KR20130142869A - 원자층 증착 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

원자층 증착 장치는 기판 이송 장치, 적어도 하나의 분사 유닛을 구비하는 샤워 헤드 및 샤워 헤드 왕복 이동 장치를 구비한다. 기판이 이송되는 동안에 샤워 헤드는 왕복 이동하면서 원료 전구체와 반응 전구체를 기판 상으로 분사한다. 기판의 이송 속도 및 샤워 헤드의 왕복 이동 속도를 조절함으로써 기판 상에 증착되는 원자층의 수를 조절할 수 있다. 본 발명에서 제공하는 원자층 증착 장비 크기가 작으면서도 쓰루풋이 높은 원자층 증착 장치 및 방법을 제공한다. 또한, 기체를 투과시키는 재질로 구성된 기판에 원자층을 증착할 수 있는 원자층 증착 장치 및 방법을 제공한다.

Description

원자층 증착 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR ATOMIC LAYER DEPOSITION}
본 출원은 2012년 6월 20일 출원된 한국 특허 출원 번호 10-2012-0065954 및 2012년 8월 6일 출원된 한국 특허 출원 번호 10-2012-0085499의 이익을 부여 받으며, 여기에서 참조로 통합된다.
본 발명은 박막 증착 장비에 관한 것으로, 더 구체적으로는 기판 상에 원자층을 증착시키는 원자층 증착 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
원자층 증착은 반도체 웨이퍼 상에 박막을 증착하는 방법으로 널리 이용되고 있으며, CIGS 태양전지 기판, Si 태양전지 기판 및 OLED 디스플레이 기판 등에 박막을 증착하는 방법으로 확대 적용되고 있다. 통상의 원자층 증착 과정은 그 한 사이클이 다음과 같이 4개의 단계로 구성된다.
제1 단계에서는 원료 전구체(source precursor), 예를 들면 TMA(trimethyl-aluminum)를 기판 상으로 분사한다. 원료 전구체는 기판의 표면과 반응하여 기판 표면을 제1 반응층으로 코팅한다.
제2 단계인 퍼지 가스 분사 단계에서는 질소 등의 불활성 가스를 기판으로 분사하여 기판 표면에 물리적으로 흡착되어 있는 원료 전구체를 제거한다.
제3 단계에서는 반응 전구체(reactant precursor), 예를 들면 H2O를 기판 상으로 분사한다. 반응 전구체는 제1 반응층과 반응하여 기판 표면을 제2 반응층으로 코팅한다.
제4 단계인 퍼지 가스 분사 단계에서는 불활성 가스를 기판으로 분사하여 기판 표면에 물리적으로 흡착되어 있는 반응 전구체를 제거한다. 이러한 사이클을 거침으로써 제1 반응층과 제2 반응층으로 구성되는 단층의 박막, 예를 들면 Al2O3 박막을 기판 상에 증착하게 된다. 원하는 두께의 박막을 얻기 위해서는 상기 사이클을 반복한다.
원자층 증착 방법에 의한 박막 증착 속도는 상기 4단계로 구성되는 사이클의 소요 시간에 의하여 결정되는데, 원료 전구체, 퍼지 가스, 반응 전구체 및 퍼지 가스 공급이 순차적으로 진행되어야 하므로 박막 증착 속도가 느린 단점이 있다.
도 1을 참조하여 또 다른 원자층 증착 방법인 공간분할방식이 설명된다. 도 1은 공간분할방식에 의한 원자층 증착 장치의 측면도이다. 공간분할방식에서는 도 1에 도시된 바와 같이 퍼지 가스 분사구(21), 배기구(22), 원료 전구체 분사구(23), 배기구(24), 퍼지 가스 분사구(25), 배기구(26), 반응 전구체 분사구(27)로 구성된 샤워 헤드(20)를 구비하고, 샤워 헤드(20) 밑으로 기판(50)을 통과시킴으로써 기판(50) 상에 원료 전구체 및 반응 전구체를 순차적으로 코팅한다. 가스 분사구(21, 23, 25 및 27) 및 배기구(22, 24 및 26)는 도 1에 도시된 바와 같이 기판(50)의 이송 방향인 제1 방향을 따라서 순차적으로 배치된다.
기판(50)이 가요성을 띤 경우에는 도 2 및 3에 도시된 바와 같이 기판(50)을 롤 형태로 감아서 사용할 수 있다. 도 2 및 3은 각각 가요성 기판에 원자층을 증착하기 위한 장치의 측면도 및 평면도이다. 샤워 헤드(20)를 사이에 두고 원자층을 증착할 기판(50)이 감겨 있는 롤(50a)과 원자층이 증착된 기판이 감기게 될 롤(50b)을 설치한 뒤, 기판(50)을 기판의 폭(50w)과 수직인 제1 방향을 따라서 샤워 헤드(20) 밑으로 관통시킴으로써 기판(50) 상에 원료 전구체 및 반응 전구체를 순차적으로 코팅할 수 있다. 이러한 롤투롤(roll to roll) 방식에서도 가스 분사구(21, 23, 25 및 27) 및 배기구(22, 24 및 26)는 기판(50)의 이동 방향인 제1 방향을 따라서 순차적으로 배치되며, 또한 가스 분사구와 배기구는 도 3에 도시된 것처럼 기판의 폭(50w)에 평행인 방향을 따라서 확장되어 배치된다. 따라서 롤투롤 방식에서는 증착하기 원하는 원자층의 수만큼 샤워 헤드(20)가 제1 방향을 따라서 구비되어야 하므로 장비 크기가 증가하는 단점이 있다. 예를 들면, 100개의 원자층을 증착하기 위해서는 100 세트의 샤워 헤드(20)가 구비되어야 한다.
또한, 증착하기 원하는 원자층의 수만큼 샤워 헤드(20)가 구비되지 못한 경우에는 기판의 감기 및 되감기를 반복해야 하며, 이로 인하여 파티클 및 스크래치 등의 발생 가능성이 커진다.
또한, 쓰루풋을 높이기 위해서는 기판(50)의 이송 속도, 즉 롤(50b)이 기판(50)을 감는 속도를 가능한 한 빠르게 해야 한다는 문제점이 있다.
또한, 기존의 공간분할방식에서는 원료 전구체 및 반응 전구체가 기판 상으로 동시에 분사되도록 구성되므로 기판의 고속 이동 중에 이들이 만나서 기상 반응(gas phase reaction)을 하게 되면 파티클이 발생할 수 있다.
또한, 기판(50)이 기체를 투과시키는 재질로 구성된 경우에는 샤워 헤드(20)로부터 분사된 원료 전구체, 배기 전구체 및 퍼지 가스가 기판(50)을 통과하여 샤워 헤드(50)의 반대편으로 투과되므로 샤워 헤드(20)의 배기구들(22, 24, 28 및 28)을 통하여 이들을 다시 회수하는 것이 어려워진다. 즉, 원료 전구체와 반응 전구체가 섞이지 않도록 퍼지 가스에 의하여 공간적으로 분리시킨 상태를 유지하면서 샤워 헤드(20)의 배기구(22, 24, 26, 28)를 통하여 배기시키는 것이 어려워진다.
이상과 같이 원자층 증착에서는 장비 크기가 작으면서도 원하는 수만큼의 원자층을 기판 상에 증착할 수 있는 장치 및 방법을 필요로 한다. 또한, 기판의 감기 및 되감기를 반복하지 않고 1회의 감기만으로도 원하는 수만큼의 원자층을 기판 상에 증착할 수 있는 장치 및 방법을 필요로 한다. 또한, 원자층 증착에서는 기판의 이송 속도를 높이지 않고서도 빠른 속도로 원자층을 증착할 수 있는 장치 및 방법을 필요로 한다. 또한, 원자층 증착에서는 원료 전구체와 반응 전구체기 서로 만나서 기상(gas phase) 반응이 일어나지 않도록 고안된 원자층 증착 장치 및 방법을 필요로 한다. 또한, 기판이 기체를 투과시키는 재질로 구성되는 경우에는 샤워 헤드로부터 분사되는 원료 전구체, 반응 전구체 및 퍼지 가스가 잘 배기 되도록 고안된 원자층 증착 장치 및 방법을 필요로 한다.
본 발명이 해결하려는 과제는 이러한 관점에서, 장비 크기가 작으면서도 빠른 속도로 원자층을 증착할 수 있는 원자층 증착 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 과제는 이러한 관점에서, 기판의 이송 속도가 느리면서도 빠른 속도로 원자층을 증착할 수 있는 원자층 증착 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 과제는 이러한 관점에서, 기판의 감기 및 되감기를 반복하지 않고 1회의 감기만으로도 원하는 수만큼 원자층을 증착할 수 있는 원자층 증착 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 과제는 이러한 관점에서, 원료 전구체와 반응 전구체가 섞이는 문제를 방지할 수 있도록 고안된 원자층 증착 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 과제는 이러한 관점에서, 기체를 투과시키는 재질로 구성되는 기판에 원자층을 증착함에 있어서, 원료 전구체, 반응 전구체 및 퍼지 가스를 잘 배기시킬 수 있는 원자층 증착 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 샤워 헤드가 왕복 이동하면서 원료 전구체와 반응 전구체를 기판에 분사하되, 상기 샤워 헤드로부터 원료 전구체가 분사되는 동안에는 상기 샤워 헤드로부터 반응 전구체가 분사되지 않으며, 상기 샤워 헤드로부터 반응 전구체가 분사되는 동안에는 상기 샤워 헤드로부터 원료 전구체가 분사되지 않는다. 예를 들면, 상기 샤워 헤드는 제1 위치로부터 제2 위치로 이동하면서 기판에 원료 전구체를 분사하며, 상기 제2 위치로부터 상기 제1 위치로 이동하면서 반응 전구체를 상기 기판에 분사한다. 따라서, 원료 전구체와 반응 전구체가 섞이는 문제를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 샤워 헤드의 이동 거리, 예를 들면 상기 제1 및 제2 위치 사이의 거리가 상기 샤워 헤드의 적어도 하나의 분사 유닛들의 배치 간격(pitch) 정도로 짧은 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 원료 전구체 또는 상기 반응 전구체를 상기 기판에 분사할 때는 상기 샤워 헤드를 통하여 퍼지 가스를 동시에 분사하며, 분사된 상기 퍼지 가스 및 상기 원료 전구체 또는 상기 반응 전구체를 분사 후 곧 바로 상기 샤워 헤드를 통하여 배기시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 원료 전구체 또는 상기 반응 전구체를 상기 기판에 분사할 때는 상기 샤워 헤드를 통하여 퍼지 가스를 동시에 분사하며, 분사된 상기 퍼지 가스 및 상기 원료 전구체 또는 상기 반응 전구체를 분사 후 곧 바로 상기 기판을 사이에 두고 상기 샤워 헤드의 맞은 편에 배치되는 배기판을 통하여 배기시키도록 구성될 수 있다. 따라서, 본 발명은 기체를 투과하는 재질로 구성되는 기판에 원자층을 증착하는 수단을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 원자층 증착 장치는 제1 방향을 따라서 기판을 이송하도록 구성되는 기판 이송 장치; 제1 물질을 분사하도록 구성되며 제2 방향을 따라서 확장되는 제1 물질 분사구, 상기 제1 물질과 반응하여 반응층을 형성하도록 구성되는 제2 물질을 분사하도록 구성되며 상기 제2 방향을 따라서 확장되는 제2 물질 분사구, 퍼지 가스를 분사하도록 구성되며 상기 제2 방향을 따라서 확장되는 퍼지 가스 분사구, 및 상기 제2 방향을 따라서 확장되는 배기구가 구비되는 분사 유닛을 적어도 하나 구비하는 샤워 헤드; 및 상기 샤워 헤드를 상기 제1 방향을 따라서 제1 위치 및 제2 위치 사이를 왕복 이동하도록 구성되는 샤워 헤드 이송 장치를 구비한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 수직일 수 있으며, 상기 제2 방향은 상기 기판의 폭 방향일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치 사이의 간격은 상기 적어도 하나의 분사 유닛의 배치 간격일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치 사이의 간격은 상기 적어도 하나의 분사 유닛의 상기 제1 물질 분사구와 상기 제2 물질 분사구 사이의 간격보다 클 수도 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 기판이 상기 제1 방향을 따라 이동하는 속도를 조절함으로써 상기 기판 상에 증착되는 원자층의 숫자를 조절할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 샤워 헤드가 상기 제1 방향을 따라 왕복 이동하는 속도를 조절함으로써 상기 기판 상에 증착되는 원자층의 숫자를 조절할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 원자층 증착 장치는 제2 샤워 헤드를 더 구비하며, 상기 제2 샤워 헤드는 상기 샤워 헤드의 앞쪽에 배치되며, 상기 제2 샤워 헤드는 상기 제1 물질을 분사하기 위한 제1 물질 분사구를 구비하며, 상기 제2 샤워 헤드의 상기 제1 물질 분사구는 상기 제2 방향을 따라서 확장된다.
일 실시 예에 있어서, 상기 원자층 증착 장치는 제2 샤워 헤드를 더 구비하며, 상기 제2 샤워 헤드는 상기 샤워 헤드의 뒤쪽에 배치되며, 상기 제2 샤워 헤드는 상기 제1 물질을 분사하기 위한 제1 물질 분사구를 구비하며, 상기 제2 샤워 헤드의 상기 제1 물질 분사구는 상기 제2 방향을 따라서 확장된다.
일 실시 예에 있어서, 상기 원자층 증착 장치는 기판을 지지하도록 구성되는 롤러를 구비하며, 상기 샤워 헤드가 상기 롤러에 인접하여 배치되며, 상기 샤워 헤드의 분사구면이 상기 롤러의 원주 방향을 따라서 곡면 형태로 구성된다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제2 방향이 상기 롤러의 회전 축과 평행이며 상기 샤워 헤드가 상기 원주 방향을 따라서 피벗 왕복 회전 운동한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 방향을 따라서 상기 샤워 헤드가 왕복 이동하는 중에 상기 제1 물질, 상기 제2 물질 및 상기 퍼지 가스가 동시에 분사되고 배기 된다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 방향을 따라서 상기 샤워 헤드가 왕복 이동하는 중에 상기 제1 물질이 분사되는 동안에는 상기 제2 물질이 분사되지 않으며, 상기 제2 물질이 분사되는 동안에는 상기 제1 물질이 분사되는 않는다.
일 실시 예에 있어서, 상기 샤워 헤드가 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치로 이동하는 동안에는 상기 제1 물질 및 상기 제2 물질이 분사되지 않고 퍼지 가스만 분사되고 배기 되며, 상기 샤워 헤드가 상기 제2 위치로부터 상기 제1 위치로 이동하는 동안에는 상기 제1 물질, 상기 제2 물질 및 퍼지 가스가 분사되며 배기 된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 원자층 증착 장치는 제1 방향을 따라서 기판을 이송하도록 구성되는 기판 이송 장치; 제1 물질을 분사하도록 구성되며 상기 제1 방향을 따라서 확장되는 제1 물질 분사구, 상기 제1 물질과 반응하여 반응층을 형성하도록 구성되는 제2 물질을 분사하도록 구성되며 상기 제1 방향을 따라서 확장되는 제2 물질 분사구, 퍼지 가스를 분사하도록 구성되며 상기 제1 방향을 따라서 확장되는 퍼지 가스 분사구, 및 상기 제1 방향을 따라서 확장되는 배기구가 구비되는 분사 유닛을 적어도 하나 구비하는 샤워 헤드; 및 상기 샤워 헤드를 제2 방향을 따라서 제1 위치 및 제2 위치 사이를 왕복 이동하도록 구성되는 샤워 헤드 이송 장치를 구비한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 수직이다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제2 방향은 상기 기판의 폭 방향이다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치 사이의 간격은 상기 적어도 하나의 분사 유닛의 배치 간격이다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치 사이의 간격은 상기 적어도 하나의 분사 유닛의 상기 제1 물질 분사구와 상기 제2 물질 분사구 사이의 간격보다 크다.
일 실시 예에 있어서, 상기 원자층 증착 장치는 상기 기판이 상기 제1 방향을 따라 이송하는 속도를 조절함으로써 상기 기판 상에 증착되는 원자층의 숫자를 조절할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 원자층 증착 장치는 상기 샤워 헤드가 상기 제2 방향을 따라 왕복 이동하는 속도를 조절함으로써 상기 기판 상에 증착되는 원자층의 숫자를 조절할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 원자층 증착 장치는 제2 샤워 헤드를 더 구비하며, 상기 제2 샤워 헤드는 상기 샤워 헤드의 앞쪽에 배치되며, 상기 제2 샤워 헤드는 상기 제1 물질을 분사하기 위한 제1 물질 분사구를 구비하며, 상기 제2 샤워 헤드의 상기 제1 물질 분사구는 상기 제2 방향을 따라서 확장된다.
일 실시 예에 있어서, 상기 원자층 증착 장치는 제2 샤워 헤드를 더 구비하며, 상기 제2 샤워 헤드는 상기 샤워 헤드의 뒤쪽에 배치되며, 상기 제2 샤워 헤드는 상기 제1 물질을 분사하기 위한 제1 물질 분사구를 구비하며, 상기 제2 샤워 헤드의 상기 제1 물질 분사구는 상기 제2 방향을 따라서 확장된다.
일 실시 예에 있어서, 상기 원자층 증착 장치는 상기 기판을 지지하도록 구성되는 롤러를 구비하며, 상기 샤워 헤드가 상기 롤러에 인접하여 배치되며, 상기 샤워 헤드의 분사구면이 상기 롤러의 원주 방향을 따라서 곡면 형태로 구성된다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제2 방향이 상기 롤러의 원주 방향이며 상기 샤워 헤드가 상기 회전 축과 평행인 방향으로 직선 왕복 운동한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제2 방향을 따라서 상기 샤워 헤드가 왕복 이동하는 중에 상기 제1 물질, 상기 제2 물질 및 상기 퍼지 가스가 동시에 분사되고 배기 된다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제2 방향을 따라서 상기 샤워 헤드가 왕복 이동하는 중에 상기 제1 물질이 분사되는 동안에는 상기 제2 물질이 분사되지 않으며, 상기 제2 물질이 분사되는 동안에는 상기 제1 물질이 분사되는 않는다.
일 실시 예에 있어서, 상기 샤워 헤드가 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치로 이동하는 동안에는 상기 제1 물질 및 상기 제2 물질이 분사되지 않고 퍼지 가스만 분사되고 배기 되며, 상기 샤워 헤드가 상기 제2 위치로부터 상기 제1 위치로 이동하는 동안에는 상기 제1 물질, 상기 제2 물질 및 퍼지 가스가 분사되며 배기 된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 원자층 증착 장치는 제1 방향을 따라서 기판을 이송하도록 구성되는 기판 이송 장치; 및 상기 기판 상으로 제1 물질을 분사하도록 구성되며 제2 방향을 따라서 확장되는 제1 물질 분사구, 상기 제1 물질과 반응하여 반응층을 형성하도록 구성되는 제2 물질을 상기 기판 상으로 분사하도록 구성되며 상기 제2 방향을 따라서 확장되는 제2 물질 분사구, 상기 기판 상으로 퍼지 가스를 분사하도록 구성되며 상기 제2 방향을 따라서 확장되는 퍼지 가스 분사구, 및 상기 제1 및 제2 물질 및 상기 퍼지 가스를 배기하도록 구성되며 상기 제2 방향을 따라서 확장되는 배기구를 구비하는 분사 유닛을 구비하는 샤워 헤드;를 구비하며, 상기 기판이 상기 제2 물질 분사구와 상기 배기구 사이를 통과하는 동안에 상기 제1 물질, 상기 퍼지 가스, 상기 제2 물질 및 상기 퍼지 가스에 순차적이며 반복적으로 노출되도록 구성된다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 수직이다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 방향은 상기 기판의 폭 방향이다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기판이 상기 제1 방향을 따라 이동하는 속도를 조절함으로써 상기 기판 상에 증착되는 원자층의 숫자를 조절할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 물질, 상기 퍼지 가스, 상기 제2 물질 및 상기 퍼지 가스가 분사되는 시간 및 주기를 조절함으로써 상기 기판 상에 증착되는 원자층의 숫자를 조절할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 원자층 증착 장치의 상기 샤워 헤드는 상기 기판 상으로 상기 제1 물질을 분사하도록 구성되며 제2 방향을 따라서 확장되는 제1 물질 분사구, 상기 제2 물질을 상기 기판 상으로 분사하도록 구성되며 상기 제2 방향을 따라서 확장되는 제2 물질 분사구, 상기 기판 상으로 퍼지 가스를 분사하도록 구성되며 상기 제2 방향을 따라서 확장되는 퍼지 가스 분사구, 및 상기 제1 및 제2 물질 및 상기 퍼지 가스를 배기하도록 구성되며 상기 제2 방향을 따라서 확장되는 배기구를 구비하는 제2 분사 유닛을 더 구비한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 분사 유닛의 상기 배기구가 상기 제1 분사 유닛의 상기 배기구에 인접하여 배치되며, 상기 제2 분사 유닛의 상기 제1 및 제2 물질 분사구 및 상기 퍼지 가스 분사구는 상기 제2 분사 유닛의 상기 배기구를 사이에 두고 상기 제1 분사 유닛의 반대편에 배치된다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 분사 유닛의 배기구와 상기 제1 분사 유닛의 배기구가 동일하다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기판이 상기 제2 분사 유닛의 상기 배기구와 상기 제2 물질 분사구 사이를 통과하는 동안에 상기 제1 물질, 상기 퍼지 가스, 상기 제2 물질 및 상기 퍼지 가스에 순차적이며 반복적으로 노출되도록 구성된다.
일 실시 예에 따르면, 상기 원자층 증착 장치는 롤러 형태의 기판 지지대를 구비하며, 상기 샤워 헤드는 상기 롤러 형태의 기판 지지대에 인접하여 배치되며, 상기 샤워 헤드의 가스 분사구면은 상기 롤러의 원주를 따라서 곡면 형상을 가지도록 구성된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 원자층 증착 장치는 기판 상으로 제1 물질을 분사하도록 구성되는 제1 물질 분사구, 상기 제1 물질과 반응하여 반응층을 형성하도록 구성되는 제2 물질을 상기 기판 상으로 분사하도록 구성되는 제2 물질 분사구, 상기 기판 상으로 퍼지 가스를 분사하도록 구성되는 퍼지 가스 분사구, 및 상기 제1 및 제2 물질 및 상기 퍼지 가스를 배기하도록 구성되는 배기구를 구비하는 제1 분사 유닛 및 상기 제1 분사 유닛과 유사한 구성을 가지는 제2 분사 유닛을 구비하는 샤워 헤드를 구비하며, 상기 제2 분사 유닛의 배기구는 상기 제1 분사 유닛의 상기 배기구에 인접하여 배치되며, 상기 제2 분사 유닛의 제1 및 제2 물질 분사구 및 퍼지 가스 분사구는 상기 제2 분사 유닛의 상기 배기구를 사이에 두고 상기 제1 분사 유닛의 반대편에 배치된다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제2 분사 유닛의 상기 배기구와 상기 제1 분사 유닛의 상기 배기구는 동일하다.
일 실시 예에 있어서, 상기 원자층 증착 장치는 상기 샤워 헤드를 통하여 상기 제1 물질, 상기 퍼지 가스, 상기 제2 물질 및 상기 퍼지 가스가 순차적으로 분사하도록 구성된다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 원자층 증착 장치는 제1 방향을 따라서 기판을 이송하도록 구성되는 기판 이송 장치; 제1 물질을 상기 기판으로 분사하도록 구성되는 제1 물질 분사구, 상기 제1 물질과 반응하여 반응층을 형성하도록 구성되는 제2 물질을 상기 기판으로 분사하도록 구성되는 제2 물질 분사구, 퍼지 가스를 상기 기판으로 분사하도록 구성되는 퍼지 가스 분사구가 구비되는 분사 유닛을 적어도 하나 구비하는 샤워 헤드; 및 상기 샤워 헤드를 제2 방향을 따라서 제1 위치 및 제2 위치 사이를 왕복 이동하도록 구성되는 샤워 헤드 이동 장치를 구비하며, 상기 샤워 헤드는 왕복 이동하는 과정에서 상기 제1 물질이 분사되는 동안에는 상기 제2 물질을 분사하지 않으며, 상기 제2 물질이 분사되는 동안에는 상기 제1 물질을 분사하지 않도록 구성된다.
상기 실시 예에 있어서, 상기 샤워 헤드의 상기 분사 유닛에는 적어도 하나의 배기구가 구비되며, 상기 제1 및 제2 물질과 상기 퍼지 가스는 상기 적어도 하나의 배기구를 통하여 배기 되도록 구성될 수 있다.
상기 실시 예에 있어서, 상기 원자층 증착 장치는 상기 기판을 사이에 두고 상기 샤워 헤드의 맞은 편에 배치되며 상기 샤워 헤드로부터 분사되는 상기 제1 및 제2 물질과 상기 퍼지 가스를 배기하도록 구성되는 배기판을 구비할 수 있다.
상기 실시 예에 있어서, 상기 기판은 기체를 투과시키는 재질로 구성될 수 있다.
상기 실시 예에 있어서, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 수직이다.
상기 실시 예에 있어서, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 동일한 방향이다.
상기 실시 예에 있어서, 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치 사이의 간격은 상기 적어도 하나의 분사 유닛의 배치 간격이다.
상기 실시 예에 있어서, 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치 사이의 간격은 상기 적어도 하나의 분사 유닛의 상기 제1 물질 분사구와 상기 제2 물질 분사구 사이의 간격보다 크다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 원자층을 증착하는 방법은 제1 물질을 기판 상으로 분사하는 제1 물질 분사구, 상기 제1 물질과 반응하여 반응층을 형성하는 제2 물질을 상기 기판 상으로 분사하는 제2 물질 분사구, 및 퍼지 가스를 상기 기판 상으로 분사하는 퍼지 가스 분사구가 구비되는 분사 유닛을 적어도 하나 구비하는 샤워 헤드를 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동시키는 제1 이동 단계; 상기 제1 이동 단계가 진행되는 동안에 상기 샤워 헤드로부터 상기 제1 물질을 상기 기판 상으로 분사하는 제1 물질 분사 단계; 상기 샤워 헤드를 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에서 이동시키는 제2 이동 단계; 및 상기 제2 이동 단계가 진행되는 동안에 상기 샤워 헤드로부터 상기 제2 물질을 상기 기판 상으로 분사하는 제2 물질 분사 단계;를 포함한다.
상기 실시 예에 있어서, 상기 제1 이동 단계 및 상기 제2 이동 단계에서 상기 샤워 헤드는 상기 기판 상으로 상기 퍼지 가스를 분사할 수 있다.
상기 실시 예에 있어서, 상기 제1 이동 단계 및 상기 제2 이동 단계에서 상기 샤워 헤드로부터 분사되는 상기 제1 및 제2 물질과 상기 퍼지 가스를 상기 샤워 헤드에 구비되는 배기구를 통하여 배기시킬 수 있다.
상기 실시 예에 있어서, 상기 제1 이동 단계 및 상기 제2 이동 단계에서 상기 샤워 헤드로부터 분사되는 상기 제1 및 제2 물질과 상기 퍼지 가스를 상기 기판을 사이에 두고 상기 샤워 헤드의 맞은 편에 배치되는 배기구를 통하여 배기시킬 수 있다.
상기 실시 예에 있어서, 상기 기판은 기체를 투과시키는 재질로 구성될 수 있다.
상기 실시 예에 있어서, 상기 제1 이동 단계에서는 상기 샤워 헤드가 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치로 이동하며, 상기 제2 이동 단계에서는 상기 샤워 헤드가 상기 제2 위치로부터 상기 제1 위치로 이동한다.
상기 실시 예에 있어서, 상기 제1 및 제2 이동 단계 모두에서 상기 샤워 헤드가 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치로 이동한다.
상기 실시 예에 있어서, 상기 샤워 헤드가 상기 제2 위치로부터 상기 제1 위치로 이동하는 제3 이동 단계를 더 포함하며, 상기 제3 이동 단계에서는 상기 샤워 헤드로부터 상기 제1 및 제2 물질이 분사되지 않는다.
상기 실시 예에 있어서, 상기 제3 이동 단계에서 상기 샤워 헤드가 상기 기판으로 상기 퍼지 가스를 분사할 수 있다.
상기 실시 예에 있어서, 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치 사이의 간격은 상기 적어도 하나의 분사 유닛의 배치 간격이다.
상기 실시 예에 있어서, 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치 사이의 간격은 상기 적어도 하나의 분사 유닛의 상기 제1 물질 분사구와 상기 제2 물질 분사구 사이의 간격보다 크다.
상기 실시 예에 있어서, 상기 기판이 상기 제1 방향을 따라 이송하는 속도를 조절함으로써 상기 기판 상에 증착되는 원자층의 숫자를 조절할 수 있다.
상기 실시 예에 있어서, 상기 샤워 헤드가 상기 제2 방향을 따라 왕복 이동하는 속도를 조절함으로써 상기 기판 상에 증착되는 원자층의 숫자를 조절할 수 있다.
상기 실시 예에 있어서, 상기 기판은 원형 롤러에 의하여 지지되며, 상기 샤워 헤드는 상기 롤러에 인접하여 배치되며, 상기 샤워 헤드는 상기 롤러의 원주 방향을 따라서 피벗 왕복 이동하면서 상기 제1 및 제2 물질을 상기 기판 상으로 분사한다.
상기 실시 예에 있어서, 상기 기판은 원형 롤러에 의하여 지지되며, 상기 샤워 헤드는 상기 롤러에 인접하여 배치되며, 상기 샤워 헤드는 상기 롤러의 회전 축에 평행한 방향을 따라서 왕복 이동하면서 상기 제1 및 제2 물질을 상기 기판 상으로 분사한다.
본 발명에 따르면, 장비 크기가 작으면서도 빠른 속도로 원자층을 증착할 수 있는 원자층 증착 장치 및 방법을 확보할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기판이 이송 속도가 느리면서도 빠른 속도로 원자층을 증착할 수 있는 원자층 증착 장치 및 방법을 확보할 수 있다.
본 발명에 따르면, 원료 전구체와 반응 전구체가 만나는 것을
근본적으로 차단하며 원자층을 증착할 수 있는 원자층 증착 장치 및 방법을 확보할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기판의 감기 및 되감기를 반복하지 않고 1회의 감기 동작만으로도 기판 상에 원하는 수만큼의 원자층을 증착할 수 있는 장치 및 방법을 확보할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기체를 투과시키는 재질로 구성되는 기판에 원자층을 증착함에 있어서, 원료 전구체, 반응 전구체 및 퍼지 가스를 잘 배기시킬 수 있는 원자층 증착 장치 및 방법을 확보할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 원자층 증착 장치의 측면도.
도 2는 종래 기술에 따른 원자층 증착 장치의 측면도
도 3은 종래 기술에 따른 원자층 증착 장치의 평면도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착 장치의 평면도.
도 5 내지 7은 본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착의 순서도.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착 장치의 평면도.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착 장치의 측면도.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착 장치의 평면도.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착 장치의 측면도.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착 장치의 평면도.
도 13은 본 발명의 실시 에에 따른 원자층 증착 장치의 배기판의 평면도.
도 14 및 15는 본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착 장치의 단면도.
도 16은 본 발명의 실시 에에 따른 원자층 증착 장치의 평면도.
도 17 및 18은 본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착 장치의 단면도.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들에 대하여 상세히 살펴본다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착 장치(100)의 평면도이다. 원자층 증착 장치(100)는 기판(50)을 제1 방향을 따라서 이송하기 위한 기판(50) 이송 장치(도 4에 도시되지 않음)를 구비한다. 기판 이송 장치는 기판(50)의 이송 속도를 조절할 수 있도록 구성된다. 기판(50)은 가요성을 띤 가요성 기판일 수 있다.
원자층 증착 장치(100)는 샤워 헤드(220)를 더 구비한다. 샤워 헤드(220)는 적어도 하나의 분사 유닛(120)을 구비한다. 분사 유닛(120)은 원료 전구체 분사구(123) 및 반응 전구체 분사구(127)를 구비한다. 분사 유닛(120)은 원료 전구체 분사구(123)로부터 분사되는 원료 전구체를 배기하기 위한 적어도 하나의 배기구(122 및 124)를 더 구비한다. 제1 배기구(122) 및 제2 배기구(124)는 원료 전구체 분사구(123)를 샌드위치 하도록 배치될 수 있다.
분사 유닛(120)은 반응 전구체 분사구(127)로부터 분사되는 반응 전구체를 배기하기 위한 적어도 하나의 배기구(126 및 128)를 더 구비한다. 제3 배기구(126) 및 제4 배기구(128)는 반응 전구체 분사구(127)를 샌드위치 하도록 배치될 수 있다.
분사 유닛(120)은 적어도 하나의 퍼지 가스 분사구(121 및 125)를 더 구비한다. 원료 전구체 분사구(123)는 제1 퍼지 가스 분사구(121) 및 제2 퍼지 가스 분사구(125) 사이에 배치될 수 있으며, 반응 전구체 분사구(127)는 제2 퍼지 가스 분사구(125) 및 이웃하는 분사 유닛(120)의 제1 퍼지 가스 분사구(121) 사이에 배치될 수 있다. 퍼지 가스 분사구(121 및 125)에서 분사되는 퍼지 가스는 기판 상에 물리적으로 흡착되어 잔류하는 원료 전구체 및 반응 전구체를 퍼지 시키는 용도로 사용된다.
분사 유닛(120)의 가스 분사구들(121, 123, 125 및 127) 및 배기구들(122, 124, 126 및 128)은 기판의 폭(50w)과 평행하도록 확장될 수 있다. 기판의 폭(50w)은 기판의 이송 방향인 제1` 방향에 대하여 수직일 수 있다.
분사 유닛(120)의 원료 전구체 분사구(123)에서 분사되는 원료 전구체와 반응 전구체 분사구(127)에서 분사되는 반응 전구체는 이들 사이에 배치되는 퍼지 가스 분사구(121 및 125)에서 분사되는 퍼지 가스 및 배기구(122, 124, 126 및 128)에 의한 배기 작용에 의하여 서로 섞이지 않도록 차단될 수 있다.
원자층 증착 장치(100)는 샤워 헤드(220)의 하부에 배치되는 기판 지지대(55)를 더 구비할 수 있다. 기판 지지대(55)는 기판(50)을 가열하기 위한 가열 장치를 구비할 수 있다.
원자층 증착 장치(100)는 샤워 헤드 이동 장치(도 4에 도시되지 않음)를 더 구비할 수 있다. 샤워 헤드 이동 장치는 샤워 헤드(220)를 제2 방향을 따라서 제1 위치(70)와 제2 위치(72) 사이를 왕복 이동시키도록 구성된다. 샤워 헤드 이동 장치는 본 특허에 참조로서 통합된 한국 특허 출원 번호 10-2012-0065954에 기술된 샤워 헤드 왕복 이동 장치(121)가 사용될 수 있다. 샤워 헤드의 이동 방향인 제2 방향은 기판(50)의 이동 방향인 제1 방향과 동일한 방향일 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 제1 방향과 제2 방향 사이의 각도가 10도 이내일 수 있다.
제1 위치(70)와 제2 위치(72) 사이의 간격은 분사 유닛(120)의 원료 전구체 분사구(123)와 반응 전구체 분사구(127) 간의 간격(X1)과 같거나 그보다 크도록 설정될 수 있다. 또한, 제1 위치(70)와 제2 위치(72) 사이의 간격은 분사 유닛(120)의 배치 간격(X) 또는 이웃하는 분사 유닛(120)의 원료 전구체 분사구(123) 간의 간격(X)과 같거나 작을 수도 있다. 또한, 제1 위치(70)와 제2 위치(72) 사이의 간격은 분사 유닛(120)의 배치 간격(X)보다 클 수도 있다. 상기 배치 간격(X)은 예를 들면 30~100mm 사이일 수 있다. 상기 배치 간격(X)은 예를 들면 30mm 이하일 수도 있다.
샤워 헤드(220)의 가스 분사구들(121, 123, 125 및 127)과 배기구들(122, 124, 126 및 128)은 가스 분사 제어 장치(도 4에 도시되지 않음)를 통하여 각각의 가스 공급원(도 4에 도시되지 않음) 및 배기 펌프(도 4에 도시되지 않음)에 연결된다. 가스 분사 제어 장치는 샤워 헤드(220)가 제1 위치(70)와 제2 위치(72) 사이를 왕복 이동하는 과정에서 기판(50) 상에 원료 전구체, 반응 전구체 및 퍼지 가스를 분사하며 분사된 가스들을 배기구들(122, 124, 126 및 128)을 통하여 배기시키는 동작을 제어하도록 구성된다.
샤워 헤드(220)는 제2 방향을 따라서 왕복 이동하면서 기판(50) 상에 원자층을 증착한다. 도 4를 참조하여, 기판 상에 원자층이 증착되는 과정을 기판 상의 임의의 점(50a)을 예를 들어 설명하면 다음과 같다.
기판(50) 상의 임의의 점(50a)은 제1 방향을 따라 이동하면서 샤워 헤드(220)를 통과한다. 상기 점(50a)이 샤워 헤드(220)를 통과하는 동안, 상기 점(50a)은 샤워 헤드(220)의 제2 방향으로의 왕복 이동에 의하여 샤워 헤드(220)의 원료 전구체 분사구(123)로부터 분사되는 원료 전구체, 퍼지 가스 분사구(121, 125, 및 129)로부터 분사되는 퍼지 가스, 및 반응 전구체 분사구(127)로부터 분사되는 반응 전구체에 번갈아 가면서 노출된다. 상기 점(50a)이 정지 상태인 경우에도 샤워 헤드(220)의 왕복 이동에 의하여 상기 점(50a)은 원료 전구체, 퍼지 가스 및 반응 전구체에 번갈아 노출된다. 상기 점(50a) 상에는 원료 전구체 및 반응 전구체에 노출된 횟수만큼의 원자층이 증착될 수 있다.
예를 들어, 상기 점(50a)이 샤워 헤드(220)를 통과하는데 10초가 소요되며, 상기 10초 동안에 샤워 헤드(220)가 제2 방향을 따라서 20회의 왕복 운동을 하는 경우에는 상기 점(50a)이 원료 전구체와 반응 전구체에 각각 최대 20회 노출될 수 있으며 이에 따라 상기 점(50a) 상에는 최대 20 개의 원자층이 증착될 수 있다.
또 다른 예를 들어, 상기 점(50a)이 샤워 헤드(220)를 통과하는데 10초가 소요되며, 상기 10초 동안에 샤워 헤드(220)가 제2 방향을 따라서 40회의 왕복 운동을 하는 경우에는 상기 점(50a) 상에 최대 40개의 원자층이 증착될 수 있다.
또 다른 예를 들어, 상기 점(50a)이 샤워 헤드(220)를 통과하는데 20초가 소요되며, 상기 20초 동안에 샤워 헤드(220)가 제2 방향을 따라서 40회의 왕복 운동을 하는 경우에도 상기 점(50a) 상에 최대 40개의 원자층이 증착될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면, 기판(50) 상의 임의의 점(50a)이 샤워 헤드(220)를 통과하는 시간 또는 기판(50)의 이송 속도를 조절함으로써 상기 임의의 점(50a) 상에 증착되는 원자층의 개수를 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 기판(50) 상의 임의의 점(50a)이 샤워 헤드(220)를 통과하는 동안에 샤워 헤드가 제2 방향을 따라서 왕복 이동하는 횟수 또는 샤워 헤드의 이동 속도를 조절함으로써도 상기 임의의 점(50a) 상에 증착되는 원자층의 개수를 조절할 수 있다.
기존의 공간 분할 방식에서는 기판(50)의 이동 속도에 상관없이 샤워 헤드(220)에 구비되는 분사 유닛(120)의 개수에 의해서만 상기 점(50a) 상에 증착되는 원자층의 숫자가 결정되지만, 본 발명의 실시 예를 따르면 샤워 헤드(220)에 구비되는 분사 유닛(120)의 숫자보다 더 많은 수의 원자층을 증착할 수 있다. 이러한 것이 가능한 이유는 상기 점(50a)이 샤워 헤드(220)의 원료 전구체 분사구(123)와 반응 전구체 분사구(127)를 거치면서 이동해 가는 것에 더하여 샤워 헤드(220)의 왕복 이동에 의하여 원료 전구체 분사구(123) 및 반응 전구체 분사구(127)가 상기 점(50a) 상으로 번갈아 이동해 갈 수 있기 때문이다.
예를 들면, 기존의 공간분할 방식에서는 샤워 헤드(220)가 3개의 분사 유닛(120)을 구비하는 경우 상기 점(50a)이 샤워 헤드를 1회 관통하는 동안 상기 점(50a) 상에는 3개의 원자층이 증착되지만, 본 발명의 실시 예를 따르면 상기 점(50a)이 샤워 헤드(220)를 1회 관통하는 동안에 3개 이상, 예를 들면 10개 이상의 원자층이 증착될 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 원자층 증착 장치(100)는 샤워 헤드(220)의 뒤쪽에 배치되는 제2 샤워 헤드(120x)를 더 구비할 수 있다. 제2 샤워 헤드(120x)는 샤워 헤드(220)와 연결되어 제2 방향을 따라서 왕복 이동하도록 구성될 수도 있다.
제2 샤워 헤드(120x)는 반응 전구체 분사구(127)를 구비한다. 제2 샤워 헤드(120x)는 반응 전구체 분사구(127)로부터 분사되는 반응 전구체를 배기하기 위한 적어도 하나의 배기구(126 및 128)를 더 구비할 수 있다. 제1 배기구(126) 및 제2 배기구(128)는 반응 전구체 분사구(127)를 샌드위치 하도록 배치될 수 있다. 제2 샤워 헤드(120x)는 적어도 하나의 퍼지 가스 분사구(125 및 129)를 더 구비할 수 있다. 반응 전구체 분사구(127)는 제1 퍼지 가스 분사구(125) 및 제2 퍼지 가스 분사구(129) 사이에 배치될 수 있다.
제2 샤워 헤드(120x)의 가스 분사구들(123, 125 및 127) 및 배기구들(126 및 128)은 샤워 헤드(220)의 가스 분사구 및 배기구들과 마찬가지로 기판(50)의 폭(50w)을 따라서 확장되도록 구비된다.
제2 샤워 헤드(120x)는 샤워 헤드(220)를 거치면서 원자층이 증착된 기판(50)의 표면 상에 원료 전구체로 코팅된 표면과 반응 전구체로 코팅된 표면이 혼재하는 경우, 제2 샤워 헤드(120x)로부터 기판(50) 상으로 반응 전구체를 분사함으로써 원료 전구체로 코팅된 기판의 표면 부위를 반응 전구체로 코팅된 표면으로 변환할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제2 샤워 헤드(120x)의 반응 전구체 분사구(127)는 원료 전구체 분사구(123)로 대체될 수 있다. 이 실시 예에서는 샤워 헤드(220)를 거치면서 원자층이 증착된 기판(50)의 표면 상에 원료 전구체로 코팅된 표면과 반응 전구체로 코팅된 표면이 혼재하는 경우, 반응 전구체로 코팅된 표면을 원료 전구체로 코팅된 표면으로 변환할 수 있다.
제2 샤워 헤드(120x)는 원자층 증착 장치(100)의 샤워 헤드(220)의 앞쪽에 배치될 수도 있다. 또는 앞쪽과 뒤쪽 모두에 배치될 수도 있다. 앞쪽에 배치되는 제2 샤워 헤드(120x)는 샤워 헤드(220)를 거치기 전의 기판(50) 표면을 반응 전구체 또는 원료 전구체로 코팅할 수 있다.
도 5는 원자층 증착 장치(100)에서 원자층을 증착하는 방법의 순서도이다. 도 4 및 도 5를 참조하여, 원자층 증착 장치(100)에서 샤워 헤드(220)를 이용하여 원자층을 증착하는 방법의 실시 예는 다음의 단계를 포함한다.
(1) 기판(50)이 샤워 헤드(220)의 가스 분사구면에 근접하여 지나가도록 기판(50)을 제1 방향을 따라서 이송하는 단계(500),
(2) 샤워 헤드(220)를 제2 방향을 따라서 제1 위치(70)와 제2 위치(72) 사이를 왕복 이동시키는 샤워 헤드 이동 단계(502),
(3) 상기 샤워 헤드 이동 단계(502)가 진행되는 동안에 샤워 헤드(220)의 원료 전구체 분사구 (123)를 통하여 원료 전구체를 분사하며, 이와 동시에 반응 전구체 분사구(127)를 통하여 반응 전구체를 기판(50) 상으로 분사하며, 적어도 하나의 퍼지 가스 분사구(121 및 125) 중 적어도 하나를 통하여 퍼지 가스를 기판(50) 상으로 분사하며, 적어도 하나의 배기구(122, 124, 126 및 128) 중 적어도 하나를 통하여 원료 전구체, 반응 전구체 및 퍼지 가스를 배기시키는 단계(504)를 포함한다.
도 6은 원자층 증착 장치(100)에서 원자층을 증착하는 또 다른 방법의 순서도이다. 도 4 및 도 6을 참조하여, 샤워 헤드(220)를 이용하여 원자층을 증착하는 방법의 또 다른 실시 예는 다음의 단계를 포함한다.
(1) 기판(50)이 샤워 헤드(220)의 가스 분사구면에 근접하여 지나가도록 기판(50)을 제1 방향을 따라서 이송하는 단계(600),
(2) 샤워 헤드(220)를 제1 위치(70)로부터 제2 위치(72)로 이동시키는 제1 이동 단계(602),
(3) 상기 제1 이동 단계(602)가 진행되는 동안에 샤워 헤드(220)의 원료 전구체 분사구(123)를 통한 원료 전구체의 분사 및 반응 전구체 분사구(127)를 통한 반응 전구체의 분사는 차단하고 적어도 하나의 퍼지 가스 분사구(121 및 125) 중 적어도 하나를 통해서 퍼지 가스를 기판(50) 상으로 분사함으로써 기판(50) 표면에 물리적으로 흡착되어 있는 잔류 원료 전구체 또는 반응 전구체를 퍼지 시키며, 적어도 하나의 배기구(122, 124, 126 및 128) 중 적어도 하나를 통해서 상기 퍼지 된 잔류 원료 전구체 또는 반응 전구체 및 퍼지 가스를 배기시키는 단계(604),
(4) 샤워 헤드(220)를 제2 위치(72)로부터 제1 위치(70)로 이동시키는 제2 이동 단계(606),
(5) 상기 제2 이동 단계(606)가 진행되는 동안에 샤워 헤드(220)의 원료 전구체 분사구 (123)를 통하여 원료 전구체를 분사하며, 이와 동시에 반응 전구체 분사구(127)를 통하여 반응 전구체를 기판(50) 상으로 분사하며, 적어도 하나의 퍼지 가스 분사구(121 및 125) 중 적어도 하나를 통하여 퍼지 가스를 기판(50) 상으로 분사하며, 적어도 하나의 배기구(122, 124, 126 및 128) 중 적어도 하나를 통하여 원료 전구체, 반응 전구체 및 퍼지 가스를 배기시키는 단계(608)를 포함한다.
상기 실시 예에서는 앞서 실시 예에서와는 달리 원료 전구체와 반응 전구체를 샤워 헤드(220)의 왕복 이동 과정에서 항상 분사하는 대신에 순방향 또는 역방향 이동 과정 중의 하나에서만 분사함으로써 전구체의 소모량을 줄일 수 있는 것을 특징으로 한다. 상기 실시 예에서는 원료 및 반응 전구체의 공급과 차단을 고속으로 제어하기 위하여 고속 밸브가 추가될 수 있다.
도 7은 원자층 증착 장치(100)에서 원자층을 증착하는 또 다른 방법의 순서도이다. 도 4 및 도 7을 참조하여, 샤워 헤드(220)를 이용하여 원자층을 증착하는 방법의 또 다른 실시 예는 다음의 단계를 포함한다.
(1) 기판(50)이 샤워 헤드(220)의 가스 분사구면에 근접하여 지나가도록 기판(50)을 제1 방향을 따라서 이송하는 단계(700),
(2) 샤워 헤드(220)를 제1 위치(70)와 제2 위치(72) 사이를 이동시키는 제1 이동 단계(702),
(3) 상기 제1 이동 단계(702)가 진행되는 동안에 샤워 헤드(220)의 반응 전구체 분사구(127)를 통한 반응 전구체의 공급은 차단하고 원료 전구체 분사구(123)를 통해서 원료 전구체를 기판(50) 상으로 분사하며, 적어도 하나의 퍼지 가스 분사구(121 및 125) 중 적어도 하나를 통해서 퍼지 가스를 기판(50) 상으로 분사함으로써 기판(50) 표면에 물리적으로 흡착되어 있는 잔류 원료 전구체를 퍼지 시키며, 적어도 하나의 배기구(122, 124, 126 및 128) 중 적어도 하나를 통해서 상기 퍼지 된 잔류 원료 전구체 및 퍼지 가스를 배기시키는 단계(704),
(4) 샤워 헤드(220)를 제1 위치(70)와 제2 위치(72) 사이를 이동시키는 제2 이동 단계(706),
(5) 상기 제2 이동 단계(706)가 진행되는 동안에 샤워 헤드(220)의 원료 전구체 분사구(123)를 통한 원료 전구체의 공급은 차단하고 반응 전구체 분사구(127)를 통해서 반응 전구체를 기판(50) 상으로 분사하며, 적어도 하나의 퍼지 가스 분사구(121 및 125) 중 적어도 하나를 통해서 퍼지 가스를 기판(50) 상으로 분사함으로써 기판(50) 표면에 물리적으로 흡착되어 있는 잔류 반응 전구체를 퍼지 시키며, 적어도 하나의 배기구(122, 124, 126 및 128) 중 적어도 하나를 통해서 상기 퍼지 된 잔류 반응 전구체 및 퍼지 가스를 배기시키는 단계(708)를 포함한다.
상기 실시 예에서는 앞의 실시 예들에서와는 달리 원료 전구체와 반응 전구체를 동시에 분사하는 대신에 시간 차를 두고 순차적으로 분사하는 것을 특징으로 한다. 시간 차를 두고 분사함으로써 원료 전구체와 반응 전구체가 혼합될 가능성을 줄이거나 제거할 수 있다. 상기 실시 예에서는 원료 및 반응 전구체의 공급과 차단을 고속으로 제어하기 위하여 고속 밸브가 추가될 수 있다.
상기 실시 예에 있어서, 상기 제1 이동 단계(702) 및 상기 제2 이동 단계(706)에서의 샤워 헤드(220)의 이동 방향은 서로 반대 방향일 수 있다. 예를 들면 제1 이동 단계(702)에서의 샤워 헤드(120)의 이동은 제1 위치(70)로부터 제2 위치(72)로의 이동이며, 제2 이동 단계에서의 샤워 헤드(120)의 이동은 제2 위치(72)로부터 제1 위치(70)로의 이동이다.
상기 실시 예에 있어서, 상기 제1 이동 단계(702) 및 상기 제2 이동 단계(706)에서의 샤워 헤드(220)의 이동 방향은 서로 같은 방향일 수 있다. 예를 들면 제1 이동 단계(702)에서의 샤워 헤드(120)의 이동은 제1 위치(70)로부터 제2 위치(72)로의 이동이며, 제2 이동 단계(706)에서의 샤워 헤드(120)의 이동도 제1 위치(70)로부터 제2 위치(72)로의 이동이다. 이 실시 예에 있어서는, 샤워 헤드(220)가 제2 위치(72)로부터 제1 위치(70)로 이동하는 과정에서는 샤워 헤드(220)로부터 기판(50) 상으로 원료 전구체 및 반응 전구체가 분사되지 않는다. 그러나 샤워 헤드(220)로부터 기판(50) 상으로 퍼지 가스가 분사되고, 퍼지된 가스는 다시 샤워 헤드(220)를 통하여 배기될 수는 있다.
원자층 증착 장치(100)에서 원자층을 증착하기 위한 상기 실시 예들(도 5, 6 및 7)에 있어서 제2 방향은 제1 방향과 동일한 방향일 수 있다. 또한, 제1 위치(70)와 제2 위치(72) 사이의 간격은 샤워 헤드(120)의 원료 전구체 분사구(123)와 반응 전구체 분사구(127) 간의 간격(X1)과 같거나 그보다 크도록 설정될 수 있다. 또한, 제1 위치(70)와 제2 위치(72) 사이의 간격은 분사 유닛(120)의 배치 간격(X)과 같거나 작을 수도 있다. 또한, 제1 위치(70)와 제2 위치(72) 사이의 간격은 분사 유닛(120)의 배치 간격(X)보다 클 수도 있다.
상기 실시 예들(도 5, 6 및 7)은 기판(50)이 샤워 헤드(120)를 통과한 후, 제2 샤워 헤드(120x)를 통과하는 단계를 더 구비할 수 있다. 제2 샤워 헤드(120x)를 통과하면서 기판(50) 표면은 반응 전구체 또는 원료 전구체로 코팅된다.
상기 실시 예들은 기판(50)이 샤워 헤드(120)를 통과하기 전, 제2 샤워 헤드(120x)를 통과하는 단계를 더 구비할 수 있다. 제2 샤워 헤드(120x)를 통과하면서 기판(50) 표면은 반응 전구체 또는 원료 전구체로 코팅된다.
도 8을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착 장치(110)가 설명된다. 도 8은 원자층 증착 장치(110)의 평면도이다. 원자층 증착 장치(110)는 원자층 증착 장치(100)와 유사하나 샤워 헤드(220)의 배향 및 왕복 이동 방향이 다르다.
샤워 헤드(220)는 가스 분사구들(121, 123, 125 및 127) 및 배기구들(122, 124, 126 및 128)이 제3 방향으로 확장되도록 원자층 증착 장치(110)에 배치된다. 제3 방향은 기판(50)의 이동 방향인 제1 방향과 동일한 방향일 수 있다. 제3 방향과 제1 방향 사이의 각도는 10도 이내일 수도 있다.
또한, 샤워 헤드(220)는 제4 방향을 따라서 제1 위치(170)와 제2 위치(172) 사이를 왕복 이동하도록 구성된다. 제4 방향은 기판 이송 방향인 제1 방향에 대하여 수직일 수 있다. 제4 방향은 기판(50)의 폭(50w)과 동일한 방향일 수 있다. 제4 방향과 제1 방향 사이의 각도는 80도에서 90도 사이일 수 있다.
샤워 헤드(220)는 제4 방향을 따라서 왕복 이동하면서 기판(50) 상에 원자층을 증착한다. 도 8을 참조하여, 기판 상에 원자층이 증착되는 과정을 기판 상의 임의의 점(50a)을 예를 들어 설명하면 다음과 같다.
기판(50) 상의 임의의 점(50a)은 제1 방향을 따라 이동하면서 샤워 헤드(220)를 통과한다. 상기 점(50a)이 샤워 헤드(220)를 통과하는 동안, 상기 점(50a)은 샤워 헤드(220)의 제4 방향으로의 왕복 이동에 의하여 샤워 헤드(220)의 원료 전구체 분사구(123)로부터 분사되는 원료 전구체, 퍼지 가스 분사구(121, 125, 및 129)로부터 분사되는 퍼지 가스, 및 반응 전구체 분사구(127)로부터 분사되는 반응 전구체에 번갈아 가면서 노출된다. 이에 따라 상기 점(50a) 상에는 원료 전구체 및 반응 전구체에 노출된 횟수만큼의 원자층이 증착될 수 있다.
예를 들어, 상기 점(50a)이 샤워 헤드(220)의 가스 분사구들의 폭(120w)을 통과하는데 10초가 소요되며, 상기 10초 동안에 샤워 헤드(220)가 제4 방향을 따라서 20회의 왕복 운동을 하는 경우에는 상기 점(50a)이 원료 전구체와 반응 전구체에 각각 최대 20회 노출될 수 있으며 이에 따라 상기 점(50a) 상에는 최대 20 개의 원자층이 증착될 수 있다.
또 다른 예를 들어, 상기 점(50a)이 샤워 헤드(220)를 통과하는데 10초가 소요되며, 상기 10초 동안에 샤워 헤드(220)가 제4 방향을 따라서 40회의 왕복 운동을 하는 경우에는 상기 점(50a) 상에 최대 40 개의 원자층이 증착될 수 있다.
또 다른 예를 들어, 상기 점(50a)이 샤워 헤드(220)를 통과하는데 20초가 소요되며, 상기 20초 동안에 샤워 헤드(220)가 제2 방향을 따라서 40회의 왕복 운동을 하는 경우에도 상기 점(50a) 상에 최대 40 개의 원자층이 증착될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면, 기판(50) 상의 임의의 점(50a)이 샤워 헤드(220)를 통과하는 시간 또는 기판(50)의 이송 속도를 조절함으로써 상기 임의의 점(50a) 상에 증착되는 원자층의 개수를 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 기판(50) 상의 임의의 점(50a)이 샤워 헤드(220)를 통과하는 동안에 샤워 헤드가 제4 방향을 따라서 왕복 이동하는 횟수 또는 샤워 헤드의 이동 속도를 조절함으로써도 상기 임의의 점(50a) 상에 증착되는 원자층의 개수를 조절할 수 있다.
도 5 및 도 8을 참조하여, 원자층 증착 장치(110)에서 샤워 헤드(220)를 이용하여 원자층을 증착하는 방법의 실시 예는 다음의 단계를 포함한다.
(1) 기판(50)이 샤워 헤드(220)의 가스 분사구면에 근접하여 지나가도록 기판(50)을 제1 방향을 따라서 이송하는 단계(500),
(2) 샤워 헤드(220)를 제4 방향을 따라서 제1 위치(170)와 제2 위치(172) 사이를 왕복 이동시키는 샤워 헤드 이동 단계(502),
(3) 상기 샤워 헤드 이동 단계(502)가 진행되는 동안에 샤워 헤드(220)의 원료 전구체 분사구 (123)를 통하여 원료 전구체를 분사하며, 이와 동시에 반응 전구체 분사구(127)를 통하여 반응 전구체를 기판(50) 상으로 분사하며, 적어도 하나의 퍼지 가스 분사구(121 및 125) 중 적어도 하나를 통하여 퍼지 가스를 기판(50) 상으로 분사하며, 적어도 하나의 배기구(122, 124, 126 및 128) 중 적어도 하나를 통하여 원료 전구체, 반응 전구체 및 퍼지 가스를 배기시키는 단계(504)를 포함한다.
도 6 및 도 8을 참조하여, 원자층 증착 장치(110)에서 샤워 헤드(220)를 이용하여 원자층을 증착하는 방법의 또 다른 실시 예는 다음의 단계를 포함한다.
(1) 기판(50)이 샤워 헤드(220)의 가스 분사구면에 근접하여 지나가도록 기판(50)을 제1 방향을 따라서 이송하는 단계(600),
(2) 샤워 헤드(220)를 제1 위치(170)로부터 제2 위치(172)로 이동시키는 제1 이동 단계(602),
(3) 상기 제1 이동 단계(602)가 진행되는 동안에 샤워 헤드(220)의 원료 전구체 분사구(123)를 통한 원료 전구체의 분사 및 반응 전구체 분사구(127)를 통한 반응 전구체의 분사는 차단하고 적어도 하나의 퍼지 가스 분사구(121 및 125) 중 적어도 하나를 통해서 퍼지 가스를 기판(50) 상으로 분사함으로써 기판(50) 표면에 물리적으로 흡착되어 있는 잔류 원료 전구체 또는 반응 전구체를 퍼지 시키며, 적어도 하나의 배기구(122, 124, 126 및 128) 중 적어도 하나를 통해서 상기 퍼지 된 잔류 원료 전구체 또는 반응 전구체 및 퍼지 가스를 배기시키는 단계(604),
(4) 샤워 헤드(220)를 제2 위치(172)로부터 제1 위치(170)로 이동시키는 제2 이동 단계(606),
(5) 상기 제2 이동 단계(606)가 진행되는 동안에 샤워 헤드(220)의 원료 전구체 분사구 (123)를 통하여 원료 전구체를 분사하며, 이와 동시에 반응 전구체 분사구(127)를 통하여 반응 전구체를 기판(50) 상으로 분사하며, 적어도 하나의 퍼지 가스 분사구(121 및 125) 중 적어도 하나를 통하여 퍼지 가스를 기판(50) 상으로 분사하며, 적어도 하나의 배기구(122, 124, 126 및 128) 중 적어도 하나를 통하여 원료 전구체, 반응 전구체 및 퍼지 가스를 배기시키는 단계(608)를 포함한다.
도 7 및 도 8을 참조하여, 샤워 헤드(220)를 이용하여 원자층을 증착하는 방법의 또 다른 실시 예는 다음의 단계를 포함한다.
(1) 기판(50)이 샤워 헤드(220)의 가스 분사구면에 근접하여 지나가도록 기판(50)을 제1 방향을 따라서 이송하는 단계(700),
(2) 샤워 헤드(220)를 제1 위치(170)와 제2 위치(172) 사이를 이동시키는 제1 이동 단계(702),
(3) 상기 제1 이동 단계(702)가 진행되는 동안에 샤워 헤드(220)의 반응 전구체 분사구(127)를 통한 반응 전구체의 공급은 차단하고 원료 전구체 분사구(123)를 통해서 원료 전구체를 기판(50) 상으로 분사하며, 적어도 하나의 퍼지 가스 분사구(121 및 125) 중 적어도 하나를 통해서 퍼지 가스를 기판(50) 상으로 분사함으로써 기판(50) 표면에 물리적으로 흡착되어 있는 잔류 원료 전구체를 퍼지 시키며, 적어도 하나의 배기구(122, 124, 126 및 128) 중 적어도 하나를 통해서 상기 퍼지 된 잔류 원료 전구체 및 퍼지 가스를 배기시키는 단계(704),
(4) 샤워 헤드(220)를 제1 위치(170)와 제2 위치(172) 사이를 이동시키는 제2 이동 단계(706),
(5) 상기 제2 이동 단계(706)가 진행되는 동안에 샤워 헤드(220)의 원료 전구체 분사구(123)를 통한 원료 전구체의 공급은 차단하고 반응 전구체 분사구(127)를 통해서 반응 전구체를 기판(50) 상으로 분사하며, 적어도 하나의 퍼지 가스 분사구(121 및 125) 중 적어도 하나를 통해서 퍼지 가스를 기판(50) 상으로 분사함으로써 기판(50) 표면에 물리적으로 흡착되어 있는 잔류 반응 전구체를 퍼지 시키며, 적어도 하나의 배기구(122, 124, 126 및 128) 중 적어도 하나를 통해서 상기 퍼지 된 잔류 반응 전구체 및 퍼지 가스를 배기시키는 단계(708)를 포함한다.
상기 실시 예에 있어서, 상기 제1 이동 단계(702) 및 상기 제2 이동 단계(706)에서의 샤워 헤드(220)의 이동 방향은 서로 반대 방향일 수 있다. 예를 들면 제1 이동 단계(702)에서의 샤워 헤드(120)의 이동은 제1 위치(70)로부터 제2 위치(72)로의 이동이며, 제2 이동 단계에서의 샤워 헤드(120)의 이동은 제2 위치(72)로부터 제1 위치(70)로의 이동이다.
상기 실시 예에 있어서, 상기 제1 이동 단계(702) 및 상기 제2 이동 단계(706)에서의 샤워 헤드(220)의 이동 방향은 서로 같은 방향일 수 있다. 예를 들면 제1 이동 단계(702)에서의 샤워 헤드(120)의 이동은 제1 위치(70)로부터 제2 위치(72)로의 이동이며, 제2 이동 단계(706)에서의 샤워 헤드(120)의 이동도 제1 위치(70)로부터 제2 위치(72)로의 이동이다. 이 실시 예에 있어서는, 샤워 헤드(220)가 제2 위치(72)로부터 제1 위치(70)로 이동하는 과정에서는 샤워 헤드(220)로부터 기판(50) 상으로 원료 전구체 및 반응 전구체가 분사되지 않는다. 그러나 샤워 헤드(220)로부터 기판(50) 상으로 퍼지 가스가 분사되고, 퍼지된 가스는 다시 샤워 헤드(220)를 통하여 배기될 수는 있다.
상기 실시 예에 있어서, 상기 제2 방향은 제1 방향과 동일한 방향일 수 있다. 또한, 제1 위치(170)와 제2 위치(172) 사이의 간격은 샤워 헤드(220)의 원료 전구체 분사구(123)와 반응 전구체 분사구(127) 간의 간격(X1)과 같거나 그보다 크도록 설정될 수 있다. 또한, 제1 위치(170)와 제2 위치(172) 사이의 간격은 분사 유닛(120)의 배치 간격(X)과 같거나 작을 수도 있다. 또한, 제1 위치(170)와 제2 위치(172) 사이의 간격은 분사 유닛(120)의 배치 간격(X)보다 클 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 도 4 및 도 8에 도시된 원자층 증착 장치(100 및 110)는 도 9에 도시된 바와 같이 롤러(130) 형태의 기판 지지대(55)를 구비할 수도 있다. 도 9는 롤러(130) 형태의 기판 지지대(55)를 가지는 원자층 증착 장치(100 및 110)의 측면도이다.
롤러(130)는 중심 축(130c)를 축으로 회전하도록 구성될 수도 있다. 기판(50)은 롤러(130)에 감기어 샤워 헤드(220)를 마주보도록 지지된다. 기판(50)은 기판 이송 장치(도 9에 도시되지 않음)에 의하여 제1 방향을 따라서 이송된다. 샤워 헤드(220)의 가스 분사구면(220a)은 롤러(130)에 인접하여 배치되며 롤러(130)를 감싸도록 롤러(130)의 원주를 따라서 곡면으로 구성된다.
도 9에 도시된 원자층 증착 장치(100)에 있어서 샤워 헤드(220)의 가스 분사구들이 기판의 폭(50a)을 따라서 확장되는 경우, 즉 롤러(130)의 중심 축(130c)과 평행한 방향으로 확장되는 경우에는 도 9에 도시된 샤워 헤드(220)는 롤러(130)의 중심 축(130c)을 중심으로 피벗 왕복 회전 운동(222)하면서 기판(50) 상으로 전구체 및 퍼지 가스를 분사하고 배기하도록 구성된다. 따라서 상기 피벗 왕복 회전 운동 방향(222)이 도 9에 도시된 원자층 증착 장치(100)에서의 샤워 헤드(220)의 왕복 이동 방향, 즉 제2 방향이 된다.
도 9에 도시된 원자층 증착 장치(110)에 있어서 샤워 헤드(220)의 가스 분사구들이 도 8에 도시된 원자층 증착 장치(100)에서와 마찬가지로 기판의 이송 방향인 제1 방향을 따라서 확장되는 경우에는 도 9에 도시된 샤워 헤드(220)는 롤러(130)의 중심 축(130c)과 평행인 방향(224)을 따라서 직선 왕복 운동하면서 기판(50) 상으로 전구체 및 퍼지 가스를 분사하고 배기하도록 구성된다. 따라서 상기 직선 왕복 운동 방향(224)이 도 9에 도시된 원자층 증착 장치(110)에서의 샤워 헤드(220)의 왕복 이동 방향, 즉 제4 방향이 된다.
도 9에 도시된 원자층 증착 장치(100 및 110)에서의 원자층 증착 방법은 도 4 내지 도 8을 참조하여 설명된 원자층 증착 방법과 유사하며, 샤워 헤드(220)의 분사구면(220a 및 320a)이 곡면인 점이 다르다.
도 10 및 도 11을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착 장치(300)가 설명된다. 도 10 및 도 11은 각각 원자층 증착 장치(300)의 평면도 및 측면도이다. 원자층 증착 장치(300)는 기판(50)을 제1 방향으로 이송하도록 구성되는 기판 이송 장치(도 10에 도시되지 않음)를 구비할 수 있다. 제1 방향은 기판의 폭(50w)에 대하여 수직일 수 있다. 원자층 증착 장치(300)는 기판(50)에 인접하여 배치되는 샤워 헤드(320)를 더 구비한다. 샤워 헤드(320)의 아래쪽에는 기판(50)을 지지하도록 구성되는 기판 지지대(55)가 배치될 수 있다.
샤워 헤드(320)는 제1 분사 유닛(130)을 구비한다. 제1 분사 유닛(130)은 기판(50)의 폭(50w) 방향으로 확장되는 원료 전구체 분사구(123), 반응 전구체 분사구(127) 및 배기구(122)를 구비한다. 반응 전구체 분사구(127)는 원료 전구체 분사구(123)와 배기구(122)의 사이에 배치될 수 있다. 또는, 원료 전구체 분사구(123)가 반응 전구체 분사구(127)와 배기구(122) 사이에 배치될 수도 있다. 제1 분사 유닛(130)은 원료 전구체 분사구(123) 및 반응 전구체 분사구(127)에서 분사된 원료 전구체와 반응 전구체가 배기구(122)를 통하여 배기 되도록 구성된다.
제1 분사 유닛(130)은 기판(50)의 폭(50w) 방향으로 확장되는 퍼지 가스 분사구(121)를 더 구비한다. 퍼지 가스 분사구(121)는 원료 전구체 분사구(123)와 반응 전구체 분사구(127) 사이에 배치될 수 있다. 또는, 원료 전구체 분사구(123) 및 반응 전구체 분사구(127)를 사이에 두고 배기구(122)의 반대편에 배치될 수도 있다. 제1 분사 유닛(130)은 기판(50)의 폭(50w) 방향으로 확장되며 반응 전구체(127)와 배기구(122) 사이에 배치되는 제2 퍼지 가스 분사구(125)를 더 구비할 수 있다. 제1 분사 유닛(130)은 퍼지 가스 분사구(121 및 125)에서 분사되는 퍼지 가스가 배기구(122)를 통하여 배기 되도록 구성된다.
샤워 헤드(320)의 제1 분사 유닛(130)이 원료 전구체, 퍼지 가스 및 반응 전구체를 분사하고 배기시키는 단계는 다음과 같은 4단계를 포함한다.
(1) 원료 전구체 분사구(123)로부터 원료 전구체를 분사하고 배기구(122)를 통하여 배기시키는 원료 전구체 분사 단계(800),
(2) 퍼지 가스 분사구(121 또는 121 및 125)로부터 퍼지 가스를 분사하고 배기구(122)를 통하여 배기시키는 제1 퍼지 단계(802),
(3) 반응 전구체 분사구(127)로부터 반응 전구체를 분사하고 배기구(122)를 통하여 배기시키는 반응 전구체 분사 단계(804), 및
(4) 퍼지 가스 분사구(121 또는 121 및 125)로부터 퍼지 가스를 분사하고 배기구(122)를 통하여 배기시키는 제2 퍼지 단계(806)를 포함한다.
상기 원료 전구체 분사 단계(800)에서는 원료 전구체가 샤워 헤드(320)와 기판(50) 사이의 공간을 통해서 배기구(122)로 이동하면서 원료 전구체 분사구(123)와 배기구(122) 사이의 구간(Y1)에서 기판(50) 표면을 원료 전구체로 코팅한다.
상기 제1 퍼지 단계(802)에서는 퍼지 가스가 샤워 헤드(320)와 기판(50) 사이의 공간을 통해서 배기구(122)로 이동하면서 퍼지 가스 분사구(121)와 배기구(122) 사이의 구간(Y2)에서 기판(50) 표면에 물리적으로 흡착하여 잔류하고 원료 전구체를 퍼지 시킨다.
상기 반응 전구체 분사 단계(804)에서는 반응 전구체가 샤워 헤드(320)와 기판(50) 사이의 공간을 통해서 배기구(122)로 이동하면서 반응 전구체 분사구(127)와 배기구(122) 사이의 구간(Y3)에서 기판(50) 표면을 반응 전구체로 코팅한다.
상기 제2 퍼지 단계(806)에서는 퍼지 가스가 샤워 헤드(320)와 기판(50) 사이의 공간을 통해서 배기구(122)로 이동하면서 퍼지 가스 분사구(121)와 배기구(122) 사이의 구간(Y2)에서 기판(50) 표면에 물리적으로 흡착하여 잔류하고 반응 전구체를 퍼지 시킨다.
기판(50) 상의 임의의 점(50a)이 상기 반응 전구체 분사구(127)와 배기구(122) 사이의 구간(Y3)을 이동하는 동안에는 상기의 4단계로 구성된 사이클에 반복적으로 노출될 수 있으며, 상기 반복적인 노출에 의하여 상기 점(50a) 상에 복수의 원자층이 증착될 수 있다.
예를 들어, 상기 점(50a)이 반응 전구체 분사구(127)와 배기구(122) 사이의 구간(Y3)을 통과하는데 10초가 소요되며, 상기 10초 동안에 샤워 헤드(320)가 상기 4단계 사이클을 20회 반복하는 경우에는 상기 점(50a)이 원료 전구체와 반응 전구체에 각각 20회 노출될 수 있으며 이에 따라 상기 점(50a) 상에는 20 개의 원자층이 증착될 수 있다.
또 다른 예를 들어, 상기 점(50a)이 반응 전구체 분사구(127)와 배기구(122) 사이의 구간(Y3)을 통과하는데 10초가 소요되며, 상기 10초 동안에 상기 4단계 사이클이 40회 반복되는 경우에는 상기 점(50a) 상에 40 개의 원자층이 증착될 수 있다.
또 다른 예를 들어, 상기 점(50a)이 반응 전구체 분사구(127)와 배기구(122) 사이의 구간(Y3)을 통과하는데 20초가 소요되며, 상기 20초 동안에 상기 4단계 사이클이 40회 반복되는 경우에도 상기 점(50a) 상에 40 개의 원자층이 증착될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면, 기판(50) 상의 임의의 점(50a)이 샤워 헤드(320)를 통과하는 시간, 또는 상기 4단계 사이클의 사이클 시간 또는 횟수를 조절함으로써 상기 임의의 점(50a) 상에 증착되는 원자층의 개수를 조절할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 원자층 증착 장치(300)의 샤워 헤드(320)는 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 제2 분사 유닛(130a)을 더 구비할 수 있다.
제2 분사 유닛(130a)은 기판(50)의 폭(50w) 방향으로 확장되는 원료 전구체 분사구(123a), 반응 전구체 분사구(127a) 및 배기구(122a)를 구비한다. 반응 전구체 분사구(127a)는 원료 전구체 분사구(123a)와 배기구(122a) 사이에 배치될 수 있다. 또는, 원료 전구체 분사구(123a)가 반응 전구체 분사구(127a)와 배기구(122a) 사이에 배치될 수도 있다. 제2 분사 유닛(130a)은 원료 전구체 분사구(123a) 및 반응 전구체 분사구(127a)에서 분사된 원료 전구체와 반응 전구체가 배기구(122a)를 통하여 배기 되도록 구성된다.
제2 분사 유닛(130a)은 기판(50)의 폭(50w) 방향으로 확장되는 퍼지 가스 분사구(121a)를 더 구비한다. 퍼지 가스 분사구(121a)는 원료 전구체 분사구(123a)와 반응 전구체 분사구(127a) 사이에 배치될 수 있다. 또는, 원료 전구체 분사구(123a) 및 반응 전구체 분사구(127a)를 사이에 두고 배기구(122a)의 반대편에 배치될 수도 있다. 제2 분사 유닛(130a)은 기판(50)의 폭(50w) 방향으로 확장되며 반응 전구체(127a)와 배기구(122a) 사이에 배치되는 제2 퍼지 가스 분사구(125a)를 더 구비할 수 있다. 제2 분사 유닛(130a)은 퍼지 가스 분사구(121a 및 125a)에서 분사되는 퍼지 가스가 배기구(122a)를 통하여 배기 되도록 구성된다.
제2 분사 유닛(130a)의 배기구(122a)는 제1 분사 유닛(130)의 배기구(122)에 인접하여 배치되며, 제2 분사 유닛(130a)의 원료 전구체 분사구(123a), 반응 전구체 분사구(127a) 및 퍼지 가스 분사구(121a 및 125a)는 배기구(122a)를 사이에 두고 제1 분사 유닛(130)의 반대편에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 제2 분사 유닛(130a)의 배기구(122a)는 제1 분사 유닛(130)의 배기구(122)로 대체될 수도 있다. 즉, 제2 분사 유닛(130a)의 배기구(122a)는 제1 분사 유닛(130)의 배기구(122)와 하나로 통합될 수도 있다.
제2 분사 유닛(130a)은 제1 분사 유닛(130)과 마찬가지로 상기 4 단계(800, 802, 804 및 806)의 사이클을 반복하도록 구성된다.
상기 4단계 사이클 중, 상기 원료 전구체 분사 단계(800)에서는 제1 분사 유닛(130)의 원료 전구체 분사구(123) 및 제2 분사 유닛(130a)의 원료 전구체 분사구(123a)로부터 동시에 원료 전구체가 분사된다.
상기 4단계 사이클 중, 상기 제1 퍼지 단계(802)에서는 제1 분사 유닛(130)의 퍼지 가스 분사구(121 및 125) 및 제2 분사 유닛(130a)의 퍼지 가스 분사구(121a 및 123a)로부터 동시에 퍼지 가스가 분사된다.
상기 4단계 사이클 중, 상기 반응 전구체 분사 단계(804)에서는 제1 분사 유닛(130)의 반응 전구체 분사구(127) 및 제2 분사 유닛(130a)의 반응 전구체 분사구(127a)로부터 동시에 반응 전구체가 분사된다.
상기 4단계 사이클 중, 상기 제2 퍼지 단계(806)에서는 제1 분사 유닛(130)의 퍼지 가스 분사구(121 및 125) 및 제2 분사 유닛(130a)의 퍼지 가스 분사구(121a 및 123a)로부터 동시에 퍼지 가스가 분사된다.
제1 분사 유닛(130)의 Y3 구간을 거치면서 원자층이 증착된 기판 상의 임의의 점(50a)은 제2 분사 유닛(130a)의 배기구(122a)와 반응 전구체 분사구(127a) 사이의 구간(Y4)을 거치면서 제2 분사 유닛(130a)에 의한 4단계 사이클에 추가로 반복적으로 노출되며, 이에 따라 원자층이 추가로 증착된다. 따라서 제2 분사 유닛(130a)을 추가함으로써 원자층 증착 장치(300)의 쓰루풋을 개선할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 원자층 증착 장치(300)의 기판 지지대(55)가 도 9에서와 같이 원형 롤러(130)의 형상을 가지는 경우에는, 샤워 헤드(320)도 도 9에 도시된 샤워 헤드(320)처럼 가스 분사구면(320a)이 롤러(130)의 원주 방향을 따라서 곡면으로 성형 될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 원자층 증착 장치들(100, 110 및 300)은 진공 챔버 내에 설치될 수 있다. 기판(50)이 진공 챔버 내에 장착되고 챔버 내부가 진공 상태에 도달한 뒤에는 챔버로부터의 배기는 중단되며, 원자층 증착 장치들(110, 110 및 300)의 샤워 헤드(220 및 320)의 배기구(122, 124, 126 및 128)에 연결되는 배기 펌프에 의해서만 배기가 이루어지도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 도 4 및 8에 도시된 원자층 증착 장치들(100 및 110)은 각각 기판(50)의 하부에 배치되는 기판 지지대(55)를 대신하여 하부 샤워 헤드(120y)를 구비할 수도 있다. 추가된 하부 샤워 헤드(120y)는 원래의 샤워 헤드(120)와 동일한 샤워 헤드 이동 장치에 연결되어 각각 제2 방향 및 제4 방향으로 왕복 이동하면서 원래의 샤워 헤드(120)와 동일한 방법으로 기판(50)의 아랫면에 원자층을 증착하도록 구성된다. 따라서 본 실시 예에서는 기판(50)은 상부 샤워 헤드(120)와 하부 샤워 헤드(120y) 사이를 통과하면서 기판(50)의 윗면 및 아랫면에 동시에 원자층이 증착될 수 있다. 본 실시 예에 있어서 기판 가열 장치는 샤워 헤드의 앞쪽에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 도 10에 도시된 원자층 증착 장치(300)는 기판(50)의 하부에 배치되는 기판 지지대(55)를 대신하여 하부 샤워 헤드(320y)를 구비할 수도 있다. 추가된 하부 샤워 헤드(320y)는 원래의 샤워 헤드(320)와 동일한 방법으로 기판(50)의 아랫면에 원자층을 증착한다. 따라서 본 실시 예에서는 기판(50)은 상부 샤워 헤드(320)와 하부 샤워 헤드(320y) 사이를 통과하면서 기판(50)의 윗면 및 아랫면에 동시에 원자층이 증착될 수 있다. 본 실시 예에 있어서 기판 가열 장치는 샤워 헤드의 앞쪽에 배치될 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착 장치(400)의 평면도이다. 원자층 증착 장치(400)는 도 4를 참조하여 설명된 원자층 증착 장치(100)의 변형된 실시 예이다. 원자층 증착 장치(400)는 기체를 투과시키는 재질로 구성되는 기판(50)에 원자층을 증착하는 용도로 사용될 수 있다. 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 플라스틱 소재로 구성되는 리튬이온전지의 다공질 분리막(separator)에 원자층을 증착하는 용도로 사용될 수 있다.
원자층 증착 장치(400)에서는 샤워 헤드(220)의 분사 유닛(120)들이 배기구(122, 124, 126, 128)를 포함하지 않는다는 점과 기판 지지대(55)가 배기판(155)으로 대체된다는 점에서 원자층 증착 장치(100)와 다르다. 원자층 증착 장치(400)의 샤워 헤드(220)의 분사 유닛들(120)은 원료 전구체 분사구(123), 반응 전구체 분사구(127) 및 적어도 하나의 퍼지 가스 분사구(121 및 125)를 포함하며 배기구는 포함하지 않는다. 샤워 헤드(220)로부터 분사되는 원료 전구체, 반응 전구체 및 퍼지 가스는 기판(50)을 관통하여 배기판(155)을 통하여 배기된다. 샤워 헤드(220)는 제2 방향을 따라서 제1 위치(70)와 제2 위치(72) 사이를 왕복 이동하면서 기판(50) 상에 원료 전구체, 반응 전구체 및 퍼지 가스를 분사한다.
도 13은 배기판(155)의 평면도이다. 배기판(155)은 기판(50)을 사이에 두고 샤워 헤드(220)의 맞은 편에 배치된다. 배기판(155)은 적어도 하나의 배기구(156)를 포함한다. 배기구(156)는 배기 펌프(도 13에 도시되지 않음)에 연결된다. 배기구(156)는 평면도 상에서는 원형, 사각형, 슬릿 등 다양한 형태를 가지도록 제작될 수 있으며, 단면도 상에서는 직선, 곡선, 또는 사선 등의 경계면을 가지도록 제작될 수 있다.
도 14 및 15를 참조하여, 원자층 증착 장치(400)를 이용하여 기판(50)에 원자층을 증착하는 방법이 설명된다. 도 14는 샤워 헤드(220)가 제1 위치(70)에 위치할 때의 원자층 증착 장치(400)의 단면도이며, 도 15는 샤워 헤드(220)가 제2 위치(72)에 위치할 때의 원자층 증착 장치(400)의 단면도이다. 도 14 및 15에 도시된 점선 화살표들은 샤워 헤드(220)로부터 분사되어 기판(50)을 관통하여 배기구(156)로 배기되는 유체의 흐름을 나타낸다.
도 14를 참조하여, 제1 위치(70)에서는 샤워 헤드(220)의 원료 전구체 분사구(123)를 통하여 기판(50)으로 원료 전구체가 분사되며, 퍼지 가스 분사구(121 및 125)를 통하여 기판(50)으로 퍼지 가스가 분사된다. 분사된 원료 전구체와 퍼지 가스는 기판(50)을 관통하여 배기판(155)을 통하여 배기된다. 원료 전구체가 기판(50)을 관통하는 과정에서 기판(50)의 내부는 원료 전구체로 코팅된다. 샤워 헤드(220)를 제2 방향을 따라서 제2 위치(72)로 이동시킴으로써 기판(50)의 다른 지역도 원료 전구체로 코팅해 나가고 퍼지 가스로 퍼지시킨다. 샤워 헤드(220)가 이동하면서 분사하는 원료 전구체와 퍼지 가스는 배기판(155)을 통하여 배기된다. 샤워 헤드(220)의 이동 속도는 제1 이동 속도(V1)이며, 이동 거리는 인접하는 분사 유닛들(120) 간의 배치 간격(X)과 유사하다. 일 실시 예에 따르면, 상기 이동 거리는 배치 간격(X)의 2배를 넘지 않는다.
도 15를 참조하여, 제2 위치(72)에서는 샤워 헤드(220)의 원료 전구체 분사구(123)를 통한 원료 전구체의 분사는 차단되며, 반응 전구체 분사구(127)를 통하여 반응 전구체가 분사되며, 퍼지 가스 분사구(121 및 125)를 통하여 퍼지 가스가 분사된다. 분사된 반응 전구체와 퍼지 가스는 기판(50)을 관통하여 배기판(155)을 통하여 배기된다. 샤워 헤드(220)를 제2 위치(72)로부터 제1 위치(70)로 이동시킴으로써 기판(50)의 다른 지역도 반응 전구체로 코팅해 나가고 퍼지 가스로 퍼지시킨다. 샤워 헤드(220) 이동 과정에서 분사되는 반응 전구체와 퍼지 가스는 배기판(155)을 통하여 배기된다. 샤워 헤드(220)의 이동 속도는 제2 이동 속도(V2)이다. 상기 제1 이동 속도(V1)와 제2 이동 속도(V2)는 서로 같거나 다를 수 있다.
도 12 및 도 7을 참조하여, 원자층 증착 장치(500)를 이용하여 원자층을 증착하는 방법의 한 실시 예는 다음의 단계를 포함한다.
(1) 기판(50)이 샤워 헤드(220)의 가스 분사구면에 인접하도록 기판(50)을 배치하는 단계(700),
(2) 샤워 헤드(220)를 제1 위치(70)와 제2 위치(72) 사이에서 이동시키는 제1 이동 단계(702),
(3) 상기 제1 이동 단계(702)가 진행되는 동안에 샤워 헤드(220)의 반응 전구체 분사구(127)를 통한 반응 전구체의 공급은 차단하고 원료 전구체 분사구(123)를 통해서 원료 전구체를 기판(50) 상으로 분사함으로써 기판(50)을 원료 전구체로 코팅하며, 적어도 하나의 퍼지 가스 분사구(121 및 125) 중 적어도 하나를 통해서 퍼지 가스를 기판(50) 상으로 분사함으로써 기판(50)에 물리적으로 흡착되어 있는 잔류 원료 전구체를 퍼지 시키며, 배기판(155)의 배기구(156)를 통해서 상기 원료 전구체 및 퍼지 가스를 배기시키는 단계(704),
(4) 샤워 헤드(220)를 제1 위치(70)와 제2 위치(72) 사이에서 이동시키는 제2 이동 단계(706),
(5) 상기 제2 이동 단계(706)가 진행되는 동안에 샤워 헤드(220)의 원료 전구체 분사구(123)를 통한 원료 전구체의 공급은 차단하고 반응 전구체 분사구(127)를 통해서 반응 전구체를 기판(50) 상으로 분사함으로써 기판(50)을 반응 전구체로 코팅하며, 적어도 하나의 퍼지 가스 분사구(121 및 125) 중 적어도 하나를 통해서 퍼지 가스를 기판(50) 상으로 분사함으로써 기판(50)에 물리적으로 흡착되어 있는 잔류 반응 전구체를 퍼지 시키며, 배기판(155)을 통해서 상기 반응 전구체 및 퍼지 가스를 배기시키는 단계(708)를 포함한다.
상기 실시 예에서는 원료 전구체와 반응 전구체를 동시에 분사하지 않으며 시간 차를 두고 순차적으로 분사하는 것을 특징으로 한다. 시간 차를 두고 분사함으로써 원료 전구체와 반응 전구체가 혼합될 가능성을 줄이거나 제거할 수 있다.
상기 실시 예에 있어서, 상기 제1 이동 단계(702)와 상기 제2 이동 단계(706) 사이에 퍼지 단계(705)를 추가할 수 있다. 퍼지 단계(705)에서는 샤워 헤드(220)의 이동을 중지한 상태에서 원료 전구체와 반응 전구체의 분사는 차단하고 퍼지 가스 분사구(121 및 125)로부터 퍼지 가스를 분사한다. 원료 전구체 분사구(123)와 반응 전구체 분사구(127)를 통해서도 퍼지 가스를 분사할 수 있다.
상기 실시 예에 있어서, 상기 제1 이동 단계(702) 및 상기 제2 이동 단계(706)에서의 샤워 헤드(220)의 이동 방향은 서로 반대 방향일 수 있다. 예를 들면, 제1 이동 단계(702)에서의 샤워 헤드(120)의 이동은 제1 위치(70)로부터 제2 위치(72)로의 이동이며, 제2 이동 단계에서의 샤워 헤드(120)의 이동은 제2 위치(72)로부터 제1 위치(70)로의 이동이다.
상기 실시 예에 있어서, 상기 제1 이동 단계(702) 및 상기 제2 이동 단계(706)에서의 샤워 헤드(220)의 이동 방향은 서로 같은 방향일 수 있다. 예를 들면, 제1 및 제2 이동 단계(702 및 706)에서의 샤워 헤드(220)의 이동은 제1 위치(70)로부터 제2 위치(72)로의 이동일 수 있다. 이 실시 예에 있어서는, 샤워 헤드(220)가 제2 위치(72)로부터 제1 위치(70)로 이동하는 제3 이동 단계가 상기 제1 이동 단계와 상기 제2 이동 단계 사이에 더 포함된다. 상기 제3 이동 단계에서는 샤워 헤드(220)로부터 기판(50) 상으로 원료 전구체 및 반응 전구체가 분사되지 않는다. 그러나 샤워 헤드(220)로부터 기판(50) 상으로 퍼지 가스가 분사될 수 있으며, 퍼지된 가스는 배기판(155)을 통하여 배기된다.
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착 장치(500)의 평면도이다. 원자층 증착 장치(500)는 도 8을 참조하여 설명된 원자층 증착 장치(110)의 변형된 실시 예이다. 원자층 증착 장치(500)는 기체를 투과시키는 재질로 구성되는 기판(50)에 원자층을 증착하는 용도로 사용될 수 있다.
원자층 증착 장치(500)에서는 샤워 헤드(220)의 분사 유닛(120)들이 배기구(122, 124, 126, 128)를 포함하지 않는다는 점과 기판 지지대(55)가 배기판(155)으로 대체된다는 점에서 원자층 증착 장치(110)와 다르다. 원자층 증착 장치(500)의 샤워 헤드(220)의 분사 유닛들(120)은 원료 전구체 분사구(123), 반응 전구체 분사구(127) 및 적어도 하나의 퍼지 가스 분사구(121 및 125)를 포함하며 배기구는 포함하지 않는다. 샤워 헤드(220)로부터 분사되는 원료 전구체, 반응 전구체 및 퍼지 가스는 기판(50)을 관통하여 배기판(155)을 통하여 배기된다. 샤워 헤드(220)는 제4 방향을 따라서 제1 위치(170)와 제2 위치(172) 사이를 왕복 이동하면서 기판(50) 상에 원료 전구체, 반응 전구체 및 퍼지 가스를 분사한다. 상기 제4 방향은 기판의 폭(50w)과 평행하다.
도 17 및 18을 참조하여, 원자층 증착 장치(500)를 이용하여 기판(50)에 원자층을 증착하는 방법이 설명된다. 도 17은 샤워 헤드(220)가 제1 위치(170)에 위치할 때의 원자층 증착 장치(500)의 단면도이며, 도 18은 샤워 헤드(220)가 제2 위치(172)에 위치할 때의 원자층 증착 장치(500)의 단면도이다. 도 17 및 18에 도시된 점선 화살표들은 샤워 헤드(220)로부터 분사되어 기판(50)을 관통하여 배기구(156)로 배기되는 유체의 흐름을 나타낸다.
도 17을 참조하여, 제1 위치(170)에서는 샤워 헤드(220)의 원료 전구체 분사구(123)를 통하여 원료 전구체가 분사되며, 퍼지 가스 분사구(121 및 125)를 통하여 퍼지 가스가 분사된다. 분사된 원료 전구체와 퍼지 가스는 기판(50)을 관통하여 배기판(155)을 통하여 배기된다. 샤워 헤드(220)를 제4 방향을 따라서 제2 위치(172)로 이동시킴으로써 기판(50)의 다른 지역도 원료 전구체로 코팅해 나가고 퍼지 가스로 퍼지시킨다. 샤워 헤드(220)가 이동하면서 분사하는 원료 전구체와 퍼지 가스는 배기판(155)을 통하여 배기된다. 샤워 헤드(220)의 이동 거리는 인접하는 분사 유닛들(120) 간의 배치 간격(X)과 유사하다. 일 실시 예에 따르면, 상기 이동 거리는 상기 배치 간격(X)의 2배를 넘지 않는다.
도 18을 참조하여, 제2 위치(172)에서는 샤워 헤드(220)의 원료 전구체 분사구(123)를 통한 원료 전구체의 분사는 차단되며, 반응 전구체 분사구(127)를 통하여 반응 전구체가 분사되며, 퍼지 가스 분사구(121 및 125)를 통하여 퍼지 가스가 분사된다. 분사된 반응 전구체와 퍼지 가스는 기판(50)을 관통하여 배기판(155)을 통하여 배기된다. 샤워 헤드(220)를 제2 위치(172)로부터 제1 위치(170)로 이동시킴으로써 기판(50)의 다른 지역도 반응 전구체로 코팅해 나가고 퍼지 가스로 퍼지시킨다. 샤워 헤드(220) 이동하면서 분사하는 반응 전구체와 퍼지 가스는 배기판(155)을 통하여 배기된다.
도 16 및 도 7을 참조하여, 원자층 증착 장치(500)를 이용하여 원자층을 증착하는 방법의 실시 예는 다음의 단계를 포함한다.
(1) 기판(50)을 샤워 헤드(220)의 가스 분사구면에 인접하도록 배치하는 단계(700),
(2) 샤워 헤드(220)를 제1 위치(170)와 제2 위치(172) 사이에서 이동시키는 제1 이동 단계(702),
(3) 상기 제1 이동 단계(702)가 진행되는 동안에 샤워 헤드(220)의 반응 전구체 분사구(127)를 통한 반응 전구체의 공급은 차단하고 원료 전구체 분사구(123)를 통해서 원료 전구체를 기판(50) 상으로 분사함으로써 기판(50)을 원료 전구체로 코팅하며, 적어도 하나의 퍼지 가스 분사구(121 및 125) 중 적어도 하나를 통해서 퍼지 가스를 기판(50) 상으로 분사함으로써 기판(50)에 물리적으로 흡착되어 있는 잔류 원료 전구체를 퍼지 시키며, 배기판(155)의 배기구(156)를 통해서 상기 원료 전구체 및 퍼지 가스를 배기시키는 단계(704),
(4) 샤워 헤드(220)를 제1 위치(170)와 제2 위치(172) 사이에서 이동시키는 제2 이동 단계(706),
(5) 상기 제2 이동 단계(706)가 진행되는 동안에 샤워 헤드(220)의 원료 전구체 분사구(123)를 통한 원료 전구체의 공급은 차단하고 반응 전구체 분사구(127)를 통해서 반응 전구체를 기판(50) 상으로 분사함으로써 기판(50)을 반응 전구체로 코팅하며, 적어도 하나의 퍼지 가스 분사구(121 및 125) 중 적어도 하나를 통해서 퍼지 가스를 기판(50) 상으로 분사함으로써 기판(50)에 물리적으로 흡착되어 있는 잔류 반응 전구체를 퍼지 시키며, 배기판(155)을 통해서 상기 반응 전구체 및 퍼지 가스를 배기시키는 단계(708)를 포함한다.
상기 실시 예에 있어서, 상기 제1 이동 단계(702)와 상기 제2 이동 단계(706) 사이에 퍼지 단계(705)를 추가할 수 있다. 퍼지 단계(705)에서는 샤워 헤드(220)의 이동을 중지한 상태에서 원료 전구체와 반응 전구체의 분사는 차단하고 퍼지 가스 분사구(121 및 125)로부터 퍼지 가스를 분사한다. 원료 전구체 분사구(123)와 반응 전구체 분사구(127)를 통해서도 퍼지 가스를 분사할 수 있다.
상기 실시 예에 있어서, 상기 제1 이동 단계(702) 및 상기 제2 이동 단계(706)에서의 샤워 헤드(220)의 이동 방향은 서로 반대 방향일 수 있다. 예를 들면, 제1 이동 단계(702)에서의 샤워 헤드(120)의 이동은 제1 위치(170)로부터 제2 위치(172)로의 이동이며, 제2 이동 단계에서의 샤워 헤드(120)의 이동은 제2 위치(172)로부터 제1 위치(170)로의 이동이다.
상기 실시 예에 있어서, 상기 제1 이동 단계(702) 및 상기 제2 이동 단계(706)에서의 샤워 헤드(220)의 이동 방향은 서로 같은 방향일 수 있다. 예를 들면, 제1 및 제2 이동 단계(702 및 706)에서의 샤워 헤드(220)의 이동은 제1 위치(70)로부터 제2 위치(72)로의 이동일 수 있다. 이 실시 예에 있어서는, 샤워 헤드(220)가 제2 위치(72)로부터 제1 위치(70)로 이동하는 제3 이동 단계가 상기 제1 이동 단계와 상기 제2 이동 단계 사이에 더 포함된다. 상기 제3 이동 단계에서는 샤워 헤드(220)로부터 기판(50) 상으로 원료 전구체 및 반응 전구체가 분사되지 않는다. 그러나 샤워 헤드(220)로부터 기판(50) 상으로 퍼지 가스가 분사될 수 있으며, 퍼지된 가스는 배기판(155)을 통하여 배기된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 원자층 증착 장치(100 및 400)에서 샤워 헤드(220)가 제1 위치(70)와 제2 위치(72) 사이를 왕복 이동하면서 원료 전구체와 반응 전구체를 교대로 분사하는 동안, 기판(50)은 제1 방향을 따라서 연속적으로 이동할 수도 있다. 또 다른 실시 예에 따르면, 샤워 헤드(220)가 제1 위치(70)와 제2 위치(72) 사이를 왕복 이동하면서 원료 전구체와 반응 전구체를 교대로 분사하는 동안, 기판(50)은 정지 상태를 유지할 수도 있다. 이 실시 예에서는 기판(50) 상의 특정 지역에 원하는 수만큼의 원자층을 증착한 후에 기판(50)을 이동시킨다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 원자층 증착 장치(400 및 500)의 배기판(155)은 샤워 헤드(220)의 왕복 이동에 맞추어 동일한 방향으로 왕복 이동할 수도 있다. 이를 위하여 배기판(155)은 샤워 헤드(220)의 왕복 이송 장치에 함께 체결되어 왕복 이동할 수도 있다. 또는 별도의 왕복 이송 장치에 체결될 수도 있다.
본 발명은 특정한 실시 예들을 참조하여 설명되었으나 본 발명은 이렇게 설명된 특정한 실시 예들에 의해서 제한받지 않으며 본 발명의 취지를 따르는 변형된 실시 예들에 대해서도 유효하게 적용된다.
본 발명의 실시 예들은 OLED 디스플레이와 조명, CIGS 태양전지, 염료 감응 전지, 식품 및 의약품 포장지, 휘어지는 유리 기판, 및 리튬 이온전지 등의 제조 과정에서 기판에 직접 원자층을 증착하기 위하여 사용될 수 있다. 또한, 수분 및 산소 등의 침투를 방지하기 위한 베리어 필름(barrier film) 상에 원자층을 증착하는 용도로 사용될 수도 있다.
50 기판
55 기판 지지대
100, 110, 300, 400 및 500 원자층 증착 장치
120 및 130 분사 유닛
121 및 125 퍼지 가스 분사구
122, 124, 126 및 128 배기구
123 원료 전구체 분사구
127 반응 전구체 분사구
130 기판 지지용 롤러
155 배기판
156 배기구
220 및 320 샤워 헤드

Claims (14)

  1. 제1 방향을 따라서 기판을 이송하도록 구성되는 기판 이송 장치;
    제1 물질을 상기 기판 상으로 분사하도록 구성되는 제1 물질 분사구, 상기 제1 물질과 반응하여 반응층을 형성하도록 구성되는 제2 물질을 상기 기판 상으로 분사하도록 구성되는 제2 물질 분사구, 퍼지 가스를 상기 기판 상으로 분사하도록 구성되는 퍼지 가스 분사구가 구비되는 분사 유닛을 적어도 하나 구비하는 샤워 헤드; 및
    상기 샤워 헤드를 제2 방향을 따라서 제1 위치 및 제2 위치 사이를 왕복 이동하도록 구성되는 샤워 헤드 이송 장치를 구비하며,
    상기 샤워 헤드는 왕복 이동하는 과정에서 상기 제1 물질이 분사되는 동안에는 상기 제2 물질을 분사하지 않으며, 상기 제2 물질이 분사되는 동안에는 상기 제1 물질을 분사하지 않도록 구성되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 샤워 헤드의 상기 분사 유닛에는 적어도 하나의 배기구가 구비되며, 상기 제1 및 제2 물질과 상기 퍼지 가스는 상기 적어도 하나의 배기구를 통하여 배기되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 기판을 사이에 두고 상기 샤워 헤드의 맞은 편에 배치되며, 상기 샤워 헤드로부터 분사되는 상기 제1 및 제2 물질과 상기 퍼지 가스를 배기하도록 구성되는 배기판을 구비하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 기판은 기체를 투과시키는 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 수직인 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 동일한 방향인 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 위치 및 상기 제2 위치 사이의 간격은 상기 적어도 하나의 분사 유닛의 배치 간격인 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 위치 및 상기 제2 위치 사이의 간격은 상기 적어도 하나의 분사 유닛의 상기 제1 물질 분사구와 상기 제2 물질 분사구 사이의 간격보다 큰 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 기판이 상기 제1 방향을 따라 이송하는 속도를 조절함으로써 상기 기판 상에 증착되는 원자층의 숫자를 조절하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 샤워 헤드가 상기 제2 방향을 따라 왕복 이동하는 속도를 조절함으로써 상기 기판 상에 증착되는 원자층의 숫자를 조절하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    제2 샤워 헤드를 더 구비하며, 상기 제2 샤워 헤드는 상기 샤워 헤드의 앞 또는 뒤의 적어도 한 곳에 배치되며, 상기 제2 샤워 헤드는 상기 제1 물질을 분사하기 위한 제1 물질 분사구를 구비하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 기판을 지지하도록 구성되는 롤러를 구비하며, 상기 샤워 헤드가 상기 롤러에 인접하여 배치되며, 상기 샤워 헤드의 분사구면이 상기 롤러의 원주 방향을 따라서 곡면 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제2 방향이 상기 롤러의 원주 방향이며 상기 샤워 헤드가 상기 원주 방향을 따라서 피벗 왕복 회전 운동하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 제2 방향이 상기 롤러의 회전 축과 평행이며 상기 샤워 헤드가 상기 회전 축과 평행한 방향을 따라서 왕복 이동하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
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