KR20120066852A - Thin layer deposition apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 박막 증착장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가스의 층상 흐름(laminar flow)가 이루어지는 구조의 공정챔버 내부에 소정의 반응 가스를 분사한 후, 이종의 퍼지 가스를 바로 분사하여 상기 공정 챔버 내부의 공간이 상기 가스들에 의하여 가상 분할되는 상태에서 가상 분할된 공간이 챔버 내부 공간을 이동하면서 다수개의 기판에 대하여 원자층 증착 공정이 이루어져서 공정 택타임이 짧은 박막 증착장치에 관한 것이다. The present invention relates to a thin film deposition apparatus, and more particularly, after a predetermined reaction gas is injected into a process chamber having a laminar flow of gas, a heterogeneous purge gas is directly injected to the process chamber. The present invention relates to a thin film deposition apparatus having a short process tack time because an atomic layer deposition process is performed on a plurality of substrates while the virtually divided space moves inside the chamber while the internal space is virtually divided by the gases.
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. Generally, a semiconductor device, a flat panel display device, or the like goes through various manufacturing processes, among which a process of depositing a predetermined thin film on a wafer or a glass (hereinafter, referred to as a substrate) is indispensable. The thin film deposition process is mainly used for sputtering, chemical vapor deposition (CVD), atomic layer deposition (ALD) and the like.
먼저, 스퍼터링법은 플라즈마 상태에서 아르곤 이온을 생성시키기 위해 고전압을 타겟에 인가한 상태에서 아르곤 등의 비활성 가스를 공정챔버 내로 주입시킨다. 이 때, 아르곤 이온들은 타겟의 표면에 스퍼터링되고, 타겟의 원자들은 타겟의 표면으로부터 이탈되어 기판에 증착된다. First, the sputtering method injects an inert gas such as argon into the process chamber while a high voltage is applied to a target to generate argon ions in a plasma state. At this time, argon ions are sputtered on the surface of the target, and atoms of the target are separated from the surface of the target and deposited on the substrate.
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. Such a sputtering method can form a high purity thin film having excellent adhesion with a substrate, but in the case of depositing a highly integrated thin film having a process difference by the sputtering method, it is very difficult to secure uniformity over the entire thin film. There is a limit to the application of.
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. Next, chemical vapor deposition is the most widely used deposition technique, and is a method of depositing a thin film having a required thickness on a substrate using a reaction gas and a decomposition gas. For example, chemical vapor deposition first deposits a variety of gases into a reaction chamber and deposits a thin film of the required thickness on a substrate by chemically reacting gases induced by high energy such as heat, light or plasma.
아울러 화학기상증착법에서는 반응에너지만큼 인가된 플라즈마 또는 가스들의 비(ratio) 및 양(amount)을 통해 반응 조건을 제어함으로써, 증착률을 증가시킨다. In addition, the chemical vapor deposition method increases the deposition rate by controlling the reaction conditions through the ratio and amount of plasma or gases applied by the reaction energy.
그러나 화학기상증착법에서는 반응들이 빠르기 때문에 원자들의 열역학적 안정성을 제어하기 매우 어렵고, 박막의 물리적, 화학적 전기적 특성을 저하시키는 문제점이 있다. However, in chemical vapor deposition, the reactions are fast, and thus, it is very difficult to control the thermodynamic stability of atoms.
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, Ta2O3, TiO2 및 Si3N4가 대표적이다.Finally, Atomic Layer Deposition (ALD) is a method of atomic layer deposition by injecting two or more reactants one by one into a reaction chamber to form a thin film. It is a method of vapor deposition in units. That is, after the first reaction gas is supplied by a pulsing method and chemically deposited on the lower layer inside the chamber, the remaining first reaction gas which is physically bound is removed by a purge method. Subsequently, a desired thin film is deposited on the substrate while the second reaction gas is chemically combined with the first reaction gas (first reactant) through pulsing and purging. Al 2 O 3 , Ta 2 O 3, TiO 2 and Si 3 N 4 are typical thin films that can be formed by the atomic layer deposition method.
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.Since the atomic layer deposition can form a thin film having excellent step coverage even at a low temperature of less than 600 ℃, it is a new process technology that is expected to use a lot in the process of manufacturing next-generation semiconductor devices. In the above-described atomic layer deposition process, the time at which each reaction gas is pulsed and purged is called a cycle.
도 1 및 도 2를 참조하여 일반적인 원자층 증착장치(100)를 설명한다. A general atomic
도시된 바와 같이, 원자층 증착장치(100)는 공정챔버(110)의 내부에 카세트가 반입된다. 상기 카세트에는 복수개의 기판(S)이 수직상태로 적재되어 있다. 상기 카세트는 카세트 이동수단(120)을 이용하여 반입 또는 반출한다. As shown, in the atomic
상기 공정챔버(110)에 제1 및 제2반응가스 및 퍼지가스를 공급하는 가스공급수단(130)과, 상기 가스들을 공정챔버의 내부에 균일하게 분사하기 위한 확산판(131)과, 상기 공정챔버(110)를 배기하는 배기수단(140)도 구비된다. Gas supply means 130 for supplying the first and second reaction gas and purge gas to the
상기 확산판(131)은 기판의 전체에 대하여 균일하게 분사하기 위하여 복수의 분사홀(132)이 형성되고, 특히, 기판(S)의 배열방향과 평행하게 분사한다. The
이와 같이 구성된 종래의 원자층 증착장치의 작동상태를 설명한다. The operating state of the conventional atomic layer deposition apparatus constructed as described above will be described.
먼저, 게이트밸브를 개방하여 공정챔버의 내부로 카세트를 반입한다. First, the gate valve is opened and the cassette is brought into the process chamber.
다음으로, 상기 배기수단을 이용하여 공정챔버를 배기하면서, 퍼지가스와 소스가스를 교대로 공급하여 기판에 원자층 증착을 수행한다. Next, while exhausting the process chamber using the exhaust means, the purge gas and the source gas are alternately supplied to perform atomic layer deposition on the substrate.
이와 같이 공정이 완료된 카세트를 공정챔버의 외부로 반출한다. The cassette thus completed is taken out of the process chamber.
그러나 종래의 원자층 증착장치는 확산판의 분사홀을 통해 면형태가 아닌 점형태로 가스를 공급하기 때문에, 공정챔버 내에서 분사되는 가스가 고르게 분사되지 않아 박막의 균일도가 떨어지는 문제점이 있다. However, the conventional atomic layer deposition apparatus has a problem that the uniformity of the thin film is lowered because the gas injected in the process chamber is not evenly sprayed because the gas is supplied in the form of a dot rather than a plane through the injection hole of the diffusion plate.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 가스의 층상 흐름(laminar flow)이 이루어지는 구조의 공정챔버 내부에 소정의 반응 가스를 분사한 후, 이종의 퍼지 가스를 바로 분사하여 상기 공정 챔버 내부의 공간이 상기 가스들에 의하여 가상 분할되는 상태에서 가상 분할된 공간이 챔버 내부 공간을 이동하면서 다수개의 기판에 대하여 원자층 증착 공정이 이루어져서 공정 택타임이 짧은 박막 증착장치를 제공하는 것이다. The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention after the injection of a predetermined reaction gas into the process chamber of the structure in which the gas laminar flow (laminar flow), the heterogeneous purge gas immediately In the state where the space inside the process chamber is virtually divided by the gases by spraying, the thin film deposition apparatus having a short process tack time is performed by performing an atomic layer deposition process on a plurality of substrates while the virtually divided space moves in the chamber. To provide.
위와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 의한 박막 증착장치는, 복수의 기판을 각 기판 사이의 간격이 층상 흐름 간격이 되도록 일정하게 적재하는 카세트; 상기 카세트를, 챔버 내측벽과의 간격이 상기 층상 흐름 간격이 되도록 수납하고, 상기 기판 상에 원자층 증착공정을 수행하는 공정챔버; 상기 공정 챔버 내의 일 측벽에서 상기 카세트에 적재되어 있는 모든 기판에 대하여 상기 기판의 배열방향과 평행한 방향으로 상기 기판의 선단부에 기판 사이 및 기판과 챔버 벽 사이의 공간에서 층상 흐름이 이루어지도록 가스를 공급하는 가스공급수단; 및 상기 공정 챔버 중 상기 가스 공급 수단의 반대 편에 설치되며, 기판의 후단부에서 상기 공정챔버 내부의 기체를 흡입하여 배기하는 배기수단;을 포함한다. In order to solve the above technical problem, the thin film deposition apparatus according to the present invention comprises: a cassette for constantly loading a plurality of substrates so that the interval between each substrate is a layered flow interval; A process chamber for accommodating the cassette such that the distance from the inner wall of the chamber is the layer flow interval, and performing an atomic layer deposition process on the substrate; For all substrates loaded in the cassette at one side wall of the process chamber, gas is applied to the front end of the substrate in a direction parallel to the arrangement direction of the substrate so that the layer flows in the space between the substrate and the substrate and the chamber wall. Gas supply means for supplying; And exhaust means installed at an opposite side of the gas supply means in the process chamber and sucking and exhausting gas in the process chamber at a rear end of the substrate.
본 발명에서 상기 가스공급수단은, 상기 공정 챔버의 측벽 중 상기 가스공급수단측 측벽에 형성되며, 상기 측벽의 일 변에서 변 전체를 포함하는 영역으로 가스를 층상 흐름 형태로 통과시키는 가스 직진 공급홈을 구비하는 것이 바람직하다. In the present invention, the gas supply means is formed on the side wall of the gas supply means of the side wall of the process chamber, the gas straight supply groove for passing the gas in a layered flow form to the area including the entire side from one side of the side wall It is preferable to have a.
그리고 상기 가스공급수단은, 상기 공정 챔버의 측벽 중 상기 가스공급수단 측 측벽과 이웃한 측벽에 형성되며, 상기 가스 직진 공급홈에 일측 변 전체에 대하여 균일하게 가스를 확산시켜 공급하는 가스 확산 공급홈과, 상기 가스 확산 공급홈의 일단에 형성되어, 외부로부터 상기 가스 확산 공급홈에 가스를 공급하는 가스 공급구를 더 구비하는 것이 바람직하다. The gas supply means is a gas diffusion supply groove which is formed on a side wall adjacent to the gas supply means side wall among the side walls of the process chamber, and uniformly diffuses and supplies the gas to the gas straight supply groove for one side. And a gas supply port formed at one end of the gas diffusion supply groove to supply gas to the gas diffusion supply groove from the outside.
또한 상기 가스 확산 공급홈은 상기 가스 공급구부터 상기 벽체의 선단부로 갈수록 단면적이 커지는 것이 바람직하다. In addition, the gas diffusion supply groove is preferably larger in cross-sectional area from the gas supply port toward the front end of the wall.
그리고 본 발명에서 상기 카세트는 상기 기판을 수직으로 기립된 상태로 적재하고, 상기 가스 확산 공급홈은 상기 공정챔버의 좌측벽 또는 우측벽에 형성되거나, In the present invention, the cassette loads the substrate in a vertically standing state, and the gas diffusion supply groove is formed on the left side wall or the right side wall of the process chamber,
상기 카세트는 상기 기판을 수평상태로 적재하고, 상기 가스 확산 공급홈은 상기 공정챔버의 상측벽 또는 하측벽에 형성될 수 있다. The cassette may load the substrate in a horizontal state, and the gas diffusion supply groove may be formed on an upper wall or a lower wall of the process chamber.
본 발명에서 상기 가스 확산 공급홈은 상기 벽체의 내벽 또는 외벽에 홈을 형성하고, 상기 홈의 상부를 덮개로 밀폐하여 형성될 수 있고, In the present invention, the gas diffusion supply groove may be formed by forming a groove in the inner wall or the outer wall of the wall, and seal the upper portion of the groove with a cover,
상기 벽체의 내부를 홀가공하여 형성될 수도 있다. It may be formed by hole-processing the inside of the wall.
본 발명에서 상기 층상 흐름 간격은, 0.5 ~ 10 mm 인 것이 바람직하다. In the present invention, the layer flow interval is preferably 0.5 to 10 mm.
그리고 상기 공정챔버의 내부에는 상기 카세트가 인라인형태로 나란하게 복수개가 밀착되어 수납되는 것이 바람직하다. In addition, it is preferable that the plurality of cassettes are arranged in close contact with each other in an inline form in the process chamber.
본 발명에 따르면, 공정 챔버 내에 공급되는 각 가스의 층상 흐름(laminar flow)이 이루어지는 구조로 공정챔버 및 카세를 구비한 상태에서 이 공정 챔버 내부에 소정의 반응 가스를 분사한 후, 이종의 퍼지 가스를 바로 분사하여 상기 공정 챔버 내부의 공간이 상기 가스들에 의하여 가상 분할되는 상태에서 가스들에 의항 가상 분할 공간이 공정 챔버 내부를 마치 스캐닝하듯이 이동하면서 공정 챔버 내부에 로딩된 다수개의 기판에 대하여 순차적으로 원자층 증착 공정이 이루어져서 공정 택타임이 짧은 효과가 있다. According to the present invention, after a predetermined reaction gas is injected into the process chamber with a process chamber and a case in a structure in which a laminar flow of each gas supplied into the process chamber is formed, heterogeneous purge gases are provided. Sprays directly to the plurality of substrates loaded in the process chamber while the virtual partition space by the gases moves as if scanning the inside of the process chamber while the space inside the process chamber is virtually divided by the gases. Since the atomic layer deposition process is performed sequentially, the process tack time is short.
즉, 본 발명의 박막 증착장치에 의하면, 공정 챔버 전체에 대한 각 반응 가스들의 완전한 배기를 위한 펌핑 타임 또는 퍼징 공정이 이루어지지 않고, 하나의 챔버 내에 공정 가스와 퍼지 가스가 순차적으로 흘러가면서 공정 중단없이 연속적으로 원자층 증착 공정이 진행되는 것이다. That is, according to the thin film deposition apparatus of the present invention, the pumping time or purging process for the complete exhaust of each reaction gas to the entire process chamber is not made, the process stops while the process gas and purge gas flows sequentially in one chamber The atomic layer deposition process proceeds continuously without.
또한 기판들을 인라인 형태로 복수열 배치함으로써, 기판들 사이의 공간으로 가스를 공급하기 때문에 균일한 박막형성이 가능하다. In addition, by arranging a plurality of substrates in an in-line form, the gas is supplied to the space between the substrates, so that uniform thin film formation is possible.
도 1 및 도 2는 종래 원자층 증착장치를 나타낸 것이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 의한 박막 증착장치의 구성을 나타낸 것이다.
도 6 내지 도 8은 도 3에 도시된 장치의 작동상태를 나타낸 것이다. 1 and 2 show a conventional atomic layer deposition apparatus.
3 to 5 show the configuration of the thin film deposition apparatus according to the present invention.
6 to 8 show the operating state of the apparatus shown in FIG. 3.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시예의 구성 및 작용을 설명한다.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the configuration and operation of the embodiment according to the present invention.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 의한 박막 증착장치(1)는 측벽의 소정위치에 가스 공급구가 형성된 공정챔버(10)와, 가스공급수단(20)과, 배기수단(50)을 포함한다. 3 and 4, the thin
상기 공정챔버(10)의 내부에는 기판(S)들이 기립상태(수직 또는 수직으로부터 소정각도 기울어진 상태)로 적재된 카세트(C)가 인라인형태로 복수개 반입되어 동시에 복수의 기판을 처리할 수 있다. In the
즉, 상기 공정챔버의 내부에는 복수열의 기판들이 인라인형태로 나란히 적재된다. 또한 상기 기판들을 복수열로 적재하여 각 열 사이의 공간이 상기 가스들의 유로를 형성한다. That is, a plurality of rows of substrates are stacked side by side in an inline form inside the process chamber. In addition, the substrates are stacked in a plurality of rows so that a space between the columns forms a flow path of the gases.
구체적으로 본 실시예에서는 상기 공정 챔버(10) 내부에 카세트(C)가 로딩된 상태에서 상기 카세트(C)와 챔버 벽 사이의 간격, 상기 카세트(C)에 적재되어 있는 각 기판(S) 사이의 간격이 층상 흐름(laminar flow) 간격이 되도록 로딩된다. Specifically, in the present embodiment, in the state in which the cassette C is loaded in the
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. Herein, the laminar flow refers to a 'flow of gas that flows in a direction with little gas being injected into the space between the narrow gaps and not freely diffused, and there is little disturbance in a certain direction'.
그리고 상기 층상 흐름 간격이라 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 어려울 뿐만아니라 가스의 공급 제어가 어려운 문제점이 있고, 상기 층상 흐름 간격이 10mm 를 초과하는 경우에는 가스의 층상 흐름이 깨져서 기체가 자유확산하는 문제점이 있다. In addition, the laminar flow interval refers to the `` gap between two plates in which gas moves in the laminar flow form, '' and in this embodiment, the laminar flow interval is preferably 0.2 to 10 mm. If the laminar flow interval is less than 0.2 mm, not only is it difficult to process and manufacture, but also difficult to control the supply of gas. If the laminar flow interval exceeds 10 mm, the laminar flow of gas is broken and the gas is freely diffused. There is this.
본 실시예에서는 상기 카세트(C)에 적재되어 있는 각 기판(S) 사이의 간격 뿐만아니라, 카세트(C)와 각 챔버 벽 사이의 간격 및 카세트(C) 또는 기판(S)의 선단부와 후술하는 가스 직진 공급홈(33) 사이의 간격도 상기 층상 흐름 간격을 가지도록 제조되고, 로딩된다. In the present embodiment, as well as the distance between each substrate S loaded on the cassette C, the gap between the cassette C and the chamber walls, and the tip of the cassette C or the substrate S, which will be described later. The gap between the gas straight supply grooves 33 is also manufactured and loaded to have the laminar flow gap.
다음으로 상기 가스공급수단(20)은 제1반응가스, 제2반응가스 및 퍼지가스 등을 저장하는 탱크와, 상기 가스들을 공정순서에 따라 선택적으로 주입하는 밸브를 포함한다. Next, the gas supply means 20 includes a tank for storing a first reaction gas, a second reaction gas, a purge gas, and the like, and a valve for selectively injecting the gases according to a process sequence.
특히, 상기 공정챔버(10)의 일측벽(11)에는 가스 공급구(17)를 통해 주입된 가스를 측벽을 따라서 측벽의 선단부까지 전달하는 가스 확산 공급홈(30)이 더 형성된다. In particular, the one
상기 가스 확산 공급홈(30)은 상기 공정챔버의 일측벽(11)의 외벽에 단차지게 홈(31)을 형성하고, 상기 홈(31)의 상부를 덮개(32)로 밀폐하여 형성된다. 물론, 상기 덮개(32)는 밀폐하더라도 홈(31)의 바닥면과 밀착되지 않아 가스가 흐를 수 있는 공간을 형성한다. The gas
상기 가스 확산 공급홈(30)은 공정챔버(10)의 좌,우측벽(12,11)이나 상,하측벽(13,14) 등 어느 측벽에나 형성할 수 있다. The gas
상기 가스 확산 공급홈(30)은 측벽에 형성된 가스 공급구(17)로부터 측벽(11)의 선단부로 갈수록 단면적이 커지도록 형성한다. 이것은 가스가 가스 확산 공급홈(30)을 통과하여 공정챔버(10)의 전면 즉, 가스 직진 공급홈(33)으로 유입되기 전에 충분히 균일하게 확산되도록 하기 위함이다. 그리고 이 가스 확산 공급홈(30)을 지나는 동안에도 상기 가스 공급구(17)에 의하여 공급된 가스는 층상 흐름을 유지한다. 따라서 상기 가스 확산 공급홈(30)과 덮개(32) 사이의 간격도 층상 흐름 간격을 유지하도록 형성된다. The gas
다음으로 가스 직진 공급홈(33)은 상기 공정 챔버의 전단부 측벽에 일정 깊이로 음각되어 직사각형 형상으로 형성될 수 있으며, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 가스 직진 공급홈(33)이 형성되는 깊이는, 기판(S) 선단부와의 간격이 층상 흐름 간격을 유지할 정도의 깊이로 형성된다. 따라서 상기 가스 확산 공급홈(31)을 통하여 상기 공정 챔버의 전단부 측벽 전체 변에 해당되는 폭으로 충분히 확산된 가스가 상기 가스 직진 공급홈(33) 전체로 동시에 공급되어, 상기 가스 직진 공급홈(33) 내에서 층상 흐름이 유지되는 것이다. Next, the gas straight supply groove 33 may be engraved in a rectangular shape at a predetermined depth on the side wall of the front end of the process chamber, and as shown in FIG. 5, the gas straight supply groove 33 is formed. The depth is formed so that the space | interval with the front-end | tip part of the board | substrate S may maintain the layered flow space | interval. Therefore, the gas diffused sufficiently in the width corresponding to the entire sidewall of the front end side of the process chamber through the gas
상기 배기수단(50)은 상기 공정챔버(10)를 배기하는 것으로서, 진공펌프 등을 들 수 있다.
The exhaust means 50 exhausts the
이하에서는 본 실시예에 따른 박막 증착장치의 작동상태를 설명한다. Hereinafter, an operating state of the thin film deposition apparatus according to the present embodiment will be described.
먼저, 가스공급수단을 이용하여 공정챔버(10)의 일측벽에 형성된 가스공급구(17)로 가스를 공급하면, 상기 가스는 가스 확산 공급홈(30)을 따라 공정챔버의 전면(측벽의 선단부)으로 이동하게 되는데, 이와 같이 이동하는 동안 가스 확산 공급홈(30)의 형태에 의해 균일하게 확산된다.First, when the gas is supplied to the
다음으로, 상기 가스 확산 공급홈(30)을 통해 충분히 확산된 가스는 공정챔버(10)의 전면에 형성된 측벽의 가스 직진 공급홈(33)을 따라 반대측 측벽방향으로 층상흐름 방식으로 이동한다.Next, the gas sufficiently diffused through the gas
다음으로, 상기 기판의 전방 즉, 상기 가스 직진 공급홈(33)에 도달한 가스는 기판의 각 열 사이의 공간을 통해 층상 흐름 형태로 이동하면서 기판에 박막을 형성한다. Next, the gas that reaches the front of the substrate, that is, the gas straight supply groove 33, moves in a layered flow through the space between the rows of the substrate to form a thin film on the substrate.
따라서 각 열 사이의 공간이 공정챔버 내에서 가스가 층상 흐름 형태로 이동하도록 층상 흐름 간격을 유지하는 유로가 되는 것이다. 또한 복수의 카세트(C1~C4)가 인라인 형태로 밀착되어 적재되는데, 이때 이웃하는 카세트에 적재된 기판(S1~S4)들도 밀착하여 적재되어 가스가 층상 흐름을 유지한 채로 복수의 카세트를 균일하게 흐르도록 한다. Therefore, the space between the rows is a flow path that maintains the laminar flow interval so that the gas moves in the laminar flow form in the process chamber. In addition, the plurality of cassettes C1 to C4 are closely stacked in an inline form, and the substrates S1 to S4 stacked on the neighboring cassettes are also closely stacked to uniformly stack the plurality of cassettes while maintaining a gas flow layer. Let it flow.
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 공정 챔버 내로 공급하므로 하나의 진공 챔버 내에 제1 공정가스와 퍼징가스가 진공 챔버 내의 공간을 가상 분할한 상태에서 공존하게 된다. In this embodiment, after the supply of the first process gas is stopped, immediately after the first process gas, without proceeding to pump or purge the first process gas to remove all the first process gas present in the process chamber. Since the purge gas is supplied into the process chamber, the first process gas and the purge gas coexist in a virtually divided space in the vacuum chamber in one vacuum chamber.
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. In the present exemplary embodiment, the first process gas space refers to a virtual space filled by the first process gas among the spaces in the process chamber, and the first purging gas space is continuously filled by the purging gas in the first process gas space. The virtual space refers to the virtual space, and the second process gas space refers to the virtual space filled by the second process gas, and the second purging gas space is the virtual space filled to the purging gas subsequent to the second process gas space. To say. In the present exemplary embodiment, the first process gas space, the first purging gas space, the second process gas space, and the second purging gas space do not stay at a predetermined position, but move simultaneously in a constant direction at a constant speed.
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. Specifically, the process of forming the gas space is as follows. First, when the first process gas is supplied into the process chamber, a virtual first process gas space filled with the first process gas is formed in the vacuum chamber, and the first process gas space is formed in a predetermined direction in the process chamber. Will move sequentially.
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. When the first process gas supply is stopped and the purge gas is supplied, a first purge gas space is formed in the vacuum chamber in succession to the first process gas space, and the first process gas space is pushed in the moving direction to provide the first process gas. Move along the gas space. At this time, the interface between the first process gas space and the first purging gas space is not completely separated, but there is a section where the first process gas and the purging gas are mixed to some extent, and the first process gas space is gradually moved toward the center of the first process gas space. The density | concentration of a process gas is high, and the density | purification gas concentration becomes high toward the center of a 1st purging gas space.
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(33)의 반대 방향으로 이동하도록 한다. Meanwhile, in the present embodiment, as described above, in order to completely purge the first process gas, the purging gas forming the first purging gas space is injected in an excessive amount compared to the first process gas, and thus the movement of the first purging gas space is performed. By this, the first process gas is completely moved in the opposite direction of the gas straight supply groove 33.
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. The second process gas is subsequently supplied to the first purge gas space to form a second process gas space. In addition, the second process gas space is subsequently supplied with an excessive amount of purging gas again to form a second purging gas space, and the second process gas is completely removed by the movement of the second purging gas space.
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 쓰루룻이 대폭 향상되는 효과가 있다. In this embodiment, the first process gas space, the first purging gas space, the second process gas space, and the second purging gas space sequentially perform the atomic layer deposition process while moving inside the process chamber. Therefore, in the present embodiment, the process gas supply and purging is continuously performed as if the substrate is scanned in one process chamber as compared with the conventional method in which the process gas supply and purging processes are intermittently performed for the entire process chamber. The process time is significantly shortened and the trough is greatly improved.
그리고 필요에 따라서는 전술한 과정이 다수번의 싸이클(cycle)로 반복하여 진행될 수 있다. 물론 각 가스를 공급하는 동안 배기 동작은 항상 이루어진다.
If necessary, the above-described process may be repeatedly performed in a plurality of cycles. Of course, the exhaust operation is always performed while supplying each gas.
1: 박막 증착장치 10: 공정챔버
11~16: 측벽 17: 가스공급구
20: 가스공급수단 32: 덮개
50: 배기수단 1: thin film deposition apparatus 10: process chamber
11-16: Side wall 17: Gas supply port
20: gas supply means 32: cover
50: exhaust means
Claims (10)
상기 카세트를, 챔버 내측벽과의 간격이 상기 층상 흐름 간격이 되도록 수납하고, 상기 기판 상에 원자층 증착공정을 수행하는 공정챔버;
상기 공정 챔버 내의 일 측벽에서 상기 카세트에 적재되어 있는 모든 기판에 대하여 상기 기판의 배열방향과 평행한 방향으로 상기 기판의 선단부에 기판 사이 및 기판과 챔버 벽 사이의 공간에서 층상 흐름이 이루어지도록 가스를 공급하는 가스공급수단; 및
상기 공정 챔버 중 상기 가스 공급 수단의 반대 편에 설치되며, 기판의 후단부에서 상기 공정챔버 내부의 기체를 흡입하여 배기하는 배기수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
A cassette for constantly loading a plurality of substrates so that the interval between each substrate is a layered flow interval;
A process chamber for accommodating the cassette such that the distance from the inner wall of the chamber is the layer flow interval, and performing an atomic layer deposition process on the substrate;
For all substrates loaded in the cassette at one side wall of the process chamber, gas is applied to the front end of the substrate in a direction parallel to the arrangement direction of the substrate so that the layer flows in the space between the substrate and the substrate and the chamber wall. Gas supply means for supplying; And
And exhaust means installed at an opposite side of the gas supply means in the process chamber and configured to suck and exhaust the gas inside the process chamber at a rear end of the substrate.
상기 공정 챔버의 측벽 중 상기 가스공급수단측 측벽에 형성되며, 상기 측벽의 일 변에서 변 전체를 포함하는 영역으로 가스를 층상 흐름 형태로 통과시키는 가스 직진 공급홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
According to claim 1, The gas supply means,
Thin film deposition, characterized in that formed on the side wall of the gas supply means side of the process chamber, a gas straight supply groove for passing the gas in the form of a layered flow to the area including the entire side from one side of the side wall Device.
상기 공정 챔버의 측벽 중 상기 가스공급수단 측 측벽과 이웃한 측벽에 형성되며, 상기 가스 직진 공급홈에 일측 변 전체에 대하여 균일하게 가스를 확산시켜 공급하는 가스 확산 공급홈과,
상기 가스 확산 공급홈의 일단에 형성되어, 외부로부터 상기 가스 확산 공급홈에 가스를 공급하는 가스 공급구를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
The gas supply means of claim 2,
A gas diffusion supply groove formed on a side wall of the process chamber adjacent to the side wall of the gas supply means and adjacent to the gas supply means and uniformly diffusing the gas to the gas straight supply groove with respect to an entire side of the gas chamber;
And a gas supply port formed at one end of the gas diffusion supply groove to supply gas to the gas diffusion supply groove from the outside.
상기 가스 확산 공급홈은 상기 가스 공급구부터 상기 벽체의 선단부로 갈수록 단면적이 커지는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
The method of claim 3,
The gas diffusion supply groove is a thin film deposition apparatus, characterized in that the cross-sectional area is larger from the gas supply port toward the front end of the wall.
상기 카세트는 상기 기판을 수직으로 기립된 상태로 적재하고, 상기 가스 확산 공급홈은 상기 공정챔버의 좌측벽 또는 우측벽에 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
The method of claim 4, wherein
And the cassette loads the substrate in a vertically standing state, and the gas diffusion supply groove is formed on the left side wall or the right side wall of the process chamber.
상기 카세트는 상기 기판을 수평상태로 적재하고, 상기 가스 확산 공급홈은 상기 공정챔버의 상측벽 또는 하측벽에 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
The method of claim 4, wherein
And the cassette loads the substrate in a horizontal state, and the gas diffusion supply groove is formed on an upper wall or a lower wall of the process chamber.
상기 가스 확산 공급홈은 상기 벽체의 내벽 또는 외벽에 홈을 형성하고, 상기 홈의 상부를 덮개로 밀폐하여 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
The method of claim 4, wherein
And the gas diffusion supply groove is formed by forming a groove in the inner wall or the outer wall of the wall, and sealing the upper portion of the groove with a cover.
상기 가스 확산 공급홈은 상기 벽체의 내부를 홀가공하여 형성된 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
The method of claim 4, wherein
And the gas diffusion supply groove is formed by hole-processing the inside of the wall.
0.5 ~ 10 mm 인 것을 특징으로 하는 박막 증착장치.
The method of claim 1, wherein the laminar flow interval,
Thin film deposition apparatus, characterized in that 0.5 ~ 10 mm.
상기 공정챔버의 내부에는 상기 카세트가 인라인형태로 나란하게 복수개가 밀착되어 수납되는 것을 특징으로 하는 박막 증착장치. 10. The method of claim 9,
Thin film deposition apparatus, characterized in that the plurality of cassettes are arranged in close contact with each other in an inline form inside the process chamber.
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