KR20160117694A - 박막 증착 장치 및 이를 이용한 박막 증착 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내부로 기판이 투입되는 증착 챔버와, 증착 챔버 내에 위치하며, 기판이 장착되는 제1 챔버 모듈 및 증착 챔버 내에 위치하며, 기판을 기준으로 제1 챔버 모듈의 반대편에 위치하되, 제1 챔버 모듈과 대향되는 면에 2 이상의 함몰부가 형성되어 각 함몰부를 통해 가스의 흐름이 형성되도록 구성되는 제2 챔버 모듈을 포함하는 박막 증착 장치를 제공한다.

Description

박막 증착 장치 및 이를 이용한 박막 증착 방법{THIN FILM DEPOSITION DEVICE AND METHOD OF DEPOSING THIN FILM USING THEREOF}
본 발명은 증착원의 증기를 발생시켜서 대상체 표면에 증착하는 박막 증착 장치에 관한 것으로, 특히 표시 장치, 반도체 등의 원자층 증착에 사용되는 원자층 증착 장치 및 이를 이용한 원자층 증착 방법에 관한 것이다.
예컨대 유기 발광 표시 장치의 박막 봉지 형성과 같은 박막 제조 공정에는 증착원의 증기를 발생시켜서 기판 표면에 달라붙게 하는 증착 공정이 많이 이용된다.
최근에는 박막을 보다 균일하고 정밀하게 형성할 수 있는 원자층 증착 공정(ALD:Atomic Layer Deposition)이 선호되고 있는데, 이러한 원자층 증착 공정에서는 전구체(precursor)를 먼저 기판 표면에 흡착시킨 후, 곧 이어서 반응체(reactance)를 공급하여 이 전구체와 반응체간의 화학 반응에 의해 원자층이 완성되게 하는 방식으로 증착이 진행된다.
일반적으로 널리 사용되는 원자층 증착 공정 중, 진행파 방식(traveling wave-type)의 원자층 증착 공정은 원자층 증착 챔버 내부로 기판 및 증착 마스크를 배치시킨 후, 챔버 내부로 증착원의 증기를 주입시켜, 증기가 배출구를 통해 이동하면서 기판 표면에 흡착되도록 제어된다. 다만, 진행파 방식의 원자층 증착 공정은 생산성 향상을 위해 일반적으로 원장 기판을 사용하므로, 원장 기판에 맞추어 대형화된 증착 챔버 내부로 증기를 주입시킬 경우, 주입된 증기의 기류를 제어하기 어렵다. 그 결과, 기판에 증착되는 원자층의 균일성(uniformity)이 저하되는 문제가 발생한다.
이를 개선하기 위해 원자층 증착 공정 시간을 증가시킬 경우 필연적으로 공정 최대 시간(tact time)이 증가하여 생산성이 저하된다. 또한, 증착 마스크와 기판이 이루는 틈새로 증기가 유입되어 증착 불량 등의 문제가 발생할 가능성도 존재한다.
한편, 증착 속도를 향상시키기 위한 방안으로 최근 개발된 공간 분할 방식(spatial-type) 원자층 증착 공정을 이용하는 경우, 서로 다른 증기 노즐이 기판 상부에 교번적으로 배치되고, 기판이 노즐 하부에서 슬라이딩 이동하며 신속하게 증착이 진행될 수 있으나, 서로 인접한 가스 노즐간 혼류(cross current)가 발생하여, 이물질 입자들이 기판 상부에 낙하하는 등의 증착 불량을 야기할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 증착 마스크 없이도 증착 균일성과 증착 속도 등의 생산성이 우수한 박막 증착 장치 및 이를 이용한 박막 증착 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 내부로 기판이 투입되는 증착 챔버, 상기 증착 챔버 내에 위치하며, 상기 기판이 장착되는 제1 챔버 모듈 및 상기 증착 챔버 내에 위치하며, 상기 기판을 기준으로 상기 제1 챔버 모듈의 반대편에 위치하되, 상기 제1 챔버 모듈과 대향되는 면에 2 이상의 함몰부가 형성되어 상기 각 함몰부를 통해 가스의 흐름이 형성되도록 구성되는 제2 챔버 모듈을 포함하는 박막 증착 장치가 제공된다.
상기 제1 챔버 모듈은 상기 기판을 상기 제1 챔버 모듈에 고정시키는 고정부를 포함할 수 있다.
상기 고정부는 정전척(electrostatoc chuck)을 포함할 수 있다.
상기 제1 챔버 모듈은 상기 제2 챔버 모듈의 상부에 위치하되, 상기 제1 챔버 모듈은 상기 제2 챔버 모듈을 향해 상하 이동 가능할 수 있다.
제2 챔버 모듈은 상기 2 이상의 함몰부를 구획하는 돌출부를 더 포함하고, 상기 돌출부의 상부면에는 실링부재가 위치할 수 있다.
상기 2 이상의 함몰부는 상기 제2 챔버 모듈에 행렬 형상으로 배열될 수 있다.
상기 제2 챔버 모듈은 상기 2 이상의 함몰부 각각의 일측과 연결되어 상기 함몰부로 가스를 공급하는 가스 주입부 및 상기 2 이상의 함몰부 각각의 타측과 연결되어 상기 함몰부에 잔류된 가스를 배출시키는 가스 배출부를 포함할 수 있다.
상기 가스는 전구체 가스, 반응체 가스 및 불활성 가스 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 가스 주입부는 2 이상이 상호 이격되어 상기 함몰부와 각각 연결될 수 있다.
상기 전구체 가스, 상기 반응체 가스 및 상기 불활성 가스는 각각 서로 다른 상기 가스 주입부를 통해 공급될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 가스를 반응시켜 기판 표면에 박막을 증착하는 박막 증착 방법에 있어서, 제1 챔버 모듈과 제2 챔버 모듈이 내부에 위치한 증착 챔버로 상기 기판을 투입하는 단계, 상기 제1 챔버 모듈에 상기 기판을 고정 및 정렬하는 단계, 상기 제1 챔버 모듈을 하강시켜 상기 기판을 2 이상의 함몰부가 형성된 상기 제2 챔버 모듈 상부면에 안착하는 단계 및 상기 함몰부로 상기 가스를 공급하여 상기 기판 하부에 박막을 증착하는 단계를 포함하는 박막 증착 방법이 제공된다.
상기 박막 증착 단계는 상기 2 이상의 함몰부 각각으로 전구체 가스를 공급하여 상기 전구체 가스를 상기 기판에 흡착시키는 단계, 상기 2 이상의 함몰부 각각으로 불활성 가스를 공급하여 상기 전구체 가스를 배출시키는 단계, 상기 2 이상의 함몰부 각각으로 반응체 가스를 공급하여 상기 기판에 흡착된 전구체와 상기 반응체 가스를 반응시키는 단계 및 상기 2 이상의 함몰부 각각으로 불활성 가스를 공급하여 상기 반응체 가스를 배출시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 박막 증착 단계는 상기 2 이상의 함몰부 각각으로 동시에 상기 전구체 가스, 상기 반응체 가스 및 상기 불활성 가스 중 어느 하나를 공급하는 것을 포함할 수 있다.
상기 박막 증착 단계는 상기 기판의 하부면에 박막을 증착하는 것을 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치는 별도의 증착 마스크 없이도 함몰부와 돌출부의 형태에 따라 기판과의 접촉 형태를 조절함으로써 증착 공정을 진행할 수 있고, 기판의 하측에 박막을 증착시킴으로써 증착 공정 중에 중력에 의해 이물질이 기판 상부로 낙하하는 현상을 미연에 방지할 수 있는 바, 증착 불량을 개선할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치는 각각의 함몰부마다 각각 가스 주입부와 가스 배출부가 구비되어 원장 기판이 투입되더라도 각각의 함몰부에서 단위 기판별로 박막 증착이 가능하다. 이에 따라 원장 기판의 증착에 걸리는 전체 공정 시간을 단축시킬 수 있다.
또한 비교적 면적이 작은 함몰부마다 각각 박막 증착이 수행되므로, 각각의 함몰부로 투입된 가스의 기류를 용이하게 조절할 수 있어 증착 균일성(uniformity) 또한 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치의 제2 챔버 모듈을 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ 부분을 확대한 도면이다.
도 4는 도 3을 Ⅳ-Ⅳ로 자른 단면을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 3을 Ⅴ-Ⅴ로 자른 단면을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 3을 Ⅵ-Ⅵ으로 자른 단면을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 변형예에 따른 박막 증착 장치의 제2 챔버 모듈을 나타낸 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 변형예에 따른 박막 증착 장치의 제2 챔버 모듈을 확대한 도면이다.
도 9는 도 8을 Ⅸ-Ⅸ로 자른 단면을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법 중 박막 증착 단계의 세부 단계를 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
본 발명에 있어서 "~상에"라 함은 대상부재의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력방향을 기준으로 상부에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소들을 더 포함할 수 있음을 의미한다.
본 발명을 설명함에 있어, 박막 증착 장치는 박막 트랜지스터(thin-film transistor), 박막 봉지층(encapsulation layer), 편광판을 대체할 수 있는 편광 박막(polarization thin-film) 등의 표시 장치 내부에 형성되는 박막을 증착하기 위한 박막 증착 장치를 그 예시로 하나, 본 발명의 적용 분야가 이에 한정되는 것은 아니며, 반도체 등의 기타 박막 증착이 필요한 다양한 산업 분야에 활용될 수 있다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어. 박막 증착 장치는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition) 방법에 의해 원자층 박막을 증착하나, 박막 증착 장치의 사용 방법이 반드시 이러한 방법에 제한되는 것은 아니다.
이하에서는 도 1 내지 도 9를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치의 구성을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 박막 증착 장치(10)는 증착 챔버(100) 내부로 유입되는 기판(20)에 박막을 증착하기 위한 장치로서, 박막 증착 장치(10)는 증착 챔버(100), 제1 챔버 모듈(200) 및 제2 챔버 모듈(300)을 포함한다.
증착 챔버(100)는 내부에 중공이 형성되되, 내부로 기판(20)이 투입될 수 있도록 일측이 개구된 반폐쇄형 구조체로 형성된다. 또한, 증착 공정 중 증착 챔버(100) 내부를 폐쇄할 수 있도록 도어(미도시)가 설치될 수 있다. 증착 챔버(100)는 원자층 증착(atomic layer deposition) 공정을 수행할 수 있도록 내부 표면이 화학적으로 안정한 소재로 코팅 처리될 수 있고, 스퍼터링(sputting) 공정에도 사용될 수 있도록 폐쇄 시 진공 상태로 유지되도록 처리될 수도 있다.
한편, 증착 챔버(100)는 각각 별개의 표시 모듈을 구성하는 이른바 단위 기판(unit substrate)뿐만이 아니라, 2 이상의 단위 기판을 포함하는 원장 기판(mother substrate)이 투입될 수 있는 비교적 대형 구조체로 형성될 수 있다.
제1 챔버 모듈(200)은 증착 챔버(100) 내부에 위치한다. 제1 챔버 모듈(200)은 증착 챔버(100) 내부로 투입된 기판(20)이 장착될 수 있도록 고정부(210)를 포함할 수 있다.
고정부(210)는 기판(20)이 제1 챔버 모듈(200)에 고정되도록 제어할 수 있다. 고정부(210)는 정전기적 인력(electrostatic force)을 발생시키는 정전척(electrostatic chuck)을 포함할 수도 있고, 고진공(high-degree vacuum)을 유발시키는 진공척(vacuum chuck)을 포함할 수도 있으며, 기판(20)의 적어도 일측을 물리적으로 고정하는 바이스(vice)를 포함할 수도 있다.
한편, 제1 챔버 모듈(200)은 고정부(210)가 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(20)의 상부가 제1 챔버 모듈(200)에 의해 고정되도록 기판(20)의 상부에 위치할 수 있다.
또한, 제1 챔버 모듈(200)은 고정부(210)에 의해 고정된 기판(20)이 증착 공정 수행 전 예정된 위치로 정렬될 수 있도록 정렬 유닛(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이를 통해, 증착 공정 수행 전에 증착 챔버(100)로 투입된 기판(20)을 고정 및 사전 정렬할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치의 제2 챔버 모듈을 나타낸 평면도이고, 도 3은 도 2의 Ⅲ 부분을 확대한 도면이다.
제2 챔버 모듈(300)은 전술한 도 1에 도시된 바와 같이 증착 챔버(100)로 투입된 기판(20)을 기준으로 제1 챔버 모듈(200)의 반대편에 위치된다. 제2 챔버 모듈(300)은 제1 챔버 모듈(200)에 의해 고정 및 정렬된 기판(20)에 전구체 가스를 분사하여 기판(20)의 하측에 박막을 증착시킬 수 있다.
이와 같이 기판(20)의 하측에 박막을 증착시킴으로써, 증착 공정 중에 중력에 의해 이물질이 기판(20) 상부로 낙하하는 현상을 미연에 방지할 수 있는 바, 증착 불량을 개선할 수 있다.
본 발명에서는 제2 챔버 모듈(300)이 제1 챔버 모듈(200) 및 기판(20)의 하측에 위치하나, 본 발명의 범위가 반드시 이러한 위치에 제한되는 것은 아니며, 구체적인 증착 과정, 증착 수단, 증착 물질 등 공정 세부 조건에 따라 얼마든지 달리 배치될 수 있다.
또한, 본 발명에서는 제1 챔버 모듈(200)은 실린더 부재, 래크-피니언 부재, 케이블 부재 등의 상하이동 모듈(미도시)과 연결될 수 있다. 이를 통해 제1 챔버 모듈(200)이 제2 챔버 모듈을 향해 상승 또는 하강할 수 있다. 즉, 제1 챔버 모듈(200)은 상하 이동 가능하게 구성되므로, 이를 통해 제1 챔버 모듈(200)의 제2 챔버 모듈(300)의 상하 간격이 조절될 수 있다.
도 4는 도 3을 Ⅳ-Ⅳ로 자른 단면을 나타낸 도면이고, 도 5는 도 3을 Ⅴ-Ⅴ로 자른 단면을 나타낸 도면이며, 도 6은 도 3을 Ⅵ-Ⅵ으로 자른 단면을 나타낸 도면이다.
제2 내지 도 6을 참고하면, 제2 챔버 모듈(300)은 제1 챔버 모듈(200)과 평행하게 배치될 수 있다. 제2 챔버 모듈(300)은 박막 증착을 위한 가스 공급원(미도시)과 연결되어, 제1 챔버 모듈(200)의 하강에 따라 제2 챔버 모듈(300)로 안착되는 기판(20)에 박막을 증착할 수 있다.
한편, 제2 챔버 모듈(300)은 함몰부(310), 돌출부(320), 가스 주입부(330) 및 가스 배출부(340)를 포함한다.
함몰부(310)는 2 이상이 제1 챔버 모듈(200)과 대향되는 면에 형성된다. 함몰부(310)는 도 2에 도시된 바와 같이 행렬(matrix) 형상으로 배열될 수 있다. 함몰부(310)의 단면 형상은 사각 형상일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 단위 기판의 단면과 상응하는 형상이나 단면적을 갖도록 형성될 수 있다.
각각의 함몰부(310)는 도 4에 도시된 바와 같이 기판(20)과 접촉함에 따라 각각 폐쇄된 공간을 형성하게 되는데, 본 실시예에서는 함몰부(310) 단면 하나당 단위 기판 단면 하나, 또는 인접하는 2 이상의 단위 기판들의 단면의 집합 하나와 대응될 수 있다. 즉, 각각의 함몰부(310)는 기판(20)과 접촉함에 따라 기판(20) 하부를 보다 작은 단위로 각각 구획하게 된다.
한편, 본 발명에서는 각각의 함몰부(310)마다 가스 주입부(330) 및 가스 배출부(340)가 구비되어 함몰부(310) 내부에 가스의 흐름이 형성되도록 구성되는 바, 각각의 함몰부(310)에 의해 구획된 기판(20)의 각각의 영역에 동시에 박막 증착이 이루어질 수 있다.
다시말해, 본 발명에서 2 이상의 함몰부(310)는 기판(20)의 증착이 필요한 면만을 선택적으로 노출시켜주는 이른바 증착 마스크의 개구부 역할을 수행할 수 있다.
돌출부(320)는 도2에 도시된 바와 같이 제2 챔버 모듈(300)의 상부로 돌출되어, 2 이상의 함몰부(310)를 각각 구획한다. 돌출부(320)의 형상은 함몰부(310)의 행렬형 배열에 상응하는 격자(grid) 형상으로 형성된다. 돌출부(320)는 제1 챔버 모듈(200) 하강 시, 기판(20)의 하부면과 직접 접촉한다.
다시 말해, 본 발명에서 돌출부(320)는 기판(20)과 직접적으로 접촉하는 증착 마스크의 마스크 프레임 역할을 수행할 수 있다.
한편, 돌출부(320)는 기판(20) 하부면이 돌출부(320) 상부에 안착되도록, 상부면에 실링부재(321)가 형성될 수 있다. 이를 통해, 박막 증착 과정 중 기판(20)이 제2 챔버 모듈(300)로부터 이탈하는 것을 방지하는 동시에, 기판(20)과 제2 챔버 모듈(300) 간의 이격을 방지할 수 있다. 즉, 본 실시예에서는 실링부재(321)가 함몰부(310)와 기판(20)에 의해 생성되는 각각의 공간을 보다 공고히 밀폐할 수 있는 효과가 있다.
가스 주입부(330)는 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이 각각의 함몰부(310)의 하측과 연결될 수 있다. 가스 주입부(330)에는 도 6에 도시된 바와 같이 다수의 개구부가 형성되어 있으므로, 박막 증착에 필요한 전구체 가스, 반응체 가스 및 아르곤(Ar), 질소(N) 등의 불활성 가스가 상기 다수의 개구부를 각각 통과하여 함몰부(310)로 공급될 수 있다.
한편, 본 실시예에서와 같이 가스 주입부(330)가 함몰부(310) 하나당 하나씩만 형성될 경우, 가스 주입부(330)를 통해 전구체 가스, 반응체 가스 및 불활성 가스가 박막 증착 공정에 따라 순차적으로 함몰부(310)에 공급될 수 있다.
가스 배출부(340)는 각각의 함몰부(310)의 하측과 연결될 수 있다. 가스 배출부(340)는 도 3에 도시된 바와 같이 가스 주입부(330)와 이격된 곳에 배치된다. 이를 통해, 도 5, 도 6에 도시된 바와 같이 함몰부(310)로 주입되는 가스가 바로 가스 배출부(340)를 통해 배출되지 않고 함몰부(310)에 비교적 오래 잔류할 수 있어, 증착 효율이 향상된다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치(10)는 위한 별도의 증착 마스크 없이도 함몰부(310)와 돌출부(320)의 형태에 따라 기판(20)과의 접촉 형태를 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치(10)는 각각의 함몰부(310)마다 각각 가스 주입부(330)와 가스 배출부(340)가 구비되어 원장 기판을 투입하더라도 각각의 함몰부(310)에서 각각 박막 증착이 가능하므로, 단위 기판 등 원하는 단위 면적에 따른 박막 증착이 가능하다. 이에 따라 원장 기판을 투입할 경우에도 전체 증착 공정 시간을 단축시킬 수 있다.
마지막으로, 비교적 단면적이 작은 함몰부(310) 별로 박막 증착 공정이 가능한 바, 각각의 함몰부(310)로 투입된 가스의 기류를 용이하게 조절할 수 있어 증착 품질 또한 향상시킬 수 있다.
이하에서는 도 7을 참고하여 본 발명의 제1 변형예에 따른 박막 증착 장치를 설명한다. 본 발명의 제1 변형예를 설명함에 있어, 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치(10)와 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략한다.
도 7은 본 발명의 제1 변형예에 따른 박막 증착 장치의 제2 챔버 모듈을 나타낸 평면도이다.
본 발명의 제1 변형예에 따른 박막 증착 장치는 제2 챔버 모듈(300')의 함몰부(310')가 일렬로 배열되며, 돌출부(320') 또한 각각의 함몰부(310')를 서로 구획하도록 형성된다. 또한, 함몰부(310')의 단면적은 전술한 함몰부(310)의 면적과 서로 다르게 형성될 수 있다.
이와 같이, 제2 챔버 모듈(300')의 함몰부(310') 배열 및 단면 형상, 단면적을 다양화할 수 있으므로, 원장 기판을 보다 다양한 단위 면적으로 구획하여 박막 증착 공정을 수행할 수 있다.
이하에서는 도 8 및 도 9를 참고하여 본 발명의 제2 변형예에 따른 박막 증착 장치를 설명한다. 본 발명의 제2 변형예를 설명함에 있어, 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치(10)와 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략한다.
도 8은 본 발명의 제2 변형예에 따른 박막 증착 장치의 제2 챔버 모듈을 확대한 도면이고, 도 9는 도 8을 Ⅸ-Ⅸ로 자른 단면을 나타낸 도면이다.
본 발명의 제2 변형예에 따른 박막 증착 장치는 함몰부(310)에 2 이상의 가스 주입부(330')가 연결되는 점을 제외하고는 전술한 박막 증착 장치(10)와 동일한 구성을 갖는다.
이와 같이 각각의 함몰부(310)마다 2 이상의 가스 주입부(330')를 연결함으로써 가스의 종류에 따라 각각 고유의 가스 주입부를 이용하여 서로 다른 종류의 가스를 함몰부(310)에 공급될 수 있다. 즉, 원자층 증착 공정에 따라 전구체 가스, 반응체 가스 및 불활성 가스의 세 종류 가스를 순차적으로 공급해야 한다면, 각각의 함몰부(310)마다 가스 주입부(330')를 세 개씩 형성하여 각 가스별로 가스 주입부를 혼용하지 않고도 가스 주입부마다 각각 하나씩 고유의 가스 주입부를 활용할 수 있다.
한편 공정에 따라 2 종 이상의 서로 다른 전구체 가스가 필요할 경우, 서로 다른 2 종 이상의 전구체 가스, 반응체 가스 및 불활성 가스가 각각 고유의 가스 주입부(330')를 통해 순차적으로 함몰부(310)에 공급될 수 있도록, 가스 주입부(330')의 개수를 다양화 할 수 있다.
즉, 본 발명의 제2 변형예에 따른 박막 증착 장치는 박막 증착 공정에 따라 가스 주입부(330')의 개수를 다양화 할 수 있는 바, 가스 주입부(330')의 혼용에 따라 잔류 전구체와 반응체가 내벽에 달라붙어 가스 주입부(330')가 막히는 등의 현상을 미연에 방지할 수 있다.
이하에서는 도 10, 도 11 및 전술한 도 1 내지 도 6의 박막 증착 장치를 함께 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법을 설명한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법을 나타낸 흐름도이며, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법 중 박막 증착 단계의 세부 단계를 나타낸 흐름도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 방법은 도 10에 도시된 바와 같이 증착 챔버로 기판을 투입하는 단계(S100)와, 제1 챔버 모듈에 기판을 고정 및 정렬하는 단계(S200)와, 제1 챔버 모듈을 하강시켜 기판을 2 이상의 함몰부가 형성된 제2 챔버 모듈 상부면에 안착하는 단계(S300) 및 함몰부로 가스를 공급하여 상기 기판에 박막을 증착하는 단계(S400)를 포함한다.
기판 투입 단계(S100)에서는 증착 챔버(100)로 기판(20)을 투입한다. 본 실시예에서는 기판(20)으로 2 이상의 단위 기판이 포함된 원장 기판일 수 있다. 이때, 증착 챔버(100) 내부의 제1 챔버 모듈(200)은 제2 챔버 모듈(300)의 상부에 이격된 상태로 존재한다.
기판 고정 및 정렬 단계(S200)에서는 투입된 기판(20)을 고정부(210)를 이용하여 고정시킨다. 이때, 고정된 기판(20)은 전술한 도 1에 도시된 바와 같이 상부면이 고정부(210)에 의해 고정되되, 하부면은 제2 챔버 모듈(300)을 향하게 된다. 이후, 정렬부(미도시)를 통해 함몰부(310)의 위치가 단위 기판 또는 인접하는 2 이상의 단위 기판들의 위치와 대응되도록 기판(20)의 세부 위치를 정렬한다.
기판 안착 단계(S300)에서는 우선 제1 챔버 모듈(200)을 제2 챔버 모듈(300)을 향해 하강시켜, 기판(20)의 하부면이 돌출부(320)의 상부에 형성된 실링부재(321)와 접촉시킨다. 이에 따라 각각의 함몰부(310)는 기판(20)에 의해 각각 폐쇄된 공간을 형성하게 된다. 하강된 제1 챔버 모듈(200)에는 일정 수준의 가압력이 유지됨으로써, 기판(20)과 돌출부(320)간 이격이 발생하지 않도록 제어할 수 있다.
박막 증착 단계(S400)에서는 함몰부(310)와 연결된 가스 주입부(330)를 통해 전구체 가스, 반응체 가스, 불활성 가스가 각각 순차적으로 함몰부(310)와 기판(20)이 이루는 각각의 폐쇄된 공간으로 공급된다. 특히 본 실시예에서는 각각의 함몰부(310)마다 각각 가스 주입부(330)와 가스 배출부(340)를 구비하고 있는 바, 다수의 함몰부(310)마다 각각 동시에 박막이 증착될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 도 11에 도시된 바와 같이 박막 증착 방법 중 원자층 증착법을 이용한 박막 증착 단계(S400)의 세부 공정으로 전구체 가스 기판 흡착 단계(S410), 전구체 가스 제거 단계(S420), 반응체 가스 공급 단계(S430) 및 반응체 가스 제거 단계(S440)를 더 포함할 수 있다.
전구체 가스 기판 흡착 단계(S410)에서는 상기 기판 안착 단계(S300) 종료 후, 가스 주입부(330)를 통해 함몰부(310)로 전구체 가스를 공급한다. 공급된 전구체 가스는 가스 배출부(340)를 통해 함몰부(310) 외측으로 배출되기까지 함몰부(310)와 기판(20)이 이루는 폐쇄된 공간에 머무르면서 기판(20) 하부면에 전구체 물질을 흡착시킨다. 한편, 전구체 물질이 기판(20)에 충분히 흡착되면, 가스 주입부(330)를 통한 전구체 가스의 공급을 중단한다.
전구체 가스 기판 제거 단계(S420)에서는 가스 주입부(330)를 통해 아르곤(Ar), 질소(N) 등의 불활성 가스(purge gas)를 함몰부(310)로 공급하여, 함몰부(310)와 기판(20)이 이루는 폐쇄된 공간에 잔류하는 전구체 가스를 가스 배출부(340)를 통해 배출시키는 공정을 수행한다. 이를 통해, 기판(20) 하부면에 형성된 박막에 전구체 가스가 잔류하는 것을 방지할 수 있어, 박막 증착 균일성을 향상시킬 수 있다.
한편, 2 종류 이상의 전구체 가스가 필요한 박막 증착 공정일 경우, 전구체 가스 기판 제거 단계(S420)를 통해 제1 전구체 가스가 제거된 이후 제2 전구체 가스를 함몰부(310)로 공급하여 제2 전구체를 기판(20) 하부면에 흡착시키는 방법을 통해 2종류 이상의 전구체 가스가 순차적으로 기판(20) 하부면에 흡착되도록 제어할 수도 있다.
이후, 반응체 가스 공급 단계(S430)에서는 가스 주입부(330)를 통해 함몰부(310)로 반응체 가스를 공급한다. 공급된 반응체 가스는 가스 배출부(340)를 통해 함몰부(310) 외측으로 배출되기까지 기판(20) 하부면에 흡착된 전구체 물질과 화학적으로 반응하여 박막층을 형성하게 된다. 한편, 기판(20) 하부면의 박막 형성이 완료되면, 가스 주입부(330)를 통한 반응체 가스의 공급을 중단한다.
반응체 가스 제거 단계(S440)에서는 가스 주입부(330)를 통해 불활성 가스(purge gas)를 함몰부(310)로 공급하여, 잔류 반응체 가스를 가스 배출부(340)를 통해 배출시키는 공정을 수행한다.
이후, 제1 챔버 모듈(200)을 상승시키고 제1 챔버 모듈(200)로부터 기판(20)을 분리시킴으로써, 하부면에 박막이 형성된 기판(20)을 얻을 수 있다.
일반적인 박막 증착 공정에서는 비교적 큰 면적을 갖는 원장 기판에 바로 전구체 및 반응체 가스를 분사하게 되므로, 주입된 가스의 기류를 조절하기 어려워 증착 균일성이 저하되고, 전구체 및 반응체 가스를 오랫동안 분사하여야 하므로 공정 최대 시간이 비교적 긴 문제가 있다.
다만 이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면 원장 기판이 투입되어도, 각각의 단위 기판에 상응하도록 2 이상의 함몰부(310)가 형성되고, 이를 통해 단위 기판별로 분할된 면적에 각각 전구체 및 반응체 가스를 분사할 수 있다. 이를 통하여 증착 균일성을 향상시킬 수 있는 동시에, 전구체 및 반응체 가스를 각각의 단위 기판별로 필요한 면적에만 분사할 수 있어 공정 최대 시간을 단축시켜 최종적으로 생산성을 향상시킬 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
10: 박막 증착 장치 20: 기판
100: 증착 챔버 200: 제1 챔버 모듈
210: 고정부 300: 제2 챔버 모듈
310: 함몰부 320: 돌출부
321: 실링부재 330: 가스 주입부
340: 가스 배출부

Claims (14)

  1. 내부로 기판이 투입되는 증착 챔버;
    상기 증착 챔버 내에 위치하며, 상기 기판이 장착되는 제1 챔버 모듈 및
    상기 증착 챔버 내에 위치하며, 상기 기판을 기준으로 상기 제1 챔버 모듈의 반대편에 위치하되, 상기 제1 챔버 모듈과 대향되는 면에 2 이상의 함몰부가 형성되어 상기 각 함몰부를 통해 가스의 흐름이 형성되도록 구성되는 제2 챔버 모듈을 포함하는 박막 증착 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 챔버 모듈은 상기 기판을 상기 제1 챔버 모듈에 고정시키는 고정부를 포함하는 박막 증착 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 고정부는 정전척(electrostatic chuck)을 포함하는 박막 증착 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 제1 챔버 모듈은 상기 제2 챔버 모듈의 상부에 위치하되,
    상기 제1 챔버 모듈은 상기 제2 챔버 모듈을 향해 상하 이동 가능한 박막 증착 장치.
  5. 제1항에서,
    제2 챔버 모듈은 상기 2 이상의 함몰부를 구획하는 돌출부를 더 포함하고,
    상기 돌출부의 상부면에는 실링부재가 위치하는 박막 증착 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 2 이상의 함몰부는 상기 제2 챔버 모듈에 행렬(matrix) 형상으로 배열되는 박막 증착 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 제2 챔버 모듈은
    상기 2 이상의 함몰부 각각의 일측과 연결되어 상기 함몰부로 가스를 공급하는 가스 주입부 및
    상기 2 이상의 함몰부 각각의 타측과 연결되어 상기 함몰부에 잔류된 가스를 배출시키는 가스 배출부를 포함하는 박막 증착 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 가스는 전구체 가스, 반응체 가스 및 불활성 가스 중 적어도 하나인 박막 증착 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 가스 주입부는 2 이상이 상호 이격되어 상기 함몰부와 각각 연결되는 박막 증착 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 전구체 가스, 상기 반응체 가스 및 상기 불활성 가스는 각각 서로 다른 상기 가스 주입부를 통해 공급되는 박막 증착 장치.
  11. 가스를 반응시켜 기판 표면에 박막을 증착하는 박막 증착 방법에 있어서,
    제1 챔버 모듈과 제2 챔버 모듈이 내부에 위치한 증착 챔버로 상기 기판을 투입하는 단계;
    상기 제1 챔버 모듈에 상기 기판을 고정 및 정렬하는 단계;
    상기 제1 챔버 모듈을 하강시켜 상기 기판을 2 이상의 함몰부가 형성된 상기 제2 챔버 모듈 상부면에 안착하는 단계; 및
    상기 함몰부로 상기 가스를 공급하여 상기 기판에 상기 박막을 증착하는 단계를 포함하는 박막 증착 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 박막 증착 단계는
    상기 2 이상의 함몰부 각각으로 전구체 가스를 공급하여 상기 전구체 가스를 상기 기판에 흡착시키는 단계;
    상기 2 이상의 함몰부 각각으로 불활성 가스를 공급하여 상기 전구체 가스를 배출시키는 단계;
    상기 2 이상의 함몰부 각각으로 반응체 가스를 공급하여 상기 기판에 흡착된 전구체와 상기 반응체 가스를 반응시키는 단계; 및
    상기 2 이상의 함몰부 각각으로 불활성 가스를 공급하여 상기 반응체 가스를 배출시키는 단계를 포함하는 박막 증착 방법.
  13. 제12항에서,
    상기 박막 증착 단계는
    상기 2 이상의 함몰부 각각으로 동시에 상기 전구체 가스, 상기 반응체 가스 및 상기 불활성 가스 중 어느 하나를 공급하는 것을 포함하는 박막 증착 방법.
  14. 제11항에서,
    상기 박막 증착 단계는 상기 기판의 하부면에 박막을 증착하는 것을 포함하는 박막 증착 방법.
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