KR20140108044A - 대면적 기판용 수평형 원자층 증착장치 - Google Patents

대면적 기판용 수평형 원자층 증착장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다수장의 대면적 기판에 대하여 수평 상태로 적층한 상태로 동시에 원자층 증착 공정을 수행할 수 있는 대면적 기판용 수평형 원자층 증착장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 대면적 기판용 수평형 원자층 증착장치는, 내부를 진공 상태로 유지하는 외부 챔버; 상기 외부 챔버 내부에 구비되며, 상면 또는 하면 중 어느 한면이 개방된 사각통을 가지는 내부 챔버; 다수장의 대면적 기판이 수평 상태로 평행하게 탑재되어 상기 내부 챔버 내부로 삽입될 수 있는 카세트를 구비하며, 상기 내부 챔버 개방된 면을 개폐하는 챔버 커버; 상기 내부 챔버의 일측벽에 구비되며, 상기 카세트에 탑재되어 있는 다수장의 기판 사이의 공간으로 공정 가스를 분사하는 공정가스 분사부; 상기 내부 챔버의 측벽 중 상기 공정가스 분사부가 설치되는 측벽과 마주보는 측벽에 구비되며, 상기 공정가스 분사부에 분사되는 공정가스를 흡입하여 배출하는 배기부;를 포함한다.

Description

대면적 기판용 수평형 원자층 증착장치{THE HORIZONTAL TYPE APPARATUS FOR DEPOSITING A ATOMIC LAYER ON THE LARGE SUBSTRATE}
본 발명은 수평형 원자층 증착장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수장의 대면적 기판에 대하여 수평 상태로 적층한 상태로 동시에 원자층 증착 공정을 수행할 수 있는 대면적 기판용 수평형 원자층 증착장치에 관한 것이다.
일반적으로 원자층 증착공정은 반도체, 태양전지, OLED 등의 정밀 제조 분야에서 박막을 증착하는 공정으로 널리 사용되고 있다. 원자층 증착 공정은 소스가스(반응가스)와 퍼지가스를 교대로 공급하여 원자층 단위의 박막을 증착하기 위한 방법으로서, 이에 의해 형성된 박막은 고종횡비를 갖고 저압에서도 균일하며, 전기적 물리적 특성이 우수한 장점이 있다.
원래 반도체 공정에 사용되던 원자층 증착 장치는 작은 크기의 웨이퍼 등에 박막을 증착하는 것이 대부분이었으며, 최근에 태양전지, 특히 박막형 태양전지 제조분야 그리고 OLED 등의 제조분야에서는 점차 대면적 기판에 대하여 원자층 증착 공정을 수행해야 할 필요성이 높아지고 있다.
이러한 대면적 기판에 대한 원자층 증착 공정에서는 대면적 기판에 대한 전체 물류 시스템이 대면적 기판을 수평으로 이동시키는 것이 일반적이므로, 원자층 증착 장치도 기판을 수평 상태로 유지한 상태에서 원자층 증착 공정을 수행해야 할 필요성이 있다.
이때 대면적 기판을 수평상태로 유지하면, 기판의 두께가 얇으므로(예를 들어 0.3 ~ 0.7cm) 기판의 중앙 부분은 중력에 의하여 하측으로 처지는 현상이 필연적으로 발생한다. 따라서 대면적 기판에 대하여 수평 상태로 원자층 증착 공정을 수행하기 위해서는 대면적 기판의 처짐 현상에 대한 대응방안이 필요하다.
또한 대면적 기판에 대한 공정 시간이 길어지므로 장비의 쓰루풋을 높이기 위하여 다수장의 기판에 대하여 동시에 공정을 진행할 수 있는 기술의 개발도 절실하게 요구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 다수장의 대면적 기판에 대하여 수평 상태로 적층한 상태로 동시에 원자층 증착 공정을 수행할 수 있는 대면적 기판용 수평형 원자층 증착장치를 제공하는 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 대면적 기판용 수평형 원자층 증착장치는, 내부를 진공 상태로 유지하는 외부 챔버; 상기 외부 챔버 내부에 구비되며, 상면 또는 하면 중 어느 한면이 개방된 사각통을 가지는 내부 챔버; 다수장의 대면적 기판이 수평 상태로 평행하게 탑재되어 상기 내부 챔버 내부로 삽입될 수 있는 카세트를 구비하며, 상기 내부 챔버 개방된 면을 개폐하는 챔버 커버; 상기 내부 챔버의 일측벽에 구비되며, 상기 카세트에 탑재되어 있는 다수장의 기판 사이의 공간으로 공정 가스를 분사하는 공정가스 분사부; 상기 내부 챔버의 측벽 중 상기 공정가스 분사부가 설치되는 측벽과 마주보는 측벽에 구비되며, 상기 공정가스 분사부에 분사되는 공정가스를 흡입하여 배출하는 배기부;를 포함한다.
본 발명의 대면적 기판용 수평형 원자층 증착장치에서, 상기 내부 챔버는 상면이 개방된 구조를 가지며, 상기 챔버 커버는 상기 내부 챔버의 상측에 상하 방향으로 구동가능하게 설치되는 것이 바람직하다.
또한 상기 챔버 커버는, 상기 내부 챔버의 개방된 상면을 덮는 커버 플레이트; 상기 커버 플레이트의 하부에 설치되며, 다수장의 대면적 기판을 서로 일정 간격 이격된 상태로 평행하게 탑재하는 상기 카세트; 상기 커버 플레이트의 상부에 설치되며, 상기 커버 플레이트를 상하 방향으로 구동시키는 커버 상하 구동부;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 내부 챔버와 상기 챔버 커버 사이에는 상기 내부 챔버와 챔버 커버 사이를 밀봉하는 밀봉부재가 더 구비되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 외부 챔버 또는 상기 내부 챔버에는 가열장치가 구비되는 것이 바람직하다.
또한 상기 기판 탑재로드는, 다수장의 대면적 기판을 일정한 층상 흐름 간격으로 이격시켜 탑재하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 대면적 기판용 수평형 원자층 증착장치에는, 외부에서 공급되는 대면적 기판을 수취하고, 공정이 완료된 대면적 기판을 외부로 반출하는 기판 수취/반출부가 구비되는 것이 바람직하다.
여기에서 상기 기판 수취/반출부는, 일정 간격 이격되어 평행하게 한 쌍으로 설치되고, 상기 대면적 기판 하부 양 측부를 지지한 상태로 회전하여 상기 대면적 기판을 수평 이동시키는 회전 롤러로 구비되되, 상기 한 쌍의 회전 롤러는 간격 조정이 가능한 구조를 가지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면 대면적 기판 다수장에 대하여 상기 대면적 기판을 물류 라인에서 이동되는 상태와 동일하게 수평 수평상태로 유지한 상태에서 동시에 원자층 증착 공정을 수행하여 공정의 쓰루풋이 우수한 장점이 있다.
또한 대면적 기판의 처짐 현상을 완벽하게 방지하여 기판과 기판 사이의 공정 간격을 최소화함으로써 공정에 소용되는 공정 가스의 소비량을 대폭 감소시키며, 공정 시간도 단축하는 현저한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수평형 원자층 증착장치의 구조를 도시하는 일측 방향의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수평형 원자층 증착장치의 구조를 도시하는 타측 방향의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버 커버의 구조를 도시하는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수평형 원자층 증착장치에서 공정이 진행되는 과정을 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지그에 기판이 탑재된 상태를 도시하는 단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다.
본 실시예에 따른 대면적 기판용 수평형 원자층 증착장치(1)는 도 1에 도시된 바와 같이, 외부 챔버(10), 내부 챔버(20), 챔버 커버(30), 공정가스 분사부(40) 및 배기부(50)를 포함하여 구성된다.
먼저 상기 외부 챔버(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 내부를 진공 상태로 유지하는 진공 챔버이다. 따라서 외부 챔버(10)에는 내부의 기체를 외부로 배출할 수 있는 진공 펌프(도면에 미도시)가 구비되며, 일측벽에는 외부로 기판을 반출할 수 있는 게이트(12)가 형성된다. 그리고 상기 게이트(12)에는 게이트를 개폐하는 게이트 밸브(14)가 구비된다.
다음으로 상기 내부 챔버(20)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 외부 챔버(10) 내부에 구비되며, 상기 외부 챔버(10)의 하부에 상면이 개방된 상태로 구비된다. 물론 상기 내부 챔버(20)는 경우에 따라서 상기 외부 챔버(10)의 상부에 하면이 개방된 상태로 구비될 수 있다.
이때 상기 외부 챔버(10)의 내부 체적은 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 내부 챔버(20) 상측으로 후술하는 챔버 커버(30)가 충분히 승강할 수 있는 크기로 여유 공간을 구비하고 있어야 한다.
그리고 상기 내부 챔버(20)의 일측벽에는 후술하는 공정가스 분사부(40)에서 분사되는 공정가스가 반사되는 분사구(22)가 상기 카세트에 탑재되어 있는 기판 간격과 동일한 간격으로 형성된다. 그리고 상기 분사구(22)가 형성되는 측벽과 마주보는 측벽에는 기체를 흡입하는 흡입구(24)가 상기 분사구(22)와 동일한 높이에 동일한 간격으로 형성된다.
상기 내부 챔버(20)는 대면적 기판의 형태에 따라 달라질 수 있으나, 상기 대면적 기판이 대부분 직사각형 형태이므로 상기 내부 챔버(20)도 직사각통 형상을 가지게 된다.
다음으로 상기 챔버 커버(30)는 상하 방향으로 승강 가능하게 구비되며, 하강하여 상기 내부 챔버(20)의 개방된 상면을 밀폐하는 구성요소이다. 즉, 상기 챔버 커버(30)는 원자층 증착 공정이 진행되는 동안에 상기 내부 챔버(20)를 밀폐 상태로 만들어 상기 내부 챔버(20) 내부 공간에서 원자층 공정이 안정적이고 효율적으로 진행되도록 하는 것이다. 그리고 공정이 완료된 후에는 상승하여 기판을 배출할 수 있도록 하는 것이다.
따라서 상기 내부 챔버(20)와 챔버 커버(30)가 결합한 상태에서 완벽하게 공정 진행을 위한 환경이 조성되는 것이다.
본 실시예에 따른 챔버 커버(30)에는 도 1에 도시된 바와 같이, 다수장의 기판(S)을 탑재할 수 있는 카세트(32)가 구비된다. 상기 카세트는 상기 챔버 커버(30)의 하부에 결합되어 설치되며, 다수장의 기판(S)을 수평 상태로 일정간격 이격되게 탑재할 수 있는 구조를 가진다. 본 실시예에서는 상기 다수장의 대면적 기판이 상기 카세트(32)에 탑재된 상태에서 상기 내부 챔버(20) 내부로 삽입되어 원자층 증착 공정이 진행된다. 원자층 증착 공정이 진행되는 동안 기판(S)은 카세트(32)에 적재된 상태를 유지하기 때문에 상기 카세트(32)는 공정 진행에 최대한 방해가 되지 않는 구조를 가져야 한다.
이를 위하여 본 실시예에서는 상기 카세트를 상기 대면적 기판의 네 모서리만을 지지하는 4개의 기판 탑재 로드(32)로 구성할 수 있다. 상기 기판 탑재로드(32)는 도 3에 도시된 바와 같이, 단순한 봉 형태를 가지며, 기판(S)의 모서리를 지지할 수 있는 기판 지지턱(34)이 일정한 간격으로 구비되는 구조를 가진다. 이때 상기 기판 탑재로드(32)는 최소한의 굵기를 가지는 것이 바람직하며, 상기 기판 지지턱(34)도 최소한의 두께와 크기를 가지는 것이 바람직하다.
한편 본 실시예에서 상기 기판 탑재로드(32)에 기판 지지턱(34)이 형성되는 간격은 실제 기판이 이격되어 원자층 증착 공정이 이루어지는 간격과 동일하다. 따라서 상기 기판 지지턱(34)이 형성되는 간격은 도 4에 도시된 바와 같이, 기판이 탑재된 상태에서 상기 공정가스 분사부(40)에서 분사된 공정가스가 층상흐름을 유지하면서 이동할 수 있는 간격 즉, 일정한 층상 흐름(laminar flow) 간격으로 형성되어야 한다. 이렇게 각 기판 사이의 간격이 층상 흐름 간격을 유지하여야만 원활한 원자층 증착 공정이 이루어지기 때문이다.
다음으로 상기 챔버 커버(30)에는 커버 상하 구동부(36)가 구비된다. 상기 커버 상하 구동부(36)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 커버 플레이트(38)의 상부에 설치되며, 상기 커버 플레이트(38)를 상하 방향으로 구동시킨다. 상기 커버 상하 구동부(36)는 다양한 구조를 가질 수 있으며, 예를 들어 도 1, 4에 도시된 바와 같이, 상기 외부 챔버(10)의 상부에 구동을 위한 구동원(도면에 미도시)과 플레이트(33)를 구비하고, 상기 커버 플레이트(38)와 결합되는 결합축을 벨로우즈(35)를 통하여 외부 챔버(10) 내부로 통과시켜 커버 플레이트(38)를 상하 구동시키는 구조를 가질 수 있다.
다음으로 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 내부 챔버(20)와 상기 챔버 커버(30) 사이에는 상기 내부 챔버(20)와 챔버 커버(30) 사이를 밀봉하는 밀봉부재(39)가 더 구비될 수 있다. 상기 밀봉부재(39)는 상기 커버 플레이트(38)의 하부 가장자리에 구비될 수도 있고, 상기 내부 챔버(20) 상면에 구비될 수도 있다.
다음으로 상기 공정가스 분사부(40)는 도 2, 4에 도시된 바와 같이, 상기 내부 챔버(20)의 일측벽에 구비되며, 상기 카세트(32)에 탑재되어 있는 다수장의 기판(S) 사이의 공간으로 공정 가스를 분사하는 구성요소이다. 상기 공정 가스 분사부(40)는 외부에 구비되는 공정가스 공급원(도면에 미도시)과 연결되어 공정가스를 공급받는다. 그리고 상기 공정 가스 분사부(40)에 의하여 분사되는 공정가스는 상기 분사구(22)를 통하여 균일하게 분사된다. 이때 원자층 증착 공정을 위한 공정가스는 펄스 형태로 공급된다.
다음으로 상기 배기부(50)는, 도 2, 4에 도시된 바와 같이, 상기 내부 챔버(20)의 측벽 중 상기 공정가스 분사부(40)가 설치되는 측벽과 마주보는 측벽에 구비되며, 상기 공정가스 분사부(40)에 분사되는 공정가스를 흡입하여 배출하는 구성요소이다. 상기 배기부(50)는 상기 배기구(24)와 연통되어 형성되며, 상기 공정가스 분사부(40)에서 분사되는 공정가스를 전부 흡입하여 외부로 배출한다.
한편 본 실시예에 따른 대면적 기판용 수평형 원자층 증착장치(1)에서 상기 외부 챔버(10) 또는 상기 내부 챔버(20)에는 가열장치(도면에 미도시)가 구비될 수 있다. 즉, 원활한 원자층 증착 공정을 위하여 상기 기판을 필요한 공정온도 예를 들어 100 ~ 150℃의 온도로 가열하기 위하여 가열장치가 구비되는 것이다.
다음으로 본 실시예에 따른 대면적 기판용 수평형 원자층 증착장치(1)에는 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 기판 수치/반출부(60)가 구비될 수 있다. 상기 기판 수취/반출부(60)는 외부에서 공급되는 대면적 기판을 수취하고, 공정이 완료된 대면적 기판을 외부로 반출하는 구성요소이다. 상기 기판 수취/반출부(60)는 기판(S)을 수취 및 반출할 수 있는 다양한 구조를 가질 수 있으며, 예를 들어 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 일정 간격 이격되어 평행하게 한 쌍으로 설치되고, 상기 대면적 기판 하부 양 측부를 지지한 상태로 회전하여 상기 대면적 기판을 수평 이동시키는 회전 롤러(62)로 구성될 수 있다.
이때 상기 한 쌍의 회전 롤러(62)는 간격 조정이 가능한 구조를 가지는 것이 바람직하다. 즉, 기판을 반입하고 반출하는 과정에서는 간격이 좁아져서 기판의 하부를 지지한 상태에서 수평 이동시키고, 기판을 탑재한 상기 카세트(32)가 하강하는 과정에서는 방해되지 않도록 간격이 넓어지도록 후퇴하여 공정이 진행되도록 하는 것이다. 따라서 각 회전롤러(62)는 전후 방향으로 구동할 수 있도록 롤러 수평 구동부(64)를 구비하는 구조를 가진다.
한편 본 실시예에서는 대면적 기판(S)의 중앙 부분이 하측으로 처지는 것을 방지하기 위하여 도 5에 도시된 바와 같이, 기판(S)을 처짐 방지 지그(J)에 안착한 상태로 공급받고 공정을 진행할 수도 있다.
이하에서는 본 실시예에 따른 대면적 기판용 수평형 원자층 증착 장치(1)를 이용하여 원자층 증착 공정이 이루어지는 과정을 설명한다. 이때는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 한쌍의 회전 롤러(62) 사이의 간격이 좁아져서 기판 반입 과정이 이루어진다.
먼저 게이트 밸브(14)가 개방된 상태에서 기판(S) 공급 과정이 진행된다. 이때 상기 챔버 커버(30)는 하측으로 하강한 상태이며, 최상측 기판 지지턱(34)부터 기판(S)이 적재된다. 기판(S)이 적재될수록 한 피치씩 챔버 커버(30)가 상승하며 모든 기판 지지턱(34)에 기판이 적재되면, 기판 반입 과정이 완료되고, 게이트 밸1브(14)가 닫힌다. 또한 상기 회전 롤러(63) 사이의 간격이 넓어져서 기판 및 상기 커버 플레이트(38)의 하강에 방해되지 않도록 한다.
이후 상기 챔버 커버(30)가 하강하여 내부 챔버(20)와 커버 플레이트(38)가 밀착되고 상기 내부 챔버(20)의 내부 공간이 밀폐된다. 이 상태에서 상기 공정가스 분사부(40)에서 공정가스를 분사하고 상기 배기부(50)에서 가스를 흡입하면서 원자층 증착 공정이 진행된다. 이러한 공정은 필요한 증착 두께가 완성될 때까지 반복하여 진행된다.
공정이 완료되면 상기 커버 플레이트(38)를 도 2에 도시된 바와 같이, 완전히 상승시킨다. 이 상태에서 상기 회전 롤러(62) 사이의 간격이 다시 좁아지고, 최하측의 기판부터 외부로 배출한다.
1 : 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 기판용 수평형 원자층 증착장치
10 : 외부 챔버 20 : 내부 챔버
30 : 챔버 커버 40 : 공정가스 분사부
50 : 배기부

Claims (8)

  1. 내부를 진공 상태로 유지하는 외부 챔버;
    상기 외부 챔버 내부에 구비되며, 상면 또는 하면 중 어느 한면이 개방된 사각통을 가지는 내부 챔버;
    다수장의 대면적 기판이 수평 상태로 평행하게 탑재되어 상기 내부 챔버 내부로 삽입될 수 있는 카세트를 구비하며, 상기 내부 챔버 개방된 면을 개폐하는 챔버 커버;
    상기 내부 챔버의 일측벽에 구비되며, 상기 카세트에 탑재되어 있는 다수장의 기판 사이의 공간으로 공정 가스를 분사하는 공정가스 분사부;
    상기 내부 챔버의 측벽 중 상기 공정가스 분사부가 설치되는 측벽과 마주보는 측벽에 구비되며, 상기 공정가스 분사부에 분사되는 공정가스를 흡입하여 배출하는 배기부;를 포함하는 대면적 기판용 수평형 원자층 증착장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내부 챔버는 상면이 개방된 구조를 가지며,
    상기 챔버 커버는 상기 내부 챔버의 상측에 상하 방향으로 구동가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 대면적 기판용 수평형 원자층 증착장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 챔버 커버는,
    상기 내부 챔버의 개방된 상면을 덮는 커버 플레이트;
    상기 커버 플레이트의 하부에 설치되며, 다수장의 대면적 기판을 서로 일정 간격 이격된 상태로 평행하게 탑재하는 상기 카세트;
    상기 커버 플레이트의 상부에 설치되며, 상기 커버 플레이트를 상하 방향으로 구동시키는 커버 상하 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 기판용 수평형 원자층 증착장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 내부 챔버와 상기 챔버 커버 사이에는 상기 내부 챔버와 챔버 커버 사이를 밀봉하는 밀봉부재가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 대면적 기판용 수평형 원자층 증착장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 외부 챔버 또는 상기 내부 챔버에는 가열장치가 구비되는 것을 특징으로 하는 대면적 기판용 수평형 원자층 증착장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 기판 탑재로드는,
    다수장의 대면적 기판을 일정한 층상 흐름 간격으로 이격시켜 탑재하는 것을 특징으로 하는 대면적 기판용 수평형 원자층 증착장치.
  7. 제1항에 있어서,
    외부에서 공급되는 대면적 기판을 수취하고, 공정이 완료된 대면적 기판을 외부로 반출하는 기판 수취/반출부가 구비되는 것을 특징으로 하는 대면적 기판용 수평형 원자층 증착장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 기판 수취/반출부는,
    일정 간격 이격되어 평행하게 한 쌍으로 설치되고, 상기 대면적 기판 하부 양 측부를 지지한 상태로 회전하여 상기 대면적 기판을 수평 이동시키는 회전 롤러로 구비되되,
    상기 한 쌍의 회전 롤러는 간격 조정이 가능한 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 대면적 기판용 수평형 원자층 증착장치.
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