KR20200127132A - 파우더용 원자층 증착 장치 - Google Patents

파우더용 원자층 증착 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20200127132A
KR20200127132A KR1020200139433A KR20200139433A KR20200127132A KR 20200127132 A KR20200127132 A KR 20200127132A KR 1020200139433 A KR1020200139433 A KR 1020200139433A KR 20200139433 A KR20200139433 A KR 20200139433A KR 20200127132 A KR20200127132 A KR 20200127132A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
powder
showerhead
gas
atomic layer
layer deposition
Prior art date
Application number
KR1020200139433A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102318812B1 (ko
Inventor
박형상
윤태호
김재웅
박건우
Original Assignee
(주)아이작리서치
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020180118624A external-priority patent/KR102173461B1/ko
Application filed by (주)아이작리서치 filed Critical (주)아이작리서치
Priority to KR1020200139433A priority Critical patent/KR102318812B1/ko
Publication of KR20200127132A publication Critical patent/KR20200127132A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102318812B1 publication Critical patent/KR102318812B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45544—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4412—Details relating to the exhausts, e.g. pumps, filters, scrubbers, particle traps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4417—Methods specially adapted for coating powder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • C23C16/45536—Use of plasma, radiation or electromagnetic fields
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45563—Gas nozzles
    • C23C16/45565—Shower nozzles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 파우더용 원자층 증착 장치는 챔버 내에 원료가스, 퍼지가스 및 반응가스를 하방에서 상방으로 공급함으로써 파우더에 제공하도록 상기 챔버의 하방에 배치된 샤워헤드; 상기 샤워헤드의 상방에 배치되되, 상기 파우더를 적재할 수 있도록 구성된 메쉬 구조체; 원료가스, 퍼지가스 및 반응가스를 챔버 외부로 배기하도록 상기 챔버의 상방에 배치된 적어도 하나 이상의 배기부; 및 상기 파우더의 분산을 위하여, 원료가스, 퍼지가스 및 반응가스 중의 적어도 어느 하나 이상의 가스가 상기 샤워헤드를 통과하면서 상기 파우더에 제공되는 유량을 상기 샤워헤드의 분할된 각각의 영역에 따라 독립적으로 조절할 수 있도록 구성된 제어부; 를 포함한다.

Description

파우더용 원자층 증착 장치{Apparatus of plasma atomic layer depositing on powder}
본 발명은 원자층 증착 장치 및 증착 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 파우더 상에 코팅막을 균일하게 형성할 수 있는 파우더용 원자층 증착 장치 및 증착 방법에 관한 것이다.
파우더 상에 막을 형성하기 위해 다양한 방법들이 시도되고 있다. 예를 들어, 파우더 상에 도금 공정으로 도금막을 형성하는 방법이 가능하다. 하지만, 도금 공정은 작업조건의 유해성과 환경오염을 수반하며, 파우더의 재질에 따라 형성될 수 있는 도금막이 제한적이다. 또한, 파우더 상에 화학적 기상 증착 공정으로 코팅막을 형성하는 방법이 가능하지만, 파우더의 표면에 균일한 코팅막을 형성하는 것이 어렵고 산화막이나 질화막의 코팅막을 형성하기 위해서 높은 온도가 요구되는 문제점이 있다.
1. 공개특허공보 10-2014-0107843 (2014년09월05일)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 높은 생산성으로 파우더의 표면에 균일한 코팅막을 형성할 수 있는 파우더용 원자층 증착 장치 및 증착 방법을 제공함에 있다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 의한 파우더용 원자층 증착 장치를 제공한다. 상기 파우더용 원자층 증착 장치는 챔버 내에 원료가스, 퍼지가스 및 반응가스를 하방에서 상방으로 공급함으로써 파우더에 제공하도록 상기 챔버의 하방에 배치된 샤워헤드; 상기 샤워헤드의 상방에 배치되되, 상기 파우더를 적재할 수 있도록 구성된 메쉬 구조체; 원료가스, 퍼지가스 및 반응가스를 챔버 외부로 배기하도록 상기 챔버의 상방에 배치된 적어도 하나 이상의 배기부; 및 상기 파우더의 분산을 위하여, 원료가스, 퍼지가스 및 반응가스 중의 적어도 어느 하나 이상의 가스가 상기 샤워헤드를 통과하면서 상기 파우더에 제공되는 유량을 상기 샤워헤드의 분할된 각각의 영역에 따라 독립적으로 조절할 수 있도록 구성된 제어부; 를 포함한다.
상기 파우더용 원자층 증착 장치에서, 상기 파우더의 분산을 위하여, 상기 제어부는 상기 샤워헤드의 분할된 각각의 영역에서 상기 유량을 시간에 따라 가변적으로 조절할 수 있다.
상기 파우더용 원자층 증착 장치에서, 상기 샤워헤드의 분할된 각각의 영역은 샤워헤드의 중심으로부터 샤워헤드의 테두리까지 신장된 영역일 수 있다.
상기 파우더용 원자층 증착 장치에서, 상기 샤워헤드의 분할된 각각의 영역은 샤워헤드의 중심을 기준으로 한 동심원을 경계로 할 수 있다.
상기 파우더용 원자층 증착 장치에서, 상기 적어도 하나 이상의 배기부는 복수의 배기부를 포함하며, 상기 파우더의 분산을 위하여, 상기 제어부는 상기 복수의 배기부의 각각의 개도율을 독립적으로 조절할 수 있다.
상기 파우더용 원자층 증착 장치에서, 상기 파우더의 분산을 위하여, 상기 제어부는 상기 복수의 배기부의 각각의 개도율을 시간에 따라 가변적으로 조절할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 높은 생산성으로 파우더의 표면에 균일한 코팅막을 형성할 수 있는 파우더용 원자층 증착 장치 및 증착 방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우더용 원자층 증착 장치의 일부 구성요소를 개요적으로 도해하는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우더용 원자층 증착 장치를 개요적으로 도해하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우더용 원자층 증착 장치를 이용한 증착 방법을 도해하는 순서도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우더용 원자층 증착 장치에서 샤워헤드의 분할된 영역을 예시적으로 도해하는 도면들이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 파우더용 원자층 증착 장치를 개요적으로 도해하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 파우더용 원자층 증착 장치를 개요적으로 도해하는 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 변형된 다른 실시예에 따른 파우더용 원자층 증착 장치를 개요적으로 도해하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 그 밖의 다른 실시예에 따른 파우더용 원자층 증착 장치를 개요적으로 도해하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 비교예에 따른 파우더용 원자층 증착 장치에서 파우더의 적재 양상에 따른 가스 분출 압력을 도해하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 적어도 일부의 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 도면에서 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명의 일 관점에 따른 파우더용 원자층 증착 장치는 원자층 증착 공정으로 파우더 상에 코팅막을 형성하기 위한 장치에서 파우더 분산을 위한 공정 가스 주입부 구조 및 그 운용 방법을 개시한다.
원자층 증착(Atomic Layer Deposition) 공정은 단원자층의 화학적 흡착 및 탈착을 이용한 나노스케일의 박막 증착 공정으로서 각 반응물질들을 개별적으로 분리하여 펄스 형태로 챔버에 공급함으로써 기판 표면에 반응물질의 표면 포화(surface saturation) 반응에 의한 화학적 흡착과 탈착을 이용한 박막 증착 기술이다. 원자층 증착 공정이 적용되는 피대상물이 분말(powder) 형태로 되어 있는 경우 분말의 분산 및 혼합이 중요하게 되는데 그렇지 못하면 가스에 주로 노출되는 부분만 박막이 증착되어 균일도가 떨어지는 문제가 발생될 수 있기 때문이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우더용 원자층 증착 장치의 일부 구성요소를 개요적으로 도해하는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우더용 원자층 증착 장치를 개요적으로 도해하는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우더용 원자층 증착 장치(100)는 챔버(110, 140) 내에 원료가스, 퍼지가스 및 반응가스를 하방에서 상방으로 공급함으로써 파우더(150)에 제공하도록 챔버(110, 140)의 하방에 배치된 샤워헤드(134); 샤워헤드(134)의 상방에 배치되되, 파우더(150)를 적재할 수 있도록 구성된 메쉬 구조체(130); 원료가스, 퍼지가스 및 반응가스를 챔버(110, 140) 외부로 배기하도록 챔버(110, 140)의 상방에 배치된 적어도 하나 이상의 배기부(120); 및 파우더(150)의 분산을 위하여, 원료가스, 퍼지가스 및 반응가스 중의 적어도 어느 하나 이상의 가스가 샤워헤드(134)를 통과하면서 파우더(150)에 제공되는 유량을 샤워헤드(134)의 분할된 각각의 영역에 따라 독립적으로 조절할 수 있도록 구성된 제어부(190); 를 포함한다.
나아가, 상기 파우더의 분산을 효과적으로 구현하기 위하여, 제어부(190)는 샤워헤드(134)의 분할된 각각의 영역에서 원료가스, 퍼지가스 및 반응가스 중의 적어도 어느 하나 이상의 가스가 샤워헤드(134)를 통과하면서 파우더(150)에 제공되는 유량을 시간에 따라 가변적으로 조절할 수 있다.
한편, 챔버(110, 140)는 외부 반응기(110) 및 외부 반응기(110)의 내측에 장착 및 탈착이 가능하며 파우더(150)를 적재할 수 있는 내부 반응기(140)를 포함할 수 있다. 메쉬 구조체(130) 및 샤워헤드(134)는 외부 반응기(110) 내측에 위치하되 내부 반응기(140)의 하방에 배치될 수 있다. 즉, 메쉬 구조체(130) 및 샤워헤드(134)는 내부 반응기(140)의 하단 보다 더 낮은 레벨(level)에 위치할 수 있다. 원료가스, 퍼지가스 및 반응가스는 가스 주입부(170)를 통해 외부 반응기(110) 하부에 설치된 샤워헤드로 공급되며, 샤워헤드(134) 내부의 확산공간을 통과하여 파우더(150)로 공급되며, 최종적으로 배기부(120)를 통하여 외부로 배출될 수 있다.
또한, 원자층 증착 공정으로 파우더 상에 코팅막을 증착하는 과정 중에 배기부(120)로 직접적인 파우더 유실과 그로 인한 배기부 막힘 문제로 인한 생산성 저하를 방지하기 위하여 필터부(139)가 내부 반응기(140)의 상측에 제공될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우더용 원자층 증착 장치를 이용한 증착 방법을 도해하는 순서도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우더용 원자층 증착 장치(100)를 이용한 증착 방법은 파우더용 원자층 증착 방법으로서, 챔버(110, 140) 내 메쉬 구조체(130) 상에 파우더(150)를 적재하는 단계(S100); 및 메쉬 구조체(130)의 하방에서 상방으로 원료가스를 제공하여 파우더(150)에 상기 원료가스의 적어도 일부를 흡착시키는 흡착단계(S210), 메쉬 구조체(130)의 하방에서 상방으로 퍼지가스를 제공하는 제 1 퍼지단계(S220), 메쉬 구조체(130)의 하방에서 상방으로 파우더(150)에 반응가스를 제공하여 파우더(150)의 표면에 단위증착막을 형성하는 반응단계(S230) 및 메쉬 구조체(130)의 하방에서 상방으로 퍼지가스를 제공하는 제 2 퍼지단계(S240)를 구비하는 단위사이클(S200)을 적어도 1회 이상 수행하는 단계;를 포함한다.
챔버(110, 140) 내 메쉬 구조체(130) 상에 파우더(150)를 적재하는 단계(S100)에서, 챔버(110, 140)는 외부 반응기(110) 및 외부 반응기(110)의 내측에 장착 및 탈착이 가능하며 파우더(150)를 적재할 수 있는 내부 반응기(140)를 포함할 수 있다.
이에 의하면, 챔버(110, 140) 내 메쉬 구조체(130) 상에 파우더(150)를 적재하는 단계(S100)는 내부 반응기(140)에 파우더(150)를 장입한 후 내부 반응기(140)를 외부 반응기(110)의 내측에 장착하는 단계를 포함할 수 있다. 메쉬 구조체(130)는 내부 반응기(140)와 결합된 상태로 제공될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우더용 원자층 증착 장치(100)를 이용한 증착 방법은 단위사이클(S200)을 적어도 1회 이상 수행하는 단계 후에 외부 반응기(110)의 내측에 장착된 내부 반응기(140)를 장치(100)의 외부로 탈착하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 흡착단계(S210), 상기 제 1 퍼지단계(S220), 상기 반응단계(S230) 및 상기 제 2 퍼지단계(S240)는 파우더(150)의 적어도 일부가 메쉬 구조체(130) 상에 부유(floating)하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 원료가스, 퍼지가스와 반응가스가 메쉬 구조체(130)의 하방에서 상방으로 흐르도록 설정됨으로써, 파우더(150)는 원료가스, 퍼지가스와 반응가스의 흐름에 의한 상방향의 힘을 받는다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우더용 원자층 증착 장치(100)를 이용한 증착 방법은 상기 원료가스, 퍼지가스와 반응가스를 외부로 배기시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 원료가스, 퍼지가스와 반응가스가 챔버(110, 140)에서 배기되는 위치는 파우더(150)가 적재되는 위치 보다 더 높게 설정됨으로써, 파우더(150)는 챔버(110, 140)의 상방에 배치한 배기부(120)의 압력에 의한 상방향의 힘을 받을 수 있다.
결국, 파우더(150)는 중력에 의하여 하방향의 힘(F1)을 받으며, 동시에, 원료가스, 퍼지가스와 반응가스의 흐름에 의한 상방향의 힘(F2)과 챔버(110, 140)의 상방에 배치한 배기부(120)의 압력에 의한 상방향의 힘(F3)을 받는다. 따라서, F1, F2 및 F3의 크기를 각각 적절하게 조절함으로써 자중을 가지는 파우더(150)는 적절한 비율로 메쉬 구조체(130) 상에 부유 및 침강을 반복할 수 있다. 이러한 결과로, 단위사이클(S200)이 적어도 1회 이상 반복되면서 증착되는 동안 메쉬 구조체(130) 상의 파우더(150)는 골고루 교반되면서 파우더(150)의 표면에 증착되는 코팅막의 균일도가 개선될 수 있다.
만약, 메쉬 구조체(130) 상의 파우더(150) 교반이 원활하게 이루어지지 않는다면, 메쉬 구조체(130)의 메쉬와 상대적으로 인접하여 위치하는 파우더는 원료가스와 반응가스에 대한 빈번한 노출로 파우더 표면에 형성되는 코팅막이 상대적으로 두꺼운 반면에 메쉬 구조체(130)의 메쉬와 상대적으로 멀리 이격되어 위치하는 파우더는 원료가스와 반응가스과 접촉하는 경우가 드물어 파우더 표면에 형성되는 코팅막이 상대적으로 얇게 되어 코팅막의 균일도가 불량하게 된다.
이와 같이, 하방에서 상방으로 가스를 플로우시켜 파우더를 분산시키는 플루이다이징(Fluidizing) 장치를 제공하되, 나아가, 가스 분산을 위해 샤워헤드를 사용하는 경우, 대용량의 파우더 처리 공정이나 또는 대용량의 파우더 처리를 위한 설비로 샤워헤드 면적이 넓어질수록, 또는, 적용하고자 하는 파우더의 비중이 무거울수록, 샤워헤드의 홀 상에 배치된 파우더가 고르지 않게 적체되어 있을 경우 샤워헤드의 홀 이전의 기체 확산공간을 하나의 통합된 공간으로 사용하게 되면, 샤워헤드의 위치별로 파우더 무게에 따라 형성되는 흐름 저항이 일정치 않게 되거나 확산공간과 가스 주입부와의 거리에 따라 형성되는 분출압력의 차이로 샤워헤드가 제 역할을 하지 못하고 샤워헤드의 면적 일부로만 가스가 분사되는 등 샤워헤드의 모든 면적의 파우더가 분산되지 않아 산포가 악화될 수 있다(도 11 참조).
이를 극복하기 위하여, 하부에 위치한 샤워헤드 내부의 확산공간을 분할하여 각각의 독립된 확산공간에 원료가스, 반응가스 또는 퍼지가스를 공급하게 되고, 가스공급 포트인 가스 주입부는 배기 포트 방향에 따라 위치별로 설정할수 있다. 이렇게 구성된 장치 구조는 파우더가 장입되어 있는 하부의 각 확산공간 및 해당하는 샤워헤드 홀 영역에 강제적으로 원하는 가스량을 강제로 공급하여 파우더의 분산 및 소스 공급을 원활하게 할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우더용 원자층 증착 장치에서 샤워헤드의 분할된 영역을 예시적으로 도해하는 도면들이다. 물론, 샤워헤드의 분할된 영역은 도 4a 또는 도 4b에 도시된 예시적인 경우로 한정되지 않으며, 다양한 변형된 실시예가 가능하다.
도 4a를 참조하면, 샤워헤드(134)의 분할된 각각의 영역(I, II, III, IV)은 샤워헤드(134)의 중심으로부터 샤워헤드의 테두리까지 신장된 영역을 포함할 수 있다. 예컨대, 샤워헤드(134)의 제 1 분할영역(I), 제 2 분할영역(II), 제 3 분할영역(III), 제 4 분할영역(IV)은 샤워헤드(134)의 중심을 기준으로 4등분된 영역 중의 하나로서, 중심각은 90도를 가진다.
도 4b를 참조하면, 샤워헤드(134)의 분할된 각각의 영역(I, II, III, IV)은 샤워헤드(134)의 중심을 기준으로 한 동심원을 경계로 할 수 있다. 예컨대, 샤워헤드(134)의 제 1 분할영역(I)은 샤워헤드(134)와 중심을 공유하는 원 형상을 가지며, 제 2 분할영역(II)은 제 1 분할영역(I)을 둘러싸며, 제 3 분할영역(III)은 제 2 분할영역(II)을 둘러싸며, 제 4 분할영역(IV)은 제 3 분할영역(III)을 둘러싸도록 구성될 수 있다.
샤워헤드(134)의 분할된 각각의 영역은 하부에 위치한 샤워헤드 내부의 확산공간도 분할될 수 있으며, 이 경우, 각각의 독립된 확산공간에 원료가스, 반응가스 또는 퍼지가스를 공급할 수 있다.
앞에서 설명한 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우더용 원자층 증착 장치(100)에서 제어부(190)는 파우더(150)의 분산을 위하여, 원료가스, 퍼지가스 및 반응가스 중의 적어도 어느 하나 이상의 가스가 샤워헤드(134)를 통과하면서 상기 파우더(150)에 제공되는 유량을 샤워헤드(134)의 분할된 각각의 영역(I, II, III, IV)에 따라 독립적으로 조절할 수 있으며, 나아가, 샤워헤드(134)의 분할된 각각의 영역(I, II, III, IV)에서 상기 유량을 시간에 따라 가변적으로 조절할 수 있다.
이러한 독립적, 가변적인 조절 방법은 다양한 조합의 예시들이 가능하다.
예를 들어, 도 3에서 설명한 원자층 증착 방법에서, 상기 흡착단계(S210), 상기 제 1 퍼지단계(S220), 상기 반응단계(S230) 및 상기 제 2 퍼지단계(S240) 중의 적어도 어느 하나의 단계는 샤워헤드(134)를 통하여 가스를 공급하는 과정에서 도 4a 또는 도 4b에 도시된 샤워헤드(134)의 제 1 분할영역(I), 제 2 분할영역(II), 제 3 분할영역(III), 제 4 분할영역(IV)에 동시에 공급할 수 있다(실시예1; I, II, III, IV 동시 공급).
또는, 상기 흡착단계(S210), 상기 제 1 퍼지단계(S220), 상기 반응단계(S230) 및 상기 제 2 퍼지단계(S240) 중의 적어도 어느 하나의 단계는 샤워헤드(134)를 통하여 가스를 공급하는 과정에서 도 4a 또는 도 4b에 도시된 샤워헤드(134)의 제 1 분할영역(I)에 가스를 먼저 공급하고, 다음으로 제 2 분할영역(II)에 가스를 공급하고, 그 다음으로 제 3 분할영역(III)에 가스를 공급하고, 마지막으로 제 4 분할영역(IV)에 가스를 순차적으로 공급할 수 있다(실시예2; I → II → III → IV 순차 공급).
또는, 상기 흡착단계(S210), 상기 제 1 퍼지단계(S220), 상기 반응단계(S230) 및 상기 제 2 퍼지단계(S240) 중의 적어도 어느 하나의 단계는 샤워헤드(134)를 통하여 가스를 공급하는 과정에서 도 4a 또는 도 4b에 도시된 샤워헤드(134)의 제 1 분할영역(I) 및 제 2 분할영역(II)에 가스를 동시에 먼저 공급하고, 다음으로 제 3 분할영역(III) 및 제 4 분할영역(IV)에 가스를 동시에 후순으로 공급할 수 있다(실시예3; I, II → III, IV 순차 공급).
또는, 상기 흡착단계(S210), 상기 제 1 퍼지단계(S220), 상기 반응단계(S230) 및 상기 제 2 퍼지단계(S240) 중의 적어도 어느 하나의 단계는 샤워헤드(134)를 통하여 가스를 공급하는 과정에서 도 4a 또는 도 4b에 도시된 샤워헤드(134)의 제 1 분할영역(I) 및 제 3 분할영역(III)에 가스를 동시에 먼저 공급하고, 다음으로 제 2 분할영역(II) 및 제 4 분할영역(IV)에 가스를 동시에 후순으로 공급할 수 있다(실시예4; I, III → II, IV 순차 공급).
또는, 상기 흡착단계(S210), 상기 제 1 퍼지단계(S220), 상기 반응단계(S230) 및 상기 제 2 퍼지단계(S240) 중의 적어도 어느 하나의 단계는 샤워헤드(134)를 통하여 가스를 공급하는 과정에서 도 4a 또는 도 4b에 도시된 샤워헤드(134)의 제 1 분할영역(I) 및 제 4 분할영역(IV)에 가스를 동시에 먼저 공급하고, 다음으로 제 2 분할영역(II) 및 제 3 분할영역(III)에 가스를 동시에 후순으로 공급할 수 있다(실시예5; I, IV → II, III 순차 공급).
또는, 상기 흡착단계(S210), 상기 제 1 퍼지단계(S220), 상기 반응단계(S230) 및 상기 제 2 퍼지단계(S240) 중의 적어도 어느 하나의 단계는 샤워헤드(134)를 통하여 가스를 공급하는 과정에서 도 4a 또는 도 4b에 도시된 샤워헤드(134)의 제 1 분할영역(I)에 가스를 먼저 공급하고, 다음으로 제 2 분할영역(II), 제 3 분할영역(III) 및 제 4 분할영역(IV)에 가스를 동시에 후순으로 공급할 수 있다(실시예6; I → II, III, IV 순차 공급).
또는, 상기 흡착단계(S210), 상기 제 1 퍼지단계(S220), 상기 반응단계(S230) 및 상기 제 2 퍼지단계(S240) 중의 적어도 어느 하나의 단계는 샤워헤드(134)를 통하여 가스를 공급하는 과정에서 도 4a 또는 도 4b에 도시된 샤워헤드(134)의 제 1 분할영역(I), 제 2 분할영역(II) 및 제 3 분할영역(III)에 가스를 먼저 공급하고, 다음으로 제 4 분할영역(IV)에 가스를 후순으로 공급할 수 있다(실시예7; I, II, III → IV 순차 공급).
상술한 다양한 실시예들의 조합은 도 3에 도시된 단위사이클(S200)을 복수회로 반복하여 수행하는 과정에서도 다양한 조합으로 적용될 수 있다. 예를 들어, 첫번째 단위사이클을 수행하는 과정에서는 상기 흡착단계(S210), 상기 제 1 퍼지단계(S220), 상기 반응단계(S230) 및 상기 제 2 퍼지단계(S240) 중의 적어도 어느 하나의 단계는 상술한 실시예1을 적용하며, 두번째 단위사이클을 수행하는 과정에서는 상기 흡착단계(S210), 상기 제 1 퍼지단계(S220), 상기 반응단계(S230) 및 상기 제 2 퍼지단계(S240) 중의 적어도 어느 하나의 단계는 상술한 실시예5를 적용하며, 세번째 단위사이클을 수행하는 과정에서는 상기 흡착단계(S210), 상기 제 1 퍼지단계(S220), 상기 반응단계(S230) 및 상기 제 2 퍼지단계(S240) 중의 적어도 어느 하나의 단계는 상술한 실시예7을 적용할 수 있다.
도 5는 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 파우더용 원자층 증착 장치를 개요적으로 도해하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 파우더용 원자층 증착 장치(100)는 파우더용 플라즈마 원자층 증착 장치로서, 챔버(110, 140) 내에 원료가스, 퍼지가스 및 플라즈마화된 반응가스를 하방에서 상방으로 공급함으로써 파우더(150)에 제공하도록 챔버(110, 140)의 하방에 배치된 샤워헤드(134); 샤워헤드(134)의 상방에 배치되되, 파우더(150)를 적재할 수 있도록 구성된 메쉬 구조체(130); 원료가스, 퍼지가스 및 플라즈마화된 반응가스를 챔버(110, 140) 외부로 배기하도록 챔버(110, 140)의 상방에 배치된 적어도 하나 이상의 배기부(120); 및 파우더(150)의 분산을 위하여, 원료가스, 퍼지가스 및 플라즈마화된 반응가스 중의 적어도 어느 하나 이상의 가스가 샤워헤드(134)를 통과하면서 파우더(150)에 제공되는 유량을 샤워헤드(134)의 분할된 각각의 영역에 따라 독립적으로 조절할 수 있도록 구성된 제어부(190); 를 포함한다. 나아가, 상기 파우더의 분산을 효과적으로 구현하기 위하여, 제어부(190)는 샤워헤드(134)의 분할된 각각의 영역에서 원료가스, 퍼지가스 및 플라즈마화된 반응가스 중의 적어도 어느 하나 이상의 가스가 샤워헤드(134)를 통과하면서 파우더(150)에 제공되는 유량을 시간에 따라 가변적으로 조절할 수 있다. 파우더의 분산을 위해 도입되는 제어부(190)가 조절하는 구성은 도 3과 도 4a 및 도 4b을 참조하여 설명한 내용과 동일하므로 여기에서는 생략한다.
본 실시예에 따른 파우더용 플라즈마 원자층 증착 장치 및 이를 이용한 증착 방법에 의하면, 파우더 반응기에 플라즈마 발생 장치 구성을 제공함으로써 종래의 서멀(thermal) 방식의 원자층 증착 장치에서 수행할 수 없거나 높은 온도 조건을 요구하는 산화막이나 질화막 금속 등의 물질을 파우더의 표면에 증착하는 것이 가능하게 된다.
처리하고자 하는 대상물이 파우더인 경우, 파우더 반응기 내부에 플라즈마 발생 장치를 구성하기가 일반적으로 용이하지 않고, 원거리 플라즈마 및 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma, ICP) 타입의 플라즈마 발생 장치를 구성할 경우 여러가지 문제점들을 가지고 있다.
원거리 플라즈마(리포트 플라즈마) 구성 시에는 파우더 처리 장치에 별도의 플라즈마 발생 장치를 구성하고 배관을 통하여 공급해야 하는데, 플라즈마 발생 관점에서 별도로 불활성 가스로 선행적으로 플라즈마를 활성화시키고, 이차적으로 반응가스를 공급하여 반응가스를 플라즈마로 활성화시켜야 하기 때문에 플라즈마 활성화 단계에 따른 별도의 공정시간이 추가되는 문제가 있을 수 있고, 원거리 플라즈마의 특성상 활성종의 짧은 라이프 타임에 따른 활성종의 공급량을 늘리기 위해 많은 양의 가스를 공급해야만 충분한 반응이 이루어질 수 있다, 그러나, 원거리 플라즈마 발생 장치와 파우더 반응기에 연결된 배관 및 많은 양의 가스는 원자층 증착진행 시 퍼지시간 증가와 불균일한 파우더 분산을 유발할 수 있다.
다음으로, 파우더 반응기 외부에 코일 형태의 유도 결합 플라즈마를 설치시 플라즈마 발생을 위해 요구되는 압력범위인 수 내지 수십 mTorr이하의 낮은 압력에서 플라즈마를 발생해야 하는데, 원자층 증착 수행시 공급되는 가스량에 따른 압력은 수백 mTorr 내지 수 Torr이기 때문에 플라즈마 발생이 용이하지 않고, 반응기 내부에 장입된 파우더 하부까지 플라즈마가 직접적으로 노출되지 않기 때문에, 각 파우더 입자의 불균일한 증착 문제를 발생시킬 수 있다.
다음으로 파우더 반응기 내부에 용량 결합형 플라즈마(CCP) 발생 장치를 상부에 구성하게 되면 금속 재질의 파우더 처리시 금속 파우더가 전극에 직접적으로 부착되거나, 반응기 외벽의 접지부와 연결될 시 플라즈마가 발생이 안되는 문제가 발생할 수 있고, 마이크로 아킹 및 불균일한 플라즈마가 발생될 수 있다. 또한 상부에서 플라즈마를 발생하게 되면 반응기 내부에 장입된 파우더 하부까지 플라즈마가 직접적으로 노출되지 않기 때문에, 각 파우더 입자의 불균일한 증착 문제를 발생시킬 수 있다. 본 실시예는 위의 문제점을 극복하기 위하여 반응기 하부에 용량 결합형 플라즈마 발생장치를 구성한다.
본 실시예에 따른 파우더용 플라즈마 원자층 증착 장치(100)는 메쉬 구조체(130)와 샤워헤드(134) 사이에 개재되되, 원료가스, 퍼지가스와 플라즈마화된 반응가스가 하방에서 상방으로 통과되도록 관통홀을 포함하며, 상기 플라즈마(P)를 형성하는 과정에서 접지 역할을 하는, 접지 구조체(136);를 더 포함할 수 있다. 원료가스, 퍼지가스와 플라즈마화된 반응가스가 하방에서 상방으로 통과되도록 관통홀을 포함하며, 상기 플라즈마(P)를 형성하는 과정에서 접지 역할을 한다는 의미에서, 접지 구조체(136)는 접지 샤워헤드로 이해될 수도 있다.
메쉬 구조체(130)는 파우더(150)와 샤워헤드(134)가 직접 접촉하지 않도록 메쉬의 크기가 구성되며, 상기 플라즈마화된 반응가스를 형성하기 위한 플라즈마(P)는 접지 구조체(136)와 샤워헤드(134) 사이의 공간에서 발생되며, 샤워헤드(134)는 상기 플라즈마(P)를 형성하기 위한 전극의 역할도 할 수 있다. 상기 플라즈마(P)는 CCP 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma)일 수 있다.
접지 샤워헤드로 이해되는 접지 구조체(136)를 구비한 플라즈마 발생 장치에 의해 발생한 플라즈마(P)는 일종의 리모트 플라즈마로 이해될 수도 있다. 상기 파우더용 원자층 증착장치에서 플라즈마 장치는 라디칼, 이온, 전자등의 반응가스가 리모트 형태로 파우더에 공급될 수 있고, 접지 샤워헤드 홀을 통해 플라즈마가 직접적으로 공급될 수 있다.
한편, 챔버(110, 140)는 외부 반응기(110) 및 외부 반응기(110)의 내측에 장착 및 탈착이 가능하며 파우더(150)를 적재할 수 있는 내부 반응기(140)를 포함할 수 있다. 메쉬 구조체(130) 및 샤워헤드(134)는 외부 반응기(110) 내측에 위치하되 내부 반응기(140)의 하방에 배치될 수 있다. 즉, 메쉬 구조체(130) 및 샤워헤드(134)는 내부 반응기(140)의 하단 보다 더 낮은 레벨(level)에 위치할 수 있다. 원료가스 및 플라즈마화 될수 있는 가스는 외부 반응기(110)의 공급포트(170)를 통해 외부 반응기(110) 하부에 설치된 플라즈마를 발생시킬수 있는 샤워헤드를 통해 공급될 수 있다.
플라즈마를 발생시킬수 있는 방법은 DC방식 및 RF방식을 모두 포함하고, 교류 플라즈마를 발생시킬수 있는 주파수는 수kHz ~ 수GHz로 저주파 및 고주파 방식 모두 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 파우더용 원자층 증착 장치를 개요적으로 도해하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 파우더용 원자층 증착 장치(100)는 도 5에 도시된 구성과 접지 구조체(136)을 제외하고 동일하다.
즉, 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 파우더용 원자층 증착 장치(100)는 파우더(150)의 분산을 위하여, 원료가스, 퍼지가스 및 플라즈마화된 반응가스 중의 적어도 어느 하나 이상의 가스가 샤워헤드(134)를 통과하면서 파우더(150)에 제공되는 유량을 샤워헤드(134)의 분할된 각각의 영역에 따라 독립적으로 조절할 수 있도록 구성된 제어부(190); 를 포함한다. 나아가, 상기 파우더의 분산을 효과적으로 구현하기 위하여, 제어부(190)는 샤워헤드(134)의 분할된 각각의 영역에서 원료가스, 퍼지가스 및 플라즈마화된 반응가스 중의 적어도 어느 하나 이상의 가스가 샤워헤드(134)를 통과하면서 파우더(150)에 제공되는 유량을 시간에 따라 가변적으로 조절할 수 있다. 파우더의 분산을 위해 도입되는 제어부(190)가 조절하는 구성은 도 3과 도 4a 및 도 4b을 참조하여 설명한 내용과 동일하므로 여기에서는 생략한다.
메쉬 구조체(130)는 파우더(150)와 샤워헤드(134)가 직접 접촉하지 않도록 메쉬의 크기가 구성될 수 있다. 플라즈마화된 반응가스를 형성하기 위한 플라즈마(P)는 메쉬 구조체(130)와 샤워헤드(134) 사이의 공간에서 발생되며, 샤워헤드(134)는 상기 플라즈마(P)를 형성하기 위한 전극의 역할을 담당할 수 있다. 도 6에 도시된 플라즈마(P)는 다이렉트 플라즈마로 이해될 수 있다. 도 6에 도시된 그 외의 다른 구성요소들에 대한 설명은 도 5에서 설명한 내용과 동일하므로 여기에서는 생략한다.
도 5 및 도 6을 참조하여 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 파우더용 플라즈마 원자층 증착 장치의 반응기는 반응기 하부에 샤워헤드 장치를 통해 원료가스 및 플라즈마화 될수 있는 반응가스가 공급되는 것을 특징으로 한다. 내부 반응기에 장입된 파우더의 플라즈마 처리는 반응기 하부에 설치된 플라즈마 발생 장치를 통해 활성화된 플라즈마가 파우더 입자의 하부로 공급되고, 나아가, 각각의 파우더 사이 사이로 공급되어 상부 배기부로 배기되는 구조를 특징으로 한다. 반응기 내부에 장착된 플라즈마 발생장치는 용량 결합형 플라즈마 구조를 포함한다. 플라즈마 발생 장치의 구성요소인 전극에 파우더가 직접적으로 노출되지 않도록 내부 반응기에 파우더가 장입될 수 있는 파우더 크기 보다 작은 메쉬망을 구비하는 메쉬 구조체를 도입한다. 플라즈마 발생을 위한 전기장 형성을 위한 전극과 접지역할을 할 수 있는 접지 샤워헤드의 구성 조합에 따라 다이렉트 플라즈마 및 리모트 플라즈마를 선택적으로 발생시킬 수 있다. 예컨데 접지 샤워헤드를 제거하게 되면 다이렉트 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 접지 샤워헤드를 포함하게 되면 리모트 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
파우더용 증착 장치에서 플라즈마를 발생시키기 위해서는 다이렉트 플라즈마 발생 장치를 내부에 구성하거나, 외부에서 리모트 플라즈마 장치를 통해 리모트 형태로 공급하는 것을 우선 상정할 수 있으나, 반응기 내부의 상부 또는 하부에 용량 겹합형 다이렉트 플라즈마를 구성하게 되면 전극에 파우더가 부착되고 이에 따라 불균일한 플라즈마가 발생한다. 또한 파우더 내부까지 원활한 반응가스의 공급이 어렵고, 파우더 유동에 따른 전기적 컨택이 변동되어 플라즈마 발생이 원활하지 않아 플라즈마 원자층 증착을 수행하기 어렵다.
또한 리모트 플라즈마 발생 장치를 외부에 장착하여 플라즈마를 발생하기 위해서는 별도로 활성가스와 불활성가스 공급단계를 거쳐 플라즈마를 발생시켜야 하고, 많은 양의 가스를 공급해야 하는데, 많은 양의 가스를 공급하게 되면, 반응기 내부에 장입된 파우더가 배기 방향으로의 유실될 수 있고, 공정 중에 압력 상승에 따른 균일한 증착특성 및 배기와 퍼지 시간이 길어지게 되어, 생산성이 감소되는 단점이 있을 수 있다.
상술한 본 실시예의 플라즈마 원자층 증착 장치는 반응기 내부에 장입된 파우더의 하부에 용량 결합형 플라즈마 장치를 배치하여 플라즈마 발생시 전기적 쇼트 문제를 발생시키지 않고, 플라즈마화된 반응가스를 리모트 방식 및 다이렉트 방식으로 파우더 내부에 공급함으로써 짧은 플라즈마 발생시간 및 작은 양의 가스 공급을 통해 플라즈마 원자층 증착시간을 단축할 수 있고, 안정적인 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 종래의 서멀 원자층 증착방식에서는 낮은 온도에서 수행할 수 없는 산화막, 질화막 또는 금속 물질을 쉽게 형성할 수 있고, 플라즈마 원자층 증착법에 따른 우수한 박막을 구현할 수 있으며, 반응가스에 대한 짧은 퍼지 시간으로 인해 증착 처리시간이 감소되어 높은 생산성을 얻을 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 파우더용 원자층 증착 장치를 개요적으로 도해하는 도면이다.
도 1 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 파우더용 원자층 증착 장치(100)는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우더용 원자층 증착 장치(100)는 챔버(110, 140) 내에 원료가스, 퍼지가스 및 반응가스를 하방에서 상방으로 공급함으로써 파우더(150)에 제공하도록 챔버(110, 140)의 하방에 배치된 샤워헤드(134); 샤워헤드(134)의 상방에 배치되되, 파우더(150)를 적재할 수 있도록 구성된 메쉬 구조체(130); 원료가스, 퍼지가스 및 반응가스를 챔버(110, 140) 외부로 배기하도록 챔버(110, 140)의 상방에 배치된 적어도 하나 이상의 배기부(120); 및 파우더(150)의 분산을 위하여, 원료가스, 퍼지가스 및 반응가스 중의 적어도 어느 하나 이상의 가스가 샤워헤드(134)를 통과하면서 파우더(150)에 제공되는 유량을 샤워헤드(134)의 분할된 각각의 영역에 따라 독립적으로 조절할 수 있도록 구성된 제어부(190); 를 포함한다. 나아가, 상기 파우더의 분산을 효과적으로 구현하기 위하여, 제어부(190)는 샤워헤드(134)의 분할된 각각의 영역에서 원료가스, 퍼지가스 및 반응가스 중의 적어도 어느 하나 이상의 가스가 샤워헤드(134)를 통과하면서 파우더(150)에 제공되는 유량을 시간에 따라 가변적으로 조절할 수 있다.
한편, 본 실시예에서, 상기 적어도 하나 이상의 배기부(120)는 복수의 배기부(120a, 120b)를 포함하며, 파우더(150)의 분산을 위하여, 제어부(190)는 복수의 배기부(120a, 120b)의 각각의 개도율을 독립적으로 조절할 수 있다. 나아가, 파우더(150)의 분산을 더욱 효과적으로 구현하기 위하여, 제어부(190)는 복수의 배기부(120a, 120b)의 각각의 개도율을 시간에 따라 가변적으로 조절할 수 있다.
제 1 배기부(120a)는 제 1 밸브(124a) 및 제 1 압력조절장치(122a)를 구비하며, 제 2 배기부(120b)는 제 2 밸브(124b) 및 제 2 압력조절장치(122b)를 구비한다. 주 배기라인에 분기된 각 배기라인의 밸브 및 압력조절 장치를 통하여, 하부의 샤워헤드에 공급되는 원료가스 및 반응가스, 퍼지가스를 배기방향을 조절하여, 장입된 파우더의 위치를 전반적으로 원하는 방향으로 변화시켜 파우더의 분산을 통한 파우더의 균일한 증착을 구현할 수 있다.
그 외의 다른 구성요소에 대한 설명은 도 2에 도시된 동일한 참조부호를 가지는 구성요소에 대한 설명과 동일하다.
제어부(190)에 의한 배기부(120)의 독립적, 가변적인 조절 방법은 다양한 조합의 예시들이 가능하다.
예를 들어, 도 3에서 설명한 원자층 증착 방법에서, 상기 흡착단계(S210), 상기 제 1 퍼지단계(S220), 상기 반응단계(S230) 및 상기 제 2 퍼지단계(S240) 중의 적어도 어느 하나의 단계는 제 1 배기부(120a)와 제 2 배기부(120b)를 동시에 오픈(open)하여 수행할 수 있다(실시예8).
또는, 상기 흡착단계(S210), 상기 제 1 퍼지단계(S220), 상기 반응단계(S230) 및 상기 제 2 퍼지단계(S240) 중의 앞의 일부 단계들은 제 1 배기부(120a)만 오픈(open)하고 제 2 배기부(120b)는 클로즈(close)한 상태로 수행한 후, 나머지 뒤의 단계들은 제 1 배기부(120a) 및 제 2 배기부(120b)를 모두 오픈(open)하여 수행할 수 있다(실시예9).
또는, 상기 흡착단계(S210), 상기 제 1 퍼지단계(S220), 상기 반응단계(S230) 및 상기 제 2 퍼지단계(S240) 중의 적어도 어느 하나의 단계는 제 1 배기부(120a)의 제 1 압력조절장치(122a)를 100% 오픈(open)하고, 제 2 배기부(120b)의 제 2 압력조절장치(122b)를 50%만 오픈(open)하여 상이한 컨덕턴스(conductance)를 구현하도록 조절하여 수행할 수 있다(실시예10).
또는, 상기 흡착단계(S210), 상기 제 1 퍼지단계(S220), 상기 반응단계(S230) 및 상기 제 2 퍼지단계(S240) 중의 적어도 어느 하나의 단계는 제 1 배기부(120a)의 제 1 압력조절장치(122a)를 50%만 오픈(open)하고, 제 2 배기부(120b)의 제 2 압력조절장치(122b)를 100% 오픈(open)하여 상이한 컨덕턴스(conductance)를 구현하도록 조절하여 수행할 수 있다(실시예11).
또는, 상기 흡착단계(S210), 상기 제 1 퍼지단계(S220), 상기 반응단계(S230) 및 상기 제 2 퍼지단계(S240) 중의 적어도 어느 하나의 단계는 제 1 배기부(120a)와 제 2 배기부(120b)의 오픈(open)/클로즈(close) 상태를 서로 반대로 설정하여 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 흡착단계(S210)에서는 제 1 배기부(120a)는 오픈(open) 상태로 설정하고 제 2 배기부(120b)는 클로즈(close) 상태로 설정하여 수행하고, 상기 제 1 퍼지단계(S220)에서는 제 1 배기부(120a)는 클로즈(close) 상태로 설정하고 제 2 배기부(120b)는 오픈(open) 상태로 설정하여 수행하고, 상기 반응단계(S230)에서는 제 1 배기부(120a)는 오픈(open) 상태로 설정하고 제 2 배기부(120b)는 클로즈(close) 상태로 설정하여 수행하고, 상기 제 2 퍼지단계(S240)에서는 제 1 배기부(120a)는 클로즈(close) 상태로 설정하고 제 2 배기부(120b)는 오픈(open) 상태로 설정하여 수행할 수 있다(실시예12).
상술한 다양한 실시예들의 조합은 도 3에 도시된 단위사이클(S200)을 복수회로 반복하여 수행하는 과정에서도 다양한 조합으로 적용될 수 있다. 예를 들어, 첫번째 단위사이클을 수행하는 과정에서는 상기 흡착단계(S210), 상기 제 1 퍼지단계(S220), 상기 반응단계(S230) 및 상기 제 2 퍼지단계(S240) 중의 적어도 어느 하나의 단계는 상술한 실시예8을 적용하며, 두번째 단위사이클을 수행하는 과정에서는 상기 흡착단계(S210), 상기 제 1 퍼지단계(S220), 상기 반응단계(S230) 및 상기 제 2 퍼지단계(S240) 중의 적어도 어느 하나의 단계는 상술한 실시예9를 적용하며, 세번째 단위사이클을 수행하는 과정에서는 상기 흡착단계(S210), 상기 제 1 퍼지단계(S220), 상기 반응단계(S230) 및 상기 제 2 퍼지단계(S240) 중의 적어도 어느 하나의 단계는 상술한 실시예12를 적용할 수 있다.
상술한 제어부(190)의 구성에 의하면, 샤워헤드 내부의 확산공간을 독립적인 여러 개의 공간으로 분리하여 해당 영역에 강제로 원하는 유량의 가스를 주입하고, 배기방향을 변경하여, 파우더의 특성, 양, 공정 특성에 따라 파우더의 분산을 용이 하게 할수 있도록 개별적으로 최적화할 수 있으며 파우더의 장입 위치, 파우더의 양, 무게에 따라 적체되는 부분 없이 파우더를 분산시켜 균일한 파우더의 원자층 증착을 수행할 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 변형된 다른 실시예에 따른 파우더용 플라즈마 원자층 증착 장치를 개요적으로 도해하는 도면이다.
도 8 및 도 9에 도시된 파우더용 플라즈마 원자층 증착 장치에 대한 설명은 도 7에 도시된 파우더용 원자층 증착 장치를 기준으로 파우더 반응기에 플라즈마 발생 장치 구성을 제공한 것이다. 이에 대한 상세한 설명은 도 5 및 도 6에 도시된 파우더용 플라즈마 원자층 증착 장치에서 충분히 설명하였으로, 이에 대한 설명으로 대체한다.
지금까지 본 발명의 기술적 사상에 따른 다양한 실시예들에 따른 파우더용 원자층 증착 장치를 설명하였다. 그러나, 본 발명이 도 2, 도 5, 도 6, 도 7, 도 8에 도시된 파우더용 원자층 증착 장치의 구성에 한정되는 것은 아니며, 이들의 다양한 조합에 따른 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 도 10에 도시된 파우더용 플라즈마 원자층 증착 장치는 도 8에 도시된 장치와 도 2에 도시된 장치의 조합으로 구현되는 파우더용 원자층 증착 장치로서, 챔버(110, 140) 내에 원료가스, 퍼지가스 및 반응가스를 하방에서 상방으로 공급함으로써 파우더(150)에 제공하도록 챔버(110, 140)의 하방에 배치된 샤워헤드(134); 샤워헤드(134)의 상방에 배치되되, 파우더(150)를 적재할 수 있도록 구성된 메쉬 구조체(130); 원료가스, 퍼지가스 및 반응가스를 챔버(110, 140) 외부로 배기하도록 챔버(110, 140)의 상방에 배치된 복수의 배기부(120a, 120b); 및 파우더(150)의 분산을 위하여, 원료가스, 퍼지가스 및 반응가스 중의 적어도 어느 하나 이상의 가스가 샤워헤드(134)를 통과하면서 파우더(150)에 제공되는 유량을 샤워헤드(134)의 분할된 각각의 영역에 따라 독립적으로 조절하며, 복수의 배기부(120a, 120b)의 각각의 개도율을 독립적으로 조절할 수 있도록 구성된 제어부(190); 를 포함한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100 : 파우더용 원자층 증착 장치
110 : 외부반응기
120 : 배기부
130 : 메쉬 구조체
134 : 샤워헤드
136 : 접지 구조체
140 : 내부반응기
150 : 파우더
190 : 제어부

Claims (5)

  1. 챔버 내에 원료가스, 퍼지가스 및 반응가스를 하방에서 상방으로 공급함으로써 파우더에 제공하도록 상기 챔버의 하방에 배치된 샤워헤드;
    상기 샤워헤드의 상방에 배치되되, 상기 파우더를 적재할 수 있도록 구성된 메쉬 구조체;
    원료가스, 퍼지가스 및 반응가스를 챔버 외부로 배기하도록 상기 챔버의 상방에 배치된 복수의 배기부; 및
    상기 파우더의 분산을 위하여, 상기 복수의 배기부의 각각의 개도율을 독립적으로 조절할 수 있도록 구성된 제어부;를 포함하는,
    파우더용 원자층 증착 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 파우더의 분산을 위하여, 상기 제어부는 원료가스, 퍼지가스 및 반응가스 중의 적어도 어느 하나 이상의 가스가 상기 샤워헤드를 통과하면서 상기 파우더에 제공되는 유량을 상기 샤워헤드의 분할된 각각의 영역에 따라 독립적으로 조절할 수 있으며,
    상기 파우더의 분산을 위하여, 상기 제어부는 상기 샤워헤드의 분할된 각각의 영역에서 상기 유량을 시간에 따라 가변적으로 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는,
    파우더용 원자층 증착 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 샤워헤드의 분할된 각각의 영역은 샤워헤드의 중심으로부터 샤워헤드의 테두리까지 신장된 영역인 것을 특징으로 하는,
    파우더용 원자층 증착 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 샤워헤드의 분할된 각각의 영역은 샤워헤드의 중심을 기준으로 한 동심원을 경계로 하는 것을 특징으로 하는,
    파우더용 원자층 증착 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 파우더의 분산을 위하여, 상기 제어부는 상기 복수의 배기부의 각각의 개도율을 시간에 따라 가변적으로 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는,
    파우더용 원자층 증착 장치.
KR1020200139433A 2018-10-05 2020-10-26 파우더용 원자층 증착 장치 KR102318812B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200139433A KR102318812B1 (ko) 2018-10-05 2020-10-26 파우더용 원자층 증착 장치

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180118624A KR102173461B1 (ko) 2018-10-05 2018-10-05 파우더용 원자층 증착 장치
KR1020200139433A KR102318812B1 (ko) 2018-10-05 2020-10-26 파우더용 원자층 증착 장치

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180118624A Division KR102173461B1 (ko) 2018-10-05 2018-10-05 파우더용 원자층 증착 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200127132A true KR20200127132A (ko) 2020-11-10
KR102318812B1 KR102318812B1 (ko) 2021-10-29

Family

ID=73548898

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200139433A KR102318812B1 (ko) 2018-10-05 2020-10-26 파우더용 원자층 증착 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102318812B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220109210A (ko) * 2021-01-28 2022-08-04 (주)아이작리서치 원자층 증착 장치의 가스 처리 장치 및 이를 갖는 파우더용 원자층 증착 장치

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090012395A (ko) * 2007-07-30 2009-02-04 주식회사 아이피에스 박막증착장치
KR20120045149A (ko) * 2010-10-29 2012-05-09 주식회사 케이씨텍 원자층 증착장치의 샤워헤드
KR20140107843A (ko) 2013-02-28 2014-09-05 현대자동차주식회사 다방향 순차적 소스 공급을 통한 파우더 상 균일 ald 공정 장치
KR20150013296A (ko) * 2012-05-14 2015-02-04 피코순 오와이 원자층 증착 카트리지를 이용하는 분말 입자 코팅
JP2017112371A (ja) * 2015-12-14 2017-06-22 ラム リサーチ コーポレーションＬａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ シャワーヘッドアセンブリ

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090012395A (ko) * 2007-07-30 2009-02-04 주식회사 아이피에스 박막증착장치
KR20120045149A (ko) * 2010-10-29 2012-05-09 주식회사 케이씨텍 원자층 증착장치의 샤워헤드
KR20150013296A (ko) * 2012-05-14 2015-02-04 피코순 오와이 원자층 증착 카트리지를 이용하는 분말 입자 코팅
KR20140107843A (ko) 2013-02-28 2014-09-05 현대자동차주식회사 다방향 순차적 소스 공급을 통한 파우더 상 균일 ald 공정 장치
JP2017112371A (ja) * 2015-12-14 2017-06-22 ラム リサーチ コーポレーションＬａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ シャワーヘッドアセンブリ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220109210A (ko) * 2021-01-28 2022-08-04 (주)아이작리서치 원자층 증착 장치의 가스 처리 장치 및 이를 갖는 파우더용 원자층 증착 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR102318812B1 (ko) 2021-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7138336B2 (en) Plasma enhanced atomic layer deposition (PEALD) equipment and method of forming a conducting thin film using the same thereof
KR102173461B1 (ko) 파우더용 원자층 증착 장치
KR102535094B1 (ko) 반도체 제조에서 플라즈마 프로세스 공간을 제어하도록 전기적 비대칭 효과를 사용하기 위한 시스템들 및 방법들
WO2020017328A1 (ja) プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
KR102024983B1 (ko) 성막 방법
KR100943695B1 (ko) 원자층 증착 반응기
KR100936694B1 (ko) 플라즈마 발생부를 구비하는 원자층 증착 장치
US20060137608A1 (en) Atomic layer deposition apparatus
US20130263783A1 (en) Atomic layer deposition reactor
CN113557797B (zh) 等离子体处理装置和等离子体处理方法
CN109524289B (zh) 批量型等离子体衬底处理设备
US10121680B2 (en) Substrate processing apparatus
US20160326651A1 (en) Substrate processing apparatus
CN109659214A (zh) 批次型等离子体衬底处理装置
KR20030011399A (ko) 플라즈마 강화 원자층 증착 장치 및 이를 이용한 박막형성방법
KR102318812B1 (ko) 파우더용 원자층 증착 장치
US20240133031A1 (en) Film forming device and film forming method
KR102174708B1 (ko) 파우더용 플라즈마 원자층 증착 장치
WO2023224784A1 (en) Hardware to uniformly distribute active species for semiconductor film processing
KR20040048618A (ko) 원자층 증착 장치
KR20220049925A (ko) 기판처리장치
KR20200019065A (ko) 기판처리장치

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)