KR20150094075A - 원자층 증착장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원자층 증착장치에 관한 것으로서, 챔버와; 상기 챔버 내부의 상부 영역에 설치되어 공정가스를 공급하는 가스공급유닛과; 상기 챔버 내부의 하부 영역에 설치되며, 상면에 기판이 안착된 상태에서 수평방향으로 왕복동 운동하는 기판 이동장치 및; 상기 기판의 하부에 배치되어 상기 기판에 직접 열을 전달함으로써, 기판에 대한 원자층의 증착 수율이 향상되도록 하는 히팅부를 포함하는 것을 특징으로 하며, 이에 따라 기판의 아래쪽에 형성된 히팅부에 의한 직접적인 열전도에 의해 원하는 설정온도로 가열됨으로써, 열손실에 따른 에너지소비가 줄고 기판에 대한 원자층의 증착 수율이 향상되는 효과가 제공된다.

Description

원자층 증착장치{Atomic layer deposition apparatus}

본 발명은 원자층 증착장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수평방향으로 왕복동 운동하는 기판에 직접 열을 전달하여 가열시킴으로써, 원자층 증착의 수율을 향상시키도록 한 원자층 증착장치에 관한 것이다.

최근에는, 반도체 제조 공정에서 반도체 소자의 집적도가 높아짐에 따라 미세가공의 요구가 증가하고 있다. 즉, 미세 패턴을 형성하고, 하나의 칩 상에 셀들을 고도로 집적시키기 위해서는 박막 두께 감소 및 고유전율을 갖는 새로운 물질개발 등이 이루어져야 한다.

특히, 웨이퍼(또는 기판, 이하 기판이라 함) 표면에 단차가 형성되어 있는 경우, 표면을 원만하게 덮어주는 단차도포성(Step coverage)과 기판 내 균일성(Within wafer uniformity)의 확보는 매우 중요한데, 이와 같은 요구사항을 충족시키기 위해 원자층 단위의 미소한 두께를 가지는 박막을 형성하는 방법인 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ADL) 방법이 제안되고 있다.

원자층 증착 공정은 기판 표면에서 반응물질의 표면 포화 반응(Surface saturated reaction)에 의한 화학적 흡착과 탈착 과정을 이용하여 단원자층을 형성하는 방법으로, 원자층 수준에서 막 두께의 제어가 가능한 박막 증착 방법이다.

그러나, 이러한 종래의 원자층 증착공정은, 증착공정 중에 진공상태를 필요로 하기 때문에 이를 유지, 관리하기 위한 부수적인 장치가 필요하고, 공정시간이 길어져 생산성의 저하를 초래하게 되는 문제점이 있었다.

또한, 진공을 확보할 수 있는 공간이 제한적이므로 대면적, 대형화를 추구하는 디스플레이산업에 적합하지 않은 문제점도 있었다.

뿐만 아니라, 종래기술에 따른 원자층 증착장치는, 진공 챔버 내에 구비되어야 하는 제약이 있으며, 상압 하에서 작동될 수 있는 경우에도 가스의 공급과 흡입을 독립적으로 제어할 수 없거나 가스의 사용량을 줄이지 못하는 문제점도 있었다.

또한, 기판에 대한 원자층 증착의 수율을 높이기 위하여 챔버 내부의 온도를 높여 기판을 설정온도로 가열시키게 되는데, 종래에는 기판을 간접 가열방식으로 가열시켰는바, 설정온도로 가열시키기가 곤란하였음은 물론 열손실에 따른 에너지소비가 큰 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점들에 착안하여 안출된 것으로서, 상압에서 원자층을 증착할 수 있으며, 가스의 배기와 흡기를 하나의 유닛에서 수행할 수 있는 가스공급유닛을 구비한 원자층 증착장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 기판을 수평방향으로 왕복이동시키면서 상기 가스공급유닛으로부터 공급되는 가스들에 의해 원자층을 증착시킬 경우, 상기 기판의 아래쪽에 히팅부를 형성하여 직접 열전도에 의해 원하는 설정온도로 가열시키도록 함으로써, 열손실에 따른 에너지소비를 줄임은 물론 기판에 대한 원자층의 증착 수율을 향상시키도록 한 원자층 증착장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 원자층 증착장치는, 챔버와; 상기 챔버 내부의 상부 영역에 설치되어 공정가스를 공급하는 가스공급유닛과; 상기 챔버 내부의 하부 영역에 설치되며, 상면에 기판이 안착된 상태에서 수평방향으로 왕복동 운동하는 기판 이동장치 및; 상기 기판의 하부에 배치되어 상기 기판에 직접 열을 전달함으로써, 기판에 대한 원자층의 증착 수율이 향상되도록 하는 히팅부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 기판 이동장치는, 챔버 내부의 하부에 안착되어 설치되는 베이스 플레이트와; 상기 베이스 플레이트의 상부에 배치되며, 일정간격마다 영구자석을 가지는 고정자가 구비된 가이드 플레이트와; 상기 가이드 플레이트를 따라 수평방향으로 왕복동 운동하도록 전자석을 가지는 가동자가 구비된 이동 플레이트를 포함하며, 상기 히팅부는, 상기 이동 플레이트와 기판 사이에 배치되어 그 상부면에 기판이 안착되는 것일 수 있다.

또한, 상기 히팅부는, 일정두께의 히팅 플레이트와; 상기 히팅 플레이트 내부에 일정간격으로 복수개가 배열되며, 전기적 신호에 의해 열을 발생하는 히팅봉으로 구성될 수 있다.

또, 상기 히팅부와, 상기 이동 플레이트 사이에는 냉각 플레이트가 배치될 수도 있다.

한편, 상기 기판 이동장치는, 챔버 내부의 하부에 안착되어 설치되는 베이스 플레이트와; 상기 베이스 플레이트의 상부에 배치되며, 일정간격마다 영구자석을 가지는 고정자가 구비된 가이드 플레이트와; 상기 가이드 플레이트를 따라 수평방향으로 왕복동 운동하도록 전자석을 가지는 가동자가 구비된 이동 플레이트를 포함하며, 상기 히팅부는, 상기 가이드 플레이트의 상부에 배치되며, 상기 이동 플레이트가 기판을 안착시킨 상태에서 상기 히팅부를 따라 수평방향으로 왕복동 운동하는 구성으로 이루어질 수도 있다.

이 경우, 상기 히팅부는, 일정두께의 히팅 플레이트와; 상기 히팅 플레이트 내부에 일정간격으로 복수개가 배열되며, 전기적 신호에 의해 열을 발생하는 히팅봉으로 구성되는 것이 바람직하다.

더욱 바람직하게는, 상기 히팅 플레이트에서, 중앙 영역에는 직경이 큰 히팅봉들이 배치되고, 상기 중앙 영역을 기준으로 양쪽 영역에는 직경이 작은 히팅봉들이 배치되는 것이다.

또한, 상기 히팅부와, 상기 가이드 플레이트 사이에는 냉각 플레이트가 배치될 수도 있다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 원자층 증착장치는, 상압에서 원자층을 증착할 수 있고, 가스의 배기와 흡기가 하나의 유닛에서 수행되는 효과가 제공된다.

또한, 본 발명은 기판이 수평방향으로 왕복이동하면서 상기 가스공급유닛으로부터 공급되는 가스들에 의해 원자층이 증착될 경우, 상기 기판의 아래쪽에 형성된 히팅부에 의한 직접적인 열전도에 의해 원하는 설정온도로 가열됨으로써, 열손실에 따른 에너지소비가 줄고 기판에 대한 원자층의 증착 수율이 향상되는 효과가 제공된다.

도 1은 본 발명에 적용되는 가스공급유닛과 기판의 위치관계를 나타낸 부분 사시도.
도 2는 도 1의 정면도.
도 3은 본 발명에 적용되는 가스공급유닛의 사시도.
도 4는 본 발명의 제 1실시 예에 따른 원자층 증착장치의 사시도.
도 5는 도 4의 정면도.
도 6은 본 발명의 제 2실시 예에 따른 원자층 증착장치의 사시도.
도 7은 도 6의 정면도.
도 8은 본 발명의 제 3실시 예에 따른 원자층 증착장치의 사시도.
도 9는 도 8의 정면도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명의 실시 예들을 설명하기에 앞서 본 발명에 적용될 수 있는 가스공급유닛에 대하여 도 1 내지 도 3을 참조로 하여 설명한다.

도시된 바와 같이, 가스공급유닛(130,140,150)은, 챔버 내부의 상부 영역에 복수개가 설치되며, 기판(110)의 상면 또는 표면에 원자층을 증착하기 위하여 각각 소스가스(Source Gas), 반응가스(Reactant Gas), 퍼지가스(Purge Gas)를 배기 또는 흡기하는 구성으로 이루어져 있다

복수개의 가스공급유닛(130,140,150)은, 대략 관 모양 또는 파이프 모양으로 이루어지며, 길이방향이 기판(110)의 이송방향과 교차하도록, 바람직하게는 기판(110)의 이송방향과 직교하도록 배치되어 있다.

복수의 가스공급유닛(130,140,150)이 고정된 상태에서 기판(110)이 이송되거나, 기판(110)이 고정된 상태에서 복수의 가스공급유닛(130,140,150)이 이송되거나, 또는 기판(110)과 가스공급유닛(130,140,150)이 반대방향으로 이송될 수도 있다.

상기 가스공급유닛(130,140,150)은, 소스가스를 흡배기하는 소스가스흡배기유닛(130), 퍼지가스를 흡배기하는 퍼지가스흡배기유닛(140), 반응가스를 흡배기하는 반응가스흡배기유닛(150), 퍼지가스를 흡배기하는 퍼지가스흡배기유닛(140), 소스가스를 흡배기하는 소스가스흡배기유닛(130)이 순차적으로 배열된 구조로 이루어질 수 있다.

물론, 이러한 배열구조는 하나의 선택적 사항에 지나지 않으며, 공정 조건 등에 따라 그 개수 및 배열은 달라질 수 있다.

이때, 기판(110)이 상대운동방향을 따라 한쪽에서 다른 한쪽으로 이송되면서 원자층이 증착되는 경우, 어느 한쪽 끝단으로부터 다른 한쪽 끝단으로 소스가스흡배기유닛(130), 퍼지가스흡배기유닛(140), 반응가스흡배기유닛(150), 퍼지가스흡배기유닛(140) 및 소스가스흡배기유닛(130)이 차례대로 배치되며, 이에 따라 기판의 상면 또는 표면에는 일측으로부터 소스가스, 퍼지가스, 반응가스, 퍼지가스 및 소스가스가 차례대로 공급되어 원자층이 증착된다.

이러한 구성으로 이루어진 가스공급유닛(130,140,150)은, 가스의 배기(또는 분사)와 흡기(또는 흡입)을 하나의 유닛에서 수행하거나 동시에 수행할 수 있으며, 여기서 가스공급유닛(130,140,150)을 이루는 소스가스흡배기유닛(130)과, 퍼지가스흡배기유닛(140) 및 반응가스흡배기유닛(150)은 흡기 및 배기되는 가스의 종류만 다를 뿐 세부 구성은 동일하다.

상기 가스공급유닛(130,140,150)은, 가스공급유로(135,145,155)가 내부에 형성되는 가스공급관(131,141,151), 가스공급유로(135,145,155)와 연통되는 가스배기유로(138,148,158)가 내부에 형성되는 가스배기관(134,144,154) 및 가스흡기유로(139,149,159)가 내부에 형성되도록 가스배기관(134,144,154)의 외주면의 적어도 일부를 둘러싸는 가스흡기관(132,142,152)을 포함하여 구성될 수 있다.

이와 같이 하나의 가스공급유닛(130,140,150)을 통해 가스의 배기와 흡기를 수행함으로써, 가스를 배기하거나 흡기하기 위한 별도의 수단을 구비할 필요가 없고 원자층 증착공정의 쓰루풋(throughput)을 개선할 수 있다.

여기서, 가스공급수단(미도시됨)에서 공급되는 가스가 통과하는 가스공급관(131,141,151)은 가스흡기관(132,142,152)에서 외부로 돌출 형성됨에 반하여, 가스배기관(134,144,154)은 가스흡기관(132,142,152)의 내부에 형성될 수 있다.

또한, 가스흡기관(132,142,152)을 기준으로 가스공급관(131,141,151)은 가스배기관(134,144,154)의 반대편에 형성될 수 있다.

참고로, 가스공급관(131,141,151)의 단면 크기(직경 또는 면적)는 가스배기관(134,144,154) 및 가스흡기관(132,142,152) 보다 작게 형성되는 것이 바람직하며, 가스공급관(131,141,151)의 내부에는 그 길이방향을 따라 연통되는 가스공급유로(135,145,155)가 형성될 수 있다.

한편, 도 3에서 가스공급유닛(130,140,150)의 양단이 개방된 것으로 도시되어 있으나, 가스가 다른 부분으로 배기되는 것을 방지하기 위하여 가스공급유닛(130,140,150)은 막힌 상태로 형성될 수도 있다.

가스공급관(131,141,151)과 가스배기관(134,144,154) 사이에는 가스공급유로(135,145,155)와 가스배기유로(138,148,158)를 연통시키는 적어도 하나의 가스공급노즐(136,146,156)이 형성될 수 있다.

가스공급관(131,141,151)의 가스공급유로(135,145,155)를 통과하는 가스는 가스공급유닛(130,140,150)의 외부로 배기되기 위하여 가스배기관(134,144,154)의 가스배기유로(138,148,158)를 흘러야 하는바, 이를 위하여 가스공급유로(135,145,155)와 가스배기유로(138,148,158)가 연통되어야 하는데, 이 둘을 연결하는 것이 가스공급노즐(136,146,156)이다.

여기서, 가스공급유로(135,145,155), 가스공급노즐(136,146,156) 및 가스배기유로(138,148,158)는 서로 연통되지만, 가스흡기유로(139,149,159)는 연통되지 않는다. 즉, 가스공급유로(135,145,155), 가스공급노즐(136,146,156) 및 가스배기유로(138,148,158)는 가스의 배기에 관여하는 부분이고, 가스흡기유로(139,149,159)는 가스의 흡기에 관여하는 부분이기 때문에 서로 연통되지 않아야 한다.

가스공급노즐(136,146,156)은 가스공급유로(135,145,155)에서 가스배기유로(138,148,158)를 향할수록 좁아지도록 형성될 수 있다. 가스공급노즐(136,146,156) 중 가스배기유로(138,148,158)와 연통되는 부분이 가장 좁거나 작기 때문에 가스가 가스배기유로(138,148,158) 안으로 분사될 수 있고, 짧은 시간 내에 많은 가스가 가스배기유로(138,148,158)를 채울 수 있다.

여기서, 가스공급노즐(136,146,156)은 복수개 형성될 수 있으며 1개만 형성될 수도 있다.

한편, 가스배기관(134,144,154)에는 그 길이방향을 따라 적어도 하나의 가스배기부(137,147,157)가 형성될 수 있다. 가스배기부(137,147,157)는 가스배기유로(138,148,158)를 채운 가스를 가스공급유닛(130,140,150) 외부로 내보내기 위한 출구로서, 이를 위해 가스배기부(137,147,157)는 외부와 가스배기유로(138,148,158)를 연통시키는 형태를 가진다.

여기서, 가스배기부(137,147,157)는 가스공급노즐(136,146,156)과 연통되도록 형성될 수 있고, 가스배기부(137,147,157)와 가스공급노즐(136,146,156)이 동일한 선상에 존재하도록 형성되는 것이 바람직하지만, 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.

가스흡기유로(139,149,159)는 가스공급노즐(136,146,156)에 의해 공간이 구획되도록 형성될 수 있다. 가스흡기관(132,142,152)과 가스배기관(134,144,154) 사이에 형성되는 가스흡기유로(139,149,159)는 가스공급노즐(136,146,156)에 의해서 2개의 공간으로 나뉘어진다.

이때, 가스흡기유로(139,149,159)는 가스공급노즐(136,146,156)에 의해 대칭적으로 구획되는 것이 바람직하다.

가스공급관(131,141,151)의 가운데 부위에 있는 가스공급노즐(136,146,156)의 크기가 양단 부위에 있는 가스공급노즐(136,146,156)의 크기 보다 크게 형성될 수 있다. 만약, 가스가 가스공급관(131,141,151)의 양단에서 공급된다면, 가스공급관(131,141,151)의 가운데의 가스압력이 양단의 가스압력 보다 작아지기 때문에 가운데 부분에 있는 가스공급노즐(136,146,156)을 통해서는 많은 가스가 짧은 시간에 가스배기유로(138,148,158)로 흘러가지 않을 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 가스공급관(131,141,151)의 가운데 부분에 있는 가스공급노즐(136,146,156)을 양단에 있는 것 보다 크게 하거나 또는 가스공급관(131,141,151)의 가운데 부위에 있는 가스공급노즐(136,146,156) 사이의 간격이 양단 부위에 있는 가스공급노즐(136,146,156) 사이의 간격 보다 작게 형성할 수 있다.

만약, 가스공급관(131,141,151)의 양단이 아니라, 일단에서만 가스가 공급되는 경우에는 가스가 공급되는 반대쪽 끝단에 가까울수록 가스공급노즐(136,146,156)의 크기를 크게 하거나 가스공급노즐(136,146,156) 사이의 간격을 촘촘하게 할 수 있다.

가스배기관(134,144,154)은 가스배기관(134,144,154)의 외부를 향해 가스배기부(137,147,157)에 연장 형성된 배기가이드(137a,147a,157a)를 포함할 수 있다.

배기가이드(137a,147a,157a)는 기판이 위치하는 아래쪽을 향해 연장 형성되어, 가스배기부(137,147,157)를 통과한 가스가 최대한 많이 기판에 접촉될 수 있도록 안내할 수 있다.

배기가이드(137a,147a,157a)는 가스공급노즐(136,146,156)의 중심을 지나는 가상의 선에 대해서 대칭이 되도록 양쪽에 형성될 수 있는데, 양쪽에 형성된 배기가이드(137a,147a,157a) 사이의 각도가 아래쪽으로 갈수록 커지게 하여, 배기가이드(137a,147a,157a)를 통과한 가스가 퍼지면서 기판에 닿을 수 있게 안내해줄 수 있다.

여기서, 가스배기부(137,147,157)는 배기가이드(137a,147a,157a) 사이에 형성된 적어도 하나의 구멍 또는 슬릿을 포함할 수 있다. 즉, 가스배기부(137,147,157)는 배기가이드(137a,147a,157a) 사이에 형성된 적어도 하나의 구멍 또는 슬릿이 될 수 있다.

가스배기부(137,147,157)가 다수개의 구멍으로 형성된 경우에 가스배기유로(138,148,158) 내의 위치에 따른 압력 크기 또는 차이에 따라, 압력이 작은 부분에서는 구멍의 크기를 크게 하거나 구멍 사이의 간격을 작게 하는 것이 바람직하다. 또한, 가스배기부(137,147,157)가 단일 슬릿으로 형성된 경우에 가스배기유로(138,148,158) 내의 위치에 따른 압력 크기 또는 차이에 따라, 압력이 작은 부분에서는 슬릿의 폭을 크게 하는 것이 바람직하다.

가스흡기관(132,142,152)의 원주방향 일단(133a,143a,153a)과 배기가이드(137a,147a,157a)의 일단 사이에는 가스흡기부(133,143,153)가 형성되며, 가스흡기부(133,143,153)는 가스배기관(134,144,154) 또는 가스흡기관(132,142,152)의 원주방향을 따라 가스배기부(137,147,157)에 대해서 대칭적으로 위치될 수 있다.

가스흡기부(133,143,153)를 형성하는 가스흡기관(132,142,152)의 원주방향 일단은 배기가이드(137a,147a,157a)를 향해서 절곡된 모양을 가질 수 있다. 가스흡기관(132,142,152)의 원주방향 일단이 배기가이드(137a,147a,157a)를 향해서 절곡 형성됨으로써, 가스흡기부(133,143,153)의 크기 또는 폭이 과도하게 커지는 것을 방지할 수 있다. 가스흡기관(132,142,152)의 원주방향 일단이 배기가이드(137a,147a,157a)를 향해서 절곡 형성되기 때문에 가스흡기관(132,142,152)은 디커(D-cut)이 형성된 원기둥 모양을 가지게 된다.

한편, 가스흡기부(133,143,153)를 형성하는 가스흡기관(132,142,152) 일단(133a,143a,153a)의 최하단부 또는 최하면은 배기가이드(137a,147a,157a) 일단의 최하단부 또는 최하면 보다 아래쪽에 위치할 수 있다. 이때, 가스흡기관(132,142,152) 일단(133a,143a,153a)의 최하단부 또는 최하면은 배기가이드(137a,147a,157a) 일단의 최하단부 또는 최하면 보다 일정간격만큼 더 아래 쪽으로 길게 형성될 수 있다.

즉, 가스흡기관(132,142,152) 일단(133a,143a,153a)의 최하단부 또는 최하면과 배기가이드(137a,147a,157a) 일단의 최하단부 또는 최하면 사이의 간격이 일정간격만큼 형성될 수 있다.

이와 같이, 가스흡기관(132,142,152) 일단(133a,143a,153a)의 최하단부 또는 최하면은 배기가이드(137a,147a,157a) 일단의 최하단부 또는 최하면 보다 아래쪽에 위치함으로써 흡기되는 가스의 양을 늘릴 수 있다. 또한, 가스배기부(137,147,157)를 통과한 가스가 아래쪽으로 더 돌출된 가스흡기관(132,142,152) 일단(133a,143a,153a)의 최하단부에 의해서 가스흡기부(133,143,153)로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 이로 인하여 배출된 가스가 반응에 참여하지 못하고 흡기되어 제거되는 것을 방지할 수 있다.

가스배기부(137,147,157)가 개방된 형태이기 때문에 가스배기유로(138,148,158)에 가스가 있으면 항상 가스배기부(137,147,157)를 통해 가스가 기판 쪽으로 배출될 수 있다. 그런데, 배출되는 가스가 반응에 필요 없는 경우에도 가스가 기판 쪽으로 배출된다면, 원자층 증착공정이 제대로 이루어지지 않게 된다.

이러한 점을 고려하여, 가스배기관(134,144,154)은 가스배기관(134,144,154)의 내면에 회전 가능하게 제공되어, 가스배기유로(138,148,158)와 가스배기부(137,147,157)를 연통시키거나 차단하는 가스밸브(160)를 포함할 수 있다.

가스밸브(160)는, 가스배기관(134,144,154)의 내면을 따라 가스배기관(134,144,154)의 원주방향으로 회전하면서 가스배기부(137,147,157)의 열림을 조절할 수 있다.

가스밸브(160)가 가스배기관(134,144,154)의 내면과 접촉한 상태로 소정 각도 범위 내에서 회전하면서 가스배기부(137,147,157)를 열거나 닫을 수 있게 되는데, 이를 위해 가스밸브(160)의 일단에는 밸브구동부가 구비되며, 이때 밸브구동부는 스텝모터 등으로 형성될 수 있다.

가스밸브(160)가 가스배기부(137,147,157)를 완전히 닫고 있는 상태에서는, 가스배기유로(138,148,158)에 있는 가스가 가스배기부(137,147,157)를 통과하지 못하고, 이 상태에서 밸브구동부에 의해서 가스밸브(160)가 일정한 각도만큼 회전하게 되면, 가스배기부(137,147,157)가 열리면서 가스가 배출될 수 있다.

가스밸브(160)가 가스배기관(134,144,154)의 내면을 따라 가스배기관(134,144,154)의 원주방향으로 회전하는 경우에, 가스밸브(160)는 가스배기부(137,147,157)를 완전히 개폐하는 범위 내에서 회전할 수 있다. 즉, 가스밸브(160)는 가스배기관(134,144,154)의 내면을 따라 360도까지 회전할 필요는 없으며, 가스배기부(137,147,157)가 완전히 열리거나 닫히는 위치까지만 회전하면 충분하다. 따라서 가스밸브(160)는 일종의 가스배기부(137,147,157)를 개폐하는 온/오프 스위치와 같은 기능을 한다.

또한, 가스밸브(160)는 가스배기부(137,147,157)를 개폐하는 열림량을 조절하여, 배기되는 가스의 유량을 조절할 수도 있다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 가스공급유닛(130,140,150)을 포함하는 원자층 증착장치는, 소스가스공급유닛(130,140,150)에서 소스가스를 기판 상에 주입하고, 퍼지가스공급유닛(130,140,150)에서 퍼지가스를 기판 상에 주입하며, 이후 반응가스공급유닛(130,140,150)에서 반응가스가 기판 상에 주입되어 원자층이 증착된다.

가스흡기부(133,143,153)는 가스배기부(137,147,157)를 중심으로 상호 대칭된 위치에 배치될 수 있다. 이 경우, 가스흡기부(133,143,153)가 가스배기부(137,147,157)의 양측에 배치됨으로써, 전 단계의 공정에서 기판 상에 남은 가스를 흡입한 후 가스배기부(137,147,157)를 통해 본 단계의 가스를 기판 상에 주입시키고, 다시 기판 상에 반응 후 남은 가스를 흡입할 수 있기 때문에 가스흡기부(133,143,153)는 가스배기부(137,147,157)를 중심으로 상호 대칭된 위치에 배치됨이 바람직하다. 다만, 이에 한정되지 않고 가스흡기부(133,143,153)는 가스배기부(137,147,157)를 중심으로 동일한 일측에 배치될 수도 있다.

이와 같은 구성으로 이루어진 가스공급유닛(130,140,150)을 갖는 원자층 증착장치는, 가스공급유닛(130,140,150)에 의해 가스의 공급과 흡입이 동시에 실시됨으로써, 꼭 진공 상태일 필요가 없는바, 상압에서도 그 공정이 실시될 수 있다.

한편, 본 발명은 상기한 가스공급유닛으로부터 공급되는 가스들에 의해 기판의 상면 또는 표면에 원자층을 증착시키기 위하여, 기판이 안착된 상태에서 수평방향으로 왕복동 운동하는 기판 이동장치를 포함한다.

상기 기판 이동장치는, 챔버(102)의 하부 영역에 배치되며, 기판(110)이 안착된 상태에서 수평방향으로 왕복동 운동함에 따라 상기 가스공급유닛(130,140,150)으로부터 공급되는 가스들에 의해 상기 기판(110)의 상면 또는 표면에 원자층을 증착시키게 된다.

<제 1실시 예>

도 4는 본 발명의 제 1실시 예에 따른 원자층 증착장치의 사시도이고, 도 5는 도 4의 정면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1실시 예에 따른 원자층 증착장치(100)는, 챔버(102)와, 챔버(102) 내부의 상부 영역에 설치되어 공정가스를 공급하는 상기한 구성의 가스공급유닛(130,140,150)을 포함한다.

또한, 챔버(102) 내부의 하부 영역에 설치되며, 상면에 기판(110)이 안착된 상태에서 수평방향으로 왕복동 운동하는 기판 이동장치를 포함한다.

여기서, 기판 이동장치는 챔버(102) 내부의 하부에 안착되어 설치되는 베이스 플레이트(130)와, 이 베이스 플레이트의 상부에 배치되며, 일정간격마다 영구자석을 가지는 고정자(142)가 구비된 가이드 플레이트(140)와, 이 가이드 플레이트를 따라 수평방향으로 왕복동 운동하도록 전자석을 가지는 가동자(미도시됨)가 구비된 이동 플레이트(120)를 포함할 수 있다.

또한, 이동 플레이트(120)와 기판(110) 사이에 배치되며, 그 상부면에 기판(110)이 안착되는 히팅부(200)를 더 포함하는데, 히팅부(200)는 일정두께의 히팅 플레이트(210)와, 상기 히팅 플레이트 내부에 일정간격으로 복수개가 배열되며, 전기적 신호에 의해 열을 발생하는 히팅봉(220)으로 구성되어 있다.

이와 같이, 히팅부(200)가 이동 플레이트(120)와 기판(110) 사이에 배치됨에 따라 원자층 증착공정시, 기판(110)이 히팅부(200)에 의한 직접적인 열전도에 의해 설정온도로 가열됨으로써, 원자층 증착의 수율이 향상된다.

즉, 종래에는 기판에 대한 원자층 증착 수율을 향상시키기 위하여 챔버 내부 온도를 상승시키는 가열수단이 제공되었는데, 이러한 가열수단은 기판을 간접 열전도에 의해 가열시키게 됨에 따라 원하는 온도로 가열시키기 곤란한 문제점이 있었으며, 특히 열손실이 크게 발생하여 전체적인 에너지 소비가 큰 문제점이 발생되는 반면, 본 발명의 제 1실시 예에 따르면 기판(110)의 하부에 히팅부(200)가 구비되어 기판(110)에 직접적으로 열을 전도시켜 가열시키게 됨으로써, 상기와 같은 문제점을 해소할 수 있게 된다.

여기서, 히팅부(200)를 이루는 히팅 플레이트(210)는 이동 플레이트(210)에 대하여 착탈가능하게 설치되는 것이 바람직하며, 이에 공정 조건에 따라 그 두께가 다른 히팅 플레이트를 적용할 수 있게 된다. 또한 히팅 플레이트(210)에 설치되는 히팅봉(220)들 또한 착탈이 가능하도록 구성함으로써, 그 개수를 임의로 선택할 수도 있다.

<제 2실시 예>

도 6은 본 발명의 제 2실시 예에 따른 원자층 증착장치의 사시도이고, 도 7는 도 5의 정면도이다.

참고로, 본 발명의 제 2실시 예를 설명함에 있어서, 앞선 제 1실시 예에서와 동일한 부분에 대해서는 동일부호를 부여하여 설명하기로 한다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2실시 예에 따른 원자층 증착장치(100)는, 앞선 제 1실시 예의 구성에서 냉각 플레이트(300)가 더 배치된 구성이다.

냉각 플레이트(300)에는 공기가 통과되는 공기홀이 형성되거나 또는 냉매가 유동하도록 구성될 수 있다.

원자층 증착장치(100)는, 기판(110)을 수평방향으로 왕복동 운동시키기 위하여 이동 플레이트(120)가 가이드 플레이트(140)상을 빠른속도로 왕복동 운동하게 되는바, 상호 마찰에 의해 과열이 발생될 우려가 크고, 이로 인하여 각종 센서 들이 과열되어 손상될 우려가 있게 된다.

또한, 히팅부(200)가 기판(110)을 설정온도로 가열시킬 때, 히팅부(110)의 가열로 인하여 기판(110)을 설정온도 이상으로 가열시킬 우려가 있으며, 이의 경우 기판(110)은 열확산, 수명감소 및 물리적 변형 등의 문제점을 야기할 수 있게 된다.

이에, 상기 냉각 플레이트(300)는 이동 플레이트(120)와 가이드 플레이트(140)의 과열을 방지하고, 기판(110)이 히팅부(200)에 의해 설정온도 이상으로 가열되는 것을 예방하는 기능을 담당하게 된다.

참고로, 본 발명의 제 2실시 예는, 앞선 제 1실시 예에 비하여 히팅부(200)와 이동 플레이트(120) 사이에 냉각 플레이트(300)가 더 배치된 것에 차이만 있을 뿐, 그 외의 나머지 구성 및 작용효과에 있어서는 모두 동일하므로, 이에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.

<제 3실시 예>

도 8은 본 발명의 제 3실시 예에 따른 원자층 증착장치의 사시도이고, 도 9는 도 8의 정면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3실시 예에 따른 원자층 증착장치(100)는, 챔버(102)와, 챔버(120) 내부의 상부 영역에 설치되어 공정가스를 공급하는 상기한 구성의 가스공급유닛(130,140,150)을 포함한다.

또한, 챔버(102) 내부의 하부 영역에 설치되며, 상면에 기판(110)이 안착된 상태에서 수평방향으로 왕복동 운동하는 기판 이동장치를 포함한다.

여기서, 기판 이동장치는 챔버(102) 내부의 하부에 안착되어 설치되는 베이스 플레이트(130)와, 이 베이스 플레이트의 상부에 배치되며, 일정간격마다 영구자석을 가지는 고정자(142)가 구비된 가이드 플레이트(130)와, 이 가이드 플레이트의 상부에 배치되는 히팅부(500) 및 이 히팅부를 따라 수평방향으로 왕복동 운동하도록 전자석을 가지는 가동자(미도시됨)가 구비된 이동 플레이트(120)를 포함할 수 있다.

이동 플레이트(120)의 상면에는 기판(110)이 안착되며, 이동 플레이트(120)는 기판(110)이 안착된 상태에서 가이드 플레이트(140) 및 히팅부(500)를 따라 수평방향으로 왕복동 운동을 하게 되면서, 가스공급유닛(130,140,150)으로부터 공급되는 가스들에 의해 상기 기판(110) 표면을 증착시키게 된다.

여기서, 히팅부(500)는 일정두께의 히팅 플레이트(510)와, 상기 히팅 플레이트(510) 내부에 일정간격으로 복수개가 배열되며, 전기적 신호에 의해 열을 발생하는 히팅봉(520a,522a,524a)으로 구성된다.

한편, 히팅 플레이트(510)에서, 중앙 영역(520)에는 직경이 큰 히팅봉(520a)들이 배치되고, 상기 중앙 영역을 기준으로 양쪽 영역(522,524)에는 직경이 작은 히팅봉(522a,524a)들이 배치되는 것이 바람직하다.

그 이유는, 기판(110)이 안착된 이동 플레이트(120)가 히팅부(500)를 따라 수평방향으로 왕복동 운동하게 될 때, 비교적 고속으로 왕복동 운동을 하게 되는바, 이동 플레이트(120)가 히팅부(500)의 중앙 영역(520)을 통과할 때 열전도가 상대적으로 적게 이루어질 수 있기 때문이다.

즉, 기판(110)이 안착된 이동 플레이트(120)가 히팅부(500)를 따라 수평방향으로 왕복동 운동하게 될 때, 양쪽 영역(522,524)에 위치한 상태에서는 방향을 바꾸어 반대방향으로 이동하기까지 잠시 머무르는 딜레이 시간을 가지게 되어 열전도가 많이 이루어질 수 있는 반면, 중앙 영역(520)은 순간적으로 통과하게 됨으로써, 상대적으로 열전도가 적게 이루어질 수 있게 된다.

따라서, 히팅부(500)의 중앙 영역(520)에 위치하는 히팅봉(520a)은 그 직경이 큰 것을 적용하여 이동 플레이트(120)에 안착된 기판(110)으로의 열전도율을 향상시키고, 상대적으로 양쪽 영역(522,524)에 위치하는 히팅봉(522a,524a)들은 그 직경이 작은 것을 적용하여 이동 플레이트(120)에 안착된 기판으로의 열전도율을 낮추도록 하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이, 히팅부(500)가 이동 플레이트(120)와 가이드 플레이트(140) 사이에 배치됨에 따라 원자층 증착공정시, 기판(110)이 히팅부(500)에 의한 열전도에 의해 설정온도로 가열됨으로써, 원자층 증착의 수율이 향상된다.

참고로, 히팅부(500)를 이루는 히팅 플레이트(510)는 가이드 플레이트(140)에 대하여 착탈가능하게 설치되는 것이 바람직하며, 이에 공정 조건에 따라 그 두께가 다른 히팅 플레이트를 적용할 수 있게 된다. 또한 히팅 플레이트(510)에 설치되는 히팅봉(520a,522a,524a)들 또한 착탈이 가능하도록 구성함으로써, 그 개수를 임의로 선택할 수도 있다.

한편, 별도로 도시되지는 않았지만, 상기 가이드 플레이트(140)와 히팅부(500) 사이에, 본 발명의 제 2실시 예에서와 같은 냉각 플레이트를 배치하여 상기 제2실시 예에서와 동일한 작용효과를 기대할 수도 있음은 물론이다.

참고로, 본 발명의 실시 예들에서 수평방향으로 왕복동 운동하는 기판의 표면에 원자층을 증착시키도록 챔버 내부의 상부 영역에 배치되는 가스공급유닛은, 상기한 구성에 한정되는 것이 아니며, 종래에 공지된 어떠한 가스공급수단이 적용될 수도 있으며, 이의 경우에도 동일한 작용효과를 거둘 수 있음은 물론이다.

이상에서와 같은 본 발명의 실시 예에서 설명한 기술적 사상은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수도 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시 예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

100 : 원자층 증착장치 102 : 챔버
110 : 기판 120 : 이동 플레이트
130 : 베이스 플레이트 140 : 가이드 플레이트
200 : 히팅부 210 : 히팅 플레이트
220 : 히팅봉 300 : 냉각 플레이트
500 : 히팅부 510 : 히팅 플레이트
520 : 중앙 영역 520a, 522a,524a : 히팅봉
522,524 : 양쪽 영역

Claims (8)

1. 챔버와;
   상기 챔버 내부의 상부 영역에 설치되어 공정가스를 공급하는 가스공급유닛과;
   상기 챔버 내부의 하부 영역에 설치되며, 상면에 기판이 안착된 상태에서 수평방향으로 왕복동 운동하는 기판 이동장치 및;
   상기 기판의 하부에 배치되어 상기 기판에 직접 열을 전달함으로써, 기판에 대한 원자층의 증착 수율이 향상되도록 하는 히팅부를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 기판 이동장치는,
   챔버 내부의 하부에 안착되어 설치되는 베이스 플레이트와;
   상기 베이스 플레이트의 상부에 배치되며, 일정간격마다 영구자석을 가지는 고정자가 구비된 가이드 플레이트와;
   상기 가이드 플레이트를 따라 수평방향으로 왕복동 운동하도록 전자석을 가지는 가동자가 구비된 이동 플레이트를 포함하며,
   상기 히팅부는,
   상기 이동 플레이트와 기판 사이에 배치되어 그 상부면에 기판이 안착되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 히팅부는,
   일정두께의 히팅 플레이트와;
   상기 히팅 플레이트 내부에 일정간격으로 복수개가 배열되며, 전기적 신호에 의해 열을 발생하는 히팅봉으로 구성되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
   
4. 제 1항 내지 제 3항 중, 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 히팅부와, 상기 이동 플레이트 사이에는 냉각 플레이트가 배치되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 기판 이동장치는,
   챔버 내부의 하부에 안착되어 설치되는 베이스 플레이트와;
   상기 베이스 플레이트의 상부에 배치되며, 일정간격마다 영구자석을 가지는 고정자가 구비된 가이드 플레이트와;
   상기 가이드 플레이트를 따라 수평방향으로 왕복동 운동하도록 전자석을 가지는 가동자가 구비된 이동 플레이트를 포함하며,
   상기 히팅부는,
   상기 가이드 플레이트의 상부에 배치되며, 상기 이동 플레이트가 기판을 안착시킨 상태에서 상기 히팅부를 따라 수평방향으로 왕복동 운동하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 히팅부는,
   일정두께의 히팅 플레이트와;
   상기 히팅 플레이트 내부에 일정간격으로 복수개가 배열되며, 전기적 신호에 의해 열을 발생하는 히팅봉으로 구성되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 히팅 플레이트에서, 중앙 영역에는 직경이 큰 히팅봉들이 배치되고, 상기 중앙 영역을 기준으로 양쪽 영역에는 직경이 작은 히팅봉들이 배치되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
   
8. 제 5항 내지 제 7항 중, 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 히팅부와, 상기 가이드 플레이트 사이에는 냉각 플레이트가 배치되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.

Images