KR20200015962A - 양면 원자층 증착장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 롤투롤 원자층 증착장치에 있어서 자동으로 기판의 텐션을 유지하여 주며, 증착효율을 향상시킨 양면 원자층 증착장치에 관한 것이다. 이를 위하여, 본 발명은 이송되는 기판 위에 원자층을 증착시키는 원자층 증착장치에 있어서, 상기 원자층 증착장치는, 기판을 이송시키는 롤러; 상기 기판이 통과되는 챔버; 상기 챔버 내부에 구비되고 상기 기판의 상부 및 하부에서 불활성 가스 및 전구체가 상기 기판으로 분사되는 헤드를 포함하여 구성되는 양면 원자층 증착장치를 제공한다.
따라서, 본 발명에 의하면, 롤투롤 방식의 원자층 증착장치에 있어서 자동으로 기판의 텐션을 유지하여 증착효율을 향상시킬 수 있다.

Description

양면 원자층 증착장치{Double sided atomic layer deposition apparatus}
본 발명은 양면 원자층 증착장치에 관한 것이며, 구체적으로 롤투롤 원자층 증착장치에 있어서 자동으로 기판의 텐션을 유지하여 주며, 증착효율을 향상시킨 양면 원자층 증착장치에 관한 것이다.
기판이나 웨이퍼에 박막을 증착시키는 방법으로 원자층 증착(ALD)방법이 있다. 원자층 증착방법은 반응원료를 각각 분리, 공급하여 반응가스 간 화학반응으로 형성된 입자를 기판이나 웨이퍼 표면에 증착하여 박막을 형성시키는 방법이다. 이러한 원자층 증착방법을 이용하면 미세한 박막두께 조절이 가능한 장점이 있다.
원자층 증착을 위해서 휘어지는 기판을 롤투롤 방식으로 이송시키면서 헤드에 의해 순차적으로 전구체 및 증착가스를 분사시켜 연속적으로 기판 위에 증착시키는 방법이 연구되고 있다.
도 1은 공개특허 제10-2015-0120696호에 의한 플렉서블 기판 증착장치의 구성을 나타낸다.
이러한 롤투롤 방식의 증착장치는 기판을 지지하는 기판지지부(14) 및 상기 기판에 증착가스를 제공하는 가스분사부(12)를 포함하여 구성된다. 또한, 상기 기판지지부(14)는 기판의 배면을 지지하는 복수의 가이드롤러(141), 기판을 누른 상태에서 상하방향으로 이동가능한 복수의 구동롤러(145) 및 기판의 배면을 지지하는 복수의 가이드부(143)를 포함한다.
하지만, 이러한 구조의 롤투롤 증착장치는 플렉서블 기판의 텐션을 유지하기 위하여 많은 수의 가이드롤러 및 구동롤러가 필요하고 구성이 복잡해지는 단점이 있다.
또한, 구동롤러에 의해 기판이 눌려진 상태에서 증착이 되어 균일한 고품질의 박막을 얻을 수 없는 한계가 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것이며, 롤투롤 방식의 원자층 증착장치에 있어서 자동으로 기판의 텐션을 유지하여 증착효율을 향상시키고자 하는 것이 본 발명의 목적이다.
또한, 기판의 상하면을 동시에 증착시키고, 증착시 불순물의 유입을 차단시키고자 하는 것이 본 발명의 또 다른 목적이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 이송되는 기판 위에 원자층을 증착시키는 원자층 증착장치에 있어서, 상기 원자층 증착장치는, 기판을 이송시키는 롤러; 상기 기판이 통과되는 챔버; 상기 챔버 내부에 구비되고 상기 기판의 상부 및 하부에서 불활성 가스 및 전구체가 상기 기판으로 분사되는 헤드를 포함하여 구성되는 양면 원자층 증착장치를 제공한다.
상기 헤드는 상기 기판의 상부에서 불활성 가스 및 전구체를 기판의 상면으로 분사하는 상부헤드 및 상기 기판의 하부에서 불활성 가스 및 전구체를 기판의 하면으로 분사하는 하부헤드를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 하부헤드에는 증착효율을 높여주는 히터가 구비될 수 있다.
상기 원자층 증착장치는, 상기 챔버의 외부에 상기 기판의 높이를 조절하는 기판높이조절부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 상부헤드 및 하부헤드의 양 끝단에는 불활성기체가 분사되어 헤드 외부의 공기를 차단시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 롤투롤 방식의 원자층 증착장치에 있어서 자동으로 기판의 텐션을 유지하여 증착효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 기판의 상하면을 동시에 증착시키고, 증착시 불순물의 유입을 차단시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래기술에 의한 플렉서블 기판 증착장치의 구성을 나타내는 구성도;
도 2는 본 발명에 의한 양면 원자층 증착장치의 구성을 나타내는 구성도;
도 3은 도 2에 따른 사시도;
도 4는 도 2에서 헤드의 작용을 나타내는 설명도;
도 5는 헤드의 외관을 나타내는 구성도.
본 발명의 실시예의 구성 및 작용에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 양면 원자층 증착장치는 공급롤(30), 권취롤(40), 챔버(100), 기판높이조절부(20)를 포함하여 구성된다.
상기 공급롤(30)에는 휘어지는 플렉서블 기판이 감겨져 있으며, 이러한 기판은 챔버(100)를 통과한 후 권취롤(40)에 의해 다시 감기게 된다. 즉, 기판을 잡아당겨 이송시키는 롤러는 공급롤(30) 및 권취롤(40)로 이루어지는 한 쌍의 롤러로 구성된다.
상기 공급롤(30)에 의해 공급되는 기판은 기판높이조절부(20)에 의해 기판높이가 설정된다. 상기 기판높이조절부(20)는 챔버(100)에 인접하게 설치되며, 챔버의 양 측면에 한 쌍으로 구비되는 것이 바람직하다.
도 3을 참조하면, 상기 챔버(100)의 측면에는 기판공급구(110) 및 기판배출구(130)가 형성되어 기판이 관통되는 입출구역할을 한다. 상기 기판공급부(110) 및 기판배출구(130)는 외부공기나 불순물의 유입을 방지하기 위하여 간격이 좁은 슬릿 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
도 4를 참조하면, 챔버 내부에는 불활성 가스, 전구체 및 반응가스를 기판에 분사시키거나 외부로 배출시키는 헤드가 구비된다. 상기 헤드는 도 5처럼 탑레이어부(200), 미드레이어부(300), 바텀레이어부(400), 탑미드분산레이어부(500), 미드바텀분산레이어부(600)가 적층되어 구성될 수 있다.
도 4에 나타낸 헤드는 상기 다중 적층된 헤드 중 기판에 가장 가까운 바텀레이어부를 나타낸 것이며, 바텀레이어부는 기판이 이송되는 방향을 따라 구획된 부분이 형성되며, 구획된 부분을 따라 순차적으로 불활성 가스, 전구체, 반응기체 등이 분사된다. 또한, 상기 불활성 가스, 전구체, 반응기체가 분사되는 부분 사이에는 잉여 가스가 외부로 배출되는 배출구가 형성될 수 있다.
상기 헤드는 기판(50)의 상부에 구비되어 불활성 가스, 전구체, 반응기체 등을 아래 방향으로 분사하여 기판의 상면에 박막을 형성시키는 상부헤드(250) 및 기판(50)의 하부에 구비되어 불활성 가스, 전구체, 반응기체 등을 위 방향으로 분사하여 기판의 하면에 박막을 형성시키는 하부헤드(260)를 포함하여 구성된다. 상기 상부헤드(250) 및 하부헤드(260)는 모두 챔버에 의해 지지되어 있다.
권취롤(40)의 회전에 의하여 기판이 이송되며, 한 쌍의 롤러 사이에서 기판은 수평으로 유지된다. 상기 기판은 수평으로 유지된 채 상부헤드 및 하부헤드의 사이로 삽입되어 이동된다. 상기 헤드와 기판과의 사이는 400~500㎛ 떨어지도록 구비되는 것이 바람직하다.
상부헤드 및 하부헤드 사이로 삽입된 기판은 오른쪽으로 이송되면서 상기 헤드로부터 정해진 위치에 각 가스가 분사된다.
구체적으로, 처음에 불활성 기체인 질소(N2)가스가 분사되며, 질소가스를 통과하면 제1전구체인 TMA가스가 분사된다. 이러한 TMA가스는 기판 표면에 결합된다. 이후, 남은 TMA가스는 퍼지(Purge)작업에 의해 배출구를 통해 헤드 위로 배출된다. 다음, 다시 불활성 가스인 N2가스가 분사되고 퍼지작업이 수행되며 이후 제2전구체 또는 반응가스인 H2O 가스가 분사된다. 상기 H2O가스는 제1전구체인 TMA와 화학결합하여 산화알루미늄(Al2O3)막이 형성된다.
이러한 과정은 기판의 상하면에서 상부헤드 및 하부헤드에서 대칭되게 수행되는 것이 바람직하다.
상기 상부헤드 및 하부헤드에 의한 분사에 의하여 기판의 텐션이 적절히 유지될 수 있으며 양면박막형성이 가능해 진다.
한편, 상기 하부헤드(260) 또는 상부헤드(250)에는 분사되는 가스의 온도를 높이기 위한 히터(270)가 구비된다. 상기 히터는 전열선 등으로 구비될 수 있으며 헤드를 통과하는 동안 차가워진 가스의 온도를 높여 원활하게 기판에 증착할 수 있도록 해주어 증착효율을 높일 수 있다.
상기 기판높이조절부(20)의 내부에는 아이들롤러(21)가 구비되어 텐션을 유지하며 기판을 수평으로 지지한다. 또한, 상기 아이들롤러(21)는 상하로 이동가능하게 구비되어 기판의 높이를 조절할 수 있도록 구비된다. 이러한 기판높이조절부에 의해 전구체나 반응가스를 다른 종류로 교체하더라도 적절한 높이로 맞추어 줄 수 있는 장점이 있다.
또한, 기판의 두께가 달라질 때 적절한 높이로 조절할 수 있어 헤드의 교체없이도 여러 기판에 박막형성이 가능해 진다.
상기 기판높이조절부의 하부에는 모터(22)가 구비되고 상기 모터에는 나사산이 형성된 높이축(23)이 연결된다. 상기 높이축은 아이들롤러의 회전축에 연결되어 상기 높이축이 회전하면서 상기 아이들롤러의 회전축이 상하로 이동된다. 제어부(미도시)에서는 모터의 회전을 제어하여 기판높이조절부의 아이들롤러의 높이를 정교하게 조절할 수 있다.
한편, 상기 상부헤드 및 하부헤드의 양 끝단에는 불활성 가스(N2)가 강한 압력으로 분사되어 에어커튼(air curtain)을 형성시킨다. 즉, 헤드의 끝단에는 기판과 헤드 사이의 간격이 있기 때문에 이 간격으로 외부공기나 불순물들이 유입될 가능성이 있다. 이러한 불순물들이 유입되면 균일한 박막을 얻기가 힘들어지며 불량품이 생산될 가능성이 커진다.
이러한 가능성을 차단하기 위하여, 본 발명에서는 외부공기에 인접한 헤드 끝단에 불활성 가스(N2)를 강한 압력으로 분사시켜 외부공기나 불순물들이 헤드 내부로 유입되는 것을 방지한다.
상기에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
20 : 기판높이조절부 30 : 공급롤
40 : 권취롤 50 : 기판
100 : 챔버 250 : 상부헤드
260 : 하부헤드 270 : 히터

Claims (5)

  1. 이송되는 기판 위에 원자층을 증착시키는 원자층 증착장치에 있어서,
    상기 원자층 증착장치는,
    기판을 이송시키는 롤러;
    상기 기판이 통과되는 챔버;
    상기 챔버 내부에 구비되고 상기 기판의 상부 및 하부에서 불활성 가스 및 전구체가 상기 기판으로 분사되는 헤드를 포함하여 구성되는 양면 원자층 증착장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 헤드는 상기 기판의 상부에서 불활성 가스 및 전구체를 기판의 상면으로 분사하는 상부헤드 및 상기 기판의 하부에서 불활성 가스 및 전구체를 기판의 하면으로 분사하는 하부헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 양면 원자층 증착장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하부헤드에는 증착효율을 높여주는 히터가 구비되는 것을 특징으로 하는 양면 원자층 증착장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 원자층 증착장치는,
    상기 챔버의 외부에 상기 기판의 높이를 조절하는 기판높이조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 양면 원자층 증착장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 상부헤드 및 하부헤드의 양 끝단에는 불활성기체가 분사되어 헤드 외부의 공기를 차단시키는 것을 특징으로 하는 양면 원자층 증착장치.
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