상측 연결판(1322)이 판 형상이 아닌 얇은 복수의 봉으로 제작될 수 있다. 이 경우 상기 절개홈(1323)을 형성하지 않을 수도 있다.
상기와 같이 연결부(1320)는 기판 안치부(1200)와 전후 이동부(1310)에 각기 연결되어, 전후 이동부(1310)의 전후 이동력을 기판 안치부(1200)에 제공할 수 있다. 즉, 전후 이동부(1310)에 의해 연결부(1320)이 이동하면 이에 접속된 기판 안치부(1200)도 함께 이동하게 된다.
상기 전후 이동부(1310)는 챔버(1100)의 내부 공간 내에 배치된다. 즉, 공정이 수행되는 챔버(1100) 내부 공간에 전후 이동부(1310)이 위치하는 경우 전후 이동부(1310)의 기계적인 이동에 의해 미세한 파티클이 발생할 수 있다. 또한, 챔버(1100) 내부의 미반응 가스에 의해 전후 이동부(1310)이 손상을 받을 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 상기 전후 이동부(1310)를 커버하여 파티클 발생을 최소화하고, 전후 이동부(1310)의 손상을 방지하기 위해 커버부(1330)으로 전후 이동부(1310)을 감싸는 것이 바람직하다.
커버부(1330)는 전후 이동부(1310)를 수납할 수 있는 내부 빈 영역을 갖는 통 형상의 몸체로 제작된다. 그리고, 몸체의 하측 바닥면에는 연결부(1320)가 이동하는 절개홈이 형성된다. 이때, 전후 이동부(1310)는 커버부(1330)에 의해 고정된다.
상기 커버부(1330)는 상하 이동부(1340)에 의해 상하로 이동한다. 이를 통해 커버부(1330)가 상하로 이동하는 경우 커버부(1330)에 접속된 전후 이동부(1310)가 상하로 이동한다. 또한, 전후 이동부(1310)에 접속된 연결부(1320)가 상하로 이동하고, 이에 따라 기판 안치부(1200)가 상하로 이동할 수 있게 된다.
상하 이동부(1340)는 상하 이동을 위한 승강력을 형성하는 승강부(1341)와, 상기 승강부(1341)의 승강력을 상기 커버부(1330)에 전송하는 접속축부(1342)를 구비한다. 본 실시예에서는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 상기 승강부(1341)가 챔버(1100)의 외측에 배치되는 것이 바람직하다. 그리고, 접속축부(1342)가 챔버(1100)의 외측에서 내측 방향으로 연장되어, 챔버(1100) 내측에 위치한 커버부(1330)에 접속된다. 이때, 도시되지 않았지만, 상기 접속축부(1342) 둘레를 따라 벨로우즈와 같은 밀봉 부재가 마련될 수 있다. 또한, 이에 한정되지 않고, 상기 상하 이동부(1340)가 챔버(1100) 내측에 마련될 수 있다. 이 경우, 상기 상하 이동부(1340)는 소정의 커버에 의해 차폐되는 것이 바람직하다.
이와 같이 본 실시예에서는 기판 이송부(1300)의 상하 운동을 통해 챔버(1100)로 로딩된 기판(10)을 기판 안치부(1200)에 안치시킬 수 있다. 그리고, 기판 이송부(1300)의 전후 운동을 통해 기판(10)이 안치된 기판 안치부(1200)를 챔 버(1100) 내의 반응 공간으로 이동시켜 기판(10) 상에 박막을 증착시킬 수 있다. 여기서, 별도의 리프트 핀을 이용하여 기판(10)을 기판 안치부(1200)에 안치시킬 경우 상기 상하 이동부(1340)를 생략할 수 있다.
본 실시예에서는 이와 같이 이동하는 기판 안치부(1200)의 기판(10)에 제 1 공정 가스와 제 2 공정 가스를 각기 순차적으로 분사한다. 이때, 제 1 공정 가스는 화학 기상 증착용 공정 가스이고, 제 2 공정 가스는 레이저 반응성 증착용 공정 가스이다. 물론 이에 한정되지 않고, 제 1 공정 가스가 레이저 반성 증착용 공정 가스이고, 제 2 공정 가스가 화학 기상 증착용 공정 가스일 수 있다.
가스 노즐부(1400)가 제 1 공정 가스와 제 2 공정 가스를 반응 공간으로 분사한다. 따라서, 반응 공간으로 이동하는 기판(10) 상에는 먼저 제 1 공정 가스에 의해 제 1 박막층이 형성되고, 이어서, 제 2 공정 가스에 의해 제 1 박막층 상에 제 2 박막층이 연속하여 순차적으로 형성된다.
가스 노즐부(1400)는 챔버(1100)의 제 1 관통홀(1120)에 탈착 가능하도록 배치되는 가스 몸체부(1410)와, 반응 공간에 제 1 공정 가스를 분사하는 제 1 노즐부(1420)와, 반응 공간에 제 2 공정 가스를 분사하는 제 2 노즐부(1430)와, 가스 몸체부(1410)를 승강시켜 챔버(1100)의 제 1 관통홀(1120)에 탈착시키는 가스 이동부(1440)를 포함한다.
또한, 가스 노즐부(1400)는 상기 제 1 노즐부(1420)에 제 1 공정 가스를 공급하는 제 1 공정 가스 공급부(1450)와, 상기 제 2 가스 분사부(1430)에 제 2 공정 가스를 공급하는 제 2 공정 가스 공급부(1460)를 더 구비할 수 있다. 그리고, 제 1 노즐부(1420)는 반응 공간으로 분사된 미반응 제 1 공정 가스와 반응 부산물을 배기한다. 또한, 제 2 노즐부(1430)는 반응 공간으로 분사된 미반응 제 2 공정 가스와 반응 부산물을 배기한다. 따라서, 가스 노즐부(1400)는 제 1 노즐부(1420)에 접속된 제 1 배기부(1470)와, 제 2 노즐부(1430)에 접속된 제 2 배기부(1480)를 구비한다.
가스 몸체부(1410)는 챔버(1100)의 상측면에 밀착되는 밀착부(1411)와, 상기 밀착부에서 연장되어 상기 챔버(1100)의 제 1 관통홀(1120) 내측(즉, 반응 공간)으로 돌출된 돌출부(1412)를 구비한다. 밀착부(1411)는 상기 제 1 관통홀(1120)의 사이즈보다 큰 것이 바람직하다. 돌출부(1412)는 제 1 관통홀(1120)의 사이즈와 같거나 작은 것이 효과적이다. 밀착부(1411)의 가장자리 영역의 하측면에는 챔버(1100)와 접속하여 밀봉하는 소정의 밀봉 수단(예를 들어, 오링, 가스켓 등)이 마련될 수 있다. 이를 통해 가스 몸체부(1410)가 챔버(1100)에 밀착됨으로 인해 챔버(1100)의 상측 영역을 밀봉할 수 있다.
이때, 가스 몸체부(1410)는 가스 이동부(1440)에 의해 승하강 한다.
가스 이동부(1440)는 승하강력을 생성하는 승하강부(1441)와, 상기 승하강부(1441)의 승하강력을 상기 가스 몸체부(1410)에 제공하는 승하강축(1442)을 구비한다. 이와 같이 가스 이동부(1440)는 승하강부(1441)와 승하강축(1442)으로 가스 몸체부(1410)을 들어 올려(즉, 승강시켜) 챔버(1100)을 개방시킬 수 있고, 가스 몸체부(1410)를 하강시켜 챔버(1100)를 밀폐시킬 수 있다. 또한, 가스 이동부(1440)를 통해 챔버(1100) 내에서의 가스 몸체부(1410)의 높이를 일정 범위 내에서 자유 롭게 조절할 수 있다. 이와 같이 본 실시예에서는 가스 이동부(1440)로 실린더를 사용하는 것이 효과적이다.
그리고, 가스 몸체부(1410) 내에는 제 1 노즐부(1420)와 제 2 노즐부(1430)가 위치한다. 이때, 제 1 노즐부(1420)와 제 2 노즐부(1430)는 기판 안치부(1200) 즉, 기판(10)의 진행 방향을 기준으로 순차적으로 배치되는 것이 효과적이다. 즉, 도 2 및 도 3에 도시된 바와같이 제 1 노즐부(1420)가 앞쪽에 제 2 노즐부(1430)가 뒷쪽에 배치된다.
제 1 노즐부(1420)는 도 4에 도시된 바와 같이 제 1 공정 가스를 분사하는 적어도 하나의 제 1 분사 노즐(1421)과, 상기 제 1 분사 노즐(1421) 양측에 각기 마련된 복수의 제 1 배기홈(1422)을 구비한다. 그리고, 상기 제 1 분사 노즐(1421)과 제 1 배기홈(1422)이 마련된 제 1 노즐 몸체(1423)를 구비할 수 있다. 물론 상기 제 1 노즐 몸체(1423)는 가스 몸체부(1410)와 일체로 제작될 수 있다. 여기서, 제 1 분사 노즐(1421)은 제 1 공정 가스 공급부(1450)에 연통된다. 그리고, 제 1 배기홈(1422)은 제 1 배기부(1470)에 연통된다. 이때, 소정의 연통로가 상기 가스 몸체부(1410)에 마련된다.
이를 통해 제 1 공정 가스는 제 1 공정 가스 공급부(1450)를 통해 제 1 분사 노즐(1421)에 제공된다. 제 1 분사 노즐(1421)은 제공된 제 1 공정 가스를 이동하는 기판(10)에 분사한다. 분사된 제 1 공정 가스는 화학적 반응에 의해 이동하는 기판(10) 상에 제 1 박막층을 형성한다.
이때, 제 1 공정 가스로 반응 가스와 원료 가스를 각기 사용하는 경우, 상기 제 1 분사 노즐(1421)은 반응 가스 분사 노즐과 원료 가스 분사 노즐로 분리될 수 있다. 그리고, 제 1 공정 가스 공급부(1450) 또한, 원료 가스 노즐부와 반응 가스 노즐부로 분리될 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고, 반응 가스와 원료 가스를 외부에서 혼합한 다음 상기 제 1 분사 노즐(1421)에 반응 가스와 원료 가스가 혼합된 제 1 공정 가스를 제공할 수 있다.
본 실시예에서는 제 1 분사 노즐(1421) 바로 하측의 기판(10)영역에만 선택적으로 제 1 박막층을 형성한다. 이는 제 1 분사 노즐(1421)이 기판(10)과 인접 배치되고, 제 1 분사 노즐(1421)의 양측에 위치한 제 1 배기홈(1422)이 제 1 분사 노즐(1421)의 제 1 공정 가스가 넓게 퍼지는 것을 방지하기 때문이다. 이때, 제 1 공정 가스 분사를 통해 기판(10) 상에 형성되는 제 1 박막층이 형성되는 영역은 상기 제 1 분사 노즐(1421)과 기판(10) 사이의 간격, 제 1 분사 노즐(1421)과 제 1 배기홈(1422) 사이의 간격 그리고, 제 1 분사 노즐(1421)의 노즐 폭에 따라 다양할 수 있다.
물론 이때, 기판(10)이 전진하기 때문에 기판(10) 전면에 제 1 박막층이 형성될 수 있다. 그리고, 기판(10)의 이동 속도와 제 1 공정 가스의 분사 속도 그리고, 기판(10)의 가열 온도에 따라 제 1 박막층의 증착율을 다양하게 조절할 수 있다.
제 2 노즐부(1430)는 도 5에 도시된 바와 같이 제 2 공정 가스를 분사하는 적어도 하나의 제 2 분사 노즐(1431)과, 제 2 분사 노즐(1431) 양측에 각기 마련된 복수의 제 2 배기홈(1432)을 구비한다. 그리고, 상기 제 2 분사 노즐(1421)과 제 2 배기홈(1432)이 마련된 제 2 노즐 몸체(1433)를 구비할 수 있다. 물론 상기 제 2 노즐 몸체(1433)는 가스 몸체부(1410)와 일체로 제작될 수 있다. 여기서, 제 2 분사 노즐(1431)은 제 2 공정 가스 공급부(1460)에 연통된다. 그리고, 제 2 배기홈(1432)은 제 2 배기부(1480)에 연통된다. 이때, 소정의 연통로가 상기 가스 몸체부(1410)에 마련된다.
이를 통해 제 2 공정 가스는 제 2 공정 가스 공급부(1460)를 통해 제 2 분사 노즐(1431)에 제공된다. 제 2 분사 노즐(1431)은 제공된 제 2 공정 가스를 제 2 분사 노즐(1431) 하측의 반응 공간에 분사한다. 이때 분사된 제 2 공정 가스는 레이저 빔과 반응하여(예를 들어, 레이저 빔에 의해 분해되어) 나노 입자를 생성한다. 그리고, 생성된 나노 입자가 이동하는 기판(10) 상에 증착하여 제 2 박막층을 형성하게 된다.
본 실시예에서는 제 2 분사 노즐(1431) 바로 하측의 기판(10)영역에만 선택적으로 제 2 박막층이 형성된다. 이는 제 2 분사 노즐(1431)이 기판(10)과 인접 배치되고, 제 2 분사 노즐(1431)의 양측에 위치한 제 2 배기홈(1432)이 제 2 분사 노즐(1431)로 분사된 제 2 공정 가스가 넓게 퍼지는 것을 방지하기 때문이다.
이와 같이 본 실시예에서는 레이저 빔을 통해 한정된 공간 내에서 제 2 공정 가스를 반응시킬 수 있다. 즉, 레이저 빔(즉, 광빔)을 통해 가스가 반응하는 영역을 다양하게 조절할 수 있다. 그리고, 나노 분말 형태의 증착이 수행됨으로 인해 균일한 박막을 제조할 수 있다. 이때, 레이저 빔에 의한 분해는 레이저 복사(즉, 열)분해인 것이 바람직하다.
여기서, 본 실시예의 기판(10)은 제 2 분사 노즐(1431) 하측을 통과하여 이동한다. 따라서, 기판(10) 전면에 제 2 박막층을 형성할 수 있다.
이때, 상기 기판(10)의 이동 속도, 제 1 공정 가스의 분사 속도, 레이저 빔의 세기 그리고, 기판(10)의 가열 온도에 따라 제 2 박막층의 증착율을 다양하게 조절할 수 있다.
따라서, 빔 공급부(1600)는 레이저 빔을 방출하는 빔 방출부(1610)와, 빔 방출부(1610)의 반대편에 위치하여 빔의 에너지를 흡수하는 빔 소거부(1620)를 구비한다. 도 5에 도시된 바와 같이 빔 방출부(1610)의 일측이 챔버 내측으로 돌출되어 레이저 빔을 제 2 노즐부(1430)의 제 2 분사 노즐(1431) 하측 영역으로 조사한다. 이를 통해 제 2 분사 노즐(1431) 에서 분사되는 제 2 공정 가스는 그 하측 영역에서 레이저 빔에 의해 나노 입자로 분해된다. 빔 소거부(1620)의 일부도 챔버 내측으로 돌출되어 제 2 공정 가스 분해 이후 진행하는 레이저 빔을 소거한다.
이때, 빔 방출부(1610)는 도시되지 않았지만, 레이저 생성부와, 레이저 생성부의 광을 포커싱하여 빔을 생성하는 광학계와 상기 챔버(1100) 내측에 마련된 윈도우를 구비한다. 이때, 광학계는 적어도 하나의 볼록 렌즈를 구비한다. 여기서, 레이저 생성부로 CO2 레이저를 사용하는 것이 효과적이다.
그리고, 빔 소거부(1620) 또한, 도시되지 않았지만, 레이저 빔을 분사시키는 광학계와, 상기 분산된 레이저 광을 흡수하는 광 흡수부와, 상기 광 흡수부를 냉각시키는 냉각부 그리고, 챔버(1100) 내측에 마련된 윈도우를 구비한다. 상기 광학계 는 적어도 하나의 오목 렌즈를 구비한다.
이와 같이 본 실시예에서는 레이저 빔을 이용하여 기판(10) 표면에 나노 입자를 증착시켜 제 2 박막층을 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이 기판(10)에 제 1 공정 가스를 분사하여 제 1 박막층을 형성하고, 제 2 공정 가스와 레이저 빔을 조사하여 제 2 박막층을 형성하기 위해서는 상기 기판(10)은 일정 온도 이상으로 가열되어야 한다.
본 실시예에서는 적어도 가스 노즐부(1400) 하측 영역(즉, 반응 공간 영역)에 마련된 가열부(1500)를 두어 이동하는 기판(10)을 가열한다.
가열부(1500)는 챔버(1100)의 제 2 관통홀(1130)에 탈착 가능하도록 배치되는 가열 몸체부(1510)와, 상기 챔버(1100) 내측으로 돌출된 가열 몸체부(1510)에 마련된 실장 공간(1513)에 마련된 복수의 가열 수단(1520)과, 상기 가열 몸체부(1510)를 승강시켜 챔버(1100)의 제 2 관통홀(1130)에 탈착시키는 가열 이동부(1530)를 포함한다. 그리고, 가열 몸체부(1510)의 실장 공간 상측을 덮어 상기 가열 수단(1520)을 보호하는 윈도우부(1540)를 더 구비한다.
가열 몸체부(1510)는 챔버(1100)의 하측면(즉, 바닥면)에 밀착되는 가열 밀착부(1511)와, 상기 가열 밀착부(1511)에서 연장되어 상기 챔버(1100)의 제 2 관통홀(1130) 내측(즉, 반응 공간)으로 돌출된 가열 돌출부(1512)와, 상기 가열 돌출부(1512)의 상측 영역에 마련된 실장 공간(1513)을 구비한다. 실장 공간(1513)은 가열 돌출부(1512)의 중앙 영역이 리세스되어 형성된다. 상기 가열 밀착부(1511)는 제 2 관통홀(1130)의 사이즈보다 큰 것이 바람직하다. 가열 돌출부(1512)는 제 2 관통홀(1130)의 사이즈와 같거나 작은 것이 효과적이다. 가열 밀착부(1511)의 가장자리 영역의 하측면에는 챔버(1100)와 접속하여 밀봉하는 소정의 밀봉 수단(예를 들어, 오링, 가스켓 등)이 마련될 수 있다. 이를 통해 가열 몸체부(1510)가 챔버(1100)에 밀착됨으로 인해 챔버(1100)의 하측 영역(즉, 바닥면)을 밀봉할 수 있다.
여기서, 가열 몸체부(1510)는 가열 이동부(1530)에 의해 승강한다.
가열 이동부(1530)는 승하강력을 생성하는 가열 승하강부(1531)와, 가열 승하강부(1531)의 승하강력을 상기 가열 몸체부(1510)에 제공하는 가열 승하강축(1532)을 구비한다. 여기서, 가열 이동부(1530)로 실린더를 사용하거나 모터를 사용할 수 있다.
상기 가열 몸체부(1510)의 실장 공간(1513) 내측에는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 복수의 가열 수단(1520)이 마련된다. 가열 수단(1520)으로 본 실시예에서는 램프 히터를 사용한다. 즉, 실장 공간(1513) 내에 복수의 램프 히터를 배치시킨다. 이때, 램프 히터는 복사열을 이용하여 그 상측의 물체를 가열한다. 물론 이에 한정되지 않고, 전기 히터를 사용할 수 있다.
여기서, 실장 공간(1513) 상측에는 가열 수단(1520)을 보호하기 위한 윈도우부(1540)이 배치된다. 윈도우부(1540)는 복사열을 투과시키는 물질로 제작된다. 바람직하게는 유리 또는 석영을 사용하는 것이 효과적이다. 이를 통해 가열 수단(1520)의 복사열의 손실없이 오염되기 쉬운 가열 수단(1520)을 보호할 수 있다. 이는 챔버(1100) 내측으로 돌출된 가열부(1500)에 의해 가열 수단(1520) 또한 챔 버(1100) 내측 공간에 위치하기 때문이다.
상술한 바와 같은 가열부(1500)를 통해 본 실시예에서는 기판 이송부(1300)에 의해 이동하는 기판(10)을 300 내지 1200도의 온도 범위 내에서 가열을 할 수 있다. 상기 가열 온도는 기판(10) 상에 증착될 박막에 따라 다양하게 변화될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 실시예의 증착 장치(1000)에 유입된 기판(10)은 기판 이송부(1300)에 의해 수평 방향으로 이동한다. 그리고, 이동하는 기판(10)은 가스 노즐부(1400)와 빔 공급부(1600)에 의해 기판(10) 상에 제 1 박막층과 제 2 박막층이 연속하여 순차적으로 형성될 수 있다.
예를 들어 상기 제 1 공정 가스로 절연막 형성을 위한 가스가 사용되고, 제 2 공정 가스로 Si막 형성을 위한 가스가 사용되는 경우를 살펴보면 다음과 같다. 이때, 절연막으로 실리콘을 함유하는 절연막 즉, SiNx를 사용한다.
하기에서는 도 8 내지 도 10을 참조하여 Si 층과 SiNx층을 연속하여 동시에 형성함에 관해 설명한다.
먼저, 도 8에서와 같이 기판(10)이 증착 장치(1000) 내에서 진행방향을 따라 진행한다. 이와 같은 이동을 통해 기판(10)의 앞쪽 영역(즉, 진행 방향의 앞쪽 가장자리 영역)이 가스 노즐부(1400)의 제 1 노즐부(1420) 하측에 위치하게 된다. 이때, 제 1 노즐부(1420)는 제 1 공정 가스(예를 들어, SiH4, NH4 및 N2가스)를 기판(10)의 앞쪽 영역 상에 분사한다. 이때, 기판(10)은 가열부(1500)에 의해 고온 (약 600도 이상)으로 가열된다. 따라서, 기판(10)의 앞쪽 영역은 열에 의해 제 1 공정 가스가 반응하여 기판(10) 상면에 SiNx층(11)이 형성된다.
도 9를 참조하여, 계속하여 기판(10)이 진행 방향을 따라 이동하게 되면 기판(10)의 중간 쪽 영역(즉, 진행 방향의 중심 영역)이 가스 노즐부(1400)의 제 1 노즐부(1420) 하측에 위치하게 된다. 이로인해 계속하여 기판(10) 상면에 SiNx층(11)이 형성된다. 그리고, 이때, 도 9에서와 같이 SiNx층(11)이 형성된 기판(10)의 앞쪽 영역이 가스 노즐부(1400)의 제 2 노즐부(1430) 하측에 위치하게 된다. 이때, 제 2 노즐부(1430)는 제 2 공정 가스(예를 들어 SiH4)를 분사한다. 분사된 제 2 공정 가스는 레이저빔에 의해 분해되어 Si 나노 입자가 생성된다. 그리고, 이 실리콘 나노 입자가 SiNx층(11) 상면에 부착하여 Si층(12)을 형성한다.
이어서, 도 10을 참조하면, 기판(10)이 진행 방향을 따라 계속 이동함으로써 제 1 노즐부(1420)의 제 1 공정 가스에 의한 화학 기상 증착법으로 기판(10)의 전면에 SiNx층(11)을 형성한다. 그리고, 도 10에서와 같이 기판(10)의 뒷쪽 영역(즉, 진행 방향의 뒤쪽 가장자리 영역)이 가스 노즐부(1400)의 제 2 노즐부(1430) 하측에 위치하게 된다. 이때, 제 2 노즐부(1430)는 제 2 공정 가스(예를 들어 SiH4)를 분사한다. 분사된 제 2 공정 가스는 레이저빔에 의해 분해되어 Si 나노 입자가 생성된다. 그리고, 이 실리콘 나노 입자가 SiNx층(11) 상면에 부착하여 Si층(12)을 형성한다. 이와 같이 기판(10)을 일 방향으로 진행시켜 제 2 노즐부의 제 2 공정 가 스와 레이저 빔을 이용한 레이저 반응성 증착법으로 SiNx층(11) 상면에 Si층(12)을 형성하게 된다.
즉, 본 실시예에서는 기판(10)을 이동시켜 화학 기상 증착법으로 기판(10)의 전면에 순차적으로 제 1 박막층을 형성한다. 그리고, 기판(10) 이동에 의해 기판(10) 상에 형성된 제 1 박막층 상면에 레이저 반응성 증착법으로 제 2 박막층을 연속해서 형성한다. 이와 같이 본 실시예에서는 적층된 서로 다른 조성의 2층의 박막을 연속하여 동시에 제작할 수 있다.
이어서, 상술한 증착 장치(1000)를 통해 제작된 상기 기판(10) 상의 제 1 및 제 2 박막층은 결정화 장치(2000)에서 결정화될 수 있다.
하기에서는 도 6 및 도 7을 참조하여 본 실시예에 따른 결정화 장치(2000)에 관해 설명한다. 후술되는 결정화 장치(2000)의 설명중 앞선 증착 장치(1000) 설명과 유사한 설명은 생략한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 결정화 장치(2000)는 내부 공간을 갖는 결정화 챔버(2100)와, 상기 결정화 챔버(2100)의 내부 공간에 마련된 결정화 기판 안치부(2200)와, 챔버(1100) 내에 마련되어 상기 결정화 기판 안치부(2200)를 이동시키는 결정화 이송부(2300)와, 열원을 이용하여 상기 기판(10) 상의 박막층을 결정화하는 결정화 유도부(2400)를 구비한다.
상기 챔버(2100)는 내부가 비어 있는 사각 통 형상으로 제작된다. 그리고, 챔버(2100)의 일측에는 기판(10)의 출입을 위한 출입구(2110)가 마련된다. 그리고, 결정화 장치(2000)는 상기 출입구(2110)를 차폐하는 슬랏 밸브(1700) 또는 게이트 밸브를 더 구비할 수 있다. 이때, 상기 증착 장치(1000)는 슬랏 밸브(1700)를 통해 상기 이송 장치(4000)와 연결될 수 있다. 도시되지 않았지만, 상기 챔버(2100)는 상측 리드와 하측 챔버 몸체로 분리될 수 있다.
상기 결정화 기판 안치부(2200)는 기판(10) 안치하는 판 형상으로 제작된는 것이 효과적이다. 이를 통해 기판(10)의 하측면 전체를 지지할 수 있다. 물론 앞선 증착 장치(1000)에서 설명한 기판 안치부(1200)가 사용될 수도 있다.
그리고, 결정화 기판 안치부(2200)내에는 도시되지 않았지만, 냉각 수단이 마련되는 것이 효과적이다. 즉, 냉각 수단을 통해 기판 안치부(2200) 상의 기판(10)을 냉각시킬 수 있다.
상기의 결정화 기판 안치부(2200)는 결정화 이송부(2300)에 의해 전후 방향은 물론 상하 방향으로 이동할 수 있다.
본 실시예에서는 도 7에 도시된 바와 같이 2개의 결정화 이송부(2300a, 2300b; 2300)를 통해 결정화 기판 안치부(2200)를 잡아 전후 및 상하 방향으로 이동시킨다.
상기의 결정화 이송부(2300) 각각은 전후 이동부(2310)와, 전후 이동부(2310)의 이동력을 상기 결정화 기판 안치부(2200)에 제공하는 연결부(2320)와, 상기 전후 이동부(2310)를 감싸는 커버부(2330)를 구비한다. 이때, 도시되지 않았지만, 앞선 증착 장치(1000)와 같이 상기 커버부(2330)를 상하로 이동시키는 상하 이동부를 더 구비할 수 있다.
이때, 결정화 이송부(2300)는 기판(10)을 전후 방향으로 이동시켜 기판(10)의 일측면부터 순차적으로 결정화 유도부(2400)의 열원에 노출시켜 기판(10) 상의 박막층을 결정화한다. 즉, 기판(10) 상측의 제 2 박막층을 결정화한다. 본 실시예의 결정화 유도부(2400)는 이동하는 기판(10)의 일부 구간을 가열하여 상기 구간의 기판(10) 영역의 박막층을 결정화한다. 여기서, 기판(10)은 결정화 이송부(2300)에 의해 전후 방향으로 이동하기 때문에 기판(10) 전면의 박막층을 결정화할 수 있다.
결정화 유도부(2400)는 챔버(2100)의 상측면에 부착된 몸체부(2410)와, 상기 몸체부(2410)의 양 가장자리에 마련되어 기판 이동 영역 중 어느 한 영역(즉, 결정화 영역)에 열원을 공급하는 제 1 및 제 2 가열 수단(2420, 2430)을 구비한다.
결정화 영역은 도 6에서와 같이 수직 단면의 경우 점 형상으로 나타나고, 도 7에서와 같이 수평 단면의 경우 선 형상으로 나타난다. 즉, 결정화 영역은 바 형상인 것이 효과적이다. 상기 결정화 영역은 제 1 및 제 2 가열 수단(2420, 2430)의 열원이 교차하는 영역으로 그 열이 챔버(2100) 내부 중에서 가장 높은 영역을 지칭한다. 그리고, 기판(10)이 결정화 영역을 지나감으로 인해 기판(10) 상측의 제 2 박막층이 순차적으로 결정화된다. 결정화 영역의 사이즈는 다양하게 변화될 수 있다. 바람직하게는 결정화 영역의 폭은 이동하는 기판(10)의 폭과 같거나 큰 것(약 10% 이내)이 바람직하다. 그리고, 결정화 영역의 두께는 이동하는 기판(10) 전체 길이의 0.0001 내지 10% 이내인 것이 효과적이다. 상기 범위 보다 적을 경우에는 결정화 속도가 느려지게 되고, 상기 범위보다 클 경우에는 결정화 속도는 빨라지나 열의 집중이 어렵게 되어 결정화가 잘 이루어 지지 않는 문제가 발생한다.
몸체부(2410)는 상기 제 1 및 제 2 가열 수단(2420, 2430)을 지지 고정한다. 여기서, 몸체부(2410)는 대략 사각형 형상으로 제작된다. 그리고, 몸체부(2410)의 바닥면에 제 1 및 제 2 가열 수단(2420, 2430)이 위치한다. 이때, 기판(10) 진행 방향에 대하여 수직한 몸체부(2410) 바닥면의 양변에 인접한 영역에 상기 제 1 및 제 2 가열 수단(2420, 2430)이 위치하는 것이 효과적이다.
제 1 및 제 2 가열 수단(2420, 2430)으로 램프 히터를 사용한다. 그리고, 램프 히터의 복사열이 앞서 설명한 결정화 영역에서 교차되는 것이 바람직하다. 이를 위해 제 1 및 제 2 가열 수단(2420, 2430)는 기판(10)의 이동 방향에 대하여 일정 각도로 경사지도록 상기 몸체부(2410)에 배치된다. 여기서, 결정화 영역의 온도는 600도 내지 1500도 인 것이 효과적이다.
이와 같이 본 실시예에서는 증착 장치(1000)를 통해 기판(10)의 상측면에 조성이 다른 두개의 박막층을 연속하여 순차적으로 형성한다. 그리고, 결정화 장치(2000)를 통해 상기 두 박막층 중 적어도 상측에 위치한 박막층을 결정화한다.
즉, 예를 들어 증착 장치(1000)에 의해 기판(10)의 상측면에 SiNx층과 Si층이 증착된 경우를 고려하면 다음과 같다.
상기 기판(10)이 결정화 장치(2000)에 로딩된다. 이어서, 결정화 유도부(2400)의 제 1 및 제 2 가열 수단(2420, 2430)에 의해 기판(10)의 이동 영역 중 일부 영역 즉, 결정화 영역이 일정 온도(예를 들어 600도 이상)로 가열된다. 이어서, 상기 기판(10)을 결정화 이송부(2300)를 통해 이동시킨다. 이를 통해 기판(10) 의 앞쪽 영역부터 상기 결정화 영역을 지나게 된다. 이때, 결정화 영역을 지나는 기판(10)의 상측면에서는 고온에 의해 Si층의 재결정화가 이루어진다. 따라서, 기판(10)의 전면이 상기 결정화 영역을 지나게 되면 기판(10) 상측면 전체의 Si층이 재결정화된다.
상술한 바와 같이 결정화가 완료된 기판(10)은 이송 장치(4000)에 의해 로드락 장치(3000)로 이동한다.
이송 장치(4000)는 도 1에 도시된 바와 같이 대략 사각형 형상으로 제작된다. 여기서, 도면에서와 같이 이송 장치(4000)의 3면 영역에 각기 증착장치(1000), 결정화 장치(2000) 및 로드락 장치(3000)가 부착된다. 물론 이에 한정되지 않고, 다각형 형상, 원형상으로 제작될 수 있다.
이송 장치(4000)는 기판(10)을 이송하는 이송 수단(4100)을 구비한다. 이러한 이송 수단(4100)을 통해 로드락 장치(3000)의 기판(10)을 증착 장치(1000)로 이동시킬 수 있다. 그리고, 이송 장치(4000)는 증착 장치(1000)에서 증착이 완료된 기판(10)을 결정화 장치(2000)로 이송시킨다. 또한, 이송 장치(4000)는 결정화 장치(2000)에서 결정화된 기판(10)을 로드락 장치(3000)로 이송시킨다. 여기서, 이송 수단(4100)으로 로봇이 사용될 수 있다. 이때, 이송 장치(4000)의 중심점에 대하여 증착 장치(1000), 결정화 장치(2000) 및 로드락 장치(3000)가 각기 수직으로 배치되어 있다. 따라서, 로봇이 수직 방향으로 이동하여 각 장치에 기판을 이동시킬 수 있다.
로드락 장치(3000)는 복수의 기판(10)을 저장한다. 이때, 로드락 장치(3000) 는 박막층이 증착되지 않은 기판을 증착 장치(1000)에 제공한다. 그리고, 기판(10) 상의 박막 결정화가 완료된 기판(10)을 제공받는다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 시스템의 블록도.
도 2 내지 도 5는 일 실시예에 따른 증착 장치를 설명하기 위한 단면 개념도.
도 6 및 도 7은 일 실시예에 따른 재결정 장치를 설명하기 위한 단면 개념도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1000 : 증착 장치 1100, 2100 : 챔버
1200, 2200 : 기판 안치부 1300, 2300 : 기판 이송부
1400 : 가스 노즐부 1500 : 가열부
2400 : 결정화 유도부

Claims (31)

  1. 내부 공간을 갖는 챔버;
    상기 챔버의 내부 공간에 마련된 기판 안치부;
    상기 챔버의 내부 공간에 위치하여 상기 기판 안치부를 전후방향으로 이동시키는 기판 이송부;
    상기 이동하는 기판 안치부 상에 위치한 기판에 제 1 공정 가스와 제 2 공정 가스를 각기 분사하는 가스 노즐부;
    상기 가스 노즐부 하측 영역에 위치하여 상기 기판을 가열하는 가열부; 및
    상기 제 2 공정 가스가 분사되는 공간에 레이저 빔을 조사하는 빔 공급부를 포함하는 기판 처리 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 챔버의 상측면과 하측면에는 각기 제 1 및 제 2 관통홀이 형성되고,
    상기 가스 노즐부는 상기 제 1 관통홀에 탈착 가능하도록 배치되고, 상기 가열부는 상기 제 2 관통홀에 탈착 가능하도록 배치된 기판 처리 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 가스 노즐부는,
    상기 챔버의 상기 제 1 관통홀에 탈착 가능하도록 배치되는 가스 몸체부;
    상기 제 1 공정 가스를 분사하는 적어도 하나의 제 1 분사 노즐과 상기 제 1 분사 노즐 양측에 각기 마련된 복수의 제 1 배기홈을 포함하는 제 1 노즐부;
    상기 제 2 공정 가스를 분사하는 적어도 하나의 제 2 분사 노즐과 상기 제2 분사 노즐 양측에 각기 마련된 복수의 제 2 배기홈을 포함하는 제 2 노즐부; 및
    상기 가스 몸체부를 승강시켜 상기 챔버의 상기 제 1 관통홀에 탈착시키는 가스 이동부를 포함하는 기판 처리 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제 1 노즐부와 상기 제 2 노즐부는 상기 기판 안치부의 진행 방향을 기준으로 순차적으로 배치되는 기판 처리 시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 노즐부에 각기 상기 제 1 및 제 2 공정 가스를 공급하는 제 1 및 제 2 공정 가스 공급부와, 상기 제 1 및 제 2 노즐부를 통해 배기하는 제 1 및 제 2 배기부를 더 포함하는 기판 처리 시스템.
  6. 청구항 2에 있어서, 상기 가열부는,
    상기 챔버의 상기 제 2 관통홀에 탈착 가능하도록 배치된 가열 몸체부;
    상기 챔버 내측으로 돌출된 상기 가열 몸체부의 실장 공간에 마련된 복수의 가열 수단; 및
    상기 가열 몸체부를 승강시켜 상기 챔버의 상기 제 2 관통홀에 탈착시키는 가열 이동부를 포함하는 기판 처리 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 복수의 가열 수단으로 램프 히터를 사용하고,
    상기 실장 공간 상측을 차폐하여 상기 램프 히터를 보호하는 윈도우부를 포함하는 기판 처리 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판 이송부는 적어도 상기 가스 노즐부의 좌측과 우측에 각기 연장 배치된 좌측 기판 이송부와 우측 기판 이송부를 구비하고,
    상기 좌측 및 우측 기판 이송부 각각은,
    전후 방향으로 이동력을 제공하는 전후 이동부;
    상기 전후 이동부의 이동력을 상기 기판 이송부에 제공하는 연결부; 및
    상기 전후 이동부를 감싸는 커버부를 포함하는 기판 처리 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 기판 이송부는 일부가 상기 챔버 외측에 위치하여 상기 커버부를 상하로 이동시키는 상하 이동부를 더 포함하는 기판 처리 시스템.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 연결부는 상기 기판 안치부의 일측면에 접속 연장된 하측 연결판과, 상기 하측 연결판에서 연장되어 상기 전후 이동부에 접속된 상측 연결판을 구비하고, 상기 상측 연결판에는 레이저 빛이 통과하는 절개홈이 마련된 기판 처리 시스템.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔 공급부는 상기 레이저 빔을 방출하는 빔 방출부와, 상기 빔 방출부의 대향하는 영역에 위치하여 상기 레이저 빔의 에너지를 흡수하는 빔 소거부를 포함하고,
    상기 제 2 공정 가스가 상기 레이저 빔에 의해 나노 입자로 분해되는 기판 처리 시스템.
  12. 내부 공간을 갖는 챔버;
    상기 챔버의 내부 공간에 마련된 기판 안치부;
    상기 챔버 내에 마련되어 상기 기판 안치부를 전후 방향으로 이동시키는 기판 이송부; 및
    열원을 이용하여 상기 기판 안치부의 이동 영역 내에 마련된 결정화 영역을 지나는 기판상의 박막층을 결정화하는 결정화 유도부를 포함하는 기판 처리 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 기판 이송부는 적어도 상기 결정화 유도부의 좌측과 우측에 각기 연장 배치된 좌측 기판 이송부와 우측 기판 이송부를 구비하고,
    상기 좌측 및 우측 기판 이송부 각각은,
    전후 방향으로 이동력을 제공하는 전후 이동부;
    상기 전후 이동부의 이동력을 상기 기판 이송부에 제공하는 연결부; 및
    상기 전후 이동부를 감싸는 커버부를 포함하는 기판 처리 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 기판 이송부는 일부가 상기 챔버 외측에 위치하여 상기 커버부를 상하로 이동시키는 상하 이동부를 더 포함하는 기판 처리 시스템.
  15. 청구항 12 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결정화 유도부는 상기 챔버의 상측영역에 위치한 몸체부와, 상기 몸체부의 양 가장자리에 마련되어 상기 결정화 영역에 상기 열원을 공급하는 제 1 및 제 2 가열 수단을 구비하는 기판 처리 시스템.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 가열 수단은 상기 몸체부의 바닥면에 대하여 경사지도록 배치되고, 상기 제 1 및 제 2 가열 수단으로 램프 히터를 사용하며, 상기 챔버 내 에서 상기 결정화 영역의 온도가 가장 높은 기판 처리 시스템.
  17. 화학 기상 증착과 레이저 반응성 증착을 통해 기판상에 적어도 2층의 박막층을 연속적으로 동시에 증착하는 증착 장치;
    상기 기판 상에 증착된 적어도 2층의 박막층 중 어느 하나의 박막층을 결정화시키는 결정화 장치;
    복수의 기판이 저장된 로드락 장치; 및
    상기 증착 장치, 상기 결정화 장치 및 상기 로드락 장치에 각기 접속되어 이들 간에 기판을 이동시키는 이송 장치를 포함하는 기판 처리 시스템.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 기판 처리 장치는,
    내부 공간을 갖는 챔버;
    상기 챔버의 내부 공간에 마련된 기판 안치부;
    상기 챔버의 내부 공간에 위치하여 상기 기판 안치부를 전후방향으로 이동시키는 기판 이송부;
    상기 이동하는 기판 안치부 상에 위치한 기판에 제 1 공정 가스와 제 2 공정 가스를 각기 순차적이고 독립적으로 분사하는 가스 노즐부;
    상기 가스 노즐부 하측 영역에 위치하여 상기 기판을 가열하는 가열부; 및
    상기 제 2 공정 가스가 분사되는 공간에 레이저 빔을 조사하는 빔 공급부를 포함하는 기판 처리 장치.
  19. 청구항 17에 있어서, 상기 결정화 장치는,
    내부 공간을 갖는 결정화 챔버;
    상기 결정화 챔버의 내부 공간에 마련된 결정화 기판 안치부;
    상기 결정화 챔버 내에 마련되어 상기 결정화 기판 안치부를 전후 방향으로 이동시키는 결정화 이송부; 및
    열원을 이용하여 상기 결정화 기판 안치부의 이동 영역 내에 마련된 결정화 영역을 지나는 상기 기판상의 박막층을 결정화하는 결정화 유도부를 포함하는 기판 처리 시스템.
  20. 기판을 일 방향으로 전진시키고 가열하는 단계;
    전진하는 상기 기판에 제 1 공정 가스를 분사하여 상기 기판 전면에 순차적으로 제 1 박막층을 증착시키는 단계;
    전진하는 상기 기판 상측 영역에 제 2 공정 가스 분사하고 이를 레이저 빔을 통해 분해시켜 나노 입자를 생성하는 단계; 및
    상기 나노 입자를 전진하는 상기 기판의 제 1 박막층 상에 순차적으로 증착시켜 제 2 박막층을 형성하는 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 제 1 공정 가스의 화학적 반응에 의해 상기 제 1 박막층이 증착되는 기판 처리 방법.
  22. 청구항 20에 있어서,
    상기 레이저 빔의 열에 의해 상기 제 2 공정 가스가 나노 입자로 분해되는 기판 처리 방법.
  23. 청구항 20에 있어서,
    상기 제 1 박막층으로 Si을 함유하는 절연막층을 형성하고, 상기 제 2 박막층으로 Si층을 형성하는 기판 처리 방법.
  24. 청구항 20 내지 청구항 23 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 박막층이 상기 기판 전면에 증착되는 동안 상기 제 2 박막층이 상기 제 1 박막층 상측에 증착되는 기판 처리 방법.
  25. 챔버 내측에 박막층이 형성된 기판을 마련하는 단계;
    열원을 조사하여 상기 챔버 내부에서 가장 높은 온도를 갖는 결정화 영역을 형성하는 단계; 및
    상기 기판을 상기 결정화 영역으로 전진시켜 상기 기판상의 박막층 전체를 결정화 시키는 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
  26. 청구항 25에 있어서,
    상기 박막층으로 Si층을 사용하는 기판 처리 방법.
  27. 청구항 25에 있어서,
    상기 결정화 영역의 온도는 600 내지 1500도인 기판 처리 방법.
  28. 기판을 마련하는 단계;
    제 1 증착법과 제 2 증착법을 통해 이동하는 기판 전면에 제 1 박막층 및 제 2 박막층을 순차적으로 형성하는 단계; 및
    적어도 제 2 박막층을 재결정화하는 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
  29. 청구항 28에 있어서, 상기 제 1 박막층 및 상기 제 2 박막층을 순차적으로 형성하는 단계는,
    제 1 공정 가스를 이용한 화학 기상 증착법을 통해 이동하는 상기 기판 전면에 순차적으로 상기 제 1 박막층을 증착시키는 단계; 및
    제 2 공정 가스를 이용한 레이저 반응성 증착법을 통해 상기 제 1 박막층이 상기 기판 전면에 증착되는 동안 상기 제 1 박막층 상에 상기 제 2 박막층을 증착시키는 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
  30. 청구항 29에 있어서, 상기 레이저 반응성 증착법은,
    상기 제 2 공정 가스에 레이저 빔을 조사하여 나노 입자를 생성하는 단계; 및
    상기 나노 입자를 상기 제 1 박막층 상에 증착시키는 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
  31. 청구항 28에 있어서, 상기 적어도 제 2 박막층을 재결정화하는 단계는,
    결정화 챔버 내측으로 상기 제 1 및 제 2 박막층이 형성된 상기 기판을 로딩시키는 단계;
    열원을 조사하여 상기 결정화 챔버 내부에서 가장 높은 온도를 갖는 결정화 영역을 형성하는 단계; 및
    상기 기판을 상기 결정화 영역으로 이동시키는 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
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