KR101595901B1 - 원자층 증착장치용 카세트 및 이를 구비하는 원자층 증착장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 카세트의 모서리 부분이 적재되는 웨이퍼의 형상과 일치되도록 모따기된 형상을 가지며, 다수개의 카세트를 장착한 상태에서 공정을 진행하는 원자층 증착장치의 중간 가스 공급수단에 의하여 공급되는 공정가스가 상기 모따기부를 통하여 기판 사이의 공간으로 정확하게 공급되어 다수개의 카세트에 대하여 안정적으로 공정을 수행할 수 있는 원자층 증착장치용 카세트 및 이를 구비하는 원자층 증착장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 원자층 증착장치는, 다수장의 기판이 로딩된 카세트 다수개를 일렬로 공정 챔버 내에 장입한 상태에서 상기 공정 챔버 내에 장입된 모든 기판에 대하여 동시에 원자층 증착 공정을 진행하는 원자층 증착 장치에 있어서, 상기 공정 챔버 중 각 카세트의 밀착지점에 설치되어, 공정가스를 공급하는 중간 가스 공급수단;과 모서리 부분이 모따기된 모서리부를 가지는 카세트;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

원자층 증착장치용 카세트 및 이를 구비하는 원자층 증착장치{THE CASSETTE AND THE APPARATUS FOR DEPOSITING ATOMIC LAYER}

본 발명은 원자층 증착장치용 카세트 및 이를 구비하는 원자층 증착장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 카세트의 모서리 부분이 적재되는 웨이퍼의 형상과 일치되도록 모따기된 형상을 가지며, 다수개의 카세트를 장착한 상태에서 공정을 진행하는 원자층 증착장치의 중간 가스 공급수단에 의하여 공급되는 공정가스가 상기 모따기부를 통하여 기판 사이의 공간으로 정확하게 공급되어 다수개의 카세트에 대하여 안정적으로 공정을 수행할 수 있는 원자층 증착장치용 카세트 및 이를 구비하는 원자층 증착장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자나 평판 디스플레이 소자 등의 제조에는 다양한 제조공정을 거치게 되는데, 그 중에서 웨이퍼나 글래스(이하, '기판'이라고 한다) 상에 소정의 박막을 증착시키는 공정이 필수적으로 진행된다. 이러한 박막 증착공정은 스퍼터링법(sputtering), 화학기상증착법(CVD: chemical vapor deposition), 원자층 증착법(ALD: atomic layer deposition) 등이 주로 사용된다.

먼저, 스퍼터링법은 플라즈마 상태에서 아르곤 이온을 생성시키기 위해 고전압을 타겟에 인가한 상태에서 아르곤 등의 비활성 가스를 공정챔버 내로 주입시킨다. 이때, 아르곤 이온들은 타겟의 표면에 스퍼터링되고, 타겟의 원자들은 타겟의 표면으로부터 이탈되어 기판에 증착된다.

이러한 스퍼터링법에 의해 기판과 접착성이 우수한 고순도 박막을 형성할 수 있으나, 공정 차이를 갖는 고집적 박막을 스퍼터링법으로 증착하는 경우에는 전체 박막 위에서 균일도를 확보하기가 매우 어려워 미세한 패턴을 위한 스퍼티링법의 적용에는 한계가 있다.

다음으로 화학기상증착법은 가장 널리 이용되는 증착기술로서, 반응가스와 분해가스를 이용하여 요구되는 두께를 갖는 박막을 기판상에 증착하는 방법이다. 예컨데, 화학기상증착법은 먼저 다양한 가스들을 반응 챔버로 주입시키고, 열, 빛 또는 플라즈마와 같은 고에너지에 의해 유도된 가스들을 화학반응시킴으로써 기판상에 요구되는 두께의 박막을 증착시킨다.

아울러 화학기상증착법에서는 반응에너지만큼 인가된 플라즈마 또는 가스들의 비(ratio) 및 양(amount)을 통해 반응 조건을 제어함으로써, 증착률을 증가시킨다.

그러나 화학기상증착법에서는 반응들이 빠르기 때문에 원자들의 열역학적 안정성을 제어하기 매우 어렵고, 박막의 물리적, 화학적 전기적 특성을 저하시키는 문제점이 있다.

마지막으로 원자층 증착법은 (ALD: Atomic Layer Deposition)은 박막을 형성하기 위한 반응 챔버(chamber) 내로 두 가지 이상의 반응물(reactants)을 하나씩 차례로 투입하여 각각의 반응물의 분해와 흡착에 의해서 박막을 원자층 단위로 증착하는 방법이다. 즉, 제1반응가스를 펄싱(pulsing) 방식으로 공급하여 챔버 내부에서 하부막에 화학적으로 증착시킨 후, 물리적으로 결합하고 있는 잔류 제1반응가스는 퍼지(purge) 방식으로 제거된다. 이어서, 제2반응가스도 펄싱(pulsing)과 퍼지(purge) 과정을 통해 일부가 제1반응가스(제1반응물)와 화학적인 결합을 하면서 원하는 박막이 기판에 증착된다. 이러한 원자층 증착방식으로 형성 가능한 박막으로는 Al₂O₃, HfO₂, ZrO₂, TiO₂ 및 ZnO가 대표적이다.

상기 원자층 증착은 600℃ 이하의 낮은 온도에서도 우수한 단차도포성(step coverage)을 갖는 박막을 형성할 수 있기 때문에, 차세대 반도체 소자를 제조하는 공정에서 많은 사용이 예상되는 새로운 공정기술이다. 상술한 원자층 증착공정에서, 각각의 반응가스가 일회의 펄싱(pulsing) 및 퍼지(purge)가 행해지는 시간을 사이클(cycle)이라 부른다.

최근에는 이러한 원자층 증착 공정을 대면적 기판에 대하여 적용하되, 다수장의 대면적 기판에 대하여 한 번의 공정으로 박막을 형성하기 위하여 도 1에 도시된 바와 같이, 다수장의 대면적 기판(S)이 적재되어 있는 카세트(C) 다수개를 하나의 챔버(10) 내에 일렬로 장입한 상태에서 원자층 증착공정을 수행하는 원자층 증착장치(1)가 본 발명의 발명자들에 의하여 개발되고 있다.

이러한 원자층 증착장치(1)에서는, 다수개의 기판(S)이 적재되어 있는 카세트(C)를 일렬로 배열하되, 각 카세트(C)에 적재되어 있는 기판(S)들도 일렬로 배열되도록 하고, 상기 공정 챔버(10)의 전방측에서 공정가스 공급수단(20)에 의하여 공정 가스를 펄스 형태로 공급하고, 상기 공정 챔버(10)의 후방측에서 배기 수단(50)에 의하여 상기 공정 챔버(10) 내부의 기체를 흡입 배출하면서 공정이 진행된다.

또한 다수개의 카세트(C)를 장입한 상태에서 공정이 진행되므로, 각 카세트(C)에 적재된 기판(S)에 대하여 균일한 박막 형성을 위하여 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 공정 챔버(10) 중 각 카세트(C)의 접촉 지점에서 공정 가스를 공급하는 중간 가스 공급수단(60)이 더 구비되기도 한다. 그리고 상기 공정 챔버(10)에 장입되는 카세트(C)는 도 2에 도시된 바와 같이, 직육면체 형상을 가지는 반면에, 상기 카세트(C)에 적재되는 기판(S)은 도 2에 도시된 바와 같이, 모서리 부분(S1)이 둥글게 모따기된 형상을 가진다.

그런데 이렇게 다수개의 카세트(C)를 장입한 상태에서 공정을 진행하다 보면 상기 공정 챔버(10) 내의 온도 조건에 의하여 챔버 본체(10) 및 내부에 장입되는 카세트(C)가 열팽창된다. 이때 상기 챔버 본체(10)와 카세트(C)를 이루는 소재가 상이하여 열팽창율이 다르게 되고, 도 3에 도시된 바와 같이, 카세트(C)의 접촉 지점(P1)이 중간 가스 공급수단(60)의 공급 지점(P2)과 어긋나서 형성되는 경우가 발생한다. 이러한 경우 상기 중간 가스 공급수단(60)에 의하여 공급되는 공정 가스가 카세트 사이로 공급되지 못하고, 이로 인해 공정이 원활하게 진행되지 못하는 문제점이 있다.

또한 카세트 접촉 지점(P1)이 상기 중간 가스 공급 수단(60)에 의하여 공급되는 공정 가스 공급 지점(P2)과 일치하더라도, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 카세트(C) 중 기판이 채워지지 않는 부분(R)에서 와류 현상이 발생하여 균일한 박막 형성을 방해하는 문제점도 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 카세트의 모서리 부분이 적재되는 웨이퍼의 형상과 일치되도록 모따기된 형상을 가지며, 다수개의 카세트를 장착한 상태에서 공정을 진행하는 원자층 증착장치의 중간 가스 공급수단에 의하여 공급되는 공정가스가 상기 모따기부를 통하여 기판 사이의 공간으로 정확하게 공급되어 다수개의 카세트에 대하여 안정적으로 공정을 수행할 수 있는 원자층 증착장치용 카세트 및 이를 구비하는 원자층 증착장치를 제공하는 것이다.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 카세트는, 다수장의 기판이 층상 흐름 간격을 가지도록 로딩되는 카세트에 있어서, 상기 카세트의 모서리 부분이 모따기된 모따기부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에서 상기 모따기부는 상기 카세트에 로딩되는 기판의 형상과 일치하는 형상을 가지는 것이 바람직하다.

한편 본 발명은, 다수장의 기판이 로딩된 카세트 다수개를 일렬로 공정 챔버 내에 장입한 상태에서 상기 공정 챔버 내에 장입된 모든 기판에 대하여 동시에 원자층 증착 공정을 진행하는 원자층 증착 장치에 있어서, 상기 공정 챔버 중 각 카세트의 밀착지점에 설치되어, 공정가스를 공급하는 중간 가스 공급수단;과 모서리 부분이 모따기된 모서리부를 가지는 카세트;를 구비하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치도 제공한다.

본 발명에서 상기 카세트는, 상기 카세트에 로딩되는 상기 기판의 모서리 형상과 일치하도록 모따기된 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 카세트는, 상기 중간 가스 공급 수단의 가스 분사 방향과 일치하는 방향으로 상기 기판이 배열되도록 상기 공정 챔버 내에 로딩되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 중간 가스공급수단이 더 구비되어, 다수개의 카세트를 하나의 공정 챔버 내에 장입한 상태에서도 장입된 모든 기판에 대하여 균일한 가스 흐름을 만들어 박막의 균일도를 향상시키는 장점이 있다. 따라서 한번의 공정에 의하여 처리되는 기판의 수를 획기적으로 증가시킬 수 있어서 생산량이 폭발적으로 증가되는 장점이 있다.

더구나 상기 카세트의 모따기부에 의하여 열팽창율 차이에 의하여 카세트 접촉 지점이 상기 중간 가스공급수단에 의하여 가스 공급지점과 어긋나더라도 상기 중간 가스공급수단에 의하여 공급되는 공정 가스가 무리없이 상기 카세트 사이로 공급되고, 기판 사이로 확산되어 정확한 원자층 증착 공정을 수행할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 원자층 증착장치의 구조를 도시하는 도면이다.
도 2는 종래의 카세트의 구조를 도시하는 도면이다.
도 3, 4는 종래의 카세트를 이용하여 공정을 진행하는 과정에서 발생하는 문제점을 도시하는 도면들이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 카세트의 구조를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치의 구조를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 중간 가스 공급수단의 가스 공급 상태를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치의 메인 가스 공급수단의 구조를 도시하는 부분 사시도이다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치의 중간 가스 공급수단의 구조를 도시하는 부분 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치의 구조를 도시하는 평면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 메인 가스 공급수단에서 이루어지는 가스 확산 과정을 도시하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치에서 이루어지는 가스 흐름을 도시하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치의 가스 공급 라인의 예를 도시한 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다.

먼저 본 실시예에 따른 카세트(101)를 설명한다.

본 실시예에 따른 카세트(101)는 도 5에 도시된 바와 같이, 카세트 본체(102), 기판 고정부(103) 및 모따기부(104)를 포함하여 구성된다. 상기 카세트 본체(102)는 본 실시예에 따른 카세트(101)의 전체적인 외형을 이루는 구성요소로서, 전체적으로 직육면체 형상을 가지며, 내부에 다수개의 대면적 기판(S)이 적재될 수 있는 공간을 가지는 통형상으로 이루어진다.

그리고 상기 기판 고정부(103)는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 카세트 본체(102) 내부에 다수장이 기판(S)이 기립된 상태(상기 카세트의 하면과 수직 또는 일정 각도 기울어진 상태)로 삽입될 수 있도록, 상기 카세트 본체(102)의 상면과 하면 내측에 각각 형성된다. 이때 상기 기판 고정부(103)는 상기 기판(S)의 상단 및 하단 일부가 삽입될 수 있는 깊이로 형성되며, 상기 기판(S) 중 상기 기판 고정부(103)에 삽입되는 부분은 최소화되는 것이 바람직하다. 상기 기판 고정부(103)는

또한 본 실시예에서 상기 기판 고정부(103)는 하나의 카세트(101) 내에 적재되는 다수장의 기판(S)이 서로 층상흐름 간격으로 이격된 상태로 평행하게 적재되도록 형성되는 것이 바람직하다. 여기에서 층상 흐름(laminar flow) 이라 함은 '가스가 좁은 간격 사이의 공간에 주입되어 자유 확산되지 않고 일정한 방향으로 흐트러짐이 거의 없이 방향성을 가지고 이동하는 가스의 흐름'을 말한다.

그리고 상기 '층상 흐름 간격'이라 함은 '가스가 층상 흐름 형태로 이동하는 2개의 판재 사이의 간격'을 말하는 것으로서, 본 실시예에서는 이 층상 흐름 간격이 0.2 ~ 10 mm인 것이 바람직하다. 상기 층상 흐름 간격이 0.2 mm 미만인 경우에는 가공 및 제조가 어려울뿐만 아니라 가스의 공급 제어가 어려운 문제점이 있고, 상기 층상 흐름 간격이 10mm 를 초과하는 경우에는 가스의 층상 흐름이 깨져서 기체가 자유확산하는 문제점이 있다.

다음으로 상기 모따기부(104)는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 카세트 본체(102)의 모서리 부분이 모따기되어 형성된다. 상기 모따기부(104)는 상기 카세트(101)에 적재되는 다수장의 기판(S)들의 배열 방향을 따라 형성된다. 또한 본 실시예에서 상기 모따기부(104)는 상기 카세트(101)에 적재되는 기판(S)의 모서리 형상과 일치되는 형상으로 모따기되는 것이, 중간 가스 공급수단에 의하여 공급되는 공정 가스가 와류를 형성하지 않아서 바람직하다.

이하에서는 이러한 카세트(101)를 구비하는 원자층 증착장치(100)를 설명한다.

본 실시예에 따른 원자층 증착장치(100)도 도 6에 도시된 바와 같이, 다수개의 카세트(101), 공정챔버(110)와, 메인 가스공급수단(120)과, 배기수단(150) 및 중간 가스공급수단(160)을 포함한다.

상기 공정챔버(110)의 내부에는 기판(S)들이 기립상태(수직 또는 수직으로부터 소정각도 기울어진 상태)로 적재된 다수개의 카세트(101)가 인라인 형태로 복수개 반입되어 동시에 복수의 기판을 처리할 수 있다.

즉, 상기 공정챔버(110)의 내부에는 도 12에 도시된 바와 같이, 복수열의 기판(S1 ~ S6)들이 인라인 형태로 나란히 적재된다. 또한 상기 기판(S)들을 복수열로 적재하여 각 열 사이의 공간이 상기 가스들이 층상흐름을 형성하면서 흐를 수 있는 유로를 형성한다. 여기에서 '인라인 형태로 나란히 적재'된다는 것은, 동일한 크기를 가지는 다수개의 카세트(101)가 일렬로 배치되되, 각 카세트(101)가 접촉되는 지점에서는 각 카세트 면이 정확하게 일치하여 내부에 장입되어 있는 기판(S)들이 이루는 간격이 도 12에 도시된 바와 같이, 전체적으로 연결되는 것을 말한다.

구체적으로 본 실시예에서는 상기 공정 챔버(110) 내부에 다수개의 카세트(101)가 로딩된 상태에서 상기 카세트(101)와 챔버 벽 사이의 간격, 상기 카세트(101)에 적재되어 있는 각 기판(S) 사이의 간격이 층상 흐름(laminar flow) 간격이 되도록 로딩된다.

본 실시예에서는 상기 카세트(101)에 적재되어 있는 각 기판(S) 사이의 간격 뿐만아니라, 카세트(101)와 각 챔버 벽 사이의 간격 및 카세트(101) 또는 기판(S)의 선단부와 후술하는 가스 직진 공급홈(119) 사이의 간격도 상기 층상 흐름 간격을 가지도록 제조되고, 로딩된다.

한편 본 실시예에 따른 원자층 증착장치(100)에서 상기 공정 챔버(110) 내에 장입되는 다수개의 카세트(101) 중 서로 이웃한 두 카세트의 접촉 지점(P1)은 도 7에 도시된 바와 같이, 열 팽창율의 불일치로 인하여 상기 중간 가스 공급 수단(160)에 의한 가스 공급 지점(P2)과 어긋날 수 있다. 이렇게 카세트 접촉 지점(P1)과 중간 가스 공급 수단(160)에 의한 가스 공급 지점(P2)이 불일치하더라도, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 카세트(101)의 모따기부(104)에 의하여 상기 중간 가스 공급 수단(160)에 의하여 공급된 공정 가스가 이웃한 두 카세트 사이의 공간으로 원활하게 공급되고, 정확한 공정 진행이 가능하다.

다음으로 상기 메인 가스공급수단(120)은 제1반응가스, 제2반응가스 및 퍼지가스 등을 저장하는 탱크와, 상기 가스들을 공정순서에 따라 선택적으로 주입하는 밸브를 포함한다.

특히, 상기 공정챔버(110)의 일측벽(113)에는 도 8에 도시된 바와 같이, 가스 공급구(117)를 통해 주입된 가스를 측벽을 따라서 측벽의 선단부까지 전달하는 가스 확산 공급홈(130)이 더 형성된다.

상기 가스 확산 공급홈(130)은 상기 공정챔버의 일측벽의 외벽에 단차지게 홈(131)을 형성하고, 상기 홈(131)의 상부를 덮개(132)로 밀폐하여 형성될 수 있다. 물론, 상기 덮개(132)는 밀폐하더라도 홈(131)의 바닥면과 밀착되지 않아 가스가 흐를 수 있는 공간을 형성한다.

상기 가스 확산 공급홈(130)은 공정챔버(110)의 좌,우측벽(112, 111)이나 상,하측벽(113, 114) 등 어느 측벽에나 형성할 수 있으나, 도 6, 8에 도시된 바와 같이, 상기 카세트(101)에 적재된 기판들이 기립된 경우에는, 상기 공정 챔버(110)의 상벽(113)에 형성되는 것이 바람직하다.

상기 가스 확산 공급홈(130)은 측벽에 형성된 가스 공급구(117)로부터 측벽(111)의 선단부로 갈수록 단면적이 커지도록 형성한다. 이것은 가스가 가스 확산 공급홈(130)을 통과하여 공정챔버(110)의 전면 즉, 가스 직진 공급홈(119)으로 유입되기 전에 충분히 균일하게 확산되도록 하기 위함이다. 그리고 이 가스 확산 공급홈(130)을 지나는 동안에도 상기 가스 공급구(117)에 의하여 공급된 가스는 층상 흐름을 유지한다. 따라서 상기 가스 확산 공급홈(130)과 덮개(132) 사이의 간격도 층상 흐름 간격을 유지하도록 형성된다.

다음으로 가스 직진 공급홈(119)은 상기 공정 챔버(110)의 전단부 측벽(115)에 일정 깊이로 음각되어 직사각형 형상으로 형성될 수 있으며, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 가스 직진 공급홈(119)이 형성되는 깊이는, 기판(S) 선단부와의 간격이 층상 흐름 간격을 유지할 정도의 깊이로 형성된다. 따라서 상기 가스 확산 공급홈(130)을 통하여 상기 공정 챔버(110)의 전단부 측벽(115) 전체 변에 해당되는 폭으로 충분히 확산된 가스가 상기 가스 직진 공급홈(119) 전체로 동시에 공급되어, 상기 가스 직진 공급홈(119) 내에서 층상 흐름이 유지되는 것이다.

상기 배기수단(150)은 상기 공정챔버(110)를 배기하는 것으로서, 진공펌프 등을 들 수 있다.

다음으로 상기 중간 가스공급수단(160)은 도 6, 9에 도시된 바와 같이, 상기 공정 챔버(110) 측벽 중 상기 공정 챔버 내부에 장입된 다수개의 카세트(C)들 중에서 특정한 카세트 끼리 접촉되는 지점에 설치되며, 상기 카세트 접촉 공간에 가스를 공급하는 구성요소이다. 즉, 상기 중간 가스공급수단(160)은 상기 메인 가스공급수단(120)과 더불어 상기 공정 챔버(110) 내부로 공정 가스 등을 부가적으로 공급하여 공정의 효율성 및 박막의 균일성을 향상시키는 것이다.

이를 위하여 상기 중간 가스공급수단(160)은 전술한 메인 가스 공급수단(120)과 마찬가지로 공정 가스 등을 층상 흐름을 가지도록 공급한다. 따라서 상기 부가 가스공급수단(160)도 상기 메인 가스공급수단(120)과 마찬가지로, 가스 직진공급홈(162), 가스 확산 공급홈(164) 및 가스 공급구(167)를 포함하여 구성된다. 다만, 부가 가스공급수단(160)의 가스 직진공급홈(162)은 상기 가스공급수단측 상벽을 두께 방향으로 관통하여 형성되는 1자 형태의 홈이다. 이 홈으로 확산된 반응 가스 등이 상기 카세트 접촉 지점으로 균일하게 공급되는 것이다.

한편 본 실시예에서 상기 메인 가스공급수단(120)과 중간 가스공급수단(160) 사이에는 외부의 가스 공급부와의 관계에서 다양한 공급 라인 배치를 가질 수 있으며, 예를 들어 도 11에 도시된 바와 같이, 퍼지가스는 메인 가스공급수단(120)에서만 공급되고, 나머지 공정가스들은 메인 가스공급수단(120)과 중간 가스공급수단(160)을 포함하여 모든 가스공급수단을 통하여 공급되는 구조를 가질 수 있다.

또한 본 실시예에서 상기 중간 가스공급수단(160)은 도 6에 도시된 바와 같이, 다수개가 설치되되, 각 카세트(101) 접촉 지점마다 구비되는 것이 바람직하다. 이때 '카세트 접촉 지점(P1)'이라 함은 다수개의 카세트가 일렬로 서로 밀착되도록 상기 공정 챔버 내부에 장입된 상태에서 각 카세트들이 서로 접촉되는 지점을 말한다. 이러한 카세트 접촉 지점(P1)은 정확하게는 미세하지만 일정한 직선상의 접촉 공간을 형성하게 되며, 이 직선상의 공간을 통하여 가스가 층상 흐름을 유지한 상태에서 공급되는 것이다.

한편 본 실시예에 따른 박막 증착장치(100)에는, 상기 다수개의 중간 가스 공급수단(160)을 통하여 상기 공정 챔버(110) 내부로 공급되는 가스의 종류, 공급 시간 및 공급량을 제어하는 부가 공급 제어부(도면에 미도시)가 더 구비되는 것이 바람직하다. 본 실시예에 따른 박막 증착장치(100)에서 상기 중간 가스공급수단(160)은 도 6, 10에 도시된 바와 같이, 각 카세트 접촉 지점(P1)마다 다수개가 설치될 수 있지만, 각 중간 가스 공급수단(160)에 대한 운용 방법은 공정 조건에 따라 달라질 수 있는데, 이러한 구체적인 공정 조건에 따른 다수개의 중간 가스 공급수단(160)의 제어를 상기 중간 공급 제어부가 수행하는 것이다.

예를 들면, 상기 중간 공급 제어부는, 상기 중간 가스 공급 수단(160)을 통하여 퍼지가스는 공급하지 않고, 각 반응 가스가 각 중간 가스 공급수단 별로 특정한 시간에 특정한 양만큼 공급되도록 제어할 수 있는 것이다.

이하에서는 본 실시예에 따른 원자층 증착장치(100)의 작동상태를 설명한다.

먼저, 메인 가스공급수단(120)을 이용하여 공정챔버(110)의 일측벽에 형성된 가스공급구(117)로 가스를 공급하면, 상기 가스는 가스 확산 공급홈(130)을 따라 공정챔버의 전면(측벽의 선단부)으로 이동하게 되는데, 이와 같이 이동하는 동안 가스 확산 공급홈(130)의 형태에 의해 균일하게 확산된다.

다음으로, 상기 가스 확산 공급홈(130)을 통해 충분히 확산된 가스는 도 11에 도시된 바와 같이, 공정챔버(110)의 전면에 형성된 측벽의 가스 직진 공급홈(119)을 따라 반대측 측벽방향으로 층상흐름 방식으로 이동한다.

다음으로, 상기 기판의 전방 즉, 상기 가스 직진 공급홈(119)에 도달한 가스는 기판(S)의 각 열 사이의 공간을 통해 층상 흐름 형태로 이동하면서 기판에 박막을 형성한다.

따라서 각 열 사이의 공간이 공정챔버(110) 내에서 가스가 층상 흐름 형태로 이동하도록 층상 흐름 간격을 유지하는 유로가 되는 것이다. 또한 복수의 카세트(C1~C6)가 인라인 형태로 밀착되어 적재되는데, 이때 이웃하는 카세트에 적재된 기판(S1~S6)들도 밀착하여 적재되어 가스가 층상 흐름을 유지한 채로 복수의 카세트를 균일하게 흐르도록 한다.

이때 필요에 따라 상기 중간 가스공급수단(160)을 통하여 카세트 접촉 지점 중 필요한 지점에 제1 공정 가스를 추가적으로 공급할 수 있다.

본 실시예에서는 제1 공정 가스의 공급을 중단한 후에, 공정 챔버 내부에 존재하는 모든 제1 공정 가스를 제거하는 제1 공정 가스의 펌핑 또는 퍼징 단계를 진행하지 않고, 즉시 제1 공정 가스에 이어서 퍼징가스를 상기 메인 가스공급수단을 통하여 공정 챔버 내로 공급하므로 하나의 진공 챔버 내에 제1 공정가스와 퍼징가스가 진공 챔버 내의 공간을 가상 분할한 상태에서 공존하게 된다.

본 실시예에서는 제1 공정 가스 공간은 공정 챔버 내의 공간 중에서 제1 공정 가스에 의하여 채워지는 가상의 공간을 말하는 것이며, 제1 퍼징가스 공간은 상기 제1 공정 가스 공간에 연이어 퍼징 가스에 의하여 채워지는 가상의 공간을 말하는 것이며, 제2 공정 가스 공간은 제2 공정 가스에 의하여 채워지는 가상의 공간을 말하는 것이며, 제2 퍼징 가스 공간은 상기 제2 공정 가스 공간에 연이어 퍼징가스에 채워지는 가상의 공간을 말하는 것이다. 본 실시예에서 상기 제1 공정 가스 공간, 제1 퍼징가스 공간, 제2 공정 가스 공간 및 제2 퍼징가스 공간은 일정한 위치에 머물러 있는 것이 아니라, 일정한 속도로 일정한 방향으로 동시에 이동하게 된다.

구체적으로 상기 가스 공간이 형성되는 과정을 설명하면 다음과 같다. 먼저 상기 공정 챔버 내에 제1 공정 가스를 공급하면 제1 공정가스로 채워지는 가상의 제1 공정가스 공간이 상기 진공 챔버 내에 형성되고, 이 제1 공정 가스 공간이 상기 공정 챔버 내부 공간을 일정한 방향으로 순차적으로 이동하게 된다.

그리고 제1 공정 가스 공급을 중단하고, 퍼징가스를 공급하면 상기 제1 공정가스 공간에 연이어 제1 퍼징가스 공간이 상기 진공 챔버 내에 형성되고, 상기 제1 공정 가스 공간을 이동 방향으로 밀면서 제1 공정 가스 공간을 따라서 이동한다. 이때, 제1 공정 가스 공간과 제1 퍼징가스 공간의 경계면은 완벽하게 구분되는 것이 아니라, 제1 공정가스와 퍼징가스가 혼합된 구간이 어느 정도 존재하고, 제1 공정 가스 공간의 중심부로 갈수록 제1 공정가스의 농도가 높고, 제1 퍼징가스 공간의 중심부로 갈수록 퍼징가스의 농도가 높은 형태를 가진다.

한편 본 실시예에서는 전술한 바와 같이, 제1 공정가스의 완벽한 퍼징을 위하여 제1 퍼징 가스 공간을 형성하는 퍼징가스를 제1 공정가스에 비하여 매우 과량으로 분사하여, 제1 퍼징가스 공간의 이동에 의하여 완벽하게 제1 공정가스가 가스 직진 공급홈(119)의 반대 방향으로 이동하도록 한다.

그리고 이 제1 퍼징가스 공간에 연이어 제2 공정가스를 공급하여 제2 공정가스 공간이 형성되도록 한다. 또한 이 제2 공정 가스 공간에 연이어 다시 퍼징가스를 과량으로 공급하여 제2 퍼징가스 공간이 형성되도록 하며, 이 제2 퍼징가스 공간의 이동에 의하여 제2 공정 가스가 완벽하게 제거되도록 하는 것이다.

이렇게 본 실시예에서는 제1 공정가스 공간, 제1 퍼징가스 공간, 제2 공정가스 공간 그리고 제2 퍼징가스 공간이 순차적으로 공정 챔버 내부 공간을 이동하면서 원자층 증착 공정을 수행한다. 따라서 본 실시예에서는 공정 챔버 내부 전체에 대한 공정 가스 공급과 퍼징 과정이 단속적으로 수행되는 종래의 방법에 비하여, 공정가스 공급과 퍼징이 하나의 공정 챔버 내에서 기판을 스캐닝하듯이 연속적으로 이루어지므로, 공정 시간이 현저하게 단축되고 쓰루풋이 대폭 향상되는 효과가 있다.

그리고 필요에 따라서는 전술한 과정이 다수번의 싸이클(cycle)로 반복하여 진행될 수 있다. 물론 각 가스를 공급하는 동안 배기 동작은 항상 이루어진다.

100 : 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치
101 : 카세트 104 : 모따기부
110 : 공정 챔버 120 : 가스 공급수단
130 : 가스 확산 공급홈 150 : 배기수단
160 : 중간 가스 공급수단 S : 기판

Claims (5)

1. 삭제
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3. 다수장의 기판이 로딩된 카세트 다수개를 일렬로 공정 챔버 내에 장입한 상태에서 상기 공정 챔버 내에 장입된 모든 기판에 대하여 동시에 원자층 증착 공정을 진행하는 원자층 증착 장치에 있어서,
   상기 공정 챔버 중 각 카세트의 밀착지점에 각각 설치되어, 공정가스를 공급하는 중간 가스 공급수단;
   상기 기판의 모서리 부분 형상과 일치되도록 모서리 부분이 모따기된 모서리부를 가지는 카세트;
   상기 다수개의 중간 가스 공급수단을 통하여 상기 공정 챔버 내부로 공급되는 가스의 종류, 공급 시간 및 공급량을 제어하는 부가 공급 제어부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 모따기된 모서리부는,
   상기 카세트에 로딩되는 상기 기판의 모서리 형상과 일치하도록 모따기된 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
5. 제3항에 있어서, 상기 카세트는,
   상기 중간 가스 공급 수단의 가스 분사 방향과 일치하는 방향으로 상기 기판이 배열되도록 상기 공정 챔버 내에 로딩되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.

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