KR100496906B1 - Ａｌｄ 박막증착장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 ALD 박막증착장치에 관한 것으로서, 적어도 하나 이상의 기판이 수납되어 증착되는 반응용기(100); 반응용기(100)와 연결되는 제1반응가스라인(200); 반응용기(100)와 연결되는 제2반응가스라인(300); 반응용기(100)와 연결되는 제3반응가스라인(400); 반응용기(100) 내의 가스가 배기되는 배기라인(500)과; 제1반응가스를 제1반응가스라인(200)으로 공급하거나 배기라인(500)으로 바이패스하는 제1반응가스공급부(210); 제1퍼지가스를 제1반응가스라인(200)으로 공급하거나 배기라인(500)으로 바이패스하기 위한 제1퍼지가스공급부(220); 제2반응가스를 제2반응가스라인(300)으로 공급하거나 배기라인(500)으로 바이패스하는 제2반응가스공급부(310)와, 제2메인퍼지가스를 제2반응가스라인(300)으로 공급하거나 배기라인(500)으로 바이패스하는 제2메인퍼지가스공급부(320)로 구성되는 제2반응가스공급유니트(3120); 제3반응가스를 제3반응가스라인(400)으로 공급하거나 배기라인(500)으로 바이패스하는 제3반응가스공급부(410)와, 제3메인퍼지가스를 제3반응가스라인(400)으로 공급하거나 배기라인(500)으로 바이패스하는 제3메인퍼지가스공급부(420)로 구성되는 제3반응가스공급유니트(4120);를 포함하는 것을 특징으로 하는 ALD 박막증착장치.

Description

ＡＬＤ 박막증착장치{ALD thin film deposition apparatus}
본 발명은 웨이퍼나 글라스와 같은 기판에 박막을 증착시키기 위한 ALD 박막증착장치에 관한 것이다.박막증착장치란 기판에 박막을 증착하여 반도체 소자를 제조하는 장치이며, 이러한 박막증착장치의 일예로서 ALD 박막증착장치가 소개되고 있다. ALD 박막증착장치는, 기판이 수납되어 증착되는 반응용기와, 반응용기로 제1반응가스를 공급하는 제1반응가스공급부와, 반응용기로 제2반응가스를 공급하는 제2반응가스공급부와, 제1반응가스 또는 제2반응가스를 퍼지하기 위한 퍼지가스공급부로 구성된다. 이러한 구조에 의하여, 제1반응가스와 제2반응가스를 교호적으로 피딩 및 퍼지함으로써 기판상에 원자층 단위로 박막을 증착하게 된다.그런데, 반도체 제조업체들은 웨이퍼당 생산되는 반도체 소자의 생산단가를 낮추기 위하여 반도체 소자의 고집적화를 추진하고 있으며, 고집적화를 가능하게 하기 위하여, 반도체 소자의 게이트 절연막이나 커패시터의 전극간 유전막이 매우 높은 유전율을 가지도록 요구되고 있다. 따라서, 최근의 당업계의 연구 개발 노력은 고유전율의 박막을 증착할 수 있도록 박막증착장치의 구조 개선에 집중되고 있다.
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본 발명은 상기와 같은 추세를 반영하기 위하여 창출된 것으로서, 특히 퍼지효율을 높여 기판상에 우수한 스텝커버리지와 고유전율을 갖는 산화막을 증착할 수 있는 ALD 박막증착장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 단일산화막뿐만 아니라 다층산화막을 융통성있게 증착할 수 있는 ALD 박막증착장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 ALD 박막증착장치의 제1실시예는,
적어도 하나 이상의 기판이 수납되어 증착되는 반응용기(100); 상기 반응용기(100)와 연결되는 제1반응가스라인(200); 상기 반응용기(100)와 연결되는 제2반응가스라인(300); 상기 반응용기(100)와 연결되는 제3반응가스라인(400); 상기 반응용기(100) 내의 가스가 배기되는 배기라인(500)과; 제1반응가스를 상기 제1반응가스라인(200)으로 공급하거나 상기 배기라인(500)으로 바이패스하는 제1반응가스공급부(210); 제1퍼지가스를 상기 제1반응가스라인(200)으로 공급하거나 상기 배기라인(500)으로 바이패스하기 위한 제1퍼지가스공급부(220); 제2반응가스를 상기 제2반응가스라인(300)으로 공급하거나 상기 배기라인(500)으로 바이패스하는 제2반응가스공급부(310)와, 제2메인퍼지가스를 상기 제2반응가스라인(300)으로 공급하거나 상기 배기라인(500)으로 바이패스하는 제2메인퍼지가스공급부(320)로 구성되는 제2반응가스공급유니트(3120); 제3반응가스를 상기 제3반응가스라인(400)으로 공급하거나 상기 배기라인(500)으로 바이패스하는 제3반응가스공급부(410)와, 제3메인퍼지가스를 상기 제3반응가스라인(400)으로 공급하거나 상기 배기라인(500)으로 바이패스하는 제3메인퍼지가스공급부(420)로 구성되는 제3반응가스공급유니트(4120);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1반응가스공급부(210)는, 제1반응가스인 오존을 발생하는 오존생성기(211)와, 상기 오존생성기(211)에서 발생된 오존의 흐름량을 제어하는 오존흐름량제어기(212)와, 상기 오존흐름량제어기(212)에서 상기 제1반응가스라인(200)으로의 오존의 흐름을 온/오프하는 제1피딩밸브(V4)와, 상기 오존흐름량제어기(212)에서 상기 반응용기(100)를 경유하지 않고 상기 배기라인(500)으로 오존의 흐름을 온/오프하는 제1피딩바이패스밸브(V5)를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1퍼지가스공급부(220)는, 유입되는 제1퍼지가스(불활성가스)의 흐름량을 제어하는 제1퍼지가스흐름량제어기(222)와, 상기 제1퍼지가스흐름량제어기(222)에서 상기 제1반응가스라인(200)으로의 제1퍼지가스의 흐름을 온/오프하는 제1퍼지밸브(V6)와, 상기 제1퍼지가스흐름량제어기(222)에서 상기 반응용기(100)를 경유하지 않고 상기 배기라인(500)으로의 제1퍼지가스의 흐름을 온/오프하는 제1퍼지바이패스밸브(V7)를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 제2반응가스공급부(310)는, 제2반응가스의 원료가 수용된 캐니스터(311)와, 상기 캐니스터(311)로 유입되는 불활성가스의 유량을 제어하는 캐리어가스흐름량제어기(312)와, 상기 캐니스터(311)에서 상기 제2반응가스라인(300)으로 제2반응가스의 흐름을 온/오프하는 제2피딩밸브(V9)와, 상기 캐니스터(311)에서 상기 반응용기(100)를 경유하지 않고 상기 배기라인(500)으로 제2반응가스의 흐름을 온/오프하는 제2반응가스바이패스밸브(V10)와, 상기 캐리어가스흐름량제어기(312)에서 상기 캐니스터(311)를 경유하지 않고 상기 제2반응가스라인(300) 또는 배기라인(500)으로의 불활성가스의 흐름을 온/오프하는 캐니스터바이패스밸브(V11)를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 제2메인퍼지가스공급부(320)는, 유입되는 제2메인퍼지가스(불활성가스)의 흐름량을 제어하는 제2메인퍼지가스흐름량제어기(322)와, 상기 제2메인퍼지가스흐름량제어기(322)에서 상기 제2반응가스라인(300)으로의 제2메인퍼지가스의 흐름을 온/오프하는 제2메인퍼지밸브(V14)와, 상기 제2메인퍼지가스흐름량제어기(322)에서 상기 반응용기(100)를 경유하지 않고 상기 배기라인(500)으로의 제2메인퍼지가스의 흐름을 온/오프하는 제2메인퍼지바이패스밸브(V15)를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 제3반응가스공급부(410)는, 제3반응가스의 원료가 수용된 캐니스터(411)와, 상기 캐니스터(411)로 유입되는 불활성가스의 유량을 제어하는 캐리어가스흐름량제어기(412)와, 상기 캐니스터(411)에서 상기 제3반응가스라인(400)으로 제3반응가스의 흐름을 온/오프하는 제3피딩밸브(V18)와, 상기 캐니스터(411)에서 상기 반응용기(100)를 경유하지 않고 상기 배기라인(500)으로 제3반응가스의 흐름을 온/오프하는 제3반응가스바이패스밸브(V19)와, 상기 캐리어가스흐름량제어기(412)에서 상기 캐니스터(411)를 경유하지 않고 상기 제3반응가스라인(400) 또는 배기라인(500)으로의 캐리어가스의 흐름을 온/오프하는 캐니스터바이패스밸브(V20)를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 제3메인퍼지가스공급부(420)는, 유입되는 제3메인퍼지가스(불활성가스)의 흐름량을 제어하는 제3메인퍼지가스흐름량제어기(422)와, 상기 제3메인퍼지가스흐름량제어기(422)에서 상기 제3반응가스라인(400)으로의 제3메인퍼지가스의 흐름을 온/오프하는 제3메인퍼지밸브(V23)와, 상기 제3메인퍼지가스흐름량제어기(422)에서 상기 반응용기(100)를 경유하지 않고 상기 배기라인(500)으로의 제3메인퍼지가스의 흐름을 온/오프하는 제3메인퍼지바이패스밸브(V24)를 포함한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 ALD 박막증착장치의 제1실시예는,
적어도 하나 이상의 기판이 수납되어 증착되는 반응용기(100); 상기 반응용기(100)와 연결되는 제1반응가스라인(200); 상기 반응용기(100)와 연결되는 제2반응가스라인(300); 상기 반응용기(100)와 연결되는 제3반응가스라인(400); 상기 반응용기(100) 내의 가스가 배기되는 배기라인(500)과; 제1반응가스를 상기 제1반응가스라인(200)으로 공급하거나 상기 배기라인(500)으로 바이패스하는 제1반응가스공급부(210); 제1퍼지가스를 상기 제1반응가스라인(200)으로 공급하거나 상기 배기라인(500)으로 바이패스하기 위한 제1퍼지가스공급부(220); 제2반응가스를 상기 제2반응가스라인(300)으로 공급하거나 상기 배기라인(500)으로 바이패스하는 제2반응가스공급부(310)와, 상기 제1반응가스라인(200) 및/또는 제2반응가스라인(300)으로 제2메인퍼지가스를 공급하는 제2메인퍼지가스공급부(320A)로 구성되는 제2반응가스공급유니트(3120A); 제3반응가스를 상기 제3반응가스라인(400)으로 공급하거나 상기 배기라인(500)으로 바이패스하는 제3반응가스공급부(410)와, 상기 제1반응가스라인(200) 및/또는 제3반응가스라인(400)으로 제3메인퍼지가스를 공급하는 제3메인퍼지가스공급부(420A)로 구성되는 제3반응가스공급유니트(4120A);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1반응가스공급부(210)는, 제1반응가스인 오존을 발생하는 오존생성기(211)와, 상기 오존생성기(211)에서 발생된 오존의 흐름량을 제어하는 오존흐름량제어기(212)와, 상기 오존흐름량제어기(212)에서 상기 제1반응가스라인(200)으로의 오존의 흐름을 온/오프하는 제1피딩밸브(V4)와, 상기 오존흐름량제어기(212)에서 상기 반응용기(100)를 경유하지 않고 상기 배기라인(500)으로 오존의 흐름을 온/오프하는 제1피딩바이패스밸브(V5)를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1퍼지가스공급부(220)는, 유입되는 제1퍼지가스(불활성가스)의 흐름량을 제어하는 제1퍼지가스흐름량제어기(222)와, 상기 제1퍼지가스흐름량제어기(222)에서 상기 제1반응가스라인(200)으로의 제1퍼지가스의 흐름을 온/오프하는 제1퍼지밸브(V6)와, 상기 제1퍼지가스흐름량제어기(222)에서 상기 반응용기(100)를 경유하지 않고 상기 배기라인(500)으로의 제1퍼지가스의 흐름을 온/오프하는 제1퍼지바이패스밸브(V7)를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 제2반응가스공급부(310)는, 제2반응가스의 원료가 수용된 캐니스터(311)와, 상기 캐니스터(311)로 유입되는 불활성가스의 유량을 제어하는 캐리어가스흐름량제어기(312)와, 상기 캐니스터(311)에서 상기 제2반응가스라인(300)으로 제2반응가스의 흐름을 온/오프하는 제2피딩밸브(V9)와, 상기 캐니스터(311)에서 상기 반응용기(100)를 경유하지 않고 상기 배기라인(500)으로의 제2반응가스의 흐름을 온/오프하는 제2반응가스바이패스밸브(V10)와, 상기 캐리어가스흐름량제어기(312)에서 상기 캐니스터(311)를 경유하지 않고 상기 제2반응가스라인(300) 또는 상기 배기라인(500)으로의 불활성가스의 흐름을 온/오프하는 캐니스터바이패스밸브(V11)를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 제2메인퍼지가스공급부(320A)는, 유입되는 메인퍼지가스(불활성가스)의 흐름량을 제어하는 제2메인퍼지가스흐름량제어기(322), 상기 제2메인퍼지가스흐름량제어기(322)에서 상기 제1반응가스라인(200)으로의 제2메인퍼지가스의 흐름을 온/오프하는 제2a메인퍼지밸브(V14a)와, 상기 제2메인퍼지가스흐름량제어기(322)에서 상기 제2반응가스라인(300)으로의 제2메인퍼지가스의 흐름을 온/오프하는 제2b메인퍼지밸브(V14b)를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 제3반응가스공급부(410)는, 제3반응가스의 원료가 수용된 캐니스터(411)와, 상기 캐니스터(411)로 유입되는 캐리어가스의 유량을 제어하는 캐리어가스흐름량제어기(412)와, 상기 캐니스터(411)에서 상기 제3반응가스라인(400)으로 제3반응가스의 흐름을 온/오프하는 제3피딩밸브(V18)와, 상기 캐니스터(411)에서 상기 반응용기(100)를 경유하지 않고 상기 배기라인(500)으로 제3반응가스의 흐름을 온/오프하는 제3반응가스바이패스밸브(V19)와, 상기 캐리어가스흐름량제어기(412)에서 상기 캐니스터(411)를 경유하지 않고 제3반응가스라인(400) 또는 배기라인(500)으로의 캐리어가스의 흐름을 온/오프하는 캐니스터바이패스밸브(V20)를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 제3메인퍼지가스공급부(420A)는, 유입되는 제3메인퍼지가스(불활성가스)의 흐름량을 제어하는 제3메인퍼지가스흐름량제어기(422), 상기 제3메인퍼지가스흐름량제어기(422)에서 상기 제1반응가스라인(200)으로의 제3메인퍼지가스의 흐름을 온/오프하는 제3a메인퍼지밸브(V23a)와, 상기 제3메인퍼지가스흐름량제어기(422)에서 상기 제3반응가스라인(400)으로의 제3메인퍼지가스의 흐름을 온/오프하는 제3b메인퍼지밸브(V23b)를 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 ALD 박막증착장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 ALD 박막증착장치의 제1실시예의 개략적 구성도이고, 도 2는 도 1의 ALD 박막증착장치의 상세 구성도이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 ALD 박막증착장치는, 적어도 하나 이상의 기판이 수납되어 증착되는 반응용기(100)와, 반응용기(100)와 연결되는 제1반응가스라인(200)과, 반응용기(100)와 연결되는 제2반응가스라인(300)과, 반응용기(100)와 연결되는 제3반응가스라인(400)과, 반응용기(100) 내의 가스가 배기되는 배기라인(500)을 포함한다.
제1반응가스라인(200)에는 제1반응가스를 공급하기 위한 제1반응가스공급부(210)와, 제1반응가스라인(200)으로 제1반응가스를 퍼지하기 위한 제1퍼지가스를 공급하는 제1퍼지가스공급부(220)가 연결된다.
제2반응가스라인(300)에는 제2반응가스 및/또는 제2메인퍼지가스를 공급하는 제2반응가스공급유니트(3120)가 설치된다. 제2반응가스공급유니트(3120)는 제2반응가스라인(300)으로 제2반응가스를 공급하기 위한 제2반응가스공급부(310)와, 제2반응가스라인(300)으로 제2메인퍼지가스를 공급하는 제2메인퍼지가스공급부(320)로 구성된다.
제3반응가스라인(400)에는 제3반응가스 및/또는 제3메인퍼지가스를 공급하는 제3반응가스공급유니트(4120)가 설치된다. 제3반응가스공급유니트(4120)는 제3반응가스라인(400)으로 제3반응가스를 공급하기 위한 제3반응가스공급부(410)와, 제3반응가스라인(400)으로 제3메인퍼지가스를 공급하는 제3메인퍼지가스공급부(420)로 구성된다.
제1반응가스공급부(210)는, 제1반응가스로서 오존(03)을 발생하는 오존생성유닛(211)과, 오존생성유닛(211)에서 발생된 오존의 흐름량을 제어하는 오존흐름량제어기(212)와, 오존흐름량제어기(212)에서 제1반응가스라인(200)으로의 오존의 흐름을 온/오프하는 제1피딩밸브(V4)와, 오존흐름량제어기(212)에서 반응용기(100)를 경유하지 않고 배기라인(500)으로 오존의 흐름을 온/오프하는 제1피딩바이패스밸브(V5)를 포함한다.
오존생성유닛(211)은 유량제어기(MFC) 및 밸브(V1)(V2)를 경유하여 유입되는 산소(O2) 및 질소(N2)로부터 오존을 발생시키는 오존생성기(211a)를 포함한다. 이때, 오존생성유닛(211)은 그로부터 과다하게 발생되는 오존을 통과시키는 오존바이패스밸브(V3)와 연결되고, 오존바이패스밸브(V3)를 통과한 오존은 오존제거기(214)에 의하여 제거된다. 오존제거기(214)의 실시예로는 예컨대, 화학반응을 통하여 인체에 유해한 오존을 임의의 촉매제 이용하여 인체에 무해한 무독성가스로 변환시켜 배기시키는 캐터라이저(catalyzer)가 있다. 또, 오존흐름량제어기(212)는 니들(Needle) 밸브로도 충분히 대체될 수 있다.
제1퍼지가스공급부(220)는, 유입되는 제1퍼지가스(불활성가스)의 흐름량을 제어하는 제1퍼지가스흐름량제어기(222)와, 제1퍼지가스흐름량제어기(222)에서 제1반응가스라인(200)으로의 제1퍼지가스의 흐름을 온/오프하는 제1퍼지밸브(V6)와, 제1퍼지가스흐름량제어기(222)에서 반응용기(100)를 경유하지 않고 배기라인(500)으로의 제1퍼지가스의 흐름을 온/오프하는 제1퍼지바이패스밸브(V7)를 포함한다.
제2반응가스공급부(310)는 액상원료 버블링기로서, 제2반응가스의 액상원료가 수용된 캐니스터(311)와, 캐니스터(311)로 유입되는 캐리어가스(불활성가스)의 유량을 제어하는 캐리어가스흐름량제어기(312)와, 캐니스터(311)에서 제2반응가스라인(300)으로의 제2반응가스의 흐름을 온/오프하는 제2피딩밸브(V9)와, 캐니스터(311)에서 반응용기(100)를 경유하지 않고 배기라인(500)으로의 제2반응가스의 흐름을 온/오프하는 제2반응가스바이패스밸브(V10)와, 캐리어가스흐름량제어기(312)에서 캐니스터(311)를 경유하지 않고 제2반응가스라인(300) 또는 배기라인(500)으로의 불활성가스의 흐름을 온/오프하는 캐니스터바이패스밸브(V11)를 포함한다. 캐리어가스흐름량제어기(312)와 캐니스터(311) 사이, 그리고 캐니스터(311)와 제2반응가스라인(300) 사이에는 각각 밸브(V12)(V13)가 설치되고, 밸브(V12)(V13)와 캐니스터(311) 사이에 3 개에 매뉴얼밸브(M1)(M2)(M3)가 설치된다.
제2메인퍼지가스공급부(320)는, 유입되는 제2메인퍼지가스(불활성가스)의 흐름량을 제어하는 제2메인퍼지가스흐름량제어기(322)와, 제2메인퍼지가스흐름량제어기(322)에서 제2반응가스라인(300)으로의 제2메인퍼지가스의 흐름을 온/오프하는 제2메인퍼지밸브(V14)와, 제2메인퍼지가스흐름량제어기(322)에서 반용용기(100)를 경유하지 않고 배기라인(500)으로의 제2메인퍼지가스의 흐름을 온/오프하는 제2메인퍼지바이패스밸브(V15)를 포함한다.
제3반응가스공급부(410)는 액상원료 버블링기로서, 제3반응가스의 액상원료가 수용된 캐니스터(411)와, 캐니스터(411)로 유입되는 캐리어가스(불활성가스)의 유량을 제어하는 캐리어가스흐름량제어기(412)와, 캐니스터(411)에서 제3반응가스라인(400)으로의 제3반응가스의 흐름을 온/오프하는 제3피딩밸브(V18)와, 캐니스터(411)에서 반응용기(100)를 경유하지 않고 배기라인(500)으로의 제3반응가스의 흐름을 온/오프하는 제3반응가스바이패스밸브(V19)와, 캐리어가스흐름량제어기(412)에서 캐니스터(411)를 경유하지 않고 제3반응가스라인(400) 또는 배기라인(400)으로의 캐리어가스의 흐름을 온/오프하는 캐니스터바이패스밸브(V20)를 포함한다. 캐리어가스흐름량제어기(412)와 캐니스터(411) 사이, 그리고 캐니스터(411)와 제3반응가스라인(400) 사이에 각각 밸브(V21)(V22)가 설치되고, 밸브(V21)(V22)와 캐니스터(411) 사이에 3 개의 매뉴얼밸브(M1)(M2)(M3)가 설치된다.
제3메인퍼지가스공급부(420)는, 유입되는 제3메인퍼지가스(불활성가스)의 흐름량을 제어하는 제3메인퍼지가스흐름량제어기(422)와, 제3메인퍼지가스흐름량제어기(422)에서 제3반응가스라인(400)으로의 제3메인퍼지가스의 흐름을 온/오프하는 제3메인퍼지밸브(V23)와, 제3메인퍼지가스흐름량제어기(422)에서 반응용기(100)를 경유하지 않고 배기라인(500)으로의 제2메인퍼지가스의 흐름을 온/오프하는 제3메인퍼지바이패스밸브(V24)를 포함한다.
다음, 상기와 같은 구성에 의한 박막증착방법을 설명하기 전에, 먼저 제1반응가스 피딩 및 퍼지, 제2반응가스 피딩 및 퍼지를 간단히 설명한다.
제1반응가스인 오존은 N2, O2 가 해당 MFC 및 V1, V2를 통하여 적절한 비로 오존생성기(211a)로 유입됨으로써 발생한다. 이때, 오존생성기(211a)에서 발생된 오존이 박막증착공정이 진행되는 동안에 가스라인에 과도한 압력으로 인가되지 않도록 오존바이패스밸브(V3)는 항상 열어놓는다. 한편, 과다하게 발생되는 오존은 오존제거기(214)를 거쳐 무독성 가스로 된 후 외부로 배기된다.
제2반응가스는 캐리어가스흐름량제어기(312) 및 밸브(V12)를 경유한 캐리어가스가 캐니스터(311)로 공급된 후, 그 캐리어가스가 액상원료를 버블링시킴으로서 생성한다.
제3반응가스는 캐리어가스흐름량제어기(412) 및 밸브(21)를 경유한 캐리어가스가 캐니스터(411)로 공급된 후, 그 캐리어가스가 액상원료를 버블링시킴으로서 생성된다.
a) 제1반응가스 피딩단계
제1반응가스 피딩단계(S1)는, 제1반응가스공급부(210)의 오존흐름량제어기(212) 및 제1피딩밸브(V4)를 통하여 제1반응가스인 오존을 제1반응가스라인(200)으로 흐르게 함으로서 이루어진다. 이때, 피딩이 이루어지지 않을 경우에는, 오존은 제1피딩바이패스밸브(V5)를 통하여 배기라인(500)으로 흘리는데, 이렇게 함으로서 가스라인을 흐르는 오존의 압력 변화를 최소화할 수 있다. 한편, 제1반응가스가 피딩되는 동안에 제2반응가스라인(300) 및 제3반응가스라인(400)으로 소정의 유량으로 설정된 제2,3메인퍼지가스를 각각 흐르게 한다.
b) 제1반응가스 퍼지단계
제1반응가스 퍼지단계(S2)는, 제1반응가스라인(200)으로 제1반응가스의 공급을 중단하고 제1퍼지가스로 사용되는 Ar 이나 N2 와 같은 제1퍼지가스(불활성가스)가 제1퍼지가스흐름량제어기(222)에 의하여 소정의 유량으로 설정된 후 제1퍼지밸브(V6)를 통하여 제1반응가스라인(200)으로 흐르게 됨으로써 이루어진다. 이때, 퍼지가 이루어지지 않을 경우, 제1퍼지가스는 제1퍼지바이패스밸브(V7)를 통하여 배기라인(500)으로 흘러야 한다. 이렇게 함으로서, 가스라인을 흐르는 제1퍼지가스의 압력 변화를 최소화할 수 있다. 한편, 제1반응가스가 퍼지되는 동안에 제2반응가스라인(300) 및 제3반응가스라인(400)으로 소정의 유량으로 설정된 제2,3메인퍼지가스를 각각 흐르게 한다.
c) 제2반응가스 피딩단계
제2반응가스 피딩단계(S3)는, 캐리어가스에 의하여 이송되는 제2반응가스를 밸브(V13) 및 제2피딩밸브(V9)를 통하여 제2반응가스라인(300)으로 흐르게 함으로서 이루어진다. 이때, 피딩이 이루어지지 않을 경우에는, 캐리어가스가 캐니스터(311)를 경유하지 않고 캐니스터바이패스밸브(V11)를 지나 제2피딩밸브(V9)를 통해 제2반응가스라인(300)으로 흐르거나, 제2반응가스바이패스밸브(V10)를 지나 바로 배기라인(500)으로 흐르게 된다. 한편, 제1반응가스라인(200)으로 소정의 유량으로 설정된 제1퍼지가스가 계속 흐르게 한다.
d) 제2반응가스 퍼지단계
제2반응가스 퍼지단계(S4)는, 제2반응가스라인(300)으로 제2반응가스의 공급을 중단하고, 캐리어가스흐름량제어기(312)에 의하여 소정의 유량으로 설정된 캐리어가스를 캐니스터바이패스밸브(V11) 및 제2피딩밸브(V9)를 통하여 제2반응가스라인(300)으로 흐르게 함으로서 이루어진다. 한편, 제1반응가스라인(200)으로 소정의 유량으로 설정된 제1퍼지가스가 계속 흐르게 한다.
e) 제3반응가스 피딩단계
제3반응가스 피딩단계(S5)는, 캐리어가스에 의하여 이송되는 제3반응가스를 밸브(V22) 및 제3피딩밸브(V18)를 통하여 제3반응가스라인(400)으로 흐르게 함으로서 이루어진다. 이때, 피딩이 이루어지지 않을 경우에는, 캐리어가스가 캐니스터(411)를 경유하지 않고 캐니스터바이패스밸브(V20)를 지나 제3피딩밸브(V18)를 통해 제3반응가스라인(400)으로 흐르거나, 제3반응가스바이패스밸브(V19)를 지나 바로 배기라인(500)으로 흐르게 된다. 한편, 제1반응가스라인(200)으로 소정의 유량으로 설정된 제1퍼지가스가 계속 흐르게 한다.
f) 제3반응가스 퍼지단계
제3반응가스 퍼지단계(S6)는, 제3반응가스라인(300)으로 제3반응가스의 공급을 중단하고, 캐리어가스흐름량제어기(412)에 의하여 소정의 유량으로 설정된 캐리어가스를 캐니스터바이패스밸브(V20) 및 제3피딩밸브(V18)를 통하여 제3반응가스라인(400)으로 흐르게 함으로서 이루어진다. 한편, 제1반응가스라인(200)으로 소정의 유량으로 설정된 제1퍼지가스가 계속 흐르게 한다.
다음, 상기와 같은 ALD 박막증착장치의 제1실시예의 전체적인 동작을 설명한다.
기판상에 1차 산화막을 형성하기 위하여, 제1반응가스공급부(210)의 제1피딩밸브(V4)를 열어 제1반응가스인 오존이 제1반응가스라인(200)을 경유하여 반응용기(100)로 피딩하도록 한다. 이 단계가 제1반응가스 피딩단계가 된다.
다음, 제1피딩밸브(V4)를 닫고, 제1퍼지가스공급부(220)의 제1퍼지밸브(V6)를 열어, 제1퍼지가스공급부(220)로부터 소정의 유량으로 설정된 제1퍼지가스를 제1반응가스라인(200)으로 흐르게 함으로써 제1반응가스라인(200) 및 반응용기(100) 내의 오존을 퍼지하게 한다. 이 단계가 ALD 박막증착방법에 있어 제1반응가스 퍼지단계가 된다.
이때, 중요한 것은 제1반응가스 피딩/퍼지 단계에 있어, 제2반응가스라인(300) 및 제3반응가스라인(400)으로 제2,3메인퍼지가스(불활성가스)를 계속 흘려 반응용기(100)로부터 제1반응가스가 제2반응가스라인(300) 및 제3반응가스라인(400)으로 역류되지 않도록 하여야 한다.
다음, 제2피딩밸브(V9)를 열어 캐리어가스에 의하여 제2반응가스가 제2반응가스라인(300)을 경유하여 반응용기(100)로 피딩되도록 한다. 이 단계가 제2반응가스 피딩단계가 된다.
다음, 제2메인퍼지밸브(V14), 밸브(V12) 및 밸브(V13)를 닫고 캐리어가스흐름량제어기(312)에 의하여 소정의 유량으로 설정된 캐리어가스를 캐니스터바이패스밸브(V11) 및 제2피딩밸브(V9)를 통하여 제2반응가스라인(300)으로 흐르게 한다. 이 단계가 제2반응가스 퍼지단계가 된다.
이때에도 중요한 것은, 앞서와 마찬가지 원리로 제2반응가스 피딩/퍼지단계에 있어 제1반응가스라인 및 제3반응가스라인으로 제1퍼지가스(불활성가스)나 제3메인퍼지가스(불활성가스)를 계속 흘려주어 반응용기(100)로부터 제2반응가스가 제1반응가스라인(200) 및 제3반응가스라인(400)으로 역류되지 않게 한다.
상기한 제1반응가스 피딩단계(S1), 제1반응가스 퍼지단계(S2), 제2반응가스 피딩단계(S3), 제2반응가스 퍼지단계(S4)를 한 싸이클로 하여 수회 반복함으로서, 소정한 두께의 1차 산화막을 형성한다.
기판상에 1차 산화막을 형성하고, 그 1차 산화막상에 2차 산화막을 형성하기 위한 방법을 설명한다.
먼저, 제1반응가스공급부(210)의 제1피딩밸브(V4)를 열어 제1반응가스인 오존이 제1반응가스라인(200)을 경유하여 반응용기(100)로 피딩하도록 한다. 이 단계가 제1반응가스 피딩단계가 된다.
다음, 제1피딩밸브(V4)를 닫고, 제1퍼지가스공급부(220)의 제1퍼지밸브(V6)를 열어, 제1퍼지가스공급부(220)로부터 소정의 유량으로 설정된 제1퍼지가스를 제1반응가스라인(200)으로 흐르게 함으로써 제1반응가스라인(200) 및 반응용기(100) 내의 오존을 퍼지하게 한다. 이 단계가 ALD 박막증착방법에 있어 제1반응가스 퍼지단계가 된다.
이때, 중요한 것은 제1반응가스 피딩/퍼지 단계에 있어, 제2반응가스라인(300) 및 제3반응가스라인(400)으로 제2,3메인퍼지가스(불활성가스)를 계속 흘려 반응용기(100)로부터 제1반응가스가 제2반응가스라인(300) 및 제3반응가스라인(400)으로 역류되지 않도록 하여야 한다.
다음, 제3피딩밸브(V18)를 열어 캐리어가스에 의하여 제3반응가스가 제3반응가스라인(400)을 경유하여 반응용기(100)로 피딩되도록 한다. 이 단계가 제3반응가스 피딩단계가 된다.
다음, 제3메인퍼지밸브(V23), 밸브(V21) 및 밸브(V22)를 닫고 캐리어가스흐름량제어기(412)에 의하여 소정의 유량으로 설정된 캐리어가스를 캐니스터바이패스밸브(V20) 및 제3피딩밸브(V18)를 통하여 제3반응가스라인(400)으로 흐르게 한다. 이 단계가 제3반응가스 퍼지단계가 된다.
이때에도 중요한 것은, 앞서와 마찬가지 원리로 제3반응가스 피딩/퍼지단계에 있어 제1반응가스라인 및 제2반응가스라인으로 제1퍼지가스(불활성가스)나 제2메인퍼지가스(불활성가스)를 계속 흘려주어 반응용기(100)로부터 제2반응가스가 제1반응가스라인(200) 및 제2반응가스라인(400)으로 역류되지 않게 한다.
상기한 제1반응가스 피딩단계(S1), 제1반응가스 퍼지단계(S2), 제3반응가스 피딩단계(S5), 제3반응가스 퍼지단계(S6)를 한 싸이클로 하여 수회 반복함으로서, 1차 산화막상에 소정한 두께의 2차 산화막을 형성한다.
다음, 본 발명에 따른 ALD 박막증착장치의 제2실시예를 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 ALD 박막증착장치의 제2실시예의 개략적 구성도이고, 도 4는 도 3의 ALD 박막증착장치의 상세 구성도이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 ALD 박막증착장치는, 적어도 하나 이상의 기판이 수납되어 증착되는 반응용기(100)와, 반응용기(100)와 연결되는 제1반응가스라인(200)과, 반응용기(100)와 연결되는 제2반응가스라인(300)과, 반응용기(100)와 연결되는 제3반응가스라인(400)과, 반응용기(100) 내의 가스가 배기되는 배기라인(500)을 포함한다.
제1반응가스라인(200)에는 제1반응가스를 공급하기 위한 제1반응가스공급부(210)와, 제1반응가스라인(200)으로 제1반응가스를 퍼지하기 위한 제1퍼지가스를 공급하는 제1퍼지가스공급부(220)가 연결된다.
제2반응가스라인(300)에는 제2반응가스 및/또는 제2메인퍼지가스를 공급하는 제2반응가스공급유니트(3120A)가 설치된다. 제2반응가스공급유니트(3120A)는 제2반응가스라인(300)으로 제2반응가스를 공급하기 위한 제2반응가스공급부(310)와, 제2반응가스라인(300)으로 제2메인퍼지가스를 공급하는 제2메인퍼지가스공급부(320A)로 구성된다.
제3반응가스라인(400)에는 제3반응가스 및/또는 제3메인퍼지가스를 공급하는 제3반응가스공급유니트(4120A)가 설치된다. 제3반응가스공급유니트(4120A)는 제3반응가스라인(400)으로 제2반응가스를 공급하기 위한 제3반응가스공급부(410)와, 제3반응가스라인(400)으로 제3메인퍼지가스를 공급하는 제3메인퍼지가스공급부(420A)로 구성된다.
제1반응가스공급부(210)는, 제1실시예에서 설명한 것과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
제1퍼지가스공급부(220) 역시 제1실시예에 설명한 것과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
제2반응가스공급부(310)는 제1실시예에서 설명된 것과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
제2메인퍼지가스공급부(320A)는, 유입되는 제2메인퍼지가스(불활성가스)의 흐름량을 제어하는 제2메인퍼지가스흐름량제어기(322)와, 제2메인퍼지가스흐름량제어기(322)에서 제1반응가스라인(200)으로의 제2메인퍼지가스의 흐름을 온/오프하는 제2a메인퍼지밸브(V14a)와, 제2메인퍼지가스흐름량제어기(322)에서 상기 제2반응가스라인(300)으로의 제2메인퍼지가스의 흐름을 온/오프하는 제2b메인퍼지밸브(V14b)를 포함한다.
제3반응가스공급부(410)는, 제3반응가스의 원료가 수용된 캐니스터(411)와, 캐니스터(411)로 유입되는 캐리어가스(불활성가스)의 유량을 제어하는 캐리어가스흐름량제어기(412)와, 캐니스터(411)에서 제3반응가스라인(400)으로의 제3반응가스의 흐름을 온/오프하는 제3피딩밸브(V18)와, 캐니스터(411)에서 반응용기(100)를 경유하지 않고 배기라인(500)으로의 제3반응가스의 흐름을 온/오프하는 제3반응가스바이패스밸브(V19)와, 캐리어가스흐름량제어기(412)에서 캐니스터(411)를 경유하지 않고 제3반응가스라인(400) 또는 배기라인(500)으로의 캐리어가스의 흐름을 온/오프하는 캐니스터바이패스밸브(V20)를 포함한다. 캐리어가스흐름량제어기(412)와 캐니스터(411) 사이, 그리고 캐니스터(411)와 제3반응가스라인(400) 사이에 각각 밸브(V21)(V22)가 설치되고, 밸브(V21)(V22)와 캐니스터(411) 사이에 3 개의 매뉴얼밸브(M1)(M2)(M3)가 설치된다.
제3메인퍼지가스공급부(420A)는, 유입되는 제3메인퍼지가스(불활성가스)의 흐름량을 제어하는 제3메인퍼지가스흐름량제어기(422)와, 제3메인퍼지가스흐름량제어기(422)에서 제1반응가스라인(200)으로의 제3메인퍼지가스의 흐름을 온/오프하는 제3a메인퍼지밸브(V23a)와, 제3메인퍼지가스흐름량제어기(422)에서 제3반응가스라인(400)으로의 제3메인퍼지가스의 흐름을 온/오프하는 제3b메인퍼지밸브(V23b)를 포함한다.
다음, 상기와 같은 ALD 박막증착장치의 제2실시예의 동작을 설명한다.
a) 제1반응가스 피딩단계
제1반응가스 피딩단계(S1')는, 제1반응가스공급부(210)의 오존흐름량제어기(212) 및 제1피딩밸브(V4)를 통하여 오존을 제1반응가스라인(200)으로 흐르게 함으로서 이루어진다. 이때, 피딩이 이루어지지 않을 경우에는, 오존은 제1피딩바이패스밸브(V5)를 통하여 반응용기(100)를 경유하지 않고 배기라인(500)으로 흘러야 한다. 이렇게 하여, 가스라인을 흐르는 오존의 압력 변화를 최소화할 수 있다. 한편, 제1반응가스가 피딩되는 동안에 제2반응가스라인(300) 및 제3반응가스라인(400)으로 제2메인퍼지가스공급부(320A) 및 제3메인퍼지가스공급부(420A)에 의하여 소정의 유량으로 설정된 제2,3메인퍼지가스를 각각 흐르게 한다.
b) 제1반응가스 퍼지단계
제1반응가스 퍼지단계(S2')는, 제1반응가스라인(200)으로 제1반응가스의 공급을 중단하고 수행되는 것으로서, 제1퍼지가스흐름량제어기(222)에 의하여 소정의 유량으로 설정된 제1퍼지가스를 제1반응가스라인(200)으로 공급함으로써 이루어진다. 이때, 퍼지가 이루어지지 않을 경우, 제1퍼지가스는 제1퍼지바이패스밸브(V7)를 통하여 배기라인(500)으로 흘러야 한다. 이렇게 함으로서, 가스라인을 흐르는 제1퍼지가스의 압력 변화를 최소화할 수 있다. 한편, 제1반응가스가 퍼지되는 동안에 제2반응가스라인(300) 및 제3반응가스라인(400)으로 제2메인퍼지가스공급부(320A) 및 제3메인퍼지가스공급부(420A)에 의하여 소정의 유량으로 설정된 제2,3메인퍼지가스를 각각 흐르게 한다.
c) 제2반응가스 피딩단계
제2반응가스 피딩단계(S3')는, 캐리어가스에 의하여 이송되는 제2반응가스를 밸브(V13) 및 제2피딩밸브(V9)를 통하여 제2반응가스라인(300)으로 흐르게 함으로서 이루어진다. 이때, 피딩이 이루어지지 않을 경우에는, 캐리어가스가 캐니스터(311)를 경유하지 않고 캐니스터바이패스밸브(V11)를 지나 제2피딩밸브(V9)를 통해 제2반응가스라인(300)으로 흐르거나, 제2반응가스바이패스밸브(V10)를 지나 바로 배기라인(500)으로 흐르게 된다. 한편, 제1반응가스라인(200)으로 소정의 유량으로 설정된 제1퍼지가스나 제2,3메인퍼지가스공급부(320A)(420A)에 의하여 소정의 유량으로 설정된 제2,3메인퍼지가스를 계속 흐르게 한다.
d) 제2반응가스 퍼지단계
제2반응가스 퍼지단계(S4')는, 제2반응가스라인(300)으로 제2반응가스의 공급을 중단하고 수행되는 것으로서, 캐리어가스흐름량제어기(312)에 의하여 소정의 유량으로 설정된 캐리어가스를 캐니스터바이패스밸브(V11) 및 제2피딩밸브(V9)를 통하여 제2반응가스라인(300)으로 흐르게 함으로서 이루어진다. 한편, 제1반응가스라인(200)으로 소정의 유량으로 설정된 제1퍼지가스가 계속 흐르게 한다. 한편, 제1반응가스라인(200)으로 소정의 유량으로 설정된 제1퍼지가스나 제2,3메인퍼지가스공급부(320A)(420A)에 의하여 소정의 유량으로 설정된 제2,3메인퍼지가스를 계속 흐르게 한다.
e) 제3반응가스 피딩단계
제3반응가스 피딩단계(S5')는, 캐리어가스에 의하여 이송되는 제3반응가스를 밸브(V22) 및 제3피딩밸브(V18)를 통하여 제3반응가스라인(400)으로 흐르게 함으로서 이루어진다. 이때, 피딩이 이루어지지 않을 경우에는, 캐리어가스가 캐니스터(411)를 경유하지 않고 캐니스터바이패스밸브(V20)를 지나 제3피딩밸브(V18)를 통해 제3반응가스라인(400)으로 흐르거나, 제3반응가스바이패스밸브(V19)를 지나 바로 배기라인(500)으로 흐르게 된다. 한편, 제1반응가스라인(200)으로 소정의 유량으로 설정된 제1퍼지가스나 제2,3메인퍼지가스공급부(320A)(420A)에 의하여 소정의 유량으로 설정된 제2,3메인퍼지가스를 계속 흐르게 한다.
f) 제3반응가스 퍼지단계
제3반응가스 퍼지단계(S6')는, 제3반응가스라인(400)으로 제3반응가스의 공급을 중단하고 수행되는 것으로서, 캐리어가스흐름량제어기(412)에 의하여 소정의 유량으로 설정된 캐리어가스를 캐니스터바이패스밸브(V20) 및 제3피딩밸브(V9)를 통하여 제2반응가스라인(300)으로 흐르게 함으로서 이루어진다. 한편, 제1반응가스라인(200)으로 소정의 유량으로 설정된 제1퍼지가스가 계속 흐르게 한다. 한편, 제1반응가스라인(200)으로 소정의 유량으로 설정된 제1퍼지가스나 제2,3메인퍼지가스공급부(320A)(420A)에 의하여 소정의 유량으로 설정된 제2,3메인퍼지가스를 계속 흐르게 한다.
다음, 상기와 같은 ALD 박막증착장치의 제2실시예의 전체적인 동작을 설명한다.
다음, 상기와 같은 ALD 박막증착장치의 제1실시예의 전체적인 동작을 설명한다.
기판상에 1차 산화막을 형성하기 위하여, 제1반응가스공급부(210)의 제1피딩밸브(V4)를 열어 제1반응가스인 오존이 제1반응가스라인(200)을 경유하여 반응용기(100)로 피딩하도록 한다. 이 단계가 제1반응가스 피딩단계가 된다.
다음, 제1피딩밸브(V4)를 닫고 제1퍼지가스공급부(220)의 제1퍼지밸브(V6)를 열어, 제1퍼지가스공급부(220)로부터 소정의 유량으로 설정된 제1퍼지가스를 제1반응가스라인(200)으로 흐르게 함으로써 제1반응가스라인(200) 및 반응용기(100) 내의 오존을 퍼지하게 된다. 이 단계가 ALD 박막증착방법에 있어 제1반응가스 퍼지단계가 된다.
이때, 중요한 것은 제1반응가스 피딩/퍼지 단계에 있어, 제2반응가스라인(300) 및 제3반응가스라인(400)으로 소정의 유량으로 설정된 제2,3메인퍼지가스(불활성가스)를 계속 흘려 반응용기(100)로부터 제1반응가스가 제2반응가스라인(300) 및 제3반응가스라인(400)으로 역류되지 않도록 하여야 한다.
다음, 제2피딩밸브(V9)를 열어 캐리어가스에 의하여 제2반응가스가 제2반응가스라인(300)을 경유하여 반응용기(100)로 피딩되도록 한다. 이 단계가 제2반응가스 피딩단계가 된다.
다음, 제2b메인퍼지밸브(V14b), 밸브(V12) 및 밸브(V13)를 닫고 캐리어가스흐름량제어기(312)에 의하여 소정의 유량으로 설정된 캐리어가스를 캐니스터바이패스밸브(V11) 및 제2피딩밸브(V9)를 통하여 제2반응가스라인(300)으로 흐르게 한다. 이 단계가 제2반응가스 퍼지단계가 된다.
이때에도 중요한 것은, 앞서와 마찬가지 원리로 제2반응가스 피딩/퍼지단계에 있어 제1반응가스라인(200)과 제3반응가스라인(400)으로 제1퍼지가스(불활성가스)나 제3메인퍼지가스(불활성가스)를 계속 흘려주어 반응용기(100)로부터 제2반응가스가 제1반응가스라인(200) 및 제3반응가스라인(400)으로 역류되지 않도록 한다.
상기한 제1반응가스 피딩단계(S1'), 제1반응가스 퍼지단계(S2'), 제2반응가스 피딩단계(S3'), 제2반응가스 퍼지단계(S4')를 한 싸이클로 하여 수회 반복함으로서, 소정한 두께의 1차 산화막을 형성한다.
기판상에 1차 산화막을 형성하고, 그 1차 산화막상에 2차 산화막을 형성하기 위한 방법을 설명한다.
먼저, 제1반응가스공급부(210)의 제1피딩밸브(V4)를 열어 제1반응가스인 오존이 제1반응가스라인(200)을 경유하여 반응용기(100)로 피딩하도록 한다. 이 단계가 제1반응가스 피딩단계가 된다.
다음, 제1피딩밸브(V4)를 닫고 제1퍼지가스공급부(220)의 제1퍼지밸브(V6)를 열어 제1퍼지가스공급부(220)로부터 소정의 유량으로 설정된 제1퍼지가스를 제1반응가스라인(200)으로 흐르게 함으로써 제1반응가스라인(200) 및 반응용기(100) 내의 제1반응가스를 퍼지하게 한다. 이 단계가 ALD 박막증착방법에 있어 제1반응가스 퍼지단계가 된다.
이때, 중요한 것은 제1반응가스 피딩/퍼지 단계에 있어, 제2반응가스라인(300) 및 제3반응가스라인(400)으로 제2,3메인퍼지가스(불활성가스)를 계속 흘려 반응용기(100)로부터 제1반응가스가 제2반응가스라인(300) 및 제3반응가스라인(400)으로 역류되지 않도록 하여야 한다.
다음, 제3피딩밸브(V18)를 열어 캐리어가스에 의하여 제3반응가스가 제3반응가스라인(400)을 경유하여 반응용기(100)로 피딩되도록 한다. 이 단계가 제3반응가스 피딩단계가 된다.
다음, 제3b메인퍼지밸브(V23b), 밸브(V21) 및 밸브(V22)를 닫고 캐리어가스흐름량제어기(412)에 의하여 소정의 유량으로 설정된 캐리어가스를 캐니스터바이패스밸브(V20) 및 제2피딩밸브(V18)를 통하여 제3반응가스라인(400)으로 흐르게 한다. 이 단계가 제3반응가스 퍼지단계가 된다.
이때에도 중요한 것은, 앞서와 마찬가지 원리로 제3반응가스 피딩/퍼지단계에 있어 제1반응가스라인(200) 및 제2반응가스라인(300)으로 제1퍼지가스(불활성가스)나 제2메인퍼지가스(불활성가스)를 계속 흘려주어 반응용기(100)로부터 제3반응가스가 제1반응가스라인(200) 및 제2반응가스라인(300)으로 역류되지 않게 한다.
상기한 제1반응가스 피딩단계(S1'), 제1반응가스 퍼지단계(S2'), 제3반응가스 피딩단계(S5'), 제3반응가스 퍼지단계(S6')를 한 싸이클로 하여 수회 반복함으로서, 1차 산화막상에 소정한 두께의 2차 산화막을 형성한다.
상기한 구조의 제1실시예와 제2실시예의 ALD 박막증착장치는, TiO2, HfO2, ZrO2, Al2O3 와 같은 2원계 산화막을 두 개의 층으로 적층하여 증착하는데 사용된다.
이와 같이, 제2메인퍼지가스공급부 및/또는 제3메인퍼지가스공급부가 없다면 제2,3반응가스의 퍼지는 소정의 유량으로 설정된 캐리어가스로밖에 수행할 수 없다. 그러나, 제1,2실시예에서, 제2메인퍼지가스공급부 및/또는 제3메인가스퍼지공급부를 채용함으로써 캐리어가스의 유량과 다른 유량으로 제2,3반응가스의 퍼지를 수행할 수 있으며, 이에 따른 레시피(recipe) 조종의 폭을 더 넓힐 수 있고, 따라서, 박막의 특성을 더 자유로이 조정할 수 있다.
첨부된 참조 도면에 의해 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 단지 일 실시예에 불과하다. 당해 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 바람직한 실시예를 충분히 이해하여 유사한 형태의 ALD 박막증착장치를 구현할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 ALD 박막증착장치에 따르면, 소정의 유량으로 설정된 캐리어가스와 함께 메인퍼지가스를 반응가스 퍼지에 사용함으로써 퍼지 효율을 높일 수 있고, 우수한 스텝커버리지와 고유전율을 갖는 산화막을 단일막 내지 적층구조로 증착할 수 있다.
또한, 본 발명은 단일산화막뿐만 아니라 다층산화막도 융통성있게 증착할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 ALD 박막증착장치의 제1실시예의 개략적 구성도,
도 2는 도 1의 ALD 박막증착장치의 상세 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 ALD 박막증착장치의 제2실시예의 개략적 구성도,
도 4는 도 3의 ALD 박막증착장치의 상세 구성도,
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 ... 반응용기 200 ... 제1반응가스라인
210 ... 제1반응가스공급부 211 ... 오존생성기
212 ... 오존흐름량제어기 214 ... 오존제거기
220 ... 제1퍼지가스공급부 222 ... 제1퍼지가스흐름량제어기
300 ... 제2반응가스라인 310 ... 제2반응가스공급부
311 ... 캐니스터 312 ... 캐리어가스흐름량제어기
320, 320A ... 제2메인퍼지가스공급부
322 ... 제2메인퍼지가스흐름량제어기
3120, 3120A ... 제2반응가스공급유니트
400 ... 제3반응가스라인 410 ... 제3반응가스공급부
411 ... 캐니스터 412 ... 캐리어가스흐름량제어기
420, 420A ... 제3메인퍼지가스공급부
422 ... 제3메인퍼지가스흐름량제어기
4210, 4120A ... 제3반응가스공급유니트
500 ... 배기라인 V1, V2
V3 ... 오존바이패스밸브 V4 ... 제1피딩밸브
V5 ... 제1피딩바이패스밸브 V6 ... 제1퍼지밸브
V7 ... 제1퍼지바이패스밸브 V9 ... 제2피딩밸브
V10 ... 제2반응가스바이패스밸브 V11 ... 캐니스터바이패스밸브
V12, V13 ... 밸브 V14 ... 제2메인퍼지밸브
V14a ... 제2a메인퍼지밸브 V14b ... 제2b메인퍼지밸브
V15 ... 제2메인퍼지바이패스밸브 V18 ... 제3피딩밸브
V19 ... 제3반응가스바이패스밸브 V20 ... 캐니스터바이패스밸브
V21, V22 ... 밸브 V23 ... 제3메인퍼지밸브
V24 ... 제3메인퍼지바이패스밸브
S1, S1' ... 제1반응가스피딩단계
S2, S2' ... 제1반응가스퍼지단계
S3, S3' ... 제2반응가스피딩단계
S4, S4' ... 제2반응가스퍼지단계
S5, S5' ... 제3반응가스피딩단계
S6, S6' ... 제3반응가스퍼지단계

Claims (14)

  1. 적어도 하나 이상의 기판이 수납되어 증착되는 반응용기(100);
    상기 반응용기(100)와 연결되는 제1반응가스라인(200);
    상기 반응용기(100)와 연결되는 제2반응가스라인(300);
    상기 반응용기(100)와 연결되는 제3반응가스라인(400);
    상기 반응용기(100) 내의 가스가 배기되는 배기라인(500)과;
    제1반응가스를 상기 제1반응가스라인(200)으로 공급하거나 상기 배기라인(500)으로 바이패스하는 제1반응가스공급부(210);
    제1퍼지가스를 상기 제1반응가스라인(200)으로 공급하거나 상기 배기라인(500)으로 바이패스하기 위한 제1퍼지가스공급부(220);
    제2반응가스를 상기 제2반응가스라인(300)으로 공급하거나 상기 배기라인(500)으로 바이패스하는 제2반응가스공급부(310)와, 제2메인퍼지가스를 상기 제2반응가스라인(300)으로 공급하거나 상기 배기라인(500)으로 바이패스하는 제2메인퍼지가스공급부(320)로 구성되는 제2반응가스공급유니트(3120);
    제3반응가스를 상기 제3반응가스라인(400)으로 공급하거나 상기 배기라인(500)으로 바이패스하는 제3반응가스공급부(410)와, 제3메인퍼지가스를 상기 제3반응가스라인(400)으로 공급하거나 상기 배기라인(500)으로 바이패스하는 제3메인퍼지가스공급부(420)로 구성되는 제3반응가스공급유니트(4120);를 포함하는 것을 특징으로 하는 ALD 박막증착장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1반응가스공급부(210)는,
    제1반응가스인 오존을 발생하는 오존생성기(211)와, 상기 오존생성기(211)에서 발생된 오존의 흐름량을 제어하는 오존흐름량제어기(212)와, 상기 오존흐름량제어기(212)에서 상기 제1반응가스라인(200)으로의 오존의 흐름을 온/오프하는 제1피딩밸브(V4)와, 상기 오존흐름량제어기(212)에서 상기 반응용기(100)를 경유하지 않고 상기 배기라인(500)으로 오존의 흐름을 온/오프하는 제1피딩바이패스밸브(V5)를 포함하는 것을 특징으로 하는 ALD 박막증착장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1퍼지가스공급부(220)는,
    유입되는 제1퍼지가스(불활성가스)의 흐름량을 제어하는 제1퍼지가스흐름량제어기(222)와, 상기 제1퍼지가스흐름량제어기(222)에서 상기 제1반응가스라인(200)으로의 제1퍼지가스의 흐름을 온/오프하는 제1퍼지밸브(V6)와, 상기 제1퍼지가스흐름량제어기(222)에서 상기 반응용기(100)를 경유하지 않고 상기 배기라인(500)으로의 제1퍼지가스의 흐름을 온/오프하는 제1퍼지바이패스밸브(V7)를 포함하는 것을 특징으로 하는 ALD 박막증착장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2반응가스공급부(310)는,
    제2반응가스의 원료가 수용된 캐니스터(311)와, 상기 캐니스터(311)로 유입되는 불활성가스의 유량을 제어하는 캐리어가스흐름량제어기(312)와, 상기 캐니스터(311)에서 상기 제2반응가스라인(300)으로 제2반응가스의 흐름을 온/오프하는 제2피딩밸브(V9)와, 상기 캐니스터(311)에서 상기 반응용기(100)를 경유하지 않고 상기 배기라인(500)으로 제2반응가스의 흐름을 온/오프하는 제2반응가스바이패스밸브(V10)와, 상기 캐리어가스흐름량제어기(312)에서 상기 캐니스터(311)를 경유하지 않고 상기 제2반응가스라인(300) 또는 배기라인(500)으로의 불활성가스의 흐름을 온/오프하는 캐니스터바이패스밸브(V11)를 포함하는 것을 특징으로 하는 ALD 박막증착장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2메인퍼지가스공급부(320)는,
    유입되는 제2메인퍼지가스(불활성가스)의 흐름량을 제어하는 제2메인퍼지가스흐름량제어기(322)와, 상기 제2메인퍼지가스흐름량제어기(322)에서 상기 제2반응가스라인(300)으로의 제2메인퍼지가스의 흐름을 온/오프하는 제2메인퍼지밸브(V14)와, 상기 제2메인퍼지가스흐름량제어기(322)에서 상기 반응용기(100)를 경유하지 않고 상기 배기라인(500)으로의 제2메인퍼지가스의 흐름을 온/오프하는 제2메인퍼지바이패스밸브(V15)를 포함하는 것을 특징으로 하는 ALD 박막증착장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제3반응가스공급부(410)는,
    제3반응가스의 원료가 수용된 캐니스터(411)와, 상기 캐니스터(411)로 유입되는 불활성가스의 유량을 제어하는 캐리어가스흐름량제어기(412)와, 상기 캐니스터(411)에서 상기 제3반응가스라인(400)으로 제3반응가스의 흐름을 온/오프하는 제3피딩밸브(V18)와, 상기 캐니스터(411)에서 상기 반응용기(100)를 경유하지 않고 상기 배기라인(500)으로 제3반응가스의 흐름을 온/오프하는 제3반응가스바이패스밸브(V19)와, 상기 캐리어가스흐름량제어기(412)에서 상기 캐니스터(411)를 경유하지 않고 상기 제3반응가스라인(400) 또는 배기라인(500)으로의 캐리어가스의 흐름을 온/오프하는 캐니스터바이패스밸브(V20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 ALD 박막증착장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제3메인퍼지가스공급부(420)는,
    유입되는 제3메인퍼지가스(불활성가스)의 흐름량을 제어하는 제3메인퍼지가스흐름량제어기(422)와, 상기 제3메인퍼지가스흐름량제어기(422)에서 상기 제3반응가스라인(400)으로의 제3메인퍼지가스의 흐름을 온/오프하는 제3메인퍼지밸브(V23)와, 상기 제3메인퍼지가스흐름량제어기(422)에서 상기 반응용기(100)를 경유하지 않고 상기 배기라인(500)으로의 제3메인퍼지가스의 흐름을 온/오프하는 제3메인퍼지바이패스밸브(V24)를 포함하는 것을 특징으로 하는 ALD 박막증착장치.
  8. 적어도 하나 이상의 기판이 수납되어 증착되는 반응용기(100);
    상기 반응용기(100)와 연결되는 제1반응가스라인(200);
    상기 반응용기(100)와 연결되는 제2반응가스라인(300);
    상기 반응용기(100)와 연결되는 제3반응가스라인(400);
    상기 반응용기(100) 내의 가스가 배기되는 배기라인(500)과;
    제1반응가스를 상기 제1반응가스라인(200)으로 공급하거나 상기 배기라인(500)으로 바이패스하는 제1반응가스공급부(210);
    제1퍼지가스를 상기 제1반응가스라인(200)으로 공급하거나 상기 배기라인(500)으로 바이패스하기 위한 제1퍼지가스공급부(220);
    제2반응가스를 상기 제2반응가스라인(300)으로 공급하거나 상기 배기라인(500)으로 바이패스하는 제2반응가스공급부(310)와, 상기 제1반응가스라인(200) 및/또는 제2반응가스라인(300)으로 제2메인퍼지가스를 공급하는 제2메인퍼지가스공급부(320A)로 구성되는 제2반응가스공급유니트(3120A);
    제3반응가스를 상기 제3반응가스라인(400)으로 공급하거나 상기 배기라인(500)으로 바이패스하는 제3반응가스공급부(410)와, 상기 제1반응가스라인(200) 및/또는 제3반응가스라인(400)으로 제3메인퍼지가스를 공급하는 제3메인퍼지가스공급부(420A)로 구성되는 제3반응가스공급유니트(4120A);를 포함하는 것을 특징으로 하는 ALD 박막증착장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1반응가스공급부(210)는,
    제1반응가스인 오존을 발생하는 오존생성기(211)와, 상기 오존생성기(211)에서 발생된 오존의 흐름량을 제어하는 오존흐름량제어기(212)와, 상기 오존흐름량제어기(212)에서 상기 제1반응가스라인(200)으로의 오존의 흐름을 온/오프하는 제1피딩밸브(V4)와, 상기 오존흐름량제어기(212)에서 상기 반응용기(100)를 경유하지 않고 상기 배기라인(500)으로 오존의 흐름을 온/오프하는 제1피딩바이패스밸브(V5)를 포함하는 것을 특징으로 하는 ALD 박막증착장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제1퍼지가스공급부(220)는,
    유입되는 제1퍼지가스(불활성가스)의 흐름량을 제어하는 제1퍼지가스흐름량제어기(222)와, 상기 제1퍼지가스흐름량제어기(222)에서 상기 제1반응가스라인(200)으로의 제1퍼지가스의 흐름을 온/오프하는 제1퍼지밸브(V6)와, 상기 제1퍼지가스흐름량제어기(222)에서 상기 반응용기(100)를 경유하지 않고 상기 배기라인(500)으로의 제1퍼지가스의 흐름을 온/오프하는 제1퍼지바이패스밸브(V7)를 포함하는 것을 특징으로 하는 ALD 박막증착장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 제2반응가스공급부(310)는,
    제2반응가스의 원료가 수용된 캐니스터(311)와, 상기 캐니스터(311)로 유입되는 불활성가스의 유량을 제어하는 캐리어가스흐름량제어기(312)와, 상기 캐니스터(311)에서 상기 제2반응가스라인(300)으로 제2반응가스의 흐름을 온/오프하는 제2피딩밸브(V9)와, 상기 캐니스터(311)에서 상기 반응용기(100)를 경유하지 않고 상기 배기라인(500)으로의 제2반응가스의 흐름을 온/오프하는 제2반응가스바이패스밸브(V10)와, 상기 캐리어가스흐름량제어기(312)에서 상기 캐니스터(311)를 경유하지 않고 상기 제2반응가스라인(300) 또는 상기 배기라인(500)으로의 불활성가스의 흐름을 온/오프하는 캐니스터바이패스밸브(V11)를 포함하는 것을 특징으로 하는 ALD 박막증착장치.
  12. 제8항에 있어서, 상기 제2메인퍼지가스공급부(320A)는,
    유입되는 메인퍼지가스(불활성가스)의 흐름량을 제어하는 제2메인퍼지가스흐름량제어기(322), 상기 제2메인퍼지가스흐름량제어기(322)에서 상기 제1반응가스라인(200)으로의 제2메인퍼지가스의 흐름을 온/오프하는 제2a메인퍼지밸브(V14a)와, 상기 제2메인퍼지가스흐름량제어기(322)에서 상기 제2반응가스라인(300)으로의 제2메인퍼지가스의 흐름을 온/오프하는 제2b메인퍼지밸브(V14b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 ALD 박막증착장치.
  13. 제8항에 있어서, 상기 제3반응가스공급부(410)는,
    제3반응가스의 원료가 수용된 캐니스터(411)와, 상기 캐니스터(411)로 유입되는 캐리어가스의 유량을 제어하는 캐리어가스흐름량제어기(412)와, 상기 캐니스터(411)에서 상기 제3반응가스라인(400)으로 제3반응가스의 흐름을 온/오프하는 제3피딩밸브(V18)와, 상기 캐니스터(411)에서 상기 반응용기(100)를 경유하지 않고 상기 배기라인(500)으로 제3반응가스의 흐름을 온/오프하는 제3반응가스바이패스밸브(V19)와, 상기 캐리어가스흐름량제어기(412)에서 상기 캐니스터(411)를 경유하지 않고 제3반응가스라인(400) 또는 배기라인(500)으로의 캐리어가스의 흐름을 온/오프하는 캐니스터바이패스밸브(V20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 ALD 박막증착장치.
  14. 제8항에 있어서, 상기 제3메인퍼지가스공급부(420A)는,
    유입되는 제3메인퍼지가스(불활성가스)의 흐름량을 제어하는 제3메인퍼지가스흐름량제어기(422), 상기 제3메인퍼지가스흐름량제어기(422)에서 상기 제1반응가스라인(200)으로의 제3메인퍼지가스의 흐름을 온/오프하는 제3a메인퍼지밸브(V23a)와, 상기 제3메인퍼지가스흐름량제어기(422)에서 상기 제3반응가스라인(400)으로의 제3메인퍼지가스의 흐름을 온/오프하는 제3b메인퍼지밸브(V23b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 ALD 박막증착장치.
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