WO2014109535A1 - 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치 - Google Patents

고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치 Download PDF

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    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3244—Gas supply means

Definitions

  • the present invention relates to a high-speed remote plasma atomic layer deposition apparatus, and more particularly, to a high-speed remote plasma atomic layer deposition apparatus capable of ensuring fast throughput since the atomic layer is deposited using a long-distance plasma formed in a spatial division method. will be.
  • a semiconductor device, a flat panel display device, and the like go through various manufacturing processes, and among them, a process of depositing a thin film required on a substrate such as a wafer or glass is inevitably performed.
  • sputtering chemical vapor deposition (CVD), atomic layer deposition (ALD) and the like are mainly used.
  • CVD chemical vapor deposition
  • ALD atomic layer deposition
  • atomic layer deposition is a nanoscale thin film deposition technique using chemical adsorption and desorption of monoatomic layers. Each reactant is individually separated and supplied to the chamber in a pulsed form. It is a new concept of thin film deposition technology using chemical adsorption and desorption by surface saturation reaction.
  • the atomic layer deposition apparatus has a problem that the device is complicated because it requires a separate device in addition to the device for injecting the source gas, the reaction gas to adjust or control the pressure in the reaction chamber.
  • the conventional remote plasma atomic layer deposition technique using a remote plasma instead of a reaction gas is a time division method in which the source gas and the remote plasma are reacted to the substrate in order (time order) as time passes.
  • time order time passes.
  • the present invention provides a high speed remote plasma deposition apparatus capable of performing exhaust and intake of source gas in one unit.
  • the present invention provides a high-speed remote plasma deposition apparatus capable of reacting a source gas and a remote plasma to a substrate in a space division method.
  • the present invention provides a high speed remote plasma atomic layer deposition apparatus capable of ensuring fast throughput.
  • a high-speed remote plasma atomic layer deposition apparatus including: a source gas unit supplying a gas to a substrate; A plasma unit generating a plasma on the substrate; And a gas suction unit provided between the source gas unit and the plasma unit to suck the source gas, wherein the substrate has a length direction of at least one of the source gas unit, the plasma unit, or the gas suction unit. And relative movement in a direction intersecting with.
  • the plasma unit the plasma generating tube formed in the lower opening state; A plasma electrode provided on the plasma generating tube; A power grid formed at an open lower end of the plasma generation tube; And a shower head attached to a lower portion of the power grid.
  • a gas injection unit having a gas supply passage for supplying a plasma generation gas may be formed at an upper end of the plasma generation tube.
  • the lower end of the gas injection unit may be formed to be opened toward the power grid.
  • a plasma discharge part may be formed in the power grid and the shower head.
  • the plasma discharge portion may be formed in the form of a hole or a slit.
  • the plasma generation unit may be formed as a slit formed in a direction orthogonal to the movement direction of the substrate.
  • the plasma electrode may generate any one of a capacitive plasma, an inductive plasma, or a direct current pulse plasma.
  • the source gas unit and the plasma unit may be formed to be spatially divided.
  • the source gas unit may include a gas supply pipe in which a gas supply flow path is formed, and a gas exhaust pipe in which a pressure relaxation part communicating with the gas supply flow path is formed.
  • the internal volume of the pressure relief part may be larger than the internal volume of the gas supply passage.
  • the gas suction part may be integrally formed with the source gas unit, and the gas suction part may include a gas suction pipe surrounding at least a portion of an outer circumferential surface of the gas exhaust pipe so that a gas suction path is formed therein.
  • the bottom end of the gas intake pipe may extend longer downward than the bottom end of the gas exhaust pipe.
  • a vacuum exhaust unit may be formed at one side of the plasma unit to face the source gas unit or the gas suction unit.
  • a purge tube may be formed between the plasma unit and the vacuum exhaust unit.
  • the source gas unit, the plasma unit and the gas suction unit further comprises a chamber for forming a reaction space sealed therein to be located therein, the gas suction unit may be formed in the chamber.
  • the high-speed remote plasma atomic layer deposition apparatus can be expected to increase the productivity and can be applied to the display field because it is easy to enlarge.
  • the high-speed long-range plasma atomic layer deposition apparatus can easily control the basic pressure or the process pressure before the deposition revolution or during the process, and can control the process pressure by discharging the gas remaining after the deposition process to the outside of the chamber. Therefore, the configuration of the device can be prevented from becoming complicated.
  • the high-speed remote plasma atomic layer deposition apparatus sprays the source gas toward the substrate using a source gas unit having a pressure relief unit, so that the source gas can be evenly and uniformly sprayed, thereby increasing the deposition quality. have.
  • the high speed remote plasma atomic layer deposition apparatus can obtain fast throughput and increase yield because the atomic layer is deposited in a manner that spatially divides the supply of the source gas and the supply of the remote plasma.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a high speed remote plasma atomic layer deposition apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an interior of the atomic layer deposition apparatus of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating a source gas unit used in the atomic layer deposition apparatus of FIG. 1, in which a gas suction unit is integrally formed with the source gas unit.
  • 4A and 4B are lateral and longitudinal cross-sectional views of the source gas unit according to FIG. 3.
  • 5A and 5B are a perspective view and a cross-sectional view of the plasma unit used in the atomic layer deposition apparatus according to FIG.
  • FIGS. 5A and 5B are cross-sectional views illustrating a plasma unit and a power unit connected thereto according to FIGS. 5A and 5B.
  • 7A to 7C are plan views illustrating electrode shapes of the plasma unit according to FIG. 5.
  • FIGS. 8 to 11 are schematic views showing modifications of the high speed remote plasma atomic layer deposition apparatus according to the present invention.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a high-speed remote plasma atomic layer deposition apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the inside of the atomic layer deposition apparatus according to FIG. 1
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the plasma unit and power supply connected thereto according to FIGS. 5A and 5B
  • FIG. 7A. 7C are a plan view showing the electrode form of the plasma unit according to FIG. 5, and FIGS. 8 to 11 are schematic views showing modifications of the high-speed remote plasma atomic layer deposition apparatus according to the present invention. to be
  • the high-speed remote plasma atomic layer deposition apparatus 100 may be provided to a source gas unit 130 and a substrate 110 that supply gas to the substrate 110.
  • a gas suction unit provided between the plasma unit 140 and the source gas unit 130 and the plasma unit 140 for generating a plasma to suck the source gas, and the substrate 110 includes a source gas unit 130,
  • the plasma unit 140 or the gas suction unit may be provided to move relative to the direction crossing the longitudinal direction of at least one.
  • the substrate 110 on which the atomic layer is deposited, the source gas unit 130, and the plasma unit 140 may move relative to each other.
  • the atomic layer may be deposited even when the size or length of the 110 is long, that is, a large substrate.
  • the atomic layer deposition apparatus 100 may create a condition for depositing an atomic layer if at least the source gas unit 130 and the plasma unit 140 are provided at least.
  • one source gas unit 130 is provided, two plasma units 140 are provided, and two vacuum exhaust units 150 are provided.
  • the number of the source gas unit 130, the plasma unit 140, and the vacuum exhaust unit 150 may be further enlarged.
  • at least one atomic layer deposition process may be performed in the form of the plasma unit 140, the source gas unit 130, and the plasma unit 140.
  • such an arrangement may include process requirements, yield, and throughput. It may be modified in various ways.
  • the fast remote plasma atomic layer deposition apparatus 100 may include a source gas unit 130 for supplying a source gas to the surface of the substrate 110.
  • the plasma unit 140 may be disposed on one side or both sides of the source gas unit 130 in the longitudinal direction.
  • the substrate 110 may move in the direction TD crossing the length direction of the source gas unit 130 or the plasma unit 140, or the source gas unit 130 or the plasma unit 140 may move.
  • the substrate 110 may be provided to relatively move in a direction TD crossing the length direction of at least one of the source gas unit 130 or the plasma unit 140. By configuring in this way, the throughput of the atomic layer deposition process can be improved.
  • the source gas is exhausted to deposit an atomic layer on the upper surface or the surface of the substrate 110. It may include at least one source gas unit 130 for suction.
  • exhaust means that the source gas is injected or blown to the surface of the substrate 110
  • intake means that the remaining source gas is suctioned (suction) from the surface of the substrate 110 without being involved in the reaction It means to discharge.
  • the substrate 110 is transferred while the source gas unit 130 or the plasma unit 140 is fixed, or the source gas unit 130 or the plasma unit 140 is transferred while the substrate 110 is fixed,
  • the substrate 110 and the source gas unit 130 or the plasma unit 140 may be transferred together.
  • the substrate 110 and the source gas unit 130 or the plasma unit 140 are transferred together, they move in opposite directions. Therefore, in either case, the substrate 110 and the source gas unit 130 or the plasma unit 140 move relative to each other.
  • Such a relative direction of movement TD is shown in FIGS. 1 and 2.
  • the substrate 110 may move relative to the source gas unit 130 or the plasma unit 140 in both directions, even when processing a large area substrate. No workspace is required.
  • the foot print can be shortened by shortening the relative movement distance of the substrate 110 with respect to the source gas unit 130 or the plasma unit 140, the large-area substrate can be easily processed. .
  • the substrate temperature variable part 120 may be provided below the substrate 110.
  • the substrate temperature variable part 120 may raise or lower the temperature of a portion of the substrate to which the first gas (source gas) is supplied.
  • the substrate temperature variable part 120 does not change the temperature of the entire substrate 110. Because it is variable, it can prevent thermal diffusion, reduced lifespan, and physical deformation, which may be a side problem due to temperature change.
  • the substrate temperature variable part 120 may have a form such as a heater or a cooling pad.
  • the source gas unit 130 or the plasma unit 140 of the atomic layer deposition apparatus 100 is preferably disposed at the same or a predetermined distance along the relative movement direction (TD). However, this separation may be adjusted in consideration of the time required for each reaction process step.
  • the bottom end of the source gas unit 130 or the plasma unit 140 preferably maintains a predetermined distance G from the surface of the substrate 110. More specifically, the lowermost end of the source gas unit 130 or the plasma unit 140 should maintain a predetermined distance G from the surface of the substrate 110. It is preferable that the said gap G does not exceed 20 mm. However, the distance G is not limited to 20 mm and may be determined in consideration of the overlap of the plasma.
  • the source gas unit 130 includes a gas supply pipe 131 having a gas supply passage 135 for supplying a source gas therein and a pressure relief unit 138 communicating with the gas supply passage 135 formed therein. It may include an exhaust pipe 134.
  • the gas suction part sucks and discharges source gas not involved in the reaction, and the source gas unit 130 and the gas suction part may be formed separately or may be integrally formed.
  • the atomic layer deposition apparatus 100 illustrated in FIGS. 1 to 4A and 4B is a case in which a gas suction unit is integrally formed in the source gas unit 130.
  • the gas suction unit is integrally formed with the source gas unit 130, and the gas suction unit 132 surrounds at least a portion of an outer circumferential surface of the gas exhaust pipe 134 so that the gas suction passage 139 is formed therein. It may include. That is, the gas suction part may be formed to surround the gas exhaust pipe 134 and may have a form of the gas suction pipe 132 integrally formed in the source gas unit 130.
  • the gas supply pipe 131 through which the source gas supplied from the external gas supply unit 160 passes is formed to protrude from the gas intake pipe 132 to the outside, and the gas exhaust pipe 134 is disposed inside the gas intake pipe 132. Can be formed. As shown in FIG. 1, the gas supply pipe 131 may be formed to be positioned inside the suction gas collecting unit 169.
  • the gas supply pipe 131 may be formed on the opposite side of the gas exhaust pipe 134 based on the gas intake pipe 132.
  • the cross-sectional size (diameter or area) of the gas supply pipe 131 is preferably smaller than the gas exhaust pipe 134 and the gas intake pipe 132.
  • the gas supply passage 135 may be formed in the gas supply pipe 131 so as to communicate in the longitudinal direction thereof.
  • At least one gas supply port 131a connected to the gas supply unit 160 may be formed at an uppermost end of the gas supply pipe 131.
  • the gas supply pipe 161 may communicate with the gas supply passage 135 through the gas supply port 131a.
  • both ends of the source gas unit 130 may be formed in a blocked state.
  • At least one gas supply nozzle 136 may be formed between the gas supply pipe 131 and the gas exhaust pipe 134 to communicate the gas supply passage 135 and the pressure relief 138.
  • the gas supply passage 135 and the pressure relief unit 138 may communicate with each other by the gas supply nozzle 136.
  • the gas supply passage 135, the gas supply nozzle 136, and the pressure relief unit 138 communicate with each other, but the gas intake passage 139 does not communicate with each other.
  • the gas supply passage 135, the gas supply nozzle 136, and the pressure releasing unit 138 are portions that are involved in the exhaust of the gas, and the gas intake passages 139 are portions that are involved in the intake of the gas, so that they do not communicate with each other. do.
  • the internal volume of the pressure relief unit 138 may be larger than the internal volume of the gas supply passage 135.
  • the pressure releasing unit 138 is a portion of a flow path through which the gas introduced through the gas supply passage 135 and the gas supply nozzle 136 flows, so that the gas passed through the narrow and small gas supply nozzle 136 can sufficiently remain. It is a part that has a relatively large volume.
  • the pressure of the gas is increased.
  • the pressure of the gas may be lowered while filling the pressure releasing unit 138 having a relatively large volume or space.
  • the gas whose pressure is reduced while filling the pressure releasing unit 138 is exhausted (injected) toward the substrate 110. In this process, the gas may be exhausted at an even pressure over the entire length of the source gas unit 130.
  • the pressure difference between the substrate 110 and the pressure releasing unit 138 is uniformly distributed over the entire length of the source gas unit 130. Gas can be injected.
  • the pressure releasing unit 138 is a part of the flow path formed to temporarily hold the gas having a high pressure to lower the pressure and to evenly inject the gas.
  • the pressure releasing unit 138 may have a form in which the cross-sectional structure is enlarged or enlarged, and the form is not limited to the shape of a jar as shown.
  • At least one gas exhaust port 132a connected to the vacuum pumping unit 170 may be formed in the gas intake pipe 132.
  • the gas exhaust port 132a is enclosed to be sealed by the suction gas collecting unit 169, and the suction gas collecting unit 169 may be connected to the vacuum pumping unit 170.
  • the gas exhaust port 132a formed in the gas intake pipe 132 is a port for discharging the source gas to the outside and may be connected to the vacuum pumping unit 170.
  • the gas passing through the gas exhaust port 132a may be discharged after filling the suction gas collecting unit 169 by leaving the source gas unit 130 by the vacuum pumping unit 170.
  • the gas exhaust port 132a may be directly connected to the vacuum pipe 172 without the suction gas collecting unit 169 being drawn out to take out the sucked gas.
  • FIG. 4B is a cross-sectional view along the cutting line "A-A" in FIG. 4A.
  • 4A is a longitudinal cross-sectional view of the source gas unit 130.
  • gas supply nozzles 136 are formed, only one gas supply nozzle 136 may be formed.
  • At least one gas exhaust unit 137 may be formed in the gas exhaust pipe 134 along its longitudinal direction.
  • the gas exhaust unit 137 is an outlet for discharging the gas filling the pressure relief unit 138 to the outside of the source gas unit 130.
  • the gas exhaust unit 137 has a form in communication with the outside and the pressure relief unit 138.
  • the gas intake passage 139 may be formed so that the space is partitioned by the gas supply nozzle 136. As shown in FIG. 4B, the gas intake passage 139 formed between the gas intake pipe 132 and the gas exhaust pipe 134 is divided into two spaces by the gas supply nozzle 136. At this time, the gas intake passage 139 is preferably partitioned symmetrically by the gas supply nozzle (136).
  • the gas exhaust pipe 134 may include an exhaust guide 137a extending to the gas exhaust part 137 toward the outside of the gas exhaust pipe 134. As shown in FIG. 4, the exhaust guide 137a extends downwardly in which the substrate 110 is positioned so that the gas passing through the gas exhaust unit 137 can contact the substrate 110 as much as possible. I can guide you.
  • the exhaust guide 137a may be formed on both sides of the exhaust guide 137a so as to be symmetrical with respect to an imaginary line passing through the center of the gas supply nozzle 136, so that the angle between the exhaust guides 137a formed on both sides becomes larger toward the bottom, The gas passing through the exhaust guide 137a may be guided to reach the substrate 110 while spreading.
  • the gas exhaust unit 137 may include at least one hole or slit formed between the exhaust guides 137a.
  • the gas exhaust part 137 is formed of a plurality of holes, according to the pressure magnitude or the difference according to the position in the gas exhaust flow path 138, it is preferable to increase the size of the hole or decrease the gap between the holes in the small pressure portion. desirable.
  • the gas exhaust portion 137 is formed of a single slit, it is preferable to increase the width of the slit in a portion having a small pressure depending on the pressure magnitude or the difference according to the position in the gas exhaust passage 139.
  • a gas intake unit 133 is formed between the circumferential end 133a of the gas intake pipe 132 and one end of the exhaust guide 137a, and the gas intake unit 133 is a gas exhaust pipe 134 or a gas intake pipe ( It may be located symmetrically with respect to the gas exhaust 137 along the circumferential direction of the 132.
  • the circumferential end 133a of the gas intake pipe 132 forming the gas intake unit 133 may have a shape bent toward the exhaust guide 137a.
  • the bottom end 133a of the gas intake pipe 132 may extend longer than the bottom end 137a of the gas exhaust pipe 134.
  • the bottom end 133a of the gas intake pipe 132 may extend further by a predetermined length t below the bottom end 137a of the gas exhaust pipe 134.
  • the protruding length t is preferably about 3 mm.
  • the lower end 133a of the gas intake pipe 132 extends longer than the lower end 137a of the gas exhaust pipe 134 so that the exhausted source gas can be sucked back before passing through the source gas unit 130. .
  • a vacuum exhaust unit 150 may be formed at one side of the plasma unit 140 to face the source gas unit 130 or the gas suction unit.
  • the vacuum exhaust unit 150 forms a vacuum on the surface of the substrate 110 and may be connected to the vacuum pumping unit 170 and the vacuum pipe 171.
  • the plasma unit 140 positioned between the source gas unit 130 and the vacuum exhaust unit 150 generates a long distance plasma and supplies it to the surface of the substrate 110.
  • the plasma unit 140 is formed at the lower end of the plasma generating tube 142, the plasma electrode 143 provided on the upper portion of the plasma generating tube 142, and the opening of the plasma generating tube 142. It may include a power grid 144 and a showerhead 145 attached to a lower portion of the power grid 144.
  • the high speed remote plasma atomic layer deposition apparatus 100 includes a plasma unit 140 having a form similar to that of the source gas unit 130, that is, a pipe or bar form. There is one feature to depositing an atomic layer by use.
  • the plasma unit 140 has a substantially rectangular cross section because the cross section of the plasma unit 140 is limited by the shape of the plasma electrode 143.
  • the plasma generating tube 142 has a substantially rectangular tube shape having a predetermined space filled with the plasma P therein, and the longitudinal direction thereof is perpendicular to the movement direction TD of the substrate 110.
  • a gas injection unit 141 having a gas supply passage 141a therein may be formed at an upper end of the plasma generating tube 142.
  • the gas supplied through the gas injection unit 141 connected to the plasma reactive gas supply unit (not shown) provided separately may flow through the gas supply passage 141a and be supplied into the plasma generation tube 142.
  • the lower end 142a of the gas injection unit 141 may be formed to be opened toward the power grid 144. Gas flows into the plasma generating tube 142 through the opened portion of the gas injection unit 141.
  • the plasma electrode 143 provided on the ceiling side of the plasma generating tube 142 is preferably formed to cover the entire longitudinal direction of the plasma generating tube 142.
  • the plasma electrode 143 may be connected to the impedance matching unit 182 and the RF power source 181 provided outside the plasma generating tube 142.
  • the RF power source 181 preferably supplies an AC power source having a frequency of 13.56 MHz.
  • the plasma electrode 143 may have various forms. That is, as shown in FIGS. 7A to 7C, the plasma electrode 143 may be formed to generate any one of capacitive plasma (CCP), inductive plasma (ICP), or DC pulsed plasma. Can be.
  • CCP capacitive plasma
  • ICP inductive plasma
  • DC pulsed plasma Can be.
  • the plasma electrode 143a may generate capacitive plasma by using a plasma electrode 143a having a shape similar to that of the plasma generating tube 142, that is, a rectangle having a length longer than the width, and the AC power source 181a.
  • the plasma electrode 143b is formed of an approximately C-shaped antenna electrode, and two antenna electrodes facing each other are used, and an inductive plasma can be generated using an AC power source 181b connected to each antenna electrode. .
  • a DC pulsed plasma may be generated using a rectangular electrode 143c and a DC power source 181c connected thereto.
  • the power grid (144) formed in the lower opening of the plasma generating tube 142 may be connected to the grid power supply (183).
  • the grid power supply 183 may be a DC power source or an RF power source.
  • a showerhead 145 may be formed under the power grid 144.
  • the reaction gas supplied into the plasma generating tube 142 forms the plasma P by an electrochemical reaction with the plasma electrode 143 and the power grid 144.
  • the far plasma thus produced may be supplied to the substrate 110 and may react with the source gas to form an atomic layer on the surface of the substrate 110.
  • Plasma discharge portions 146 and 147 may be formed in the power grid 144 and the showerhead 145. That is, the first plasma discharge unit 147 may be formed in the power grid 144, and the second plasma discharge unit 146 may be formed in the shower head 145 so that the plasma may be supplied toward the substrate 110. have. At this time, it is preferable that the first / second plasma discharge portions 146 and 147 communicate with each other.
  • the plasma discharge parts 146 and 147 may be formed in the form of holes or slits. When the plasma discharge portions 146 and 147 have the shape of holes, the plasma discharge portions 146 and 147 should be formed evenly over the entire lower portion of the plasma generating tube 142.
  • the plasma generators 146 and 147 may be formed in a direction orthogonal to the movement direction TD of the substrate 110. That is, the slit-type plasma generating units 146 and 147 may be formed along the longitudinal direction of the plasma generating tube 142. If formed along the longitudinal direction of the plasma generating tube 142, it is possible to supply a plasma having an even distribution according to the entire area of the substrate 110. That is, the uniformity of the plasma can be improved.
  • a source gas unit 130 supplying a source gas and a plasma unit 140 supplying a plasma are separated from each other. Or it is formed in the form of a bar to form an atomic layer.
  • the source gas unit 130 and the plasma unit 140 of the atomic layer deposition apparatus 100 according to the embodiment of the present invention may be formed to be spatially divided. That is, in the present invention, the atomic layer may be deposited using the remote plasma unit 140 and the source gas unit 130 having a space division type. In this way, a fast throughput can be secured by using a space-divided far-field plasma.
  • the source gas unit 130 illustrated in FIG. 2 may perform exhaust and suction of the source gas in one unit 130.
  • the gas supply unit 160 connected to the source gas unit 130 receives and exhausts source gas, and sucks out residual source gas not involved in the reaction and exhausts the source gas to the outside.
  • FIG. 8 illustrates a high-speed remote plasma atomic layer deposition apparatus 200 in which a source gas unit 230, a plasma unit 240, and a vacuum exhaust unit 250 are formed in the chamber 210.
  • the atomic layer deposition apparatus 200 may further include a chamber dry pump 202 connected to the chamber 201 to form a vacuum in the chamber 201.
  • the chamber dry pump 202 is provided outside the chamber 101 and may be connected to the chamber 201 by a pumping pipe 203.
  • the pumping pipe 203 may be connected to the chamber 201, or may be connected to the side where the substrate 210 is located as shown in FIG.
  • An exhaust port 204 may be formed at the lower side of the chamber 201 or the substrate 210 to be connected to the pumping pipe 203.
  • the atomic layer deposition apparatus 200 shown in FIG. 8 may vacuum the inside of the chamber 201 by the operation of the chamber dry pump 202 before starting the deposition process, by the chamber dry pump 202.
  • the inside of the chamber 201 may be vacuumed up to a base pressure (about 10-3 torr), and the inside of the chamber 201 may be maintained at atmospheric pressure.
  • the chamber dry pump 202 may stop operating, and the deposition process may adjust the process pressure (0.1 to 0.2 torr) inside the chamber 201 by the vacuum pump 270.
  • the vacuum pumping unit 270 and the chamber dry pump 202 work together to create a pressure difference inside the chamber 201 and homogeneity of the gas discharged (injected) from the source gas unit 230 by the pressure difference. It can also improve the uniformity and make the spray evenly.
  • the source gas unit 230 may replace the chamber dry pump 202 and replace the function of the chamber dry pump 202. That is, the basic pressure may be formed or the pressure difference may be formed in the chamber 201 by the gas suction (suction, suction) operation of the source gas unit 230.
  • the source gas unit 230 may be connected to the gas supply unit 260 by a pipe 261, and the vacuum exhaust unit 250 may be connected to the vacuum pumping unit 270 by a vacuum pipe 271.
  • the vacuum pipe 271 may be connected to the vacuum collecting unit 279 formed on the upper portion of the chamber 201 to communicate with the vacuum exhausting unit 250.
  • the source gas sucked by the source gas unit 230 may be discharged to the vacuum pumping unit 270 by the vacuum pipe 272.
  • the vacuum pipe 272 may be connected to a collecting unit 269 formed in the chamber 201 to communicate with the source gas unit 230.
  • a vacuum exhaust unit 350 may be formed between the source gas unit 330 and the plasma unit 340 to suck and discharge the source gas.
  • the vacuum exhaust unit 350 may be provided on the other side of the plasma unit 340.
  • the source gas unit 330, the plasma unit 340, and the vacuum exhaust unit 350 are positioned in the chamber 301, and an exhaust port 301a is provided in a portion of the chamber 301 connected to the vacuum pumping unit 370. May be formed.
  • the remaining part is the same as the atomic layer deposition apparatus 200 shown in FIG.
  • the reference numerals are in the form of three digit numbers, the reference numerals for the same parts are described so that the second digit and the first digit are the same.
  • the high speed remote plasma atomic layer deposition apparatus 400 illustrated in FIG. 10 has a structure in which the source gas unit 430 only exhausts the source gas and cannot inhale the source gas. In addition, there is no separate vacuum exhaust.
  • the exhaust and vacuum suction of the source gas may be performed by the vacuum pump 470 connected to the chamber 401 and the chamber 410. It may also be performed in a chamber dry pump 402 connected to the chamber 401.
  • Emission of the source gas not participating in the reaction or remaining source gas after the reaction may be made through the port 401a in the chamber 401 to correspond to a position between the source gas unit 430 and the plasma unit 440.
  • the vacuum exhaust may be made through the port 401a formed in the chamber 401 to correspond to the other side of the plasma unit 440.
  • the vacuum pump 470 may be connected to the port 401a.
  • the remaining part is the same as the atomic layer deposition apparatus 300 shown in FIG.
  • the fast remote plasma atomic layer deposition apparatus 500 illustrated in FIG. 11 is a purge tube 590 between the plasma unit 540 and the vacuum exhaust unit 550, as compared with the atomic layer deposition apparatus 100 illustrated in FIG. 2. There is a difference in the point at which) is formed.
  • the purge pipe 590 may have a pipe or bar shape similar to the source gas unit 530, and may include a purge pipe body 591 having purge ports 592 and 593 formed at the bottom and the top thereof, respectively.
  • the purge pipe 590 may be connected to the purge gas line 596 by the purge pipe 597. The remaining part is the same as the atomic layer deposition apparatus of FIG.
  • the present invention can be used in the field of manufacturing semiconductors, displays, and the like.

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Abstract

본 발명에 따른 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치는, 기판에 대해 가스를 공급하는 소스가스유닛; 상기 기판에 대해 플라즈마를 발생시키는 플라즈마유닛; 및 상기 소스가스유닛과 상기 플라즈마유닛 사이에 제공되어, 상기 소스가스를 흡입하는 가스흡입부;를 포함하며, 상기 기판은 상기 소스가스유닛, 상기 플라즈마유닛 또는 상기 가스흡입부 중 적어도 하나의 길이 방향과 교차하는 방향으로 상대 운동하도록 제공될 수 있다. 이와 같이 공간분할 방식의 소스가스유닛과 플라즈마유닛을 이용하여 원자층을 증착함으로써 빠른 쓰루풋을 확보할 수 있다.

Description

고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치
본 발명은 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공간분할 방식으로 형성된 원거리 플라즈마를 이용하여 원자층을 증착하기 때문에 빠른 쓰루풋을 확보할 수 있는 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자나 평판 디스플레이 장치 등의 제조에는 다양한 제조공정을 거치게 되며, 그 중에서 웨이퍼나 글래스 등의 기판 상에 필요한 박막을 증착시키는 공정이 필수적으로 진행된다.
이러한 박막 증착 공정에서는 스퍼터링법(Sputtering), 화학기상 증착법(CVD: Chemical Vapor Deposition), 원자층 증착법(ALD: Atomic Layer Deposition) 등이 주로 사용된다.
이 중에 원자층 증착(Atomic Layer Deposition)법은 단원자층의 화학적 흡착 및 탈착을 이용한 나노스케일의 박막 증착기술로서 각 반응물질들을 개별적으로 분리하여 펄스 형태로 챔버에 공급함으로써 기판 표면에 반응물질의 표면 포화(surface saturation) 반응에 의한 화학적 흡착과 탈착을 이용한 새로운 개념의 박막 증착기술이다.
종래의 원자층 증착기술은 증착공정 중에 진공상태를 필요로 하기 때문에 이를 유지, 관리하기 위한 부수적인 장치가 필요하고, 공정시간이 길어져 생산성의 저하를 초래하게 된다.
또한, 진공을 확보할 수 있는 공간이 제한적이므로 대면적, 대형화를 추구하는 디스플레이산업에 적합하지 않은 문제를 안고 있다.
뿐만 아니라, 종래기술에 따른 원자층 증착장치는 반응 챔버 내부의 압력을 조절하거나 제어하기 위해 소스가스, 반응가스를 주입하는 장치 외에 별도의 장치가 필요하기 때문에 장치가 복잡해지는 문제도 있다.
또한, 반응가스 대신 원거리 플라즈마를 이용하는 종래의 원거리 플라즈마 원자층 증착기술은 시간이 경과함에 따라 소스가스 및 원거리 플라즈마를 차례대로(시간순서대로) 기판에 반응시키는 시분할(時分割) 방식이기 때문에 쓰루풋(throughput)이 빠르지 않은 단점이 있다.
본 발명은 소스가스의 배기와 흡기를 하나의 유닛에서 수행할 수 있는 고속 원거리 플라즈마 증착장치를 제공한다.
본 발명은 공간분할(空間分割) 방식으로 소스가스와 원거리 플라즈마를 기판에 반응시킬 수 있는 고속 원거리 플라즈마 증착장치를 제공한다.
본 발명은 빠른 쓰루풋을 확보할 수 있는 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치를 제공한다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치는, 기판에 대해 가스를 공급하는 소스가스유닛; 상기 기판에 대해 플라즈마를 발생시키는 플라즈마유닛; 및 상기 소스가스유닛과 상기 플라즈마유닛 사이에 제공되어, 상기 소스가스를 흡입하는 가스흡입부;를 포함하며, 상기 기판은 상기 소스가스유닛, 상기 플라즈마유닛 또는 상기 가스흡입부 중 적어도 하나의 길이 방향과 교차하는 방향으로 상대 운동하도록 제공될 수 있다.
상기와 같이 구성함으로써, 원자층을 증착할 때 고속 원거리 플라즈마를 이용하기 때문에 쓰루풋(throughput)을 높일 수 있고 대형 기판에도 용이하게 원자층을 증착할 수 있다.
상기 플라즈마유닛은, 하부가 개구된 상태로 형성된 플라즈마 발생관; 상기 플라즈마 발생관의 상부에 제공되는 플라즈마 전극; 상기 플라즈마 발생관의 개구된 하단에 형성되는 전원 그리드; 및 상기 전원 그리드의 하부에 부착된 샤워헤드;를 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 발생관의 상단에는 플라즈마 발생가스를 공급하는 가스공급유로가 내부에 형성된 가스주입부가 형성될 수 있다.
상기 가스주입부의 하단은 상기 전원 그리드를 향하여 개구되도록 형성될 수 있다.
상기 전원 그리드 및 상기 샤워헤드에는 플라즈마 배출부가 형성될 수 있다.
상기 플라즈마 배출부는 구멍 또는 슬릿의 형태로 형성될 수 있다.
상기 플라즈마 발생부는 상기 기판의 운동 방향과 직교하는 방향으로 형성된 슬릿으로 형성될 수 있다.
상기 플라즈마 전극은 용량성 플라즈마, 유도성 플라즈마 또는 직류 펄스 플라즈마 중 어느 하나를 발생시킬 수 있다.
상기 소스가스유닛과 상기 플라즈마유닛은 공간적으로 분할되도록 형성될 수 있다.
상기 소스가스유닛은 가스공급유로가 내부에 형성되는 가스공급관 및 상기 가스공급유로와 연통되는 압력완화부가 내부에 형성되는 가스배기관을 포함할 수 있다.
상기 압력완화부의 내부 체적은 상기 가스공급유로의 내부 체적 보다 크게 형성될 수 있다.
상기 가스흡입부는 상기 소스가스유닛과 일체로 형성되며, 상기 가스흡입부는 가스흡기유로가 내부에 형성되도록 상기 가스배기관의 외주면의 적어도 일부를 둘러싸는 가스흡기관을 포함할 수 있다.
상기 가스흡기관의 최하단은 상기 가스배기관의 최하단 보다 아래쪽으로 더 길게 연장될 수 있다.
상기 소스가스유닛 또는 상기 가스흡입부와 마주 보도록 상기 플라즈마유닛의 일측에는 진공배기부가 형성될 수 있다.
상기 플라즈마유닛과 상기 진공배기부 사이에는 퍼지관이 형성될 수 있다.
상기 소스가스유닛, 상기 플라즈마유닛 및 상기 가스흡입부가 내부에 위치하도록 내부에 밀폐된 반응공간을 형성하는 챔버를 더 포함하며, 상기 가스흡입부는 상기 챔버에 형성될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치는 생산성의 증대효과를 기대할 수 있으며 대형화가 용이하기 때문에 디스플레이 분야에도 적용할 수 있다.
본 발명에 따른 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치는 증착 공전 전 또는 공정시 기본압력 또는 공정압력을 용이하게 제어할 수 있으며, 증착 공정 후 잔류하는 가스를 챔버 외부로 배출함으로써 공정압력 등을 조절할 수 있기 때문에 장치의 구성이 복잡해지는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치는 압력완화부를 구비한 소스가스유닛을 이용하여 소스가스를 기판 쪽으로 분사하므로, 소스가스가 고르고 균일하게 분사되게 할 수 있고, 이로 인해 증착 품질을 높일 수 있다.
본 발명에 따른 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치는 소스가스의 공급과 원거리 플라즈마의 공급을 공간적으로 분할하는 방식으로 원자층을 증착하기 때문에 빠른 쓰루풋을 얻을 수 있고 수율을 높일 수 있다.
다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 따른 원자층 증착장치의 내부를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1에 따른 원자층 증착장치에 사용되는 소스가스유닛을 도시한 사시도로서, 가스흡입부가 소스가스유닛과 일체로 형성된 형태를 도시한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3에 따른 소스가스유닛의 횡방향 및 종방향 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 도 1에 따른 원자층 증착장치에 사용되는 플라즈마 유닛의 사시도 및 횡단면도이다.
도 6은 도 5a 및 도 5b에 따른 플라즈마유닛 및 이에 연결된 전원부를 도시한 단면도이다.
도 7a 내지 도 7c는 도 5에 따른 플라즈마유닛의 전극형태를 도시한 평면도이다.
도 8 내지 도 11은 본 발명에 따른 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치의 변형예들을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치를 개략적으로 도시한 도면, 도 2는 도 1에 따른 원자층 증착장치의 내부를 도시한 단면도, 도 3은 도 1에 따른 원자층 증착장치에 사용되는 소스가스유닛을 도시한 사시도로서, 가스흡입부가 소스가스유닛과 일체로 형성된 형태를 도시한 도면, 도 4a 및 도 4b는 도 3에 따른 소스가스유닛의 횡방향 및 종방향 단면도, 도 5a 및 도 5b는 도 1에 따른 원자층 증착장치에 사용되는 플라즈마 유닛의 사시도 및 횡단면도, 도 6은 도 5a 및 도 5b에 따른 플라즈마유닛 및 이에 연결된 전원부를 도시한 단면도, 도 7a 내지 도 7c는 도 5에 따른 플라즈마유닛의 전극형태를 도시한 평면도, 도 8 내지 도 11은 본 발명에 따른 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치의 변형예들을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치(100)는 기판(110)에 대해 가스를 공급하는 소스가스유닛(130), 기판(110)에 대해 플라즈마를 발생시키는 플라즈마유닛(140) 및 소스가스유닛(130)과 플라즈마유닛(140) 사이에 제공되어 소스가스를 흡입하는 가스흡입부를 포함하며, 기판(110)은 소스가스유닛(130), 플라즈마유닛(140) 또는 상기 가스흡입부 중 적어도 하나의 길이 방향과 교차하는 방향으로 상대 운동하도록 제공될 수 있다.
상기와 같이 구성함으로써, 원자층을 증착할 때 고속 원거리 플라즈마를 이용하기 때문에 쓰루풋(throughput)을 높일 수 있고 대형 기판에도 용이하게 원자층을 증착할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치(100)는 원자층이 증착되는 기판(110)과 소스가스유닛(130) 및 플라즈마유닛(140)이 상대 운동을 할 수 있기 때문에 기판(110)의 크기 또는 길이가 긴 경우 즉, 대형 기판의 경우에도 원자층을 증착할 수 있다. 이 때, 소스가스유닛(130)의 양측에 각각 배치된 플라즈마유닛(140)만 있으면 대형 기판도 처리할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치(100)는 소스가스유닛(130)과 플라즈마유닛(140)만 최소한 구비하면 원자층을 증착할 수 있는 조건을 만들 수 있다.
도 1에 의하면, 소스가스유닛(130)은 1개이고, 플라즈마유닛(140)은 2개이며, 진공배기부(150)는 2개이다. 여기서, 소스가스유닛(130), 플라즈마유닛(140) 및 진공배기부(150)의 개수는 더 확대될 수 있다. 또한, 최소한 플라즈마유닛(140), 소스가스유닛(130) 및 플라즈마유닛(140)의 형태로 배치되어야 1사이클의 원자층 증착공정이 수행될 수 있으나, 이러한 배치형태는 공정 요구조건, 수율, 쓰루풋 등에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치(100)는 소스가스를 기판(110)의 표면에 공급하는 소스가스유닛(130)을 포함할 수 있다. 소스가스유닛(130)의 길이방향 일측 또는 양측에는 플라즈마유닛(140)이 배치될 수 있다. 소스가스유닛(130) 또는 플라즈마유닛(140)의 길이 방향과 교차하는 방향(TD)으로 기판(110)이 움직이거나, 소스가스유닛(130) 또는 플라즈마유닛(140)이 움직일 수 있다.
즉, 기판(110)은 소스가스유닛(130) 또는 플라즈마유닛(140) 중 적어도 하나의 길이 방향과 교차하는 방향(TD)으로 상대 운동하도록 제공될 수 있다. 이와 같이 구성함으로써, 원자층 증착공정의 쓰루풋(throughput)을 개선할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치(100)는 기판(110)의 상면(上面) 또는 표면에 원자층(Atomic Layer)을 증착하기 위해 소스가스(Source Gas)를 배기(injection) 또는 흡기(suction)하는 적어도 하나의 소스가스유닛(130)을 포함할 수 있다.
여기서 "배기"의 의미는 소스가스를 기판(110)의 표면에 분사하거나 불어 낸다는 의미이고, "흡기"는 반응에 관여하지 않고 잔류하는 소스가스를 기판(110)의 표면에서 흡입(suction)하여 배출한다는 의미이다.
소스가스유닛(130) 또는 플라즈마유닛(140)이 고정된 상태에서 기판(110)이 이송되거나, 기판(110)이 고정된 상태에서 소스가스유닛(130) 또는 플라즈마유닛(140)이 이송되거나, 기판(110)과 소스가스유닛(130) 또는 플라즈마유닛(140)이 함께 이송될 수도 있다. 기판(110)과 소스가스유닛(130) 또는 플라즈마유닛(140)이 함께 이송되는 경우에는 서로 반대 방향으로 움직인다. 따라서, 어느 경우에도 기판(110)과 소스가스유닛(130) 또는 플라즈마유닛(140)은 서로 상대적으로 움직이게 되는데, 이러한 상대운동방향(TD)을 도 1 및 도 2에 표시하였다.
본 발명에 따른 원자층 증착장치(100)는 소스가스유닛(130) 또는 플라즈마유닛(140)에 대해서 기판(110)이 양방향으로 상대운동할 수 있기 때문에, 대면적의 기판을 처리하는 경우에도 큰 작업 공간이 필요하지 않다. 또한, 소스가스유닛(130) 또는 플라즈마유닛(140)에 대한 기판(110)의 상대 이동 거리를 짧게 하면 풋프린트(foot print)를 단축할 수 있기 때문에, 대면적 기판을 용이하게 처리할 수 있다.
기판(110)의 하부에는 기판온도가변부(120)가 제공될 수 있다. 기판온도가변부(120)는 제1가스(소스가스)가 공급되는 기판 부위의 온도를 올리거나 내릴 수 있는데, 기판(110)의 전체에 대해서 온도를 가변시키는 것이 아니라 기판의 일부에 대해서만 온도를 가변하기 때문에 온도 변화로 인한 부수적인 문제점이라고 할 수 있는 열확산, 수명감소, 물리적 변형 등을 방지할 수 있다. 기판온도가변부(120)는 히터(heater) 또는 쿨링패드(cooling pad) 등의 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치(100)의 소스가스유닛(130) 또는 플라즈마유닛(140)은 상대운동방향(TD)을 따라 동일하거나 일정한 이격거리를 두고 배치되는 것이 바람직하다. 다만, 이러한 이격거리는 각각의 반응공정 단계에 필요한 시간을 고려하여 조절될 수 있다.
소스가스유닛(130) 또는 플라즈마유닛(140)의 최하단부는 기판(110)의 표면과 일정한 간격(G)을 유지하는 것이 바람직하다. 보다 상세하게는 소스가스유닛(130) 또는 플라즈마유닛(140)의 최하단부가 기판(110)의 표면과 일정한 간격(G)을 유지해야 한다. 상기 간격(G)은 20mm를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 다만, 간격(G)은 20mm에 한정되지 않고 플라즈마의 오버랩(overlap)을 고려하여 결정될 수 있다.
소스가스유닛(130)은 소스가스를 공급하는 가스공급유로(135)가 내부에 형성되는 가스공급관(131) 및 가스공급유로(135)와 연통되는 압력완화부(138)가 내부에 형성되는 가스배기관(134)을 포함할 수 있다.
상기 가스흡입부는 반응에 관여하지 않는 소스가스를 흡입하여 배출하는 것인데, 소스가스유닛(130)과 가스흡입부는 별개로 형성되거나, 일체로 형성될 수도 있다.
도 1 내지 도 4a 및 도 4b에 도시된 원자층 증착장치(100)는 소스가스유닛(130)에 가스흡입부가 일체로 형성된 경우이다. 상기 가스흡입부는 소스가스유닛(130)과 일체로 형성되며, 상기 가스흡입부는 가스흡기유로(139)가 내부에 형성되도록 가스배기관(134)의 외주면의 적어도 일부를 둘러싸는 가스흡기관(132)을 포함할 수 있다. 즉, 가스흡입부는 가스배기관(134)을 둘러싸도록 형성되어 소스가스유닛(130)에 일체로 형성된 가스흡기관(132)의 형태를 가질 수도 있다.
일체로 형성된 경우에는 하나의 소스가스유닛(130)을 통해 소스가스의 배기와 흡기를 수행함으로써, 소스가스를 배기하거나 흡기하기 위한 별도의 수단을 구비할 필요가 없고 원자층 증착공정의 쓰루풋(throughput)을 개선할 수 있다.
외부의 가스공급부(160)에서 공급되는 소스가스가 통과하는 가스공급관(131)은 가스흡기관(132)에서부터 외부로 돌출 형성됨에 반하여, 가스배기관(134)은 가스흡기관(132)의 내부에 형성될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 가스공급관(131)은 흡입가스포집부(169)의 내부에 위치하도록 형성될 수 있다.
가스흡기관(132)을 기준으로 가스공급관(131)은 가스배기관(134)의 반대편에 형성될 수 있다.
가스공급관(131)의 단면 크기(직경 또는 면적)는 가스배기관(134) 및 가스흡기관(132) 보다 작게 형성되는 것이 바람직하다. 가스공급관(131)의 내부에는 그 길이방향을 따라 연통되는 가스공급유로(135)가 형성될 수 있다. 가스공급관(131)의 최상단에는 가스공급부(160)와 연결되는 가스공급포트(131a)가 적어도 하나 형성될 수 있다. 가스공급포트(131a)를 통해 가스공급배관(161)이 가스공급유로(135)와 연통될 수 있다.
가스공급관(131)으로의 가스공급이 가스공급포트(131a)를 통해 이루어지므로, 소스가스유닛(130)의 양단은 막힌 상태로 형성되는 것이 바람직하다.
가스공급관(131)과 가스배기관(134) 사이에는 가스공급유로(135)와 압력완부화(138)를 연통시키는 적어도 하나의 가스공급노즐(136)이 형성될 수 있다. 가스공급노즐(136)에 의해서 가스공급유로(135)와 압력완화부(138)가 연통될 수 있다.
가스공급유로(135), 가스공급노즐(136) 및 압력완화부(138)는 서로 연통되지만, 가스흡기유로(139)는 연통되지 않는다. 가스공급유로(135), 가스공급노즐(136) 및 압력완화부(138)는 가스의 배기에 관여하는 부분이고, 가스흡기유로(139)는 가스의 흡기에 관여하는 부분이기 때문에 서로 연통되지 않아야 한다.
압력완화부(138)의 내부 체적은 가스공급유로(135)의 내부 체적 보다 크게 형성될 수 있다. 압력완화부(138)는 가스공급유로(135) 및 가스공급노즐(136)을 통해 유입된 가스가 흐르는 유로의 한 부분으로서, 좁고 작은 가스공급노즐(136)을 통과한 가스가 충분히 머무를 수 있도록 상대적으로 큰 체적으로 가지는 부분이다. 가스가 좁은 가스공급노즐(136)을 통과하면 가스의 압력이 높아지게 되는데, 상대적으로 체적 또는 공간이 큰 압력완화부(138)를 채우면서 가스의 압력이 낮아질 수 있다. 압력완화부(138)를 채우면서 압력이 낮아진 가스는 기판(110)을 향해 배기(분사)되는데, 이 과정에서 소스가스유닛(130)의 전체 길이에 걸쳐 고른 압력으로 가스가 배기될 수 있다.
압력완화부(138)에 가스를 우선 모았다가 기판(110) 쪽으로 배기함으로써, 기판(110)과 압력완화부(138) 사이의 압력 차이에 의해 소스가스유닛(130)의 전체 길이에 걸쳐 균일하게 가스를 분사할 수 있다.
다시 말하면, 압력완화부(138)는 압력이 높은 가스를 일시적으로 머무르게 하여 압력을 낮추고, 가스가 고르게 분사될 수 있도록 형성된 유로의 한 부분이다. 압력완화부(138)는 단면구조가 확대 또는 확관되는 형태를 가지면 되고, 그 형태가 도시된 바처럼 항아리 형태 등으로 한정되는 것은 아니다.
가스흡기관(132)에는 진공펌핑부(170)와 연결되는 가스배기포트(132a)가 적어도 하나 형성될 수 있다. 가스배기포트(132a)는 흡입가스포집부(169)에 의해 밀폐되도록 둘러싸이고, 흡입가스포집부(169)는 진공펌핑부(170)와 연결될 수 있다. 가스흡기관(132)에 형성된 가스배기포트(132a)는 소스가스를 외부로 배출하는 포트이며, 진공펌핑부(170)와 연결될 수 있다. 가스배기포트(132a)를 통과한 가스는 진공펌핑부(170)에 의해 소스가스유닛(130)을 벗어나서 흡입가스포집부(169)를 채운 후 배출될 수 있다. 다만, 경우에 따라서는 흡입가스포집부(169)를 거치지 않고 진공배관(172)이 가스배기포트(132a)이 직접 연결되어 흡입된 가스를 밖으로 빼낼 수도 있다.
도 4b는 도 4a의 절단선 "A-A"에 따른 단면도이다. 도 4a는 소스가스유닛(130)의 길이방향 단면도이다.
도 4a를 참조하면, 가스공급노즐(136)은 복수개 형성되어 있으나, 가스공급노즐(136)이 1개만 형성될 수도 있다.
한편, 가스배기관(134)에는 그 길이방향을 따라 적어도 하나의 가스배기부(137)가 형성될 수 있다. 가스배기부(137)는 압력완화부(138)를 채운 가스를 소스가스유닛(130) 외부로 내보기 위한 출구이다. 이를 위해, 가스배기부(137)는 외부와 압력완화부(138)를 연통시키는 형태를 가진다.
가스흡기유로(139)는 가스공급노즐(136)에 의해 공간이 구획되도록 형성될 수 있다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 가스흡기관(132)과 가스배기관(134) 사이에 형성되는 가스흡기유로(139)는 가스공급노즐(136)에 의해서 2개의 공간으로 나뉘어진다. 이 때, 가스흡기유로(139)는 가스공급노즐(136)에 의해 대칭적으로 구획되는 것이 바람직하다.
가스배기관(134)은 가스배기관(134)의 외부를 향해 가스배기부(137)에 연장 형성된 배기가이드(137a)를 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 배기가이드(137a)는 기판(110)이 위치하는 아래쪽을 향해 연장 형성되어, 가스배기부(137)를 통과한 가스가 최대한 많이 기판(110)에 접촉될 수 있도록 안내할 수 있다.
배기가이드(137a)는 가스공급노즐(136)의 중심을 지나는 가상의 선에 대해서 대칭이 되도록 양쪽에 형성될 수 있는데, 양쪽에 형성된 배기가이드(137a) 사이의 각도가 아래쪽으로 갈수록 커지게 하여, 배기가이드(137a)를 통과한 가스가 퍼지면서 기판(110)에 닿을 수 있게 안내해 줄 수 있다.
여기서, 가스배기부(137)는 배기가이드(137a) 사이에 형성된 적어도 하나의 구멍 또는 슬릿을 포함할 수 있다.
가스배기부(137)가 다수개의 구멍으로 형성된 경우에 가스배기유로(138) 내의 위치에 따른 압력 크기 또는 차이에 따라, 압력이 작은 부분에서는 구멍의 크기를 크게 하거나 구멍 사이의 간격을 작게 하는 것이 바람직하다. 또한, 가스배기부(137)가 단일 슬릿으로 형성된 경우에 가스배기유로(139) 내의 위치에 따른 압력 크기 또는 차이에 따라, 압력이 작은 부분에서는 슬릿의 폭을 크게 하는 것이 바람직하다.
가스흡기관(132)의 원주방향 일단(133a)과 배기가이드(137a)의 일단 사이에는 가스흡기부(133)가 형성되며, 가스흡기부(133)는 가스배기관(134) 또는 가스흡기관(132)의 원주방향을 따라 가스배기부(137)에 대해서 대칭적으로 위치할 수 있다.
가스흡기부(133)를 형성하는 가스흡기관(132)의 원주방향 일단(133a)은 배기가이드(137a)를 향해서 절곡된 모양을 가질 수도 있다.
여기서, 가스흡기관(132)의 최하단(133a)은 가스배기관(134)의 최하단(137a) 보다 아래쪽으로 더 길게 연장될 수 있다. 가스흡기관(132)의 최하단(133a)은 가스배기관(134)의 최하단(137a) 보다 아래쪽으로 일정한 길이(t)만큼 더 연장될 수 있다. 이 때, 돌출 길이(t)는 3mm정도인 것이 바람직하다. 이처럼 가스흡기관(132)의 최하단(133a)이 가스배기관(134)의 최하단(137a) 보다 아래쪽으로 더 길게 연장됨으로써, 배기된 소스가스가 소스가스유닛(130)을 지나기 전에 다시 흡입할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 소스가스유닛(130) 또는 상기 가스흡입부와 마주 보도록 플라즈마유닛(140)의 일측에는 진공배기부(150)가 형성될 수 있다. 진공배기부(150)는 기판(110)의 표면에 진공을 형성하며, 진공펌핑부(170)와 진공배관(171)으로 연결될 수 있다.
소스가스유닛(130)과 진공배기부(150) 사이에 위치하는 플라즈마유닛(140)은 원거리 플라즈마를 발생시켜서 기판(110)의 표면에 공급한다. 플라즈마유닛(140)은 하부가 개구된 상태로 형성된 플라즈마 발생관(142), 플라즈마 발생관(142)의 상부에 제공되는 플라즈마 전극(143), 플라즈마 발생관(142)의 개구된 하단에 형성되는 전원 그리드(144) 및 전원 그리드(144)의 하부에 부착된 샤워헤드(145)를 포함할 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치(100)는 소스가스유닛(130)과 유사한 형태, 즉 관(pipe) 또는 바(bar) 형태를 가지는 플라즈마유닛(140)을 이용하여 원자층을 증착시키는 것에 하나의 특징이 있다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 플라즈마유닛(140)은 단면이 대략 사각형 모양을 가지는데, 이는 플라즈마 전극(143)의 형태에 의해 플라즈마유닛(140)의 단면 모양이 제한을 받기 때문이다. 플라즈마 발생관(142)은 내부에 플라즈마(P)가 발생하여 채워지는 소정의 공간을 가지는 대략 사각의 관 형태를 가지며, 그 길이 방향은 기판(110)의 운동방향(TD)과 직교한다.
플라즈마 발생관(142)의 상단에는 플라즈마 발생가스를 공급하는 가스공급유로(141a)가 내부에 형성된 가스주입부(141)가 형성될 수 있다. 별도로 제공되는 플라즈마반응가스공급부(미도시)에 연결되는 가스주입부(141)를 통해 공급되는 가스가 가스공급유로(141a)를 흘러서 플라즈마 발생관(142) 내부에 공급될 수 있다.
여기서, 가스주입부(141)의 하단(142a)은 전원 그리드(144)를 향하여 개구되도록 형성될 수 있다. 가스주입부(141)의 개구된 부분을 통해서 가스가 플라즈마 발생관(142) 안으로 흐르게 된다.
플라즈마 발생관(142)의 천정 쪽에 제공되는 플라즈마 전극(143)은 플라즈마 발생관(142)의 길이방향 전체를 커버하도록 형성되는 것이 바람직하다. 플라즈마 전극(143)은 플라즈마 발생관(142)의 외부에 제공되는 임피던스매칭부(182) 및 RF전원(181)에 연결될 수 있다. 여기서, RF전원(181)은 13.56MHz의 주파수를 가지는 교류전원을 공급하는 것이 바람직하다.
플라즈마 전극(143)은 다양한 형태를 가질 수 있다. 즉, 도 7a 내지 도 7c에 도시된 바와 같이, 플라즈마 전극(143)은 용량성 플라즈마(CCP), 유도성 플라즈마(ICP) 또는 직류 펄스 플라즈마(DC pulsed plasma) 중 어느 하나를 발생시키도록 형성될 수 있다.
도 7a는 용량성 플라즈마(CCP)를 발생시키는 플라즈마 전극(143a) 및 전원(181a)이 도시되어 있다. 플라즈마 전극(143a)은 플라즈마 발생관(142)과 비슷한 모양 즉, 폭 보다 길이가 긴 사각형 모양의 플라즈마 전극(143a)과 교류전원(181a)을 이용하여 용량성 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
도 7b는 유도성 플라즈마(ICP)를 발생시키는 플라즈마 전극(143b)이 도시되어 있다. 플라즈마 전극(143b)은 대략 ㄷ자 모양의 안테나 전극으로 형성되는데, 서로 마주 보는 2개의 안테나 전극이 사용되며, 각각의 안테나 전극에 연결되는 교류전원(181b)을 이용하여 유도성 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
도 7c에 도시된 바와 같이, 사각형 모양의 전극(143c) 및 이에 연결되는 직류전원(181c)을 이용하여 직류 펄스 플라즈마(DC pulsed plasma)를 만들 수 있다.
한편, 플라즈마 발생관(142)의 개구된 하부에 형성되는 전원 그리드(power greed, 144)는 그리드전원부(183)에 연결될 수 있다. 그리드 전원부(183)는 직류전원 또는 RF전원 등이 사용될 수 있다. 전원 그리드(144)의 하부에는 샤워헤드(145, showerhead)가 형성될 수 있다.
플라즈마 발생관(142)의 내부에 공급된 반응가스는 플라즈마 전극(143) 및 전원 그리드(144)와의 전기화학적 반응에 의해서 플라즈마(P)를 만들게 된다. 이와 같이 만들어진 원거리 플라즈마는 기판(110)에 공급되고, 소스가스와 반응하여 기판(110)의 표면에 원자층을 형성할 수 있다.
전원 그리드(144) 및 샤워헤드(145)에는 플라즈마 배출부(146,147)가 형성될 수 있다. 즉, 플라즈마가 기판(110)을 향해 공급될 수 있도록 전원 그리드(144)에는 제1플라즈마 배출부(147)가 형성되고, 샤워헤드(145)에는 제2플라즈마배출부(146)가 형성될 수 있다. 이 때, 제1/제2플라즈마배출부(146,147)는 서로 연통되는 것이 바람직하다.
여기서, 플라즈마 배출부(146,147)는 구멍(hole) 또는 슬릿(slit)의 형태로 형성될 수 있다. 플라즈마 배출부(146,147)가 구멍의 형태를 가지는 경우, 플라즈마 배출부(146,147)는 플라즈마 발생관(142)의 하부 전체에 걸쳐서 고르게 형성되어야 한다.
플라즈마 발생부(146,147)가 슬릿의 형태를 가지는 경우에 플라즈마 발생부(146,147)는 기판(110)의 운동 방향(TD)과 직교하는 방향으로 형성될 수 있다. 즉, 슬릿 형태의 플라즈마 발생부(146,147)는 플라즈마 발생관(142)의 길이방향을 따라 형성되는 것이 바람직하다. 플라즈마 발생관(142)의 길이방향을 따라 형성되면 기판(110)의 전체 면적에 따라 고른 분포를 가지는 플라즈마를 공급할 수 있다. 즉, 플라즈마의 균일도(uniformity)를 향상시킬 수 있다.
도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치(100)는 소스가스를 공급하는 소스가스유닛(130)과 플라즈마를 공급하는 플라즈마유닛(140)이 서로 분리된 관 또는 바 형태로 형성되어 원자층을 형성하게 된다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치(100)의 소스가스유닛(130)과 플라즈마유닛(140)은 공간적으로 분할되도록 형성될 수 있다. 즉, 본 발명은 공간분할 형태의 원거리 플라즈마유닛(140)과 소스가스유닛(130)을 이용하여 원자층을 증착시킬 수 있다. 이와 같이, 공간분할 형태의 원거리 플라즈마를 이용하기 때문에 빠른 쓰루풋을 확보할 수 있다.
도 2에 도시된 소스가스유닛(130)은 소스가스의 배기와 흡입을 하나의 유닛(130)에서 수행할 수 있다. 소스가스유닛(130)에 연결된 가스공급부(160)에서 소스가스를 공급받아 배기하고, 반응에 관여하지 못한 잔류 소스가스를 흡입하여 외부로 배기하는데, 가스흡기관(132)에 연결된 진공펌핑부(170)에 의해서 배기할 수 있다. 도 2에는 소스가스유닛(130)에 가스흡입부가 가스흡기관(132)의 형태로 일체로 형성된 예가 도시되어 있는데, 가스흡입부가 소스가스유닛과 분리되어 별개로 형성될 수 있다.
한편, 도 8에는 챔버(210)의 내부에 소스가스유닛(230), 플라즈마유닛(240) 및 진공배기부(250)가 형성된 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치(200)가 도시되어 있다.
원자층 증착장치(200)는 챔버(201)에 연결되어, 챔버(201)의 내부에 진공을 형성하는 챔버드라이펌프(202, Chamber Dry Pump)를 더 포함할 수 있다. 챔버드라이펌프(202)는 챔버(101)의 외부에 제공되며, 펌핑배관(203)에 의해서 챔버(201)에 연결될 수 있다. 이 때, 펌핑배관(203)은 챔버(201)에 연결될 수도 있고, 도 8에 도시된 것처럼 기판(210)이 위치하는 쪽에 연결될 수도 있다. 펌핑배관(203)과의 연결을 위해 챔버(201) 또는 기판(210)의 하부 쪽에는 배기구(204)가 형성될 수 있다.
도 8에 도시된 원자층 증착장치(200)는 증착공정을 시작하기 전 챔버드라이펌프(202)의 작동에 의해서 챔버(201)의 내부를 진공으로 만들 수 있는데, 챔버드라이펌프(202)에 의해서 챔버(201) 내부를 기본압력(base pressure, 약 10-3 torr)까지 진공으로 뽑을 수 있고, 챔버(201) 내부를 상압으로 유지할 수도 있다.
증착공정이 시작되면 챔버드라이펌프(202)는 작동을 멈추고, 증착공정은 진공펌핑부(270)에 의해서 챔버(201) 내부 공정압력(0.1~0.2 torr)을 조절할 수 있다. 또한, 진공펌핑부(270)와 챔버드라이펌프(202)가 함께 작동하여 챔버(201) 내부에 압력 차이를 만들고 이러한 압력 차이에 의해서 소스가스유닛(230)에서 배기(분사)되는 가스의 균질도(Uniformity)를 향상시키고, 고르게 분사되도록 할 수도 있다.
챔버드라이펌프(202)를 없애고 챔버드라이펌프(202)의 기능을 소스가스유닛(230)이 대신 할 수도 있다. 즉, 소스가스유닛(230)의 가스 흡기(흡입, suction) 작동에 의해서 챔버(201) 내부에 기본압력을 형성하거나 압력 차이를 형성할 수도 있다.
소스가스유닛(230)은 가스공급부(260)에 배관(261)에 의해 연결되며, 진공배기부(250)는 진공배관(271)에 의해서 진공펌핑부(270)에 연결될 수 있다. 이 때, 진공배관(271)은 진공배기부(250)와 연통하도록 챔버(201)의 상부에 형성되는 진공포집부(279)에 연결될 수도 있다.
한편, 소스가스유닛(230)에 의해 흡입된 소스가스는 진공배관(272)에 의해 진공펌핑부(270)로 배출될 수 있다. 진공배관(272)은 소스가스유닛(230)과 연통하도록 챔버(201)에 형성된 포집부(269)에 연결될 수도 있다.
도 9에 도시된 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치(300)는 소스가스유닛(330)에 가스흡입기능이 없는 경우이다. 이러한 원자층 증착장치(300)는 소스가스를 흡입하여 배출하기 위해서 소스가스유닛(330)과 플라즈마유닛(340) 사이에 진공배기부(350)가 형성될 수 있다. 진공배기부(350)는 플라즈마유닛(340)의 타 일측에도 제공될 수 있다.
챔버(301)의 내부에 소스가스유닛(330), 플라즈마유닛(340) 및 진공배기부(350)가 위치하며, 진공펌핑부(370)와 연결되는 챔버(301) 부분에는 배기포트(301a)가 형성될 수도 있다. 나머지 부분은 도 8에 도시된 원자층 증착장치(200)와 동일하다. 도면부호가 3자리 숫자 형태인데, 동일한 부분에 대한 도면부호는 2번째 자리 수와 1번째 자리 수가 동일하도록 기재하였다.
도 10에 도시된 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치(400)는 소스가스유닛(430)이 소스가스를 배기만할 뿐 흡입할 수는 없는 구조를 가진다. 또한, 별도의 진공배기부가 없다. 소스가스의 배기 및 진공흡입은 챔버(401) 및 챔버(410)에 연결된 진공펌핑부(470)에서 수행할 수 있다. 또한, 챔버(401)에 연결된 챔버드라이펌프(402)에서도 수행할 수 있다.
반응에 참여하지 않은 소스가스 또는 반응 후 잔류하는 소스가스의 배출은 소스가스유닛(430)과 플라즈마유닛(440)의 사이의 위치에 대응하도록 챔버(401)에 포트(401a)를 통해 이루어질 수 있다. 또한, 진공배기는 플라즈마유닛(440)의 타측과 대응하도록 챔버(401)에 형성된 포트(401a)를 통해 이루어질 수 있다. 포트(401a)에는 진공펌핌부(470)가 연결될 수 있다. 나머지 부분은 도 8에 도시된 원자층 증착장치(300)와 동일하다.
도 11에 도시된 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치(500)는 도 2에 도시된 원자층 증착장치(100)와 비교할 때, 플라즈마유닛(540)과 진공배기부(550) 사이에 퍼지관(590)이 형성된 점에 차이가 있다. 퍼지관(590)은 소스가스유닛(530)과 유사하게 관 또는 바 형태를 가지며, 하단 및 상단에 각각 퍼지포트(592,593)가 형성된 퍼지관 본체(591)를 포함할 수 있다. 퍼지관(590)은 퍼지배관(597)에 의해서 퍼지부(purge gas line, 596)에 연결될 수 있다. 나머지 부분은 도 2의 원자층 증착장치와 동일하다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
본 발명은 반도체, 디스플레이 등의 제조 분야에 이용될 수 있다.

Claims (16)

  1. 기판에 대해 가스를 공급하는 소스가스유닛;
    상기 기판에 대해 플라즈마를 발생시키는 플라즈마유닛; 및
    상기 소스가스유닛과 상기 플라즈마유닛 사이에 제공되어, 상기 소스가스를 흡입하는 가스흡입부;를 포함하며,
    상기 기판은 상기 소스가스유닛, 상기 플라즈마유닛 또는 상기 가스흡입부 중 적어도 하나의 길이 방향과 교차하는 방향으로 상대 운동하도록 제공되는, 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마유닛은,
    하부가 개구된 상태로 형성된 플라즈마 발생관;
    상기 플라즈마 발생관의 상부에 제공되는 플라즈마 전극;
    상기 플라즈마 발생관의 개구된 하단에 형성되는 전원 그리드; 및
    상기 전원 그리드의 하부에 부착된 샤워헤드;를 포함하는, 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생관의 상단에는 플라즈마 발생가스를 공급하는 가스공급유로가 내부에 형성된 가스주입부가 형성된 것을 특징으로 하는 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가스주입부의 하단은 상기 전원 그리드를 향하여 개구되도록 형성된 것을 특징으로 하는 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 전원 그리드 및 상기 샤워헤드에는 플라즈마 배출부가 형성된 것을 특징으로 하는 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 플라즈마 배출부는 구멍 또는 슬릿의 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생부는 상기 기판의 운동 방향과 직교하는 방향으로 형성된 슬릿으로 형성된 것을 특징으로 하는 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 플라즈마 전극은 용량성 플라즈마, 유도성 플라즈마 또는 직류 펄스 플라즈마 중 어느 하나를 발생시키는 것을 특징으로 하는 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 소스가스유닛과 상기 플라즈마유닛은 공간적으로 분할되도록 형성된 것을 특징으로 하는 원거리 고속 플라즈마 원자층 증착장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 소스가스유닛은 가스공급유로가 내부에 형성되는 가스공급관 및 상기 가스공급유로와 연통되는 압력완화부가 내부에 형성되는 가스배기관을 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 압력완화부의 내부 체적은 상기 가스공급유로의 내부 체적 보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 가스흡입부는 상기 소스가스유닛과 일체로 형성되며, 상기 가스흡입부는 가스흡기유로가 내부에 형성되도록 상기 가스배기관의 외주면의 적어도 일부를 둘러싸는 가스흡기관을 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 가스흡기관의 최하단은 상기 가스배기관의 최하단 보다 아래쪽으로 더 길게 연장된 것을 특징으로 하는 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 소스가스유닛 또는 상기 가스흡입부와 마주 보도록 상기 플라즈마유닛의 일측에는 진공배기부가 형성된 것을 특징으로 하는 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 플라즈마유닛과 상기 진공배기부 사이에는 퍼지관이 형성된 것을 특징으로 하는 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 소스가스유닛, 상기 플라즈마유닛 및 상기 가스흡입부가 내부에 위치하도록 내부에 밀폐된 반응공간을 형성하는 챔버를 더 포함하며,
    상기 가스흡입부는 상기 챔버에 형성된 것을 특징으로 하는 고속 원거리 플라즈마 원자층 증착장치.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI127769B (en) * 2016-03-11 2019-02-15 Beneq Oy Device and method
KR102729660B1 (ko) * 2017-02-20 2024-11-13 삼성디스플레이 주식회사 박막 증착 장치
KR102131933B1 (ko) 2018-08-17 2020-07-09 주식회사 넥서스비 원자층 증착 장치 및 이를 이용한 원자층 증착 방법
KR20250116243A (ko) 2024-01-25 2025-08-01 순천향대학교 산학협력단 공간분할 원자층 증착 장치

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090080257A (ko) * 2008-01-21 2009-07-24 한양대학교 산학협력단 플라즈마 처리장치
KR20120051059A (ko) * 2009-07-30 2012-05-21 네덜란제 오르가니자티에 포오르 토에게파스트-나투우르베텐샤펠리즈크 온데르조에크 테엔오 원자층 증착을 위한 장치 및 방법
KR20120111108A (ko) * 2011-03-31 2012-10-10 한양대학교 산학협력단 가스 주입 장치, 원자층 증착장치 및 이 장치를 이용한 원자층 증착방법
KR20120135906A (ko) * 2010-02-25 2012-12-17 비전 다이나믹스 홀딩 비.브이. 층 증착을 위한 방법 및 장치

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070221129A1 (en) * 2006-03-21 2007-09-27 Atto Co., Ltd Apparatus for depositing atomic layer using gas separation type showerhead

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090080257A (ko) * 2008-01-21 2009-07-24 한양대학교 산학협력단 플라즈마 처리장치
KR20120051059A (ko) * 2009-07-30 2012-05-21 네덜란제 오르가니자티에 포오르 토에게파스트-나투우르베텐샤펠리즈크 온데르조에크 테엔오 원자층 증착을 위한 장치 및 방법
KR20120135906A (ko) * 2010-02-25 2012-12-17 비전 다이나믹스 홀딩 비.브이. 층 증착을 위한 방법 및 장치
KR20120111108A (ko) * 2011-03-31 2012-10-10 한양대학교 산학협력단 가스 주입 장치, 원자층 증착장치 및 이 장치를 이용한 원자층 증착방법

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