KR20180129408A - 원자층 증착용 헤드 및 이를 갖는 원자층 증착 장치 - Google Patents
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Abstract
원자층 증착용 헤드가 제공된다. 이 헤드는 외부로부터 주입 또는 내부로부터 배출되는 제 1 내지 제 4 가스들을 각각 수용하기 위한 제 1 내지 제 4 상부 구획 공간들을 갖는 상부 구조물, 이송 중인 기판으로 제 1 내지 제 3 가스들을 공급하고, 그리고 제 4 가스를 상부 구조물로 공급하기 위한 복수의 하부 관통 슬릿들을 갖는 하부 구조물 및 상부 구조물과 하부 구조물 사이에 구비되면서 제 1 내지 제 4 상부 구획 공간들에 대응하는 제 1 내지 제 4 중간 구획 공간들 및 복수의 하부 관통 슬릿들로 제 1 내지 제 4 가스들이 특정 순서로 통과하면서 특정 순서가 반복되도록 제 1 내지 제 4 중간 구획 공간들에 분산 배치되는 복수의 중간 관통 슬릿들을 갖는 중간 구조물을 포함한다. 복수의 하부 관통 슬릿들은 상부 폭들이 1, 0.5, 1, 0.5, 1, 0.5, 1 및 0.5 순서이고, 그리고 하부 폭들이 1, 0.5, 2, 0.5, 1, 0.5, 2 및 0.5 순서인 하나의 사이클이 복수로 구성된다.
Description
본 발명은 원자층 증착용 헤드 및 이를 구비하는 원자층 증착 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 이송되는 기판 상에 원자층 증착을 수행함에 있어 반응 가스가 서로 혼합되지 않고 기판 표면까지 효과적으로 전달될 수 있도록 하는 원자층 증착용 헤드 및 이를 구비하는 원자층 증착 장치에 관한 것이다.
반도체 기술의 출현 이후 반도체 기술은 소형화, 고속화, 저전력화 등을 목표로 개발되고 있으며, 최근에는 여러 가지 기능을 하나의 반도체 소자에서 수행을 할 수 있도록 개발되고 있다.
그 결과 원자층 단위의 박막을 증착하는 기술, 즉 원자층 증착(Atomic Layer Deposition : ALD) 기술이 개발되었으며, 이러한 원자층 증착 기술은 나노(nano)급 반도체 소자 제조의 필수적인 증착 기술로서 주목받고 있다.
이러한 원자층 증착 기술은 기존의 박막 증착 기술인 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition : CVD) 또는 물리 기상 증착(Physical Vapor Deposition : PVD)에 비해 매우 얇은 막을 정밀하게 제어할 수 있으며, 불순물 함량이 낮고 핀 홀(pin hole)이 거의 없다는 장점이 있다. 또한, 단차 피복성(step coverage, 높이 차이가 나는 부분들을 균일하게 증착하는 특성)이 우수하여 복잡한 3차원 구조에도 균일한 증착이 가능한 이점이 있다.
원자층 증착의 원리는 불활성 가스(gas)(Ar, N2 등)에 의해서 분리된 각각의 반응물(전구체)을 기판(웨이퍼(wafer)) 위에 공급함에 따라 하나의 원자층이 증착되며, 원하는 두께를 증착하기 위해서 원자층이 반복적으로 증착될 수 있다.
즉, 원자층 증착은 화학 기상 증착과 같이 반응 기체가 기상 반응에 의해 박막이 증착되는 것이 아니라, 하나의 반응물이 기판 위에 화학 흡착된 후 제 2 또는 제 3의 기체가 들어와 기판 위에서 다시 화학 흡착이 일어나면서 박막이 형성되게 된다.
도 1은 원자층 증착의 원리를 개념적으로 나타내는 도면으로서, 원자층 증착 공정을 순차적으로 보이고 있다.
도 1의 (a) 및 (b)와 같이, 기판에 가스 형태의 A 반응물(제 1 전구체)을 공급하면 A 반응물은 웨이퍼 표면과 반응을 하여 화학 흡착된다. A 반응물에 의한 원자층이 기판 표면에 증착되면, 과잉의 A 반응물이 공급되어도 더 이상 반응이 일어나지 않게 된다.
도 1의 (c)와 같이, 불활성 가스를 이용하여 과잉의 A 반응물이 외부로 제거되며, 도 1의 (d)와 같이, 가스 형태의 B 반응물(제 2 전구체)이 공급된다. B 반응물은 기판 표면에 흡착된 A 반응물과 반응하여 화학 흡착되게 된다.
B 반응물이 표면에 포화 상태를 이루면 더 이상 반응이 일어나지 않게 된다. 이와 같이 B 반응물의 미반응 상태에서 도 1의 (e)와 같이, 불활성 가스를 이용하여 과잉의 B 반응물이 외부로 제거된다.
위 과정을 하나의 사이클(cycle)이라고 하며, 이러한 사이클을 반복함으로써 원하는 두께의 원자층 박막이 성장될 수 있게 된다.
한편, 상기와 같은 원자층 증착 기술에 롤투롤(Roll to Roll : R2R) 기술 등의 기판 이송 기술을 적용하여 이송하는 기판에 여러 사이클의 증착 과정을 적용하는 기술이 제안되고 있다. 이러한 경우 A 반응물과 B 반응물의 증착 공정은 분리된 공정으로 진행되는 것이 매우 중요하며, 이는 두 반응물이 분리되지 않고 서로 혼합될 경우 반응물 간의 기상 반응이 일어나게 되기 때문이다.
한편, 상술한 이송되는 기판에 원자층 증착 기술로 박막을 성장시키는 기술은 널리 알려진 공지 기술로서 특히 아래의 선행기술문헌에 상세히 기재되어 있으므로 중복되는 설명과 도시는 생략하기로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이송되는 기판 상에 복수의 사이클로 원자층 증착을 수행함에 있어 반응 가스들이 서로 혼합되지 않고 기판 표면까지 효과적으로 전달될 수 있도록 하는 동시에 공정 속도를 단축할 수 있는 구조의 원자층 증착용 헤드를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 이송되는 기판 상에 복수의 사이클로 원자층 증착을 수행함에 있어 반응 가스들이 서로 혼합되지 않고 기판 표면까지 효과적으로 전달될 수 있도록 하는 동시에 공정 속도를 단축할 수 있는 구조의 원자층 증착용 헤드를 포함하는 원자층 증착 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 원자층 증착용 헤드를 제공한다. 이 헤드는 외부로부터 주입 또는 내부로부터 배출되는 제 1 내지 제 4 가스들을 각각 수용하기 위한 제 1 내지 제 4 상부 구획 공간들을 갖는 상부 구조물, 이송 중인 기판으로 제 1 내지 제 3 가스들을 공급하고, 그리고 제 4 가스를 상부 구조물로 공급하기 위한 복수의 하부 관통 슬릿들을 갖는 하부 구조물 및 상부 구조물과 하부 구조물 사이에 구비되면서 제 1 내지 제 4 상부 구획 공간들에 대응하는 제 1 내지 제 4 중간 구획 공간들 및 복수의 하부 관통 슬릿들로 제 1 내지 제 4 가스들이 특정 순서로 통과하면서 특정 순서가 반복되도록 제 1 내지 제 4 중간 구획 공간들에 분산 배치되는 복수의 중간 관통 슬릿들을 갖는 중간 구조물을 포함한다. 복수의 하부 관통 슬릿들은 상부 폭들이 1, 0.5, 1, 0.5, 1, 0.5, 1 및 0.5 순서이고, 그리고 하부 폭들이 1, 0.5, 2, 0.5, 1, 0.5, 2 및 0.5 순서인 하나의 사이클이 복수로 구성될 수 있다.
상부 구조물은 상부면으로부터 상부면에 대향하는 하부면으로 관통하여 제 1 내지 제 3 가스들을 각각 제 1 내지 제 3 상부 구획 공간들로 주입하고, 그리고 제 4 가스를 제 4 상부 구획 공간으로부터 배출하기 위한 제 1 내지 제 4 상부 관통 홀들을 가질 수 있다.
제 1 가스는 제 1 전구체, 제 2 가스는 불활성 기체, 제 3 가스는 제 2 전구체, 그리고 제 4 가스는 배출 기체일 수 있다.
제 1 내지 제 4 상부 구획 공간들 및 제 1 내지 제 4 중간 구획 공간들은 기판의 이송 방향에 수직한 수평 방향을 따라 배열되고, 그리고 복수의 하부 관통 슬릿들 및 복수의 중간 관통 슬릿들은 기판의 이송 방향을 따라 배열될 수 있다.
복수의 중간 관통 슬릿들은 제 1 내지 제 4 중간 구획 공간들 각각에 배치된 제 1 내지 제 4 중간 가스 슬릿들을 포함하되, 복수의 중간 관통 슬릿들은 기판의 이송 방향을 따라 제 2 중간 가스 슬릿, 제 4 중간 가스 슬릿, 제 1 중간 가스 슬릿, 제 4 중간 가스 슬릿, 제 2 중간 가스 슬릿, 제 4 중간 가스 슬릿, 제 3 중간 가스 슬릿 및 제 4 중간 가스 슬릿 순서로 하나의 사이클을 이루도록 배치될 수 있다. 복수의 중간 관통 슬릿들은 기판의 이송 방향에 따라 복수 회 반복되도록 배치될 수 있다.
복수의 하부 관통 슬릿들 중 제 1 및 제 3 가스들을 공급하는 하부 관통 슬릿들 각각은 바닥 부분에 요면 형태로 확장된 확장부를 가질 수 있다.
원자층 증착용 헤드는 상부 구조물과 중간 구조물 사이에 구비되되, 제 1 내지 제 4 상부 구획 공간들 및 제 1 내지 제 4 중간 구획 공간들에 대응하는 제 1 내지 제 4 관통 홀 패턴들을 갖는 제 1 개스킷을 포함할 수 있다. 제 1 내지 제 4 상부 구획 공간들은 이중 격벽에 의해 서로 구획되고, 제 1 개스킷은 이중 격벽 사이에 끼워지는 형태일 수 있다.
원자층 증착용 헤드는 하부 구조물과 중간 구조물 사이에 구비되되, 복수의 하부 관통 슬릿들에 대응하는 복수의 관통 슬릿 패턴들을 갖는 제 2 개스킷을 포함할 수 있다.
원자층 증착용 헤드는 하부 구조물과 결합하여 원자층 증착 장치의 헤드 홀더부에 연결되는 한 쌍의 클램프들을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기한 다른 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 원자층 증착 장치를 제공한다. 이 장치는 기판을 이송하기 위한 롤투롤 방식의 이송 장치 및 기판 상측에 설치되어 기판에 원자층 증착을 수행하는 앞서 설명된 원자층 증착용 헤드를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 과제의 해결 수단에 따르면 원자층 증착용 헤드가 제 1 내지 제 4 상부 구획 공간들을 갖는 상부 구조물, 제 1 내지 제 4 상부 구획 공간들에 대응하는 제 1 내지 제 4 중간 구획 공간들 및 복수의 하부 관통 슬릿들로 제 1 내지 제 4 가스들이 특정 순서로 통과하면서 특정 순서가 반복되도록 제 1 내지 제 4 중간 구획 공간들에 분산 배치되는 복수의 중간 관통 슬릿들을 갖는 중간 구조물, 및 상부 폭들이 1, 0.5, 1, 0.5, 1, 0.5, 1 및 0.5 순서이고, 그리고 하부 폭들이 1, 0.5, 2, 0.5, 1, 0.5, 2 및 0.5 순서인 하나의 사이클이 복수로 구성된 복수의 하부 관통 슬릿들을 갖는 하부 구조물을 포함함으로써, 이송되는 기판 상에 복수의 사이클로 원자층 증착을 수행함에 있어 원자층 증착용 헤드 내부로 공급된 반응 가스들이 서로 혼합되지 않고 기판 표면까지 효과적으로 전달되는 동시에 공정 속도가 빨라질 수 있다. 이에 따라, 이송되는 기판 상에 복수의 사이클로 원자층 증착을 수행함에 있어 반응 가스들이 서로 혼합되지 않고 기판 표면까지 효과적으로 전달될 수 있도록 하는 동시에 공정 속도를 단축할 수 있는 원자층 증착용 헤드가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 과제의 해결 수단에 따르면 원자층 증착 장치가 제 1 내지 제 4 상부 구획 공간들을 갖는 상부 구조물, 제 1 내지 제 4 상부 구획 공간들에 대응하는 제 1 내지 제 4 중간 구획 공간들 및 복수의 하부 관통 슬릿들로 제 1 내지 제 4 가스들이 특정 순서로 통과하면서 특정 순서가 반복되도록 제 1 내지 제 4 중간 구획 공간들에 분산 배치되는 복수의 중간 관통 슬릿들을 갖는 중간 구조물, 및 상부 폭들이 1, 0.5, 1, 0.5, 1, 0.5, 1 및 0.5 순서이고, 그리고 하부 폭들이 1, 0.5, 2, 0.5, 1, 0.5, 2 및 0.5 순서인 하나의 사이클이 복수로 구성된 복수의 하부 관통 슬릿들을 갖는 하부 구조물을 포함하는 원자층 증착용 헤드를 포함함으로써, 이송되는 기판 상에 복수의 사이클로 원자층 증착을 수행함에 있어 원자층 증착용 헤드 내부로 공급된 반응 가스들이 서로 혼합되지 않고 기판 표면까지 효과적으로 전달되는 동시에 공정 속도가 빨라질 수 있다. 이에 따라, 이송되는 기판 상에 복수의 사이클로 원자층 증착을 수행함에 있어 반응 가스들이 서로 혼합되지 않고 기판 표면까지 효과적으로 전달될 수 있도록 하는 동시에 공정 속도를 단축할 수 있는 원자층 증착 장치가 제공될 수 있다.
도 1은 원자층 증착의 원리를 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착용 헤드를 설명하기 위한 입체도이다.
도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착용 헤드의 분해 입체도이다.
도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착용 헤드의 상부 구조물의 배면 입체도이다.
도 5는 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착용 헤드의 중간 구조물의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착용 헤드의 동작을 설명하기 위해 도 3의 A - A 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착용 헤드를 설명하기 위한 입체도이다.
도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착용 헤드의 분해 입체도이다.
도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착용 헤드의 상부 구조물의 배면 입체도이다.
도 5는 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착용 헤드의 중간 구조물의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착용 헤드의 동작을 설명하기 위해 도 3의 A - A 선을 따라 절단한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 따라서, 동일한 참조 부호 또는 유사한 참조 부호들은 해당 도면에서 언급 또는 설명되지 않았더라도, 다른 도면을 참조하여 설명될 수 있다. 또한, 참조 부호가 표시되지 않았더라도, 다른 도면들을 참조하여 설명될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 바람직한 실시예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다. 이에 더하여, 본 명세서에서, 어떤 막이 다른 막 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다.
하나의 구성 요소(element)가 다른 구성 요소와 '접속된(connected to)' 또는 '결합한(coupled to)'이라고 지칭되는 것은, 다른 구성 요소와 직접적으로 연결된 또는 결합한 경우, 또는 중간에 다른 구성 요소를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소와 '직접적으로 접속된(directly connected to)' 또는 '직접적으로 결합한(directly coupled to)'으로 지칭되는 것은 중간에 다른 구성 요소를 개재하지 않은 것을 나타낸다. '및/또는'은 언급된 아이템(item)들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
공간적으로 상대적인 용어인 '아래(below)', '밑(beneath)', '하부(lower)', '위(above)', '상부(upper)' 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 '아래(below)' 또는 '밑(beneath)'으로 기술된 소자는 다른 소자의 '위(above)'에 놓일 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 '아래'는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나(rounded) 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착용 헤드를 설명하기 위한 입체도이고, 그리고 도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착용 헤드의 분해 입체도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 원자층 증착 장치는 기판(10)의 이송을 위한 롤투롤 이송 장치 및 기판(10)의 상측에 설치되어 기판(10)에 원자층 증착을 수행하는 원자층 증착용 헤드(head)(100)를 포함한다.
원자층 증착용 헤드(100)는 일 방향을 따라 이송 중인 기판(10)에 반응 가스(제 1 전구체, 제 2 전구체) 및 불활성 가스를 공급하고, 그리고 반응 부산물 및 미반응 전구체를 배출하기 위한 것으로서, 상부 구조물(110), 중간 구조물(130) 및 하부 구조물(120)을 포함할 수 있다.
상부 구조물(110)은 외부로부터 가스를 주입받아 중간 구조물(130)을 통해 하부 구조물(120)로 전달하거나, 또는 내부로부터 중간 구조물(130)을 통해 가스를 외부로 배출하는 기능을 하며, 상부 구조물(110)은 상부면에 가스 주입 또는 배출을 위한 제 1 내지 제 4 상부 관통 홀(hole)들(111a, 112a, 113a, 114a)을 가질 수 있다.
상부 구조물(110), 중간 구조물(130) 및 하부 구조물(120) 각각의 측면들에는 이들 사이를 체결하기 위한 상부 체결부(119), 중간 체결부(139) 및 하부 체결부(129)가 구비되며, 상부, 중간 및 하부 체결부들(119, 139, 129)에는 볼트(bolt) 체결을 위한 체결 홀을 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 볼트가 상부, 중간 및 하부 체결부들(119, 139, 129) 각각의 체결 홀을 관통하여 상부, 중간 및 하부 구조물들(110, 130, 120)이 한꺼번에 체결된다.
하부 구조물(120)에는 한 쌍의 클램프(clamp)들(161, 162)이 결합할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착용 헤드(100)는 클래프들(161, 162)을 통해 원자층 증착 장치의 헤드 홀더(holder)부에 연결될 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착용 헤드의 상부 구조물의 배면 입체도이다.
도 4를 참조하면, 상부 구조물(110)은 외부로부터 주입되거나 또는 내부로부터 배출되는 서로 다른 종류의 제 1 내지 제 4 가스들을 각각 수용하기 위한 제 1 내지 제 4 상부 구획 공간들(111, 112, 113, 114)을 구비할 수 있다. 제 1 내지 제 4 상부 구획 공간들(111, 112, 113, 114)은 격벽에 의해 서로 분리 및 구획될 수 있다. 제 1 내지 제 4 상부 구획 공간들(111, 112, 113, 114)은 기판(10)의 이송 방향(D1)에 수직한 수평 방향(D2)을 따라 배열된다.
제 1 가스는 제 1 전구체, 제 2 가스는 불활성 기체, 제 3 가스는 제 2 전구체, 그리고 제 4 가스는 배출 기체일 수 있다. 즉, 제 1 내지 제 4 상부 구획 공간들(111, 112, 113, 114)은 각각 제 1 전구체 수용부(111), 불활성 기체 수용부(112), 제 2 전구체 수용부(113) 및 배출 기체 수용부(114)일 수 있다. 따라서, 상부 구조물(110)의 상부면에 형성된 제 1 내지 제 4 상부 관통 홀들(111a, 112a, 113a, 114a)은 각각 제 1 전구체 주입구(111a), 불활성 기체 주입구(112a), 제 2 전구체 주입구(113a) 및 기체 배출구(114a)일 수 있다. 제 1 내지 제 4 상부 관통 홀들(111a, 112a, 113a, 114a)은 원자층 증착 장치의 가스 공급 라인(line) 및 배출 라인에 연결된다. 여기서, 제 1 전구체는 물(H2O), 제 2 전구체는 트리메틸알루미늄(TriMethylAluminium : TMA), 그리고 불활성 기체는 질소(N2)일 수 있다.
다시 도 2 및 3을 참조하면, 하부 구조물(120)은 제 1 내지 제 3 상부 구획 공간들(111, 112, 113)에 수용된 가스를 이송 중인 기판(10)으로 공급하거나 기판(10)의 미반응 가스 및 반응 부산물을 제 4 상부 구획 공간(114)으로 공급하는 기능을 하며, 하부 구조물(120)은 가스가 통과하는 복수의 하부 관통 슬릿(slit)들(121)을 가질 수 있다. 복수의 하부 관통 슬릿들(121)은 기판(10)의 이송 방향(D1)으로 일정 간격으로 이격되어 배열될 수 있다.
중간 구조물(130)은 상부 구조물(110)과 하부 구조물(120)의 사이에 결합되며, 제 1 내지 제 4 상부 구획 공간들(111, 112, 113, 114)에 대응되는 제 1 내지 제 4 중간 구획 공간들(131, 132, 133, 134)을 구비할 수 있다. 제 1 내지 제 4 중간 구획 공간들(131, 132, 133, 134)에는 제 1 내지 제 4 상부 구획 공간들(111, 112, 113, 114)에서 각각 전달된 가스(제 1 및 제 2 전구체들 또는 불활성 가스)가 수용되거나, 하부 구조물(120)에서 전달된 가스(미반응 가스 및 반응 부산물)가 수용된다. 제 1 내지 제 4 중간 구획 공간들(131, 132, 133, 134)은 제 1 내지 제 4 상부 구획 공간들(111, 112, 113, 114)과 마찬가지로 기판(10)의 이송 방향(D1)에 수직한 수평 방향(D2)을 따라 배열될 수 있다.
상부 구조물(110)과 중간 구조물(130)의 사이에는 제 1 내지 제 4 상부 구획 공간들 및 제 1 내지 제 4 중간 구획 공간들에 대응되는 제 1 내지 제 4 관통 홀 패턴(141)을 갖는 제 1 개스킷(gasket)(140)이 개재될 수 있다. 그리고 중간 구조물(130)과 하부 구조물(120)의 사이에는 복수의 하부 관통 슬릿들(121)에 대응되는 관통 슬릿 패턴들(151)이 형성된 제 2 개스킷(150)이 개재될 수 있다. 제 1 및 제 2 개스킷들(140, 150)은 고무, 실리콘(silicon) 등과 같이 신축 가능한 재질을 포함하며, 각 구조물(110, 120, 130)의 결합시 이들 사이의 틈새를 실링(sealing)하는 역할을 수행할 수 있다.
도 5는 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착용 헤드의 중간 구조물의 평면도이다.
도 5를 참조하면, 중간 구조물(130)에는 가스를 통과시키기 위한 제 1 내지 제 4 중간 관통 가스 슬릿들(131a, 132a, 133a, 134a)이 구비될 수 있다. 제 1 내지 제 4 중간 관통 가스 슬릿들(131a, 132a, 133a, 134a)은 각각의 제 1 내지 제 4 중간 구획 공간들(131, 132, 133, 134)의 바닥면(138)에 구비되며, 이들은 바닥면(138)으로부터 중간 구조물(130)의 바닥(하면)까지 관통하여 연장된다.
제 1 내지 제 4 중간 관통 가스 슬릿들(131a, 132a, 133a, 134a)은 각각의 하부 관통 슬릿들(121)에 다른 종류의 가스가 특정 순서로 주입되면서, 이러한 특정 순서가 반복되어 복수의 사이클(cycle)을 형성하도록 각각의 제 1 내지 제 4 중간 구획 공간들(131, 132, 133, 134)에 분산 배치될 수 있다. 각각의 제 1 내지 제 4 중간 구획 공간들(131, 132, 133, 134)의 제 1 내지 제 4 중간 관통 가스 슬릿들(131a, 132a, 133a, 134a)은 기판(10)의 이송 방향(D1)을 따라 일정 간격을 두고 배열될 수 있다.
중간 구조물(130)의 제 1 내지 제 4 중간 구획 공간들(131, 132, 133, 134)은 제 1 전구체 수용부(131), 불활성 기체 수용부(132), 제 2 전구체 수용부(133) 및 배출 기체 수용부(134)를 포함한다. 그리고 제 1 내지 제 4 중간 관통 가스 슬릿들(131a, 132a, 133a, 134a)은 이들 각각에 형성되는 제 1 전구체 주입 슬릿(131a), 불활성 기체 주입 슬릿(132a), 제 2 전구체 주입 슬릿(133a) 및 가스 배출 슬릿(134a)을 포함할 수 있다.
여기서, 제 1 내지 제 4 중간 관통 가스 슬릿들(131a, 132a, 133a, 134a)은 기판(10)의 이송 방향(D1)을 따라 불활성 기체 주입 슬릿(132a), 가스 배출 슬릿(134a), 제 1 전구체 주입 슬릿(131a), 가스 배출 슬릿(134a), 불활성 기체 주입 슬릿(132a), 가스 배출 슬릿(134a), 제 2 전구체 주입 슬릿(133a), 가스 배출 슬릿(134a)의 순서로 배치될 수 있다. 이들 순서는 하나의 사이클을 이루며, 제 1 내지 제 4 중간 관통 가스 슬릿들(131a, 132a, 133a, 134a)은 이러한 사이클이 기판(10) 이송 방향(D1)을 따라 복수 회 반복되도록 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예의 경우 3회의 사이클이 반복된 구조가 예시되어 있다. 이에 따르면, 제 1 전구체 주입 슬릿(131a)과 제 2 전구체 주입 슬릿(133a)은 한 사이클당 하나씩 각각 3개의 개수를 가지며, 가스 배출 슬릿(134a)은 한 사이클당 4개씩 총 12개의 개수를 가질 수 있다. 불활성 기체 주입 슬릿(132a)은 한 사이클당 2개씩과 맨 마지막에 형성된 하나를 포함하여 7개의 개수를 가지며, 각 슬릿의 개수를 합산하면 제 1 내지 제 4 중간 관통 가스 슬릿들(131a, 132a, 133a, 134a)의 총 개수는 25개가 될 수 있다.
이와 같은 구성에 따르면, 제 1 내지 제 4 가스들은 기판(10)의 이송 방향(D1)을 따라 불활성 기체(I) - 배출 가스(E) - 제 1 전구체(A) - 배출 가스(E) - 불활성 기체(I) - 배출 가스(E) - 제 2 전구체(B) - 배출 가스(E) - 불활성 기체(I)…의 순서로 하부 관통 슬릿들(121)을 각각 통과할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착용 헤드의 동작을 설명하기 위해 도 3의 A - A 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 외부에서 공급된 제 1 전구체(A), 불활성 기체(I), 제 2 전구체(B)는 상부 구조물(110) 및 중간 구조물(130)의 제 1 전구체 수용부(111, 131), 불활성 가스 수용부(112, 132), 제 2 전구체 수용부(113, 133)에 각각 수용되며, 중간 구조물(130)의 제 1 전구체 주입 슬릿(131a), 불활성 기체 주입 슬릿(132a), 제 2 전구체 주입 슬릿(133a)을 거쳐 하부 관통 슬릿들(121)로 공급될 수 있다.
복수의 하부 관통 슬릿들(121)은 상부 폭들이 1, 0.5, 1, 0.5, 1, 0.5, 1 및 0.5 순서이고, 그리고 하부 폭들이 1, 0.5, 2, 0.5, 1, 0.5, 2 및 0.5 순서인 하나의 사이클이 복수로 구성될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착용 헤드(100)는 종래의 동일한 상부 폭들을 갖는 원자층 증착용 헤드보다 1 사이클의 길이가 줄었기 때문에, 원자층 증착용 헤드(100)의 전체 길이가 짧아질 수 있다. 이에 따라, 원자층 증착 장치의 공정 속도가 종래보다 빨라질 수 있다.
또한, 하부 관통 슬릿들(121) 중 제 1 하부 관통 가스 슬릿(121A)(세번째 슬릿) 및 제 3 하부 관통 가스 슬릿(121B)(일곱번째 슬릿)의 바닥 부분에는 요면 형태로 제 1 하부 관통 가스 슬릿(121A) 및 제 3 하부 관통 가스 슬릿(121B) 각각이 확장된 확장부(128)가 형성될 수 있다. 이는 제 1 및 제 2 전구체들의 분사 면적을 넓히기 위한 것일 수 있다.
기판(10)이 이송됨에 따라 기판(10)의 임의의 위치에는 위에서 설명한 사이클의 순서별로 제 1 내지 제 4 가스들이 공급(또는 배출)될 수 있다. 즉, 첫번째 하부 관통 슬릿(121I)을 통해 불활성 기체(I)가 먼저 공급된 후, 기판(10)이 일정 거리 이동함에 따라 그 위에 있던 미반응 가스(E, 배출 가스)가 두번째 하부 관통 슬릿(121E)을 통해 상부로 배출될 수 있다.
두번째 하부 관통 슬릿(121E)을 통과한 배출 가스(E)는 중간 구조물(130)의 가스 배출 슬릿(134a)을 거쳐 상부 구조물(110) 및 중간 구조물(110) 각각의 배출 가스 수용부(114, 134)로 공급되며, 그리고 배출 가스(E)는 상부 구조물(110)의 제 3 상부 관통 홀(114a)을 통해 외부로 배출될 수 있다.
기판(10)이 이동함에 따라 그 위치에 세번째 하부 관통 슬릿(121A)을 통해 제 1 전구체(A)가 공급되며, 기판(10)이 계속 이동함에 따라 그 위치의 미반응 가스(E)가 네번째 하부 관통 슬릿(121E)을 통해 상부로 배출된다. 이하 위에서 설명한 순서대로 가스의 공급 및 배출이 반복되게 된다. 본 발명에서 사용되는 불활성 기체(I)는 제 1 전구체(A)와 제 2 전구체(B)가 기판(10)까지 도달할 때 서로 섞이는 것을 방지하고, 미반응 가스 및 반응 부산물을 제거하는 기능을 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착용 헤드는 제 1 내지 제 4 상부 구획 공간들을 갖는 상부 구조물, 제 1 내지 제 4 상부 구획 공간들에 대응하는 제 1 내지 제 4 중간 구획 공간들 및 복수의 하부 관통 슬릿들로 제 1 내지 제 4 가스들이 특정 순서로 통과하면서 특정 순서가 반복되도록 제 1 내지 제 4 중간 구획 공간들에 분산 배치되는 복수의 중간 관통 슬릿들을 갖는 중간 구조물, 및 상부 폭들이 1, 0.5, 1, 0.5, 1, 0.5, 1 및 0.5 순서이고, 그리고 하부 폭들이 1, 0.5, 2, 0.5, 1, 0.5, 2 및 0.5 순서인 하나의 사이클이 복수로 구성된 복수의 하부 관통 슬릿들을 갖는 하부 구조물을 포함함으로써, 이송되는 기판 상에 복수의 사이클로 원자층 증착을 수행함에 있어 원자층 증착용 헤드 내부로 공급된 반응 가스들이 서로 혼합되지 않고 기판 표면까지 효과적으로 전달되는 동시에 공정 속도가 빨라질 수 있다. 이에 따라, 이송되는 기판 상에 복수의 사이클로 원자층 증착을 수행함에 있어 반응 가스들이 서로 혼합되지 않고 기판 표면까지 효과적으로 전달될 수 있도록 하는 동시에 공정 속도를 단축할 수 있는 원자층 증착용 헤드가 제공될 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10 : 기판
100 : 원자층 증착용 헤드
110, 120, 130 : 상부, 하부, 중간 구조물
111, 112, 113, 114 : 제 1, 제 2, 제3, 제 4 상부 구획 공간
111a, 112a, 113a, 114a : 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 상부 관통 홀
119, 129, 139 : 상부, 하부, 중간 체결부
121 : 하부 관통 슬릿
121A, 121B, 121E, 121I : 제 1, 제 3, 제 4, 제 2 하부 관통 가스 슬릿
128 : 확장부
131, 131, 133, 134 : 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 중간 구획 공간
131a, 131a, 133a, 134a : 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 중간 관통 가스 슬릿
138 : 바닥면
140, 150 : 제 1, 제 2 개스킷
141 : 제 1 내지 제 4 관통 홀 패턴
151 : 관통 슬릿 패턴
161, 162 : 클램프
100 : 원자층 증착용 헤드
110, 120, 130 : 상부, 하부, 중간 구조물
111, 112, 113, 114 : 제 1, 제 2, 제3, 제 4 상부 구획 공간
111a, 112a, 113a, 114a : 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 상부 관통 홀
119, 129, 139 : 상부, 하부, 중간 체결부
121 : 하부 관통 슬릿
121A, 121B, 121E, 121I : 제 1, 제 3, 제 4, 제 2 하부 관통 가스 슬릿
128 : 확장부
131, 131, 133, 134 : 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 중간 구획 공간
131a, 131a, 133a, 134a : 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 중간 관통 가스 슬릿
138 : 바닥면
140, 150 : 제 1, 제 2 개스킷
141 : 제 1 내지 제 4 관통 홀 패턴
151 : 관통 슬릿 패턴
161, 162 : 클램프
Claims (12)
- 외부로부터 주입 또는 내부로부터 배출되는 제 1 내지 제 4 가스들을 각각 수용하기 위한 제 1 내지 제 4 상부 구획 공간들을 갖는 상부 구조물;
이송 중인 기판으로 상기 제 1 내지 제 3 가스들을 공급하고, 그리고 상기 제 4 가스를 상기 상부 구조물로 공급하기 위한 복수의 하부 관통 슬릿들을 갖는 하부 구조물; 및
상기 상부 구조물과 상기 하부 구조물 사이에 구비되면서 상기 제 1 내지 제 4 상부 구획 공간들에 대응하는 제 1 내지 제 4 중간 구획 공간들 및 상기 복수의 하부 관통 슬릿들로 상기 제 1 내지 제 4 가스들이 특정 순서로 통과하면서 상기 특정 순서가 반복되도록 상기 제 1 내지 제 4 중간 구획 공간들에 분산 배치되는 복수의 중간 관통 슬릿들을 갖는 중간 구조물을 포함하되,
상기 복수의 하부 관통 슬릿들은 상부 폭들이 1, 0.5, 1, 0.5, 1, 0.5, 1 및 0.5 순서이고, 그리고 하부 폭들이 1, 0.5, 2, 0.5, 1, 0.5, 2 및 0.5 순서인 하나의 사이클이 복수로 구성되는 원자층 증착용 헤드. - 제 1항에 있어서,
상기 상부 구조물은 제 1 면으로부터 상기 제 1 면에 대향하는 제 2 면으로 관통하여 상기 제 1 내지 제 3 가스들을 각각 상기 제 1 내지 제 3 상부 구획 공간들로 주입하고, 그리고 상기 제 4 가스를 상기 제 4 상부 구획 공간으로부터 배출하기 위한 제 1 내지 제 4 상부 관통 홀들을 갖는 원자층 증착용 헤드. - 제 1항에 있어서,
상기 제 1 가스는 제 1 전구체, 상기 제 2 가스는 불활성 기체, 상기 제 3 가스는 제 2 전구체, 그리고 상기 제 4 가스는 배출 기체인 원자층 증착용 헤드. - 제 1항에 있어서,
상기 제 1 내지 제 4 상부 구획 공간들 및 상기 제 1 내지 제 4 중간 구획 공간들은 상기 기판의 이송 방향에 수직한 수평 방향을 따라 배열되고, 그리고
상기 복수의 하부 관통 슬릿들 및 상기 복수의 중간 관통 슬릿들은 상기 기판의 이송 방향을 따라 배열되는 원자층 증착용 헤드. - 제 1항에 있어서,
상기 복수의 중간 관통 슬릿들은 상기 제 1 내지 제 4 중간 구획 공간들 각각에 배치된 제 1 내지 제 4 중간 가스 슬릿들을 포함하되,
상기 복수의 중간 관통 슬릿들은 상기 기판의 이송 방향을 따라 제 2 중간 가스 슬릿, 제 4 중간 가스 슬릿, 제 1 중간 가스 슬릿, 제 4 중간 가스 슬릿, 제 2 중간 가스 슬릿, 제 4 중간 가스 슬릿, 제 3 중간 가스 슬릿 및 제 4 중간 가스 슬릿 순서로 하나의 사이클을 이루도록 배치되는 원자층 증착용 헤드. - 제 5항에 있어서,
상기 복수의 중간 관통 슬릿들은 상기 기판의 이송 방향에 따라 복수 회 반복되도록 배치되는 원자층 증착용 헤드. - 제 1항에 있어서,
상기 복수의 하부 관통 슬릿들 중 상기 제 1 및 제 3 가스들을 공급하는 하부 관통 슬릿들 각각은 바닥 부분에 요면 형태로 확장된 확장부를 갖는 원자층 증착용 헤드. - 제 1항에 있어서,
상기 상부 구조물과 상기 중간 구조물 사이에 구비되되, 상기 제 1 내지 제 4 상부 구획 공간들 및 상기 제 1 내지 제 4 중간 구획 공간들에 대응하는 제 1 내지 제 4 관통 홀 패턴들을 갖는 제 1 개스킷을 포함하는 원자층 증착용 헤드. - 제 8항에 있어서,
상기 제 1 내지 제 4 상부 구획 공간들은 이중 격벽에 의해 서로 구획되고, 상기 제 1 개스킷은 상기 이중 격벽 사이에 끼워지는 형태인 원자층 증착용 헤드. - 제 1항에 있어서,
상기 하부 구조물과 상기 중간 구조물 사이에 구비되되, 상기 복수의 하부 관통 슬릿들에 대응하는 복수의 관통 슬릿 패턴들을 갖는 제 2 개스킷을 포함하는 원자층 증착용 헤드. - 제 1항에 있어서,
상기 하부 구조물과 결합하여 원자층 증착 장치의 헤드 홀더부에 연결되는 한 쌍의 클램프들을 더 포함하는 원자층 증착용 헤드. - 기판을 이송하기 위한 롤투롤 방식의 이송 장치; 및
상기 기판 상측에 설치되어 상기 기판에 원자층 증착을 수행하는 제 1항에 개시된 원자층 증착용 헤드를 포함하는 원자층 증착 장치.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210054856A (ko) * | 2019-11-06 | 2021-05-14 | 제주대학교 산학협력단 | 기판의 측단부 봉지용 원자층 증착장치 |
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| KR101982615B1 (ko) | 2019-05-29 |
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