KR102729660B1 - 박막 증착 장치 - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 박막 증착 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 기판 위에 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.
통상의 CVD는 복수개의 반응 가스들을 동시에 챔버 내로 주입하여 발생된 반응 생성물을 기판에 증착한다. 그러나, CVD 방식으로 반응 가스들을 동시에 챔버내로 주입하는 경우에는 기판 표면에서의 반응뿐 아니라 기판 상공에서의 반응으로 인해 파티클 발생 가능성이 높고, 성막 속도가 100nm/min이상으로 높아 치밀한 박막을 형성하기 어렵다.
따라서, 파티클 발생이 적고 치밀한 박막을 형성할 수 있는 원자층 증착법(atomic layer deposition, ALD)이 개발되고 있다. 원자층 증착법은 하나의 소스 물질을 포함하는 반응 가스를 챔버 내로 주입하여 가열된 기판에 화학흡착시키고 이후 다른 소스 물질을 포함하는 반응 가스를 챔버에 주입함으로써 기판 표면에서 소스 물질 사이의 화학반응에 의한 생성물이 증착되는 방법이다. 이러한 원자층 증착법은 스텝 커버리지(step coverage)가 우수하며 불순물 함유량이 낮은 순수한 박막을 증착하는 것이 가능하다. 그러나, 원자층 증착법은 낮은 성막 속도로 인해 제조 시간 및 제조 비용이 많이 든다는 단점이 있다.
본 발명은 하나의 챔버 내에서 여러 증착 공정을 수행할 수 있는 박막 증착 장치를 제공하고자 한다.
또한, 증착 공정 중에 기판이 오염되거나 기판이 파손되는 것을 방지할 수 있는 박막 증착 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치는, 제1 방향을 따라 나란하게 배치되어 기판에 서로 다른 증착 가스를 분사하는 제1 분사부 및 제2 분사부를 포함하는 가스 분사 유닛을 포함하며, 상기 제1 분사부는, 제1 가스를 분사하는 제1 분사 모듈 및 상기 제1 방향으로의 상기 제1 분사 모듈의 양 측면 중 적어도 하나에 배치되어, 제2 가스를 분사하는 제2 분사 모듈을 포함하며, 상기 제1 분사 모듈은, 상기 제1 가스를 공급하는 제1 가스관 및 상기 제1 가스관 아래에 배치되며, 상기 제1 가스가 관통되어 상기 제1 가스가 상기 기판으로 분사되는 제1 플라즈마 생성 전극을 포함하며, 상기 제2 분사 모듈은, 상기 제2 가스를 수용하는 공간이 내부에 배치된 분사 몸체 및 상기 분사 몸체의 하측에 배치되어, 상기 공간 내에 위치한 상기 제2 가스를 분사시키는 복수의 분사 노즐을 포함할 수 있다.
상기 제1 분사 모듈은, 상기 제1 플라즈마 생성 전극에 인접하여 배치되어, 상기 제1 가스를 배기하는 제1 배기부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 배기부는, 평면상 바라볼 때 상기 제1 플라즈마 생성 전극을 둘러쌀 수 있다.
상기 제1 플라즈마 생성 전극은, 사각형의 평면을 갖는 판상 형상일 수 있다.
상기 제1 플라즈마 생성 전극은, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장될 수 있다.
상기 제1 플라즈마 생성 전극은, 상기 제1 방향 및 제2 방향과 교차하는 제3 방향으로 관통하는 복수의 제1 관통홀을 가질 수 있다.
상기 제1 분사부는, 상기 제1 분사 모듈을 둘러싸며, 상기 기판을 향해 커튼 가스를 분사하는 제1 커튼 가스 분사부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 분사부는, 상기 제2 분사 모듈을 둘러싸며, 상기 기판을 향해 커튼 가스를 분사하는 제2 커튼 가스 분사부를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 분사 모듈은, 상기 분사 몸체에 인접하여 배치되어, 상기 제2 가스를 배기하는 제2 배기부를 더 포함할 수 있다.
상기 분사 몸체는 상기 제2 배기부 내부에 배치될 수 있다.
상기 분사 몸체는 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장될 수 있다.
상기 제2 분사부는, 제3 가스를 공급하는 제2 가스관 및 상기 제2 가스관 아래에 배치되며 상기 제3 가스가 관통되어 상기 제3 가스가 상기 기판으로 분사되는 제2 플라즈마 생성 전극을 포함할 수 있다.
상기 제2 분사부는, 상기 제2 플라즈마 생성 전극에 인접하여 배치되며, 상기 제3 가스를 배기하는 제3 배기부를 더 포함할 수 있다.
제2 플라즈마 생성 전극은, 사각형의 평면을 갖는 판상 형상일 수 있다.
상기 제2 플라즈마 생성 전극은, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장될 수 있다.
상기 제2 플라즈마 생성 전극은, 상기 제1 방향 및 제2 방향과 교차하는 제3 방향으로 관통하는 복수의 제2 관통홀을 가질 수 있다.
상기 제2 분사부는, 상기 제2 플라즈마 생성 전극을 둘러싸며, 상기 기판을 향해 커튼 가스를 분사하는 제3 커튼 가스 분사부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 가스는, 원자층 증착(Atomic Layer Deposition) 공정에 적용되는 소스 가스이며, 상기 제2 가스는, 원자층 증착(Atomic Layer Deposition) 공정에 적용되는 반응 가스일 수 있다.
상기 제3 가스는, 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition) 공정에 적용되는 가스일 수 있다.
상기 기판을 지지하며, 상기 기판을 상기 제1 방향을 따라 이송시키는 기판 이송 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같은 박막 증착 장치에 의하면, 하나의 챔버 내에서 여러 증착 공정을 수행할 수 있다.
또한, 증착 공정 중에 기판이 오염되거나 기판이 파손되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치의 개략적인 사시도이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 가스 분사 유닛을 II-II'를 따라 자른 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 1의 제1 플라즈마 생성 전극의 개략적인 사시도이다.
도 5는 도 4의 V-V'를 따라 자른 개략적인 단면도이다.
도 6은 도 1의 분사 몸체의 개략적인 사시도이다.
도 7은 도 1의 분사 몸체의 저면도이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 가스 분사 유닛을 II-II'를 따라 자른 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 1의 제1 플라즈마 생성 전극의 개략적인 사시도이다.
도 5는 도 4의 V-V'를 따라 자른 개략적인 단면도이다.
도 6은 도 1의 분사 몸체의 개략적인 사시도이다.
도 7은 도 1의 분사 몸체의 저면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "~상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치의 개략적인 사시도이며, 도 2 및 도 3은 도 1의 가스 분사 유닛을 II-II'를 따라 자른 개략적인 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예의 박막 증착 장치는, 서로 다른 증착 가스를 선택적으로 분사하는 가스 분사 유닛(10)과 기판(30)을 이송시키는 기판 이송 유닛(50)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서는, 기판 이송 유닛(50)이 기판(30)을 제1 방향(X축 방향)을 따라 왕복 이송시키고, 가스 분사 유닛(10)은 이송하는 기판(30)에 증착 가스를 선택적으로 분사하여 기판(30)에 박막을 형성할 수 있다.
본 실시예의 가스 분사 유닛(10)은 제1 분사부(100) 및 제2 분사부(300)를 포함할 수 있다. 제1 분사부(100)는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition) 공정에 사용될 수 있고, 제2 분사부(300)는 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition) 공정에 사용될 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 분사부(100)는 원자층 증착 공정으로 기판(30)에 박막을 형성하는데, 제1 분사부(100)는 원자층 증착 공정에 사용되는 소스 가스 및 반응 가스를 분사할 수 있다. 즉, 제1 분사부(100)는 기판(30) 위에 소스 가스 및 반응 가스를 분사하여 기판(30)에 박막을 형성할 수 있다.
제1 분사부(100)가 분사하는 소스 가스는, 금속 전구체(metal precursor)를 포함하는 가스일 수 있다. 예를 들어, 소스 가스는 Zr을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 소스 가스는, TEMAZ[tetra-ethyl-methyl amino zirconium; Zr(N(CH3)(C2H5))4], TDEAZ[tetrakis - diethylamino - zirconium; Zr(N(C2H5)2)4] 또는 TEMAZ[tetrakis - methylethylamino - zirconium; Zr(N(CH3)(C2H5))4] 등일 수 있다.
제1 분사부(100)가 분사하는 반응 가스는, 전술한 소스 가스와 반응할 수 있다. 예를 들어, 반응 가스는 전술한 금속 전구체와 반응하는 비금속 반응 가스일 수 있다. 예를 들어, 반응가스는 O3, O2 및 H2O 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그러나, 제1 분사부(100)가 분사하는 소스 가스 및 반응 가스는 전술한 가스의 종류에 한정되지 않고, 원자층 증착 공정에 사용되는 다양한 소스 가스 및 반응 가스가 사용될 수 있다.
제2 분사부(300)는 화학 기상 증착 공정으로 기판(30)에 박막을 형성하는데, 제2 분사부(300)는 SiH4 ＋ NH3 ＋ N2, SiH4 ＋ N2O, SiH4 ＋O2 등을 분사할 수 있다. 제2 분사부(300)는 상기 가스들을 플라즈마 상태로 만들어 기판(30)으로 분사할 수 있다. 예를 들어, 제2 분사부(300)는, SiH4, NH3 및 N2가 혼합된 가스를 플라즈마 상태로 만들어 기판(30)에 분사하여 박막을 형성할 수 있다.
본 실시예에서는, 가스 분사 유닛(10)의 제1 분사부(100) 및 제2 분사부(300)는 각각 해당 가스를 선택적으로 분사할 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 원자층 증착 공정에 의해 기판(30) 상에 박막을 형성하는 경우, 가스 분사 유닛(10)의 제1 분사부(100)만 작동할 수 있다. 이 경우에는, 가스 분사 유닛(10)의 제2 분사부(300)는 작동하지 않을 수 있다. 도 3을 참조하면, 기판 이송 유닛(50)에 의해 기판(30)이 가스 분사 유닛(10)의 하부를 제1 방향(X축 방향)을 따라 지나갈 때, 제1 분사부(100)만 작동하여 기판(30)에 가스를 분사할 수 있다.
또는, 화학 기상 증착에 의해 기판(30) 상에 박막을 형성하는 경우, 가스 분사 유닛(10)의 제2 분사부(300)만 작동할 수 있다. 이 경우에는, 가스 분사 유닛(10)의 제1 분사부(100)는 작동하지 않을 수 있다. 기판(30)이 가스 분사 유닛(10)의 하부를 제1 방향(X축 방향)을 따라 지나갈 때, 제2 분사부(300)만 작동하여 기판(30)에 가스를 분사할 수 있다.
또는, 가스 분사 유닛(10)의 제1 분사부(100) 및 제2 분사부(300)는 동시에 작동할 수 있다. 예를 들어, 기판(30)이 가스 분사 유닛(10)의 하부를 제1 방향(X축 방향)을 따라 지나갈 때, 제1 분사부(100) 및 제2 분사부(300)가 작동하여 기판(30)에 가스를 분사할 수 있다.
도 3에서, 기판(30)이 좌측에서 우측으로 이동하게 되면, 기판(30)의 특정 영역에는 먼저 제1 분사부(100)에서 분사된 증착 가스가 적층되고, 다음으로 제2 분사부(300)에서 분사된 증착 가스가 그 위에 적층될 수 있다. 결국, 기판(30) 위에 2개의 박막을 형성한다고 가정할 때, 하나의 박막(Layer)은 제1 분사부(100)에 의해 적층되고, 그 위의 다른 하나의 박막은 제2 분사부(300)에 의해 적층될 수 있다. 즉, 하나의 박막은 제1 분사부(100)에 의해 원자층 증착 공정에 의해 형성되고, 다른 하나의 박막은 제2 분사부(300)에 의해 화학 기상 증착 공정에 의해 형성될 수 있다.
본 실시예의 박막 증착 장치는, 기판에 박막을 형성할 때, 하나의 챔버에 내에서 원자층 증착 공정 또는 화학 기상 증착 공정을 수행할 수 있다. 서로 다른 증착 공정에 의해 기판에 박막을 형성하기 위해, 서로 다른 챔버 내부로 기판을 이송할 필요가 없게 된다. 이에 의해, 서로 다른 챔버로 기판을 이송시키는 과정에서, 기판이 오염되거나, 기판이 파손되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 하나의 챔버 내에서 여러 증착 공정을 수행할 수 있어, 기판 상에 여러 박막을 형성하는 시간을 줄일 수 있다.
하기에서는, 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 실시예의 가스 분사 유닛(10)의 구조에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 가스 분사 유닛(10)의 제1 분사부(100) 및 제2 분사부(300)는 제1 방향(X축 방향)을 따라 나란하게 배열될 수 있다.
제1 분사부(100)는 제1 분사 모듈(110) 및 제2 분사 모듈(130)을 포함하는데, 한 쌍의 제2 분사 모듈(130)이 제1 분사 모듈(110)의 양측면에 각각 배치될 수 있다. 도 2 및 도 3에서는 제2 분사 모듈(130)이 한 쌍으로 배치되는 것으로 도시되나, 제2 분사 모듈(130)은 하나만 배치될 수도 있다. 전술한 바와 같이, 제1 분사부(100)는 원자층 층착 공정에 사용되는데, 소스 가스와 반응 가스를 분사할 수 있다.
제1 분사부(100) 중 제1 분사 모듈(110)은 소스 가스인 제1 가스(G1)를 분사할 수 있다. 제1 분사 모듈(110)은 제1 가스관(111), 제1 플라즈마 생성 전극(113) 및 제1 배기부(115)를 포함할 수 있다.
제1 가스관(111)은 외부에서 공급받은 제1 가스(G1)를 제1 플라즈마 생성 전극(113) 측으로 전달할 수 있다. 제1 가스관(111)은 도 3에 도시된 바와 같이 관통홀 형태로 형성될 수도 있고, 파이프 형태일 수도 있다.
제1 플라즈마 생성 전극(113)은 제1 가스관(111) 하부에 배치되어, 제1 가스관(111)이 전달한 제1 가스(G1)를 기판(30) 위로 분사할 수 있다. 제1 플라즈마 생성 전극(113)은 공급된 제1 가스(G1)를 관통시켜 기판(30) 위로 분사할 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 제1 플라즈마 생성 전극(113)은 제1 전극 몸체(113a) 및 복수의 제1 관통홀(113b)을 포함할 수 있다. 제1 전극 몸체(113a)는 사각형의 평면을 갖는 판상 형상일 수 있다. 제1 전극 몸체(113a)는 제2 방향(Y축 방향)을 따라 연장될 수 있다.
그리고, 복수의 제1 관통홀(113b)은 제1 전극 몸체(113a)를 관통하여 형성될 수 있다. 복수의 제1 관통홀(113b)은 제3 방향(Z축 방향)을 따라 형성될 수 있다. 즉, 복수의 제1 관통홀(113b)은 기판(30)에 대해 수직한 방향으로 형성되어, 제1 가스(G1)가 제1 관통홀(113b)을 관통하여 기판(30) 위로 분사될 수 있다.
제1 플라즈마 생성 전극(113)은 관통하는 제1 가스(G1)를 선택적으로 플라즈마 상태로 만들 수 있다. 예를 들어, 제1 가스(G1)를 플라즈마 상태로 기판(30)으로 분사시킬 경우, 제1 플라즈마 생성 전극(113)이 작동하여 관통하는 제1 가스(G1)를 플라즈마 상태로 만들 수 있다. 또는, 제1 가스(G1)를 플라즈마 상태로 만들 필요가 없는 경우에는, 제1 플라즈마 생성 전극(113)은 작동하지 않고, 제1 가스(G1)가 제1 플라즈마 생성 전극(113)을 단순히 관통하기만 한다. 제1 플라즈마 생성 전극(113)은 화학 증착 공정에 사용되는 공지의 플라즈마 생성 전극이 적용될 수 있다.
다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 제1 배기부(115)가 제1 플라즈마 생성 전극(113) 주위에 배치될 수 있다. 제1 배기부(115)는 제1 플라즈마 생성 전극(113)을 관통한 제1 가스(G1)를 외부로 배기시킬 수 있다. 제1 배기부(115)는 제1 가스(G1)가 인접한 제2 분사 모듈(130) 측으로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 제1 배기부(115)는 기판(30) 상에 적층되지 않은 나머지 제1 가스(G1)를 배기시킬 수 있다.
본 실시예에서는, 제1 배기부(115)는 제1 플라즈마 생성 전극(113)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 도 3에서 제3 방향(Z축 방향)을 따라 위에서 아래로 바라볼 때, 제1 배기부(115)가 제1 플라즈마 생성 전극(113)을 둘러쌀 수 있다. 이는, 제1 플라즈마 생성 전극(113)을 관통한 제1 가스(G1)가 제1 분사 모듈(110) 외부로 이동하는 것을 효과적으로 차단할 수 있다. 제1 배기부(115)를 통해 배기된 제1 가스(G1)는 제1 배기관(115a)을 통해 외부 저장 탱크로 이동할 수 있다.
제1 분사부(100) 중 제2 분사 모듈(130)은 반응 가스인 제2 가스(G2)를 분사할 수 있다. 제2 분사 모듈(130)은 분사 몸체(131), 복수의 분사 노즐(135) 및 제2 배기부(139)를 포함할 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 분사 몸체(131) 내부에는 외부에서 공급된 제2 가스(G2)가 수용되는 공간(133)이 형성되는데, 공간(133) 내부에 위치하는 제2 가스(G2)는 복수의 분사 노즐(135)을 통해 기판(30) 위로 분사될 수 있다.
분사 몸체(131)는 제2 방향(Y축 방향)을 따라 연장되는데, 바(bar) 형상으로 이루어질 수 있다. 제2 방향(Y축 방향)을 따라 연장된 분사 몸체(131)의 길이는, 기판(30)의 폭 보다 크게 형성될 수 있다. 이에 의해, 기판(30)이 제2 분사 모듈(130) 하부를 지나갈 때, 분사 노즐(135)을 통해 분사된 제2 가스(G2)가 기판(30) 위에 고루 증착될 수 있다. 여기에서, 기판(30)의 폭은, 도 1에서 제2 방향(Y축 방향)을 따른 기판(30)의 길이를 의미한다.
분사 노즐(135)은 분사 몸체(131) 하부에 기판(30)에 수직하게 형성될 수 있다. 즉, 분사 노즐(135)은 분사 몸체(131) 하부에 제3 방향(Z축 방향)을 따라 형성될 수 있다. 이때, 복수의 분사 노즐(135)은 제2 방향(Y축 방향)을 따라 나란하게 배열될 수 있다.
분사 노즐(135)은 분사 몸체(131) 내부의 공간(133)과 연통되어, 공간(133) 내에 위치한 제2 가스(G2)가 분사 노즐(135)을 통해 기판(30)으로 분사될 수 있다.
다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 제2 배기부(139)는 분사 몸체(131) 주위에 배치될 수 있다. 제2 배기부(139)는 분사 노즐(135)을 통해 분사된 제2 가스(G2)를 외부로 배기시킬 수 있다. 제1 배기부(115)와 마찬가지로, 제2 배기부(139)는 제2 가스(G2)가 인접한 제1 분사 모듈(110) 측으로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 제2 배기부(139)는 기판(30)상에 적층되지 않은 나머지 제2 가스(G2)를 외부로 배기시킬 수 있다.
본 실시예에서는, 분사 몸체(131)가 제2 배기부(139) 내부에 배치될 수 있다. 결국, 제1 배기부(115)와 마찬가지로, 제2 배기부(139)도 제2 가스(G2)를 분사하는 분사 몸체(131)를 둘러쌀 수 있다. 이는, 복수의 분사 노즐(135)을 통해 분사된 제2 가스(G2)가 제2 분사 모듈(130) 외부로 이동하는 것을 효과적으로 차단할 수 있다. 제2 배기부(139)를 통해 배기된 제2 가스(G2)는 제2 배기관(137)을 통해 외부 저장 탱크로 이동할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는, 제1 분사부(100)에는 제1 가스(G1)와 제2 가스(G2)가 서로 혼합되는 것을 방지하기 위해, 제1 커튼 가스 분사부(150) 및 제2 커튼 가스 분사부(170)가 배치될 수 있다. 제1 분사 모듈(110) 및 제2 분사 모듈(130) 각각에 제1 배기부(115) 및 제2 배기부(139)가 배치되어, 제1 가스(G1) 및 제2 가스(G2)가 다른 영역으로 이동하는 것을 차단하나, 제1 커튼 가스 분사부(150) 및 제2 커튼 가스 분사부(170)는 제1 배기부(115) 및 제2 배기부(139)에 의해 배기되지 않은 제1 가스(G1) 및 제2 가스(G2)가 다른 곳으로 이동하는 것을 차단할 수 있다. 도 3에서, 제1 분사 모듈(110)과 제2 분사 모듈(130)의 경계에 위치한 커튼 가스 분사부는, 제1 커튼 가스 분사부(150) 및 제2 커튼 가스 분사부(170)에 해당될 수 있다.
제1 커튼 가스 분사부(150)는 제1 분사 모듈(110)을 둘러싸도록 배치되어 커튼 가스(N1)를 기판(30)을 향해 분사할 수 있다. 커튼 가스는 아르곤 가스 또는 질소 가스 등과 같은 불활성 가스로서, 소스 가스인 제1 가스(G1)나 반응 가스인 제2 가스(G2)와 서로 반응하지 않은 가스일 수 있다.
제1 분사 모듈(110)을 둘러싸는 제1 커튼 가스 분사부(150)가 커튼 가스(N1)를 분사하면, 커튼 가스(N1)가 제1 분사 모듈(110)을 둘러싸는 커튼(curtain) 역할을 수행하게 된다. 커튼 가스(N1)에 의해, 제1 가스(G1)가 제1 분사 모듈(110) 외부로 이동하는 것을 차단할 수 있다.
제2 커튼 가스 분사부(170)는 제2 분사 모듈(130)을 둘러싸도록 배치되어 커튼 가스(N2)를 기판(30)을 향해 분사할 수 있다. 커튼 가스는 아르곤 가스 또는 질소 가스 등과 같은 불활성 가스로서, 소스 가스인 제1 가스(G1)나 반응 가스인 제2 가스(G2)와 서로 반응하지 않은 가스일 수 있다.
제2 분사 모듈(130)을 둘러싸는 제2 커튼 가스 분사부(170)가 커튼 가스(N2)를 분사하면, 커튼 가스(N2)가 제2 분사 모듈(130)을 둘러싸는 커튼(curtain) 역할을 수행하게 된다. 커튼 가스(N2)에 의해, 제2 가스(G2)가 제2 분사 모듈(130) 외부로 이동하는 것을 차단할 수 있다.
본 실시예에서는, 제2 분사부(300)는 제2 가스관(311), 제2 플라즈마 생성 전극(313) 및 제3 배기부(315)를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 제2 분사부(300)는 화학 기상 증착 공정에 사용될 수 있다. 즉, 제2 분사부(300)는 SiH4 ＋ NH3 ＋ N2, SiH4 ＋ N2O, SiH4 ＋O2 등을 플라즈마 상태로 만들어 기판(30)으로 분사할 수 있다. 이때, 본 실시예의 제2 분사부(300)는 제1 분사부(100)의 제1 분사 모듈(110)과 동일하게 형성될 수 있다.
제2 가스관(311)은 외부에서 공급받은 제3 가스(P1)를 제2 플라즈마 생성 전극(313) 측으로 전달할 수 있다. 제2 가스관(311)은 도 3에 도시된 바와 같이 관통홀 형태로 형성될 수도 있고, 파이프 형태일 수도 있다. 여기에서, 제3 가스(P1)는 전술한 SiH4 ＋ NH3 ＋ N2, SiH4 ＋ N2O, SiH4 ＋O2 등일 수 있다.
제2 플라즈마 생성 전극(313)은 제2 가스관(311) 하부에 배치되어, 제2 가스관(311)이 전달한 제3 가스(P1)를 기판(30) 위로 분사할 수 있다. 제2 플라즈마 생성 전극(313)은 공급된 제3 가스(P1)를 관통시켜 기판(30) 위로 분사할 수 있다.
제2 플라즈마 생성 전극(313)은 전술한 제1 플라즈마 생성 전극(113)과 동일한 구조를 가질 수 있다. 제2 플라즈마 생성 전극(313)은 제2 전극 몸체(미도시) 및 복수의 제2 관통홀(미도시)을 포함할 수 있다. 제2 전극 몸체(미도시)는 사각형의 평면을 갖는 판상 형상일 수 있다. 제2 전극 몸체(미도시)는 제2 방향(Y축 방향)을 따라 연장될 수 있다.
그리고, 복수의 제2 관통홀(미도시)은 제2 전극 몸체(미도시)를 관통하여 형성될 수 있다. 복수의 제2 관통홀(미도시)은 제3 방향(Z축 방향)을 따라 형성될 수 있다. 즉, 복수의 제2 관통홀(미도시)은 기판(30)에 대해 수직한 방향으로 형성되어, 제3 가스(P1)가 제2 관통홀(미도시)을 관통하여 기판(30) 위로 분사될 수 있다.
제2 플라즈마 생성 전극(313)은 관통하는 제3 가스(P1)를 플라즈마 상태로 만들 수 있다. 예를 들어, 제3 가스(P1)를 플라즈마 상태로 기판(30)으로 분사시킬 경우, 제2 플라즈마 생성 전극(313)이 작동하여 관통하는 제3 가스(P1)를 플라즈마 상태로 만들 수 있다. 제2 플라즈마 생성 전극(313)은 화학 증착 공정에 사용되는 공지의 플라즈마 생성 전극이 적용될 수 있다.
다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 제3 배기부(315)가 제2 플라즈마 생성 전극(313) 주위에 배치될 수 있다. 제3 배기부(315)는 제2 플라즈마 생성 전극(313)을 관통한 제3 가스(P1)를 외부로 배기시킬 수 있다. 제3 배기부(315)는 제3 가스(P1)가 인접한 제1 분사부(100) 측으로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 제3 배기부(315)는 기판(30) 상에 적층되지 않은 나머지 제3 가스(P1)를 배기시킬 수 있다.
본 실시예에서는, 제3 배기부(315)는 제2 플라즈마 생성 전극(313)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 도 3에서 제3 방향(Z축 방향)을 따라 위에서 아래로 바라볼 때, 제3 배기부(315)가 제2 플라즈마 생성 전극(313)을 둘러쌀 수 있다. 이는, 제2 플라즈마 생성 전극(313)을 관통한 제3 가스(P1)가 제2 분사부(300) 외부로 이동하는 것을 효과적으로 차단할 수 있다. 제3 배기부(315)를 통해 배기된 제3 가스(P1)는 제3 배기관(315a)을 통해 외부 저장 탱크로 이동할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는, 제2 분사부(300)에는 제2 가스(G2)와 제3 가스(P1)가 서로 혼합되는 것을 방지하기 위해, 제3 커튼 가스 분사부(317)가 배치될 수 있다. 제2 분사부(300)에 제3 배기부(315)가 배치되어, 제3 가스(P1)가 다른 영역으로 이동하는 것을 차단하나, 제3 커튼 가스 분사부(317)는 제3 배기부(315)에 의해 배기되지 않은 제3 가스(P1)가 다른 곳으로 이동하는 것을 차단할 수 있다.
제3 커튼 가스 분사부(317)는 제2 분사부(300)를 둘러싸도록 배치되어 커튼 가스(M2)를 기판(30)을 향해 분사할 수 있다. 커튼 가스는 아르곤 가스 또는 질소 가스 등과 같은 불활성 가스일 수 있다.
제2 분사부(300)를 둘러싸는 제3 커튼 가스 분사부(317)가 커튼 가스(M2)를 분사하면, 커튼 가스(M2)가 제2 분사부(300)를 둘러싸는 커튼(curtain) 역할을 수행하게 된다. 커튼 가스(M2)에 의해, 제3 가스(P1)가 제2 분사부(300) 외부로 이동하는 것을 차단할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는, 기판 이송 유닛(50)은 기판(30)이 가스 분사 유닛(10) 하부를 지나가도록 기판(30)을 이송시킬 수 있다. 이때, 기판 이송 유닛(50)은 기판(30)과 가스 분사 유닛(10) 사이의 간격(H)을 일정한 범위 내로 유지시킬 수 있다. 간격(H)는 1.5 mm ∼ 4 mm일 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시예의 박막 증착 장치에서는, 제1 분사부(100)는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition) 공정에 사용될 수 있고, 제2 분사부(300)는 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition) 공정에 사용될 수 있다. 즉, 제1 분사부(100)는 원자층 증착 공정에 사용되는 반응 가스 및 소스 가스를 분사하고, 제2 분사부(300)는 화학 기상 증착 공정에 사용되는 가스를 플라즈마 상태로 분사시킬 수 있다.
그러나, 본 실시예의 박막 증착 장치는, 제1 분사부(100) 및 제2 분사부(300)가 각각 원자층 증착 공정 및 화학 기상 증착 공정에만 사용되는 것으로 한정되지 않는다.
제1 분사부(100)를 화학 기상 증착 공정에 사용할 수도 있다. 즉, 제1 분사부(100) 및 제2 분사부(300)를 모두 화학 기상 증착 공정에 사용할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 분사부(100)의 제1 분사 모듈(110)에는 제1 플라즈마 생성 전극(113)이 배치되는데, 제1 플라즈마 생성 전극(113)을 작동시키면 제2 분사부(300)와 동일하게 화학 기상 증착 공정에 사용될 수 있다. 이때, 제1 분사부(100)의 제2 분사 모듈(130)은 사용하지 않는다.
따라서, 제1 분사부(100)의 제1 분사 모듈(110)과 제2 분사부(300)를 이용하면, 화학 기상 증착 공정으로 기판(30)에 박막을 형성할 수 있다. 이때, 제1 분사 모듈(110)과 제2 분사부(300)가 서로 다른 가스를 사용하면, 기판(30)에 서로 다른 박막을 순차적으로 형성할 수 있다. 예를 들어, 제1 분사 모듈(110)에서 질화 규소(SiNx, 여기에서 x는 임의의 정수를 나타냄)를 분사하고, 제2 분사부(300)에서 산화 규소(SiOx, 여기에서 x는 임의의 정수를 나타냄)를 분사할 수 있다. 결국, 기판(30)이 가스 분사 유닛(10) 하부를 지나갈 때, 제1 분사 모듈(110)은 기판(30)에 질화 규소막을 형성하고, 제2 분사부(300)는 질화 규소막 위에 산화 규소막을 형성할 수 있다.
한편, 제1 분사부(100) 및 제2 분사부(300)를 모두 원자층 증착 공정에 사용할 수도 있다. 제1 분사부(100)의 제1 분사 모듈(110)에서 반응 가스를 분사하고, 제2 분사부(300)에서 소스 가스를 분사하여, 원자층 증착 공정을 수행할 수도 있다.
또한, 제1 분사부(100)를 화학 기상 증착 공정에 사용하고, 제2 분사부(300)를 플라즈마 처리하는데 사용할 수 있다. 예를 들어, 제1 분사부(100)의 제1 분사 모듈(110)에서, 제1 플라즈마 생성 전극(113)을 작동시켜 질화 규소(SiNx, 여기에서 x는 임의의 정수를 나타냄)를 플라즈마 상태로 기판(30) 상에 분사시킬 수 있다. 그리고, 제2 분사부(300)에서는 가스는 분사시키지 않고, 제2 플라즈마 생성 전극(313)을 작동시켜, 제1 분사 모듈(110)에 의해 기판(30) 상에 형성된 질화 규소막을 플라즈마 처리할 수 있다. 플라즈마 처리는, 박막의 표면 처리 방법 중 하나로서, 표면 개질에 의해 박막의 품질을 향상시키는 공정에 해당될 수 있다.
본 실시예의 박막 증착 장치는, 기판에 박막을 형성할 때, 하나의 챔버에 내에서 원자층 증착 공정 또는 화학 기상 증착 공정을 동시 또는 선택적으로 수행할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 한정된 실시예와 도면을 통하여 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
10 가스 분사 유닛
30 기판
50 기판 이송 유닛
100 제1 분사부
110 제1 분사 모듈
111 제1 가스관
113 제1 플라즈마 생성 전극
115 제1 배기부
130 제2 분사 모듈
131 분사 몸체
133 공간
135 복수의 분사 노즐
139 제2 배기부
300 제2 분사부
311 제2 가스관
313 제2 플라즈마 생성 전극
315 제3 배기부
317 제3 커튼 가스 분사부
30 기판
50 기판 이송 유닛
100 제1 분사부
110 제1 분사 모듈
111 제1 가스관
113 제1 플라즈마 생성 전극
115 제1 배기부
130 제2 분사 모듈
131 분사 몸체
133 공간
135 복수의 분사 노즐
139 제2 배기부
300 제2 분사부
311 제2 가스관
313 제2 플라즈마 생성 전극
315 제3 배기부
317 제3 커튼 가스 분사부
Claims (20)
- 제1 방향을 따라 나란하게 배치되어 기판에 서로 다른 증착 가스를 분사하는 제1 분사부 및 제2 분사부를 포함하는 가스 분사 유닛을 포함하며,
상기 제1 분사부는,
제1 가스를 분사하는 제1 분사 모듈,
상기 제1 방향으로의 상기 제1 분사 모듈의 양 측면 중 적어도 하나에 배치되어, 제2 가스를 분사하는 제2 분사 모듈,
상기 제1 분사 모듈을 둘러싸며, 상기 기판을 향해 커튼 가스를 분사하는 제1 커튼 가스 분사부 및
상기 제2 분사 모듈을 둘러싸며, 상기 기판을 향해 커튼 가스를 분사하는 제2 커튼 가스 분사부를 포함하고,
상기 제1 분사 모듈은,
상기 제1 가스를 공급하는 제1 가스관 및
상기 제1 가스관 아래에 배치되며, 상기 제1 가스가 관통되어 상기 제1 가스가 상기 기판으로 분사되는 제1 플라즈마 생성 전극을 포함하며,
상기 제2 분사 모듈은,
상기 제2 가스를 수용하는 공간이 내부에 배치된 분사 몸체 및
상기 분사 몸체의 하측에 배치되어, 상기 공간 내에 위치한 상기 제2 가스를 분사시키는 복수의 분사 노즐을 포함하고,
상기 제2 분사부는,
제3 가스를 공급하는 제2 가스관,
상기 제2 가스관 아래에 배치되며 상기 제3 가스가 관통되어 상기 제3 가스가 상기 기판으로 분사되는 제2 플라즈마 생성 전극 및
상기 제2 플라즈마 생성 전극을 둘러싸며, 상기 기판을 향해 커튼 가스를 분사하는 제3 커튼 가스 분사부를 포함하는, 박막 증착 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 분사 모듈은,
상기 제1 플라즈마 생성 전극에 인접하여 배치되어, 상기 제1 가스를 배기하는 제1 배기부를 더 포함하는, 박막 증착 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 제1 배기부는, 평면상 바라볼 때 상기 제1 플라즈마 생성 전극을 둘러싸는, 박막 증착 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 제1 플라즈마 생성 전극은, 사각형의 평면을 갖는 판상 형상인, 박막 증착 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 제1 플라즈마 생성 전극은, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장된, 박막 증착 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 제1 플라즈마 생성 전극은, 상기 제1 방향 및 제2 방향과 교차하는 제3 방향으로 관통하는 복수의 제1 관통홀을 갖는, 박막 증착 장치. - 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제2 분사 모듈은, 상기 분사 몸체에 인접하여 배치되어, 상기 제2 가스를 배기하는 제2 배기부를 더 포함하는, 박막 증착 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 분사 몸체는 상기 제2 배기부 내부에 배치되는, 박막 증착 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 분사 몸체는 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장된, 박막 증착 장치. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제2 분사부는,
상기 제2 플라즈마 생성 전극에 인접하여 배치되며, 상기 제3 가스를 배기하는 제3 배기부를 더 포함하는, 박막 증착 장치. - 제 1 항에 있어서,
제2 플라즈마 생성 전극은, 사각형의 평면을 갖는 판상 형상인, 박막 증착 장치. - 제 14 항에 있어서,
상기 제2 플라즈마 생성 전극은, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장된, 박막 증착 장치. - 제 15 항에 있어서,
상기 제2 플라즈마 생성 전극은, 상기 제1 방향 및 제2 방향과 교차하는 제3 방향으로 관통하는 복수의 제2 관통홀을 갖는, 박막 증착 장치. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제1 가스는, 원자층 증착(Atomic Layer Deposition) 공정에 적용되는 소스 가스이며,
상기 제2 가스는, 원자층 증착(Atomic Layer Deposition) 공정에 적용되는 반응 가스인, 박막 증착 장치. - 제 18 항에 있어서,
상기 제2 분사부는,
제3 가스를 공급하는 제2 가스관 및
상기 제2 가스관 아래에 배치되며 상기 제3 가스가 관통되어 상기 제3 가스가 상기 기판으로 분사되는 제2 플라즈마 생성 전극을 포함하고,
상기 제3 가스는, 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition) 공정에 적용되는 가스인, 박막 증착 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판을 지지하며, 상기 기판을 상기 제1 방향을 따라 이송시키는 기판 이송 유닛을 더 포함하는, 박막 증착 장치.
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