KR20100077696A - 프로세스 모듈 및 이를 구비하는 원자층 증착장치 - Google Patents

Abstract

프로세스 모듈에서 동시에 처리할 수 있는 기판의 장수를 증가시킨 원자층 증착장치가 개시된다. 원자층 증착장치용 프로세스 모듈은, 기판이 안착된 다수의 트레이가 수용되어 연속적으로 이송되면서 증착 공정이 수행되는 공간을 제공하는 링 형태의 메인 챔버, 상기 트레이가 장착되며 상기 트레이를 상기 메인 챔버 내에서 수평 방향으로 이동시키는 트레이 구동부 및 상기 메인 챔버 내에 구비되어 상기 기판 상으로 증착을 위한 소스 가스를 분사하며 상기 기판의 이송 방향과 교차하는 직선 형태로 상기 소스 가스를 분사하도록 형성된 노즐부를 포함하여 구성된다. 따라서, 프로세스 모듈에서 메인 챔버를 원형으로 형성함으로써 기존의 프로세스 모듈에 비해 크기 증가가 거의 없이 동시에 처리할 수 있는 기판의 장수를 효과적으로 증가시킬 수 있다.

증착, ALD, 프로세스 모듈, 트레이, 원형 챔버

Description

프로세스 모듈 및 이를 구비하는 원자층 증착장치{PROCESS MODULE AND ATOMIC LAYER DEPOSITION APPARATUS HAVING THE SAME}

본 발명은 원자층 증착장치에 관한 것으로서, 메인 챔버를 원형으로 형성함으로써 프로세스 모듈 및 증착장치의 크기를 거의 증가시키지 않고 동시에 처리할 수 있는 기판의 장수를 증가시킬 수 있는 프로세스 모듈 및 원자층 증착장치를 제공하는 것이다.

일반적으로, 반도체 기판이나 글래스 등의 기판 상에 소정 두께의 박막을 증착하기 위해서는 스퍼터링(sputtering)과 같이 물리적인 충돌을 이용하는 물리 기상 증착법(physical vapor deposition, PVD)과, 화학 반응을 이용하는 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD) 등을 이용한 박막 제조 방법이 사용된다.

여기서, 화학 기상 증착법으로는 상압 화학 기상 증착법(atmospheric pressure CVD, APCVD), 저압 화학 기상 증착법(low pressure CVD, LPCVD), 플라즈마 유기 화학 기상 증착법(plasma enhanced CVD, PECVD)등이 있으며, 이 중에서 저온 증착이 가능하고 박막 형성 속도가 빠른 장점 때문에 플라즈마 유기 화학 기상 증착법이 많이 사용되고 있다.

그러나 반도체 소자의 디자인 룰(design rule)이 급격하게 미세해짐으로써 미세 패턴의 박막이 요구되었고 박막이 형성되는 영역의 단차 또한 매우 커지게 되었다. 이에 원자층 두께의 미세 패턴을 매우 균일하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 스텝 커버리지(step coverage)가 우수한 단 원자층 증착 방법(atomic layer deposition, ALD)의 사용이 증대되고 있다.

원자층 증착 방법(ALD)은, 기체 분자들 간의 화학 반응을 이용한다는 점에 있어서 일반적인 화학 기상 증착 방법과 유사하다. 하지만, 통상의 화학 기상 증착(CVD) 방법이 다수의 기체 분자들을 동시에 메인 챔버 내로 주입하여 기판의 상방에서 발생된 반응 생성물을 기판에 증착하나 이와 달리, 원자층 증착 방법은 하나의 기체 물질을 메인 챔버 내로 주입한 후 이를 퍼지(purge)하여 가열된 기판의 상부에 물리적으로 흡착된 기체만을 잔류시키고, 이후 다른 기체 물질을 주입함으로써 기판의 상면에서만 발생되는 화학 반응 생성물을 증착시킨다는 점에서 상이하다.

이러한 원자층 증착 방법을 통해 구현되는 박막은 스텝 커버리지 특성이 매우 우수하며 불순물 함유량이 낮은 순수한 박막을 구현하는 것이 가능한 장점을 갖고 있어 현재 널리 각광받고 있다.

기존의 원자층 증착장치는 기판의 로딩/언로딩을 위한 로드락 모듈과 증착 공정이 수행되는 프로세스 모듈로 이루어진다. 여기서, 스루풋(throughput)을 향상시키기 위해서 복수 장의 기판에 대해 동시에 증착 공정이 수행되는 세미배치 타입(semi-batch type)의 프로세스 모듈이 사용될 수 있다.

그런데 기존의 세미배치 타입 프로세스 모듈은 기판이 원형 서셉터의 원주 방향을 따라 방사상으로 안착되므로 동시에 처리하고자 하는 기판의 수와 기판의 크기가 증가함에 따라 프로세스 모듈의 크기 역시 급격하게 증가하게 된다.

여기서, 증착장치를 설치할 생산라인의 크기 등의 문제로 인해 프로세스 모듈 및 증착장치의 크기는 실질적으로 제한되므로 동시에 처리할 수 있는 기판의 수와 크기는 실질적으로 제한된다. 또한, 로드락 모듈 및 주변 장치들과의 연결 문제로 인해 증착장치에 구비될 수 있는 프로세스 챔버의 수 역시 2개로 제한된다. 현재는 6장의 기판을 처리할 수 있는 프로세스 챔버가 2개 구비되어 동시에 12장의 기판을 처리할 수 있는 원자층 증착장치가 제시되어 있다.

그러나 기판의 크기가 점차 대형화되고 있으므로 기존의 원자층 증착장치는 기판의 대형화 추세에 신속하게 대응하기가 어려우며, 일정 이상으로 기판의 크기가 대형화되는 경우에는 기존의 세미 배치 타입의 원자층 증착장치를 이용할 수 없다는 문제점이 있다. 또한, 원자층 증착장치의 스루풋을 향상시킬 수 있도록 동시에 처리할 수 있는 기판의 수를 증가시킬 수 있는 구조에 대한 연구도 필요하다 할 것이다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 다수의 기판을 동시에 처리할 수 있는 프로세스 모듈 및 원자층 증착장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 다수의 기판을 동시에 처리하되 프로세스 모듈의 크기 증가를 억제할 수 있는 프로세스 모듈 및 원자층 증착장치를 제공하기 위한 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 프로세스 모듈에서 동시에 처리할 수 있는 기판의 장수를 증가시킬 수 있도록 원형 또는 타원형의 챔버를 구비하는 원자층 증착장치용 프로세스 모듈은, 기판이 안착된 다수의 트레이가 수용되어 연속적으로 이송되면서 증착 공정이 수행되는 공간을 제공하는 링 형태의 메인 챔버, 상기 트레이가 장착되며 상기 트레이를 상기 메인 챔버 내에서 수평 방향으로 이동시키는 트레이 구동부 및 상기 메인 챔버 내에 구비되어 상기 기판 상으로 증착을 위한 소스 가스를 분사하며 상기 기판의 이송 방향과 교차하는 직선 형태로 상기 소스 가스를 분사하도록 형성된 노즐부를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 메인 챔버는 내부에 상기 트레이가 수평으로 수용 가능한 공간이 형성되며, 상기 트레이가 수평 방향으로 일렬로 연속적으로 배치되어 환형을 형성하도록 원형 또는 타원형 링 형태를 갖는다.

상기 트레이 구동부는 상기 메인 챔버 외부에서 상기 다수의 트레이를 동시에 상기 메인 챔버의 원주 방향을 따라 수평으로 이동시킬 수 있도록 형성되고, 상기 메인 챔버가 형성하는 환형의 중심 부분에 회전 가능하게 구비된 구동축과 상기 구동축에서 방사상 외측으로 연장되어 단부에 상기 트레이가 장착되는 지지축을 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 지지축은 일단이 상기 구동축에 결합되고 타단에는 상기 트레이가 장착되도록 상기 구동축에서 상기 메인 챔버 내부까지 연장된 길이를 갖는 바(bar) 또는 로드(rod) 형태를 가질 수 있다. 또한, 상기 트레이 구동부는 상기 구동축의 일부와 상기 지지축을 수용하는 구동 챔버를 더 포함하고, 상기 구동 챔버는 상기 메인 챔버의 환형 내부에 형성되고 상기 메인 챔버 내부와 연결되도록 형성된다. 예를 들어, 상기 구동 챔버는 상기 구동축의 회전에 의해 상기 지지축이 수평 방향으로 이동 가능하도록 형성되고, 상기 메인 챔버보다 낮은 높이를 갖는다.

상기 노즐부는 다수의 소스 가스를 분사하는 다수의 노즐 유닛을 포함하고, 상기 노즐 유닛은 상기 기판의 이송 방향에 대해 교차되는 직선 형태를 갖고 각 노즐 유닛이 서로 평행하게 형성된다. 예를 들어, 상기 노즐 유닛 사이의 간격은 상기 트레이에 안착된 기판의 중심과 인접한 기판의 중심 사이의 거리와 같거나 넓은 간격을 가질 수 있다. 또는, 상기 노즐 유닛 사이의 간격은 상기 기판 한 장의 직경과 같거나 작은 간격을 가질 수 있다.

한편, 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예들에 따르면, 프로세스 모듈에서 동시에 처리할 수 있는 기판의 장수를 증가시킬 수 있 도록 원형 또는 타원형의 챔버를 구비하는 원자층 증착장치는, 기판을 로딩/언로딩 하는 로드락 유닛과 상기 로드락 유닛과 연결되어 상기 기판을 이송하고 트레이에 안착하는 트랜스퍼 유닛을 포함하는 로드락 모듈 및 상기 로드락 모듈과 연결되어 상기 기판이 안착된 트레이를 수용하여 증착 공정이 수행되는 프로세스 모듈을 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 프로세스 모듈은, 상기 기판이 안착된 다수의 트레이가 수용되어 연속적으로 이송되면서 증착 공정이 수행되는 공간을 제공하는 링 형태의 메인 챔버, 상기 트레이가 장착되며 상기 트레이를 상기 메인 챔버 내에서 이동시키는 트레이 구동부 및 상기 메인 챔버 내에 구비되어 상기 기판 상으로 증착을 위한 소스 가스를 분사하며 상기 기판의 이송 방향과 교차하는 직선 형태로 상기 소스 가스를 분사하도록 형성된 노즐부를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 원자층 증착장치의 크기를 줄이고 공간 활용성을 향상시키기 위해서 상기 메인 챔버는 상기 트랜스퍼 유닛 상부에 구비되며, 상기 메인 챔버의 일부가 상기 트랜스퍼 유닛 상부에 겹쳐지도록 형성된다. 또한, 상기 트랜스퍼 유닛 내부에는 상기 트랜스퍼 유닛과 상기 메인 챔버 사이에서 상하로 승강 이동 가능하게 구비되어 상기 트레이를 로딩/언로딩하는 이송 유닛이 구비될 수 있다.

본 발명에 따르면, 첫째, 메인 챔버를 도넛 또는 링 형태로 형성하고, 기판이 트레이에 안착된 상태에서 로딩/언로딩 및 이송되므로 메인 챔버에 동시에 수용되어 증착되는 기판의 수를 효과적으로 증가시킬 수 있으며, 스루풋과 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한, 도넛 또는 링 형태의 메인 챔버는 처리 대상이 되는 기판의 크기가 증가하더라도 메인 챔버의 크기 증가를 효과적으로 억제할 수 있으며, 메인 챔버의 진공유지 및 기밀성 유지에 유리하다.

둘째, 메인 챔버를 트랜스퍼 유닛 상부에 일부 겹쳐지게 구성함으로써 메인 챔버의 크기가 증가하더라도 원자층 증착장치의 전체 크기 증가를 억제할 수 있으며, 공간 활용성을 향상시킬 수 있다.

셋째, 기판에 대해 직선 형태로 소스 가스가 분사되므로 기판에 고르게 소스 가스가 제공되어 증착 품질을 향상시키고, 증착속도를 향상시켜 생산성을 증대시킬 수 있다.

첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치(100)에 대해 상세하게 설명한다.

참고적으로, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치(100)를 설명하기 위한 평면도이고, 도 2는 도 1의 원자층 증착장치(100)에서 Ⅰ-Ⅰ 선에 따른 종단면도, 도 3은 도 1의 원자층 증착장치(100)의 트레이(103)를 설명하기 위한 평면도, 도 4는 도 1의 원자층 증착장치(100)에서 Ⅱ-Ⅱ 선에 따른 종단면도이다. 도 5는 도 1의 원자층 증착장치(100)에서 본 발명의 일 예에 따른 노즐부(104)를 설명하기 위한 평면도이고, 도 6은 다른 실시예에 따른 노즐부(104)를 설명하기 위한 평면도이다.

도 1을 참조하면, 원자층 증착장치(100)는 크게 기판(10)의 로딩/언로딩을 위한 로드락 모듈(load lock module)(101)과 상기 기판(10)의 증착 공정이 수행되는 프로세스 모듈(process module)(102)로 이루어진다. 특히, 상기 프로세스 모듈(102)은 동시에 다수의 기판(10)에 대해 증착 공정을 수행할 수 있도록 원형 또는 타원형 링 형태로 구성되며, 상기 기판(10)은 트레이(103)에 안착된 상태로 상기 프로세스 모듈(102) 내부에서 연속적으로 이송되면서 증착 공정이 수행된다.

상기 로드락 모듈(101)은 상기 기판(10)의 공급 및 증착이 완료된 기판(10)을 수용/저장하기 위한 버퍼 유닛(111)과 상기 기판(10)의 로딩/언로딩을 위한 로드락 유닛(112) 및 상기 기판(10)의 이송을 위한 트랜스퍼 유닛(113)으로 이루어진다.

상기 버퍼 유닛(111)은 다수의 기판(10)이 저장된 하나 이상의 카세트를 포함하며, 예를 들어, 증착 공정을 수행하기 위한 기판(10)이 저장된 카세트와 증착 공정이 완료된 기판(10)을 저장하는 카세트를 포함하여 2개 이상의 카세트를 구비한다.

상기 로드락 유닛(112)은 상기 버퍼 유닛(111)과 상기 트랜스퍼 유닛(113) 사이에서 상기 기판(10)을 이송한다.

상기 트랜스퍼 유닛(113)은 상기 로드락 유닛(112)에서 이송된 기판(10)을 상기 프로세스 모듈(102)에 로딩하고, 상기 프로세스 모듈(102)에서 상기 기판(10) 을 언로딩하여 상기 로드락 유닛(112)으로 이송하도록 구비된다.

여기서, 상기 기판(10)은 상기 트레이(103)에 안착된 상태에서 상기 프로세스 모듈(102)에 로딩/언로딩되므로, 상기 트랜스퍼 유닛(113) 또는 상기 로드락 유닛(112) 내부에는 상기 기판(10)을 상기 트레이(103)에 안착 및 분리시키기 위한 로더부(미도시)가 구비된다. 예를 들어, 상기 트랜스퍼 유닛(113) 내부에는 상기 기판(10)을 상기 트레이(103)에 안착시키거나 분리시키며, 상기 기판(10)이 안착된 트레이(103)를 상기 프로세스 모듈(102)로 이송하는 이송 유닛(114, 도 2 참조)이 구비된다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 기판(10)을 상기 트레이(103)에 안착 및 분리시키는 로더부는 상기 프로세스 모듈(102)에 구비될 수 있다. 여기서, 상기 이송 유닛(114)은 직선이동 또는 회전이동 가능하며, 상기 트레이(103)를 승강 이동 할 수 있는 통상의 로봇암 또는 핸들러(handler) 등이 사용될 수 있으며, 상기 이송 유닛(114)의 방식 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

상기 프로세스 모듈(102)은 원형 또는 타원형 링 형태를 갖는 메인 챔버(121)와 노즐부(104), 상기 트레이(103)의 이동을 위한 구동 챔버(122) 및 트레이 구동부(105)로 이루어진다.

상기 메인 챔버(121)는 내부에 상기 기판(10)이 안착된 트레이(103)가 수용되어 증착 공정이 수행되는 공간을 제공한다. 특히, 상기 메인 챔버(121)는 상기 트레이(103)가 상기 메인 챔버(121)의 원주 방향을 따라 연속적으로 이동하면서 증착 공정이 수행되도록 소정의 내부 체적을 갖는 링 또는 도넛 형태를 갖는다.

여기서, 상기 메인 챔버(121)는 상기 트레이(103)를 수용하고 증착에 필요한 최소한의 공간으로 형성하기 위해서 링 또는 도넛 형태를 갖는다. 즉, 증착 공정이 수행되기 위해서는 상기 메인 챔버(121) 내부는 소정의 진공 상태가 유지되어야 하는데 상기 메인 챔버(121)의 체적을 줄임으로써 증착 공정을 위해 진공 및 청정도 유지가 용이하며 불량 발생을 억제할 수 있는 장점이 있다.

이하에서는 설명의 편의를 위해서 상기 메인 챔버(121)의 내부 공간을 상기 메인 챔버(121)의 '내부'라 하고, 상기 메인 챔버(121)가 둘러싸서 형성하고 있는 환형의 내부 영역, 즉 상기 구동 챔버(122)가 형성된 부분을 상기 메인 챔버(121)의 '환형 내부'라고 지칭 한다.

상기 메인 챔버(121)는 상기 다수의 트레이(103)가 일렬로 연속되게 배치되어 상기 메인 챔버(121)의 원주를 따라 이동하도록 형성되며, 상기 트레이(103)가 상기 기판(10)을 지지하는 상태에서 수평 방향으로 이동할 수 있도록 형성된다. 즉, 상기 동시에 수용되는 트레이(103)의 수에 따라 상기 메인 챔버(121)의 원주 둘레 길이에 결정되며, 상기 기판(10) 및 상기 트레이(103)의 크기 또는 너비에 따라 상기 메인 챔버(121)의 내부 크기가 결정된다.

본 실시예에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 메인 챔버(121) 내부에는 12 장의 기판(10)이 안착된 트레이(103)가 수용된 상태를 예시하고 있다. 그러나 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 메인 챔버(121)에 동시에 수용될 수 있는 기판(10)의 수는 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다. 또한, 상기 메인 챔버(121)의 형상 역시 원형이나 타원형과 같이 상기 트레이(103)가 이동할 수 있는 실질적으로 다양한 형상을 가질 수 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 상기 원자층 증착장치(100)의 크기를 줄이고 공간 활용성을 향상시키기 위해서 상기 메인 챔버(121)를 상기 트랜스퍼 유닛(113) 상부에 구비하며, 특히 상기 메인 챔버(121)의 일부가 상기 트랜스퍼 유닛(113)의 상부와 겹쳐지도록 형성한다.

또한, 상기 메인 챔버(121)와 상기 트랜스퍼 유닛(113)이 연결되는 부분에는 상기 기판(10) 및 상기 트레이(103)의 출입을 위한 도어부(123)가 형성된다. 예를 들어, 상기 도어부(123)는 상기 트레이(103)가 수평으로 지지된 상태에서 승강 이동하여 상기 메인 챔버(121)로 출입할 수 있도록 상기 메인 챔버(121)와 상기 트랜스퍼 유닛(113)이 연결부가 일부 개구되어 형성된다. 그리고 상기 도어부(123) 하부에는 상기 이송 유닛(114)이 구비되어 있어서, 상기 트레이(103)의 로딩/언로딩 시에는 상기 트랜스퍼 유닛(113) 및 상기 메인 챔버(121) 내부에서 상하 방향으로 승강 이동하게 된다. 또한, 상기 도어부(123)에는 증착 공정이 수행되는 동안에는 상기 메인 챔버(121)를 폐쇄시킬 수 있도록 소정의 도어(미도시)가 구비될 수 있다.

한편, 상기 트레이(103)는 상기 기판(10)이 안착되는 트레이 플레이트(131)와 상기 트레이(103)를 상기 트레이 구동부(105)에 장착시키기 위한 장착부(132)로 이루어진다.

여기서, 상기 기판(10)은 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)일 수 있다. 그러나 본 발명의 대상이 실리콘 웨이퍼에 한정되는 것은 아니며, 상기 기판(10)은 LCD(liquid crystal display), PDP(plasma display panel)와 같은 평판 디스플레이 장치용으로 사용하는 유리를 포함하는 투명 기판일 수 있다. 또한, 상기 기판(10)은 형상 및 크기가 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 원형 및 사각형 등 실질적으로 다양한 형상과 크기를 가질 수 있다. 또한, 상기 트레이(103)의 형상과 크기 역시 상기 기판(10)의 형상과 크기에 따라 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.

상기 트레이 플레이트(131)는 상기 한 장의 기판(10)이 수평으로 안착되며 상기 다수의 트레이(103)가 원형 또는 타원형으로 배치될 수 있도록 소정의 사다리꼴 또는 일부가 잘린 부채꼴 형상을 갖는다. 예를 들어, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 트레이 플레이트(131)는 대략적으로 사다리꼴 형상을 가지며, 상기 메인 챔버(121)의 외주연부에 대응되는 부분은 소정의 곡률 반경을 갖는 곡선 형상을 갖고 서로 연속되는 부분은 직선 형상을 가질 수 있다. 그리고 상기 장착부(132)는 상기 메인 챔버(121)에 내주연부에 대응되는 부분에 형성되어 상기 트레이 구동부(105)와 착탈 가능한 형태를 갖는다.

상기 트레이 구동부(105)는 상기 트레이(103)의 이동을 위한 구동력을 전달하는 구동축(151) 및 구동 제어부(153)와 상기 구동축(151)에 구비되어 상기 트레이(103)가 장착되는 지지축(152)으로 이루어진다. 여기서, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 트레이 구동부(105)는 상기 다수의 트레이(103)가 동시에 이동할 수 있도록 형성된다. 즉, 하나의 구동축(151)이 상기 메인 챔버(121)의 환형 내부의 중심 부분에 구비되고, 상기 구동축(151)의 회전에 의해 상기 다수의 트레이(103)가 동시에 상기 메인 챔버(121)의 원주 방향을 따라 수평 방향으로 이동할 수 있도록 상 기 지지축(152)은 상기 구동축(151)에서 외측으로 방사상으로 연장된다.

여기서, 상기 지지축(152)은 상기 메인 챔버(121) 내부에서 상기 트레이(103)를 수평방향으로 이동시킬 수 있도록 상기 지지축(152)의 단부가 상기 메인 챔버(121)까지 연장 형성된다. 예를 들어, 상기 지지축(152)은 일단이 상기 구동축(151)에 연결되고 타단이 상기 메인 챔버(121) 내로 연장된 길이를 갖는 바(bar) 또는 로드(rod) 형상을 갖고, 상기 지지축(152)과 상기 트레이(103)가 일대일 대응이 되도록 구비된다.

상기 구동 챔버(122)는 상기 메인 챔버(121) 내의 진공을 유지시키면서 상기 지지축(152)이 이동할 수 있는 공간을 제공한다. 상기 구동 챔버(122)는 상기 메인 챔버(121)의 환형 내부를 채우도록 형성되어 상기 메인 챔버(121)와 연통되도록 형성되며, 상기 지지축(152)이 수용되어 수평 방향으로 이동할 수 있는 최소의 공간으로 형성된다. 예를 들어, 도 2 또는 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 구동 챔버(122)는 상기 메인 챔버(121)와 연통되도록 형성된다.

여기서, 상기 메인 챔버(121)는 내부에 상기 노즐부(104)가 구비될 수 있도록 상기 트레이(103) 상부에 소정의 공간이 형성되며, 상기 트레이(103) 하부에는 상기 기판(10)의 가열을 위한 히터(미도시)가 구비될 수 있도록 상기 트레이(103) 하부에 소정의 공간이 형성된다. 이에 반해 상기 구동 챔버(122)는 상기 지지축(152)이 이동할 수 있는 공간을 형성하면 되므로, 도 2 또는 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 구동 챔버(122)는 상기 메인 챔버(121)에 비해 낮은 높이를 갖는다.

상기 구동 챔버(122)는 상기 지지축(152)과 상기 구동축(151)의 일부를 수용 하므로 상기 트레이 구동부(105)의 실링이 필요한 부분은 상기 구동축(151)과 상기 구동 챔버(122)의 연결부로 한정된다. 따라서, 본 발명에 따르면 상기 원자층 증착장치(100)는 상기 기판(10) 및 트레이(103)가 수용되는 상기 메인 챔버(121)와 상기 트레이 구동부(105)가 수용되는 상기 구동 챔버(122)를 구획함으로써 상기 메인 챔버(121)의 체적을 줄일 수 있으며, 상기 트레이 구동부(105)의 실링 부위를 줄이고 기밀성을 향상시킬 수 있다.

상기 노즐부(104)는 상기 메인 챔버(121) 내부에 구비되며 상기 기판(10)에 대해 직선 형태로 소스 가스를 분사할 수 있도록 형성된다.

이하, 도 5와 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 노즐부(104)에 대해 설명한다. 여기서, 도 5와 도 6에 도시된 노즐부(104)는 분사노즐(411, 412, 43, 414)의 간격을 제외하고는 실질적으로 동일하므로 동일한 도면부호를 사용하여 설명한다.

상기 노즐부(104)는 상기 기판(10)으로 소스 가스를 분사하는 다수의 노즐 유닛(141)과 상기 노즐 유닛(141)으로 소스 가스를 공급하는 가스 공급부(142)로 이루어진다.

여기서, 증착 공정을 위해서는 형성하고자 하는 박막을 구성하는 소스 물질을 포함하는 한 종류 이상의 소스 가스와 상기 소스 가스의 퍼지를 위한 가스가 사용된다.

이하에서는 서로 다른 2 종류의 소스 가스(이하, 제1 가스(S1)와 제2 가스(S2)라 한다)와 한 종류의 퍼지 가스(PG)를 사용하는 것을 예로 들어 설명한다. 여기서, 상기 제1 및 제2 가스(S1, S2)는 상기 기판(10) 및 증착하고자 하는 박막에 따라 그 종류가 달라질 수 있다. 예를 들어, 실리콘 박막을 증착하기 위해서 상기 제1 가스(S1) 또는 상기 제2 가스(S2) 중 하나는 실리콘을 포함하는 실란(Silane, SiH4) 또는 디실란(Disilane, Si2H6), 4불화 실리콘(SiF4) 중 어느 하나의 가스를 사용할 수 있다. 또한, 상기 퍼지 가스(PG)는 상기 제1 및 제2 가스(S1, S2)와 상기 기판(10) 및 상기 기판(10) 상에 형성된 박막과 화학적으로 반응하지 않는 안정한 가스가 사용되며, 예를 들어, 아르곤(Ar)이나 질소(N2), 산소(O2), 헬륨(He) 중 어느 하나의 가스 또는 둘 이상 혼합된 가스를 사용할 수 있다.

상기 노즐부(104) 일측에는 상기 노즐부(104)로 소스 가스를 공급하는 가스 공급부(142)가 구비되고, 상기 가스 공급부(142)는 상기 제1 및 제2 가스(S1, S2)를 공급하는 제1 공급원(421)과 제2 공급원(423) 및 상기 퍼지 가스(PG)를 공급하는 퍼지 공급원(422)으로 이루어진다.

그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 상기 소스 가스의 종류와 수는 상기 기판(10)이나 증착하고자 하는 박막에 따라 그 종류가 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다. 그리고 상기 소스 가스의 종류와 수에 따라 상기 노즐 유닛(141) 및 상기 가스 공급부(142)의 구성이 변경된다.

상기 노즐 유닛(141)은 상기 기판(10)의 이동 방향에 대해 교차하도록 형성되며, 직선 형태로 형성된다. 여기서, 상기 노즐 유닛(141)은 상기 기판(10)에 균일하게 소스 가스를 분사할 수 있도록 상기 기판(10)의 이동 방향과 대략 직교하도 록 형성된다.

증착 공정에서는 상기 기판(10)에 상기 제1 가스(S1)와 상기 제2 가스(S2)가 교번적으로 제공되어야 하며, 상기 제1 및 제2 가스(S1, S2)가 제공되는 사이 사이에는 상기 제1 및 제2 가스(S1, S2)의 퍼지를 위해서 상기 퍼지 가스(PG)가 제공되어야 한다. 즉, 상기 노즐 유닛(141)은 상기 기판(10)의 이동 방향을 따라 상기 제1 가스(S1)를 분사하는 제1 분사노즐(411), 상기 퍼지 가스(PG)를 분사하는 제2 분사노즐(412), 상기 제2 가스(S2)를 분사하는 제3 분사노즐(413), 그리고 상기 퍼지 가스(PG)를 분사하는 제4 분사노즐(414)이 순서대로 배치된다. 그리고 상기 제1 내지 제4 분사노즐(411, 412, 413, 414)은 증착 공정의 조건에 따라 다수 회 반복되도록 배치된다. 또한, 상기 노즐 유닛(141)은 상기 기판(10)에 균일하게 소스 가스를 제공할 수 있도록 상기 제1 내지 제4 분사노즐(411, 412, 413, 414)이 서로 평행하게 배치된다.

여기서, 상기 제1 및 제3 분사노즐(411, 413) 사이의 간격이 너무 좁은 경우에는 상기 기판(10) 표면에서 반응하기 전에 상기 메인 챔버(121) 내부에서 반응이 발생할 수 있으므로 상기 제1 및 제3 분사노즐(411, 413)은 충분한 간격으로 이격되게 형성되는 것이 바람직하다. 물론 상기 제2 및 제4 분사노즐(412, 414)에서 분사되는 퍼지 가스(PG)에 의해 상기 제1 가스(S1)와 상기 제2 가스(S2)가 서로 상기 메인 챔버(121) 내부에서 혼합되는 것을 어느 정도 방지할 수는 있으나, 상기 기판(10)과 상기 제1 및 제2 가스(S1, S2)가 충분히 반응할 수 있는 시간을 확보하기 위해서 상기 제1 내지 제4 분사노즐(411, 412, 413, 414) 사이의 간격이 일정 거리 이상 이격되어 형성되는 것이 바람직하다.

일 예로, 상기 노즐 유닛(141)은 상기 분사노즐(411, 412, 413, 414) 사이의 간격이 상기 트레이(103)에 안착된 기판(10)의 중심과 인접한 기판(10)의 중심 사이의 거리(이하, '제1 거리'라 다)와 같거나 넓은 간격을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 각 분사노즐(411, 412, 413, 414)은 상기 제1 거리로 이격되어 배치된다.

여기서, 상기 제1 거리는 상기 트레이(103)에 안착된 기판(10)의 중심과 중심 사이의 거리이므로 상기 기판(10)의 직경보다 긴 길이를 갖는다. 즉, 상기 각 분사노즐(411, 412, 413, 414) 사이의 거리가 상기 기판(10)의 직경보다 더 넓게 벌어지게 되므로 상기 각 기판(10)은 하나씩의 분사노즐(411, 412, 413, 414)을 통과하게 된다.

한편, 상기 퍼지 가스(PG)는 상기 제1 및 제2 가스(S1, S2)와 반응하지 않는 가스이므로 상기 기판(10)에 상기 제1 또는 제2 가스(S1, S2)와 상기 퍼지 가스(PG)가 동시에 분사되더라도 증착 공정이 수행될 수 있다. 따라서, 상기 노즐 유닛(141)은 상기 제1 분사노즐(411) 및 상기 제3 분사노즐(413)과 상기 제2 및 제4 분사노즐(412, 414) 사이의 간격이 상기 기판(10)의 직경보다 좁은 간격으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 각 분사노즐(411, 412, 413, 414)은 상기 제1 거리의 대략 1/2 또는 상기 기판(10)의 반경 거리만큼 이격되어 배치된다. 이 경우, 상기 기판(10)은 하나 또는 두개의 분사노즐(411, 412, 413, 414)을 통과하게 된다.

여기서, 상기 제1 가스(S1)와 상기 제2 가스(S2)가 상기 기판(10)에 동시에 분사되는 것을 방지할 수 있도록 상기 제1 분사노즐(411)과 상기 제3 분사노즐(413)은 적어도 상기 기판(10)의 직경과 같거나 더 넓은 거리만큼 이격되게 배치되는 것이 바람직하다.

그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 분사노즐(411, 412, 413, 414)의 수와 간격은 증착 공정 조건(즉, 분사된 소스 가스가 상기 기판(10)과 반응하기 위한 시간 등)과 상기 기판(10)의 수 등의 조건에 따라 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.

이하에서는 상술한 구성을 갖는 원자층 증착장치(100)의 동작에 대한 일 예를 설명한다.

우선, 상기 버퍼 유닛(111)에서 기판(10)이 인출되면 상기 로드락 유닛(112)과 상기 트랜스퍼 유닛(113)을 통해 이송되고, 상기 트랜스퍼 유닛(113)에서 상기 트레이(103)에 안착된다.

다음으로, 상기 이송 유닛(114)에 의해 이송된 상기 트레이(103)가 상기 메인 챔버(121)로 상승하여 상기 지지축(152)에 장착되고 상기 구동축(151)의 회전에 의해 상기 메인 챔버(121)를 따라 이동하게 된다.

상기 트레이(103)가 이동함에 따라 상기 기판(10)이 상기 제1 가스(S1), 상기 퍼지 가스(PG), 그리고 상기 제2 가스(S2)를 순차적으로 다수 회 반복적으로 통과하게 되고, 상기 기판(10) 표면에는 상기 제1 및 제2 가스(S1, S2)의 화학 반응에 의해 소정의 박막이 형성된다. 여기서, 상기 기판(10)은 상기 메인 챔버(121) 를 1회 회전하여 통과할 수도 있으나, 상기 기판(10)에 증착하고자 하는 박막의 두께에 따라 상기 기판(10)의 회전 수와 시간이 결정된다.

다음으로, 상기 기판(10)에 소정 두께의 박막이 형성되면, 상기 트레이(103)가 하강되어 하부의 트랜스퍼 유닛(113)으로 이송되고, 상기 트레이(103)에서 분리된 기판(10)은 상기 버퍼 유닛(111) 이송되어 저장된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치를 설명하기 위한 평면도;

도 2는 도 1의 원자층 증착장치에서 Ⅰ-Ⅰ 선에 따른 요부 종단면도

도 3은 도 1의 원자층 증착장치에서 트레이의 일 예를 설명하기 위한 평면도;

도 4는 도 1의 원자층 증착장치에서 Ⅱ-Ⅱ 선에 따른 종단면도;

도 5는 도 1의 원자층 증착장치에서 노즐부의 일 예를 설명하기 위한 평면도;

도 6은 도 1의 원자층 증착장치에서 노즐부의 다른 예를 설명하기 위한 평면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 기판 100: 원자층 증착장치

101: 로드락 모듈 102: 프로세스 모듈

103: 트레이 104: 노즐부

105: 트레이 구동부 111: 버퍼 유닛

112: 로드락 유닛 113: 트랜스퍼 유닛

114: 이송 유닛 121: 메인 챔버

122: 구동 챔버 123: 도어부

131: 트레이 플레이트 132: 장착부

141: 노즐 유닛 142: 가스 공급부

151: 구동축 152: 지지축

153: 구동 제어부 411, 412, 413, 414: 분사노즐

421, 422, 423: 공급원 S1: 제1 가스

S2: 제2 가스 PG: 퍼지 가스

Claims (12)

1. 기판이 안착된 다수의 트레이가 수용되어 연속적으로 이송되면서 증착 공정이 수행되는 공간을 제공하는 링 형태의 메인 챔버;

   상기 트레이가 장착되며 상기 트레이를 상기 메인 챔버 내에서 수평 방향으로 이동시키는 트레이 구동부; 및

   상기 메인 챔버 내에 구비되어 상기 기판 상으로 증착을 위한 소스 가스를 분사하며 상기 기판의 이송 방향과 교차하는 직선 형태로 상기 소스 가스를 분사하도록 형성된 노즐부;

   를 포함하는 원자층 증착장치용 프로세스 모듈.
2. 제1항에 있어서,

   상기 메인 챔버는 내부에 상기 트레이가 수평으로 수용 가능한 공간이 형성되며, 상기 트레이가 수평 방향으로 일렬로 연속적으로 배치되어 환형을 형성하도록 원형 또는 타원형 링 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치용 프로세스 모듈.
3. 제2항에 있어서,

   상기 트레이 구동부는 상기 메인 챔버 외부에서 상기 다수의 트레이를 동시에 상기 메인 챔버의 원주 방향을 따라 수평으로 이동시킬 수 있도록 형성되고,

   상기 메인 챔버가 형성하는 환형의 중심 부분에 회전 가능하게 구비된 구동축과 상기 구동축에서 방사상 외측으로 연장되어 단부에 상기 트레이가 장착되는 지지축을 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치용 프로세스 모듈.
4. 제3항에 있어서,

   상기 지지축은 일단이 상기 구동축에 결합되고 타단에는 상기 트레이가 장착되도록 상기 구동축에서 상기 메인 챔버 내부까지 연장된 길이를 갖는 바(bar) 또는 로드(rod) 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치용 프로세스 모듈.
5. 제4항에 있어서,

   상기 트레이 구동부는 상기 구동축의 일부와 상기 지지축을 수용하는 구동 챔버를 더 포함하고,

   상기 구동 챔버는 상기 메인 챔버의 환형 내부에 형성되고 상기 메인 챔버 내부와 연결되도록 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치용 프로세스 모듈.
6. 제5항에 있어서,

   상기 구동 챔버는 상기 구동축의 회전에 의해 상기 지지축이 수평 방향으로 이동 가능하도록 형성되고, 상기 메인 챔버보다 낮은 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치용 프로세스 모듈.
7. 제1항에 있어서,

   상기 노즐부는 다수의 소스 가스를 분사하는 다수의 노즐 유닛을 포함하고,

   상기 노즐 유닛은 상기 기판의 이송 방향에 대해 교차되는 직선 형태를 갖고 각 노즐 유닛이 서로 평행하게 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치용 프로세스 모듈.
8. 제7항에 있어서,

   상기 노즐 유닛 사이의 간격은 상기 트레이에 안착된 기판의 중심과 인접한 기판의 중심 사이의 거리와 같거나 넓은 간격을 갖는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치용 프로세스 모듈.
9. 제7항에 있어서,

   상기 노즐 유닛 사이의 간격은 상기 기판 한 장의 직경과 같거나 작은 간격을 갖는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치용 프로세스 모듈.
10. 기판을 로딩/언로딩 하는 로드락 유닛과 상기 로드락 유닛과 연결되어 상기 기판을 이송하고 트레이에 안착하는 트랜스퍼 유닛을 포함하는 로드락 모듈; 및

    상기 로드락 모듈과 연결되어 상기 기판이 안착된 트레이를 수용하여 증착 공정이 수행되는 프로세스 모듈;

    을 포함하고,

    상기 프로세스 모듈은,

    상기 기판이 안착된 다수의 트레이가 수용되어 연속적으로 이송되면서 증착 공정이 수행되는 공간을 제공하는 링 형태의 메인 챔버;

    상기 트레이가 장착되며 상기 트레이를 상기 메인 챔버 내에서 이동시키는 트레이 구동부; 및

    상기 메인 챔버 내에 구비되어 상기 기판 상으로 증착을 위한 소스 가스를 분사하며 상기 기판의 이송 방향과 교차하는 직선 형태로 상기 소스 가스를 분사하도록 형성된 노즐부;

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
11. 제10항에 있어서,

    상기 메인 챔버는 상기 트랜스퍼 유닛 상부에 구비되며, 상기 메인 챔버의 일부가 상기 트랜스퍼 유닛 상부에 겹쳐지도록 형성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
12. 제11항에 있어서,

    상기 트랜스퍼 유닛 내부에는 상기 트랜스퍼 유닛과 상기 메인 챔버 사이에서 상하로 승강 이동 가능하게 구비되어 상기 트레이를 로딩/언로딩하는 이송 유닛이 구비된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.

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