KR20150031613A - 스캔형 반응기를 가지는 원자층 증착 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 원자층 증착에 있어서, 상부 및 하부의 분리 및 결합이 가능한 원자층 증착 공정을 위한 단위 공정챔버를 적층형태로 다수개 배치하며, 각 단위 공정챔버별로 원료전구체가 흡착된 기판위를 이동하면서 반응전구체를 원료전구체와 반응시키는 스캔형 반응기를 구비하여 원료전구체와 반응전구체의 공존영역을 원천적으로 배제함으로써, 기판외 성막방지에 따른 추가적인 성막 제거공정 불필요, 메인터넌스 주기연장, 파티클 발생억제를 통한 박막품질 및 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 스캔형 반응기에 열처리, 자외선 처리, 플라즈마 처리 등의 부가적인 기능을 선택적으로 추가하여 다양한 특성의 원자층 박막의 형성이 가능하게 함으로써 다양한 공정 대응이 가능하여, 필요에 따른 최적화된 박막의 제공이 가능하고, 부가적인 설비 감소로 부대 비용 및 유지보수 비용의 절감이 가능하도록 한다.

Description

스캔형 반응기를 가지는 원자층 증착 장치 및 방법{ATOMIC LAYER DEPOSITION APPARATUS WITH SCAN-TYPE REACTOR AND METHOD THEREOF}
본 발명은 기상 증착 반응기 및 이를 이용한 박막 형성 방법에 관한 것으로, 특히 원자층 증착(atomic layer deposition : ALD)에 있어서, 상부 및 하부의 분리 및 결합이 가능한 원자층 증착 공정을 위한 단위 공정챔버를 적층형태로 다수개 배치하며, 각 단위 공정챔버별로 원료전구체가 흡착된 기판위를 이동하면서 반응전구체를 원료전구체와 반응시키는 스캔형 반응기를 구비하여 원료전구체와 반응전구체의 공존영역을 원천적으로 배제시킴으로써, 기판외 성막방지에 따른 추가적인 성막 제거공정 불필요, 메인터넌스(maintenance) 주기연장, 파티클(particle) 발생억제를 통한 박막품질 및 생산성을 향상시킴과 더불어 최적화된 원자층 박막의 제공이 가능하도록 하는 스캔형 반응기(scan-type reactor)를 가지는 원자층 증착 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 기판이나 글라스 등의 기판 상에 소정 두께의 박막을 증착하는 방법으로는 스퍼터링(sputtering)과 같이 물리적인 충돌을 이용하는 물리 기상 증착법(physical vapor deposition, PVD)과, 화학반응을 이용하는 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD) 등이 있다.
그러나, 최근들어 반도체 소자의 디자인 룰(design rule)이 급격하게 미세해짐에 따라 미세 패턴의 박막이 요구되고 박막이 형성되는 영역의 단차 또한 매우 커지고 있어 원자층 두께의 미세 패턴을 매우 균일하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 스텝 커버리지(step coverage)가 우수한 원자층 증착방법(atomic layer deposition : ALD)의 사용이 증대되고 있다.
이러한 원자층 증착방법은 기체 분자들 간의 화학반응을 이용한다는 점에 있어서 일반적인 화학 기상 증착방법과 유사하다. 하지만, 통상의 CVD가 복수의 기체 분자들을 동시에 프로세스 챔버 내로 주입하여 발생된 반응 생성물을 기판에 증착하는 것과 달리, 원자층 증착방법은 하나의 소스 물질을 포함하는 가스를 프로세스 챔버 내로 주입하여 가열된 기판에 흡착시키고 이후 다른 소스 물질을 포함하는 가스를 프로세스 챔버에 주입함으로써 기판 표면에서 소스 물질 사이의 화학반응에 의한 생성물이 증착된다는 점에서 차이가 있다.
한편, 위와 같은 원자층 증착방법은 AMOLED 디스플레이의 박막 봉지, 플렉서블(flexible) 기판의 베리어막(barrier film), 태양광 버퍼 레이어(buffer layer), 반도체용 강유전체(high-k) 캐패시터용 고유전 물질 또는 알루미늄(Al), 구리(Cu) 배선 확산 방지막(TiN, TaN 등) 등을 형성하는데 사용될 수 있다.
이러한 원자층 증착방법은 현재까지 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)에서 사용되던 매엽식, 배치식 및 스캔형 소형 반응기가 기판위를 이송 또는 반대 방식으로 공정이 이루어지고 있다.
먼저, 매엽 방식은 1장의 기판 투입후 공정진행이 이루어지며, 기판의 입/반출 및 히팅을 위한 무빙용 서셉터, 공정가스 투입을 위한 디퓨져(샤워헤드 타입이 주류) 및 배기부로 구성되어 있다. 그러나, 매엽 방식에서는 진공 형성시 외부 대기압에 따른 공정챔버 및 주변부의 변형방지를 위하여 챔버가 매우 두껍고 기판의 반입/반출 및 공정 영역 구분을 위한 게이트 밸브의 필요로 대면적기판용 장비 구성시 내부 부피가 엄청나게 늘어나게 되므로 원료전구체 및 반응전구체의 소모량 급증, 유지비용 급증, 흡착-퍼지-반응-퍼지시간 증가에 따른 공정시간 증가로 생산성이 현저히 감소하는 문제점이 있다.
다음으로, 다수의 기판에 대해 동시에 공정을 진행하는 배치형 방식은 종래 원자층 증착 장비의 부피가 커서 원료전구체와 반응전구체가 많이 소요됨에 따른 유지비용 증가와 저생산성 문제점을 해결하고자 여러 장의 기판에 대해 동시에 공정을 수행하는 방식이다. 이러한 배치형 방식은 태양전지 공정에 일부 적용되고 있으나, 기판 전면 뿐만 아니라 뒷면에도 동시 성막이 되는 문제점, 다수 기판에 대한 박막의 균일도 및 재현성의 문제가 있으며, 챔버 오염시 초대형 챔버 전체를 분리하여 세정해야 하는 문제점이 있다.
다음으로, 스캔형 소형 반응기방식은 진공챔버내 기판의 한면의 길이에 대응하는 소형 반응기를 여러개 배치하여 기판 또는 소형 반응기가 왕복 운동하여 성막하는 방식으로, 일부 디스플레이 박막봉지 공정에서 적용되었으나, 기판과 소형 반응기의 완벽한 가스 유동 제어가 어려우며, 원료전구체와 반응전구체의 명확한 분리 구현이 어려워 파티클 이슈가 발생하는 문제점이 있다.
(특허문헌)
대한민국 공개특허번호 10-2013-0062374호(공개일자 2013년 06월 12일)에는 왕복 서셉터를 갖는 증착 장치를 이용한 층의 증착 방법에 관한 기술이 개시되어 있다.
따라서, 본 발명에서는 원자층 증착에 있어서, 상부 및 하부의 분리 및 결합이 가능한 원자층 증착 공정을 위한 단위 공정챔버를 적층형태로 다수개 배치하며, 각 단위 공정챔버별로 원료전구체가 흡착된 기판위를 이동하면서 반응전구체를 원료전구체와 반응시키는 스캔형 반응기를 구비하여 원료전구체와 반응전구체의 공존영역을 원천적으로 배제시킴으로써, 기판외 성막방지에 따른 추가적인 성막 제거공정 불필요, 메인터넌스 주기연장, 파티클 발생억제를 통한 박막품질 및 생산성을 향상시킴과 더불어 최적화된 원자층 박막의 제공이 가능하도록 하는 스캔형 반응기를 가지는 원자층 증착 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
상술한 본 발명은 스캔형 반응기를 가지는 원자층 증착 장치로서, 서로 분리 또는 결합되는 상부 공정챔버와 하부 공정챔버로 구성되는 공정챔버와, 상기 공정챔버의 외부의 기설정된 위치에 대기하며, 상기 상부 공정챔버와 하부 공정챔버가 분리되는 경우 상기 하부 공정챔버의 기판위의 기설정된 높이에서 수평 방향으로 이동하면서 상기 상부 공정챔버 또는 하부 공정챔버에 탑재된 기판 영역에 반응전구체를 분사하는 스캔형 반응기와, 상기 공정챔버를 지지하고, 상기 공정챔버가 위치한 공간을 진공상태로 유지시키는 진공챔버를 포함한다.
또한, 본 발명은 스캔형 반응기를 가지는 적층형 원자층 증착 장치로서, 서로 분리 또는 결합되는 상부 공정챔버와 하부 공정챔버로 구성되는 적어도 2개 이상의 공정챔버와, 각 공정챔버의 외부의 기설정된 위치에 대기하며, 상기 상부 공정챔버와 하부 공정챔버가 분리되는 경우 상기 하부 공정챔버의 기판위의 기설정된 높이에서 수평 방향으로 이동하면서 상기 상부 공정챔버 또는 하부 공정챔버에 탑재된 기판 영역에 반응전구체를 분사하는 스캔형 반응기와, 상기 공정챔버를 상하 방향으로 적층된 형태로 지지하고, 상기 공정챔버가 적층된 공간을 진공상태로 유지시키는 진공챔버를 포함한다.
또한, 상기 스캔형 반응기는, 상부면이나 또는 하부면의 중앙 또는 측면에 상기 반응전구체를 분사하는 가스공급부를 구비하며, 상기 가스공급부와 일정 이격 거리를 가지며, 상기 분사된 반응전구체 중 상기 기판 영역에서 원료전구체와 반응하지 못한 반응전구체 또는 반응 부산물 또는 퍼지가스를 배기시키는 가스배기부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스캔형 반응기는, 상부면이나 또는 하부면의 양쪽 측면 또는 측면 둘레부에 퍼지가스를 배출하는 퍼지가스 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스캔형 반응기는, 상기 기판 영역으로 상기 반응전구체를 분사시키는 시점부터 상기 퍼지가스 공급부를 통해 퍼지가스를 분사시켜 상기 스캔형 반응기와 상기 기판 사이에 상기 퍼지가스에 의한 가스장벽을 형성시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 퍼지가스 공급부는, 상기 스캔형 반응기 내에서 상기 가스공급부와 가스배기부보다 외곽에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스캔형 반응기는, 상부 또는 하부에 플라즈마 발생을 위한 전극을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스캔형 반응기는, 상기 기판 영역으로 상기 반응전구체를 분사시키는 시점에 상기 전극에 전원을 공급하여 상기 상부 또는 하부에 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스캔형 반응기는, 각 공정챔버에 하나씩 구비되어 독립적으로 구동되거나, 다수의 스캔형 반응기를 연결하는 연결수단에 의해 연결되어 동시에 구동되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스캔형 반응기는, 상기 연결수단을 이동시키는 반응기 이송수단에 의해 이동되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반응기 이송수단은, 상기 진공챔버에 의해 지지되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스캔형 반응기는, 상기 진공챔버에 의해 지지되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스캔형 반응기는, 상기 기판 또는 기판의 박막에 대한 세정 또는 표면개질(treatment)를 위한 열처리 수단 또는 자외선 처리 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 스캔형 반응기를 가지는 원자층 증착기로서, 서로 분리 또는 결합되는 상부 공정챔버와 하부 공정챔버로 구성되는 공정챔버와, 상기 공정챔버의 외부의 기설정된 위치에 대기하며, 상기 상부 공정챔버와 하부 공정챔버가 분리되는 경우 상기 하부 공정챔버의 기판위의 기설정된 높이에서 수평 방향으로 이동하면서 상기 공정챔버내 유입된 비활성 반응전구체를 상기 기판 영역에서 상기 원료전구체와 반응시키는 스캔형 반응기와, 상기 공정챔버를 지지하고, 상기 공정챔버가 위치한 공간을 진공상태로 유지시키거나 상기 비활성 반응전구체를 공급 및 배기하는 진공챔버를 포함한다.
또한, 본 발명은 스캔형 반응기를 가지는 적층형 원자층 증착기로서, 서로 분리 또는 결합되는 상부 공정챔버와 하부 공정챔버로 구성되는 적어도 2개 이상의 공정챔버와, 각 공정챔버의 외부의 기설정된 위치에 대기하며, 상기 상부 공정챔버와 하부 공정챔버가 분리되는 경우 상기 하부 공정챔버의 기판위의 기설정된 높이에서 수평 방향으로 이동하면서 상기 공정챔버내 유입된 비활성 반응전구체를 상기 기판 영역에서 상기 원료전구체와 반응시키는 스캔형 반응기와, 상기 공정챔버를 상하 방향으로 적층된 형태로 지지하고, 상기 공정챔버가 적층된 공간을 진공상태로 유지시키거나 상기 비활성 반응전구체를 공급 및 배기하는 진공챔버를 포함한다.
또한, 상기 스캔형 반응기는, 상기 상부 공정챔버 또는 하부 공정챔버에 탑재된 기판 영역에서 플라즈마를 이용하여 상기 비활성 반응전구체 중 상기 기판 영역에 존재하는 비활성 반응전구체만을 선택적으로 활성화시켜 상기 원료전구체와 반응시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스캔형 반응기는, 상기 상부 공정챔버 또는 하부 공정챔버에 탑재된 기판 영역에 자외선 또는 적외선을 조사하여 상기 비활성 반응전구체 중 상기 기판 영역에 존재하는 비활성 반응전구체만을 선택적으로 활성화시켜 상기 원료전구체와 반응시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스캔형 반응기는, 상부 또는 하부에 상기 플라즈마의 발생을 위한 전극을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스캔형 반응기는, 상기 기판으로 이동하는 시점에 상기 전극에 전원을 공급하여 상기 상부 또는 하부에 상기 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스캔형 반응기는, 상부 또는 하부에 상기 자외선 또는 적외선의 조사를 위한 자외선 조사장치 또는 적외선 조사장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스캔형 반응기는, 상기 기판으로 이동하는 시점에 상기 자외선 또는 적외선 조사장치를 구동하여 상기 상부 또는 하부에 상기 자외선 또는 적외선을 조사하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 비활성 반응전구체는, 플라즈마 또는 자외선 또는 적외선에 의하여 상기 원료전구체와 반응하는 물질인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 비활성 반응전구체는, 상기 진공챔버내 일정한 압력을 유지하며 채워지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 비활성 반응전구체는, 상기 기판에 대한 원료전구체 흡착 공정이 완료되어 상기 상부 공정챔버와 하부 공정챔버가 분리되는 경우, 상기 진공챔버로부터 상기 상부 공정챔버와 하부 공정챔버가 분리된 공간으로 확산 유입되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 비활성 반응전구체는, 상기 공정챔버내로 상기 기판이 로딩 또는 언로딩되어 상기 상부 공정챔버와 상기 하부 공정챔버가 결합된 상태인 경우 상기 진공챔버내에 채워지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 진공챔버 내에 공정챔버가 위치되어 있는 원자층 증착장치에서 수행되는 원자층 증착 방법으로서, 상기 공정챔버내에 기판과 마스크가 로딩되는 경우 상기 공정챔버의 상부 공정챔버와 하부 공정챔버가 결합하여 밀폐된 반응공간을 형성하는 단계와, 상기 밀폐된 반응공간에서 원자층 증착의 일부 공정을 수행하여 상기 기판상에 원료전구체를 흡착시키는 단계와, 상기 원료전구체의 흡착 후, 스캔형 반응기를 이용하여 상기 기판 영역에서 반응전구체를 분사시키는 단계와, 상기 기판 영역에 분사된 반응전구체와 상기 원료전구체를 반응시키는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은 진공챔버 내에 적어도 2개 이상의 공정챔버가 적층되어 있는 적층형 원자층 증착장치에서 수행되는 원자층 증착 방법으로서, 상기 공정챔버내에 기판과 마스크가 로딩되는 경우 상기 공정챔버의 상부 공정챔버와 하부 공정챔버가 결합하여 밀폐된 반응공간을 형성하는 단계와, 상기 밀폐된 반응공간에서 원자층 증착의 일부 공정을 수행하여 상기 기판상에 원료전구체를 흡착시키는 단계와, 상기 원료전구체의 흡착 후, 스캔형 반응기를 이용하여 상기 기판 영역에서 반응전구체를 분사시키는 단계와, 상기 기판 영역에 분사된 반응전구체와 상기 원료전구체를 반응시키는 단계를 포함한다.
또한, 상기 분사시키는 단계는, 상기 원료전구체의 흡착 후, 상기 상부 공정챔버와 하부 공정챔버를 분리시키는 단계와, 상기 스캔형 반응기를 상기 상부 공정챔버와 하부 공정챔버 사이의 공간으로 이동시키면서 상기 기판 영역에서 반응전구체를 분사시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분사시키는 단계에서, 상기 스캔형 반응기를 상기 하부 공정챔버의 기판위의 기설정된 높이에서 수평 방향으로 이동시키면서 상기 상부 공정챔버 또는 하부 공정챔버에 탑재된 기판 영역에서 반응전구체를 분사하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분사시키는 단계에서, 상기 스캔형 반응기를 통해 상기 반응전구체를 분사시키는 시점에 상기 스캔형 반응기의 양쪽 측면 또는 측면 둘레부에 퍼지가스를 분사시켜 상기 스캔형 반응기와 상기 기판 사이에 상기 퍼지가스에 의한 가스장벽을 형성시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분사시키는 단계에서, 상기 스캔형 반응기를 통해 상기 반응전구체를 분사시키는 시점에 상기 스캔형 반응기의 상부 또는 하부에 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분사시키는 단계에서, 상기 스캔형 반응기를 통해 상기 반응전구체를 분사시키는 시점에 상기 스캔형 반응기의 양쪽 측면 또는 측면 둘레부에 형성된 배기부를 통해 상기 스캔형 반응기와 상기 기판 사이의 미반응 반응전구체 또는 반응 부산물 또는 퍼지가스를 배기시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스캔형 반응기는, 상기 진공챔버에 의해 지지되며, 상기 공정챔버의 외부의 상기 기설정된 위치에서 대기하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스캔형 반응기는, 각 공정챔버에 하나 이상 구비되어 독립적으로 구동되거나, 다수의 스캔형 반응기를 연결하는 연결수단에 의해 연결되어 동시에 구동되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 진공챔버 내에 공정챔버가 위치되는 원자층 증착장치에서 수행되는 원자층 증착 방법으로서, 상기 공정챔버내에 기판과 마스크가 로딩되는 경우 상기 공정챔버의 상부 공정챔버와 하부 공정챔버가 결합하여 밀폐된 반응공간을 형성하는 단계와, 상기 밀폐된 반응공간에서 원자층 증착의 일부 공정을 수행하여 상기 기판 영역에 원료전구체를 흡착시키는 단계와, 상기 원료전구체의 흡착 후, 스캔형 반응기를 이용하여 상기 공정챔버내 유입된 비활성 반응전구체를 상기 기판 영역에서 상기 원료전구체와 반응시키는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은 진공챔버 내에 적어도 2개 이상의 공정챔버가 적층되어 있는 적층형 원자층 증착장치에서 수행되는 원자층 증착 방법으로서, 상기 공정챔버내에 기판과 마스크가 로딩되는 경우 상기 공정챔버의 상부 공정챔버와 하부 공정챔버가 결합하여 밀폐된 반응공간을 형성하는 단계와, 상기 밀폐된 반응공간에서 원자층 증착의 일부 공정을 수행하여 상기 기판상에 원료전구체를 흡착시키는 단계와, 상기 원료전구체의 흡착 후, 스캔형 반응기를 이용하여 상기 공정챔버내 유입된 비활성 반응전구체를 상기 기판 영역에서 상기 원료전구체와 반응시키는 단계를 포함한다.
또한, 상기 반응시키는 단계는, 상기 원료전구체의 흡착 후, 상기 상부 공정챔버와 하부 공정챔버를 분리시키는 단계와, 상기 스캔형 반응기를 상기 상부 공정챔버 또는 하부 공정챔버의 기판상으로 이동시키는 단계와, 상기 스캔형 반응기에서 플라즈마 또는 자외선 또는 적외선을 이용하여 상기 비활성 반응전구체를 활성화시켜 상기 기판 영역에서 상기 원료전구체와 반응시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반응시키는 단계에서, 상기 플라즈마 또는 자외선 또는 적외선을 이용하여 상기 공정챔버내 유입된 비활성 반응전구체 중 상기 기판 영역에 존재하는 비활성 반응전구체만을 선택적으로 활성화시켜 상기 원료전구체와 반응시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반응시키는 단계에서, 상기 스캔형 반응기를 상기 기판으로 이동시키는 시점에 상기 스캔형 반응기를 통해 상기 기판 영역에 플라즈마를 발생시켜 상기 비활성 반응전구체를 활성화시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반응시키는 단계에서, 상기 스캔형 반응기를 상기 기판으로 이동시키는 시점에 상기 스캔형 반응기를 통해 상기 기판 영역에 자외선 또는 적외선을 조사하여 상기 비활성 반응전구체를 활성화시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 비활성 반응전구체는, 플라즈마 또는 자외선 또는 적외선에 의하여 상기 원료전구체와 반응하는 물질인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 비활성 반응전구체는, 상기 기판에 대한 원료전구체 흡착 공정이 완료되어 상기 상부 공정챔버와 하부 공정챔버가 분리되는 경우, 상기 진공챔버로부터 상기 상부 공정챔버와 하부 공정챔버가 분리된 공간으로 확산 유입되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 비활성 반응전구체는, 상기 공정챔버내로 상기 기판이 로딩 또는 언로딩되어 상기 상부 공정챔버와 상기 하부 공정챔버가 결합된 상태인 경우 상기 진공챔버내에 채워지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스캔형 반응기는, 상기 진공챔버에 의해 지지되며, 상기 공정챔버의 외부의 상기 기설정된 위치에서 대기하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 원자층 증착에 있어서, 상부 및 하부의 분리 및 결합이 가능한 원자층 증착 공정을 위한 단위 공정챔버를 적층형태로 다수개 배치하며, 각 단위 공정챔버별로 원료전구체가 흡착된 기판위를 이동하면서 반응전구체를 원료전구체와 반응시키는 스캔형 반응기를 구비하여 원료전구체와 반응전구체의 공존영역을 원천적으로 배제함으로써, 기판외 성막방지에 따른 추가적인 성막 제거공정 불필요, 메인터넌스 주기연장, 파티클 발생억제를 통한 박막품질 및 생산성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 스캔형 반응기에 열처리, 플라즈마 처리 등의 부가적인 기능을 선택적으로 추가하여 다양한 특성의 원자층 박막의 형성이 가능하므로 필요에 따른 최적화된 박막의 제공이 가능하고, 부가적인 설비 감소로 부대 비용 및 유지보수 비용의 절감이 가능한 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착 장치 구조의 입체 사시도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 공정챔버의 단면 상세 구조도,
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 공정챔버의 단면 구조로서 스캔형 반응기를 이용한 원자층 증착 공정의 개략적인 구성도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연결수단을 통해 다수의 스캔형 반응기가 함께 구동되는 개략적인 구성도,
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 스캔형 반응기와 공정챔버의 단면 구조로서 공정가스가 스캔형 반응기로부터 분사되는 개략적인 구성도,
도 5c 내지 도 5e는 본 발명의 실시예에 따른 스캔형 반응기와 공정챔버의 단면 구조로서 플라즈마 공정이 가능한 개략적인 구성도,
도 5f 내지 도 5g는 본 발명의 실시예에 따른 스캔형 반응기와 공정챔버의 단면 구조로서 공정가스와 퍼지가스가 스캔형 반응기의 하부로부터 동시에 분사되는 개략적인 구성도,
도 5h 내지 도 5i는 본 발명의 실시예에 따른 스캔형 반응기와 공정챔버의 단면 구조로서 공정가스와 퍼지가스가 스캔형 반응기의 하부로부터 동시에 분사되며, 플라즈마 공정이 가능한 개략적인 구성도,
도 5j는 본 발명의 실시예에 따른 스캔형 반응기와 공정챔버의 단면 구조로서 기판에 대해 열처리 공정이 가능한 개략적인 구성도,
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공정챔버의 단면 구조로서 스캔형 반응기를 이용한 원자층 증착 공정의 개략적인 구성도,
도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 스캔형 반응기와 공정챔버의 단면 구조로서 스캔형 반응기에서 플라즈마를 이용한 원자층 박막 형성 공정의 개략적인 구성도,
도 7c 내지 도 7d는 본 발명의 실시예에 따른 스캔형 반응기와 공정챔버의 단면 구조로서 스캔형 반응기에서 자외선 또는 적외선을 이용한 원자층 박막 형성 공정의 개략적인 구성도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착 장치 구조의 입체 사시도를 도시한 것으로, 원자층 증착 장치(1000)는 다수개의 공정챔버(1200)와 상기 다수개의 공정챔버(1200)를 수용하는 진공챔버(1100) 등을 포함할 수 있다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 원자층 증착 장치(1000)의 구조를 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 다수개의 공정챔버(1200)는 기판에 대한 원자층 증착공정을 수행할 수 있는 챔버(chamber)로서 각각 독립적인 공간을 가지도록 구현되며, 수직 방향으로 적층되어 외부 진공챔버(1100)에 수용된다. 이러한 공정챔버(1200)는 진공챔버(1100)에 인입 시 위치가 고정되는 상부 공정챔버(1210)와 진공챔버(1100)에 구비되는 이송부에 의해 상하로 이동하여 상부 공정챔버(1210)와 결합되거나 분리되는 하부 공정챔버(1220)로 구성될 수 있다.
이러한 공정챔버(1200)는 위와 같은 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)로 분리 또는 결합되도록 하는 구성을 통해 최적의 원자층 증착 공정이 가능한 공간만 확보하도록 하여 원자층 증착 장치의 부피를 최소화할 수 있도록 설계될 수 있다.
또한, 공정챔버(1200)는 진공챔버(1100)의 상부 또는 측면에 설치되는 가이드부(1204)와 연계하여 진공챔버(1100)로의 입출이 가능하며, 진공챔버(1100)내 기준위치에 인입된 상태에서 가이드부(1204)를 조절하여 고정이 가능하게 된다.
다음으로, 진공챔버(1100)는 내부에 다수개의 공정챔버를 상하 방향으로 적재할 수 있는 다단 지지부(1202)와 가이드부(1204) 등을 가지며 진공상태를 유지하여 각각의 공정챔버(1200)에서 원자층 증착 공정이 이루어질 수 있도록 한다.
즉, 진공챔버(1100)는 원자층 증착 공정을 위해 분리 결합이 가능하도록 구성된 단위 공정챔버(1200)가 적층되어 배치된 내측의 다수개의 공정챔버(1200)를 지지하고 각 공정챔버에서 기판이 반입/반출 가능하도록 하며, 외부의 대기 및 압력차가 존재하는 환경으로부터 내측 공정챔버(1200)에 가해지는 외력의 영향을 최소화시킬 수 있다.
따라서, 위 도 1에서와 같이 독립적인 원자층 증착 공정이 수행되는 다수개의 공정챔버(1200)를 하나의 진공챔버(1100)에 상하방향으로 적층한 구조를 이용하는 경우 다수개의 공정챔버(1200)에서 다수개의 기판에 동시에 성막이 이루어지므로 종래 단일 기판용 증착기에 대비하여 몇배의 생산성 향상을 가질 수 있도록 한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 공정챔버의 단면 상세 구조를 도시한 것이다.
먼저, 도 2a는 공정챔버(1200)내로 기판(1010) 및 마스크(1020)를 로딩시키기 위해 하부 공정챔버(1220)가 하부로 이동되어 공정챔버가 개방된 상태를 도시한 것이다.
위 도 2a를 참조하면, 하부 공정챔버(1220)가 이송부(1110)에 의해 상부 공정챔버(1210)로부터 상하방향의 하부로 이동하여 개방된 상태에서 기판(1010)과 마스크(1020)가 공정챔버(1200) 내부의 기판 지지부(1015)와 마스크 지지부(1017)에 순차적으로 로딩된다. 이때, 공정챔버(1200)의 상부 공정챔버(1210)는 진공챔버(1100)에 고정되어 지지되며, 하부 공정챔버(1220)는 진공챔버(1100)에 구비되는 이송부(1110)에 의해 진공챔버(1100)에 대해 상하방향으로 이동될 수 있다.
위와 같이, 기판 지지부(1015)와 마스크 지지부(1017)에 기판(1010)과 마스크(1020)가 로딩되는 경우, 이송부(1110)에 의해 하부 공정챔버(1220)가 상승하고, 기판(1010)과 마스크(1020)가 하부 공정챔버(1220)에 순차적으로 탑재되면서 도 2b에서와 같이 하부 공정챔버(1220)가 상부 공정챔버(1210)에 최종 결합하게 된다.
한편, 이때 기판(1010)과 마스크(1020)의 로딩은 각각의 공정챔버(1200)별로 개별적으로 이루어질 수도 있으며, 진공챔버(1100)내 다수의 공정챔버(1200)가 개방된 상태에서 동시에 이루어질 수도 있다.
다음으로, 도 2b는 공정챔버(1200)에 기판(1010)과 마스크(1020)가 로딩된 상태에서 공정진행을 위해 하부 공정챔버(1220)가 상부로 이동되어 상부 공정챔버(1210)와 결합된 상태를 도시한 것이다.
위 도 2b를 참조하면, 공정챔버(1200)가 개방된 상태에서 기판(1010)과 마스크(1020)가 로딩된 후, 이송부(1110)에 의해 하부 공정챔버(1220)가 상승되어 하부 공정챔버(1220)가 상부 공정챔버(1210)에 결합하게 됨으로서 공정챔버(1200)의 밀폐된 반응 공간이 형성될 수 있다.
이와 같이 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)가 결합되어 공정 진행이 가능한 밀폐된 반응 공간이 형성되는 경우, 공정 진행에 따라 공정 가스 공급부(1212)로 필요한 가스가 인입되면서 기판(1010)에 대한 원자층 증착 공정이 수행될 수 있다.
한편, 위와 같이 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)가 결합된 상태에서 기판(1010)에 대한 원자층 증착 공정이 완료되는 경우, 하부 공정챔버(1220)가 이송부(1110)에 의해 하강되어 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)가 분리되는 언로딩 동작이 수행되며, 이와 같은 언로딩 상태에서 공정이 완료된 기판(1010)에 대해 공정챔버(1200) 외부로 반출이 이루어지게 된다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 공정챔버에서 스캔형 반응기를 이용한 원자층 증착 공정에 따른 공정챔버의 단면 구조를 도시한 것이다.
이하, 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 스캔형 반응기(1600)를 이용한 원자층 증착 공정의 동작 개념을 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 도 3a에서 보여지는 바와 같이, 하부 공정챔버(1220)가 이송부(1110)에 의해 상부 공정챔버(1210)로부터 수직방향의 하부로 이동되어 개방된 상태에서 기판(1010)과 마스크(1020)가 공정챔버(1200) 내부의 기판 지지부(1015)와 마스크 지지부(1017)에 순차적으로 로딩된다.
위와 같이 기판(1010)과 마스크(1020)가 정상적으로 로딩이 완료되는 경우, 도 3b에서와 같이 이송부(1110)에 의해 하부 공정챔버(1220)가 상승되어 하부 공정챔버(1220)가 상부 공정챔버(1210)에 결합하게 되며, 이와 같은 결합에 따라 원자층 증착 공정 진행이 가능한 밀폐된 반응공간이 형성되는 경우, 가스 공급부(1212)로 원자층 증착 공정에 필요한 공정가스가 순차적으로 인입되면서 기판(1010)에 대한 원자층 증착 공정이 수행될 수 있다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 스캔형 반응기(1600)를 이용하는 원자층 증착 공정에서는 공정챔버(1200)의 상부 공정챔버(1210)과 하부 공정챔버(1220)가 결합된 상태에서 원료전구체를 흡착시키는 공정만 진행하게 되며, 원료전구체의 흡착 공정이 완료된 후에는 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)를 분리한 후, 스캔형 반응기(1600)를 이용하여 반응전구체 반응 공정을 진행하게 된다.
또한, 이와 같이 반응공간에서 원료전구체를 흡착시키는 방법으로는 예를 들어 도 3b에서와 같이 상부 공정챔버(1210)의 상부면 외곽에 구성되는 가스공급부(1212)를 통해 가스를 공급하여 기판(1010)상 원료전구체를 분사시키게 되며, 기판(1010)상 원료전구체가 충분히 분사된 경우, 가스공급부(1212)로 퍼지가스를 공급하여 기판(1010)상에 물리적으로 결합하고 있는 물리흡착층의 원료전구체에 대해서는 기판(1010)으로부터 분리시킴으로써 원료전구체의 단일 분자층을 얻을 수 있도록 한다.
한편, 공정챔버(1200)내에서의 원료전구체 흡착 공정에 있어서, 위 설명에서는 가스공급부(1212)가 상부 공정챔버(1210)의 측면에 구현되어 기판(1010)의 측면에서 원료전구체가 수평으로 분사되는 것을 예를 들어 설명하였으나, 이는 하나의 실시예일 뿐 이러한 가스공급부(1212)는 상부 공정챔버(1210)상 중앙부에 샤워헤드(shower head) 디퓨저(defuser) 등으로 형성되어 원료전구체가 기판(1010)상 수직으로 분사되는 형태로도 실시 가능하다.
이어, 위와 같이 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)가 결합된 상태에서 원료전구체에 대한 흡착이 완료되는 경우, 도 3c에서와 같이 다시 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)를 분리시킨 후, 스캔형 반응기(1600)를 기판(1010)으로 수평한 방향으로 편도 또는 왕복 이송시키면서 기판(1010)상으로 반응전구체를 분사하여 원자층 박막을 형성시키게 된다.
위와 같은 스캔형 반응기(1600)를 이용한 원자층 박막 형성 공정을 보다 자세히 설명하면, 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)가 결합된 상태에서 원료전구체 흡착 및 퍼지공정이 완료되는 경우, 하부 공정챔버(1220)를 이송부(1110)에 의해 하강시켜 상부 공정챔버(1210)와 분리시킨 후, 공정챔버(1200)의 일측면에 위치하고 있는 스캔형 반응기(1600) 보다 낮은 기설정된 위치에 위치시킨다. 이때, 하부 공정챔버(1220)의 위치는 스캔형 반응기(1600)가 하부 공정챔버(1220)의 기판(1010)위로 수평 방향으로 이동하면서 반응전구체를 분사할 수 있도록 미리 계산된 최적화된 위치가 될 수 있다.
이어, 위와 같이 스캔형 반응기(1600)가 하부 공정챔버(1220)의 기판(1010)으로 수평방향으로 이동할 수 있는 기설정된 위치로 하부 공정챔버(1220)가 하강되어 스캔형 반응기(1600)의 이동이 가능하게 되는 경우, 스캔형 반응기(1600)를 하부 공정챔버(1220)의 기판(1010)위로 수평 방향으로 편도 또는 왕복 이동시키면서 스캔형 반응기(1600)의 하부에 형성된 가스공급부(도시하지 않음)를 통해 반응전구체를 기판으로 분사시키게 되며, 스캔형 반응기(1600)로부터 분사되는 반응전구체는 기판(1010)위에 흡착되어 있던 원료전구체와 화학반응을 수행하여 원자층 박막을 형성하게 되는 것이다.
이때, 위와 같은 스캔형 반응기(1600)는 독립적인 각각의 구동수단에 의해 각 공정챔버(1200)별 독립적으로 구동되도록 할 수도 있으며, 도 4에서 보여지는 바와 같이 연결바 등의 연결수단(1610)을 통해 다수의 스캔형 반응기(1600)를 공동으로 연결시키고, 연결수단(1610)을 이동 제어하는 통합적인 반응기 이송수단(1620)을 통해 동시에 다수의 스캔형 반응기(1600)가 구동되도록 할 수도 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서는 진공챔버내 다수의 공정챔버가 적층된 형태의 원자층 증착 장치에서 스캔형 반응기의 동작을 예로써 설명하였으나, 진공챔버내 하나의 공정챔버가 존재하는 경우에도 스캔형 반응기를 이용한 원자층 증착 공정을 동일하게 적용할 수 있다.
한편, 위와 같은 스캔형 반응기를 이용한 원자층 증착 공정의 보다 상세한 동작은 후술되는 도 5a 내지 도 5j에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 스캔형 반응기와 공정챔버의 단면 구조로서 반응전구체를 포함하는 공정가스가 스캔형 반응기로부터 분사되는 개략적인 구성을 도시한 것이다.
도 5a를 참조하면, 스캔형 반응기(1600)의 하부 중앙에 형성되는 가스공급부(1601)를 통해 기판(1010)상 수직한 방향으로 반응전구체를 공급하고, 스캔형 반응기(1600)의 하부 양쪽 측면부 또는 측면 둘레부에 형성되는 가스배기부(1602)를 통해 원료전구체와 반응하지 못하고, 기판상 잔존하는 반응전구체를 배기시키도록 하는 구조를 나타내고 있다.
이하, 동작을 살펴보면, 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)가 결합된 상태에서 원료전구체 흡착 및 퍼지공정이 완료되는 경우, 하부 공정챔버(1220)를 이송부(1110)에 의해 하강시켜 상부 공정챔버(1210)와 분리시킨 후, 공정챔버(1200)의 일측면에 위치하고 있는 스캔형 반응기(1600) 보다 낮은 기설정된 위치에 위치시킨다. 이때, 하부 공정챔버(1220)의 위치는 스캔형 반응기(1600)가 하부 공정챔버(1220)의 기판(1010)위로 수평 방향으로 이동하면서 반응전구체를 분사할 수 있도록 미리 계산된 최적화된 위치가 될 수 있다.
이어, 위와 같이 스캔형 반응기(1600)가 하부 공정챔버(1220)의 기판(1010)으로 수평 방향으로 이동할 수 있는 기설정된 위치로 하부 공정챔버(1220)가 하강되어 스캔형 반응기(1600)의 이동이 가능하게 되는 경우, 기설정된 위치에서 대기 중이던 스캔형 반응기(1600)를 원료전구체가 흡착된 상태인 하부 공정챔버(1220)의 기판(1010) 상으로 이동시키면서 반응전구체를 분사하게 된다.
즉, 스캔형 반응기(1600)를 하부 공정기판(1220) 상 원료전구체가 흡착된 상태인 기판(1010) 위로 기설정된 이동속도로 이동시키면서, 스캔형 반응기(1600)의 하부 중앙에 구현되는 가스공급부(1601)를 통해 기판(1010)상으로 반응전구체를 균일하게 분사시키게 되며, 스캔형 반응기(1600)로부터 분사되는 반응전구체는 기판(1010)위에 흡착되어 있던 원료전구체와 화학반응을 수행하여 원자층 박막을 형성하게 된다.
이때, 이러한 스캔형 반응기(1600)는 하부 공정챔버(1220)의 기판(1010)위를 수평 방향으로 편도 또는 왕복 이동하면서 위와 같은 반응전구체의 분사를 수행할 수 있다. 또한, 반응전구체의 원활한 반응 및 박막 특성의 향상을 위하여 하부 공정챔버(1220)에 히터(heater) 기능을 부여하여 기판(1010)의 온도 조절이 가능하도록 하여 서셉터의 기능을 수행할 수도 있다.
한편, 스캔형 반응기(1600)를 이용한 원자층 증착에서는 스캔형 반응기(1600)를 통해 반응전구체가 분사되는 경우, 기판(1010)상에서는 원료전구체와 반응전구체가 화학 반응을 통해 원자층 박막이 형성되며, 원료전구체와 반응하지 못한 반응전구체는 스캔형 반응기(1600)가 이동함에 따라 스캔형 반응기(1600)의 하부 양쪽 측면부에 형성된 가스배기부(1602)를 통해 배기될 수 있다. 따라서, 기판(1010)상에서 원료전구체와 반응하지 못하고 기판(1010)위에 잔존하는 반응전구체의 제거를 위한 별도의 퍼지공정을 수행하지 않더라도 반응전구체를 제거할 수도 있게 된다.
또한, 위 도 5a에 도시된 스캔형 반응기(1600)의 구조에서는 하부 공정챔버(1220)에만 기판(1010)이 탑재된 것을 예로 들어 하부 공정챔버(1220)의 기판(1010)으로만 반응전구체를 분사하는 구조를 설명하였으나, 상부 공정챔버(1210)에도 기판(1010)을 탑재시킬 수 있는 구조에서는 스캔형 반응기(1600)를 이용하여 2 개의 기판(1010)에 대한 원자층 박막 형성을 동시에 진행하는 것도 가능하다.
이러한 경우에는 도 5b에서 보여지는 바와 같이 스캔형 반응기(1600)의 상부와 하부에 반응전구체를 분사하는 가스공급부(1601)와 가스배기부(1602)를 동일한 구조로 형성하여 상부 공정챔버(1210)의 기판(1010)과 하부 공정챔버(1220)의 기판(1010)에 대해 동시에 원자층 박막 형성이 가능하도록 할 수도 있다.
다음으로, 도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 스캔형 반응기와 공정챔버의 단면 구조로서 플라즈마(plasma) 공정이 가능한 개략적인 구성을 도시한 것이다.
도 5c를 참조하면, 스캔형 반응기(1600)의 하부 중앙에 형성되는 가스공급부(1601)를 통해 기판(1010)상 수직한 방향으로 반응전구체를 공급하고, 스캔형 반응기(1600)의 하부 양쪽 측면부에 형성되는 가스배기부(1602)를 통해 원료전구체와 반응하지 못하고, 기판(1010)상 잔존하는 반응전구체를 배기시키도록 하는 구조를 나타내고 있다. 이때, 도 5c에서는 스캔형 반응기(1600)를 이용한 원자층 증착 공정에 플라즈마를 이용하기 위해 도 5a에서와는 달리 스캔형 반응기(1600)의 하부에 플라즈마 형성을 위한 전극(1604)을 배치한 구조를 나타내고 있다.
이하, 동작을 살펴보면, 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)가 결합된 상태에서 원료전구체 흡착 및 퍼지공정이 완료되는 경우, 하부 공정챔버(1220)를 이송부(1110)에 의해 하강시켜 상부 공정챔버(1210)와 분리시킨 후, 공정챔버(1220)의 일측면에 위치하고 있는 스캔형 반응기(1600) 보다 낮은 기설정된 위치에 위치시킨다.
이어, 위와 같이 스캔형 반응기(1600)가 하부 공정챔버(1220)의 기판(1010)으로 수평 방향으로 이동할 수 있는 기설정된 위치로 하부 공정챔버(1220)가 하강되어 스캔형 반응기(1600)의 이동이 가능하게 되는 경우, 기설정된 위치에서 대기 중이던 스캔형 반응기(1600)를 원료전구체가 흡착된 상태인 하부 공정챔버(1220)의 기판(1010) 상으로 이동시키면서 반응전구체를 분사하게 된다.
즉, 스캔형 반응기(1600)를 하부 공정기판(1220) 상 원료전구체가 흡착된 상태인 기판(1010) 위로 기설정된 이동속도로 이동시키면서, 스캔형 반응기(1600)의 하부 중앙에 구현되는 가스공급부(1601)를 통해 기판(1010)상으로 반응전구체를 균일하게 분사시키게 되며, 스캔형 반응기(1600)로부터 분사되는 반응전구체는 기판(1010)위에 흡착되어 있던 원료전구체와 화학반응을 수행하여 원자층 박막을 형성하게 된다.
이때, 도 5c에서는 스캔형 반응기(1600)를 이용하여 반응전구체를 분사시키는 시점에 스캔형 반응기(1600)의 하부에 형성된 플라즈마 발생용 전극(1604)에 전원을 공급하여 기판(1010)상으로 플라즈마(1615)를 발생시켜 플라즈마(1615)에 의해 반응전구체가 활성화되면 원료전구체와 화학적 반응을 통해 원자층 박막을 형성시키게 된다.
또한, 위 도 5c에 도시된 스캔형 반응기(1600)의 구조에서는 하부 공정챔버(1220)에만 기판이 탑재된 것을 예로 들어 하부 공정챔버(1220)의 기판(1010)으로만 반응전구체를 분사하는 구조를 설명하였으나, 상부 공정챔버(1210)에도 기판(1010)을 탑재시킬 수 있는 구조에서는 스캔형 반응기(1600)를 이용하여 2 개의 기판(1010)에 대한 원자층 박막 형성을 동시에 진행하는 것도 가능하다.
이러한 경우에는 도 5d에서 보여지는 바와 같이 스캔형 반응기(1600)의 상부와 하부에 반응전구체를 분사하는 가스공급부(1601)와 가스배기부(1602), 플라즈마 발생을 위한 전극(1604)을 동일한 구조로 형성하여 상부 공정챔버(1210)의 기판(1010)과 하부 공정챔버(1220)의 기판(1010)에 대해 동시에 플라즈마(1615)를 이용한 원자층 박막 형성이 가능하도록 할 수도 있다.
또한, 위 도 5c에 도시된 플라즈마(1615)를 이용하는 스캔형 반응기(1600)의 구조에서는 가스공급부(1601)가 중앙에 형성되고, 가스배기부(1602)가 양쪽 측부에 형성됨으로써 반응전구체가 스캔형 반응기(1600)의 중앙에서 분사되어 양쪽 측면으로 배기되는 구조를 설명하였으나, 가스공급부(1601)와 가스배기부(1602)가 스캔형 반응기(1600)의 각각의 측부에 서로 대응되게 형성되는 구조도 가능하다.
이러한 경우에는 도 5e에서 보여지는 바와 같이 스캔형 반응기(1600)의 하부 일측에 형성되는 가스공급부(1601)에서 반응전구체가 분사되며, 분사된 반응전구체 중 원료전구체와 반응하지 못하고, 기판(1010)상 잔존하는 반응전구체는 스캔형 반응기(1600)의 하부 타측에 형성되는 가스배기부(1602)를 통해 배기될 수 있다.
다음으로, 도 5f는 본 발명의 실시예에 따른 스캔형 반응기와 공정챔버의 단면 구조로서 공정가스와 퍼지가스가 스캔형 반응기의 하부로부터 동시에 분사되는 개략적인 구성을 도시한 것이다.
도 5f를 참조하면, 스캔형 반응기(1600)의 하부 중앙에 형성되는 가스공급부(1601)를 통해 기판상 수직한 방향으로 반응전구체를 공급하고, 스캔형 반응기(1600)의 하부 양쪽 측면부에 형성되는 가스배기부(1602)를 통해 원료전구체와 반응하지 못하고, 기판(1010)상 잔존하는 반응전구체를 배기시키도록 하는 구조를 나타내고 있다. 이때, 도 5f에서는 도 5a에서와는 달리 가스배기부(1602)보다 더 외곽의 양쪽 측면 또는 측면 둘레부에는 퍼지가스 공급부(1603)를 추가로 형성하여 반응전구체의 분사 시 퍼지가스도 동시에 분사하여 에어커튼(air curtain) 효과를 가지는 가스장벽을 형성시키는 구조를 나타내고 있다.
이하, 동작을 살펴보면, 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)가 결합된 상태에서 원료전구체 흡착 및 퍼지공정이 완료되는 경우, 하부 공정챔버(1220)를 이송부(1110)에 의해 하강시켜 상부 공정챔버(1210)와 분리시킨 후, 공정챔버(1200)의 일측면에 위치하고 있는 스캔형 반응기(1600) 보다 낮은 기설정된 위치에 위치시킨다.
이어, 위와 같이 스캔형 반응기(1600)가 하부 공정챔버(1220)의 기판(1010)으로 수평 방향으로 이동할 수 있는 기설정된 위치로 하부 공정챔버(1220)가 하강되어 스캔형 반응기(1600)의 이동이 가능하게 되는 경우, 기설정된 위치에서 대기 중이던 스캔형 반응기(1600)를 원료전구체가 흡착된 상태인 하부 공정챔버(1220)의 기판(1010) 상으로 이동시키면서 반응전구체를 분사하게 된다.
즉, 스캔형 반응기(1600)를 하부 공정기판(1220) 상 원료전구체가 흡착된 상태인 기판(1010) 위로 기설정된 이동속도로 이동시키면서, 스캔형 반응기(1600)의 하부 중앙에 구현되는 가스공급부(1601)를 통해 기판(1010)상으로 반응전구체를 균일하게 분사시키게 되며, 스캔형 반응기(1600)로부터 분사되는 반응전구체는 기판(1010)위에 흡착되어 있던 원료전구체와 화학반응을 수행하여 원자층 박막을 형성하게 된다.
이때, 위 도 5f에서는 스캔형 반응기(1600)를 이용하여 반응전구체를 분사시키는 시점에 스캔형 반응기(1600)의 하부에 가스배기부(1602) 보다 더 외곽쪽에 형성된 퍼지가스 공급부(1603)를 통해 퍼지가스를 분사시키도록 한다.
이와 같은 퍼지가스의 분사에 따라 하부 공정챔버(1220)의 기판(1010)에서 원료전구체와 반응하지 못하고, 잔존하던 반응전구체가 기판(1010)으로부터 분리되어 가스배기부(1602)로 배출될 수 있다. 또한, 퍼지가스 공급부(1603)로부터 기판(1010)으로 수직으로 분사되는 퍼지가스가 에어커튼 역할을 수행함으로써, 가스공급부(1601)로부터 기판(1010)으로 분사되는 반응전구체 중 스캔형 반응기(1600)와 기판(1010) 사이의 공간으로 누출되는 반응전구체가 퍼지가스에 의해 가로막혀 공정챔버(1200)의 외부로 누출되는 것이 방지될 수 있다.
또한, 위 도 5f에 도시된 스캔형 반응기(1600)의 구조에서는 하부 공정챔버(1220)에만 기판(1010)이 탑재된 것을 예로 들어 하부 공정챔버(1220)의 기판(1010)으로만 반응전구체를 분사하는 구조를 설명하였으나, 상부 공정챔버(1210)에도 기판(1010)을 탑재시킬 수 있는 구조에서는 스캔형 반응기(1600)를 이용하여 2개의 기판(1010)에 대한 원자층 박막 형성을 동시에 진행하는 것도 가능하다.
이러한 경우에는 도 5g에서와 같이 스캔형 반응기(1600)의 상부와 하부에 반응전구체를 분사하는 가스공급부(1601)와 가스배기부(1602), 그리고 퍼지가스를 분사하는 퍼지가스 공급부(1603)를 동일한 구조로 형성하여 상부 공정챔버(1210)의 기판(1010)과 하부 공정챔버(1220)의 기판(1010)에 대해 동시에 원자층 박막 형성이 가능하도록 할 수도 있다.
다음으로, 도 5h는 본 발명의 실시예에 따른 스캔형 반응기와 공정챔버의 단면 구조로서 공정가스와 퍼지가스가 스캔형 반응기의 하부로부터 동시에 분사되며, 플라즈마 공정이 가능한 개략적인 구성을 도시한 것이다.
도 5h를 참조하면, 스캔형 반응기(1600)의 하부 중앙에 형성되는 가스공급부(1601)를 통해 기판(1010)상 수직한 방향으로 반응전구체를 공급하고, 스캔형 반응기(1600)의 하부 양쪽 측면부에 형성되는 가스배기부(1602)를 통해 원료전구체와 반응하지 못하고, 기판(1010)상 잔존하는 반응전구체를 배기시키도록 하는 구조를 나타내고 있다. 이때, 도 5h에서는 스캔형 반응기(1600)를 이용한 원자층 증착 공정에 플라즈마(1615)를 이용하기 위해 스캔형 반응기(1600)의 하부에 플라즈마(1615) 형성을 위한 전극(1604)을 배치하며, 또한, 가스배기부(1602)보다 더 외곽의 양쪽 측면부에는 퍼지가스 공급부(1603)를 추가로 형성하여 반응전구체의 분사 시 퍼지가스도 동시에 분사하여 에어커튼을 형성시키는 구조를 나타내고 있다.
이하, 동작을 살펴보면, 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)가 결합된 상태에서 원료전구체 흡착 및 퍼지공정이 완료되는 경우, 하부 공정챔버(1220)를 이송부(1110)에 의해 하강시켜 상부 공정챔버(1210)와 분리시킨 후, 공정챔버(1200)의 일측면에 위치하고 있는 스캔형 반응기(1600) 보다 낮은 기설정된 위치에 위치시킨다.
이어, 위와 같이 스캔형 반응기(1600)가 하부 공정챔버(1220)의 기판(1010)으로 수평 방향으로 이동할 수 있는 기설정된 위치로 하부 공정챔버(1220)가 하강되어 스캔형 반응기(1600)의 이동이 가능하게 되는 경우, 기설정된 위치에서 대기 중이던 스캔형 반응기(1600)를 원료전구체가 흡착된 상태인 하부 공정챔버(1220)의 기판(1010) 상으로 이동시키면서 반응전구체를 분사하게 된다.
즉, 스캔형 반응기(1600)를 하부 공정기판(1220) 상 원료전구체가 흡착된 상태인 기판(1010) 위로 기설정된 이동속도로 이동시키면서, 스캔형 반응기(1600)의 하부 중앙에 구현되는 가스공급부(1601)를 통해 기판(1010)상으로 반응전구체를 균일하게 분사시키게 되며, 스캔형 반응기(1600)로부터 분사되는 반응전구체는 기판(1010)위에 흡착되어 있던 원료전구체와 화학반응을 수행하여 원자층 박막을 형성하게 된다.
이때, 도 5h에서는 스캔형 반응기(1600)를 이용하여 반응전구체를 분사시키는 시점에 스캔형 반응기(1600)의 하부에 형성된 플라즈마(1615) 발생용 전극(1604)에 전원을 공급하여 기판(1010)상으로 플라즈마(1615)를 발생시켜 플라즈마(1615)에 의한 원료전구체와 반응전구체간 화학적 반응을 통해 원자층 박막을 형성시키게 된다.
또한, 위 도 5h에서는 스캔형 반응기(1600)를 이용하여 반응전구체를 분사시키는 시점에 스캔형 반응기(1600)의 하부에 가스배기부(1602) 보다 더 외곽쪽에 형성된 퍼지가스 공급부(1603)를 통해 퍼지가스를 분사시키도록 한다.
이와 같은 퍼지가스의 분사에 따라 하부 공정챔버(1220)의 기판(1010)에서 원료전구체와 반응하지 못하고, 잔존하던 반응전구체가 기판(1010)으로부터 분리되어 가스배기부(1602)로 배출될 수 있다. 또한, 퍼지가스 공급부(1603)로부터 기판(1010)으로 수직으로 분사되는 퍼지가스가 에어커튼 역할을 수행하여 가스공급부(1601)로부터 기판(1010)으로 분사되는 반응전구체 중 스캔형 반응기(1600)와 기판(1010) 사이의 공간으로 누출되는 반응전구체가 퍼지가스에 의해 가로막혀 공정챔버(1200)의 외부로 누출되는 것이 방지될 수 있다.
또한, 위 도 5h에 도시된 스캔형 반응기(1600)의 구조에서는 하부 공정챔버(1220)에만 기판(1010)이 탑재된 것을 예로 들어 하부 공정챔버(1220)의 기판(1010)으로만 반응전구체를 분사하는 구조를 설명하였으나, 상부 공정챔버(1210)에도 기판(1010)을 탑재시킬 수 있는 구조에서는 스캔형 반응기(1600)를 이용하여 2 개의 기판(1010)에 대한 원자층 박막 형성을 동시에 진행하는 것도 가능하다.
이러한 경우에는 도 5i에서와 같이 스캔형 반응기(1600)의 상부와 하부에 반응전구체를 분사하는 가스공급부(1601)와 가스배기부(1602), 플라즈마 발생을 위한 전극(1604), 퍼지가스를 분사하는 퍼지가스 공급부(1603)를 동일한 구조로 형성하여 상부 공정챔버(1210)의 기판(1010)과 하부 공정챔버(1220)의 기판(1010)에 대해 동시에 원자층 박막 형성이 가능하도록 할 수도 있다.
다음으로, 도 5j는 본 발명의 실시예에 따른 스캔형 반응기와 공정챔버의 단면 구조로서 기판으로 열처리를 수행할 수 있도록 하는 개략적인 구성을 도시한 것이다.
위와 같은 도 5j에 도시되는 스캔형 반응기(1600-1)는 반응전구체를 분사하는 반응기가 아니며, 기판(1010)에 대해 성막공정 이전, 성막공정 중간, 성막공정 후 열선 또는 램프를 이용하여 열처리 또는 자외선 처리를 수행하는 처리 수단(1605)을 구비한 반응기로써, 열처리 또는 자외선 처리 등을 통해 기판(1010)의 세정, 박막의 표면 개질(treatment) 도는 물성변화 등을 수행하는 구조를 나타내고 있다.
이하, 동작을 살펴보면, 하부 공정챔버(1220)를 이송부(1110)에 의해 하강시켜 상부 공정챔버(1210)와 분리시킨 후, 공정챔버(1200)의 일측면에 위치하고 있는 스캔형 반응기(1600-1) 보다 낮은 기설정된 위치에 위치시킨다.
이어, 위와 같이 스캔형 반응기(1600-1)가 하부 공정챔버(1220)의 기판(1010)으로 수평 방향으로 이동할 수 있는 기설정된 위치로 하부 공정챔버(1220)가 하강되어 스캔형 반응기(1600-1)의 이동이 가능하게 되는 경우, 기설정된 위치에서 대기 중이던 스캔형 반응기(1600-1)를 하부 공정챔버(1220)의 기판(1010) 또는 기판(1010)에 증착된 박막상으로 이동시키면서 열처리 또는 자외선 처리를 수행하게 된다. 이때, 위와 같은 열처리를 수행하는 열처리 수단(1605)으로는 예를 들어 IR 램프, 자외선 처리 수단으로는 UV 램프 등이 사용될 수 있다.
이하, 열처리 또는 자외선 처리용 스캔형 반응기(1600-1)의 배치 및 공정주기를 살펴보면, 반응전구체를 분사하는 스캔형 반응기(1600)와 별도의 반응기로 근접하게 배치될 수 있으며, 반응전구체-스캔형 반응기(1600)의 이송 주기와 동시이송 및 공정, 동시이송 및 주기별 공정, 개별이송 및 개별공정을 수행할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공정챔버에서 스캔형 반응기를 이용한 원자층 증착 공정에 따른 공정챔버의 단면 구조를 도시한 것이다.
이하, 도 6a 내지 도 6c를 참조하여 스캔형 반응기(2600)를 이용한 원자층 증착 공정의 동작 개념을 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 도 6a에서 보여지는 바와 같이, 하부 공정챔버(1220)가 이송부(1110)에 의해 상부 공정챔버(1210)로부터 수직방향의 하부로 이동되어 개방된 상태에서 기판(1010)과 마스크(1020)가 공정챔버(1200) 내부의 기판 지지부(1015)와 마스크 지지부(1017)에 순차적으로 로딩된다.
위와 같이 기판(1010)과 마스크(1020)가 정상적으로 로딩이 완료되는 경우, 도 6b에서와 같이 이송부(1110)에 의해 하부 공정챔버(1220)가 상승되어 하부 공정챔버(1220)가 상부 공정챔버(1210)에 결합하게 되며, 이와 같은 결합에 따라 원자층 증착 공정 진행이 가능한 밀폐된 반응공간이 형성되는 경우, 가스 공급부(1212)로 원자층 증착 공정에 필요한 공정가스가 순차적으로 인입되면서 기판(1010)에 대한 원자층 증착 공정이 수행될 수 있다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 스캔형 반응기(2600)를 이용하는 원자층 증착 공정에서는 공정챔버(1200)의 상부 공정챔버(1210)과 하부 공정챔버(1220)가 결합된 상태에서 원료전구체를 흡착시키는 공정만 진행하게 되며, 원료전구체의 흡착 공정이 완료된 후에는 도 6c에서와 같이 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)를 분리한 후, 스캔형 반응기(2600)를 이용하여 기판(1010)상 흡착된 원료전구체와 반응전구체간 반응 공정을 진행하게 된다.
위와 같은 스캔형 반응기(2600)를 이용한 원자층 박막 형성 공정을 보다 자세히 설명하면, 도 6b에서와 같이 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)가 결합된 상태에서 원료전구체 흡착 및 퍼지공정이 완료되는 경우, 하부 공정챔버(1220)를 이송부(1110)에 의해 하강시켜 상부 공정챔버(1210)와 분리시킨 후, 공정챔버(1200)의 일측면에 위치하고 있는 스캔형 반응기(2600) 보다 낮은 기설정된 위치에 위치시킨다. 이때, 하부 공정챔버(1220)의 위치는 스캔형 반응기(2600)가 하부 공정챔버(1220)의 기판(1010)위로 수평 방향으로 이동할 수 있도록 미리 계산된 최적화된 위치가 될 수 있다.
이때, 도 6b에 도시된 실시예에서는 앞서서 설명한 도 3b에서와는 달리, 진공챔버(1200)내 비활성 반응전구체(2620)가 일정한 압력으로 채워진 상태이며, 이와 같은 상태에서 기판(1010)상 원료전구체 흡착 공정이 완료되어 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)가 분리되는 경우, 도 6c에서 보여지는 바와 같이 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)의 분리된 공간에도 비활성 반응전구체(2620)가 채워지게 된다.
이러한 비활성 반응전구체(2620)는 플라즈마(plasma) 또는 자외선(ultraviolet : UV) 등과 같은 외부의 특정 에너지를 이용하지 않는 경우에는 기판(1010)상 흡착된 원료전구체와 반응하지 않는 물질로 선택될 수 있으며, 공정챔버(1200)내로 기판(1010)과 마스크(1020)가 로딩되어 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)가 결합되는 시점에 진공챔버(1100)내에 채워질 수 있다.
또한, 스캔형 반응기(2600)에는 반응전구체, 퍼지가스 등을 분사하는 가스공급부를 가졌던 도 3a의 스캔형 반응기(1600)와는 달리 공정챔버(1200)내 위치한 비활성 반응전구체(2620)를 선택적으로 활성화시키기 위해 기판(1010)상으로 플라즈마 또는 자외선 등의 에너지를 제공할 수 있도록 하는 플라즈마 발생용 전극 또는 자외선 조사가 가능한 UV 램프 등과 같은 자외선 조사장치가 구비될 수 있다.
따라서, 하부 공정챔버(1220)가 상부 공정챔버(1210)로부터 분리되어 공정챔버(1200)의 일측면에 위치하고 있는 스캔형 반응기(2600)가 하부 공정챔버(1220)의 기판(1010)상으로 수평방향으로 이동할 수 있는 기설정된 위치로 하강되는 경우, 기판(1010)상으로 스캔형 반응기(2600)를 이동시키면서 플라즈마 또는 자외선 등의 에너지를 제공하여 기판(1010)상 존재하는 비활성 반응전구체(2620)만을 선택적으로 활성화시킴으로써 기판(1010)위에 흡착되어 있던 원료전구체와 화학반응을 수행하도록 하여 원자층 박막을 형성하게 되는 것이다.
이때, 위와 같은 스캔형 반응기(2600)는 독립적인 각각의 구동수단에 의해 각 공정챔버(1200)별 독립적으로 구동되도록 할 수도 있으며, 전술한 도 4에서 보여지는 바와 같이 연결바 등의 연결수단 등을 통해 다수의 스캔형 반응기(2600)를 공동으로 연결시켜 동시에 구동되도록 할 수도 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서는 진공챔버내 다수의 공정챔버가 적층된 형태의 원자층 증착 장치에서 스캔형 반응기의 동작을 예로써 설명하였으나, 진공챔버내 하나의 공정챔버가 존재하는 경우에도 스캔형 반응기를 이용한 원자층 증착 공정을 동일하게 적용할 수 있다.
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 스캔형 반응기와 공정챔버의 단면 구조로서 스캔형 반응기에서 플라즈마를 이용한 원자층 박막 형성 공정의 개략적인 구성을 도시한 것이다.
도 7a를 참조하면, 스캔형 반응기(1600)의 하부에 플라즈마 발생을 위한 전극(2610)을 배치한 구조를 나타내고 있다.
이하, 동작을 살펴보면, 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)가 결합된 상태에서 원료전구체 흡착 및 퍼지공정이 완료되는 경우, 하부 공정챔버(1220)를 이송부(1110)에 의해 하강시켜 상부 공정챔버(1210)와 분리시킨 후, 공정챔버(1220)의 일측면에 위치하고 있는 스캔형 반응기(2600) 보다 낮은 기설정된 위치에 위치시킨다.
이때, 위 설명한 바와 같이, 예를 들어 하부 공정챔버(1220)가 상부 공정챔버(1210)와 결합되어 원료전구체 흡착 공정이 수행되는 동안에 진공챔버(1100)에 채워진 비활성 반응전구체(2620)가 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)의 분리된 공간상에도 채워지게 된다.
이어, 스캔형 반응기(2600)가 하부 공정챔버(1220)의 기판(1010)으로 수평 방향으로 이동할 수 있는 기설정된 위치로 하부 공정챔버(1220)가 하강되어 스캔형 반응기(2600)의 이동이 가능하게 되는 경우, 기설정된 위치에서 대기 중이던 스캔형 반응기(2600)를 하부 공정챔버(1220)의 기판(1010) 상으로 이동시키면서 기판(1010)상으로 플라즈마(2615)를 발생시키게 된다.
즉, 스캔형 반응기(1600)가 기판(1010)상으로 이동을 시작하는 시점에 스캔형 반응기(2600)의 하부에 형성된 플라즈마 발생용 전극(2610)에 전원을 공급하여 기판(1010)상으로 플라즈마(2615)를 발생시키며, 플라즈마(2615)에 의해 기판(1010)상에 존재하던 비활성 반응전구체(2620)만 선택적으로 활성화되어 기판(1010)상 흡착된 원료전구체와 화학반응이 수행되도록 함으로써 원자층 박막을 형성시키게 된다.
한편, 위 도 7a에 도시된 스캔형 반응기(2600)의 구조에서는 하부 공정챔버(1220)에만 기판(1010)이 탑재된 것을 예로 들어 하부 공정챔버(1220)의 기판(1010)에 대해서만 원자층 박막을 형성하는 구조를 설명하였으나, 상부 공정챔버(1210)에도 기판(1010)을 탑재시킬 수 있는 구조에서는 스캔형 반응기(2600)를 이용하여 2 개의 기판(1010)에 대한 원자층 박막 형성을 동시에 진행하는 것도 가능하다.
이러한 경우에는 도 7b에서 보여지는 바와 같이 스캔형 반응기(2600)의 상부와 하부에 플라즈마(2615)에 의해 반응전구체를 활성화시키기 위한 플라즈마 발생용 전극(2610)을 동일한 구조로 형성하여 상부 공정챔버(1210)의 기판(1010)과 하부 공정챔버(1220)의 기판(1010)에 대해 동시에 원자층 박막 형성이 가능하도록 할 수도 있다.
도 7c는 본 발명의 실시예에 따른 스캔형 반응기와 공정챔버의 단면 구조로서 스캔형 반응기에서 자외선 또는 적외선을 이용한 원자층 박막 형성 공정의 개략적인 구성을 도시한 것이다.
도 7c를 참조하면, 스캔형 반응기(2600)의 하부에 자외선 또는 적외선 조사를 위한 자외선/적외선 조사장치(2650)를 배치한 구조를 나타내고 있으며, 이러한 자외선/적외선 조사 장치(2650)는 예를 들어 UV 램프, IR램프 등이 될 수 있다.
이하, 동작을 살펴보면, 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)가 결합된 상태에서 원료전구체 흡착 및 퍼지공정이 완료되는 경우, 하부 공정챔버(1220)를 이송부(1110)에 의해 하강시켜 상부 공정챔버(1210)와 분리시킨 후, 공정챔버(1220)의 일측면에 위치하고 있는 스캔형 반응기(2600) 보다 낮은 기설정된 위치에 위치시킨다.
이때, 위 설명한 바와 같이, 예를 들어 하부 공정챔버(1220)가 상부 공정챔버(1210)와 결합되어 원료전구체 흡착 공정이 수행되는 동안에 진공챔버(110)에 채워진 비활성 반응전구체(2620)가 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)의 분리된 공간상에도 채워지게 된다.
이어, 스캔형 반응기(2600)가 하부 공정챔버(1220)의 기판(1010)으로 수평 방향으로 이동할 수 있는 기설정된 위치로 하부 공정챔버(1220)가 하강되어 스캔형 반응기(2600)의 이동이 가능하게 되는 경우, 기설정된 위치에서 대기 중이던 스캔형 반응기(2600)를 하부 공정챔버(1220)의 기판(1010) 상으로 이동시키면서 자외선 또는 적외선(2652)을 조사하게 된다.
즉, 스캔형 반응기(2600)가 기판(1010)상으로 이동을 시작하는 시점에 스캔형 반응기(2600)의 하부에 구비되는 자외선/적외선 조사장치(2650)를 통해 기판(1010)상으로 자외선 또는 적외선(2652)을 조사시키며, 자외선 또는 적외선(2652)에 의해 기판(1010)상에 존재하던 비활성 반응전구체(2620)만 선택적으로 활성화되어 기판(1010)상 흡착된 원료전구체와 화학반응이 수행되도록 함으로써 원자층 박막을 형성시키게 된다.
한편, 위 도 7c에 도시된 스캔형 반응기(2600)의 구조에서는 하부 공정챔버(1220)에만 기판(1010)이 탑재된 것을 예로 들어 하부 공정챔버(1220)의 기판(1010)에 대해서만 원자층 박막을 형성하는 구조를 설명하였으나, 상부 공정챔버(1210)에도 기판(1010)을 탑재시킬 수 있는 구조에서는 스캔형 반응기(2600)를 이용하여 2 개의 기판(1010)에 대한 원자층 박막 형성을 동시에 진행하는 것도 가능하다.
이러한 경우에는 도 7d에서 보여지는 바와 같이 스캔형 반응기(2600)의 상부와 하부에 자외선 또는 적외선(2652)에 의해 반응전구체를 활성화시키기 위한 자외선/적외선 조사장치(2650)를 동일한 구조로 형성하여 상부 공정챔버(1210)의 기판(1010)과 하부 공정챔버(1220)의 기판(1010)에 대해 동시에 원자층 박막 형성이 가능하도록 할 수도 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 원자층 증착에 있어서, 상부 및 하부의 분리 및 결합이 가능한 원자층 증착 공정을 위한 단위 공정챔버를 적층형태로 다수개 배치하며, 각 단위 공정챔버별로 원료전구체가 흡착된 기판위를 이동하면서 반응전구체를 원료전구체와 반응시키는 스캔형 반응기를 구비하여 원료전구체와 반응전구체의 공존영역을 원천적으로 배제함으로써, 기판외 성막방지에 따른 추가적인 성막 제거공정 불필요, 메인터넌스 주기연장, 파티클 발생억제를 통한 박막품질 및 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 스캔형 반응기에 열처리, 플라즈마 처리 등의 부가적인 기능을 선택적으로 추가하여 다양한 특성의 원자층 박막의 형성이 가능하게 함으로써 다양한 공정대응이 가능하여 필요에 따른 최적화된 박막의 제공이 가능하고, 부가적인 설비 감소로 부대 비용 및 유지보수 비용의 절감이 가능하도록 한다.
한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에서는 원자층 증착장치에서의 동작을 예를 들어 설명하고 있으나, 본 발명은 PECVD에서도 동일하게 적용 가능하다.
따라서 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.
1100 : 진공챔버 1200 : 공정챔버
1010 : 기판 1015 : 기판 지지부
1017 : 마스크 지지부 1020 : 마스크
1110 : 하부 공정챔버 이송부 1202 : 다단 지지부
1204 : 가이드부 1210 : 상부 공정챔버
1220 : 하부 공정챔버 1211 : 가스배기부
1212 : 가스공급부 1600 : 스캔형 반응기
1601 : 가스공급부 1602 : 가스배기부
1603 : 퍼지가스 공급부 1604 : 전극
1605 : 처리 수단 1610 : 연결수단
1620 : 반응기 이송수단 2600 : 스캔형 반응기
2610 : 전극 2615 : 플라즈마
2620 : 비활성 반응전구체 2650 : 자외선/적외선 조사장치
2652 : 자외선/적외선

Claims (44)

  1. 서로 분리 또는 결합되는 상부 공정챔버와 하부 공정챔버로 구성되는 공정챔버와,
    상기 공정챔버의 외부의 기설정된 위치에 대기하며, 상기 상부 공정챔버와 하부 공정챔버가 분리되는 경우 상기 하부 공정챔버의 기판위의 기설정된 높이에서 수평 방향으로 이동하면서 상기 상부 공정챔버 또는 하부 공정챔버에 탑재된 기판 영역에 반응전구체를 분사하는 스캔형 반응기와,
    상기 공정챔버를 지지하고, 상기 공정챔버가 위치한 공간을 진공상태로 유지시키는 진공챔버
    를 포함하는 스캔형 반응기를 가지는 원자층 증착기.
  2. 서로 분리 또는 결합되는 상부 공정챔버와 하부 공정챔버로 구성되는 적어도 2개 이상의 공정챔버와,
    각 공정챔버의 외부의 기설정된 위치에 대기하며, 상기 상부 공정챔버와 하부 공정챔버가 분리되는 경우 상기 하부 공정챔버의 기판위의 기설정된 높이에서 수평 방향으로 이동하면서 상기 상부 공정챔버 또는 하부 공정챔버에 탑재된 기판 영역에 반응전구체를 분사하는 스캔형 반응기와,
    상기 공정챔버를 상하 방향으로 적층된 형태로 지지하고, 상기 공정챔버가 적층된 공간을 진공상태로 유지시키는 진공챔버
    를 포함하는 스캔형 반응기를 가지는 원자층 증착기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 스캔형 반응기는,
    상부면이나 또는 하부면의 중앙 또는 측면에 상기 반응전구체를 분사하는 가스공급부를 구비하며, 상기 가스공급부와 일정 이격 거리를 가지며, 상기 분사된 반응전구체 중 상기 기판 영역에서 원료전구체와 반응하지 못한 반응전구체 또는 반응 부산물 또는 퍼지가스를 배기시키는 가스배기부를 구비하는 것을 특징으로 하는 스캔형 반응기를 가지는 원자층 증착기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 스캔형 반응기는,
    상부면이나 또는 하부면의 양쪽 측면 또는 측면 둘레부에 퍼지가스를 배출하는 퍼지가스 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스캔형 반응기를 가지는 원자층 증착기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 스캔형 반응기는,
    상기 기판 영역으로 상기 반응전구체를 분사시키는 시점부터 상기 퍼지가스 공급부를 통해 퍼지가스를 분사시켜 상기 스캔형 반응기와 상기 기판 사이에 상기 퍼지가스에 의한 가스장벽을 형성시키는 것을 특징으로 하는 스캔형 반응기를 가지는 원자층 증착기.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 퍼지가스 공급부는,
    상기 스캔형 반응기 내에서 상기 가스공급부와 가스배기부보다 외곽에 형성되는 것을 특징으로 하는 스캔형 반응기를 가지는 원자층 증착기.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 스캔형 반응기는,
    상부 또는 하부에 플라즈마 발생을 위한 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 스캔형 반응기를 가지는 원자층 증착기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 스캔형 반응기는,
    상기 기판 영역으로 상기 반응전구체를 분사시키는 시점에 상기 전극에 전원을 공급하여 상기 상부 또는 하부에 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 하는 스캔형 반응기를 가지는 원자층 증착기.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 스캔형 반응기는,
    각 공정챔버에 하나씩 구비되어 독립적으로 구동되거나, 다수의 스캔형 반응기를 연결하는 연결수단에 의해 연결되어 동시에 구동되는 것을 특징으로 하는 스캔형 반응기를 가지는 원자층 증착기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 스캔형 반응기는,
    상기 연결수단을 이동시키는 반응기 이송수단에 의해 이동되는 것을 특징으로 하는 스캔형 반응기를 가지는 원자층 증착기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 반응기 이송수단은,
    상기 진공챔버에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 스캔형 반응기를 가지는 원자층 증착기.
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 스캔형 반응기는,
    상기 진공챔버에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 스캔형 반응기를 가지는 원자층 증착기.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 스캔형 반응기는,
    상기 기판 또는 기판의 박막에 대한 세정 또는 표면개질(treatment)를 위한 열처리 수단 또는 자외선 처리 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 스캔형 반응기를 가지는 원자층 증착기.
  14. 서로 분리 또는 결합되는 상부 공정챔버와 하부 공정챔버로 구성되는 공정챔버와,
    상기 공정챔버의 외부의 기설정된 위치에 대기하며, 상기 상부 공정챔버와 하부 공정챔버가 분리되는 경우 상기 하부 공정챔버의 기판위의 기설정된 높이에서 수평 방향으로 이동하면서 상기 공정챔버내 유입된 비활성 반응전구체를 상기 기판 영역에서 상기 원료전구체와 반응시키는 스캔형 반응기와,
    상기 공정챔버를 지지하고, 상기 공정챔버가 위치한 공간을 진공상태로 유지시키고 상기 비활성 반응전구체를 공급 및 배기하는 진공챔버
    를 포함하는 스캔형 반응기를 가지는 원자층 증착기.
  15. 서로 분리 또는 결합되는 상부 공정챔버와 하부 공정챔버로 구성되는 적어도 2개 이상의 공정챔버와,
    각 공정챔버의 외부의 기설정된 위치에 대기하며, 상기 상부 공정챔버와 하부 공정챔버가 분리되는 경우 상기 하부 공정챔버의 기판위의 기설정된 높이에서 수평 방향으로 이동하면서 상기 공정챔버내 유입된 비활성 반응전구체를 상기 기판 영역에서 상기 원료전구체와 반응시키는 스캔형 반응기와,
    상기 공정챔버를 상하 방향으로 적층된 형태로 지지하고, 상기 공정챔버가 적층된 공간을 진공상태로 유지시키고, 상기 비활성 반응전구체를 공급 및 배기하는 진공챔버
    를 포함하는 스캔형 반응기를 가지는 원자층 증착기.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 스캔형 반응기는,
    상기 상부 공정챔버 또는 하부 공정챔버에 탑재된 기판 영역에서 플라즈마를 이용하여 상기 비활성 반응전구체 중 상기 기판 영역에 존재하는 비활성 반응전구체만을 선택적으로 활성화시켜 상기 원료전구체와 반응시키는 것을 특징으로 하는 스캔형 반응기를 가지는 원자층 증착기.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 스캔형 반응기는,
    상기 상부 공정챔버 또는 하부 공정챔버에 탑재된 기판 영역에 자외선 또는 적외선을 조사하여 상기 비활성 반응전구체 중 상기 기판 영역에 존재하는 비활성 반응전구체만을 선택적으로 활성화시켜 상기 원료전구체와 반응시키는 것을 특징으로 하는 스캔형 반응기를 가지는 원자층 증착기.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 스캔형 반응기는,
    상부 또는 하부에 상기 플라즈마의 발생을 위한 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 스캔형 반응기를 가지는 원자층 증착기.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 스캔형 반응기는,
    상기 기판으로 이동하는 시점에 상기 전극에 전원을 공급하여 상기 상부 또는 하부에 상기 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 하는 스캔형 반응기를 가지는 원자층 증착기.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 스캔형 반응기는,
    상부 또는 하부에 상기 자외선 또는 적외선의 조사를 위한 자외선 조사장치 또는 적외선 조사장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 스캔형 반응기를 가지는 원자층 증착기.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 스캔형 반응기는,
    상기 기판으로 이동하는 시점에 상기 자외선 또는 적외선 조사장치를 구동하여 상기 상부 또는 하부에 상기 자외선 또는 적외선을 조사하는 것을 특징으로 하는 스캔형 반응기를 가지는 원자층 증착기.
  22. 제 15 항에 있어서,
    상기 비활성 반응전구체는,
    플라즈마 또는 자외선 또는 적외선에 의하여 상기 원료전구체와 반응하는 물질인 것을 특징으로 하는 스캔형 반응기를 가지는 원자층 증착기.
  23. 제 15 항에 있어서,
    상기 비활성 반응전구체는,
    상기 진공챔버내 일정한 압력을 유지하며 채워지는 것을 특징으로 하는 스캔형 반응기를 가지는 원자층 증착기.
  24. 제 15 항에 있어서,
    상기 비활성 반응전구체는,
    상기 기판에 대한 원료전구체 흡착 공정이 완료되어 상기 상부 공정챔버와 하부 공정챔버가 분리되는 경우, 상기 진공챔버로부터 상기 상부 공정챔버와 하부 공정챔버가 분리된 공간으로 확산 유입되는 것을 특징으로 하는 스캔형 반응기를 가지는 원자층 증착기.
  25. 제 15 항에 있어서,
    상기 비활성 반응전구체는,
    상기 공정챔버내로 상기 기판이 로딩 또는 언로딩되어 상기 상부 공정챔버와 상기 하부 공정챔버가 결합된 상태인 경우 상기 진공챔버내에 채워지는 것을 특징으로 하는 스캔형 반응기를 가지는 원자층 증착기.
  26. 진공챔버 내에 공정챔버가 위치되어 있는 원자층 증착장치에서 수행되는 원자층 증착 방법으로서,
    상기 공정챔버내에 기판과 마스크가 로딩되는 경우 상기 공정챔버의 상부 공정챔버와 하부 공정챔버가 결합하여 밀폐된 반응공간을 형성하는 단계와,
    상기 밀폐된 반응공간에서 원자층 증착의 일부 공정을 수행하여 상기 기판상에 원료전구체를 흡착시키는 단계와,
    상기 원료전구체의 흡착 후, 스캔형 반응기를 이용하여 상기 기판 영역에서 반응전구체를 분사시키는 단계와,
    상기 기판 영역에 분사된 반응전구체와 상기 원료전구체를 반응시키는 단계
    를 포함하는 스캔형 반응기를 이용한 원자층 증착 방법.
  27. 진공챔버 내에 적어도 2개 이상의 공정챔버가 적층되어 있는 적층형 원자층 증착장치에서 수행되는 원자층 증착 방법으로서,
    상기 공정챔버내에 기판과 마스크가 로딩되는 경우 상기 공정챔버의 상부 공정챔버와 하부 공정챔버가 결합하여 밀폐된 반응공간을 형성하는 단계와,
    상기 밀폐된 반응공간에서 원자층 증착의 일부 공정을 수행하여 상기 기판상에 원료전구체를 흡착시키는 단계와,
    상기 원료전구체의 흡착 후, 스캔형 반응기를 이용하여 상기 기판 영역에서 반응전구체를 분사시키는 단계와,
    상기 기판 영역에 분사된 반응전구체와 상기 원료전구체를 반응시키는 단계
    를 포함하는 스캔형 반응기를 이용한 원자층 증착 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 분사시키는 단계는,
    상기 원료전구체의 흡착 후, 상기 상부 공정챔버와 하부 공정챔버를 분리시키는 단계와,
    상기 스캔형 반응기를 상기 상부 공정챔버와 하부 공정챔버 사이의 공간으로 이동시키면서 상기 기판 영역에서 반응전구체를 분사시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스캔형 반응기를 이용한 원자층 증착 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 분사시키는 단계에서,
    상기 스캔형 반응기를 상기 하부 공정챔버의 기판위의 기설정된 높이에서 수평 방향으로 이동시키면서 상기 상부 공정챔버 또는 하부 공정챔버에 탑재된 기판 영역에서 반응전구체를 분사하는 것을 특징으로 하는 스캔형 반응기를 이용한 원자층 증착 방법.
  30. 제 28 항에 있어서,
    상기 분사시키는 단계에서,
    상기 스캔형 반응기를 통해 상기 반응전구체를 분사시키는 시점에 상기 스캔형 반응기의 양쪽 측면 또는 측면 둘레부에 퍼지가스를 분사시켜 상기 스캔형 반응기와 상기 기판 사이에 상기 퍼지가스에 의한 가스장벽을 형성시키는 것을 특징으로 하는 스캔형 반응기를 이용한 원자층 증착 방법.
  31. 제 28 항에 있어서,
    상기 분사시키는 단계에서,
    상기 스캔형 반응기를 통해 상기 반응전구체를 분사시키는 시점에 상기 스캔형 반응기의 상부 또는 하부에 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 하는 스캔형 반응기를 이용한 원자층 증착 방법.
  32. 제 28 항에 있어서,
    상기 분사시키는 단계에서,
    상기 스캔형 반응기를 통해 상기 반응전구체를 분사시키는 시점에 상기 스캔형 반응기의 양쪽 측면 또는 측면 둘레부에 형성된 배기부를 통해 상기 스캔형 반응기와 상기 기판 사이의 미반응 반응전구체 또는 반응 부산물 또는 퍼지가스를 배기시키는 것을 특징으로 하는 스캔형 반응기를 이용한 원자층 증착 방법.
  33. 제 27 항에 있어서,
    상기 스캔형 반응기는,
    상기 진공챔버에 의해 지지되며, 상기 공정챔버의 외부의 상기 기설정된 위치에서 대기하는 것을 특징으로 하는 스캔형 반응기를 이용한 원자층 증착 방법.
  34. 제 27 항에 있어서,
    상기 스캔형 반응기는,
    각 공정챔버에 하나 이상 구비되어 독립적으로 구동되거나, 다수의 스캔형 반응기를 연결하는 연결수단에 의해 연결되어 동시에 구동되는 것을 특징으로 하는 스캔형 반응기를 이용한 원자층 증착 방법.
  35. 진공챔버 내에 공정챔버가 위치되는 원자층 증착장치에서 수행되는 원자층 증착 방법으로서,
    상기 공정챔버내에 기판과 마스크가 로딩되는 경우 상기 공정챔버의 상부 공정챔버와 하부 공정챔버가 결합하여 밀폐된 반응공간을 형성하는 단계와,
    상기 밀폐된 반응공간에서 원자층 증착의 일부 공정을 수행하여 상기 기판 영역에 원료전구체를 흡착시키는 단계와,
    상기 원료전구체의 흡착 후, 스캔형 반응기를 이용하여 상기 공정챔버내 유입된 비활성 반응전구체를 상기 기판 영역에서 상기 원료전구체와 반응시키는 단계
    를 포함하는 스캔형 반응기를 이용한 원자층 증착 방법.
  36. 진공챔버 내에 적어도 2개 이상의 공정챔버가 적층되어 있는 적층형 원자층 증착장치에서 수행되는 원자층 증착 방법으로서,
    상기 공정챔버내에 기판과 마스크가 로딩되는 경우 상기 공정챔버의 상부 공정챔버와 하부 공정챔버가 결합하여 밀폐된 반응공간을 형성하는 단계와,
    상기 밀폐된 반응공간에서 원자층 증착의 일부 공정을 수행하여 상기 기판상에 원료전구체를 흡착시키는 단계와,
    상기 원료전구체의 흡착 후, 스캔형 반응기를 이용하여 상기 공정챔버내 유입된 비활성 반응전구체를 상기 기판 영역에서 상기 원료전구체와 반응시키는 단계
    를 포함하는 스캔형 반응기를 이용한 원자층 증착 방법.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 반응시키는 단계는,
    상기 원료전구체의 흡착 후, 상기 상부 공정챔버와 하부 공정챔버를 분리시키는 단계와,
    상기 스캔형 반응기를 상기 상부 공정챔버 또는 하부 공정챔버의 기판상으로 이동시키는 단계와,
    상기 스캔형 반응기에서 플라즈마 또는 자외선 또는 적외선을 이용하여 상기 비활성 반응전구체를 활성화시켜 상기 기판 영역에서 상기 원료전구체와 반응시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스캔형 반응기를 이용한 원자층 증착 방법.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 반응시키는 단계에서,
    상기 플라즈마 또는 자외선 또는 적외선을 이용하여 상기 공정챔버내 유입된 비활성 반응전구체 중 상기 기판 영역에 존재하는 비활성 반응전구체만을 선택적으로 활성화시켜 상기 원료전구체와 반응시키는 것을 특징으로 하는 스캔형 반응기를 이용한 원자층 증착 방법.
  39. 제 37 항에 있어서,
    상기 반응시키는 단계에서,
    상기 스캔형 반응기를 상기 기판으로 이동시키는 시점에 상기 스캔형 반응기를 통해 상기 기판 영역에 플라즈마를 발생시켜 상기 비활성 반응전구체를 활성화시키는 것을 특징으로 하는 스캔형 반응기를 이용한 원자층 증착 방법.
  40. 제 37 항에 있어서,
    상기 반응시키는 단계에서,
    상기 스캔형 반응기를 상기 기판으로 이동시키는 시점에 상기 스캔형 반응기를 통해 상기 기판 영역에 자외선 또는 적외선을 조사하여 상기 비활성 반응전구체를 활성화시키는 것을 특징으로 하는 스캔형 반응기를 이용한 원자층 증착 방법.
  41. 제 36 항에 있어서,
    상기 비활성 반응전구체는,
    플라즈마 또는 자외선 또는 적외선에 의하여 상기 원료전구체와 반응하는 물질인 것을 특징으로 하는 스캔형 반응기를 이용한 원자층 증착 방법.
  42. 제 36 항에 있어서,
    상기 비활성 반응전구체는,
    상기 기판에 대한 원료전구체 흡착 공정이 완료되어 상기 상부 공정챔버와 하부 공정챔버가 분리되는 경우, 상기 진공챔버로부터 상기 상부 공정챔버와 하부 공정챔버가 분리된 공간으로 확산 유입되는 것을 특징으로 하는 스캔형 반응기를 이용한 원자층 증착 방법.
  43. 제 36 항에 있어서,
    상기 비활성 반응전구체는,
    상기 공정챔버내로 상기 기판이 로딩 또는 언로딩되어 상기 상부 공정챔버와 상기 하부 공정챔버가 결합된 상태인 경우 상기 진공챔버내에 채워지는 것을 특징으로 하는 스캔형 반응기를 이용한 원자층 증착 방법.
  44. 제 36 항에 있어서,
    상기 스캔형 반응기는,
    상기 진공챔버에 의해 지지되며, 상기 공정챔버의 외부의 상기 기설정된 위치에서 대기하는 것을 특징으로 하는 스캔형 반응기를 이용한 원자층 증착 방법.
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