KR20150081590A - 대면적 기판 원자층 증착 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스의 층상 흐름(laminar flow)이 이루어지는 구조의 공정챔버 내부에 소정의 반응 가스를 분사한 후, 이종의 퍼지 가스를 바로 분사하여 상기 공정 챔버 내부의 공간이 상기 가스들에 의하여 가상 분할되는 상태에서 가상 분할된 공간이 챔버 내부 공간을 이동하면서 다수개의 기판에 대하여 원자층 증착 공정이 이루어져서 공정 택타임이 대폭 단축되는 박막 증착방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 원자층 증착 방법은, 1) 공정 챔버 내에 다수장의 기판이 장착되어 있는 카세트를 로딩하는 단계; 2) 상기 공정 챔버 내부 공간 중 상기 다수장의 기판 사이의 공간 및 카세트 사이의 공간에 예열 기체를 분사하여 예열하는 단계; 3) 상기 다수장의 기판에 대하여 원자층 증착 공정을 수행하는 단계;를 포함한다.

Description

대면적 기판 원자층 증착 방법{THE METHOD FOR DEPOSITING A ATOMIC LAYER ON THE LARGE SUBSTRATE}

본 발명은 원자층 증착방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가스의 층상 흐름(laminar flow)이 이루어지는 구조의 공정챔버 내부에 소정의 반응 가스를 분사한 후, 이종의 퍼지 가스를 바로 분사하여 상기 공정 챔버 내부의 공간이 상기 가스들에 의하여 가상 분할되는 상태에서 가상 분할된 공간이 챔버 내부 공간을 이동하면서 다수개의 기판에 대하여 원자층 증착 공정이 이루어져서 공정 택타임이 대폭 단축되는 박막 증착방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자나 평판 디스플레이 소자 등의 제조에서는 다양한 제조공정을 거치게 되는데, 그 중에서 웨이퍼나 글래스(이하, '기판'이라고 한다) 상에 소정의 박막을 증착시키는 공정이 필수적으로 진행된다. 이러한 박막 증착공정은 스퍼터링법(sputtering), 화학기상증착법(CVD: chemical vapor deposition), 원자층 증착법(ALD: atomic layer deposition) 등이 주로 사용된다.

먼저, 스퍼터링법은 예를 들어, 플라즈마 상태에서 아르곤 이온을 생성시키기 위해 고전압을 타겟에 인가한 상태에서 아르곤 등의 비활성 가스를 공정챔버 내로 주입시킨다. 이때, 아르곤 이온들은 타겟의 표면에 스퍼터링되고, 타겟의 원자들은 타겟의 표면으로부터 이탈되어 기판에 증착된다.

이러한 스퍼터링법에 의해 기판과 접착성이 우수한 고순도 박막을 형성할 수 있으나, 공정 차이를 갖는 고집적 박막을 스퍼터링법으로 증착하는 경우에는 전체 박막 위에서 균일도를 확보하기가 매우 어려워 미세한 패턴을 위한 스퍼티링법의 적용에는 한계가 있다.

다음으로 화학기상증착법은 가장 널리 이용되는 증착기술로서, 반응가스와 분해가스를 이용하여 요구되는 두께를 갖는 박막을 기판상에 증착하는 방법이다. 예컨데, 화학기상증착법은 먼저 다양한 가스들을 반응 챔버로 주입시키고, 열, 빛 또는 플라즈마와 같은 고에너지에 의해 유도된 가스들을 화학반응시킴으로써 기판상에 요구되는 두께의 박막을 증착시킨다.

아울러 화학기상증착법에서는 반응에너지만큼 인가된 플라즈마 또는 가스들의 비(ratio) 및 양(amount)을 통해 반응 조건을 제어함으로써, 증착률을 증가시킨다.

그러나 화학기상증착법에서는 반응들이 빠르기 때문에 원자들의 열역학적 안정성을 제어하기 매우 어렵고, 박막의 물리적, 화학적 전기적 특성을 저하시키는 문제점이 있다.

마지막으로 원자층 증착법은 (ALD: Atomic Layer Deposition)은 박막을 형성하기 위한 반응 챔버(chamber) 내로 두 가지 이상의 반응물(reactants)을 하나씩 차례로 투입하여 각각의 반응물의 분해와 흡착에 의해서 박막을 원자층 단위로 증착하는 방법이다. 즉, 제1반응가스를 펄싱(pulsing) 방식으로 공급하여 챔버 내부에서 하부막에 화학적으로 증착시킨 후, 물리적으로 결합하고 있는 잔류 제1반응가스는 퍼지(purge) 방식으로 제거된다. 이어서, 제2반응가스도 펄싱(pulsing)과 퍼지(purge) 과정을 통해 일부가 제1반응가스(제1반응물)와 화학적인 결합을 하면서 원하는 박막이 기판에 증착된다. 이러한 원자층 증착방식으로 형성 가능한 박막으로는 Al₂O₃, HfO₂, ZrO₂, TiO₂ 및 ZnO가 대표적이다.

상기 원자층 증착은 600℃ 이하의 낮은 온도에서도 우수한 단차도포성(step coverage)을 갖는 박막을 형성할 수 있기 때문에, 차세대 반도체 소자, 디스플레이, 태양전지 등을 제조하는 공정에서 많은 사용이 예상되는 새로운 공정기술이다. 상술한 원자층 증착공정에서, 각각의 반응가스가 일회의 펄싱(pulsing) 및 퍼지(purge)가 행해지는 시간을 사이클(cycle)이라 부른다.

도 1을 참조하여 일반적인 배치형 원자층 증착장치(100)를 설명한다.

도시된 바와 같이, 원자층 증착장치(100)는 공정챔버(110)의 내부에 카세트가 반입된다. 상기 카세트에는 복수개의 기판(S)이 적재되어 있다. 상기 카세트는 카세트 이동수단(120)을 이용하여 반입 또는 반출한다.

상기 공정챔버(110)에 제1 및 제2반응가스 및 퍼지가스를 공급하는 가스공급수단(130)과, 상기 가스들을 공정챔버의 내부에 균일하게 분사하기 위한 분사수단(131)과, 상기 공정챔버(110)를 배기하는 배기수단(140)도 구비된다.

이와 같이 구성된 종래의 원자층 증착장치의 작동상태를 설명한다.

먼저, 게이트밸브(G)를 개방하여 공정챔버(110)의 내부로 카세트를 반입한다.

다음으로, 상기 배기수단(140)을 이용하여 공정챔버(110) 내부를 배기하여 진공 상태로 만든 상태에서 배기 동작을 유지한 상태로, 퍼지가스와 반응가스를 교대로 공급하여 기판에 원자층 증착을 수행한다.

보다 구체적으로 설명하면, 먼저 공정챔버(110)를 배기하고, 제1반응가스를 공급하고, 다시 배기하고, 퍼지가스를 공급하고, 다시 제2반응가스를 공급하고 다시 퍼지가스를 공급하는 것이다.

도 2는 시간의 흐름에 따라 공정챔버(110)에 각 가스를 공급하는 양을 나타낸 것이다(X축은 시간, Y축은 가스유량을 나타냄).

즉, t1~t2는 제1반응가스를 공급하고, t2~t3은 공정챔버를 배기하고, t3~t4는 퍼지가스를 공급하고, t4~t5는 다시 배기하고, t5~t6은 제2반응가스를 공급하고, t6~t7은 배기하고, t7~t8은 퍼지가스를 공급하는 것이다. 물론 제1, 2 반응가스 공급 중단 후에, 공정 챔버(110)를 배기하지 않고 즉시 퍼지 가스를 과량으로 공급하는 방식도 사용된다. 이와 같은 과정을 반복하여 기판상에 소정의 박막을 형성한다.

그러나 종래의 원자층 증착방법은 각 가스를 전체 공정 챔버(110) 내에 공급하고 난 후, 공정챔버(110) 내의 전체 공간을 배기하거나 퍼지가스를 이용하여 완벽하게 퍼징한 후, 다른 공정 가스를 다시 동일한 방법으로 공급하고 퍼징하는 방식이므로 공정 택타임이 매우 길어지는 문제점이 있다.

따라서 공정 택타임이 길어지는 문제점을 해결하기 위하여, 다수장의 기판을 층상흐름 간격을 유지하도록 로딩한 상태에서 각 기판 사이의 공간으로 제1반응가스, 퍼지가스, 제2반응가스 및 퍼지가스를 연속적으로 공급하면서 연속적으로 원자층 증착 공정이 이루어지도록 하는 기술이 본 출원인에 의하여 출원되어 있다.

그런데 이러한 방법으로 원자층 증착 공정을 수행하는 경우에도, 공정 챔버 내에 로딩된 다수장의 기판을 공정 진행에 적정한 온도로 가열하는 과정에 시간이 많이 소요되고, 특히, 다수장의 기판을 로딩하는 방식이므로, 각 기판 사이 또는 내부에 로딩되는 기판은 늦게 가열되거나 다른 기판에 비하여 낮은 온도로 가열되는 등 공정 진행에 부적합한 상태인 경우가 많아서 문제이다.

또한 전술한 방법으로 대면적 기판에 원자층 증착 공정을 수행하는 경우에는 기판의 전면에 대하여 균일한 박막을 얻기가 어려운 문제점도 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 가스의 층상 흐름(laminar flow)이 이루어지는 구조의 공정챔버 내부에 소정의 반응 가스를 분사한 후, 이종의 퍼지 가스를 바로 분사하여 상기 공정 챔버 내부의 공간이 상기 가스들에 의하여 가상 분할되는 상태에서 가상 분할된 공간이 챔버 내부 공간을 이동하면서 다수개의 기판에 대하여 원자층 증착 공정이 이루어지되, 원자층 증착 공정 진행 전에 각 기판 사이의 공간에 예열 기체를 분사하여 예열 시간을 단축하고 다수장의 기판에 대하여 균일하게 가열할 수 있는 원자층 증착 방법을 제공하고, 공정 중에 퍼지가스를 사용하여 박막의 품질을 향상시키는 것이다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 원자층 증착 방법은, 1) 공정 챔버 내에 다수장의 기판이 장착되어 있는 카세트를 로딩하는 단계; 2) 상기 공정 챔버 내부 공간 중 상기 다수장의 기판 사이의 공간 및 카세트 사이의 공간에 예열 기체를 분사하여 예열하는 단계; 3) 상기 다수장의 기판에 대하여 예열 퍼지가스를 이용하여 원자층 증착 공정을 수행하는 단계;를 포함한다.

그리고 본 발명에서 상기 2) 단계는, 상기 공정 챔버 내로 퍼지 가스를 공급하는 퍼지가스 공급 수단을 통하여 일정 온도 이상으로 가열되어 있는 예열 기체를 분사하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 예열 기체는 가열된 질소 기체(N₂) 또는 아르곤(Ar) 등의 불활성 기체를 사용하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 3) 단계는, a) 가스 공급 수단을 이용하여 상기 공정 챔버의 전단으로 공정 가스를 펄스 형태로 공급하는 단계; b) 상기 공정 가스가 상기 기판 사이의 공간으로 층상흐름 형태로 이동하면서 원자층 증착 공정이 진행되는 단계; c) 상기 공정 챔버의 후단에서 배기 수단을 이용하여 상기 공정 챔버 내의 기체를 흡입하여 배출하는 단계;의 소단계를 포함하며,

상기 c) 단계에서는, 상기 배기 수단에 배기되는 기체의 양을 조절하는 배기량 조절수단을 이용하여 배기량을 조정함으로써, 상기 기판 후단의 박막 균일도를 높이는 것이 바람직하다.

그리고 본 발명에서 상기 배기량 조절수단은 버터플라이 밸브인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 예열 기체를 기판 사이의 공간에 공급하여 다수장의 기판을 신속하면서도 균일하게 공정 가능 온도로 예열함으로써, 공정 준비 시간을 대폭 단축할 수 있는 장점이 있고, 예열가스를 사용하므로 박막의 특성을 향상시킬 수 있는 장점도 있다.

또한 본 발명의 원자층 증착 방법에서는 배기 수단에 의하여 배기되는 기체의 양을 연속적으로 조절할 수 있는 배기량 조절수단을 이용하여 대면적 기판에 대하여 모든 영역에 균일한 박막을 얻을 수 있는 배기량을 찾음으로써, 대면적 기판에 대한 균일한 박막을 형성할 수 있는 특유의 효과가 있다.

도 1은 종래 원자층 증착장치를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 공정챔버 내에서 시간의 흐름에 따른 가스주입량을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명에 의한 박막 증착방법을 구현할 수 있는 증착장치의 구조를 도시하는 사시도이다.
도 4는 본 발명에 의한 박막 증창방법을 구현할 수 있는 증착장치 중 가스 공급수단의 구조를 도시하는 부분 분리사시도이다.
도 5는 본 발명에 의한 박막 증착방법을 구현할 수 있는 증착장치 내에서 가스의 흐름을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기량 조절수단의 개방도에 따른 배기량의 연속적인 조절 상태를 도시하는 그래프이다.
도 7은 일반적인 배기량 조절수단의 개방도에 따른 배기량의 단속적인 조절 상태를 도시하는 그래프이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다.

본 실시예에 따른 원자층 증착방법은 다수장의 기판을 층상흐름 간격을 유지한 상태에서 로딩하고, 원자층 증착 공정을 연속적으로 진행할 수 있는 원자층 증착장치에 의하여 수행된다. 따라서 먼저 도 3 및 도 4를 참조하여 본 실시예에 따른 원자층 증착방법을 수행할 수 있는 장치를 설명한다. 이 원자층 증착장치(1)는 측벽의 소정위치에 가스 공급구가 형성된 공정챔버(10)와, 가스공급수단(20)과, 배기수단(50)을 포함한다.

상기 공정챔버(10)의 내부에는 기판(S)들이 기립상태(수직 또는 수직으로부터 소정각도 기울어진 상태)로 적재된 카세트(C)가 인라인(In-Line) 형태로 복수개 반입되어 동시에 다수개의 기판을 처리할 수 있다.

즉, 상기 공정챔버(10)의 내부에는 다수개의 카세트(C)에 적재된 복수열의 기판(S)들이 인라인형태로 나란히 적재된다. 또한 상기 기판들을 복수열로 적재하여 각 열 사이의 공간이 상기 가스들의 유로를 형성한다.

구체적으로 본 실시예에서는 상기 공정 챔버(10) 내부에 카세트(C)가 로딩된 상태에서 상기 카세트(C)와 챔버 벽 사이의 간격, 상기 카세트(C)에 적재되어 있는 각 기판(S) 사이의 간격이 층상 흐름(laminar flow) 간격 이하가 되도록 로딩된다.

여기에서 층상 흐름(laminar flow) 이라 함은 '가스가 좁은 간격 사이의 공간에 주입되어 자유 확산되지 않고 일정한 방향으로 흐트러짐이 거의 없이 방향성을 가지고 이동하는 가스의 흐름'을 말한다.

그리고 상기 '층상 흐름 간격'이라 함은 '가스가 층상 흐름 형태로 이동하는 2개의 판재 사이의 간격'을 말하는 것으로서, 본 실시예에서는 이 층상 흐름 간격이 0.2 ~ 10 mm인 것이 바람직하다. 상기 층상 흐름 간격이 0.2 mm 미만인 경우에는 가공 및 제조가 어려울 뿐만아니라 가스의 공급 제어가 어려운 문제점이 있고, 상기 층상 흐름 간격이 10mm 를 초과하는 경우에는 가스의 층상 흐름이 깨져서 기체가 자유확산하는 문제점이 있다.

본 실시예에서는 상기 카세트(C)에 적재되어 있는 각 기판(S) 사이의 간격 뿐만아니라, 카세트(C)와 각 챔버 벽 사이의 간격 및 카세트(C) 또는 기판(S)의 선단부와 후술하는 가스 직진 공급홈(33) 사이의 간격도 상기 층상 흐름 간격을 가지도록 제조되고, 로딩된다.

다음으로 상기 가스공급수단(20)은 제1반응가스, 제2반응가스 및 퍼지가스 등을 저장하는 탱크와, 상기 가스들을 공정순서에 따라 선택적으로 주입하는 밸브를 포함한다.

특히, 상기 공정챔버(10)의 일측벽(11)에는 가스 공급구(16)를 통해 주입된 가스를 측벽을 따라서 측벽의 선단부까지 전달하는 가스 확산 공급홈(30)이 더 형성된다.

상기 가스 확산 공급홈(30)은 상기 공정챔버의 일측벽(11)의 외벽에 단차지게 홈(31)을 형성하고, 상기 홈(31)의 상부를 덮개(32)로 밀폐하여 형성된다. 물론, 상기 덮개(32)는 밀폐하더라도 홈(31)의 바닥면과 밀착되지 않아 가스가 흐를 수 있는 공간을 형성한다.

상기 가스 확산 공급홈(30)은 공정챔버(10)의 좌,우측벽(12,11)이나 상,하측벽(13,14) 등 어느 측벽에나 형성할 수 있다.

상기 가스 확산 공급홈(30)은 도 4에 도시된 바와 같이, 측벽에 형성된 가스 공급구(16)로부터 측벽(11)의 선단부로 갈수록 단면적이 커지도록 형성한다. 이것은 가스가 가스 확산 공급홈(30)을 통과하여 공정챔버(10)의 전면 즉, 가스 직진 공급홈(33)으로 유입되기 전에 충분히 균일하게 확산되도록 하기 위함이다. 그리고 이 가스 확산 공급홈(30)을 지나는 동안에도 상기 가스 공급구(16)에 의하여 공급된 가스는 층상 흐름을 유지한다. 따라서 상기 홈(31)과 덮개(32) 사이의 간격도 층상 흐름 간격을 유지하도록 형성된다.

다음으로 가스 직진 공급홈(33)은 상기 공정 챔버의 전단부 측벽에 일정 깊이로 음각되어 직사각형 형상으로 형성될 수 있으며, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 가스 직진 공급홈(33)이 형성되는 깊이는, 기판(S) 선단부와의 간격이 층상 흐름 간격을 유지할 정도의 깊이로 형성된다. 따라서 상기 가스 확산 공급홈(30)을 통하여 상기 공정 챔버(10)의 전단부 측벽 전체 변에 해당되는 폭으로 충분히 확산된 가스가 상기 가스 직진 공급홈(33) 전체로 동시에 공급되어, 상기 가스 직진 공급홈(33) 내에서 층상 흐름이 유지되는 것이다.

상기 배기수단(40)은 상기 공정챔버(10)를 배기하는 것으로서, 진공펌프 등을 들 수 있으며, 상기 배기 수단(40)과 공정 챔버(10) 사이의 배기라인(42)에는 도 5에 도시된 바와 같이, 배기량 조절수단(46)이 구비된다. 본 실시예에서 상기 배기량 조절수단(46)은 배기량을 연속적으로 조절할 수 있는 구조이면 충분하며, 예를 들어 버터 플라이 밸브로 구성될 수 있다.

본 실시예에서 배기량을 '연속적으로 조절'한다 함은 배기량을 조절함에 있어서, 배기되는 양이 제로(0)%에서 100%까지 조절되는 과정에서 배기량 변화가 도 7에 도시된 바와 같이, 단속적으로 이루어지지 않고, 도 6에 도시된 바와 같이, 연속적으로 변화되는 것을 말한다.

이는 각 대면적 기판에 대하여 균일한 박막을 얻을 수 있는 조건이 매우 미세하게 다를 수 있으므로 이를 미세하게 조정하면서 찾아낼 수 있도록 하기 위함이다.

한편 상기 공정 챔버(10)의 내부 공간 중 상기 배기 수단(40)이 설치되는 말단부에는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 마지막 기판(S4) 사이의 공간을 통과한 가스들이 일정한 거리를 층상 흐름을 유지하면서 배기될 수 있도록 배기 버퍼수단(48)이 더 구비되는 것이 마지막 기판(S4)들에도 균일한 박막을 형성할 수 있어서 바람직하다.

이하에서는 본 실시예에 따른 원자층 증착방법을 설명한다.

먼저 공정 챔버(10) 내에 기판(S)을 로딩하는 단계가 진행된다. 본 실시예에서는 전술한 바와 같이, 다수장의 기판을 층상흐름 간격으로 로딩하고 있는 카세트(C) 자체를 상기 공정 챔버(10) 내에 로딩하는 방법으로 기판을 로딩한다. 이때 도 5에 도시된 바와 같이, 다수개의 카세트(C)를 일렬로 밀착시킨 상태에서 공정을 진행할 수도 있다.

다음으로 상기 공정 챔버(10) 내에 로딩되어 있는 다수장의 기판 사이의 공간에 예열 기체를 공급하여 예열하는 단계가 진행된다. 물론 상기 예열 기체를 공급하는 것 이외에도 상기 공정 챔버(10)에 설치되어 있는 가열부(도면에 미도시)를 이용하여 챔버 내부의 온도를 높이는 가열 작용도 동시에 실시한다.

한편 상기 예열 기체는 상기 가스공급수단(20)에 의하여 상기 공정 챔버(10) 내부 즉, 카세트(C)에 로딩되어 있는 기판(S) 사이의 공간으로 공급되며, 특히, 퍼징가스 공급부에 의하여 공급되는 것이 바람직하다. 또한 본 실시예에서 상기 예열 기체는 일정한 온도로 가열되어 있는 질소(N₂)인 것이 기판에 아무런 영향을 주지 않으므로 바람직하다. 이때 예열 기체가 실제로 기판(S) 사이의 공간으로 공급되고 배기되는 과정은 후술하는 공정 가스의 공급 및 배기와 동일한 과정을 거치게 된다.

다음으로는 충분한 공정 온도로 예열된 기판에 대하여 원자층 증착공정을 진행하는 단계가 진행된다. 먼저, 가스공급수단(20)을 이용하여 공정챔버(10)의 일측벽에 형성된 가스공급구(16)로 가스를 공급하면, 상기 가스는 가스 확산 공급홈(30)을 따라 공정챔버(10)의 전면(측벽의 선단부)으로 이동하게 되는데, 이와 같이 이동하는 동안 가스 확산 공급홈(30)의 형태에 의해 균일하게 확산된다.

다음으로, 상기 가스 확산 공급홈(30)을 통해 충분히 확산된 가스는 공정챔버(10)의 전면에 형성된 측벽의 가스 직진 공급홈(33)을 따라 반대측 측벽방향으로 층상흐름 방식으로 이동한다.

다음으로, 상기 기판의 전방 즉, 상기 가스 직진 공급홈(33)에 도달한 가스는 기판의 각 열 사이의 공간을 통해 층상 흐름 형태로 이동하면서 기판에 박막을 형성한다.

따라서 각 열 사이의 공간이 공정챔버(10) 내에서 가스가 층상 흐름 형태로 이동하도록 층상 흐름 간격을 유지하는 유로가 되는 것이다. 또한 복수의 카세트(C1~C4)가 인라인 형태로 밀착되어 적재되는데, 이때 이웃하는 카세트에 적재된 기판(S1~S4)들도 밀착하여 적재되어 가스가 층상 흐름을 유지한 채로 복수의 카세트를 균일하게 흐르도록 한다.

본 실시예에서는 제1 공정 가스의 공급을 중단한 후에, 공정 챔버(10) 내부에 존재하는 모든 제1 공정 가스를 제거하는 제1 공정 가스의 펌핑 또는 퍼징 단계를 진행하지 않고, 즉시 제1 공정 가스에 이어서 퍼징가스를 공정 챔버(10) 내로 공급하므로 하나의 진공 챔버(10) 내에 제1 공정가스와 퍼징가스가 진공 챔버 내의 공간을 가상 분할한 상태에서 공존하게 된다.

본 실시예에서는 제1 공정 가스 공간은 공정 챔버(10) 내의 공간 중에서 제1 공정 가스에 의하여 채워지는 가상의 공간을 말하는 것이며, 제1 퍼징가스 공간은 상기 제1 공정 가스 공간에 연이어 퍼징 가스에 의하여 채워지는 가상의 공간을 말하는 것이며, 제2 공정 가스 공간은 제2 공정 가스에 의하여 채워지는 가상의 공간을 말하는 것이며, 제2 퍼징 가스 공간은 상기 제2 공정 가스 공간에 연이어 퍼징가스에 채워지는 가상의 공간을 말하는 것이다. 본 실시예에서 상기 제1 공정 가스 공간, 제1 퍼징가스 공간, 제2 공정 가스 공간 및 제2 퍼징가스 공간은 일정한 위치에 머물러 있는 것이 아니라, 일정한 속도로 일정한 방향으로 동시에 이동하게 된다.

구체적으로 상기 가스 공간이 형성되는 과정을 설명하면 다음과 같다. 먼저 상기 공정 챔버(10) 내에 제1 공정 가스를 공급하면 제1 공정가스로 채워지는 가상의 제1 공정가스 공간이 상기 진공 챔버(10) 내에 형성되고, 이 제1 공정 가스 공간이 상기 공정 챔버(10) 내부 공간을 일정한 방향으로 순차적으로 이동하게 된다.

그리고 제1 공정 가스 공급을 중단하고, 퍼징가스를 공급하면 상기 제1 공정가스 공간에 연이어 제1 퍼징가스 공간이 상기 진공 챔버(10) 내에 형성되고, 상기 제1 공정 가스 공간을 이동 방향으로 밀면서 제1 공정 가스 공간을 따라서 이동한다. 이때, 제1 공정 가스 공간과 제1 퍼징가스 공간의 경계면은 완벽하게 구분되는 것이 아니라, 제1 공정가스와 퍼징가스가 혼합된 구간이 어느 정도 존재하고, 제1 공정 가스 공간의 중심부로 갈수록 제1 공정가스의 농도가 높고, 제1 퍼징가스 공간의 중심부로 갈수록 퍼징가스의 농도가 높은 형태를 가진다.

한편 본 실시예에서는 전술한 바와 같이, 제1 공정가스의 완벽한 퍼징을 위하여 제1 퍼징 가스 공간을 형성하는 퍼징가스를 제1 공정가스에 비하여 매우 과량으로 분사하여, 제1 퍼징가스 공간의 이동에 의하여 완벽하게 제1 공정가스가 가스 직진 공급홈(33)의 반대 방향으로 이동하도록 한다.

그리고 이 제1 퍼징가스 공간에 연이어 제2 공정가스를 공급하여 제2 공정가스 공간이 형성되도록 한다. 또한 이 제2 공정 가스 공간에 연이어 다시 퍼징가스를 과량으로 공급하여 제2 퍼징가스 공간이 형성되도록 하며, 이 제2 퍼징가스 공간의 이동에 의하여 제2 공정 가스가 완벽하게 제거되도록 하는 것이다.

이렇게 본 실시예에서는 제1 공정가스 공간, 제1 퍼징가스 공간, 제2 공정가스 공간 그리고 제2 퍼징가스 공간이 순차적으로 공정 챔버 내부 공간을 이동하면서 원자층 증착 공정을 수행한다. 따라서 본 실시예에서는 공정 챔버 내부 전체에 대한 공정 가스 공급과 퍼징 과정이 단속적으로 수행되는 종래의 방법에 비하여, 공정가스 공급과 퍼징이 하나의 공정 챔버 내에서 기판을 스캐닝하듯이 연속적으로 이루어지므로, 공정 시간이 현저하게 단축되고 쓰루룻이 대폭 향상되는 효과가 있다.

한편 상기 기판 사이의 공간으로 공급된 제1 공정가스, 퍼징가스, 제2 공정가스 등은 전술한 바와 같이, 배기수단(40)에 의하여 상기 공정 챔버(10) 외부로 배출된다. 이때 본 실시예에서는 상기 배기 수단(40)에 의하여 배기되는 부분에 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 기판(S)과 챔버(10) 벽 사이에 버퍼 공간과 배기 버퍼수단(48)을 설치하여 상기 마지막 기판(S4) 말단에서도 층상흐름이 깨지지 않고 유지되도록 한다.

또한 상기 배기량 조절수단(46)을 미세하게 조정하여 배기량을 조절하되, 상기 대면적 기판에 대하여 특히, 마지막에 로딩되어 있는 기판(S4)의 말단 부분에 대하여 균일한 박막이 형성되는 최적의 배기량을 찾아서 상기 배기량 조절수단(46)을 연속적으로 조절하면서 찾아내고, 그 배기량에 맞추어서 상기 배기량 조절수단(46)을 고정한 상태에서 원자층 증착 공정을 진행하게 된다.

그리고 필요에 따라서는 전술한 과정이 다수번의 싸이클(cycle)로 반복하여 진행될 수 있다. 물론 각 가스를 공급하는 동안 배기 동작은 항상 이루어진다.

1 : 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치
10 : 공정 챔버 20 : 가스 공급부
30 : 가스 확산 공급홈 40 : 배기수단
C : 카세트 S : 기판

Claims (5)

1) 공정 챔버 내에 다수장의 기판이 장착되어 있는 카세트를 로딩하는 단계;
2) 상기 공정 챔버 내부 공간 중 상기 다수장의 기판 사이의 공간 및 카세트 사이의 공간에 예열 기체를 분사하여 예열하는 단계;
3) 상기 다수장의 기판에 대하여 예열 퍼지가스를 이용하여 원자층 증착 공정을 수행하는 단계;를 포함하는 원자층 증착 방법.

제1항에 있어서, 상기 2) 단계는,
상기 공정 챔버 내로 예열 퍼지 가스를 공급하는 퍼지가스 공급 수단을 통하여 일정 온도 이상으로 가열되어 있는 예열 기체를 분사하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.

제2항에 있어서, 상기 예열 기체는,
가열된 질소 기체(N₂)와 아르곤(Ar)을 포함하는 불활성 기체인 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.

제1항에 있어서, 상기 3) 단계는,
a) 가스 공급 수단을 이용하여 상기 공정 챔버의 전단으로 공정 가스를 펄스 형태로 공급하는 단계;
b) 상기 공정 가스가 상기 기판 사이의 공간으로 층상흐름 형태로 이동하면서 원자층 증착 공정이 진행되는 단계;
c) 상기 공정 챔버의 후단에서 배기 수단을 이용하여 상기 공정 챔버 내의 기체를 흡입하여 배출하는 단계;의 소단계를 포함하며,
상기 c) 단계에서는,
상기 배기 수단에 배기되는 기체의 양을 조절하는 배기량 조절수단을 이용하여 배기량을 조정함으로써, 상기 기판 후단의 박막 균일도를 높이는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.

제4항에 있어서, 상기 배기량 조절수단은,
버터플라이 밸브와 쓰로틀 밸브를 포함하는 압력 조절밸브인 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.

Images