CN105849309A - 具有扫描型反应器的原子层沉积设备及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有扫描型反应器的原子层沉积设备，该设备包括用于原子层沉积处理的多个单元处理室，该单元处理室的上下部分能够彼此分离并彼此联接，多个单元处理室以堆叠的方式布置，使得每个单元处理室在原料前驱体所吸附的衬底的上方、在上处理室部分与下处理室部分之间移动，并使得反应物前驱体与原料前驱体发生反应。该设备通过抑制粒子产生从根本上消除了原料前驱体与反应物前驱体共存的面积，从而避免用于去除膜的任何不必要的附加工艺以便防止膜沉积在衬底外，延长了维护周期，提高了薄膜的质量和生产率。此外，诸如热处理、UV处理、等离子体处理等的附加功能能选择性地添加到扫描型反应器，由此能形成具有各种特性的原子层薄膜，例如，各种处理响应是可行的、能提供针对需求优化的膜、并且附加设施的减小降低了相关成本和维护成本。

Description

具有扫描型反应器的原子层沉积设备及其方法
技术领域
本发明涉及气相沉积反应器以及使用该气相沉积反应器的膜形成方法。更具体地，本发明涉及设置有扫描型反应器的原子层沉积设备以及原子层沉积方法，其中，为了原子层沉积的目的，用于原子层沉积处理的多个单元处理室以堆叠地形式布置，并且扫描型反应器设置在每个单元处理室中，其中，多个单元处理室各自设置有能够彼此分离和彼此联接的上处理室部分和下处理室部分，扫描型反应器用于使反应物前驱体与原料前驱体发生反应，同时在原料前驱体所吸附的衬底的上方移动。这使得可以从根本上消除原料前驱体和反应物前驱体的共存的面积，从而使得避免用于移除可沉积在衬底的外部的膜的任何不必要的附加工艺，延长维护周期，抑制粒子的产生，提高膜的质量和生产率，并提供优化的原子层膜。
背景技术
一般而言，作为在衬底(诸如半导体衬底或玻璃)上沉积预定厚度的膜的方法的示例，使用物理碰撞的物理气相沉积(PVD)方法(诸如，溅射法等)和使用化学反应的化学气相沉积(CVD)方法是可用的。
近年来，随着半导体器件的设计规则变得极其精细，要求具有精细图案的膜并且膜形成区域中的步差异显著增加。这导致频繁使用能够均匀地形成原子层厚度的精细图案以及阶梯覆盖更优良的原子层沉积(ALD)方法。
原子层沉积方法类似于典型化学气相沉积方法(其中，原子层沉积方法利用气体分子之间的化学反应)。然而，不同于多种气体分子被同时引入至处理室并且反应产物沉积在衬底上的典型化学气相沉积方法，原子层沉积方法构造为将含有一种源材料的气体引入至处理室中并且使源材料吸附到加热的衬底上。然后，含有另一种源材料的气体被引入至处理室中。因此，通过源材料之间的化学反应所产生的反应产物被沉积在衬底上。
在此期间，上述原子层沉积方法可以用于用薄膜包封AMOLED显示器或者形成柔性衬底的阻挡膜、阳光缓冲层、用于半导体的高介电常数(hign-k)材料、具有铝(Al)布线或铜(Cu)布线等的防扩散膜(TiN膜、TaN膜)等。
上述原子层沉积方法使用迄今在等离子体增强化学气相沉积方法(PECVD)中使用的单晶片型装置、间歇式装置或者具有扫描型小型反应器的构造为在衬底的上方移动的装置来执行处理。
在单晶片型装置中，在单衬底被装载之后执行处理。单晶片型装置包括用于装载、卸载和加热衬底的移动基座)、用于供给处理气体的扩散器(主要是淋浴头型扩散器)和排气部分。然而，在单晶片型装置中，处理室需要形成得非常厚，以防止在真空产生期间处理室和其周缘部在大气压的作用下发生变形。此外，有必要安装用于分离衬底装载/卸载区域与衬底处理区域的闸阀。因此，当制造用于大面积衬底的装置时，该装置的内部容积大大增加。这导致以下问题：原料前驱体和反应物前驱体的消耗量急剧增大，由于该增大，吸附、清洗、反应和清洗所需要的时间增加，并且生产率显著降低。
接着，将间歇式装置是这样的装置：为了解决常规原子层沉积装置中固有的体积大、原料前体和反应物前驱体的消耗量增大以及维修成本增加和生产率低的问题，同时处理多个衬底。间歇式装置已经被应用到太阳能电池的制造过程。然而，间歇式装置遇到以下问题：膜同时形成在衬底的上表面和其背表面，形成在多个衬底上的膜的均匀性和重复性差，并且当被污染时整个室需要被分离和清洁。
接着，具有扫描型小型反应器的装置是这样的装置：具有与衬底的一侧的长度相对应的长度的多个小型反应器布置在真空室中，并且膜通过使衬底或小型反应器往复运动而形成。具有扫描型小型反应器的装置已经被应用到显示器膜包封过程。然而，在具有扫描型小型反应器的装置中，难以充分控制衬底和小型反应器上的气流并且难以分别供给原料前驱体和反应物前驱体。这带来了问题，因为会产生粒子。
发明内容
技术问题
因此，本发明提供了设置有扫描型反应器的原子层沉积设备以及使用该原子层沉积设备的原子层沉积方法，其中，用于原子层沉积处理的多个单元处理室以堆叠地形式布置，并且扫描型反应器设置在每个单元处理室中，其中，多个单元处理室各自设置有能够彼此分离和彼此联接的上处理室部分和下处理室部分，扫描型反应器用于使反应物前驱体(reactionprecursor)与原料前驱体(raw material precursor)发生反应，同时在原料前驱体所吸附的衬底的上方移动。这使得可以从根本上消除原料前驱体和反应物前驱体的共存的面积，从而使得避免用于移除可沉积在衬底的外部的膜的任何不必要的附加工艺，延长维护周期，抑制粒子的产生，提高膜的质量和生产率，并提供优化的原子层膜。
解决问题的技术手段
根据本发明的方面，提供了一种原子层沉积设备，所述原子层沉积设备包括处理室、扫描型反应器和真空室。处理室包括彼此分离或彼此联接的上处理室部分和下处理室部分。扫描型反应器构造为在所述处理室的外部的预定位置处等待，并且构造为当所述上处理室部分和所述下处理室部分彼此分离时向安装在所述上处理室部分或所述下处理室部分上的衬底喷射反应物前驱体，同时在所述下处理室部分的所述衬底的上方预定的高度处水平移动。真空室构造成支撑所述处理室并且构造成维持所述处理室所在的空间处于真空状态。
根据本发明的另一方面，提供了一种原子层沉积设备，所述原子层沉积设备包括处理室、扫描型反应器和真空室。两个或更多个处理室各自包括彼此分离或彼此联接的上处理室部分和下处理室部分。扫描型反应器各自被构造为在所述处理室的每一者的外部的预定位置处等待，并且构造为当所述上处理室部分和所述下处理室部分彼此分离时向安装在所述上处理室部分或所述下处理室部分上的衬底喷射反应物前驱体，同时在所述下处理室部分的所述衬底的上方预定的高度处水平移动。真空室构造成以垂直堆叠的形式支撑所述处理室并且构造成维持堆叠所述处理室的空间处于真空状态。
在原子层沉积设备中，所述扫描型反应器的每一者包括供气部和排气部。所述供气部形成在所述扫描型反应器的每一者的上表面或下表面的中心部或侧部并构造成喷射所述反应物前驱体。所述排气部与所述供气部隔开并且构造成排出未与存在于所述衬底上的原料前驱体发生反应的喷射反应物前驱体、反应副产物或清洗气体。
在原子层沉积设备中，所述扫描型反应器的每一者还包括清洗气体供给部，所述清洗气体供给部形成在所述扫描型反应器的每一者的所述上表面或所述下表面的相对侧部或周缘部并且构造成供应所述清洗气体。
在原子层沉积设备中，所述扫描型反应器的每一者构造成当所述反应物前驱体向所述衬底喷射时使得所述清洗气体供给部喷射所述清洗气体，以在所述扫描型反应器的每一者与所述衬底之间形成气体屏障。
在原子层沉积设备中，所述清洗气体供给部在所述供气部和所述排气部的外侧形成在所述扫描型反应器的每一者中。
在原子层沉积设备中，所述扫描型反应器的每一者还包括电极，所述电极设置在所述扫描型反应器的每一者的上部或下部并且构造成产生等离子体。
在原子层沉积设备中，所述扫描型反应器的每一者构造成当所述反应物前驱体向所述衬底喷射时，向所述电极供给电力，以在所述扫描型反应器的每一者的上方或下方产生等离子体。
在原子层沉积设备中，所述扫描型反应器以一对一的关系设置在所述处理室中并且通过使所述扫描型反应器互连的连接构件单独地或同时地驱动。
在原子层沉积设备中，所述扫描型反应器被移动所述连接构件的反应器移动单元移动。
在原子层沉积设备中，所述反应器移动单元由所述真空室支撑。
在原子层沉积设备中，所述扫描型反应器由所述真空室支撑。
在原子层沉积设备中，所述扫描型反应器的每一者包括构造为对所述衬底或形成在所述衬底上的膜进行清洁或表面改性的热处理单元或紫外线处理单元。
根据本发明的另一方面，提供了一种原子层沉积设备，所述原子层沉积设备包括处理室、扫描型反应器和真空室。处理室包括彼此分离或彼此联接的上处理室部分和下处理室部分。扫描型反应器构造为在所述处理室的外部的预定位置处等待，并且构造为当所述上处理室部分和所述下处理室部分彼此分离时使得引入至所述处理室中的惰性反应物前驱体与衬底上的原料前驱体发生反应，同时在所述下处理室部分的所述衬底的上方预定的高度处水平移动。真空室构造成支撑所述处理室，构造成维持所述处理室所在的空间处于真空状态，并且构造成供给并排出所述惰性反应物前驱体。
根据本发明的另一方面，提供了一种原子层沉积设备，所述原子层沉积设备包括两个或更多个处理室、扫描型反应器和真空室。两个或更多个处理室，所述处理室各自包括彼此分离或彼此联接的上处理室部分和下处理室部分。扫描型反应器各自被构造为在所述处理室的每一者的外部的预定位置处等待，并且构造为当所述上处理室部分和所述下处理室部分彼此分离时使得引入至所述处理室的每一者中的惰性反应物前驱体与衬底上的原料前驱体发生反应，同时在所述下处理室部分的所述衬底的上方预定的高度处水平移动。真空室构造成以垂直堆叠的形式支撑所述处理室，构造成维持堆叠所述处理室的空间处于真空状态，并且构造成供给并排出所述惰性反应物前驱体。
在原子层沉积设备中，所述扫描型反应器的每一者构造成通过在安装于所述上处理室部分或所述下处理室部分上的所述衬底上产生等离子体仅选择性地激活存在于所述衬底上的所述惰性反应物前驱体，并且构造为使得所述激活的惰性反应物前驱体与所述原料前驱体发生反应。
在原子层沉积设备中，所述扫描型反应器的每一者构造成通过向安装于所述上处理室部分或所述下处理室部分上的所述衬底照射紫外线或红外线仅选择性地激活存在于所述衬底上的所述惰性反应物前驱体，并且构造为使得所述激活的惰性反应物前驱体与所述原料前驱体发生反应。
在原子层沉积设备中，所述扫描型反应器的每一者还包括电极，所述电极设置在所述扫描型反应器的每一者的上部或下部并且构造成产生等离子体。
在原子层沉积设备中，所述扫描型反应器的每一者构造成当所述扫描型反应器的每一者向所述衬底移动时，向所述电极供给电力，以在所述扫描型反应器的每一者的上方或下方产生等离子体。
在原子层沉积设备中，所述扫描型反应器的每一者包括紫外线照射设备或红外线照射设备，所述紫外线照射设备和红外线照射设备装入所述扫描型反应器的每一者的上部或下部并且被构造为照射所述紫外线或所述红外线。
在原子层沉积设备中，所述扫描型反应器的每一者构造为当所述扫描型反应器的每一者向所述衬底移动时，驱动所述紫外线照射设备或所述红外线照射设备，以在所述扫描型反应器的每一者的上方或下方照射所述紫外线或所述红外线。
在原子层沉积设备中，所述惰性反应物前驱体是被等离子体、紫外线或红外线激活时与所述原料前驱体发生反应的物质。
在原子层沉积设备中，所述惰性反应物前驱体在预定压力下被填充到所述真空室中。
在原子层沉积设备中，当所述上处理室部分与所述下处理室部分在所述原料前驱体被吸附到所述衬底上之后彼此分离时，所述惰性反应物前驱体扩散并且从所述真空室被引入至彼此分离的所述上处理室部分与所述下处理室部分之间的空间中。
在原子层沉积设备中，当所述上处理室部分和所述下处理室部分在所述衬底被装载到所述处理室的每一者中之后彼此联接时，所述惰性反应物前驱体被填充到所述真空室中。
根据本发明的另一方面，提供了一种在原子层沉积设备中执行的原子层沉积方法，在所述原子层沉积设备中，处理室位于真空室内。在该方法中，将衬底和掩膜装载到所述处理室中之后，联接所述处理室的上处理室部分和下处理室部分，以形成密闭反应空间。接着，通过在所述密闭反应空间内执行原子层沉积处理，使原料前驱体被吸附到所述衬底上。接着，在所述原料前驱体吸附到所述衬底上之后，使用扫描型反应器向所述衬底喷射反应物前驱体。使向所述衬底喷射的所述反应物前驱体与所述原料前驱体发生反应。
根据本发明的另一方面，提供了一种在堆叠型原子层沉积设备中执行的原子层沉积方法，在所述堆叠型原子层沉积设备中，两个或更多个处理室被堆叠在真空室内。在该方法中，在衬底和掩膜装载到所述处理室的每一者中之后，联接所述处理室的每一者的上处理室部分和下处理室部分，以形成密闭反应空间。接着，通过在所述密闭反应空间中执行原子层沉积处理，使原料前驱体吸附在所述衬底上。在所述原料前驱体吸附在所述衬底上之后，使用扫描型反应器向所述衬底喷射反应物前驱体。使向所述衬底喷射的所述反应物前驱体与所述原料前驱体发生反应。
在原子层沉积方法中，在喷射所述反应物前驱体的步骤中，在所述原料前驱体被吸附到所述衬底上之后，使所述上处理室部分与所述下处理室部分彼此分离。向所述衬底喷射所述反应物前驱体，同时使所述扫描型反应器在所述上处理室部分与所述下处理室部分之间的空间中移动。
在原子层沉积方法中，在喷射所述反应物前驱体的步骤中，所述反应物前驱体向安装于所述上处理室部分或所述下处理室部分上的所述衬底喷射，同时在所述下处理室部分的所述衬底的上方预定的高度处水平移动所述扫描型反应器。
在原子层沉积方法中，在喷射所述反应物前驱体的步骤中，当所述反应物前驱体通过所述扫描型反应器向所述衬底喷射时，清洗气体从所述扫描型反应器的上表面或下表面的相对侧部或周缘部喷射，以在所述扫描型反应器与所述衬底之间形成气体屏障。
在原子层沉积方法中，在喷射所述反应物前驱体的步骤中，当所述反应物前驱体通过所述扫描型反应器向所述衬底喷射时，在所述扫描型反应器的上方或下方产生等离子体。
在原子层沉积方法中，在喷射所述反应物前驱体的步骤中，当所述反应物前驱体通过所述扫描型反应器向所述衬底喷射时，存在于所述扫描型反应器与所述衬底之间的未反应的反应物前驱体、反应副产物或清洗气体通过形成在所述扫描型反应器的上表面或下表面的相对侧部或周缘部的排气部排出。
在原子层沉积方法中，所述扫描型反应器由所述真空室支撑并且被构造为在所述处理室的每一者的外部的预定位置处等待。
在原子层沉积方法中，所述扫描型反应器包括设置在所述处理室的每一者中并且通过使所述扫描型反应器互连的连接构件单独地或同时地驱动的一个或多个扫描型反应器。
根据本发明的另一方面，提供了一种原子层沉积方法，在所述原子层沉积设备中，处理室位于真空室内。在该方法中，将衬底和掩膜装载到所述处理室中之后，联接所述处理室的上处理室部分和下处理室部分，以形成密闭反应空间。通过在所述密闭反应空间内执行原子层沉积处理，使原料前驱体被吸附到所述衬底上。在所述原料前驱体吸附到所述衬底上之后，使用扫描型反应器使引入至所述处理室的惰性反应物前驱体与所述衬底上的所述原料前驱体发生反应。
根据本发明的另一方面，提供了一种原子层沉积方法，在所述堆叠型原子层沉积设备中，两个或更多个处理室被堆叠在真空室内。在该方法中，在衬底和掩膜装载到所述处理室的每一者中之后，联接所述处理室的每一者的上处理室部分和下处理室部分，以形成密闭反应空间。通过在所述密闭反应空间中执行原子层沉积处理，使原料前驱体吸附在所述衬底上。在所述原料前驱体吸附在所述衬底上之后，使用扫描型反应器使引入至所述处理室的每一者中的惰性反应物前驱体与所述衬底上的原料前驱体发生反应。
在原子层沉积方法中，在使引入至所述处理室的每一者的所述惰性反应物前驱体与所述原料前驱体发生反应的步骤中，在所述原料前驱体被吸附到所述衬底上之后，使所述上处理室部分与所述下处理室部分彼此分离。所述扫描型反应器在所述上处理室部分或所述下处理室部分的所述衬底的上方移动。通过使用由所述扫描型反应器产生的等离子体、紫外线或红外线激活所述惰性反应物前驱体，来使所述惰性反应物前驱体与所述衬底上的所述原料前驱体发生反应。
在原子层沉积方法中，在使所述惰性反应物前驱体与所述原料前驱体发生反应的步骤中，使用等离子体、紫外线或红外线仅选择性地激活引入至所述处理室的每一者中并且存在于所述衬底上的所述惰性反应物前驱体，并且仅使所述惰性反应物前驱体与所述原料前驱体反应。
在原子层沉积方法中，在使所述惰性反应物前驱体与所述原料前驱体发生反应的步骤中，当所述扫描型反应器向所述衬底移动时，通过所述扫描型反应器在所述衬底的上方产生所述等离子体，以激活所述惰性反应物前驱体。
在原子层沉积方法中，在使所述惰性反应物前驱体与所述原料前驱体发生反应的步骤中，当所述扫描型反应器向所述衬底移动时，通过所述扫描型反应器向所述衬底照射所述紫外线或所述红外线，以激活所述惰性反应物前驱体。
在原子层沉积方法中，所述惰性反应物前驱体是当被等离子体、紫外线或红外线激活时与所述原料前驱体发生反应的物质。
在原子层沉积方法中，在所述原料前驱体被吸附到所述衬底上之后，当所述上处理室部分和所述下处理室部分彼此分离时，所述惰性反应物前驱体扩散并且从所述真空室被引入至彼此分离的所述上处理室部分与所述下处理室部分之间的空间中。
在原子层沉积方法中，在所述衬底被装载到所述处理室的每一者中之后，当所述上处理室部分与所述下处理室部分彼此分离时，所述惰性反应前驱体填充到所述真空室中。
在原子层沉积方法中，所述扫描型反应器由所述真空室支撑并且构造成在所述处理室的每一者的外部的预定位置处等待。
发明的效果
根据本发明，为了原子层沉积的目的，用于原子层沉积处理的多个单元处理室以堆叠地形式布置，并且扫描型反应器设置在每个单元处理室中，其中，多个单元处理室各自设置有能够彼此分离和彼此联接的上处理室部分和下处理室部分，扫描型反应器用于使反应物前驱体与原料前驱体发生反应，同时在原料前驱体所吸附的衬底的上方移动。这使得可以从根本上消除原料前驱体和反应物前驱体的共存的面积，从而使得避免用于移除可沉积在衬底的外部的膜的任何不必要的附加工艺，延长维护周期，抑制粒子的产生，并且最终提高膜的质量和生产率。
此外，诸如热处理、等离子体处理等的附加功能也可以选择性地加入到扫描型反应器中，从而使得形成具有各种特性的原子层膜。这使得有可以根据需要形成具有各种特性的原子层膜，并提供优化膜。这也使得有可以减少附加设施，从而节省杂费和维护成本。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的原子层沉积设备的三维立体图。
图2A和图2B是根据本发明的实施例的处理室的详细剖面结构图。
图3A至图3C是根据本发明的实施例的处理室的剖面结构的、示出使用扫描型反应器的原子层沉积处理的示意性构造图。
图4是示出根据本发明的实施例的由连接构件一起驱动的多个扫描型的反应器的示意性构造图。
图5A和图5B是根据本发明的实施例的扫描型反应器和处理室的剖面结构的示意性构造图，其中，处理气体从扫描型反应器喷射。
图5C至图5E是根据本发明的实施例的扫描型反应器和处理室的剖面结构的示意性构造图，其中，可以执行等离子体处理。
图5F和图5G是根据本发明的实施例的扫描型反应器和处理室的剖面结构的示意性构造图，其中，处理气体和清洗气体同时从扫描型反应器的下部喷射。
图5H和图5I是根据本发明的实施例的扫描型反应器和处理室的剖面结构的示意性构造图，其中，处理气体和清洗气体同时从扫描型反应器的下部喷射并且可以执行等离子体处理。
图5J是根据本发明的实施例的扫描型反应器和处理室的剖面结构的示意性构造图，其中，可以对衬底执行热处理工艺。
图6A到图6C是根据本发明的另一个实施例的处理室的剖面结构的、示出使用扫描型反应器的原子层沉积处理的示意性构造图。
图7A和图7B是根据本发明的另一个实施例的扫描型反应器和处理室的剖面结构的示意性构造图，其中，在扫描型反应器中执行使用等离子体的原子层膜处理工艺。
图7C和图7D是根据本发明的另一个实施例的扫描型反应器和处理室的剖面结构的示意性构造图，其中，在扫描型反应器中执行使用紫外线或红外线的原子层膜形成工艺。
具体实施方式
现在将参照附图详细描述本发明的操作原理。
在下文中描述本发明时，如果确定对公知功能或构造的详细描述可能不必要地使本发明的精神令人费解，则将省略对公知的功能或构造的详细描述。后面待描述的术语基于在本发明中所行使的功能来定义，并且可以根据用户或操作者的意图、惯例等而变化。因此，术语的定义应当基于本说明书的整体内容来进行。
图1是根据本发明的实施例的原子层沉积设备的三维立体图。原子层沉积设备1000可以包括多个处理室1200和容纳处理室1200的真空室1100。
在下文中，将参照图1详细描述根据本发明的实施例的原子层沉积设备1000的结构。
首先，将处理室1200是能够对衬底执行原子层沉积处理的室。每个处理室1200构造有独立的空间。处理室1200容纳在真空室1100内同时沿垂直方向堆叠。每个处理室1200可包括上处理室部分1210和下处理室部分1220，其中，当上处理室部分1210装载到真空室1100内时，上处理室部分的位置被固定；下处理室部分1220由设置在真空室1100中的移动单元上下移动，并与上处理室部分1210联接或分离。
在处理室1200中，通过使用下处理室部分1220与上处理室部分1210联接或分离的构造，仅固定能够执行最佳原子层沉积处理的空间。因此，处理室1200可以被设计成使原子层沉积设备的体积最小。
此外，处理室1200可以通过与转入真空室1100的上部或侧表面的引导部1204合作，而被装载到真空室1100中或者从真空室1100中卸下来。当每个处理室1200被装载到真空室1100内的基准位置处时，可以通过调节引导部1204来固定每个处理室。
接着，真空室1100可以包括多级支撑部1202和引导部1204，其能够使处理室在真空室1100内沿上下方向堆叠。真空室1100保持真空状态，使得在每个处理室1200内执行原子层沉积处理。
也就是说，真空室1100支撑处理室1200，该处理室堆叠并布置在真空室1100内并且构造成分离或联接的，以执行原子层沉积处理。真空室1100使衬底进入或离开每个处理室。真空室1100可以使施加给处理室1200的外力的影响最小，其中，外力是由于周围空气或环境与处理室1200具有压力差而产生的。
因此，在使用以下构造的情况下：用于独立执行原子层沉积处理的处理室1200沿上下方向堆叠在真空室1100内(如图1所示)，膜同时形成在处理室1200内的多个衬底上。这使得本发明的原子层沉积设备1000享有的生产率是常规单衬底型沉积设备的生产率的若干倍。
图2A和2B示出了根据本发明的实施例的处理室的详细剖视结构。
首先，图2A示出了下处理室部分1220向下移动至打开处理室1200以将衬底1010和掩膜1020装载到处理室1200内。
参照图2A，下处理室部分1220在上下方向上由移动单元1110向下移动，远离上处理室部分，使得处理室1200打开。在这种状态下，衬底1010和掩膜1020被顺序装载到设置在处理室1200内的衬底支撑部1015和掩膜支撑部1017上。此时，上处理室部分1210被固定到真空室1100并且由真空室1100支撑。设置在真空室1100中的移动单元1110使下处理室部分1220在上下方向上相对于真空室1100移动。
当衬底1010和掩膜1020分别装载到衬底支撑部1015和掩膜支撑部1017上(如上所述)之后，下处理室部分1220被移动单元1110向上移动。衬底1010和掩膜1020被顺序安装在下处理室部分1220上。然后，如图2B所示，下处理室部分1220最终联接到上处理室部分1210。
在该情况下，衬底1010和掩膜1020的装载可以在每个处理室1200内单独地执行，或者可以在存在于真空室1100中的处理室1200被打开的状态下同时执行。
接着，图2B示出衬底1010和掩膜1020被装载到处理室1200上并且下处理室部分1220向上移动并联接到上处理室部分1210以便执行处理的状态。
参照图2B，在衬底1010和掩膜1020装载到保持打开的处理室1200之后，下处理室部分1220被移动单元1110向上移动并被联接到上处理室部分1210。这使得可以在处理室1200中形成密闭反应空间。
在上处理室部分1210和下处理室部分1220以这种方式彼此联接以形成可以执行处理的密闭反应空间之后，所需的气体随着工艺进行被引导通过工艺供气部1212。因此，可以对衬底1010执行原子层沉积处理。
在上处理室部分1210和下处理室部分1220彼此联接(如上所述)的状态下，当对衬底1010完成原子层沉积处理之后，下处理室部分1220由移动单元1110向下移动，并与上处理室部分1210分离。在该状态下，经处理的衬底1010从处理室1200卸下来。
图3A至3C示出了根据本发明的实施例的处理室的剖面结构，其中，执行使用扫描型反应器的原子层沉积处理。
在下文中，将参照图3A至3C描述使用扫描型反应器1600的原子层沉积处理的操作概念。
首先，如图3A所示，下处理室部分1220在垂直方向上被移动单元1110向下移动，远离上处理室部分1210，使得处理室1200被打开。在这种状态下，衬底1010和掩膜1020分别被顺序装载到装入处理室1200内的衬底支撑部1015和掩膜支撑部1017上。
如果衬底1010和掩膜1020以这种方式被正常装载(如图3B所示)，下处理室部分1220被移动单元1110向上移动并联接到上处理室部分1210。借助于这种联接，形成能够执行原子层沉积处理的密闭反应空间。然后，原子层沉积处理所需的处理气体被顺序引导通过供气部1212。这使得能够针对衬底1010执行原子层沉积处理。
此时，根据本发明的实施例，在使用扫描型反应器1600的原子层沉积处理中，在处理室1200的上处理室部分1210和下处理室部分1220彼此联接的状态下只执行允许原料前驱体被吸附的步骤。当原料前驱体被吸附的步骤完成之后，上处理室部分1210和下处理室部分1220彼此分离。然后，使用扫描型反应器1600执行反应物前驱体反应步骤。
如图3B所示，作为允许原料前驱体在反应空间内被吸附的方法的示例，气体通过设置在上处理室部分1210的顶表面的外周中的供气部1212供给，由此向衬底1010喷射原料前驱体。如果原料前驱体充分地向衬底1010喷射，则从供气部1212供应清洗气体。因此，物理吸附层的物理连接到衬底1010的原料前驱体与衬底1010分离。这使得可以获得单分子层的原料前驱体。
在允许原料前驱体在处理室1200内被吸附的步骤中，已经描述了供气部1212设置在上处理室部分1210的侧面以从衬底1010的侧面水平喷射原料的示例。然而，这仅仅是一个示例。供气部1212可以以淋浴头或扩散器的形式设置在上处理室部分1210的中心部，使得沿垂直于衬底1010的方向喷射原料前驱体。
如图3C所示，在上处理室部分1210和下处理室部分1220彼此联接的状态下，当完成原料前驱体的吸附之后，上处理室部分1210和下处理室部分1220被再次分离。此后，通过向衬底1010喷射反应物前驱体，同时沿平行于衬底1010的方向单向移动或往复移动扫描型反应器1600，原子层膜形成在衬底1010上。
将更详细地描述使用上述扫描型反应器1600形成原子层膜的工艺。在上处理室部分1210和下处理室部分1220彼此联接的状态下，当完成原料前驱体吸附步骤和清洗步骤之后，下处理室部分1220由移动单元向下移动1110并与上处理室部分1210分离。然后，下处理室部分1220位于比定位在处理室1200的一侧的扫描型反应器1600较低的预定位置。此时，下处理室部分1220位置可以设在预定的最佳位置处，使得扫描型反应器1600可以喷射反应物前驱体，同时在下处理室部分1220的衬底1010的上方水平移动。
在下处理室部分1220向下移动到预定位置处的情况下(其中，扫描型反应器1600可以沿平行于下处理室部分1220的衬底1010的方向移动并且扫描型反应器1600可移动)，反应物前驱体通过形成在扫描型反应器1600的下部的供气部(未示出)向衬底喷射，同时沿平行于衬底1010的方向单向移动或往复移动扫描型反应器1600。从扫描型反应器1600喷射的反应物前驱体使得与吸附在衬底1010上的原料前提发生化学反应，由此形成原子层膜。
此时，上述扫描型反应器1600在每个处理室1200中可以被独立的驱动单元单独地驱动。或者，如图4所示，多个扫描型反应器1600可以通过连接部件1610(诸如连接杆之类)互连，并且可以被控制连接构件1610移动的共同的反应器移动单元1620同时驱动。在本发明的实施例中，已经描述了扫描型反应器在以下类型的原子层沉积设备中操作的示例：处理室被堆叠在真空室中。然而，使用扫描型反应器的原子层沉积处理可同样适用于真空室内存在一个处理室的情况。
将参照图5A至图5J更详细地描述使用上述扫描型反应器的原子层沉积处理。
图5A是根据本发明的实施例的扫描型反应器和处理室的剖面结构的示意性构造图，其中，含有反应物前驱体的处理气体从扫描型反应器喷射。
参照图5A，反应物前驱体通过形成在扫描型反应器1600的下表面的中心部的供气部1601沿垂直于衬底1010的方向供应。未与原料前驱体反应并且残留在衬底上的反应物前驱体通过排气部1602排出，其中，排气部形成在扫描型反应器1600的相对侧部或者扫描型反应器1600的下表面的周缘部。
此后，将对操作进行说明。在上处理室部分1210和下处理室部分1220彼此联接的状态下，当完成原料前驱体吸附步骤和清洗步骤之后，下处理室部分1220由移动单元1110向下移动，以与上处理室部分1210分离。然后，下处理室部分1220位于比定位在处理室1200的一侧的扫描型反应器1600较低的位置。此时，下处理室部分1220的位置可以设在预定的最佳位置处，使得扫描型反应器1600可以喷射反应物前驱体，同时在下处理室部分1220的衬底1010的上方水平移动。
当下处理室部分1220被向下移动到预定位置时(其中，扫描型反应器1600可以沿平行于下处理室部分1220的衬底1010的方向移动)，在预定位置处等待的扫描型反应器1600可以移动。然后，扫描型反应器1600喷射反应物前驱体，同时在下处理室部分1220的原料前驱体所吸附到的衬底1010的上方移动。
也就是说，反应物前驱体通过形成在扫描型反应器1600的下表面的中心部的供气部1601均匀地向衬底1010喷射，同时使扫描型反应器1600以预定的移动速度在原料前驱体所吸附的衬底1010的上方移动。从扫描型反应器1600喷射的反应物前驱体与吸附在衬底1010上的原料前驱体发生反应，从而形成原子层膜。
此时，扫描型反应器1600可以执行反应物前驱体的喷射，同时沿水平方向在下处理室部分1220的衬底1010的上方单侧移动或往复运动。此外，为了确保反应物前驱体的平稳反应并改善膜特性的目的，下处理室部分1220可以被赋予加热器功能，以便调节衬底1010的温度。这使得下处理室部分1220用作基座。
在使用扫描型反应器1600的原子层沉积中，当反应物前驱体通过扫描型反应器1600喷射时，原料前驱体和反应物前驱体在衬底1010上发生化学反应，由此形成原子层膜。未能与原料前驱体反应的反应物前驱体能够随着扫描型反应器1600的移动通过形成于扫描型反应器1600的下表面的相对侧部中的排气部1602排出。因此，可以在不必执行去除未与原料前驱体反应并残留在衬底1010上的反应物前驱体的额外清洗步骤的情况下去除反应物前驱体。
在图5A中所示的扫描型反应器1600的结构中，已经描述了衬底1010只被安装在下处理室部分1220并且反应物前驱体只向下处理室部分1220的衬底1010喷射的示例。然而，在采用能够将衬底1010安装到上处理室部分1210的结构的情况下，通过使用扫描型反应器1600可以同时在两个衬底1010上形成原子层膜。
在该情况下，如图5B所示，用于喷射反应物前驱体的供气部1601和排气部1602可以类似地形成在扫描型反应器1600的上部和下部中，使得原子层膜可以同时形成在上处理室部分1210的衬底1010上和下处理室部分1220的衬底1010上。
接着，图5C是根据本发明的实施例的扫描型反应器和处理室的剖面结构的示意性构造图，其中，可以执行等离子体处理。
参照图5C，反应物前驱体通过形成在扫描型反应器1600的下部的中心部的供气部1601沿垂直于衬底1010的方向供给。未能与原料前驱体反应并且残留在衬底1010上的反应物前驱体通过形成在扫描型反应器1600的下表面的相对侧部中的排气部1602排出。与图5A中所示的结构不同，在图5C中所示的结构中，用于产生等离子体的电极1604布置在扫描型反应器1600的下部，使得在使用扫描型反应器1600的原子层沉积处理中可以使用等离子体。
此后，将对操作进行说明。在上处理室部分1210和下处理室部分1220彼此联接的状态下，当完成原料前驱体吸附步骤和清洗步骤之后，下处理室部分1220由移动单元1110向下移动，以与上处理室部分1210分离。然后，下处理室部分1220位于比定位在处理室1200的一侧的扫描型反应器1600较低的位置。
当下处理室部分1220被向下移动到预定位置时(其中，扫描型反应器1600可以沿平行于下处理室部分1220的衬底1010的方向移动)，在预定位置处等待的扫描型反应器1600可以移动。然后，扫描型反应器1600喷射反应物前驱体，同时在下处理室部分1220的原料前驱体所吸附到的衬底1010的上方移动。
也就是说，反应物前驱体通过形成在扫描型反应器1600的下表面的中心部的供气部1601均匀地向衬底1010喷射，同时以预定的移动速度在原料前驱体所吸附的衬底1010的上方移动扫描型反应器1600。从扫描型反应器1600喷射的反应物前驱体与吸附在衬底1010上的原料前驱体发生反应，从而形成原子层膜。
当扫描型反应器1600喷射反应物前驱体时，电力被供给到设置在扫描型反应器1600的下部的等离子体发生电极1604，以在衬底1010上生成等离子体1615。如果反应物前驱体被等离子体1615激活，则反应物前驱体与原料前驱体发生化学反应，从而形成原子层膜。
在图5C中所示的扫描型反应器1600的结构中，已经描述了衬底1010只被安装在下处理室部分1220并且反应物前驱体只向下处理室部分1220的衬底1010喷射的示例。然而，在采用能够将衬底1010安装到上处理室部分1210的结构的情况下，通过使用扫描型反应器1600可以同时在两个衬底1010上形成原子层膜。
在该情况下，如图5D所示，用于喷射反应物前驱体的供气部1601和排气部1602可以类似地形成在扫描型反应器1600的上部和下部中，使得原子层膜可以通过使用等离子体1615同时形成在上处理室部分1210的衬底1010上和下处理室部分1220的衬底1010上。
在使用图5C中所示的等离子体1615的扫描型反应器1600中，已经描述了以下结构：供气部1601形成在中心部，并且排气部1602形成在相对侧部，使得反应物前驱体从扫描型反应器1600喷射并通过相对侧部排出。然而，供气部1601和排气部1602可以以相互对称的关系形成在扫描型反应器1600的相对侧部。
在该情况下，如图5E所示，反应物前驱体从形成在扫描型反应器1600的下表面的一个侧部的供气部1601喷射。未能与原料前驱体反应并且残留在衬底1010上的反应物前驱体通过形成在扫描型反应器1600的下表面的其它侧部的排气部1602排出。
接着，图5F是根据本发明的实施例的扫描型反应器和处理室的剖面结构的示意性构造图，其中，处理气体和清洗气体同时从扫描型反应器的下部喷射。
参照图5F，反应物前驱体通过形成在扫描型反应器1600的中心部的供气部1601沿垂直于衬底的方向供应。未能与原料前驱体反应并且残留在衬底1010上的反应物前驱体通过形成在扫描型反应器1600的下表面的相对侧部的排气部1602排出。与图5A中所示的结构不同，在图5F中所示的结构中，清洗气体供给部1603在排气部1602的外侧附加地形成在扫描型反应器1600的下表面的相对侧部和周缘部。当喷射反应物前驱体时，清洗气体也被喷射，以形成具有空气幕效应的气体屏障。
此后，将对操作进行说明。在上处理室部分1210和下处理室部分1220彼此联接的状态下，当完成原料前驱体吸附步骤和清洗步骤之后，下处理室部分1220由移动单元1110向下移动，以与上处理室部分1210分离。然后，下处理室部分1220位于比定位在处理室1200的一侧的扫描型反应器1600较低的位置。
当下处理室部分1220被向下移动到预定位置时(其中，扫描型反应器1600可以沿平行于下处理室部分1220的衬底1010的方向移动)，在预定位置处等待的扫描型反应器1600可以移动。然后，扫描型反应器1600喷射反应物前驱体，同时在下处理室部分1220的原料前驱体所吸附到的衬底1010的上方移动。
也就是说，反应物前驱体通过形成在扫描型反应器1600的下表面的中心部的供气部1601均匀地向衬底1010喷射，同时以预定的移动速度在原料前驱体所吸附的衬底1010的上方移动扫描型反应器1600。从扫描型反应器1600喷射的反应物前驱体与吸附在衬底1010上的原料前驱体发生反应，从而形成原子层膜。
在图5F中所示的结构中，当反应物前驱体由扫描型反应器1600喷射时，清洗气体也通过清洗气体供给部1603喷射，其中，清洗气体供给部形成在位于供气部1602的外侧的扫描型反应器1600的下部。
通过以这种方式喷射清洗气体，未与原料前驱体反应并且残留在下处理室部分1220的衬底1010上的反应物前驱体与衬底1010分离并且通过排气部1602排出。此外，沿垂直于衬底1010的方向从清洗气体供给部1602喷射的清洗气体用作空气幕。因此，从供气部1601向衬底1010喷射并且向扫描型反应器1600与衬底1010之间的空间漏出的反应物前驱体被清洗气体阻挡并且防止泄漏到处理室1200的外部。
在图5F中所示的扫描型反应器1600的结构中，已经描述了衬底1010只被安装在下处理室部分1220并且反应物前驱体只向下处理室部分1220的衬底1010喷射的示例。然而，在采用能够将衬底1010安装到上处理室部分1210的结构的情况下，通过使用扫描型反应器1600可以同时在两个衬底1010上形成原子层膜。
在该情况下，如图5G所示，用于喷射反应物前驱体的供气部1601、用于排出反应物前驱体的排气部1602以及用于喷射清洗气体的清洗气体供给部1603可以类似地形成在扫描型反应器1600的上部和下部中，使得原子层膜可以同时形成在上处理室部分1210的衬底1010上和下处理室部分1220的衬底1010上。
接着，图5H是根据本发明的实施例的扫描型反应器和处理室的剖面结构的示意性构造图，其中，处理气体和清洗气体同时从扫描型反应器的下部喷射并且可以执行等离子体处理。
参照图5H，反应物前驱体通过形成在扫描型反应器1600的中心部的供气部1601沿垂直于衬底1010的方向供给。未能与原料前驱体反应并且残留在衬底1010上的反应物前驱体通过形成在扫描型反应器1600的下表面的相对侧部中的排气部1602排出。在图5H中所示的结构中，用于产生等离子体1615的电极1604布置在扫描型反应器1600的下部，使得在使用扫描型反应器1600的原子层沉积处理中可以使用等离子体1615。此外，清洗气体供给部1603在排气部1602的外侧附加地形成在扫描型反应器1600的下表面的相对侧部。当喷射反应物前驱体时，清洗气体也被喷射以形成空气幕。
此后，将对操作进行说明。在上处理室部分1210和下处理室部分1220彼此联接的状态下，当完成原料前驱体吸附步骤和清洗步骤之后，下处理室部分1220由移动单元1110向下移动，以与上处理室部分1210分离。然后，下处理室部分1220位于比定位在处理室1200的一侧的扫描型反应器1600较低的位置。
当下处理室部分1220被向下移动到预定位置时(其中，扫描型反应器1600可以沿平行于下处理室部分1220的衬底1010的方向移动)，在预定位置处等待的扫描型反应器1600可以移动。然后，扫描型反应器1600喷射反应物前驱体，同时在下处理室部分1220的原料前驱体所吸附到的衬底1010的上方移动。
也就是说，反应物前驱体通过形成在扫描型反应器1600的下表面的中心部的供气部1601均匀地向衬底1010喷射，同时以预定的移动速度在原料前驱体所吸附的衬底1010的上方移动扫描型反应器1600。从扫描型反应器1600喷射的反应物前驱体与吸附在衬底1010上的原料前驱体发生反应，从而形成原子层膜。
在图5H所示的结构中，当扫描型反应器1600喷射反应物前驱体时，电力被供给到设置在扫描型反应器1600的下部的等离子体发生电极1604，以在衬底1010上生成等离子体1615。原子层膜通过使用等离子体1615通过原料前驱体与反应物前驱体之间的化学反应形成。
此外，在图5H中所示的结构中，当反应物前驱体由扫描型反应器1600喷射时，清洗气体也通过清洗气体供给部1603喷射，其中，清洗气体供给部形成在位于供气部1602的外侧的扫描型反应器1600的下部。
通过以这种方式喷射清洗气体，未与原料前驱体反应并且残留在下处理室部分1220的衬底1010上的反应物前驱体与衬底1010分离并且通过排气部1602排出。此外，沿垂直于衬底1010的方向从清洗气体供给部1602喷射的清洗气体用作空气幕。因此，从供气部1601向衬底1010喷射并且向扫描型反应器1600与衬底1010之间的空间漏出的反应物前驱体被清洗气体阻挡并且防止泄漏到处理室1200的外部。
在图5H中所示的扫描型反应器1600的结构中，已经描述了衬底1010只被安装在下处理室部分1220并且反应物前驱体只向下处理室部分1220的衬底1010喷射的示例。然而，在采用能够将衬底1010安装到上处理室部分1210的结构的情况下，通过使用扫描型反应器1600可以同时在两个衬底1010上形成原子层膜。
在该情况下，如图5I所示，用于喷射反应物前驱体的供气部1601、用于排出反应物前驱体的排气部1602以及用于喷射清洗气体的清洗气体供给部1603可以类似地形成在扫描型反应器1600的上部和下部中，使得原子层膜可以同时形成在上处理室部分1210的衬底1010上和下处理室部分1220的衬底1010上。
接着，图5J是根据本发明的实施例的扫描型反应器和处理室的剖面结构的示意性构造图，其中，能够对衬底进行热处理。
图5J所示的扫描型反应器1600-1不是用于喷射反应物前驱体的反应器而是包括热处理单元1605的、用于在膜形成过程之前、期间或之后通过使用加热线或灯对衬底1010执行热处理或紫外线处理的反应器。扫描型反应器1600-1构造成对衬底1010执行清洁、对膜进行表面改性或者改变膜的物理性能。
此后，将对操作进行说明。下处理室部分1220由移动单元1110向下移动，以与上处理室部分1210分离。然后，下处理室部分1220位于比定位在处理室1200的一侧的扫描型反应器1600较低的位置。
当下处理室部分1220被向下移动到预定位置时(其中，扫描型反应器1600-1可以沿平行于下处理室部分1220的衬底1010的方向移动)，在预定位置处等待的扫描型反应器1600-1可以移动。然后，执行热处理或紫外线处理，同时使扫描型反应器1600在下处理室部分1220的衬底1010或沉积在衬底1010上的膜的上方移动。
在下文中，将描述用于热处理或紫外线处理的扫描型反应器1600-1的布置和过程循环。扫描型反应器1600-1可附加地靠近扫描型反应器1600设置。扫描型反应器1600-1可以与用于喷射反应物前驱体的扫描型反应器1600同时进行移动工作并同时进行处理，可以进行循环处理并与扫描型反应器1600同时进行移动工作，以及可以与扫描型反应器1600独立地进行移动工作并独立地进行处理。
图6A到6C是根据本发明的另一个实施例的处理室的剖面结构的、示出了使用扫描型反应器的原子层沉积处理的示意性构造图。
在下文中，将参照图6A至6C描述使用扫描型反应器2600的原子层沉积处理的操作概念。
首先，如图6A所示，下处理室部分1220在垂直方向上被移动单元1110向下移动，远离上处理室部分1210，并且处理室1200被打开。在这种状态下，衬底1010和掩膜1020分别被顺序装载到装入处理室1200内的衬底支撑部1015和掩膜支撑部1017上。
如果衬底1010和掩膜1020以这种方式被正常装载(如图6B所示)，下处理室部分1220被移动单元1110向上移动并联接到上处理室部分1210。借助于这种联接，形成能够执行原子层沉积处理的密闭反应空间。然后，原子层沉积处理所需的处理气体被顺序引导通过供气部1212。这使得能够针对衬底1010执行原子层沉积处理。
此时，根据本发明的实施例，在使用扫描型反应器2600的原子层沉积处理中，在处理室1200的上处理室部分1210和下处理室部分1220彼此联接的状态下只执行允许原料前驱体被吸附的步骤。当原料前驱体被吸附的步骤完成之后，如图6C所示，上处理室部分1210和下处理室部分1220彼此分离。然后，使用扫描型反应器2600执行允许反应物前驱体与吸附在衬底1010上的原料前驱体发生反应的步骤。
将详细描述使用前述的扫描型反应器2600形成原子层膜的过程。如图6B所示，在上处理室部分1210和下处理室部分1220彼此联接的状态下，当完成原料前驱体吸附步骤和清洗步骤之后，下处理室部分1220由移动单元向下移动1110以与上处理室部分1210分离。然后，下处理室部分1220位于比定位在处理室1200的一侧的扫描型反应器1600较低的预定位置。此时，下处理室部分1220位置可以设在预定的最佳位置处，使得扫描型反应器2600可以在下处理室部分1220的衬底1010的上方水平移动。
与图3B所示的实施例不同，在图6B所示的实施例中，处理室1200在预定的压力下填充有惰性反应物前驱体2620。在该状态下，在完成允许原料前驱体吸附在衬底1010上之后，当下处理室部分1220与上处理室部分1210分离时(如图6C所示)，惰性反应物前驱体2620填充到彼此分离的上处理室部分1210与下处理室部分1220之间的空间中。
在不使用外部特定能量(诸如等离子体或紫外线)的情况下，与吸附在衬底1010上的原料前驱体不发生反应的物质可以选择作为惰性反应物前驱体2620。在衬底1010和掩膜1020被装载到处理室1200中之后，当上处理室部分1210和下处理室部分1220彼此联接时，惰性反应物前驱体2620被填充到真空室1100中。
与图3A所示的、设置有用于喷射反应物前驱体和清洗气体的供气部的扫描型反应器1600不同，扫描型反应器2600可以设置有等离子体发生电极或紫外线照射设备(诸如紫外灯等)，这些装置能够为衬底1010提供能量(诸如等离子体或紫外线)，以便选择性地激发存在于处理室1200中的惰性反应物前驱体2620。
因此，如果下处理室部分1220与上处理室部分1210分离并且向下移动到预定位置处(在该预定位置处，位于处理室1200的一侧的扫描型反应器2600能够在下处理室部分1220的衬底1010的上方水平移动)，则扫描型反应器2600向衬底1010提供能量(诸如等离子体或紫外线)，同时在衬底1010的上方移动，从而仅选择性地激活存在于衬底1010上的惰性反应物前驱体2620。因此，惰性反应物前驱体2620与吸附在衬底1010上的原料前驱体发生化学反应以形成原子层膜。
此时，上述扫描型反应器2600可以在每个处理室1200中被独立的驱动单元单独地驱动。或者，如图4所示，多个扫描型反应器2600可以通过连接构件1610(诸如连接杆等)相互连接，并可以同时驱动。在本发明的实施例中，已经描述了扫描型反应器在处理室被堆叠在真空室内的类型的原子层堆积设备中操作的例子。然而，使用扫描型反应器的原子层沉积处理可同样适用于真空室内存在一个处理室的情况。
图7A是根据本发明的实施例的扫描型反应器和处理室的剖面结构的示意性构造图，其中，在扫描型反应器中执行使用等离子体的原子层膜形成工艺。
参照图7A，示出等离子体产生电极2610布置在扫描型反应器2600的下部的结构。
此后，将对操作进行说明。在上处理室部分1210和下处理室部分1220彼此联接的状态下，当完成原料前驱体吸附步骤和清洗步骤之后，下处理室部分1220由移动单元1110向下移动，以与上处理室部分1210分离。然后，下处理室部分1220位于比定位在处理室1200的一侧的扫描型反应器1600较低的位置。此时，下处理室部分1220的位置可以设在预定的最佳位置处，使得扫描型反应器2600可以喷射反应物前驱体，同时在下处理室部分1220的衬底1010上水平移动。
如上所述，当下处理室部分1220联接到上处理室部分1210时，惰性反应物前驱体2620被填充在真空室1100中，并且执行原料前驱体吸附步骤。在真空室1100中填充的惰性反应物前驱体2620也被填充在彼此分离的上处理室部分1210与下处理室部分1220之前的空间中。
当下处理室部分1220被向下移动到预定位置时(其中，扫描型反应器2600可以沿平行于下处理室部分1220的衬底1010的方向移动)，在预定位置处等待的扫描型反应器2600可以移动。然后，扫描型反应器2600在衬底1010上产生等离子体2615，同时在下处理室部分1220的衬底1010的上方移动。
也就是说，当扫描型反应器2600开始在衬底1010的上方移动时，电力供应给形成在扫描型反应器2600的下部的等离子体产生电极2610，从而在衬底1010上产生等离子体1615。因此，只有存在于衬底1010上的惰性反应物前驱体2620被等离子体2615选择性地激活。由此激活的惰性反应物前驱体2620与吸附在衬底1010上的原料前驱体发生化学反应，从而形成原子层膜。
在图7A中所示的扫描型反应器2600的结构中，已经描述了衬底1010只被安装在下处理室部分1220并且原子层膜只形成在下处理室部分1220的衬底1010上的示例。然而，在采用能够将衬底1010安装到上处理室部分1210的结构的情况下，通过使用扫描型反应器2600可以同时在两个衬底1010上形成原子层膜。
在该情况下，如图7B所示，用于产生离子体2615以激活反应物前驱体的等离子体产生电极2610可以类似地形成在扫描型反应器2600的上部和下部，使得原子层膜可以同时形成在上处理室部分1210的衬底1010上和下处理室部分1220的衬底1010上。
接着，图7C是根据本发明的实施例的扫描型反应器和处理室的剖面结构的示意性构造图，其中，在扫描型反应器中执行使用紫外线或红外线的原子层膜形成工艺。
参照图7C，示出用于在衬底1010上照射紫外线或红外线的紫外线/红外线照射设备2650被布置在扫描型反应器2600的下部。紫外线/红外线照射设备2650例如可以是紫外灯或红外灯。
此后，将对操作进行说明。在上处理室部分1210和下处理室部分1220彼此联接的状态下，当完成原料前驱体吸附步骤和清洗步骤之后，下处理室部分1220由移动单元1110向下移动，以与上处理室部分1210分离。然后，下处理室部分1220位于比定位在处理室1200的一侧的扫描型反应器1600较低的位置。此时，下处理室部分1220的位置可以设在预定的最佳位置处，使得扫描型反应器2600可以喷射反应物前驱体，同时在下处理室部分1220的衬底1010上水平移动。
如上所述，当下处理室部分1220联接到上处理室部分1210时，惰性反应物前驱体2620被填充在真空室1100中，并且执行原料前驱体吸附步骤。然后，在真空室1100中填充的惰性反应物前驱体2620也被填充在彼此分离的上处理室部分1210与下处理室部分1220之前的空间中。
当下处理室部分1220被向下移动到预定位置时(其中，扫描型反应器2600可以沿平行于下处理室部分1220的衬底1010的方向移动)，在预定位置处等待的扫描型反应器2600可以移动。然后，扫描型反应器2600在衬底1010上照射紫外线或红外线2652，同时在下处理室部分1220的衬底1010的上方移动。
也就是说，当扫描型反应器2600开始在衬底1010的上方移动时，设置在扫描型反应器2600的下部的紫外线/红外线照射设备2650在衬底1010上照射紫外线或红外线2652。因此，只有存在于衬底1010上的惰性反应物前驱体2620被紫外线或红外线2652选择性地激活。由此激活的惰性反应物前驱体2620与吸附在衬底1010上的原料前驱体发生化学反应，从而形成原子层膜。
在图7C中所示的扫描型反应器2600的结构中，已经描述了衬底1010只被安装在下处理室部分1220并且原子层膜只形成在下处理室部分1220的衬底1010上的示例。然而，在采用能够将衬底1010安装到上处理室部分1210的结构的情况下，通过使用扫描型反应器2600可以同时在两个衬底1010上形成原子层膜。
在该情况下，如图7D所示，用于照射紫外线或红外线2652以激活反应物前驱体的紫外线/红外线照射设备2650可以类似地形成在扫描型反应器2600的上部和下部，使得原子层膜可以同时形成在上处理室部分1210的衬底1010上和下处理室部分1220的衬底1010上。
如上所述，根据本发明，为了原子层沉积的目的，用于原子层沉积处理的、各自设置有彼此分离并彼此联接的上处理室部分和下处理室部分的多个单元处理室以堆叠的形式设置，并且用于使得反应物前驱体与原料前驱体发生反应同时在原料前驱体所吸附的衬底的上方移动的扫描型反应器设置在每个单元处理室中。这使得可以从根本上消除原料前驱体和反应物前驱体共存的区域，从而使得避免用于移除可沉积在衬底的外部的膜的任何不必要的附加工艺，延长维护周期，抑制粒子的产生，并且最终提高膜的质量和生产率。此外，诸如热处理、等离子体处理等的附加功能也可以选择性地加入到扫描型反应器中，从而使得形成具有各种特性的原子层膜。这使得有可以根据需要形成具有各种特性的原子层膜，并提供优化膜。这也使得有可以减少附加设施，从而节省杂费和维护成本。
尽管已经描述了本发明的示例性实施例，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出许多不同的修改。例如，尽管在本发明的实施例中描述原子层沉积设备的操作，但是本发明可同样适用于PECVD。
因此，本发明的范围不应由上述实施例限定而是由权利要求来确定。

Claims (44)

1.一种设置有扫描型反应器的原子层沉积设备，所述原子层沉积设备包括：
处理室，其包括彼此分离或彼此联接的上处理室部分和下处理室部分；
扫描型反应器，其构造为在所述处理室的外部的预定位置处等待，并且构造为当所述上处理室部分和所述下处理室部分彼此分离时，向安装在所述上处理室部分或所述下处理室部分上的衬底喷射反应物前驱体，同时在所述下处理室部分的所述衬底的上方预定的高度处水平移动；以及
真空室，其构造成支撑所述处理室并且构造成维持所述处理室所在的空间处于真空状态。
2.一种设置有扫描型反应器的原子层沉积设备，所述原子层沉积设备包括：
两个或更多个处理室，其各自包括彼此分离或彼此联接的上处理室部分和下处理室部分；
扫描型反应器，其各自被构造为在所述处理室的每一者的外部的预定位置处等待，并且构造为当所述上处理室部分和所述下处理室部分彼此分离时，向安装在所述上处理室部分或所述下处理室部分上的衬底喷射反应物前驱体，同时在所述下处理室部分的所述衬底的上方预定的高度处水平移动；以及
真空室，其构造成以垂直堆叠的形式支撑所述处理室并且构造成维持堆叠所述处理室的空间处于真空状态。
3.根据权利要求2所述的原子层沉积设备，其中，所述扫描型反应器的每一者包括供气部和排气部，其中，所述供气部形成在所述扫描型反应器的每一者的上表面或下表面的中心部或侧部并构造成喷射所述反应物前驱体，所述排气部与所述供气部隔开并且构造成排出未与存在于所述衬底上的原料前驱体发生反应的喷射反应物前驱体、反应副产物或清洗气体。
4.根据权利要求3所述的原子层沉积设备，其中，所述扫描型反应器的每一者还包括清洗气体供给部，所述清洗气体供给部形成在所述扫描型反应器的每一者的所述上表面或所述下表面的相对侧部或周缘部并且构造成喷射所述清洗气体。
5.根据权利要求4所述的原子层沉积设备，其中，所述扫描型反应器的每一者构造成当所述反应物前驱体向所述衬底喷射时，使得所述清洗气体供给部喷射所述清洗气体，以在所述扫描型反应器的每一者与所述衬底之间形成气体屏障。
6.根据权利要求4所述的原子层沉积设备，其中，所述清洗气体供给部在所述供气部和所述排气部的外侧形成在所述扫描型反应器的每一者中。
7.根据权利要求3所述的原子层沉积设备，其中，所述扫描型反应器的每一者还包括电极，所述电极设置在所述扫描型反应器的每一者的上部或下部并且构造成产生等离子体。
8.根据权利要求7所述的原子层沉积设备，其中，所述扫描型反应器的每一者构造成当所述反应物前驱体向所述衬底喷射时，向所述电极供给电力，以在所述扫描型反应器的每一者的上方或下方产生等离子体。
9.根据权利要求2所述的原子层沉积设备，其中，所述扫描型反应器以一对一的关系设置在所述处理室中并且通过使所述扫描型反应器互连的连接构件被单独地或同时地驱动。
10.根据权利要求9所述的原子层沉积设备，其中，所述扫描型反应器被移动所述连接构件的反应器移动单元移动。
11.根据权利要求10所述的原子层沉积设备，其中，所述反应器移动单元由所述真空室支撑。
12.根据权利要求2所述的原子层沉积设备，其中，所述扫描型反应器由所述真空室支撑。
13.根据权利要求2所述的原子层沉积设备，其中，所述扫描型反应器的每一者包括构造为对所述衬底或形成在所述衬底上的膜进行清洁或表面改性的热处理单元或紫外线处理单元。
14.一种设置有扫描型反应器的原子层沉积设备，所述原子层沉积设备包括：
处理室，其包括彼此分离或彼此联接的上处理室部分和下处理室部分；
扫描型反应器，其构造为在所述处理室的外部的预定位置处等待，并且构造为当所述上处理室部分和所述下处理室部分彼此分离时，使得引入至所述处理室中的惰性反应物前驱体与衬底上的原料前驱体发生反应，同时在所述下处理室部分的所述衬底的上方预定的高度处水平移动；以及
真空室，其构造成支撑所述处理室，构造成维持所述处理室所在的空间处于真空状态，并且构造成供给并排出所述惰性反应物前驱体。
15.一种设置有扫描型反应器的原子层沉积设备，所述原子层沉积设备包括：
两个或更多个处理室，其各自包括彼此分离或彼此联接的上处理室部分和下处理室部分；
扫描型反应器，其各自被构造为在所述处理室的每一者的外部的预定位置处等待，并且构造为当所述上处理室部分和所述下处理室部分彼此分离时，使得引入至所述处理室的每一者中的惰性反应物前驱体与衬底上的原料前驱体发生反应，同时在所述下处理室部分的所述衬底的上方预定的高度处水平移动；以及
真空室，其构造成以垂直堆叠的形式支撑所述处理室，构造成维持堆叠所述处理室的空间处于真空状态，并且构造成供给并排出所述惰性反应物前驱体。
16.根据权利要求15所述的原子层沉积设备，其中，所述扫描型反应器的每一者构造为通过在安装于所述上处理室部分或所述下处理室部分上的所述衬底上产生等离子体，仅选择性地激活存在于所述衬底上的所述惰性反应物前驱体，并且构造为使得被激活的惰性反应物前驱体与所述原料前驱体发生反应。
17.根据权利要求15所述的原子层沉积设备，其中，所述扫描型反应器的每一者构造成通过向安装于所述上处理室部分或所述下处理室部分上的所述衬底照射紫外线或红外线，仅选择性地激活存在于所述衬底上的所述惰性反应物前驱体，并且构造为使得被激活的惰性反应物前驱体与所述原料前驱体发生反应。
18.根据权利要求16所述的原子层沉积设备，其中，所述扫描型反应器的每一者还包括电极，所述电极设置在所述扫描型反应器的每一者的上部或下部并且构造成产生等离子体。
19.根据权利要求18所述的原子层沉积设备，其中，所述扫描型反应器的每一者构造成当所述扫描型反应器的每一者向所述衬底移动时，向所述电极供给电力，以在所述扫描型反应器的每一者的上方或下方产生等离子体。
20.根据权利要求17所述的原子层沉积设备，其中，所述扫描型反应器的每一者包括紫外线照射设备或红外线照射设备，所述紫外线照射设备或红外线照射设备安装在所述扫描型反应器的每一者的上部或下部并且被构造为照射所述紫外线或所述红外线。
21.根据权利要求20所述的原子层沉积设备，其中，所述扫描型反应器的每一者构造为当所述扫描型反应器的每一者向所述衬底移动时，驱动所述紫外线照射设备或所述红外线照射设备，以在所述扫描型反应器的每一者的上方或下方照射所述紫外线或所述红外线。
22.根据权利要求15所述的原子层沉积设备，其中，所述惰性反应物前驱体是被等离子体、紫外线或红外线激活时与所述原料前驱体发生反应的物质。
23.根据权利要求15所述的原子层沉积设备，其中，所述惰性反应物前驱体在预定压力下被填充到所述真空室中。
24.根据权利要求15所述的原子层沉积设备，其中，在所述原料前驱体被吸附到所述衬底之后所述上处理室部分与所述下处理室部分彼此分离时，所述惰性反应物前驱体扩散并且从所述真空室被引入至彼此分离的所述上处理室部分与所述下处理室部分之间的空间中。
25.根据权利要求15所述的原子层沉积设备，其中，在所述衬底被装载到所述处理室的每一者中之后所述上处理室部分和所述下处理室部分彼此联接时，所述惰性反应物前驱体被填充到所述真空室中。
26.一种在原子层沉积设备中执行的原子层沉积方法，在所述原子层沉积设备中，处理室位于真空室内，所述方法包括以下步骤：
将衬底和掩膜装载到所述处理室中之后，联接所述处理室的上处理室部分和下处理室部分，以形成密闭反应空间；
通过在所述密闭反应空间内执行原子层沉积处理处理，使原料前驱体被吸附到所述衬底上；
在所述原料前驱体吸附到所述衬底上之后，使用扫描型反应器向所述衬底喷射反应物前驱体；以及
使向所述衬底喷射的所述反应物前驱体与所述原料前驱体发生反应。
27.一种在堆叠型原子层沉积设备中执行的原子层沉积方法，在所述堆叠型原子层沉积设备中，两个或更多个处理室被堆叠在真空室内，所述方法包括以下步骤：
在衬底和掩膜装载到所述处理室的每一者中之后，联接所述处理室的每一者的上处理室部分和下处理室部分，以形成密闭反应空间；
通过在所述密闭反应空间中执行原子层沉积处理处理，使原料前驱体吸附在所述衬底上；
在所述原料前驱体吸附在所述衬底上之后，使用扫描型反应器向所述衬底喷射反应物前驱体；以及
使向所述衬底喷射的所述反应物前驱体与所述原料前驱体发生反应。
28.根据权利要求27所述的原子层沉积方法，其中，喷射所述反应物前驱体的步骤包括以下步骤：
在所述原料前驱体被吸附到所述衬底上之后，使所述上处理室部分与所述下处理室部分彼此分离；以及
向所述衬底喷射所述反应物前驱体，同时使所述扫描型反应器在所述上处理室部分与所述下处理室部分之间的空间中移动。
29.根据权利要求28所述的原子层沉积方法，其中，在喷射所述反应物前驱体的步骤中，所述反应物前驱体向安装于所述上处理室部分或所述下处理室部分上的所述衬底喷射，同时使所述扫描型反应器在所述下处理室部分的所述衬底的上方预定的高度处水平移动。
30.根据权利要求28所述的原子层沉积方法，其中，在喷射所述反应物前驱体的步骤中，当所述反应物前驱体通过所述扫描型反应器向所述衬底喷射时，清洗气体从所述扫描型反应器的上表面或下表面的相对侧部或周缘部喷射，以在所述扫描型反应器与所述衬底之间形成气体屏障。
31.根据权利要求28所述的原子层沉积方法，其中，在喷射所述反应物前驱体的步骤中，当所述反应物前驱体通过所述扫描型反应器向所述衬底喷射时，在所述扫描型反应器的上方或下方产生等离子体。
32.根据权利要求28所述的原子层沉积方法，其中，在喷射所述反应物前驱体的步骤中，当所述反应物前驱体通过所述扫描型反应器向所述衬底喷射时，存在于所述扫描型反应器与所述衬底之间的未反应的反应物前驱体、反应副产物或清洗气体通过形成在所述扫描型反应器的上表面或下表面的相对侧部或周缘部的排气部排出。
33.根据权利要求27所述的原子层沉积方法，其中，所述扫描型反应器由所述真空室支撑并且被构造为在所述处理室的每一者的外部的预定位置处等待。
34.根据权利要求27所述的原子层沉积方法，其中，所述扫描型反应器包括设置在所述处理室的每一者中并且通过使所述扫描型反应器互连的连接构件被单独地或同时地驱动的一个或多个扫描型反应器。
35.一种在原子层沉积设备中执行的原子层沉积方法，在所述原子层沉积设备中，处理室位于真空室内，所述方法包括以下步骤：
将衬底和掩膜装载到所述处理室中之后，联接所述处理室的上处理室部分和下处理室部分，以形成密闭反应空间；
通过在所述密闭反应空间内执行原子层沉积处理，使原料前驱体被吸附到所述衬底上；以及
在所述原料前驱体吸附到所述衬底上之后，使用扫描型反应器使引入至所述处理室的惰性反应物前驱体与所述衬底上的所述原料前驱体发生反应。
36.一种在堆叠型原子层沉积设备中执行的原子层沉积方法，在所述堆叠型原子层沉积设备中，两个或更多个处理室被堆叠在真空室内，所述方法包括以下步骤：
在衬底和掩膜装载到所述处理室的每一者中之后，联接所述处理室的每一者的上处理室部分和下处理室部分，以形成密闭反应空间；
通过在所述密闭反应空间中执行原子层沉积处理，使原料前驱体吸附在所述衬底上；以及
在所述原料前驱体吸附在所述衬底上之后，使用扫描型反应器使引入至所述处理室的每一者中的惰性反应物前驱体与所述衬底上的原料前驱体发生反应。
37.根据权利要求36所述的原子层沉积方法，其中，使所述惰性反应物前驱体与所述原料前驱体发生反应的步骤包括以下步骤：
当所述原料前驱体被吸附到所述衬底上之后，使所述上处理室部分与所述下处理室部分彼此分离；
使所述扫描型反应器在所述上处理室部分或所述下处理室部分的所述衬底的上方移动；以及
通过使用由所述扫描型反应器产生的等离子体、紫外线或红外线激活所述惰性反应物前驱体，来使所述惰性反应物前驱体与所述衬底上的所述原料前驱体发生反应。
38.根据权利要求37所述的原子层沉积方法，其中，在使所述惰性反应物前驱体与所述原料前驱体发生反应的步骤中，使用等离子体、紫外线或红外线仅选择性地激活引入至所述处理室的每一者中并且存在于所述衬底上的所述惰性反应物前驱体，并且仅使所述惰性反应物前驱体与所述原料前驱体反应。
39.根据权利要求37所述的原子层沉积方法，其中，在使所述惰性反应物前驱体与所述原料前驱体发生反应的步骤中，当所述扫描型反应器向所述衬底移动时，通过所述扫描型反应器在所述衬底的上方产生所述等离子体，以激活所述惰性反应物前驱体。
40.根据权利要求37所述的原子层沉积方法，其中，在使所述惰性反应物前驱体与所述原料前驱体发生反应的步骤中，当所述扫描型反应器向所述衬底移动时，通过所述扫描型反应器向所述衬底照射所述紫外线或所述红外线，以激活所述惰性反应物前驱体。
41.根据权利要求36所述的原子层沉积方法，其中，所述惰性反应物前驱体是当被等离子体、紫外线或红外线激活时与所述原料前驱体发生反应的物质。
42.根据权利要求36所述的原子层沉积方法，其中，在所述原料前驱体被吸附到所述衬底上之后所述上处理室部分和所述下处理室部分彼此分离时，所述惰性反应物前驱体扩散并且从所述真空室被引入至彼此分离的所述上处理室部分与所述下处理室部分之间的空间中。
43.根据权利要求36所述的原子层沉积方法，其中，在所述衬底被装载到所述处理室的每一者中之后所述上处理室部分与所述下处理室部分彼此分离时，所述惰性反应前驱体填充到所述真空室中。
44.根据权利要求36所述的原子层沉积方法，其中，所述扫描型反应器由所述真空室支撑并且构造成在所述处理室的每一者的外部的预定位置处等待。
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