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KR101512140B1 - 원자층 증착 장치 및 방법 - Google Patents

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KR101512140B1
KR101512140B1 KR1020130139157A KR20130139157A KR101512140B1 KR 101512140 B1 KR101512140 B1 KR 101512140B1 KR 1020130139157 A KR1020130139157 A KR 1020130139157A KR 20130139157 A KR20130139157 A KR 20130139157A KR 101512140 B1 KR101512140 B1 KR 101512140B1
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KR
South Korea
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process chamber
substrate
atomic layer
layer deposition
gas
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KR1020130139157A
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Inventor
이춘수
정홍기
Original Assignee
코닉이앤씨 주식회사
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Abstract

본 발명에서는 원자층 증착에 있어서, 진공챔버의 내측에 적층형으로 수납되는 다수개의 공정챔버를 구비하고, 각각의 공정챔버에서 독립적으로 원자층 증착 공정이 수행될 수 있도록 하되, 공정챔버내에서 2개의 기판에 대한 동시 성막 수행이 가능하도록 함으로써 생산성을 대폭 향상시킬 수 있다. 또한, 대면적 기판에 대한 다분할 영역 성막이 가능하도록 함으로써, 기판 면적이 커짐에 따라 발생하는 원료전구체의 흡착 시간 및 반응전구체의 반응시간을 줄여 성막에 소요되는 시간을 줄일 수 있으며, 적정 영역의 최적 공간에서만 성막이 진행되므로 대면적 기판의 적용이 용이하고, 필요에 따라 마스크 제거가 가능하며 불필요한 영역의 성막을 최소화시킬 수 있다.

Description

원자층 증착 장치 및 방법{ATOMIC LAYER DEPOSITION APPARATUS AND METHOD THEREOF}
본 발명은 기상 증착 반응기 및 이를 이용한 박막 형성 방법에 관한 것으로, 특히 원자층 증착(atomic layer deposition : ALD)에 있어서, 상부 및 하부의 분리 및 결합이 가능한 원자층 증착 공정을 위한 단위 공정챔버를 적층형태로 다수개 배치하며, 각 단위 공정챔버내에서 2개의 기판에 대한 동시 성막 또는 대면적 기판에 대한 다분할 영역 성막이 가능한 원자층 증착 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 기판이나 글라스 등의 기판 상에 소정 두께의 박막을 증착하는 방법으로는 스퍼터링(sputtering)과 같이 물리적인 충돌을 이용하는 물리 기상 증착법(physical vapor deposition, PVD)과, 화학반응을 이용하는 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD) 등이 있다.
그러나, 최근들어 반도체 소자의 디자인 룰(design rule)이 급격하게 미세해짐에 따라 미세 패턴의 박막이 요구되고 박막이 형성되는 영역의 단차 또한 매우 커지고 있어 원자층 두께의 미세 패턴을 매우 균일하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 스텝커버리지(step coverage)가 우수한 원자층 증착방법(atomic layer deposition : ALD)의 사용이 증대되고 있다.
이러한 원자층 증착방법은 기체 분자들 간의 화학반응을 이용한다는 점에 있어서 일반적인 화학 기상 증착방법과 유사하다. 하지만, 통상의 CVD가 복수의 기체 분자들을 동시에 프로세스 챔버 내로 주입하여 발생된 반응 생성물을 기판에 증착하는 것과 달리, 원자층 증착방법은 하나의 소스 물질을 포함하는 가스를 프로세스 챔버 내로 주입하여 가열된 기판에 화학흡착시키고 이후 다른 소스 물질을 포함하는 가스를 프로세스 챔버에 주입함으로써 기판 표면에서 소스 물질 사이의 화학반응에 의한 생성물이 증착된다는 점에서 차이가 있다.
한편, 위와 같은 원자층 증착방법은 AMOLED 디스플레이의 박막 봉지, 플렉서블(flexible) 기판의 베리어막(barrier film), 태양광 버퍼 레이어(buffer layer), 반도체용 강유전체(high-k) 캐패시터용 고유전 물질 또는 알루미늄(Al), 구리(Cu) 배선 확산 방지막(TiN, TaN 등) 등을 형성하는데 사용될 수 있다.
이러한 원자층 증착방법은 현재까지 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)에서 사용되던 매엽식, 배치식 및 스캔형 소형 반응기가 기판위를 이송 또는 반대 방식으로 공정이 이루어지고 있다.
먼저, 매엽 방식은 1장의 기판 투입후 공정진행이 이루어지며, 기판의 입/반출 및 히팅을 위한 무빙용 서셉터, 공정가스 투입을 위한 디퓨져(샤워헤드 타입이 주류) 및 배기부로 구성되어 있다. 그러나, 매엽 방식에서는 진공 형성시 외부 대기압에 따른 공정챔버 및 주변부의 변형방지를 위하여 챔버가 매우 두껍고 기판의 반입/반출 및 공정 영역 구분을 위한 게이트 밸브의 필요로 대면적기판용 장비 구성시 내부 부피가 엄청나게 늘어나게 되므로 원료전구체 및 반응전구체의 소모량 급증, 유지비용 급증, 흡착-퍼지-반응-퍼지시간 증가에 따른 공정시간 증가로 생산성이 현저히 감소하는 문제점이 있다.
다음으로, 다수의 기판에 대해 동시에 공정을 진행하는 배치형 방식은 종래 원자층 증착 장비의 부피가 커서 원료전구체와 반응전구체가 많이 소요됨에 따른 유지비용 증가와 저생산성 문제점을 해결하고자 여러 장의 기판에 대해 동시에 공정을 수행하는 방식이다. 이러한 배치형 방식은 태양전지 공정에 일부 적용되고 있으나, 기판 전면 뿐만 아니라 뒷면에도 동시 성막이 되는 문제점, 다수 기판에 대한 박막의 균일도 및 재현성의 문제가 있으며, 챔버 오염시 초대형 챔버 전체를 분리하여 세정해야 하는 문제점이 있다.
다음으로, 스캔형 소형 반응기방식은 진공챔버내 기판의 한면의 길이에 대응하는 소형 반응기를 여러개 배치하여 기판 또는 소형 반응기가 왕복 운동하여 성막하는 방식으로, 일부 디스플레이 박막봉지 공정에서 적용되었으나, 기판과 소형 반응기의 완벽한 가스 유동 제어가 어려우며, 원료전구체와 반응전구체의 명확한 분리 구현이 어려워 파티클 이슈가 발생하는 문제점이 있다.
(특허문헌)
대한민국 등록특허번호 10-1044913호(등록일자 2011년 06월 22일)에는 배치형 원자층 증착 장치에 관한 기술이 개시되어 있다.
따라서, 본 발명에서는 상부 및 하부의 분리 및 결합이 가능한 단위 공정챔버를 적층형태로 다수개 배치하며, 각 단위 공정챔버내에서 2개의 기판에 대한 동시 성막이 가능하도록 하거나 또는 대면적 기판에 대한 다분할 영역 성막이 가능하도록 함으로써, 한번의 공정으로 2개의 기판에 대한 성막을 수행할 수 있어 생산성을 높일 수 있고, 다분할 영역 성막을 통해 기판 면적이 커짐에 따라 발생하는 원료전구체의 흡착 시간 및 반응전구체의 반응시간을 줄여 성막에 소요되는 시간을 줄일 수 있으며, 적정 영역의 최적 공간에서만 성막이 진행되므로 대면적 기판의 적용이 용이하고, 필요에 따라 마스크 제거가 가능하며 불필요한 영역의 성막을 최소화시킬 수 있도록 하는 원자층 증착 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
상술한 본 발명은 원자층 증착장치로서, 상부 공정챔버와 하부 공정챔버를 구비하고,　원자층 증착 공정 대상 기판의 로딩 또는 언로딩 시에는 상기 상부 공정챔버와 상기 하부 공정챔버가 분리되며,　상기 기판에 대한 증착 공정의 진행시에는 상기 상부 공정챔버와 하부 공정챔버가 결합하여 밀폐된 반응공간을 형성하는 공정챔버와, 상기 공정챔버를 지지하고,　상기 공정챔버가 위치한 공간을 진공상태로 유지시키는 진공챔버를 포함하고, 상기 상부 공정챔버와 상기 하부 공정챔버는 각각 상기 기판을 탑재하고, 상기 증착 공정의 진행시에 상기 반응공간에서 상기 상부 공정챔버에 탑재된 기판과 상기 하부 공정챔버에 탑재된 기판에 동시에 상기 증착 공정이 진행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 원자층 증착장치로서, 상부 공정챔버와 하부 공정챔버를 구비하고,　원자층 증착 공정 대상 기판의 로딩 또는 언로딩 시에는 상기 상부 공정챔버와 상기 하부 공정챔버가 분리되며,　상기 기판에 대한 증착 공정의 진행시에는 상기 상부 공정챔버와 하부 공정챔버가 결합하여 밀폐된 반응공간을 형성하는 적어도 2개 이상의 공정챔버와, 상기 공정챔버를 상하 방향으로 적층된 형태로 지지하고,　상기 공정챔버가 적층된 공간을 진공상태로 유지시키는 진공챔버를 포함하고, 상기 상부 공정챔버와 상기 하부 공정챔버는 각각 상기 기판을 탑재하고, 상기 증착 공정의 진행시에 상기 반응공간에서 상기 상부 공정챔버에 탑재된 기판과 상기 하부 공정챔버에 탑재된 기판에 동시에 상기 증착 공정이 진행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상부 공정챔버와 하부 공정챔버는, 각각 상기 기판과 마스크를 지지하는 지지부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상부 공정챔버의 지지부는, 걸쇠고리 형태로 형성되며, 회전 또는 상/하 이동하여 입/반출되는 상기 기판과 마스크를 지지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하부 공정챔버의 기판과 마스크의 지지부는, 자중형 리프트 핀 형태로 형성되며, 상기 하부 공정챔버의 상/하 운동에 따른 상대적 위치 변화에 의해 입/반출되는 상기 기판과 마스크를 지지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상부 공정챔버에 탑재되는 상기 기판에서 상기 증착 공정이 수행되는 면과, 상기 하부 공정챔버에 탑재되는 상기 기판에서 상기 증착 공정이 수행되는 면은 서로 대향되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상부 공정챔버는, 상기 밀폐된 반응공간에 공정가스 또는 퍼지가스를 공급하는 가스 공급부를 상기 상부 공정챔버의 일측 상부면에 구비하고, 상기 밀폐된 반응공간에 공급된 가스를 배기시키는 가스 배기부를 상기 상부 공정챔버의 타측 상부면에 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가스 공급부는, 상기 상부 공정챔버의 측면부에 균일한 가스 유동을 위한 확산공간을 형성하여 상기 밀폐된 반응공간내 상기 상부 공정챔버와 하부 공정챔버에 각각 탑재된 2개의 기판에 대해 상기 공정가스 또는 상기 퍼지가스를 분사하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상부 공정챔버 상 상기 기판이 탑재된 부분과 일정거리 이격된 위치의 하부면에 플라즈마 발생을 위한 전극이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가스 공급부의 도입부에 플라즈마 발생을 위한 전극이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 진공챔버 내에 공정챔버가 위치되어 있는 원자층 증착장치에서 수행되는 원자층 증착 방법으로서, 상기 공정챔버내 상부 공정챔버와 하부 공정챔버에 각각 기판 및 마스크가 로딩되는 단계와, 상기 기판 및 마스크가 로딩되면, 상기 공정챔버의 상부 공정챔버와 하부 공정챔버가 결합하여 밀폐된 반응공간을 형성하는 단계와, 상기 밀폐된 반응공간에서 상기 상부 공정챔버에 탑재된 기판과 상기 하부 공정챔버에 탑재된 기판에 대해 동시에 원자층 증착 공정을 수행하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은 원자층 증착방법으로서, 진공챔버 내에 적어도 2개 이상의 공정챔버가 적층되어 있는 적층형 원자층 증착장치에서 수행되는 원자층 증착 방법으로서, 상기 적층된 각각의 공정챔버내 상부 공정챔버와 하부 공정챔버에 기판 및 마스크가 로딩되는 단계와, 상기 기판 및 마스크가 로딩되면, 상기 공정챔버의 상부 공정챔버와 하부 공정챔버가 결합하여 밀폐된 반응공간을 형성하는 단계와, 상기 밀폐된 반응공간에서 상기 상부 공정챔버에 탑재된 기판과 상기 하부 공정챔버에 탑재된 기판에 대해 동시에 원자층 증착 공정을 수행하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 원자층 증착 공정을 수행하는 단계는, 상기 공정챔버의 일측 상부면에 형성되는 가스 공급부를 통해 상기 반응공간내 상/하부면에 각각 탑재된 상기 기판으로 원료전구체를 공급하는 단계와, 상기 기판상에 원료전구체가 흡착된 후, 상기 가스 공급부를 통해 상기 기판으로 퍼지가스를 공급하여 상기 기판상에 흡착되지 못한 원료전구체를 배기시키는 단계와, 상기 배기 후, 상기 가스 공급부를 통해 상기 기판으로 반응전구체를 공급하여 상기 원료전구체와 반응을 통해 원자층 박막을 형성시키는 단계와, 상기 원자층 박막의 형성 후, 상기 가스 공급부를 통해 상기 기판으로 퍼지가스를 공급하여 상기 원료전구체와 결합하지 못한 반응전구체를 배기시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 원료전구체, 반응전구체, 퍼지가스중 적어도 하나는, 상기 상부 공정챔버의 측면부에 균일한 가스 유동을 위한 확산공간으로 형성되는 가스 공급부를 통해 공급되어 상기 반응공간내의 기판에 수평 방향으로 분사되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기판으로 반응전구체를 공급 시 상기 상부 공정챔버 상 상기 기판이 탑재된 부분과 일정거리 이격된 위치의 하부면 또는 상기 반응공간과 연결되는 도입부에 플라즈마를 발생시키는 단계를 더 포함하고, 상기 원자층 박막을 형성시키는 단계는 상기 플라즈마를 이용하여 상기 반응전구체와 상기 원료전구체의 화학적 반응을 유도하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 원자층 증착장치로서, 상부 공정챔버와 하부 공정챔버를 구비하고, 원자층 증착 공정 대상 기판의 로딩 또는 언로딩 시에는 상기 상부 공정챔버와 상기 하부 공정챔버가 분리되며, 상기 기판에 대한 증착 공정의 진행시에는 상기 상부 공정챔버와 하부 공정챔버가 결합하여 밀폐된 반응 공간을 형성하는 공정챔버와, 상기 공정챔버를 지지하고, 상기 공정챔버가 위치한 공간을 진공상태로 유지시키는 진공챔버를 포함하고, 상기 상부 공정챔버는 상기 기판에 대해 적어도 2개 이상의 영역으로 분할하여 영역별로 원자층 증착 공정을 수행할 수 있는 상기 적어도 2개 이상의 원자층 증착 공정부를 구비하되, 상기 원자층 증착 공정부는 가스 공급부와 가스 배기부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 원자층 증착장치로서, 상부 공정챔버와 하부 공정챔버를 구비하고, 원자층 증착 공정 대상 기판의 로딩 또는 언로딩 시에는 상기 상부 공정챔버와 상기 하부 공정챔버가 분리되며, 상기 기판에 대한 증착 공정의 진행시에는 상기 상부 공정챔버와 하부 공정챔버가 결합하여 밀폐된 반응 공간을 형성하는 적어도 2개 이상의 공정챔버와, 상기 공정챔버를 상하 방향으로 적층된 형태로 지지하고, 상기 공정챔버가 적층된 공간을 진공상태로 유지시키는 진공챔버를 포함하고, 상기 상부 공정챔버는 상기 기판에 대해 적어도 2개 이상의 영역으로 분할하여 영역별로 원자층 증착 공정을 수행할 수 있는 상기 적어도 2개 이상의 원자층 증착 공정부를 구비하되, 상기 원자층 증착 공정부는 가스 공급부와 가스 배기부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상부 공정챔버는, 상기 각 영역의 경계에 대응되는 상기 원자층 증착 공정부의 둘레부상에 상기 가스 배기부와 인접한 위치에 형성되어 퍼지가스를 분사하는 퍼지가스 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가스 공급부는 상기 각 영역의 중앙부에 대응되는 상기 원자층 증착 공정부의 중앙부에 형성되며, 상기 가스 배기부는 상기 각 영역의 경계에 대응되는 상기 상부 공정챔버의 둘레부에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상부 공정챔버는, 상기 공정챔버내로 공정가스 또는 퍼지가스를 공급하는 제2 가스 공급부를 상기 상부 공정챔버의 일측 상부면에 더 구비하고, 상기 공정챔버내 공급된 가스를 배기시키는 제2 가스 배기부를 상기 상부 공정챔버의 타측 상부면에 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 각 영역에 대응되는 상기 원자층 증착 공정부상 영역의 하부면에 플라즈마 발생을 위한 전극이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가스 공급부의 도입부에 플라즈마 발생을 위한 전극이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가스 공급부는, 상기 각 영역에 대응되는 상기 원자층 증착 공정부의 중앙부에 중심홀 디퓨져 또는 샤워헤드 디퓨져로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 원자층 증착방법으로서, 서로 분리 또는 결합이 가능한 상부공정챔버와 하부공정챔버를 포함하는 공정챔버를 구비한 원자층 증착장치에서 수행되는 원자층 증착 방법으로서, 상기 공정챔버내에 기판이 로딩되는 경우,　상기 상부공정챔버와 상기 하부 공정챔버가 결합하여 밀폐된 반응공간을 형성하는 단계와, 상기 밀폐된 반응공간에서 상기 기판에 대해 원자층 증착 공정을 수행하는 단계를 포함하고, 상기 원자층 증착 공정을 수행하는 단계는 상기 상부공정챔버에 구비된 적어도　2개 이상의 원자층 증착공정부에 의하여 상기2개 이상의 영역에 동시에 수행되고, 상기 원자층 증착 공정부는 가스 공급부와 가스 배기부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 원자층 증착방법으로서, 서로 분리 또는 결합이 가능한 상부공정챔버와 하부공정챔버를 포함하는 적어도 2개 이상의 공정챔버를 구비한 원자층 증착장치에서 수행되는 원자층 증착 방법으로서, 상기 공정챔버내에 기판이 로딩되는 경우,　상기 상부공정챔버와 상기 하부 공정챔버가 결합하여 밀폐된 반응공간을 형성하는 단계와, 상기 밀폐된 반응공간에서 상기 기판에 대해 원자층 증착 공정을 수행하는 단계를 포함하고, 상기 원자층 증착 공정을 수행하는 단계는 상기 상부공정챔버에 구비된 적어도　2개 이상의 원자층 증착공정부에 의하여 상기2개 이상의 영역에 동시에 수행되고, 상기 원자층 증착 공정부는 가스 공급부와 가스 배기부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 원자층 증착 공정의 수행 시점에 상기 영역의 경계 영역에 퍼지가스를 분사시켜 상기 경계 영역에 상기 퍼지가스에 의한 가스 장벽을 형성시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가스 배기부는, 각 영역의 경계에 대응되는 상기 원자층 증착 공정부의 둘레부에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가스 공급부는, 각 영역에 대응되는 상기 원자층 증착 공정부의 중앙부에 중심홀 디퓨져 또는 샤워헤드 디퓨져 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 원자층 증착에 있어서, 진공챔버의 내측에 적층형으로 수납되는 다수개의 공정챔버를 구비하고, 각각의 공정챔버에서 독립적으로 원자층 증착 공정이 수행될 수 있도록 하되, 공정챔버내에서 2개의 기판에 대한 동시 성막 수행이 가능하도록 함으로써 생산성을 대폭 향상시키고, 가스 소모량 감소로 유지비용을 절감 시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 대면적 기판에 대한 다분할 영역 성막이 가능하도록 함으로써, 기판 면적이 커짐에 따라 발생하는 원료전구체의 흡착 시간 및 반응전구체의 반응시간을 줄여 성막에 소요되는 시간을 줄일 수 있으며, 적정 영역의 최적 공간에서만 성막이 진행되므로 대면적 기판의 적용이 용이하고, 필요에 따라 마스크 제거가 가능하며 불필요한 영역의 성막을 최소화시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 대면적 기판에 대한 다분할 영역 성막 수행 시, 다분할된 각 영역에서의 성막 공정을 위한 구성품만 교체하거나 세정을 진행하면 되므로 유지보수 비용 또한 절감할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착 장치 구조의 입체 사시도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 공정챔버의 단면 상세 구조도,
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 2개의 기판에 대한 동시 성막수행이 가능한 공정 챔버의 단면 상세 구조도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 공정챔버의 분리 입체 사시도,
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 2개의 기판에 대한 동시 성막 수행이 가능한 공정챔버의 단면 구조로서 공정가스가 기판상 교차흐름 또는 이동파 방식으로 분사되는 개략적인 구성도,
도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 공정챔버의 단면 구조로서 2개의 기판에 대한 동시 성막 수행 시 플라즈마를 이용하는 개략적인 구성도,
도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 공정챔버의 단면 구조로서 2개의 기판에 대한 동시 성막 수행 시 간접 플라즈마를 이용하는 개략적인 구성도,
도 6a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공정챔버의 단면 구조로서 대면적 기판에 대한 다분할 영역 성막을 수행하는 개략적인 구성도,
도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공정챔버의 단면 구조로서 대면적 기판에 대한 다분할 영역 성막의 수행 시 플라즈마를 이용하는 개략적인 구성도,
도 6c 내지 도 6e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공정챔버의 단면 구조로서 대면적 기판에 대한 다분할 영역 성막의 수행 시 간접 플라즈마를 이용하는 개략적인 구성도,
도 6f는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공정챔버의 단면 구조로서 마스크를 적용하지 않고, 대면적 기판에 대한 다분할 영역 성막을 수행하는 개략적인 구성도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착 장치 구조의 입체 사시도를 도시한 것으로, 원자층 증착 장치(1000)는 다수개의 공정챔버(1200)와 상기 다수개의 공정챔버(1200)를 수용하는 진공챔버(1100) 등을 포함할 수 있다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 원자층 증착 장치(1000)의 구조를 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 다수개의 공정챔버(1200)는 기판에 대한 원자층 증착공정을 수행할 수 있는 챔버(chamber)로서 각각 독립적인 공간을 가지도록 구현되며, 상하 방향으로 적층되어 외부 진공챔버(1100)에 수용된다. 이러한 공정챔버(1200)는 진공챔버(1100)에 인입 시 위치가 고정되는 상부 공정챔버(1210)와 진공챔버(1100)에 구비되는 이송부에 의해 상하로 이동되어 상부 공정챔버(1210)와 결합되거나 분리되는 하부 공정챔버(1220)로 구성될 수 있다.
이러한 공정챔버(1200)는 위와 같은 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)로 분리 또는 결합되도록 하는 구성을 통해 최적의 원자층 증착 공정이 가능한 공간만 확보하도록 하여 원자층 증착 장치의 부피를 최소화할 수 있도록 설계될 수 있다.
상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)의 상세한 구조 및 동작은 후술되는 도 2 내지 도 5의 설명시에 보다 자세히 설명될 것이다.
또한, 공정챔버(1200)는 진공챔버(1100)의 상부 또는 측면에 설치되는 가이드부(1204)와 연계하여 진공챔버(1100)로의 입출이 가능하며, 진공챔버(1100)내 기준위치에 인입된 상태에서 가이드부(1204)를 조절하여 고정이 가능하게 된다.
다음으로, 진공챔버(1100)는 내부에 다수개의 공정챔버를 상하 방향으로 적재할 수 있는 다단 지지부(1202)와 가이드부(1204) 등을 가지며 진공상태를 유지하여 각각의 공정챔버(1200)에서 원자층 증착 공정이 이루어질 수 있도록 한다.
즉, 진공챔버(1100)는 원자층 증착 공정을 위해 분리 결합이 가능하도록 구성된 단위 공정챔버(1200)가 적층되어 배치된 내측의 다수개의 공정챔버(1200)를 지지하고 각 공정챔버에서 기판이 반입/반출 가능하도록 하며, 외부의 대기 및 압력차가 존재하는 환경으로부터 내측 공정챔버(1200)의 이동 및 변형 등 외부의 영향을 최소화시킬 수 있다.
따라서, 위 도 1에서와 같이 독립적인 원자층 증착 공정이 수행되는 다수개의 공정챔버(1200)를 하나의 진공챔버(1100)에 상하로 적층한 구조를 이용하는 경우 다수개의 공정챔버(1200)에서 다수개의 기판에 동시에 성막이 이루어지므로 종래 단일 기판용 증착기에 대비하여 몇배의 생산성 향상을 가질 수 있도록 한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 공정챔버의 단면 상세 구조를 도시한 것이다.
먼저, 도 2a는 공정챔버(1200)내로 기판(1010) 및 마스크(1020)를 로딩시키기 위해 하부 공정챔버(1220)가 하부로 이동되어 공정챔버가 개방된 상태를 도시한 것이다.
위 도 2a를 참조하면, 하부 공정챔버(1220)가 이송부(1110)에 의해 상부 공정챔버(1210)로부터 상하방향의 하부로 이동되어 개방된 상태에서 기판(1010)과 마스크(1020)가 공정챔버(1200) 내부의 기판 지지부(1015)와 마스크 지지부(1017)에 순차적으로 로딩된다. 이때, 공정챔버(1200)의 상부 공정챔버(1210)는 진공챔버(1100)에 지지되며, 하부 공정챔버(1220)는 진공챔버(1100)에 구비되는 이송부(1110)에 의해 진공챔버(1100)에 대해 수직방향으로 상하 이동될 수 있다.
위와 같이, 기판 지지부(1015)와 마스크 지지부(1017)에 기판(1010)과 마스크(1020)가 로딩되는 경우, 이송부(1110)에 의해 하부 공정챔버(1220)가 상승하고, 기판(1010)과 마스크(1020)가 하부 공정챔버(1220)에 순차적으로 안착되면서 도 2b에서와 같이 하부 공정챔버(1220)가 상부 공정챔버(1210)에 최종 결합하게 된다.
한편, 이때 기판(1010)과 마스크(1020)의 로딩은 각각의 공정챔버(1200)별로 개별적으로 이루어질 수도 있으며, 진공챔버(1100)내 다수의 공정챔버(1200)가 개방된 상태에서 동시에 이루어질 수도 있다.
다음으로, 도 2b는 공정챔버(1200)에 기판(1010)과 마스크(1020)가 로딩된 상태에서 공정진행을 위해 하부 공정챔버(1220)가 상부로 이동되어 상부 공정챔버(1210)와 결합된 상태를 도시한 것이다.
위 도 2b를 참조하면, 공정챔버(1200)가 개방된 상태에서 기판(1010)과 마스크(1020)가 로딩된 후, 이송부(1110)에 의해 하부 공정챔버(1220)가 상승되어 하부 공정챔버(1220)가 상부 공정챔버(1210)에 결합하게 됨으로서 공정챔버(1200)의 독립적인 공간이 형성될 수 있다.
이와 같이 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)가 결합되어 공정 진행이 가능한 독립적인 공간이 형성되는 경우, 공정 진행에 따라 공정 가스 공급부(1212)로 필요한 가스가 인입되면서 기판(1010)에 대한 원자층 증착 공정이 수행될 수 있다.
한편, 위와 같이 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)가 결합된 상태에서 기판(1010)에 대한 원자층 증착 공정이 완료되는 경우, 하부 공정챔버(1220)가 이송부(1110)에 의해 하강되어 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)가 분리되는 언로딩 동작이 수행되며, 이와 같은 언로딩 상태에서 공정이 완료된 기판(1010)에 대해 공정챔버(1200) 외부로 반출이 이루어지게 된다.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공정챔버내 2개의 기판에 대해 동시에 성막이 가능하도록 하는 공정챔버의 단면 상세 구조를 도시한 것이다.
먼저, 도 3a는 공정챔버(1200)내 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)로 각각 기판(1010) 및 마스크(1020)를 로딩시키기 위해 하부 공정챔버(1220)가 하부로 이동되어 공정챔버(1200)가 개방된 상태를 도시한 것이다.
위 도 3a를 참조하면, 하부 공정챔버(1220)가 이송부(1110)에 의해 상부 공정챔버(1210)로부터 상하방향의 하부로 이동하여 개방된 상태에서 기판(1010)과 마스크(1020)가 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220) 각각에 위치하는 기판 지지부(1015)와 마스크 지지부(1017)에 순차적으로 로딩된다.
이때, 상부 공정챔버(1210)의 기판 지지부(1015)와 마스크 지지부(1017)는 기판(1010)과 마스크(1020)를 지지하기 위해 예를 들어 걸쇠고리 형태로 형성될 수 있다.
또한, 기판(1010)과 마스크(1020)는 예를 들어 로봇에 의해 상부 공정챔버(1210) 또는 하부 공정챔버(1220)에 로딩되어 기판 지지부(1015) 또는 마스크 지지부(1017)에 안착될 수 있으며, 공정이 수행된 기판(1010)은 상부/하부 공정챔버(1210, 1220)와 마스크(1020) 사이에서 입/반출이 이루어지며, 마스크(1020)는 기판(1010)과 다르게 오염이 심해졌을 경우에만 주기적으로 교체가 이루어지게 된다.
또한, 공정챔버(1200)의 상부 공정챔버(1210)는 진공챔버(1100)에 고정되어 지지되며, 하부 공정챔버(1220)는 진공챔버(1100)에 구비되는 이송부(1110)에 의해 진공챔버(1100)에 대해 상하방향으로 이동될 수 있다.
위와 같이, 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)에 각각 위치되는 기판 지지부(1015)와 마스크 지지부(1017)에 기판(1010)과 마스크(1020)가 로딩되는 경우, 이송부(1110)에 의해 하부 공정챔버(1220)가 상승하고, 기판(1010)과 마스크(1020)가 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)에 순차적으로 탑재되면서 하부 공정챔버(1220)가 상부 공정챔버(1210)에 최종 결합하게 된다.
한편, 이때 기판(1010)과 마스크(1020)의 로딩은 각각의 공정챔버(1200)별로 개별적으로 이루어질 수도 있으며, 진공챔버(1100)내 다수의 공정챔버(1200)가 개방된 상태에서 동시에 이루어질 수도 있다.
도 3b는 공정챔버(1200)내 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)에 기판(1010)과 마스크(1020)가 각각 로딩된 상태의 측면도를 예시한 것이다.
위 도 3b를 참조하면, 상부 공정챔버(1210)에 기판(1010)의 입/반출 시에는 걸쇠고리 형태의 기판 지지부(1015)와 마스크 지지부(1017)가 회전 및 상하운동 등을 병행하여 지지하게 되며, 기판(1010)의 크기에 따라 걸쇠고리만 지지하거나 또는 정전척, 점착척 등을 이용한 추가적인 지지도 가능하다.
하부 공정챔버(1220)의 기판(1010) 입/반출 시에는 자중형 리프트 핀 형태의기판 지지부(1015)가 히터기능을 포함할 수 있는 하부 공정챔버(1220)의 상/하 운동에 따른 상대적 위치변화에 의해 기판(1010)을 지지하게 되며, 안착 시에는 기판(1010) 안착 후 마스크(1020) 안착의 순서로 진행되고, 탈착 시에는 마스크(1020) 탈착 후 기판(1010)의 탈착 순서로 진행될 수 있다.
기판(1010) 및 마스크(1020)가 동시에 배치된 상황에서의 반출 순서는 기판(1010) 반출 후 마스크(1020)를 제거하는 것이 유리하며, 반입시에는 역순이 유리하다. 또한, 하부 공정챔버(1220)의 마스크(1020)는 하부 공정챔버(1220)의 리프트 핀 형태로 구현되는 마스크 지지대(1017)가 아닌 상부 공정챔버(1210)의 걸쇠고리 형태의 마스크 지지대(1017)를 추가로 구성하여 입/반출하는 것도 가능하다.
도 4a 내지 도 4b는 각각 도 3a와 도 3b에 도시된 공정챔버의 분리 입체 사시도를 도시한 것이다.
도 4a는 공정챔버(1200)의 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)를 상부에서 바라본 입체 사시도이고, 도 4b는 공정챔버(1200)의 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)를 하부에서 바라본 입체 사시도이다.
도 4a와 도 4b를 참조하면, 상부 공정챔버(1210)의 상부면에는 가스 공급부(1212)와 배기부(1211)가 형성될 수 있다. 이때 가스 공급부(1212)는 상부 공정챔버(1210)의 양측면의 중앙부에 둥근 관 형태로 형성될 수 있다. 또한, 상부 공정챔버(1210)의 하부면에는 가스 공급부(1212)에서 공급된 가스가 기판상 전체면에 균일한 공정가스의 유동확보를 위해 내부 확산영역을 포함한 슬릿(1216)이 형성된다.
또한, 2개의 기판에 대한 동시 성막 수행에 따라 상부 공정챔버(1210)에도 기판(1010)과 마스크(1020)가 로딩됨에 따라 상부 공정챔버(1210)의 상부면에는 하부 공정챔버(1220)에 마찬가지로 마스크(1020)를 안착시키기 위한 마스크 지지대(1017)와 기판(1010)을 안착시키기 위한 기판 지지대(1015)가 형성될 수 있다. 이때, 상부 공정챔버(1210)에 형성되는 마스크 지지대(1017)와 기판 지지대(1015) 하부 공정챔버(1220)와는 달리 걸쇠고리 형태로 형성될 수 있다.
그리고, 하부 공정챔버(1220)의 상부면에는 마스크(1020)를 안착시키기 위한 마스크 지지대(1017)와 기판(1010)을 안착시키기 위한 기판 지지대(1015)가 형성될 수 있다.
이때 마스크(1020)와 기판(1010)은 각각의 마스크 지지대(1017)와 기판 지지대(1015)에 안착되도록 로딩된 후, 하부 공정챔버(1220)와 상부 공정챔버(1210)의 결합 시 생성되는 공정챔버(1200)내 독립적인 공간에 위치하게 된다. 또한, 하부 공정챔버(1220)의 하부면에는 마스크 지지대(1017)와 기판 지지대(1015)의 자중증가, 높이 제한, 지지를 위한 연결부(1018)가 형성되며, 공정가스의 완벽한 차단을 위하여 하부 공정챔버(1220)의 구멍과 지지대 사이에 별도의 실링부 삽입 또는 벨로즈 등으로 연결될 수 있다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 2개의 기판에 대한 동시 성막 진행이 가능한 공정챔버의 단면 구조로서 공정가스가 기판상 교차흐름 또는 이동파 방식으로 분사되는 개략적인 구성을 도시한 것이다.
위 도 5a를 참조하면, 가스 공급부(1212)를 통해 상부 공정챔버(1210) 외곽의 일측면에서 공정챔버(1200)의 내부에 위치한 기판(1010)으로 원료전구체, 반응전구체, 퍼지가스를 원자층 증착 공정의 순서에 따라 순차적으로 공급하게 되며, 상부 공정챔버(1210)의 타측면에 형성되는 가스 배기부(1211)를 통해 각각의 공정에서 사용된 공정가스 또는 퍼지가스가 배기되도록 하는 구조를 나타내고 있다.
이하, 동작을 살펴보면, 가스 공급부(1212)로 공급된 원료전구체(TAM 등)가 상부 공정챔버(1210)의 일측면의 확산이 용이한 고깔 형상 또는 물결형상의 영역을 지나 기판(1010)의 일측면으로 균일하게 공급되고, 이에 따라, 상부 공정챔버(1212)에 탑재된 있는 기판(1010)의 하층면과, 하부 공정챔버(1220)에 탑재된 기판(1010)의 상층면에서 흡착반응이 일어나게 된다.
흡착이 완료되면 가스 공급부(1212)로 퍼지가스(Ar, O2, N2, N2O 등)를 공급하여 기판상 잔존하는 원료전구체를 가스 배기부(1211)로 배출시킨 후, 반응전구체를 가스 공급부(1212)에 공급하여 기판(1010)으로 분사시킴으로써 원료전구체와 반응전구체간 화학적 반응에 의해 원하는 원자층 박막을 형성시키게 된다.
이와 같이 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)에 각각 탑재된 2개의 기판(1010)에 박막을 형성시킨 후에는 다시 가스 공급부(1212)로 퍼지가스를 공급하여 기판(1010)상 원료전구체와 결합하지 못하고 잔존하는 반응전구체를 모두 제거함으로써 1층의 원자층 박막을 완성하게 되며, 위와 같은 4단계의 공정을 1사이클로 하는 반복 공정을 통해 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)에 탑재된 2개의 기판(1010)상에 원자층 박막을 원하는 두께 만큼 형성시키게 된다.
이때, 반응전구체의 원활한 반응 및 박막 특성의 향상을 위하여 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)에 히터(heater) 기능을 부여하여 기판(1010)의 온도 조절이 가능하도록 하여 서셉터 기능을 수행할 수 있다. 또한, 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)가 결합된 이후 공정챔버(1200)의 불완전한 결합 등으로 공정챔버(1200) 외부로의 가스누출에 따른 파티클(particle) 발생 방지를 위해 하부 공정챔버(1220)의 외곽에 기본 실링부(1221)와 추가 실링부(1222)를 구성할 수 있고, 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220) 간 완벽한 면접촉을 위한 면접촉 형성부를 추가로 구성할 수도 있다.
이하에서는 위 공정챔버(1200)에서 원자층 증착 공정에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 공정챔버(1200)의 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)가 결합되어 원자층 증착 공정의 공정 진행이 가능한 상황이 되는 경우, 원자층 증착공정의 1 단계로, 가스 공급부(1212)를 통해 원료전구체를 공급하고, 가스 공급부(1212)를 통해 공급된 원료전구체가 원자층 증착 공정의 대상이 되는 기판(1010)에 분사되도록 하여 기판(1010)상에 원료전구체의 단일 분자층을 형성시킨다. 다음으로, 원료전구체가 기판(1010)상에 충분히 분사된 경우, 원자층 증착공정의 2단계로, 가스 공급부(1212)로 퍼지가스를 공급하여 기판(1010)상에 물리적으로 결합하고 있는 물리흡착층의 원료전구체에 대해서는 퍼지가스에 의해 기판(1010)과의 결합을 분리시켜 가스 배기부(1211)를 통해 배기되도록 함으로써 원료전구체의 단일 분자층을 얻도록 한다.
이때, 기판(1010)상으로 원료전구체가 분사되는 경우 원료전구체는 기판(1010) 표면에 화학적으로 또는 물리적으로 흡착하여 박막을 형성하게 되는데, 이와 같은 상태에서 불활성의 퍼지가스가 기판(1010)으로 분사되는 경우 상대적으로 결합력이 약한 물리흡착층의 원료전구체는 기판(1010)과 분리되어 배기되나, 기판(1010)상 화화적으로 공유 결합을 통해 결합되어 물리흡착층과 비교하여 상대적으로 강한 결합력을 가지고 있는 화학흡착층의 원료전구체는 분리되지 않는다.
다음으로, 원자층 증착공정의 3단계로, 가스 공급부(1212)를 통해 반응전구체를 공급하여 기판(1010)상으로 반응전구체를 분사시킨다. 이에 따라 기판(1010)상에 분사되는 반응전구체가 기판(1010)에 흡착되어 있는 원료전구체와 반응하여 원자층 박막이 형성된다. 마지막으로, 위와 같이 원료전구체와 반응전구체간 기상 반응에 의한 원자층 증착이 이루어진 경우, 원자층 증착공정의 4단계로, 가스 공급부(1212)를 통해 퍼지가스를 공급하여 기판(1010)상의 과잉의 전구체 또는 물리흡착 분자를 제거시키게 된다.
위와 같은 4단계의 원자층 증착공정을 1사이클(cycle)로 하는 반복 공정을 통해 기판(1010)상에 원자층 박막을 원하는 두께만큼 형성시키게 된다.
도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 공정챔버(1200)의 단면 구조로서 2 개의 기판에 대한 동시 성막의 수행 시 플라즈마를 이용하는 개략적인 구성을 도시한 것이다.
위 도 5b를 참조하면, 도 5a에서와 마찬가지로 가스 공급부(1212)를 통해 상부 공정챔버(1210) 외곽의 일측면에서 공정챔버(1200) 내부에 위치한 기판(1010)으로 원료전구체, 반응전구체, 퍼지가스를 원자층 증착 공정의 순서에 따라 순차적으로 공급하게 되며, 상부 공정챔버(1210)의 타측면에 형성되는 가스 배기부(1211)를 통해 각각의 공정에서 사용된 공정가스 또는 퍼지가스가 배기되도록 하는 구조를 나타내고 있다.
이때, 도 5b에서는 원자층 증착 공정에 플라즈마(1030)를 이용하기 위해 도 5a에서와는 달리, 상부 공정챔버(1210)의 중심부에 플라즈마(1030) 형성을 위한 전극(1313)을 배치하고, 전극(1313)과 상부 공정챔버(1210) 사이는 절연체(1314)를 형성하여 상부 공정챔버(1210)와 전극(1313)간 쇼트(short)가 발생하는 것을 방지시키도록 하는 구조를 나타내고 있다.
이하, 동작을 살펴보면, 먼저, 원료전구체를 가스 공급부(1212)로 공급하여 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)에 탑재된 각각의 기판(1010)의 일측면으로 균일하게 공급되도록 하며, 이에 따라 상부 공정챔버(1210)에 탑재된 기판(1010)의 하층면과 하부 공정챔버(1220)에 탑재된 기판(1010)의 상층면에서 흡착반응이 일어나게 된다.
이어, 위와 같은 원료전구체의 흡착이 완료되면 가스 공급부(1212)로 퍼지가스를 공급하여 기판(1010)상 잔존하는 원료전구체를 가스 배기부(1211)로 배출시킨다.
이어, 다시 반응전구체를 가스 공급부(1212)에 공급하여 기판(1010)으로 분사시킨 후, 전극(1313)에 전원을 공급하여 기판(1010)상으로 직접 플라즈마(plasma)(1030)를 발생시켜 플라즈마(1030)에 의한 원료전구체와 반응전구체간 화학적 반응을 통해 원자층 박막을 형성시키게 된다. 이때, 플라즈마(1030)를 이용한 기판(1010)상 원자층 박막 형성에 있어서는 다른 실시예로써 반응전구체를 포함하는 퍼지가스를 공급하여 기판(1010)상 원료전구체가 완전히 제거되는 시점에 플라즈마(1030)를 발생시켜 막을 형성시킬 수도 있다.
도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 공정챔버(1200)의 단면 구조로서 2 개의 기판에 대한 동시 성막의 수행 시 간접 플라즈마를 이용하는 개략적인 구성을 도시한 것이다.
위 도 5c를 참조하면, 가스 공급부(1212)를 통해 상부 공정챔버(1210) 외곽의 일측면에서 공정챔버(1200)내 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)에 각각 탑재된 기판(1010)으로 원료전구체, 반응전구체, 퍼지가스를 원자층 증착 공정의 순서에 따라 순차적으로 공급하게 되며, 상부 공정챔버(1210)의 타측면에 형성되는 가스 배기부(1211)를 통해 각각의 공정에서 사용된 공정가스 또는 퍼지가스가 배기되도록 하는 구조를 나타내고 있다.
이때, 도 5c에서는 도 5b에 도시된 직접 플라즈마(1030)에 따른 기판(1010)의 박막에 가해지는 영향을 최소화하기 위하여 가스 공급부(1212)에 별도의 전극(1313) 및 절연체(1314)를 가지도록 하는 구조를 나타내고 있다.
이하, 동작을 살펴보면, 먼저 원료전구체를 가스 공급부(1212)로 공급하여 상부 공정챔버(1210)와 하부 공정챔버(1220)에 탑재된 기판(1010)의 일측면으로 균일하게 공급되도록 하며, 이에 따라 상부 공정챔버(1210)에 탑재된 기판(1010)의 하층면과 하부 공정챔버(1220)에 탑재된 기판(1010)의 상층면에서 흡착반응이 일어나게 된다.
이어, 위와 같은 원료전구체의 흡착이 완료되면 가스 공급부(1212)로 퍼지가스를 공급하여 기판(1010)상 잔존하는 원료전구체를 가스 배기부(1211)로 배출시킨다.
이어, 다시 반응전구체를 가스 공급부(1212)에 공급하여 기판(1010)으로 분사시키는 시점에, 가스 공급부(1212)에 형성된 플라즈마 발생을 위한 전극(1313)에 전원을 공급하여 플라즈마(1030)를 발생시킨다. 이에 따라 반응전구체와 플라즈마(1030)에 의해 발생한 라디칼(radical)이 가스 흐름에 따라 기판(1010)상으로 공급되어 플라즈마(1030)에 의한 원료전구체와 반응전구체간 화학적 반응을 통해 원자층 박막을 형성시키게 된다.
도 6a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공정챔버의 단면구조로서 대면적 기판에 대해 면적을 분할하여 다분할 영역 성막을 수행하는 개략적인 구성을 도시한 것이다.
위 도 6a를 참조하면, 상부 공정챔버(1210)는 대면적 기판(1010)에 대해 적어도 2개 이상의 영역으로 분할하여 영역별로 원자층 증착 공정을 수행할 수 있도록 하는 원자층 증착 공정부(1300)를 구비하여 대면적 기판(1010)상 다분할 영역의 각 영역별 기판(1010) 상으로 원료전구체, 반응전구체, 퍼지가스를 원자층 증착 공정의 순서에 따라 순차적으로 공급하는 구조를 나타내고 있다. 이때, 각각의 원자층 증착 공정부(1300)는 각 영역내 기판(1010) 상으로 공정가스를 공급하는 가스 공급부(1312)를 가지며, 외곽 둘레부상에 각각의 공정에서 사용된 공정가스 또는 퍼지가스를 배기시키기 위한 가스 배기부(1311)를 가지는 구조를 나타내고 있다.
이하, 동작을 살펴보면, 기판(1010)상 다분할 영역의 각 영역별로 원자층 증착 공정부(1300)의 중앙부에 예를 들어 중심홀 디퓨져 형태로 형성되는 가스 공급부(1312)를 통해 다분할된 각 영역내 기판(1010)상으로 원료전구체가 공급되고, 이에 따라, 하부 공정챔버(1220)에 탑재된 대면적 기판(1010)의 다분할된 각 영역의 상층면에서 흡착반응이 일어나게 된다.
흡착이 완료되면, 가스 공급부(1312)로 퍼지가스(Ar, O2, N2, N2O 등)를 공급하여 기판(1010)상 잔존하는 원료전구체를 각 영역에 대응되는 원자층 증착 공정부(1300)의 외곽 둘레부에 형성되는 가스 배기부(1311)를 통해 배출시킨다.
이어, 다시 반응전구체를 가스 공급부(1312)에 공급하여 다분할된 각 영역내 기판(1010)상으로 분사시킴으로써 원료전구체와 반응전구체간 화학적 반응에 의해 원하는 원자층 박막을 형성시키게 된다.
이에 따라, 기판(1010)상 다분할된 각 영역의 범위 내에서만 원료전구체, 반응전구체의 공정가스 공급과 배기가 이루어지도록 함으로써 다분할 영역의 경계 영역인 비성막 영역으로 공정가스가 유입되는 것을 방지시켜 공정챔버(1200) 내부의 불필요한 부위에서의 성막 형성을 방지할 수 있다.
또한, 위와 같은 다분할 영역 성막을 통해 기판(1010) 면적이 커짐에 따라 발생하는 원료전구체의 흡착 시간 및 반응전구체의 반응시간 증가를 방지하여 성막에 소요되는 시간을 줄일 수 있으며, 적정 영역의 최적 공간에서만 성막이 진행되므로 박막의 결함도 최소화시킬 수 있게 된다. 또한, 다분할된 각 영역에서의 성막 공정을 위한 구성품만 교체하거나 세정을 진행하면 되므로 유지보수 비용 또한 절감할 수 있다.
이때, 위와 같은 반응전구체의 공급에 있어서는 다른 실시예로서, 다분할 영역의 각 영역별로 원자층 증착 공정부(1300)에 형성되는 가스 공급부(1312)를 통해 원료전구체와 반응전구체를 모두 공급하는 것이 아니라, 원료전구체에 대해서는 상부 공정챔버(1210)의 외곽 일측에 형성된 가스 공급부(1212)를 통해 기판(1010) 전체로 원료전구체가 공급되도록 하여, 원료전구체 흡착 공정과 원료전구체와 반응전구체의 반응공정을 분리하여 수행할 수도 있다.
즉, 먼저, 원료전구체를 가스 공급부(1212)로 공급하여 기판(1010)의 일측면으로 균일하게 공급되도록 함으로써 하부 공정챔버(1220)에 안착되어 있는 기판(1010)의 전체 영역의 상층면에서 흡착반응이 일어나도록 한다.
이어, 위와 같이 원료전구체의 흡착이 완료되면 가스 공급부(1212)로 퍼지가스를 공급하여 기판(1010)상 잔존하는 원료전구체를 가스 배기부(1211)로 배출시킨다.
이어, 기판(1010)상 다분할 영역의 각 영역별로 원자층 증착 공정부(1300)의 중앙부에 예를 들어 중심홀 디퓨져 형태로 형성되는 가스 공급부(1312)를 통해 다분할된 각 영역내 기판(1010)상으로 반응전구체를 분사시킴으로써 원료전구체와 반응전구체간 화학적 반응에 의해 원하는 원자층 박막을 형성시키게 된다.
위와 같이 원료전구체와 반응전구체를 서로 다른 가스 공급부를 통해 공급하여 원자층 박막을 형성시키는 경우에는 원료전구체와 반응전구체의 가스 공급량, 퍼지가스량을 별도로 관리할 수 있게 되어 공정가스의 유량과 속도조절이 가능하고 공정튜닝이 용이할 수 있다.
도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공정챔버(1200)의 단면 구조로서 대면적 기판에 대한 다분할 영역 성막의 수행 시 플라즈마를 이용하는 개략적인 구성을 도시한 것이다.
위 도 6b를 참조하면, 상부 공정챔버(1210)는 대면적 기판(1010)에 대해 적어도 2개 이상의 영역으로 분할하여 영역별로 원자층 증착 공정을 수행할 수 있도록 하는 원자층 증착 공정부(1300)를 구비하여 대면적 기판(1010)상 다분할 영역의 각 영역별 기판(1010) 상으로 원료전구체, 반응전구체, 퍼지가스를 원자층 증착 공정의 순서에 따라 순차적으로 공급하는 구조를 나타내고 있다. 이때, 각각의 원자층 증착 공정부(1300)는 각 영역내 기판(1010) 상으로 공정가스를 공급하는 가스 공급부(1312)를 가지며, 외곽 둘레부상에 각각의 공정에서 사용된 공정가스 또는 퍼지가스를 배기시키기 위한 가스 배기부(1311)를 가지는 구조를 나타내고 있다.
이때, 도 6b에서는 원자층 증착 공정에 플라즈마(1030)를 이용하기 위해 도 6a에서와는 달리, 기판(1010)상 다분할 영역의 각 영역별로 원자층 증착 공정부(1300)의 중앙부에 플라즈마(plasma) 형성을 위한 전극(1513)을 배치하고, 전극(1513) 사이에는 절연체(1330)를 형성하여 원자층 증착 공정부(1300)와 전극(1513)간 쇼트(short)가 발생하는 것을 방지시키도록 하는 구조를 나타내고 있다.
이하, 동작을 살펴보면, 기판(1010)상 다분할 영역의 각 영역별로 원자층 증착 공정부(1300)의 중앙부에 형성되는 가스 공급부(1312)를 통해 다분할된 각 영역내 기판(1010)상으로 원료전구체가 공급되고, 이에 따라, 하부 공정챔버(1220)에 탑재된 대면적 기판(1010)의 다분할된 각 영역의 상층면에서 흡착반응이 일어나게 된다.
흡착이 완료되면, 가스 공급부(1312)로 퍼지가스를 공급하여 기판(1010)상 잔존하는 원료전구체를 각 영역에 대응되는 원자층 증착 공정부(1300)의 외곽 둘레부에 형성되는 가스 배기부(1311)를 통해 배출시킨다.
이어, 다시 반응전구체를 가스 공급부(1312)에 공급하여 다분할된 각 영역내 기판(1010)상으로 분사시키고, 반응전구체를 분사시키는 시점에 전극(1513)에 전원을 공급하여 기판(1010)상 각 분할 영역으로 직접 플라즈마(1030)를 발생시켜 플라즈마(1030)에 의한 원료전구체와 반응전구체간 화학적 반응을 통해 원자층 박막을 형성시키게 된다.
이때, 위와 같은 반응전구체의 공급에 있어서는 다른 실시예로서, 다분할 영역의 각 영역별로 원자층 증착 공정부(1300)에 형성되는 가스 공급부(1312)를 통해 원료전구체와 반응전구체를 모두 공급하는 것이 아니라, 원료전구체에 대해서는 상부 공정챔버(1210)의 외곽 일측에 형성된 가스 공급부(1212)를 통해 기판(1010) 전체로 원료전구체가 공급되도록 하여, 원료전구체 흡착 공정과 원료전구체와 반응전구체의 반응공정을 분리하여 수행할 수도 있다.
즉, 먼저, 원료전구체를 가스 공급부(1212)로 공급하여 기판(1010)의 일측면으로 균일하게 공급되도록 함으로써 하부 공정챔버(1220)에 안착되어 있는 기판(1010)의 전체 영역의 상층면에서 흡착반응이 일어나도록 한다.
이어, 위와 같이 원료전구체의 흡착이 완료되면 가스 공급부(1212)로 퍼지가스를 공급하여 기판(1010)상 잔존하는 원료전구체를 가스 배기부(1211)로 배출시킨다.
이어, 기판(1010)상 다분할 영역의 각 영역별로 원자층 증착 공정부(1300)의 중앙부에 형성되는 가스 공급부(1312)를 통해 다분할된 각 영역내 기판(1010)상으로 반응전구체를 분사시키고, 반응전구체를 분사시키는 시점에 전극(1513)에 전원을 공급하여 기판(1010)상 각 분할 영역으로 직접 플라즈마(1030)를 발생시켜 플라즈마(1030)에 의한 원료전구체와 반응전구체간 화학적 반응을 통해 원자층 박막을 형성시키게 된다.
위와 같이 원료전구체와 반응전구체를 서로 다른 가스 공급부를 통해 공급하여 원자층 박막을 형성시키는 경우에는 원료전구체와 반응전구체의 가스 공급량, 퍼지가스량을 별도로 관리할 수 있게 되어 공정가스의 유량과 속도조절이 가능하고 공정튜닝이 용이할 수 있다.
도 6c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공정챔버(1200)의 단면 구조로서 대면적 기판에 대한 다분할 영역 성막의 수행 시 간접 플라즈마를 이용하는 개략적인 구성을 도시한 것이다.
위 도 6c를 참조하면, 상부 공정챔버(1210)는 대면적 기판(1010)에 대해 적어도 2개 이상의 영역으로 분할하여 영역별로 원자층 증착 공정을 수행할 수 있도록 하는 원자층 증착 공정부(1300)를 구비하여 대면적 기판(1010)상 다분할 영역의 각 영역별 기판(1010) 상으로 원료전구체, 반응전구체, 퍼지가스를 원자층 증착 공정의 순서에 따라 순차적으로 공급하는 구조를 나타내고 있다.
이때, 각각의 원자층 증착 공정부(1300)는 각 영역내 기판(1010) 상으로 공정가스를 공급하는 가스 공급부(1312)를 가지며, 외곽 둘레부상에 각각의 공정에서 사용된 공정가스 또는 퍼지가스를 배기시키기 위한 가스 배기부(1311)를 가지는 구조를 나타내고 있다.
또한, 대면적 기판(1010)상 다분할 영역의 각 영역별로 원자층 증착 공정부(1300)의 중앙부에 형성되는 가스 공급부(1312)가 샤워헤드 디퓨져 형태로 구현되어 샤워헤드 방식으로 각 영역내 기판(1010)상으로 원료전구체, 반응전구체, 퍼지가스를 원자층 증착 공정의 순서에 따라 순차적으로 공급하게 된다.
이하, 동작을 살펴보면, 기판(1010)상 다분할 영역의 각 영역별로 원자층 증착 공정부(1300)의 중앙부를 통해 공급된 원료전구체는 기판(1010)의 상부에 분할된 영역의 면적과 유사한 크기로 형성되는 샤워헤드 디퓨져 형태의 가스 공급부(1312)를 통해 각 영역의 기판(1010)상에 균일하게 공급되며, 공정에 사용된 후에는 다분할된 각 영역에 대응되게 구분된 원자층 증착 공정부(1300)의 외곽 둘레부에 형성되는 가스 배기부(1311)를 통해 배출된다. 위와 같은 공정을 통해 하부 공정챔버(1220)에 탑재된 대면적 기판(1010)의 다분할된 각 영역의 상층면에서 흡착반응이 일어나게 된다.
흡착이 완료되면, 가스 공급부(1312)로 퍼지가스를 공급하여 기판(1010)상 잔존하는 원료전구체를 각 영역에 대응되는 원자층 증착 공정부(1300)의 외곽 둘레부에 형성되는 가스 배기부(1311)를 통해 배출시킨다.
이어, 다시 반응전구체를 샤워헤드 디퓨져 형태로 구현된 가스 공급부(1312)를 통해 공급하여 다분할된 각 영역내 기판(1010)상으로 분사되도록 한다.
이때 반응전구체의 공급 시 샤워헤드 디퓨져 형태의 가스 공급부(1312)에 형성되는 전극(1413)에 전원을 공급하여 기판(1010)상 각 분할 영역으로 간접 플라즈마(1030)가 형성되도록 함으로써 플라즈마(1030)를 이용한 원료전구체와 반응전구체간 화학적 반응에 의해 원하는 박막을 형성시키게 된다. 이때, 전극(1413)과 상부 공정챔버(1210) 사이는 절연체(1314)를 형성하여 상부 공정챔버(1210)와 전극(1413)간 쇼트가 발생하는 것을 방지시키도록 한다.
또한, 직접 플라즈마 적용이 어려운 물질이나 또는 이온 및 전자에 의한 하부막의 손상이 우려되는 경우 하부막의 손상 위험을 방지하기 위해 절연체(1330)이외에 전극(1413)과 가스 공급부(1312) 사이에 간극 절연체(1414)를 추가로 구성하여 전극(1413)과 가스 공급부(1312) 사이에서만 플라즈마(1030)를 발생시킴으로써 반응전구체의 해리를 통한 라디칼을 공급하여 기판(1010)에 손상을 주지 않으면서 원자층 박막의 형성이 가능하도록 한다.
이때, 위와 같은 반응전구체의 공급에 있어서는 다른 실시예로서, 다분할 영역의 각 영역별로 원자층 증착 공정부(1300)에 형성되는 가스 공급부(1312)를 통해 원료전구체와 반응전구체를 모두 공급하는 것이 아니라, 원료전구체에 대해서는 상부 공정챔버(1210)의 외곽 일측에 형성된 가스 공급부(1212)를 통해 기판(1010) 전체로 원료전구체가 공급되도록 하여, 원료전구체 흡착 공정과 원료전구체와 반응전구체의 반응공정을 분리하여 수행할 수도 있다.
즉, 먼저, 원료전구체를 가스 공급부(1212)로 공급하여 기판(1010)의 일측면으로 균일하게 공급되도록 함으로써 하부 공정챔버(1220)에 안착되어 있는 기판(1010)의 전체 영역의 상층면에서 흡착반응이 일어나도록 한다.
이어, 위와 같이 원료전구체의 흡착이 완료되면 가스 공급부(1212)로 퍼지가스를 공급하여 기판(1010)상 잔존하는 원료전구체를 가스 배기부(1211)로 배출시킨다.
이어, 기판(1010)상 다분할 영역의 각 영역별로 원자층 증착 공정부(1300)의 중앙부에 샤워헤드 디퓨져 형태로 형성되는 가스 공급부(1312)를 통해 다분할된 각 영역내 기판(1010)상으로 반응전구체를 분사시키도록 한다.
이때, 반응전구체의 공급 시 샤워헤드 디퓨져 형태의 가스 공급부(1312)에 형성되는 전극(1413)에 전원을 공급하여 기판(1010)상 각 분할 영역으로 간접 플라즈마(1030)가 형성되도록 함으로써 플라즈마(1030)를 이용한 원료전구체와 반응전구체간 화학적 반응에 의해 원하는 박막을 형성시키게 된다.
위와 같이 원료전구체와 반응전구체를 서로 다른 가스 공급부를 통해 공급하여 원자층 박막을 형성시키는 경우에는 원료전구체와 반응전구체의 가스 공급량, 퍼지가스량을 별도로 관리할 수 있게 되어 공정가스의 유량과 속도조절이 가능하고 공정튜닝이 용이할 수 있다.
도 6d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공정챔버(1200)의 단면 구조로서 대면적 기판에 대한 다분할 영역 성막의 수행 시 간접 플라즈마를 이용하는 개략적인 구성을 도시한 것이다.
위 도 6d를 참조하면, 상부 공정챔버(1210)는 대면적 기판(1010)에 대해 적어도 2개 이상의 영역으로 분할하여 영역별로 원자층 증착 공정을 수행할 수 있도록 하는 원자층 증착 공정부(1300)를 구비하여 대면적 기판(1010)상 다분할 영역의 각 영역별 기판(1010) 상으로 원료전구체, 반응전구체, 퍼지가스를 원자층 증착 공정의 순서에 따라 순차적으로 공급하는 구조를 나타내고 있다. 이때, 각각의 원자층 증착 공정부(1300)는 각 영역내 기판(1010) 상으로 공정가스를 공급하는 가스 공급부(1312)를 가지며, 외곽 둘레부상에 각각의 공정에서 사용된 공정가스 또는 퍼지가스를 배기시키기 위한 가스 배기부(1311)를 가지는 구조를 나타내고 있다.
이때, 도 6d에서는 도 6c에 도시된 직접 플라즈마(1030)에 따른 기판(1010)의 박막에 가해지는 영향을 최소화하기 위하여 가스 공급부(1312)의 인입 지점에 별도의 전극(1513)을 가지도록 하는 구조를 나타내고 있다.`
이하, 동작을 살펴보면, 기판(1010)상 다분할 영역의 각 영역별로 원자층 증착 공정부(1300)의 중앙부에 형성되는 가스 공급부(1312)를 통해 다분할된 각 영역내 기판(1010)상으로 원료전구체가 공급되고, 이에 따라, 하부 공정챔버(1220)에 탑재된 대면적 기판(1010)의 다분할된 각 영역의 상층면에서 흡착반응이 일어나게 된다.
이어, 위와 같은 원료전구체의 흡착이 완료되면, 가스 공급부(1312)로 퍼지가스를 공급하여 기판(1010)상 잔존하는 원료전구체를 각 영역에 대응되는 원자층 증착 공정부(1300)의 외곽 둘레부에 형성되는 가스 배기부(1311)를 통해 배출시킨다.
이어, 다시 반응전구체를 가스 공급부(1312)에 공급하여 다분할된 각 영역내 기판(1010)상으로 분사시키는 시점에, 가스 공급부(1312)에 형성된 플라즈마 발생을 위한 전극(1513)에 전원을 공급하여 플라즈마(1030)를 발생시킨다. 이에 따라 반응전구체와 플라즈마(1030)에 의해 발생한 라디칼이 가스 흐름에 따라 기판(1010)상으로 공급되어 플라즈마(1030)에 의한 원료전구체와 반응전구체간 화학적 반응을 통해 원자층 박막을 형성시키게 된다.
이때, 위와 같은 반응전구체의 공급에 있어서는 다른 실시예로서, 다분할 영역의 각 영역별로 원자층 증착 공정부(1300)에 형성되는 가스 공급부(1312)를 통해 원료전구체와 반응전구체를 모두 공급하는 것이 아니라, 원료전구체에 대해서는 상부 공정챔버(1210)의 외곽 일측에 형성된 가스 공급부(1212)를 통해 기판(1010) 전체로 원료전구체가 공급되도록 하여, 원료전구체 흡착 공정과 원료전구체와 반응전구체의 반응공정을 분리하여 수행할 수도 있다.
즉, 먼저, 원료전구체를 가스 공급부(1212)로 공급하여 기판(1010)의 일측면으로 균일하게 공급되도록 함으로써 하부 공정챔버(1220)에 안착되어 있는 기판(1010)의 전체 영역의 상층면에서 흡착반응이 일어나도록 한다.
이어, 위와 같이 원료전구체의 흡착이 완료되면 가스 공급부(1212)로 퍼지가스를 공급하여 기판(1010)상 잔존하는 원료전구체를 가스 배기부(1211)로 배출시킨다.
이어, 기판(1010)상 다분할 영역의 각 영역별로 원자층 증착 공정부(1300)의 중앙부에 형성되는 가스 공급부(1312)를 통해 다분할된 각 영역내 기판(1010)상으로 반응전구체를 분사시키고, 반응전구체를 분사시키는 시점에, 가스 공급부(1312)에 형성된 플라즈마 발생을 위한 전극(1513)에 전원을 공급하여 플라즈마(1030)를 발생시킨다. 이에 따라 반응전구체와 플라즈마(1030)에 의해 발생한 라디칼이 가스 흐름에 따라 기판(1010)상으로 공급되어 플라즈마(1030)에 의한 원료전구체와 반응전구체간 화학적 반응을 통해 원자층 박막을 형성시키게 된다.
위와 같이 원료전구체와 반응전구체를 서로 다른 가스 공급부를 통해 공급하여 원자층 박막을 형성시키는 경우에는 원료전구체와 반응전구체의 가스 공급량, 퍼지가스량을 별도로 관리할 수 있게 되어 공정가스의 유량과 속도조절이 가능하고 공정튜닝이 용이할 수 있다.
한편, 위 도 6c 및 도 6d에 도시된 간접 플라즈마를 이용하는 공정챔버 구조에서는 원자층 증착 공정부(1300)의 구조가 플라즈마 전극을 가지는 샤워헤드형 디퓨져만으로 형성되거나, 가스 공급부의 인입부에 플라즈마 전극을 가지는 구조로 형성되는 것만을 예를 들어 하부 공정챔버(1220)의 기판(1010)으로 반응전구체 분사 시 간접 플라즈마를 제공하는 구조를 설명하였으나, 도 6e에서와 같이 도 6c와 도 6d의 구조를 조합한 구조로 원자층 증착 공정부(1300)를 구성하는 것도 가능하다.
또한, 도 6e에서와 같이 다분할 영역의 공정가스의 확산 방지를 위해 퍼지가스 공급부(1412)를 다분할된 각 영역의 경계 위치에 형성할 수 있으며, 이를 통해 공정가스가 다른 영역으로 확산되는 것을 방지시킬 수도 있다.
이때, 위와 같은 퍼지가스 공급부(1412)는 도 6a 내지 도 6d에서도 도 6e에서와 같이 동일하게 다분할된 각 영역의 경계 위치에 형성할 수 있으며, 이를 통해 원자층 증착 공정부(1300)에서 다분할된 각 영역으로 공급되는 공정가스가 다른 영역으로 확산되는 것을 방지시킬 수 있다.
또한, 도 6a 내지 도 6e에서는 다분할 영역 성막에서 비성막 경계를 만들기 위한 마스크가 사용되는 예를 설명하고 있으나, 최종 제품 규격의 영역에 맞추어 다분할된 각 영역에서 공정가스 공급과 배기가 정확히 이루어지도록 하거나, 필요에 따라 가스 공급부(1312)에 전극(1413, 1513) 등을 응용함으로써 플라즈마를 이용한 공정을 수행하는 경우 마스크 없이 다분할 영역의 성막을 수행하는 것도 가능하다.
즉, 일반적인 다분할 영역 성막에서는 원장 기판에서 원하는 최종 제품의 사이즈에 맞게 마스크를 이용해 비성막 경계를 만들고, 나중에 절단하는 공정을 거친 후, 최종 제품을 생산하게 되는데, 제품별 경계를 구분하기 위해 사용 되어지는 마스크는 기판의 대형화에 따라 자중에 따른 처짐 및 공정온도에 따른 열팽창, 처짐, 뒤틀림 등이 발생할 수 있어 기판과 마스크간 일정 위치의 정렬이나 공간확보에 많은 어려움이 따르게 된다.
하지만, 위와 같은 구성을 응용함으로써 마스크의 사용 없이도 성막 영역을 제어할 수 있고, 다양한 최종제품 사이즈에 대응할 수 있는 공정을 진행할 수 있다.
도 6f는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공정챔버(1200)의 단면 구조로서 마스크를 적용하지 않고, 대면적 기판에 대한 다분할 영역 성막을 수행하는 개략적인 구성을 도시한 것이다.
위 도 6f를 참조하면, 상부 공정챔버(1210)는 대면적 기판(1010)에 대해 적어도 2개 이상의 영역으로 분할하여 영역별로 원자층 증착 공정을 수행할 수 있도록 하는 원자층 증착 공정부(1300)를 구비하여 대면적 기판(1010)상 다분할 영역의 각 영역별 기판(1010) 상으로 원료전구체, 반응전구체, 퍼지가스를 원자층 증착 공정의 순서에 따라 순차적으로 공급하는 구조를 나타내고 있다. 이때, 각각의 원자층 증착 공정부(1300)는 각 영역내 기판(1010) 상으로 공정가스를 공급하는 가스 공급부(1312)를 가지며, 외곽 둘레부상에 각각의 공정에서 사용된 공정가스 또는 퍼지가스를 배기시키기 위한 가스 배기부(1311)를 가지는 구조를 나타내고 있다.
이때, 원자층 증착 공정부(1300)의 중앙부에 형성되는 가스 공급부(1312)를 샤워헤드형 디퓨져, 중심홀 디퓨져, 슬릿형 디퓨져(도시하지 않음) 형태로 구현하여 각 영역내 기판(1010)상으로 원료전구체, 반응전구체, 퍼지가스를 원자층 증착 공정의 순서에 따라 순차적으로 공급하도록 하는 구조를 나타내고 있다.
또한, 위와 같은 샤워헤드형 디퓨져, 중심홀 디퓨져, 슬릿형 디퓨져 등을 통해 최대한 균일한 가스 흐름이 형성되도록 하고, 각 디퓨져에 전원을 공급하여 발생하는 직접 플라즈마 또는 간접 플라즈마를 이용한 공정 진행도 가능하게 된다.
또한, 도 6f에서는 기본적인 다분할 성막을 위한 구성에서 각 분할 영역의 경계 위치에 추가적으로 퍼지가스를 공급할 수 있도록 하는 퍼지가스 공급부(1412)를 설치하여 가스 배기부(1311)와 연계한 폐루프를 형성하도록 함으로써 다분할된 각 영역 사이의 경계를 더욱 명확히 구현할 수 있도록 한다.
또한, 도 6f에서는 원자층 증착 공정부(1300)의 여러 가지 형태 중, 샤워헤드형 디퓨져 형태와 중심홀 디퓨져 형태로 구성된 것을 예를 들어 도시하였으나, 도 6a 내지 도 6e에 도시된 바와 같이 원자층 증착 공정부(1300)를 여러 가지 형태로 조합하여 구성하는 경우에도 동일하게 적용 가능하다.
이에 따라, 원료전구체, 반응전구체, 퍼지가스 공급 시 성막 영역 외에 가스의 노출, 확산, 잔류가 방지될 수 있으며, 이에 따라, 대면적 기판의 성막 영역을 분리하기 위한 마스크를 사용하지 않더라도 다분할 영역 성막의 수행이 가능하게 된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 원자층 증착에 있어서, 진공챔버의 내측에 적층형으로 수납되는 다수개의 공정챔버를 구비하고, 각각의 공정챔버에서 독립적으로 원자층 증착 공정이 수행될 수 있도록 하되, 공정챔버내에서 2개의 기판에 대한 동시 성막 수행이 가능하도록 함으로써 생산성을 대폭 향상시킬 수 있다. 또한, 대면적 기판에 대한 다분할 영역 성막이 가능하도록 함으로써, 기판 면적이 커짐에 따라 발생하는 원료전구체의 흡착 시간 및 반응전구체의 반응시간을 줄여 성막에 소요되는 시간을 줄일 수 있으며, 적정 영역의 최적 공간에서만 성막이 진행되므로 대면적 기판의 적용이 용이하고, 필요에 따라 마스크 제거가 가능하며 불필요한 영역의 성막을 최소화시킬 수 있다.
한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에서는 원자층 증착장치에서의 동작을 예를 들어 설명하고 있으나, PECVD에서도 동일하게 적용 가능하다.
따라서 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.
1100 : 진공챔버 1200 : 공정챔버
1010 : 기판 1015 : 기판 지지부
1017 : 마스크 지지부 1020 : 마스크
1030 : 플라즈마 1050 : 블랭크 마스크
1110 : 하부 공정챔버 이송부 1120 : 서셉터 지지부
1202 : 다단 지지부 1204 : 가이드부
1210 : 상부 공정챔버 1220 : 하부 공정챔버
1211, 1311 : 가스 배기부 1212, 1312 : 가스 공급부
1221 : 기본 실링부 1222 : 추가 실링부
1313, 1413, 1513, 1613 : 전극 1330 : 절연체
1412 : 퍼지가스 공급부 1414 : 간극 절연체

Claims (28)

  1. 상부 공정챔버와 하부 공정챔버를 구비하고,　원자층 증착 공정 대상 기판의 로딩 또는 언로딩 시에는 상기 상부 공정챔버와 상기 하부 공정챔버가 분리되며,　상기 기판에 대한 증착 공정의 진행시에는 상기 상부 공정챔버와 하부 공정챔버가 결합하여 밀폐된 반응공간을 형성하는 공정챔버와
    상기 공정챔버를 지지하고,　상기 공정챔버가 위치한 공간을 진공상태로 유지시키는 진공챔버를 포함하고,
    상기 상부 공정챔버와 상기 하부 공정챔버는 각각 상기 기판을 탑재하고,
    상기 증착 공정의 진행시에 상기 반응공간에서 상기 상부 공정챔버에 탑재된 기판과 상기 하부 공정챔버에 탑재된 기판에 동시에 상기 증착 공정이 진행되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
  2. 상부 공정챔버와 하부 공정챔버를 구비하고,　원자층 증착 공정 대상 기판의 로딩 또는 언로딩 시에는 상기 상부 공정챔버와 상기 하부 공정챔버가 분리되며,　상기 기판에 대한 증착 공정의 진행시에는 상기 상부 공정챔버와 하부 공정챔버가 결합하여 밀폐된 반응공간을 형성하는 적어도 2개 이상의 공정챔버와
    상기 공정챔버를 상하 방향으로 적층된 형태로 지지하고,　상기 공정챔버가 적층된 공간을 진공상태로 유지시키는 진공챔버를 포함하고,
    상기 상부 공정챔버와 상기 하부 공정챔버는 각각 상기 기판을 탑재하고,
    상기 증착 공정의 진행시에 상기 반응공간에서 상기 상부 공정챔버에 탑재된 기판과 상기 하부 공정챔버에 탑재된 기판에 동시에 상기 증착 공정이 진행되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 상부 공정챔버와 하부 공정챔버는,
    각각 상기 기판과 마스크를 지지하는 지지부를 구비하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 상부 공정챔버의 지지부는,
    걸쇠고리 형태로 형성되며, 회전 또는 상/하 이동하여 입/반출되는 상기 기판과 마스크를 지지하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 하부 공정챔버의 기판과 마스크의 지지부는,
    자중형 리프트 핀 형태로 형성되며, 상기 하부 공정챔버의 상/하 운동에 따른 상대적 위치 변화에 의해 입/반출되는 상기 기판과 마스크를 지지하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 상부 공정챔버에 탑재되는 상기 기판에서 상기 증착 공정이 수행되는 면과, 상기 하부 공정챔버에 탑재되는 상기 기판에서 상기 증착 공정이 수행되는 면은 서로 대향되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 상부 공정챔버는,
    상기 밀폐된 반응공간에 공정가스 또는 퍼지가스를 공급하는 가스 공급부를 상기 상부 공정챔버의 일측 상부면에 구비하고,
    상기 밀폐된 반응공간에 공급된 가스를 배기시키는 가스 배기부를 상기 상부 공정챔버의 타측 상부면에 구비하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 가스 공급부는,
    상기 상부 공정챔버의 측면부에 균일한 가스 유동을 위한 확산공간을 형성하여 상기 밀폐된 반응공간내 상기 상부 공정챔버와 하부 공정챔버에 각각 탑재된 2개의 기판에 대해 상기 공정가스 또는 상기 퍼지가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 상부 공정챔버 상 상기 기판이 탑재된 부분과 일정거리 이격된 위치의 하부면에 플라즈마 발생을 위한 전극이 형성되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 가스 공급부의 도입부에 플라즈마 발생을 위한 전극이 형성되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
  11. 진공챔버 내에 공정챔버가 위치되어 있는 원자층 증착장치에서 수행되는 원자층 증착 방법으로서,
    상기 공정챔버내 상부 공정챔버와 하부 공정챔버에 각각 기판 및 마스크가 로딩되는 단계와,
    상기 기판 및 마스크가 로딩되면, 상기 공정챔버의 상부 공정챔버와 하부 공정챔버가 결합하여 밀폐된 반응공간을 형성하는 단계와,
    상기 밀폐된 반응공간에서 상기 상부 공정챔버에 탑재된 기판과 상기 하부 공정챔버에 탑재된 기판에 대해 동시에 원자층 증착 공정을 수행하는 단계
    를 포함하는 원자층 증착방법.
  12. 진공챔버 내에 적어도 2개 이상의 공정챔버가 적층되어 있는 적층형 원자층 증착장치에서 수행되는 원자층 증착 방법으로서,
    상기 적층된 각각의 공정챔버내 상부 공정챔버와 하부 공정챔버에 기판 및 마스크가 로딩되는 단계와,
    상기 기판 및 마스크가 로딩되면, 상기 공정챔버의 상부 공정챔버와 하부 공정챔버가 결합하여 밀폐된 반응공간을 형성하는 단계와,
    상기 밀폐된 반응공간에서 상기 상부 공정챔버에 탑재된 기판과 상기 하부 공정챔버에 탑재된 기판에 대해 동시에 원자층 증착 공정을 수행하는 단계
    를 포함하는 원자층 증착방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 원자층 증착 공정을 수행하는 단계는,
    상기 공정챔버의 일측 상부면에 형성되는 가스 공급부를 통해 상기 반응공간내 상/하부면에 각각 탑재된 상기 기판으로 원료전구체를 공급하는 단계와,
    상기 기판상에 원료전구체가 흡착된 후, 상기 가스 공급부를 통해 상기 기판으로 퍼지가스를 공급하여 상기 기판상에 흡착되지 못한 원료전구체를 배기시키는 단계와,
    상기 배기 후, 상기 가스 공급부를 통해 상기 기판으로 반응전구체를 공급하여 상기 원료전구체와 반응을 통해 원자층 박막을 형성시키는 단계와,
    상기 원자층 박막의 형성 후, 상기 가스 공급부를 통해 상기 기판으로 퍼지가스를 공급하여 상기 원료전구체와 결합하지 못한 반응전구체를 배기시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 원료전구체, 반응전구체, 퍼지가스중 적어도 하나는,
    상기 상부 공정챔버의 측면부에 균일한 가스 유동을 위한 확산공간으로 형성되는 가스 공급부를 통해 공급되어 상기 반응공간내의 기판에 수평 방향으로 분사되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 기판으로 반응전구체를 공급 시 상기 상부 공정챔버 상 상기 기판이 탑재된 부분과 일정거리 이격된 위치의 하부면 또는 상기 반응공간과 연결되는 도입부에 플라즈마를 발생시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 원자층 박막을 형성시키는 단계는 상기 플라즈마를 이용하여 상기 반응전구체와 상기 원료전구체의 화학적 반응을 유도하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착방법.
  16. 상부 공정챔버와 하부 공정챔버를 구비하고, 원자층 증착 공정 대상 기판의 로딩 또는 언로딩 시에는 상기 상부 공정챔버와 상기 하부 공정챔버가 분리되며, 상기 기판에 대한 증착 공정의 진행시에는 상기 상부 공정챔버와 하부 공정챔버가 결합하여 밀폐된 반응 공간을 형성하는 공정챔버와,
    상기 공정챔버를 지지하고, 상기 공정챔버가 위치한 공간을 진공상태로 유지시키는 진공챔버를 포함하고,
    상기 상부 공정챔버는 상기 기판에 대해 적어도 2개 이상의 영역으로 분할하여 영역별로 원자층 증착 공정을 수행할 수 있는 적어도 2개 이상의 원자층 증착 공정부를 구비하되, 상기 원자층 증착 공정부는 가스 공급부와 가스 배기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
  17. 상부 공정챔버와 하부 공정챔버를 구비하고, 원자층 증착 공정 대상 기판의 로딩 또는 언로딩 시에는 상기 상부 공정챔버와 상기 하부 공정챔버가 분리되며, 상기 기판에 대한 증착 공정의 진행시에는 상기 상부 공정챔버와 하부 공정챔버가 결합하여 밀폐된 반응 공간을 형성하는 적어도 2개 이상의 공정챔버와,
    상기 공정챔버를 상하 방향으로 적층된 형태로 지지하고, 상기 공정챔버가 적층된 공간을 진공상태로 유지시키는 진공챔버를 포함하고,
    상기 상부 공정챔버는 상기 기판에 대해 적어도 2개 이상의 영역으로 분할하여 영역별로 원자층 증착 공정을 수행할 수 있는 적어도 2개 이상의 원자층 증착 공정부를 구비하되, 상기 원자층 증착 공정부는 가스 공급부와 가스 배기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 가스 공급부는 상기 각 영역의 중앙부에 대응되는 상기 원자층 증착 공정부의 중앙부에 형성되며, 상기 가스 배기부는 상기 각 영역의 경계에 대응되는 상기 상부 공정챔버의 둘레부에 형성되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 상부 공정챔버는,
    상기 공정챔버내로 공정가스 또는 퍼지가스를 공급하는 제2 가스 공급부를 상기 상부 공정챔버의 일측 상부면에 더 구비하고, 상기 공정챔버내 공급된 가스를 배기시키는 제2 가스 배기부를 상기 상부 공정챔버의 타측 상부면에 구비하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 상부 공정챔버는,
    상기 각 영역의 경계에 대응되는 상기 원자층 증착 공정부의 둘레부상에 상기 가스 배기부와 인접한 위치에 형성되어 퍼지가스를 분사하는 퍼지가스 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
  21. 제 17 항에 있어서,
    상기 각 영역에 대응되는 상기 원자층 증착 공정부상 영역의 하부면에 플라즈마 발생을 위한 전극이 형성되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
  22. 제 17 항에 있어서,
    상기 가스 공급부의 도입부에 플라즈마 발생을 위한 전극이 형성되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
  23. 제 17 항에 있어서,
    상기 가스 공급부는,
    상기 각 영역에 대응되는 상기 원자층 증착 공정부의 중앙부에 중심홀 디퓨져 또는 샤워헤드 디퓨져로 형성되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
  24. 서로 분리 또는 결합이 가능한 상부공정챔버와 하부공정챔버를 포함하는 공정챔버를 구비한 원자층 증착장치에서 수행되는 원자층 증착 방법으로서,
    상기 공정챔버내에 기판이 로딩되는 경우,　상기 상부공정챔버와 상기 하부 공정챔버가 결합하여 밀폐된 반응공간을 형성하는 단계와,
    상기 밀폐된 반응공간에서 상기 기판에 대해 원자층 증착 공정을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 원자층 증착 공정을 수행하는 단계는 상기 상부공정챔버에 구비된 적어도　2개 이상의 원자층 증착공정부에 의하여 2개 이상의 영역에 동시에 수행되고,
    상기 원자층 증착 공정부는 가스 공급부와 가스 배기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착방법.
  25. 서로 분리 또는 결합이 가능한 상부공정챔버와 하부공정챔버를 포함하는 적어도 2개 이상의 공정챔버를 구비한 원자층 증착장치에서 수행되는 원자층 증착 방법으로서,
    상기 공정챔버내에 기판이 로딩되는 경우,　상기 상부공정챔버와 상기 하부 공정챔버가 결합하여 밀폐된 반응공간을 형성하는 단계와,
    상기 밀폐된 반응공간에서 상기 기판에 대해 원자층 증착 공정을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 원자층 증착 공정을 수행하는 단계는 상기 상부공정챔버에 구비된 적어도　2개 이상의 원자층 증착공정부에 의하여 2개 이상의 영역에 동시에 수행되고,
    상기 원자층 증착 공정부는 가스 공급부와 가스 배기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 원자층 증착 공정의 수행 시점에 상기 영역의 경계 영역에 퍼지가스를 분사시켜 상기 경계 영역에 상기 퍼지가스에 의한 가스 장벽을 형성시키는 것을 특징으로 하는 원자층 증착방법.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 가스 배기부는,
    각 영역의 경계에 대응되는 상기 원자층 증착 공정부의 둘레부에 형성되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착방법.
  28. 제 25 항에 있어서,
    상기 가스 공급부는,
    각 영역에 대응되는 상기 원자층 증착 공정부의 중앙부에 중심홀 디퓨져 또는 샤워헤드 디퓨져 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착방법.
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