KR20200097392A - A apparatus for depositing the atomic layer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 원자층 증착장치에 관한 것으로 보다 상세하게는, 이중 챔버가 아닌 단일 챔버 구조를 가지면서도 다수열로 배치되는 다수장의 기판에 대해서 균일한 박막 형성 공정을 수행할 수 있는 원자층 증착장치에 관한 것이다. The present invention relates to an atomic layer deposition apparatus, and more particularly, to an atomic layer deposition apparatus capable of performing a uniform thin film formation process on a plurality of substrates arranged in multiple rows while having a single chamber structure instead of a double chamber. About.
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. In general, in manufacturing a semiconductor device or a flat panel display device, various manufacturing processes are performed. Among them, a process of depositing a predetermined thin film on a wafer or glass (hereinafter, referred to as a “substrate”) is essentially performed. The thin film deposition process is mainly used by sputtering, chemical vapor deposition (CVD), atomic layer deposition (ALD), and the like.
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. First, in the sputtering method, an inert gas such as argon is injected into a process chamber while a high voltage is applied to a target to generate argon ions in a plasma state. At this time, argon ions are sputtered on the surface of the target, and atoms of the target are separated from the surface of the target and deposited on the substrate.
이러한 스퍼터링법에 의해 기판과 접착성이 우수한 고순도 박막을 형성할 수 있으나, 공정 차이를 갖는 고집적 박막을 스퍼터링법으로 증착하는 경우에는 전체 박막에 대해서 균일도를 확보하기가 매우 어렵다. 따라서 미세한 패턴 형성 공정에대해서는 스퍼터링법의 적용에 한계가 있다. A high-purity thin film having excellent adhesion to a substrate can be formed by the sputtering method, but when a highly integrated thin film having a process difference is deposited by sputtering, it is very difficult to secure uniformity for the entire thin film. Therefore, there is a limit to the application of the sputtering method for a fine pattern formation process.
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. Next, the chemical vapor deposition method is the most widely used deposition technique, and is a method of depositing a thin film having a required thickness on a substrate using a reaction gas and a decomposition gas. For example, in the chemical vapor deposition method, various gases are first injected into a reaction chamber, and a thin film having a required thickness is deposited on a substrate by chemically reacting gases induced by high energy such as heat, light, or plasma.
아울러 화학기상증착법에서는 반응에너지만큼 인가된 플라즈마 또는 가스들의 비(ratio) 및 양(amount)을 통해 반응 조건을 제어함으로써, 증착률을 증가시킨다. In addition, in the chemical vapor deposition method, the deposition rate is increased by controlling the reaction conditions through the ratio and amount of plasma or gases applied as much as the reaction energy.
그러나 화학기상증착법에서는 반응들이 빠르기 때문에 원자들의 열역학적 안정성을 제어하기 매우 어렵고, 박막의 물리적, 화학적 전기적 특성을 저하시키는 문제점이 있다. However, in the chemical vapor deposition method, since reactions are fast, it is very difficult to control the thermodynamic stability of atoms, and there is a problem of deteriorating the physical and chemical electrical properties of the thin film.
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. 상술한 원자층 증착공정에서, 각각의 반응가스가 일회의 펄싱(pulsing) 및 퍼지(purge)가 행해지는 시간을 사이클(cycle)이라 부른다. 이러한 원자층 증착방식으로 형성 가능한 박막으로는 Al2O3, HfO2, ZrO2, TiO2 및 ZnO가 대표적이다.Finally, in the atomic layer deposition (ALD: Atomic Layer Deposition), two or more reactants are sequentially introduced into a reaction chamber to form a thin film, and the thin film is deposited into an atomic layer by decomposition and adsorption of each reactant. It is a method of depositing in units. That is, after the first reaction gas is supplied by a pulsing method and chemically deposited on the lower film inside the chamber, the remaining first reaction gas physically bound is removed by a purge method. Subsequently, the second reaction gas is also partially chemically bonded to the first reaction gas (first reactant) through pulsing and purge processes, and a desired thin film is deposited on the substrate. In the above-described atomic layer deposition process, the time during which each reaction gas is subjected to one pulsing and purge is referred to as a cycle. Typical thin films that can be formed by such atomic layer deposition method include Al 2 O 3 , HfO 2 , ZrO 2 , TiO 2 and ZnO.
상기 원자층 증착은 60℃ 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 공정기술이다. Since the atomic layer deposition can form a thin film with excellent step coverage even at a low temperature of 60°C or less, it is expected to be widely used in the process of manufacturing next-generation semiconductor devices, displays, solar cells, etc. It's technology.
이러한 원자층 증착 기술이 반도체 분야뿐만 아니라 디스플레이, 태양전지 등의 분야에 확대되어 사용되기 위해서는 대면적 기판에 대하여 균일한 박막을 얻을 수 있어야 할 뿐만 아니라, 대면적 기판 다수장의 한 번의 공정으로 처리하여 충분한 생산성을 확보하여야 한다. In order for such atomic layer deposition technology to be expanded and used not only in the semiconductor field, but also in the fields of displays and solar cells, it is necessary to obtain a uniform thin film for a large-area substrate, as well as by processing a large number of large-area substrates in one process. Sufficient productivity must be secured.
그런데 종래의 원자층 증착장치는 내부 챔버와 외부 챔버의 이중 챔버 구조를 가져서 장비의 구조가 복잡하고 제조 및 유지 보수가 어려울 뿐만 아니라 다수장의 기판을 한번의 공정으로 처리하기 위하여 다수장의 기판이 로딩된 카세트 다수개를 길게 장입한 상태에서 원자층 증착 공정을 수행하다 보면, 공정가스가 통과하는 구간이 길어져서 공정 시간이 길어질 뿐만 아니라, 다수장의 기판에 대한 균일한 박막 형성이 어려운 문제점이 있다. However, the conventional atomic layer deposition apparatus has a dual-chamber structure of an inner chamber and an outer chamber, so the structure of the equipment is complex and manufacturing and maintenance are difficult, and a plurality of substrates are loaded in order to process a plurality of substrates in a single process. When performing the atomic layer deposition process in a state in which a plurality of cassettes are loaded for a long time, the period through which the process gas passes is lengthened, so that the process time is lengthened, and it is difficult to form a uniform thin film on a plurality of substrates.
따라서 간단한 구조를 가지면서도 다수열의 카세트를 장입한 상태에서 짧은 공정 시간 안에 모든 기판에 대하여 균일한 공정을 수행할 수 있는 원자층 증착장치의 개발이 절실하게 요구되고 있다. Accordingly, there is an urgent need to develop an atomic layer deposition apparatus that has a simple structure and can perform a uniform process on all substrates within a short process time in a state in which a plurality of rows of cassettes are loaded.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 이중 챔버가 아닌 단일 챔버 구조를 가지면서도 다수열로 배치되는 다수장의 기판에 대해서 균일한 박막 형성 공정을 수행할 수 있는 원자층 증착장치를 제공하는 것이다. The technical problem to be solved by the present invention is to provide an atomic layer deposition apparatus capable of performing a uniform thin film formation process on a plurality of substrates arranged in multiple rows while having a single chamber structure instead of a double chamber.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 원자층 증착장치는, 일측에 개구부가 형성되고 일정한 내부 공간을 가져서, 원자층 증착공정을 수행하는 공정 챔버; 다수열로 배치되는 다수개의 기판을 각 기판 사이의 간격이 층상 흐름 간격이 되도록 평행하게 적재하며, 상기 다수개의 기판이 적재된 상태에서 상기 공정 챔버 내부에 로딩되어 원자층 증착 공정이 진행되고 공정 완료 후 외부로 언로딩되는 다수개의 공정용 카세트; 상기 공정 챔버의 개구부 측에 설치되며, 상기 카세트에 적재되어 있는 모든 기판에 대하여 각 기판 사이의 공간에서 층상 흐름이 이루어지도록 상기 기판의 배열 방향과 평행한 방향으로 상기 기판의 선단부에 가스를 공급하는 가스 공급수단; 상기 공정 챔버 중 상기 개구부의 반대 측에 설치되며, 상기 가스공급수단에 의하여 분사되는 공정가스의 층상 흐름을 상기 기판의 후단부까지 유지시키는 배기측 층상흐름 형성부; 상기 공정 챔버 중 상기 배기측 층상흐름 형성부 후측에 설치되며, 상기 공정 챔버 내부의 가스를 흡입하여 배기하는 배기수단; 상기 공정 챔버의 외부에 상기 공정 챔버의 외면을 감싸는 방식으로 구비되며, 상기 공정 챔버를 가열하는 가열수단; 및 상기 개구부를 개폐하는 도어;를 포함한다. An atomic layer deposition apparatus according to the present invention for solving the above-described technical problem includes: a process chamber having an opening formed at one side and a constant internal space to perform an atomic layer deposition process; A plurality of substrates arranged in a plurality of rows are stacked in parallel so that the gap between each substrate is a layered flow gap, and the atomic layer deposition process proceeds and the process is completed by being loaded into the process chamber with the plurality of substrates loaded A plurality of process cassettes unloaded to the outside after; It is installed on the opening side of the process chamber and supplies gas to the front end of the substrate in a direction parallel to the arrangement direction of the substrates so that layered flow occurs in the space between each substrate with respect to all substrates loaded in the cassette. Gas supply means; An exhaust side laminar flow forming unit installed on the opposite side of the opening in the process chamber and maintaining the laminar flow of the process gas injected by the gas supply means to the rear end of the substrate; An exhaust means installed at a rear side of the exhaust side laminar flow forming part among the process chambers and sucks and exhausts gas inside the process chamber; A heating means provided on the outside of the process chamber in a manner surrounding the outer surface of the process chamber, and heating the process chamber; And a door for opening and closing the opening.
그리고 본 발명에서 상기 가열수단은 상기 공정 챔버를 감싸는 복수 개의 자켓 히터인 것이 바람직하다. And in the present invention, the heating means is preferably a plurality of jacket heaters surrounding the process chamber.
또한 본 발명에 따른 원자층 증착 장치에는, 상기 도어 외부 또는 내부에 상기 공정 챔버의 전면부를 가열할 수 있는 전면 가열수단이 더 구비되는 것이 바람직하다. In addition, it is preferable that the atomic layer deposition apparatus according to the present invention further includes front heating means capable of heating the front portion of the process chamber outside or inside the door.
또한 본 발명에서 상기 가스 공급수단은, 상기 공정 챔버 중 상기 개구부에 인접한 측벽 또는 모서리를 관통하여 형성되며, 상기 개구부 전체 폭에 대하여 가스를 균일하게 확산시켜 공급하는 다수개의 가스 공급구인 것이 바람직하다.In addition, in the present invention, the gas supply means is preferably a plurality of gas supply ports formed through sidewalls or corners adjacent to the opening of the process chamber, and uniformly diffuse and supply gas over the entire width of the opening.
또한 본 발명에서 상기 다수개의 가스 공급구는, 상기 공정 챔버 중 상기 개구부에 인접한 모서리에 형성되되, 제1 모서리와 이에 대각선 방향의 제2 모서리에는 원료 가스와 퍼징 가스가 공급되도록 배관이 연결되어 설치되고, 상기 제1 모서리에 인접한 제3 모서리와 이에 대각선 방향의 제4 모서리에는 반응 가스와 퍼징 가스가 공급되도록 배관이 연결되어 설치되는 것이 바람직하다. In addition, in the present invention, the plurality of gas supply ports are formed at corners of the process chamber adjacent to the openings, and pipes are connected to supply source gas and purging gas to a first corner and a second corner in a diagonal direction thereto. , It is preferable that a pipe is connected and installed so that a reaction gas and a purging gas are supplied to a third corner adjacent to the first corner and a fourth corner in a diagonal direction thereto.
또한 본 발명에 따른 원자층 증착장치에는, 상기 공정 챔버 중 상기 카세트에 적재된 기판 전단부에 구비되어 상기 가스공급수단에 의하여 분사되는 공정 가스를 기판에 도달하기 전부터 층상흐름이 이루어지도록 유도하는 가스 층상흐름 형성부가 더 구비되는 것이 바람직하다.In addition, the atomic layer deposition apparatus according to the present invention includes a gas provided at a front end of a substrate loaded in the cassette among the process chambers and inducing a layered flow of the process gas injected by the gas supply means before reaching the substrate. It is preferable that the laminar flow forming part is further provided.
또한 본 발명에서 상기 공정용 카세트는, 상기 공정용 카세트의 후단부에 형성되는 배기측 층상흐름 형성부 또는 전단부에 형성되는 가스 층상흐름 형성부 중 어느 하나 또는 2가지 모두를 구비하는 것이 바람직하다. In addition, in the present invention, the process cassette is preferably provided with either or both of an exhaust side laminar flow forming portion formed at the rear end of the process cassette or a gas laminar flow forming portion formed at the front end. .
또한 본 발명에 따른 원자층 증착장치에는, 상기 공정 챔버의 측벽이나 모서리 중 상기 공정 챔버 내부에 장입된 다수개의 기판 중에서 특정한 기판과 기판 사이의 지점에 설치되어 공정가스를 공급하는 부가 가스공급수단이 더 구비되는 것이 바람직하다. In addition, the atomic layer deposition apparatus according to the present invention includes an additional gas supply means installed at a point between a specific substrate and a substrate among a plurality of substrates charged into the process chamber among sidewalls or corners of the process chamber to supply process gas. It is preferable to be further provided.
또한 본 발명에 따른 원자층 증착장치에는, 상기 공정 챔버가 상하방향 또는 좌우방향으로 2개 이상 구비되는 것이 바람직하다. In addition, in the atomic layer deposition apparatus according to the present invention, it is preferable that two or more of the process chambers are provided in the vertical direction or the left and right directions.
또한 본 발명에 따른 원자층 증착장치에서는 상기 공정 챔버 내부에서 상기 공정용 카세트가 상하방향 또는 좌우방향으로 2열 이상 안착되는 것이 바람직하다. In addition, in the atomic layer deposition apparatus according to the present invention, it is preferable that two or more rows of the process cassettes are mounted in the process chamber in the vertical direction or the left and right directions.
또한 본 발명에 따른 원자층 증착장치에는, 상기 공정 챔버의 개구부와 상기 도어 사이에는 복수개의 밀봉부재가 더 구비되는 것이 바람직하다. In addition, in the atomic layer deposition apparatus according to the present invention, it is preferable that a plurality of sealing members are further provided between the opening of the process chamber and the door.
또한 본 발명에 따른 원자층 증착장치에는, 상기 밀봉부재 설치 부분에는 냉각 수단이 더 구비되는 것이 바람직하다. In addition, in the atomic layer deposition apparatus according to the present invention, it is preferable that a cooling means is further provided at the sealing member installation portion.
또한 원자층 증착장치에서는, 상기 공정용 카세트가 로딩된 상태에서 상기 공정용 카세트에 로딩된 기판 상단과 상기 공정 챔버 내벽 사이 및 상기 기판 하단과 공정챔버 내벽 사이에 이격 공간이 형성되는 것이 바람직하다. In addition, in the atomic layer deposition apparatus, it is preferable that a space is formed between the upper end of the substrate loaded in the process cassette and the inner wall of the process chamber, and between the lower end of the substrate and the inner wall of the process chamber while the process cassette is loaded.
또한 본 발명에서 상기 가스 공급수단은, 상기 도어에 설치되어 상기 도어 내부로 공정 가스를 공급하는 가스 공급구; 상기 가스 공급구에 의하여 공급된 공정 가스가 상기 도어의 내부에 설치되는 전면 가열부에 의하여 가열된 상태에서 상기 기판 방향으로 균일하게 확산된 상태에서 분사되는 분배판;을 포함하는 것이 바람직하다. In addition, in the present invention, the gas supply means may include a gas supply port installed in the door to supply a process gas into the door; It is preferable to include a distribution plate in which the process gas supplied through the gas supply port is uniformly diffused in the direction of the substrate while being heated by a front heating unit installed inside the door.
또한 본 발명에 따른 원자층 증착장치에는, 상기 공정 챔버의 내부 하측에 설치되며, 상기 다수개의 카세트 중 최하측에 장착되는 카세트의 하부를 지지하는 카세트 장착부가 더 구비되는 것이 바람직하다. In addition, it is preferable that the atomic layer deposition apparatus according to the present invention further includes a cassette mounting unit installed below the inside of the process chamber and supporting a lower portion of the cassette mounted at the lowermost side of the plurality of cassettes.
또한 본 발명에서 상기 공정용 카세트는 하면이 개방된 구조인 것이 바람직하다. In addition, in the present invention, it is preferable that the process cassette has an open bottom surface.
한편 본 발명에 따른 원자층 증착장치에서, 상기 공정용 카세트의 한 슬롯에는 2장의 기판이 백투백(back to back) 형태로 적재되는 것이 바람직하다. Meanwhile, in the atomic layer deposition apparatus according to the present invention, it is preferable that two substrates are loaded in a back to back form in one slot of the process cassette.
본 발명의 원자층 증착장치에 따르면 이중 챔버가 아닌 단일 챔버 구조를 가지면서도 다수열로 배치되는 다수장의 기판에 대해서 균일한 박막 형성 공정을 우수한 쓰루풋과 공정 효율로 수행할 수 있는 장점이 있다. According to the atomic layer deposition apparatus of the present invention, there is an advantage in that a uniform thin film formation process can be performed with excellent throughput and process efficiency for a plurality of substrates arranged in a plurality of rows while having a single chamber structure instead of a double chamber.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 공급수단의 구조를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정용 카세트의 구조를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공정용 카세트의 구조를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 챔버 내부에 공정용 카세트들이 장입된 상태를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공정 챔버 내부에 공정용 카세트들이 장입된 상태를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 챔버들이 배치되는 상태를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공정 챔버들이 배치되는 상태를 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 도어의 구조를 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 챔버 내에서 공정용 카세트가 장입된 상태를 도시하는 도면이다.
도 11, 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도어와 가스 공급수단의 구조를 도시하는 도면들이다. 1 is a cross-sectional view showing the structure of an atomic layer deposition apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing the structure of a gas supply means according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing the structure of a process cassette according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing the structure of a process cassette according to another embodiment of the present invention.
5 is a view showing a state in which process cassettes are inserted into a process chamber according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing a state in which process cassettes are inserted into a process chamber according to another embodiment of the present invention.
7 is a diagram showing a state in which process chambers are arranged according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a state in which process chambers according to another embodiment of the present invention are disposed.
9 is a view showing the structure of a door according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram showing a state in which a process cassette is inserted in a process chamber according to an embodiment of the present invention.
11 and 12 are views showing the structure of a door and a gas supply means according to another embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
< 실시예 1 ><Example 1>
본 실시예에 따른 원자층 증착장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 공정 챔버(110), 공정용 카세트(120), 가스 공급수단(130), 배기측 층상흐름 형성부(140), 배기수단(150), 가열수단(160) 및 도어(170)를 포함하여 구성된다. As shown in FIG. 1, the atomic
먼저 상기 공정 챔버(110)는 도 1에 도시된 바와 같이, 일측에 개구부(111)가 형성되고 일정한 내부 공간을 가져서, 원자층 증착공정을 수행할 수 있는 구성요소이다. 예를 들어 상기 공정 챔버(110)는 길쭉한 사각통 형상을 가질 수 있다. First, as shown in FIG. 1, the
그리고 본 실시예에 따른 공정 챔버(110)의 전단에는 가스 층상흐름 형성부(180)가 더 구비되는 것이 바람직하다. 상기 가스 층상흐름 형성부(180)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 공정 챔버(110) 중 상기 카세트(120)에 적재된 기판(S) 전단부에 구비되어 상기 가스공급수단(130)에 의하여 분사되는 공정 가스를 기판에 도달하기 전부터 층상흐름이 이루어지도록 유도하는 구성요소이다. In addition, it is preferable that the gas laminar
이렇게 상기 가스 층상흐름 형성부(180)에 의하여 상기 기판(S) 전단부 전부터 가스의 층상흐름이 원활하게 형성되면, 모든 기판의 모든 영역에 대하여 균일한 박막 형성이 가능한 장점이 있다. In this way, when the layered flow of gas is smoothly formed from the front end of the substrate S by the gas layered
한편 본 실시예에 따른 원자층 증착장치(100)에서 공정의 효율성을 위하여 상기 공정 챔버(110)가 도 7, 8에 도시된 바와 같이, 상하방향으로 2개 이상이 배치되거나 또는 좌우방향으로 2개 이상이 배치되거나 상하좌우 방향으로 4개 이상이 구비되는 구조를 가질 수도 있다. Meanwhile, for the efficiency of the process in the atomic
다음으로 상기 공정용 카세트(120)는 도 1에 도시된 바와 같이, 하면이 개방된 구조를 가지며 다수개의 기판(S)을 각 기판 사이의 간격이 층상 흐름 간격이 되도록 평행하게 적재하는 구성요소이다. 상기 공정용 카세트(120)는 상기 다수개의 기판(S)이 적재된 상태에서 상기 공정 챔버(110) 내부에 로딩(loading)되어 원자층 증착 공정이 진행되고 공정 완료 후 외부로 언로딩(unloading)된다. Next, the
이때 상기 공정용 카세트(120)가 로딩된 상태에서 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 공정용 카세트(120)에 로딩된 기판(S) 상단과 상기 공정 챔버(110) 내벽 사이 및 상기 기판(S) 하단과 공정챔버(110) 내벽 사이에 이격 공간(101, 102)이 형성되는 것이, 상기 기판들이 배열된 공간에서 균일한 기체 흐름을 유지할 수 있어서 바람직하다. At this time, as shown in FIG. 10 with the
한편 본 실시예에서 상기 공정용 카세트의 한 슬롯에는 2장의 기판이 백투백(back to back) 형태로 적재될 수도 있다. 여기에서 '백투백 형태'라 함은 2장의 기판의 배면이 서로 밀착된 상태를 말하는 것이며, 상기 기판의 배면은 원자층 증착 공정이 수행될 필요가 없는 면이다. 이렇게 한 슬롯에 2장의 기판을 백투백 형태로 적재하면, 하나의 카세트에 더욱 많은 기판을 적재한 상태에서 공정을 수행할 수 있는 장점이 있다. Meanwhile, in the present embodiment, two substrates may be loaded in one slot of the process cassette in a back-to-back form. Here, the term'back-to-back type' refers to a state in which the rear surfaces of two substrates are in close contact with each other, and the rear surface of the substrate is a surface that does not require an atomic layer deposition process to be performed. When two substrates are loaded in a back-to-back form in one slot, there is an advantage in that the process can be performed while more substrates are loaded in one cassette.
따라서 상기 공정 챔버의 내부에는 카세트 장착부(190)가 더 구비되는 것이 바람직하다. 상기 카세트 장착부(190)는 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 공정 챔버(110)의 내부 하측에 다수개의 설치바 형태로 설치되며, 상기 다수개의 카세트(120) 중 최하측에 장착되는 카세트의 하부를 상기 공정 챔버(110)의 하면으로부터 일정 간격 이격되도록 지지하는 구성요소이다. Therefore, it is preferable that a
상기 카세트 장착부(190)에 의하여 상기 공정용 카세트(120)의 로딩/언로딩 과정에서 카세트 이동수단(도면에 미도시)의 움직임 공간이 확보되며, 전술한 기판(S) 하단과 공정 챔버(110) 내벽 사이의 이격 공간(101)도 확보할 수 있다. The
본 실시예에서 상기 공정용 카세트(120)는 도 3에 도시된 바와 같이, 다수개의 기판(S)들이 다수열로 배치되되, 각 열에 배치되는 기판들이 동일한 위치 및 간격을 유지하여 상기 가스 공급수단(130)에서 공급되는 가스가 층상 흐름을 유지하면서 실질적으로 직선상의 경로를 유지하면서 다수열의 기판(S) 사이의 공간을 통과할 수 있는 구조를 가진다. In this embodiment, the
한편 본 실시예에 따른 상기 공정용 카세트(120)에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 배기측 층상흐름 형성부(122) 또는 가스 층상흐름 형성부(124) 중 어느 하나 또는 2가지 모두가 형성될 수 있다. 상기 배기측 층상흐름 형성부(122)는 상기 공정용 카세트(120)의 후단부에 형성되며, 상기 가스 층상흐름 형성부(124)는 상기 공정용 카세트(120)의 전단부에 형성되어, 상기 공정용 카세트(120)에 적재되는 다수열의 기판(S)들에 대하여 모든 기판의 모든 영역에 대하여 균일한 박막이 형성되도록 한다. Meanwhile, in the
또한 본 실시예에 따른 원자층 증착장치(100)에서는 공정시간 단축과 공정의 효율성을 위하여 도 5, 6에 도시된 바와 같이, 하나의 공정 챔버(110) 내부에 상기 공정용 카세트(120)가 상하방향 또는 좌우방향으로 2열 이상 안착되는 구조를 가질 수도 있다. In addition, in the atomic
다음으로 상기 가스 공급수단(130)은 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 공정 챔버(110)의 개구부(111) 측에 설치되며, 상기 카세트(120)에 적재되어 있는 모든 기판(S)에 대하여 각 기판 사이의 공간에서 층상 흐름이 이루어지도록 상기 기판(S)의 배열 방향과 평행한 방향으로 상기 기판(S)의 선단부에 가스를 공급하는 구성요소이다. 즉, 상기 가스 공급수단(130)은 상기 공정 챔버(110)에 장입되는 모든 기판(S)에 대하여 원자층 증착 공정이 진행되도록 원료가스, 반응가스 및 퍼징 가스가 층상 흐름을 이루면서 각 기판(S) 사이의 공간으로 이동하도록 공급하는 것이다. Next, the gas supply means 130 is installed on the side of the
본 실시예에서 상기 가스 공급수단(130)은 구체적으로 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 상기 공정 챔버(110) 중 상기 개구부(111)에 인접한 측벽 또는 모서리를 관통하여 형성되며, 상기 개구부(111) 전체 폭에 대하여 가스를 균일하게 확산시켜 공급하는 다수개의 가스 공급구(130a ~ 130d)로 구성될 수 있다. In this embodiment, the gas supply means 130 is formed through a sidewall or a corner adjacent to the
이때 다수개의 가스 공급구(130a ~ 130d)에는 동일한 가스가 동일한 시간대에 동일한 방식으로 공급될 수도 있고, 서로 다른 가스가 다른 시간대에 다른 방식으로 공급될 수도 있다. 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 다수개의 가스 공급구(130a ~ 130d)는 각각 2개의 배관이 연결되되, 하나의 배관(134a ~ 134d)은 동일하게 퍼징가스를 공급하고, 다른 하나의 배관(132a ~ 132d)은 원료가스 또는 반응가스가 동일하게 또는 다르게 공급될 수 있는 것이다. In this case, the same gas may be supplied to the plurality of
특히, 상기 공정 챔버(110) 중 상기 개구부(111)에 인접한 모서리에 형성되되, 제1 모서리와 이에 대각선 방향의 제2 모서리에 설치되는 가스 공급구(130a, 130c)에는 동일하게 원료 가스가 공급되는 배관(132a, 132c) 및 퍼징 가스가 공급되는 배관(134a, 134c)이 연결되어 설치되고, 상기 제1 모서리에 인접한 제3 모서리와 이에 대각선 방향의 제4 모서리에 설치되는 가스 공급구(130b, 130d)에는 동일하게 반응 가스가 공급되는 배관(132b, 132d) 및 퍼징 가스가 공급되는 배관(134b, 134d)이 연결되어 설치되는 것이, 가스의 균일하고 신속한 확산을 위하여 바람직하다. In particular, the
한편 본 실시예에 따른 원자층 증착장치에는 부가 가스공급수단(136)이 더 구비될 수 있다. 상기 부가 가스공급수단(136)은 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 공정 챔버(110)의 측벽이나 모서리 중 상기 공정 챔버(110) 내부에 장입된 다수개의 기판(S) 중에서 특정한 기판과 기판 사이의 지점에 설치되어 원료가스, 공정가스를 추가적으로 공급하는 구성요소이다. Meanwhile, the atomic layer deposition apparatus according to the present embodiment may further include an additional gas supply means 136. As shown in FIG. 1, the additional gas supply means 136 is between a specific substrate and a substrate among a plurality of substrates S charged into the
하나의 공정 챔버(110) 내에 매우 많은 열의 기판이 장입되는 경우 챔버 전단부와 달리 후단에서 가스 흐름이 약해지거나 변화될 수 있으므로, 상기 부가 가스공급수단(136)에 의하여 가스를 추가적으로 공급하는 것이다. When a very large number of substrates are charged into one
다음으로 상기 배기측 층상흐름 형성부(140)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 공정 챔버(110) 중 상기 개구부(111)의 반대 측에 설치되며, 상기 가스공급수단(130)에 의하여 분사되는 공정가스의 층상 흐름을 상기 기판(S)의 후단부까지 유지시키는 구성요소이다. 즉, 상기 배기측 층상흐름 형성부(140)는 상기 공정용 카세트(120)에 설치되는 배기측 층상흐름 형성부(122)와 동일한 기능을 수행한다. Next, the exhaust side laminar
다음으로 상기 배기수단(150)은 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 공정 챔버(110) 중 상기 배기측 층상흐름 형성부(140) 후측에 설치되며, 상기 공정 챔버(110) 내부의 가스를 흡입하여 배기하는 구성요소이다. 상기 배기수단(150)은 상기 가스 공급수단(130)에 의하여 공급되는 가스는 물론 상기 공정 챔버 내부(110)에 존재하는 기체를 흡입하여 배기한다. 이를 위하여 본 실시예에서 상기 배기수단(150)은 구체적으로 도 1에 도시된 바와 같이 가스 모음 배출부(152)와 배기 펌프(154)를 포함하여 구성될 수 있다. Next, the exhaust means 150 is installed at the rear of the exhaust side laminar
또한 본 실시예에 따른 배기 수단(150)에는 상기 파우터 트랩(도면에 미도시)이 상기 모음 배출부(152)와 상기 배출 펌프부(154) 사이에 설치되어 기능을 수행한다. In addition, in the exhaust means 150 according to the present embodiment, the powder trap (not shown in the drawing) is installed between the
다음으로 상기 가열수단(160)은 도 1, 10에 도시된 바와 같이, 상기 공정 챔버(110)의 외부에 상기 공정 챔버(110)의 외면을 감싸는 방식으로 구비되며, 상기 공정 챔버(110)를 가열하는 구성요소이다. 본 실시예에서 상기 가열수단(160)은 상기 공정 챔버(110) 내부의 온도를 원자층 증착 공정에 적합한 온도로 유지하기 위하여 상기 공정 챔버(110)를 가열하는 것으로, 구체적으로 상기 공정 챔버(110)를 외부에서 감싸는 복수 개의 자켓 히터(jacket heater)인 것이 바람직하다. Next, the heating means 160 is provided in a manner that surrounds the outer surface of the
다음으로 상기 도어(170)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 공정 챔버(110)의 개방된 상기 개구부(111)를 개폐하는 구성요소이다. 상기 개구부(111)는 공정 중에는 완벽하게 닫히고, 상기 공정용 카세트(120)를 로딩하거나 언로딩하는 동안에는 개방되어야 하는데, 상기 도어(170)가 진행되는 공정에 맞추어서 상기 개구부(111)를 개폐하는 것이다. Next, the
따라서 상기 도어(170)의 내면 가장자리를 따라서는 상기 공정 챔버(110)와 밀착된 상태에서 기밀을 유지하기 위하여 밀봉부재(174)가 구비된다. 이때 상기 밀봉부재(174)는 도 9에 도시된 바와 같이, 복수개가 이중으로 구비되는 것이, 상기 공정 챔버(110) 내부의 기밀을 확실하게 유지할 수 있어서 바람직하다. Accordingly, a sealing
그리고 상기 도어(170) 내부 중 상기 밀봉부재(174) 설치 부분에는 도 9에 도시된 바와 같이, 냉각 수단(176)이 더 구비되는 것이, 장비 운용 중에 상기 밀봉부재(174)가 열에 의하여 손상되는 것을 방지할 수 있어서 바람직하다. In addition, as shown in FIG. 9, a cooling means 176 is further provided at a portion of the
한편 본 실시예에서는 상기 도어(170) 외부 또는 내부에 상기 공정 챔버(110)의 전면부를 가열할 수 있는 전면 가열수단(172)이 더 구비될 수 있다. 상기 전면 가열수단(172)은 상기 가열수단(160)에 의하여 가열되지 못하는 상기 공정 챔버(110)의 전면부를 가열하여 상기 공정 챔버(110) 내부의 온도를 균일하게 유지하도록 한다. Meanwhile, in the present embodiment, a front heating means 172 capable of heating the front portion of the
< 실시예 2 ><Example 2>
본 실시예에서는 가스 공급수단(230)과 도어(270)를 제외한 나머지 구성요소들은 실시예 1의 그것들과 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 반복 설명은 생략하고 가스 공급수단(230)과 도어(270)에 대해서만 설명한다. 본 실시예에 따른 가스 공급수단(230)은 실시예 1의 그것과 같이 공정 챔버의 측벽에 설치되는 것이 아니라 도어(270)에 설치된다. 따라서 상기 가스 공급수단(230)은 도 11, 12에 도시된 바와 같이, 가스 공급구(232) 및 분배판(234)를 포함하여 구성된다. In this embodiment, the remaining components except for the gas supply means 230 and the
먼저 상기 가스 공급구(232)는 상기 도어(270)에 설치되어 상기 도어 내부로 공정 가스를 공급하는 구성요소이고, 상기 분배판(234)은 상기 가스 공급구(232)에 의하여 공급된 공정 가스가 상기 기판 방향으로 균일하게 확산된 상태에서 분사되도록 확산 및 분배하는 구성요소이다. 그리고 상기 도어(270) 내부에는 전면 가열부(272)가 설치되고, 상기 가스 공급구(232)에 의하여 공급되는 가스는 상기 전면 가열부(272)에 의하여 가열된 상태에서 분배판(234)을 통하여 상기 공정 챔버 내부로 공급된다. First, the
100 : 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치
110 : 공정 챔버 120 : 공정용 카세트
130 : 가스 공급수단 140 : 배기측 층상흐름 형성부
150 : 배기수단 160 : 가열수단
170 : 도어 S : 기판100: atomic layer deposition apparatus according to an embodiment of the present invention
110: process chamber 120: process cassette
130: gas supply means 140: exhaust side laminar flow forming unit
150: exhaust means 160: heating means
170: door S: substrate
Claims (17)
다수열로 배치되는 다수개의 기판을 각 기판 사이의 간격이 층상 흐름 간격이 되도록 평행하게 적재하며, 상기 다수개의 기판이 적재된 상태에서 상기 공정 챔버 내부에 로딩되어 원자층 증착 공정이 진행되고 공정 완료 후 외부로 언로딩되는 다수개의 공정용 카세트;
상기 공정 챔버의 개구부 측에 설치되며, 상기 카세트에 적재되어 있는 모든 기판에 대하여 각 기판 사이의 공간에서 층상 흐름이 이루어지도록 상기 기판의 배열 방향과 평행한 방향으로 상기 기판의 선단부에 가스를 공급하는 가스 공급수단;
상기 공정 챔버 중 상기 개구부의 반대 측에 설치되며, 상기 가스공급수단에 의하여 분사되는 공정가스의 층상 흐름을 상기 기판의 후단부까지 유지시키는 배기측 층상흐름 형성부;
상기 공정 챔버 중 상기 배기측 층상흐름 형성부 후측에 설치되며, 상기 공정 챔버 내부의 가스를 흡입하여 배기하는 배기수단;
상기 공정 챔버의 외부에 상기 공정 챔버의 외면을 감싸는 방식으로 구비되며, 상기 공정 챔버를 가열하는 가열수단; 및
상기 개구부를 개폐하는 도어;를 포함하는 원자층 증착 장치. A process chamber having an opening formed at one side and having a constant internal space to perform an atomic layer deposition process;
A plurality of substrates arranged in a plurality of rows are stacked in parallel so that the gap between each substrate becomes a layered flow gap, and the atomic layer deposition process proceeds and the process is completed by being loaded into the process chamber while the plurality of substrates are loaded A plurality of process cassettes unloaded to the outside after;
It is installed on the opening side of the process chamber and supplies gas to the front end of the substrate in a direction parallel to the arrangement direction of the substrates so that layered flow occurs in the space between each substrate with respect to all substrates loaded in the cassette. Gas supply means;
An exhaust side laminar flow forming unit installed on the opposite side of the opening of the process chamber and maintaining the laminar flow of the process gas injected by the gas supply means to the rear end of the substrate;
An exhaust means installed at a rear side of the exhaust side laminar flow forming part among the process chambers and sucks and exhausts gas inside the process chamber;
A heating means provided on the outside of the process chamber in a manner surrounding the outer surface of the process chamber, and heating the process chamber; And
Atomic layer deposition apparatus comprising a; door for opening and closing the opening.
상기 공정 챔버를 감싸는 복수 개의 자켓 히터인 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치. The method of claim 1, wherein the heating means,
Atomic layer deposition apparatus, characterized in that a plurality of jacket heaters surrounding the process chamber.
상기 도어 외부 또는 내부에 상기 공정 챔버의 전면부를 가열할 수 있는 전면 가열수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치. The method of claim 2,
An atomic layer deposition apparatus, characterized in that further comprising a front heating means capable of heating a front portion of the process chamber outside or inside the door.
상기 공정 챔버 중 상기 개구부에 인접한 측벽 또는 모서리를 관통하여 형성되며, 상기 개구부 전체 폭에 대하여 가스를 균일하게 확산시켜 공급하는 다수개의 가스 공급구인 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치. The method of claim 1, wherein the gas supply means,
An atomic layer deposition apparatus comprising a plurality of gas supply ports formed through sidewalls or corners adjacent to the opening of the process chamber, and uniformly diffuses and supplies gas over the entire width of the opening.
상기 공정 챔버 중 상기 개구부에 인접한 모서리에 형성되되, 제1 모서리와 이에 대각선 방향의 제2 모서리에는 원료 가스와 퍼징 가스가 공급되도록 배관이 연결되어 설치되고, 상기 제1 모서리에 인접한 제3 모서리와 이에 대각선 방향의 제4 모서리에는 반응 가스와 퍼징 가스가 공급되도록 배관이 연결되어 설치되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치. The method of claim 4, wherein the plurality of gas supply ports,
It is formed at a corner of the process chamber adjacent to the opening, and a pipe is connected and installed to supply a source gas and a purging gas to a first corner and a second corner in a diagonal direction thereto, and a third corner adjacent to the first corner and Accordingly, an atomic layer deposition apparatus, characterized in that pipes are connected and installed at the fourth corner in the diagonal direction so that the reaction gas and the purging gas are supplied.
상기 공정 챔버 중 상기 카세트에 적재된 기판 전단부에 구비되어 상기 가스공급수단에 의하여 분사되는 공정 가스를 기판에 도달하기 전부터 층상흐름이 이루어지도록 유도하는 가스 층상흐름 형성부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치. The method of claim 1,
In the process chamber, the gas layered flow forming unit is provided at the front end of the substrate mounted on the cassette and induces a layered flow of the process gas injected by the gas supply means before reaching the substrate. Atomic layer deposition apparatus.
상기 공정용 카세트의 후단부에 형성되는 배기측 층상흐름 형성부 또는 전단부에 형성되는 가스 층상흐름 형성부 중 어느 하나 또는 2가지 모두를 구비하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치. The method of claim 1, wherein the process cassette,
An atomic layer deposition apparatus comprising either one or both of an exhaust side laminar flow forming unit formed at a rear end of the process cassette or a gas laminar flow forming unit formed at a front end of the process cassette.
상기 공정 챔버의 측벽이나 모서리 중 상기 공정 챔버 내부에 장입된 다수개의 기판 중에서 특정한 기판과 기판 사이의 지점에 설치되어 공정가스를 공급하는 부가 가스공급수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치. The method of claim 1,
Atomic layer deposition apparatus, characterized in that further comprising an additional gas supply means for supplying a process gas by being installed at a point between a specific substrate and a substrate among a plurality of substrates charged into the process chamber among sidewalls or corners of the process chamber. .
상기 공정 챔버가 상하방향 또는 좌우방향으로 2개 이상 구비되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치. The method of claim 1,
An atomic layer deposition apparatus, characterized in that two or more of the process chambers are provided in a vertical direction or a left and right direction.
상기 공정 챔버 내부에서 상기 공정용 카세트가 상하방향 또는 좌우방향으로 2열 이상 안착되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치. The method of claim 1,
An atomic layer deposition apparatus, characterized in that two or more rows of the process cassettes are mounted in the process chamber in a vertical or horizontal direction.
상기 공정 챔버의 개구부와 상기 도어 사이에는 복수개의 밀봉부재가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치. The method of claim 1,
An atomic layer deposition apparatus, characterized in that a plurality of sealing members are further provided between the opening of the process chamber and the door.
상기 밀봉부재 설치 부분에는 냉각 수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치. The method of claim 11,
An atomic layer deposition apparatus, characterized in that a cooling means is further provided at the sealing member installation portion.
상기 공정용 카세트가 로딩된 상태에서 상기 공정용 카세트에 로딩된 기판 상단과 상기 공정 챔버 내벽 사이 및 상기 기판 하단과 공정챔버 내벽 사이에 이격 공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치. The method of claim 1,
An atomic layer deposition apparatus, characterized in that a space is formed between the upper end of the substrate loaded in the process cassette and the inner wall of the process chamber, and between the lower end of the substrate and the inner wall of the process chamber while the process cassette is loaded.
상기 도어에 설치되어 상기 도어 내부로 공정 가스를 공급하는 가스 공급구;
상기 가스 공급구에 의하여 공급된 공정 가스가 상기 도어의 내부에 설치되는 전면 가열부에 의하여 가열된 상태에서 상기 기판 방향으로 균일하게 확산된 상태에서 분사되는 분배판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치. The method of claim 3, wherein the gas supply means,
A gas supply port installed in the door to supply a process gas into the door;
And a distribution plate in which the process gas supplied through the gas supply port is uniformly diffused in the direction of the substrate while being heated by a front heating unit installed inside the door. Layer deposition equipment.
상기 공정 챔버의 내부 하측에 설치되며, 상기 다수개의 카세트 중 최하측에 장착되는 카세트의 하부를 지지하는 카세트 장착부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치. The method of claim 1,
An atomic layer deposition apparatus, further comprising a cassette mounting unit installed below the inside of the process chamber and supporting a lower portion of the cassette mounted at the lowermost side of the plurality of cassettes.
하면이 개방된 구조인 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치. The method of claim 1, wherein the process cassette,
An atomic layer deposition apparatus, characterized in that the lower surface is an open structure.
상기 공정용 카세트의 한 슬롯에는 2장의 기판이 백투백(back to back) 형태로 적재되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치. The method of claim 1,
An atomic layer deposition apparatus, characterized in that two substrates are stacked back to back in one slot of the process cassette.
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