KR20200113182A - 원자층을 증착하는 증착 장치 - Google Patents

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Abstract

원자층을 증착하는 증착 장치는 처리 챔버 및 증착 샘플을 증착하는 기판, 기판의 하부에 배치되며 기판에 증착된 증착 샘플의 온도를 조절하는 히터 및 기판의 상부에 배치되며 증착 샘플을 고정하는 커버를 포함하도록 처리 챔버의 내부에 설치된 블록부를 포함하고, 블록부는 복수 개로 구성되고, 복수 개의 블록부는 각 블록부가 블록 형식으로 조립이 가능하도록 구성될 수 있다.

Description

원자층을 증착하는 증착 장치{DEPOSITION DEVICE DEPOSITING ATOMIC LAYER}
본 발명은 원자층을 증착하는 증착 장치에 관한 것이다.
원자층 증착 방법(Atomic Layer Deposition; ALD)은 증착을 필요로 하는 물질에 기체상태의 전구체(Precursor)와 산화제인 반응제(Reactant)의 순차적인 반응 과정을 통하여 박막을 증착하는 방법이다. 이러한, 원자층 증착 방법은 자기 포화 반응(Self-Saturated Reaction) 특성 때문에 원자 단위의 증착 두께 조절이 용이하고, 다면적의 균일성 및 증착 정밀성을 가질 수 있다.
하지만, 원자층 증착 방법은 공정온도에 따라 예민하게 반응한다는 단점이 있다. 원자층 증착 방법 공정이 이루어지기 적합한 온도 범위를 ALD 공정온도 범위(ALD Window)라고 하는데, 이 범위 보다 온도가 높거나, 낮으면 정상적으로 박막이 성장 되지 않는다.
한편, 플라즈마 기반의 원자 증착 방법(Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition; PEALD)는 기존 원자층 증착 방법의 장점들과 더불어 낮은 공정 온도 범위에서도 고품질의 박막을 증착할 수 있으며 박막의 물리적, 화학적 특성을 제어 할 수 있다.
또한, 플라즈마 기반의 원자층 증착 방법은 바이어싱(Biasing) 기술을 이용하여 플라즈마의 특성(이온 밀도(Ion density), 이온 플럭스(Ion Flux))을 조절하고, 증착되는 박막의 특성 조건을 설정할 수 있다.
종래의 증착 장치는 원자층 증착 방법의 특성이 반영되지 않은 기판을 포함하고, 반응 챔버(Chamber) 전체 또는 기판 전체의 온도만을 조절할 수 있는 공정 온도 조절 컨트롤러를 포함하고 있다. 이러한, 종래의 박막 증착 장치는 원자층 증착 방법을 이용한 초기 공정 연구에 있어서 다양한 조건을 설정하기 어렵기 때문에 실험의 효율성과 신뢰성을 확보하는 것이 힘들다.
한국공개특허공보 제2017-0053320호 (2017.05.16. 공개)
본 발명은 상술한 종래의 증착 장치의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 처리 챔버 내에 설치된 복수의 블록부를 포함하는 증착 장치를 제공하고자 한다. 또한, 증착 장치의 각 블록부는 증착 샘플을 증착하는 기판의 하부에 배치된 히터를 통해 각 기판에 증착된 증착 샘플의 온도를 조절하고자 한다. 또한, 각 기판 각각에 형성된 바이어스 전극을 통해 플라즈마의 특성을 조절하고자 한다. 다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제 1 측면에 따른 원자층을 증착하는 증착 장치는 처리 챔버 및 증착 샘플을 증착하는 기판, 상기 기판의 하부에 배치되며 상기 기판에 증착된 증착 샘플의 온도를 조절하는 히터 및 상기 기판의 상부에 배치되며 상기 증착 샘플을 고정하는 커버를 포함하도록 상기 처리 챔버의 내부에 설치된 블록부를 포함하고, 상기 블록부는 복수 개로 구성되고, 상기 복수 개의 블록부는 각 블록부가 블록 형식으로 조립이 가능하도록 구성될 수 있다.
일예에 있어서, 상기 증착 장치는 상기 히터와 연결하여 상기 증착 샘플의 온도를 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 복수 개의 블록부의 각 기판에 증착된 증착 샘플의 온도를 독립적으로 조절할 수 있다.
일예에 있어서, 상기 각 블록부는 상기 기판, 상기 히터 및 상기 커버를 지지하는 홀더를 더 포함하고, 상기 홀더는 상기 히터의 하부에 형성된 홀부를 포함할 수 있다. 상기 홀부는 상기 각 기판에 대응하는 히터로 파워를 공급하도록 형성될 수 있다.
일예에 있어서, 상기 증착 장치는 상기 복수 개의 블록부를 재치하는 마운트 본체를 더 포함하고, 상기 마운트 본체는 상기 복수 개의 블록부 간의 열전도를 예방하기 위해 상기 복수 개의 블록부와 인접한 부분이 코팅되어 있다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본 발명을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 처리 챔버 내에 설치된 복수의 블록부를 포함하는 증착 장치를 제공할 수 있다. 또한, 증착 장치의 각 블록부는 증착 샘플을 증착하는 기판의 하부에 배치된 히터를 통해 각 기판에 증착된 증착 샘플의 온도를 개별적으로 조절할 수 있다. 또한, 각 기판 각각에 형성된 바이어스 전극을 통해 플라즈마의 특성을 조절하고, 증착되는 물리적, 화학적인 막질을 조절할 수 있다.
이를 통해 동일한 환경 내에서 다양한 조건들의 실험을 진행할 수 있기 때문에 실험에 대한 신뢰성을 증가시킬 수 있다.
또한, 원자층 증착 방법에서 중요한 변수들을 다양하게 변경함으로써 공정 연구의 유연성을 증가시킬 수 있다.
또한, 처리 챔버의 온도와 별개로 각 기판의 하부에 배치된 히터를 통해 각 기판의 증착 샘플의 공정 온도를 조절할 수 있기 때문에 증착 장치 전체의 단열과 O-ring 등의 낮은 구동 온도 범위를 가지는 한계를 극복할 수 있는 시스템 구축 비용을 줄일 수 있다. 또한, 증착 장치의 복수 개의 블록부와 인접한 부분이 코팅되어 있으므로 블록부 간의 열전도를 예방할 수 있다.
또한, 증착 장치의 복수의 블록부는 블록 형식으로 조립가능하도록 구성되어 있으므로 언제든지 공정 조건의 다양화를 이룰 수 있다.
또한, 증착 장치의 복수의 블록부는 블록 형식으로 조립가능하도록 구성되어 있는 모듈형 장치로서, 사용자가 기존에 사용하고 있는 원자층 증착 시스템에 부착함으로써 전반적인 시스템 디자인의 수정 없이 경제적으로 언제든지 공정 조건의 다양화를 이룰 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 증착 장치를 나타낸 도면이다.
도 2a 내지 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 증착 장치의 구성 요소를 설명하기 위한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서 '부(部)'란, 하드웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛, 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함한다. 또한, 1 개의 유닛이 2 개 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 2 개 이상의 유닛이 1 개의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다.
본 명세서에 있어서 단말 또는 디바이스가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부는 해당 단말 또는 디바이스와 연결된 서버에서 대신 수행될 수도 있다. 이와 마찬가지로, 서버가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부도 해당 서버와 연결된 단말 또는 디바이스에서 수행될 수도 있다.
이하, 첨부된 구성도 또는 처리 흐름도를 참고하여, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하도록 한다.
도 1 내지 2c을 참조하여, 본 발명에 따른 원자층 증착을 이용한 증착 장치(10)를 설명한다.
증착 장치(10)는 처리 챔버(미도시), 복수 개의 블록부(100), 마운트 본체(110), 제어부(200) 및 DC 파워 공급부(202)를 포함할 수 있다.
마운트 본체(110)는 복수 개의 블록부(100)를 재치할 수 있고, 처리 챔버(미도시)의 내부에 설치될 수 있다. 여기서, 처리 챔버(미도시)는 원자층 증착 방법(ALD) 등과 같은 화학기상증착방법에 의해 증착 샘플을 코팅하기 위하여 고진공의 내부 반응 공간을 갖을 수 있다.
마운트 본체(110)는 복수의 블록부(100)를 재치할 수 있도록 각 블록부(100)의 형상에 대응하는 복수의 홈부를 가질 수 있다. 예를 들면, 복수 개의 블록부(100)가 원형 형상인 경우, 마운트 본체(110)는 복수 개의 블록부(100)를 재치할 수 있도록 원통 형상의 복수의 홈부를 가질 수 있다. 또는, 복수 개의 블록부(100)가 직사각형 형상인 경우, 마운트 본체(110)는 직육면체 형상의 복수의 홈부를 가질 수 있다.
이를 통해 각 블록부(100)는 마운트 본체(110)에 형성된 각 홈부에 안착될 수 있으며, 실험자는 증착 실험에 따라 원하는 블록부(100)의 갯수 만큼 마운트 본체(110)의 홈부에 블록부(100)를 안착시킬 수 있다. 상기 구성에 의해, 본원 발명은 변수가 서로 다른 피실험군에 따라 요구되는 만큼의 블록부를 사용할 수 있으므로 실험의 유연성을 제공할 수 있다.
복수 개의 블록부(100) 각각은 마운트 본체(110)의 각 홈부에 안착됨으로써 블록 형식으로 조립이 가능하도록 구성되어 있다.
각 블록부(100)는 기판(206), 히터(208) 및 커버(204)를 포함할 수 있다. 여기서, 기판(206)은 증착 샘플을 증착하는 부재로서, 예를 들면, 액정표시소자(Liquid Crystal Display), 플라즈마 디스플레이소자(Plasma Display Panel), 유기발광소자(Organic Light Emitting Diodes) 등기판 처리면에 증착 샘플의 증발에 의하여 박막을 형성할 수 있는 부재이면 어떠한 대상도 가능할 수 있다.
바이어스 전극(미도시)은 DC 파워 공급부(202)에 의해 홀더(210)를 통해 기판(206)에 바이어스 전압을 인가함으로써, 기판(206)에 형성될 수 있다. 이 때, 바이어스 전극(미도시)은 홀더(210)와 전기적으로 연결되어 있다. 여기서, 홀더(210)는 각 블록부(100)에 포함되어 있으며 기판(206), 히터(208) 및 커버(206)를 지지할 수 있다. 홀더(210)는 히터(208)의 하부에 형성된 홀부(212)를 포함할 수 있다. 홀부(212)는 히터(208)와 연결된 제어부(200)에 의해 조절된 파워를 각 기판(206)에 대응하는 히터(208)로 공급하도록 형성되어 있다.
히터(208)는 기판(206)의 하부에 배치되며 기판(206)에 증착된 증착 샘플을 가열하기 위하여 소정의 공정 온도를 제공할 수 있다. 또한, 히터(208)는 각 기판(206)에 증착된 증착 샘플의 온도를 조절할 수 있다. 예를 들면, 각 히터(208)는 각 히터(208) 마다 설정된 온도값에 기초하여 각 기판(206)에 증착된 증착 샘플의 온도를 조절할 수 있다.
히터(208)는 플라즈마 특성(내성)과 전기적으로 절연되는 질화 알루미늄으로 구성될 수 있다.
커버(204)는 기판(206)의 상부에 배치되며 증착 샘플을 고정할 수 있다.
여기서, 홀더(210) 및 커버(204)는 예를 들면, 열전도율이 낮은 스테인리스 스틸의 재질로 코팅되어 구성될 수 있다.
제어부(200)는 각 히터(208)와 연결하여 증착 샘플의 온도를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(200)는 각 기판에 형성된 바이어스 전극을 개별적으로 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(200)는 복수 개의 블록부(100)의 각 기판(206)에 증착된 증착 샘플의 온도 및 각 기판(206)에 형성된 바이어스 전극을 독립적으로 조절할 수 있다. 예를 들면, 제어부(200)는 각 기판(206)에 대응하는 각 히터(208)에 인가되는 전원, 전력, 발열량을 독립적으로 제어할 수 있다.
DC 파워 공급부(202)는 복수 개의 블록부(100)의 각 기판(206)으로 바이어스 전압을 제공할 수 있다. 이 때, DC 파워 공급부(202)는 각 기판(206)에 형성된 바이어스 전극(미도시)에 대하여 개별적으로 바이어스 전압을 조절 및 제어할 수 있다. 예를 들면, DC 파워 공급부(202)는 기판(206)의 구조에 기초하여 바이어스 전압을 조절할 수 있다.
마운트 본체(110)에는 복수 개의 블록부(100) 간의 열전도를 예방하기 위해 복수 개의 블록부(100)와 인접한 부분이 코팅되어 있다. 예를 들면, 마운트 본체(110)는 높은 열 내구성을 갖고 있으면서 열전도를 막는 지르코니아(Zirconia) 세라믹으로 코팅될 수 있다. 복수 개의 블록부(110)와 인접한 부분에 지르코니아 세라믹이 코팅되면, 각 블록부(110)가 전기적으로 절연되고, 처리 챔버(미도시)와도 전기적으로 연결되는 것을 차단할 수 있다.
마운트 본체(110)에 형성된 각 홈부의 하면에는 각 블록부(100)에 대응하도록 제 1 홀(120) 및 제 2 홀(130)이 형성되어 있다. 구체적으로, 마운트 본체(110)에 형성된 각 홈부의 하면에는 각 블록부(100)의 기판으로 바이어스 전압을 공급하도록 연결하는 제 1 홀(120)과, 히터(208)로 파워를 공급하도록 연결하는 제 2 홀(130)이 형성되어 있다. 제어부(200)는 제 2 홀(130)을 통해 증착 샘플의 온도를 제어하는 파워를 각 히터(208)로 전달할 수 있다. DC 파워 공급부(202)는 제 1 홀(120)을 통해 각 기판(206)에 바이어스 전극(미도시)을 형성하기 위해 바이어스 전압을 인가시킬 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 증착 장치
100: 블록부
110: 마운트 본체
120: 제 1 홀
130: 제 2 홀
200: 제어부
202: DC 파워 공급부
204: 커버
206: 기판
208: 히터
210: 홀더
212: 홀부

Claims (4)

  1. 원자층을 증착하는 증착 장치에 있어서,
    처리 챔버 및
    증착 샘플을 증착하는 기판, 상기 기판의 하부에 배치되며 상기 기판에 증착된 증착 샘플의 온도를 조절하는 히터 및 상기 기판의 상부에 배치되며 상기 증착 샘플을 고정하는 커버를 포함하도록 상기 처리 챔버의 내부에 설치된 블록부
    를 포함하고,
    상기 블록부는 복수 개로 구성되고, 상기 복수 개의 블록부는 각 블록부가 블록 형식으로 조립이 가능하도록 구성되되,
    상기 증착 장치는 상기 복수 개의 블록부를 재치하는 마운트 본체를 더 포함하고,
    증착 실험에 따라 사용되는 블록부의 개수에 기초하여 상기 마운트 본체의 홈부에 블록부를 안착시켜 조립이 가능하도록 구성되고,
    상기 마운트 본체의 각 홈부의 하면에는 상기 각 블록부에 대응하도록 제 1 홀 및 제 2 홀이 형성되고,
    상기 제 1 홀을 통해 상기 각 블록부의 기판에 바이어스 전극을 위한 바이어스 전압을 제공하는 DC 파워 공급부 및
    상기 제 2 홀을 통해 상기 복수 개의 블록부의 각 기판에 증착된 증착 샘플의 온도를 제어하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제 1 홀 및 상기 제 2 홀을 통해 상기 각 기판에 증착된 증착 샘플의 온도 및 상기 기판에 형성된 바이어스 전극을 독립적으로 조절하고,
    상기 제어부는 상기 각 기판에 대응하는 각 히터에 인가되는 발열량을 독립적으로 제어하고, 상기 각 기판의 구조에 기초하여 상기 바이어스 전압을 독립적으로 조절하는 것인, 증착 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 블록부는 상기 기판, 상기 히터 및 상기 커버를 지지하는 홀더를 더 포함하고,
    상기 홀더는 상기 히터의 하부에 형성된 홀부를 포함하는 것인, 증착 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 홀부는 상기 각 기판에 대응하는 히터로 파워를 공급하도록 형성된 것인, 증착 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 마운트 본체에는 상기 복수 개의 블록부 간의 열전도를 예방하기 위해 상기 복수 개의 블록부와 인접한 부분이 코팅되어 있는 것인, 증착 장치.
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