KR100760428B1 - 기상 증착 반응기 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 기상 증착 반응기는, 기판과 비접촉상태에서 기판이 이동하거나 기상 증착 반응기가 이동하여 기판이 반응기를 통과하는 구조를 가지며, 반응기의 기본 모듈로서 원료물질 또는 반응제가 주입되는 주입부와 퍼지 가스가 주입된 후 펌핑되는 배기부를 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 반응기는 주입부의 크기가 작으므로 균일한 막 특성을 가지면서도 원료의 증착 효율을 높이고 퍼지/펌핑에 소요시간을 짧게 할 수 있다. 또한, 반응기 자체에 ALD 각 단계를 반영하는 구조를 가지므로, 밸브를 필요로 하지 않는 특징이 있다. 또한, 원격 플라즈마 적용, 초고주파 이용 및 자외선 조사가 용이한 장점이 있다.

Description

기상 증착 반응기{Vapor Deposition Reactor}
도1은 원자층 증착의 4단계를 설명하는 도면,
도2는 종래 기술로서 크로스-플로우 방식의 ALD 반응기,
도3은 종래 기술로서 샤워-헤드 방식의 ALD 반응기,
도4는 본 발명에 의한 반응기의 기본 모듈을 도시한 것,
도5는 도4에 도시된 기본 모듈을 2개 사용하여 구성한 ALD 반응기,
도6은 도5에 도시된 ALD 반응기의 전체 구성도,
도7은 도5의 제1모듈(51)의 주입부(511)의 측단면도,
도8a 내지 도8d는 도5의 제1모듈(51)의 배기부(512)의 측단면도, 평면도, 저면도,
도9는 도5에 도시된 ALD 반응기의 각 파라미터를 표시한 것,
도10 및 도11은 주입구가 2개 설치된 주입부를 도시한 것,
도12는 2단계 반응에 의하여 원자층을 형성하는 반응기를 도시한 것,
도13은 원료물질이 주입되어 배기되는 모듈을 2개로 구성한 것,
도14는 기판이 반응기를 1회 통과함에 따라서 2층의 원자층이 형성되도록 한 반응기,
도15는 냉각/가열 수단을 구비한 반응기,
도16 내지 도18은 자외선 직접 조사 수단이 구비된 반응기,
도19 내지 도21은 자외선 간접 조사 수단이 구비된 반응기.
도22 내지 도25는 플라즈마 인가 수단이 구비된 반응기,
도26 및 도27은 초고주파 인가 수단이 구비된 반응기.
본 발명은 기상 증착법에 사용되는 반응기에 관한 것이다. 기상 증착법으로 근래에는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, 이하에서 ALD 라고 함) 기술이 사용된다. 이하에서는 ADL 반응기를 예를 들어서 설명한다. 그러나 본 발명이 ALD 반응기에 국한되는 것은 아니다.
ALD는 도1에서 보이는 바와 같이, 반응기에 하나 또는 그 이상의 원료물질(precursor)을 주입한 후 퍼지/펌핑을 시킴으로써 단일 분자층 또는 한 층 이상의 다분자층을 흡착시킨 후, 하나 또는 그 이상의 반응제(reactant)를 주입하여 퍼지/펌핑에 의하여 단일의 원자층 또는 다층의 원자층을 얻게 된다. ALD는 이러한 4단계로 이루어지는데, 4단계로 이루어진 1사이클을 통하여 한 층의 단일 원자층이 형성된다.
종래의 ALD 반응기는, 원료물질, 반응제, 퍼지 가스 등이 증착하고자 하는 기판면과 평행한 방향으로 주입되는 크로스-플로우(cross-flow) 방식( traveling-wave 방식이라고도 함)과 증착하고자 하는 기판면과 수직으로 주입되는 샤워-헤드 (shower-head) 방식의 두 가지로 나누어진다. 도2는 크로스-플로우 방식의 ALD 반응기를 도시한 것이고, 도3은 샤워-헤드 방식의 ALD 반응기를 도시한 것이다.
크로스-플로우 방식의 경우, 도2에서 보이는 바와 같이 원료가 기판면에 평행하게 주입되므로 원료가 기판에 도달하는 시간이 균일하지 않게 되어 원료가 주입되는 기판에서 먼저 흡착 현상이 일어나고 점차로 배기부쪽의 기판이 흡착이 이루어지므로 흡착이 시간의 함수가 된다. 특히 면적이 큰 기판의 경우 이러한 현상이 더욱 심화되어 주입부와 배기부 위치에 따라서 조성이 달라지거나 막 특성이 달라지게되는 심각한 문제가 발생한다.
샤워-헤드 방식의 경우, 도3에서 보이는 바와 같이 원료가 주입기와 기판과의 거리가 거의 균일하게 되므로 원료물질의 흡착이 기판 전체에서 거의 동시에 이루어지게 되어 크로스-플로우 방식에 비하여 균일한 특성의 박막을 얻을 수 있다. 그러나, 샤워-헤드 방식은 반응기의 체적이 넓으므로 퍼지/펌핑 단계에서 시간이 많이 소요되고 많은 양의 원료물질 및 반응제가 필요한 단점이 있다.
또한, 위 2가지 방식의 종래의 ALD 반응기는 모두, 반응기 내부로 원료물질, 반응제 및 퍼지 가스를 주기적으로 주입하기 위하여 밸브를 사용하게 된다. 이러한 밸브는 고속으로 동작하게 되고 동작 횟수가 많게 된다. 예를 들어서 1㎛의 원자층을 증착하는데에 각 단계 별로 10,000회 이상의 밸브 동작이 필요하게 된다. 이에 따라서 밸브의 수명과 관련된 문제가 발생하고 된다. 또한, 위 2가지 방식의 종래의 ALD 반응기는 모두, 원격 플라즈마 적용, 초고주파 이용, 자외선 조사 등이 어려운 단점이 있다.
본 발명의 목적은, 균일한 막 특성을 가지면서도 원료의 증착 효율을 높이고 퍼지/펌핑에 소요되는 시간을 짧게 하는 기상 증착 반응기를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은, 또한, 밸브를 필요로 하지 않은 기상 증착 반응기를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은, 또한, 원격 플라즈마 적용, 초고주파 이용 및 자외선 조사가 용이한 기상 증착 반응기를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 기상 증착 반응기는, 기판과 비접촉상태에서 기판이 이동하거나 기상 증착 반응기가 이동하여 기판이 반응기를 통과하는 구조를 가지며, 반응기의 기본 모듈로서 원료물질 또는 반응제가 주입되는 주입부와 퍼지 가스가 주입된 후 펌핑되는 배기부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
본 발명에 의한 기상 증착 반응기는, 기판과 비접촉상태에서 기판이 이동하거나 기상 증착 반응기가 이동하여 기판이 반응기를 통과하는 구조를 가진다. 본 발명에서 기판이 반응기를 통과하는 부분은 반응기로부터 원료물질, 퍼지가스 또는 반응제가 유출되는 부분이다. 이하에서는 원료물질, 퍼지가스 또는 반응제가 반응기의 하부로 유출되는 경우로서, 따라서 기판이 반응기의 하부를 통과하는 경우를 예로 설명한다.
도4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 기상 증착 반응기의 기본 모듈은, 주입부(41), 배기부(42)로 구성된다. 도4에 도시된 본 발명의 일실시예에 의한 기상 증착 반응기가 이동하거나 또는 하부에 놓인 기판이 이동하여, 주입부(41)를 거친 기판 부위가 다음으로 배기부(42)를 거치게 되는 구성이다. 기상 증착 반응기 또는 기판의 이동은 직선 이동이거나 회전 이동일 수가 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 기판이 직선으로 이동하는 경우를 상정하여 설명하기로 한다.
도5는 도4에 도시된 본 발명에 의한 기상 증착 반응기의 기본 모듈을 2개 사용하여 ALD 반응기를 구성한 경우를 도시한 것이다.
도5에서 제1모듈(51)의 주입부(511)로 원료물질이 주입되고, 제1모듈(51)의 배기부(512)로 퍼지 가스가 주입되었다가 퍼지/펌핑된다. 제2모듈(52)의 주입부(521)로 반응제가 주입되고, 제2모듈(52)의 배기부(522)로 퍼지가스가 주입되었다가 퍼지/펌핑된다. 기판은, 제1모듈(51)의 주입부(511) -> 제1모듈(51)의 배기부(512) -> 제2모듈(52)의 주입부(521) -> 제2모듈의 배기부(522)를 거치면서 ALD 기술의 4단계 1사이클을 거치고, 그 결과 기판에 원자층이 형성된다.
도6은 도5에 도시된 ALD 반응기의 전체 구성도이다. 도7은 도5의 제1모듈(51)의 주입부(511)의 측단면도이다. 도8a는 도5의 제1모듈(51)의 배기부(512)의 A-A 측단면도이고, 도8b는 도5의 제1모듈(51)의 배기부(512)의 B-B 측단면도이다. 효율적인 펌핑을 위하여 측면은 곡면으로 처리되어 있다. 도8c는 도5의 제1모듈(51)의 배기부(512)의 평면도이고, 도8d는 도5의 제1모듈(51)의 배기부(512)의 저 면도이다. 도5의 제2모듈(52)의 주입부(521) 및 배기부(522)의 형상은 제1모듈(51)의 주입부(511) 및 배기부(512)와 각각 동일하다. 원료물질, 퍼지 가스 및 반응제를 균일하게 주입하기 위하여 직선 파이프 형태의 채널에 여러 개의 구멍을 뚫은 형태의 주입기가 사용되며, 각 주입기의 구멍 크기는 다르게 설정할 수 있다. 본 명세서에 첨부된 도면에는 측면을 통하여 파이프 형태의 채널로 주입되는 것을 도시한 것이나, 상부로부터 파이프 형태의 채널로 주입되도록 구성할 수 있다.
도5에 도시된 ALD 반응기는 각 구성 부분의 크기/간격과 기판의 이동 속도가 조절될 수 있다. 도9는 도5에 도시된 ALD 반응기의 각 파라미터를 표시한 것이다. 도9로부터 ALD 1사이클의 4단계의 각 단계별 시간은 다음과 같이 계산된다. 제1단계: 원료물질 주입 시간=x0/v, 제2단계: 퍼지/펌핑 시간=x1/v, 제3단계 : 반응제 주입 시간=x2/v, 제4단계 : 퍼지/펌핑 시간 = x3/v.
도9에서 도시된 바와 같이 본 발명에서는 ALD 반응기의 각 구성 부분의 크기/간격과 기판의 이동 속도를 파라미터로 조절할 수 있다.
도9에서, 기판이 반응기의 하부를 지나갈 때에 폭 x0인 제1모듈(51)의 주입기(511) 부분에 ALD 제1단계의 원료물질이 해당 공간을 채우게 되는데, 제1모듈(51)의 주입기(511) 부분에서 반응기와 기판 사이의 간격(z1)이 작은 경우, 원료물질의 누출량이 작은 상태에서 해당 공간을 채우게 된다. 이때 x0의 폭을 크게 하면 충분한 양의 원료물질이 기판에 공급되고 x0의 폭이 작으면 원료물질이 기판에 흡착 되는 기회가 작아지게 되므로, 반응기를 설계할 때에 원료물질의 특성에 따라서 x0를 설정한다.
기판이 이동하여, 반응기의 제1모듈(51)의 배기부(512) 부분을 지날 때에 기판에 흡착되어 있던 원료물질은 퍼지 가스(질소나 아르곤)의 주입과 펌핑에 의하여 화학적 분자 흡착층을 남기게 되며, 의도적으로 원료물질을 불충분하게 제거하기 위하여 기판이 이동속도(v)를 증가시키거나 반응기의 폭(x1)을 작게 할 경우 화학적 분자 흡착층 뿐만 아니라 기판의 표면에 물리적 흡착층의 일부를 남김으로써 증착에 활용할 수 있게 한다.
이와 동일한 방식으로 기판이 반응기의 제1모듈(51)의 주입부(511)과 배기부(512)를 지남에 따라, 기판 표면에 화학적 흡착 분자층이 남게 되고, 동일한 방식으로 기판이 반응기의 제2모듈(52)의 주입부(521)를 지날 때에 반응제가 주입되고, 제2모듈(52)의 배기부(522)를 지날 때에 퍼지/펌핑되어, 결과적으로 기판은 밸브나 유사 장치의 구동이 없이 ALD의 4단계를 모두 거쳐서 한 층 또는 하나 이상의 원자층이 형성된다.
도9에 도시된 반응기에서 단일 원자층을 형성하기 이한 ALD의 4단계들의 공정을 설명하면 다음과 같다.
<제1단계>
기판이 반응기와 비접촉 상태에서 일정 간격(z)을 띄고 v의 속도로 이동할 때에 제1모듈(51)의 주입부(511)(폭, x0)을 지나가는 동안 원료물질이 주입되어 기 판의 표면에 화학적 흡착층과 물리적 흡착층이 생기게 된다.
<제2단계>
이 중에서 반데르발스 결합을 하고 있거나 분자간 결합력이 약한 물리적 흡착층은 기판이 제1모듈(51)의 배기부(512)(폭, x1)를 지나는 동안 퍼지 가스에 의하여 피증착물이나 기판으로부터 분리되고, 펌핑에 의하여 제거되어 기판의 표면에는 화학흡착층만이 남게 된다.
<제3단계>
기판이 제2모듈(52)의 주입부(521)(폭, x2)를 지나는 동안 반응제가 주입되어 기판의 표면에 존재하는 화학흡착층의 일부를 치환시켜 기판의 표면에는 형성시키고자 하는 원자층이 형성되고, 과잉으로 주입된 반응제는 물리적 흡착 상태로 존재하게 된다.
<제4단계>
기판이 제2모듈(52)의 배기부(522)(폭, x3)를 지나는 동안 분자간의 결합이 약한 물리적 흡착 상태의 반응제는 퍼지/펌핑에 의하여 제거되어 최종적으로 기판의 표면에는 단일의 원자층이 형성된다.
본 발명에 의한 반응기를 이용하여, 기판이 반응기의 하부를 통과하는 횟수를 조절하여, 원하는 두께(즉, 원하는 층 수)의 원자층을 형성할 수 있다.
도9에서 원료물질, 퍼지 가스 또는 반응제가 주입되는 부분은 1㎜ 내지 2㎜ 직경의 미세한 구멍 형상을 가지는데, 이는 기판의 크기에 맞추어서 크기가 조절될 수 있다. 반응기의 각 부분을 구분하기 위하여 각 L1, L2, L3, L4, L5 크기의 가드(제1가드~제5가드)가 형성되어 있다.
반도체용으로 제작되는 반응기의 경우 300㎜ 크기의 웨이퍼를 기준으로 하였을 때에 제1가드~제5가드들은, 각 단계 별 주입 물질이 서로 섞이지 않게 하기 위한 목적으로 형성되는 것이므로 그 폭(L1~L5)이 클수록 좋으나, 장치의 크기를 고려하면 기판이 300㎜인 웨이퍼의 경우 10㎜ 이내로 제작하는 것이 바람직하다. 한편, 대형 기판의 경우 그 폭(L1~L5)은 클수록 바람직하고 제약 조건을 갖지 않는다. 가드들은 각 단계를 분리하고, 원료의 증착 효율을 최대화하면서 원료의 누출을 방지하기 위한 것으로서, ALD의 4단계 공정이 일어나는 각 단계의 폭(x0, x1, x2, x3)에 따라서 각 가드의 폭(L1~L5)을 다르게 설정할 수 있다. 또한, 도9에서 ALD의 제1단계 공정이 일어나는 제1모듈(51)의 제1가드(폭,L1)가 기판과 이격된 간격(z1)과 ALD의 제3단계 공정이 일어나는 제2모듈(52)의 제3가드(폭,L3)가 기판과 이격된 간격(z3)을 상이하게 할 수 있다.
위와 같은 구조를 가지는 본 발명에 의한 반응기는, 주입하는 원료물질이 2종류 이상일 경우, 2단계 이상의 반응에 의하여 원자층을 형성하는 경우 등 여러 가지 상황에 맞도록, 반응기의 기본 모듈을 이용하여 반응기의 구조를 설계할 수 있다.
도10 및 도11은, 주입하는 원료물질 또는 반응제가 2종류이고 서로 반응을 하지 않는 경우의 반응기 모듈의 주입부를 도시한 것으로서, 주입부를 2개 설치한 것이다. 도10은 2개의 주입부를 나란히 배열한 것으로, 10-1은 제1원료물질의 주입구이고, 10-2는 제2원료물질의 주입구이다. 도11은 2개의 주입부를 일렬로 순차적으로 배열한 것으로, 11-1은 제1원료물질의 주입구이고, 11-2는 제2원료물질의 주입구이다. 도10 및 도11과 같은 구성으로, 2개 이상의 다른 원료물질 또는 반응제를 동시에 주입할 수 있다.
도12는, 2단계 반응에 의하여 원자층을 형성하는 반응기를 도시한 것으로서, 기본 모듈을 3개로 구성하고, 특히 반응제가 주입되어 배기되는 모듈을 2개로 구성한 것이다. 예컨대, 유기 금속 원료를 주입하여 기판에 유기 금속 분자를 흡착시킨 후 수소 원자 주입에 의하여 금속 수소화물 상태로 치환한 후 질소 원자를 주입하여 2차 반응을 유도함으로써 금속 질화물을 형성할 수 있다.
도13은, 원료물질이 주입되어 배기되는 모듈을 2개로 구성한 것이다. 셀프-리미팅(self-limiting)이 없는 원료물질(예를 들면, TiCl4, SiH4)를 사용할 경우, 종래의 반응기에서는 ALD 4단계 공정을 여러 번 거쳐서 한 층의 원자층을 형성하는 방법 밖에 없었으나, 본 발명에 의하면 원료물질의 주입부와 배기부의 모듈을 여러 개 배열하고, 마지막에 반응제의 주입부과 배기부를 형성하여 반응기를 설계함으로써 기판이 반응기를 1회만 지나가도 한 층의 원자층을 형성할 수 있는 장점이 있다.
도14는, 반응기를 1회 통과함에 따라서, 2층의 원자층이 형성되도록 하는 것이다. 이때 동일한 원료물질을 사용하면 동일한 막이 형성된다. 예컨대, Ti 금속 원자를 함유하고 있는 원료를 사용하여 TiO2 원자층을 형성할 경우 TiO2+TiO2 또는 TiN+TiN 과 같은 동종 박막을 형성할 수 있다. 동일 원료를 사용하고 다른 종류의 반응제를 사용할 경우 동일한 금속원자를 함유하고 있는 물질의 이종 박막을 형성할 수 있다. 예컨대, Ti 금속 원자를 함유하고 있는 원료를 사용하여 TiN+TiO2 또는 TiO2+TiN 등의 이종 박막을 형성할 수 있다. 또한, 다른 원료물질을 사용하여 다른 두 종류의 원자층을 동시에 형성할 수 있다. 예컨대, TiO2+SiO2 등의 이종 산화막 또는 AlN+SiO2 등의 이종 박막을 형성할 수 있다.
본 발명에 의한 반응기는, 냉각 및 가열 수단, 자외선 조사 수단, 플라즈마 인가 수단 및 초고주파 인가 수단을 포함하도록 용이하게 구성할 수 있다.
도15는 냉각 수단 또는 가열 수단을 구비한 반응기를 도시한 것이다. 도15에서 151이 냉각/가열 수단이다. 냉각이 필요한 경우는 원료물질이 공급될 때 원료가 분해되거나 플라즈마나 자외선을 반응 촉진제로 사용할 경우 발열되므로 이 반응기의 온도로 동일하게 유지하거나 냉각시키기 위한 것이다. 이와 반대로 저온에서 원료가 응축되거나 증기압이 낮아질 경우 고온으로 유지하여야 할 필요성이 있게 된다. 따라서, 분해가 되지 않고, 원료가 응축되거나 원료의 증기압이 낮아져 공정의 결과가 변화되지 않도록 냉각 온도가 결정되어야 한다. 그 온도는 사용되는 원료물질에 따라서 상이하지만 통상 70~150 ℃ 정도의 온도가 되도록 한다. 가열 수단은 열선을 이용하고 열전대를 이용하여 계측 제어하게 된다.
도16 내지 도18은 자외선 직접 조사 수단이 구비된 반응기를 도시한 것이다. 각 도면에서 161, 171 및 181이 자외선 조사 수단을 가르킨다. 기판의 표면에 흡착된 원료의 분자층과 반응제와의 반응이 미약하거나 불완전할 경우 또는 흡착되어 있는 원료의 분자층에서 특정한 결합만을 깨기 위하여 특정한 파장, 또는 그 이하의 파장을 갖는 자외선을 기판에 조사함으로써 반응을 완전하게 유도하기 위한 것이다. 도16은 흡착된 분자층에 자외선을 조사함으로써 분자간 결함 그리고 금속원자와 분자와의 결합 등을 파괴하기 위한 것이며, 도17은 반응제를 활성화시켜서 보다 활발한 반응을 유도하거나 완전한 반응을 유도하기 위한 것이다. 도18은 자외선에 의하여 표면에 흡착된 분자층의 일부 결합을 떼어낸 후 반응제를 주입하여 완전한 반응 또는 다단계 반응을 유도하기 위한 것이다.
도19 내지 도21은 자외선 간접 조사 수단이 구비된 반응기를 도시한 것이다. 각 도면에서 191, 201, 211, 212는 자외선 조사 수단을 가르킨다. 자외선에 의하여 기판이 변형되거나 변질되는 경우 자외선을 직접 조사할 수 없는 경우에 해당되는 것이다. 도19는 반응제의 활성도가 너무 클 경우 자외선에 의하여 반응제를 별도의 공간에서 활성화 시키고 원격 발생된 활성화 원자 또는 라디칼을 기판에 주입함으로써 완전한 반응을 유도할 수 있게 된다. 도20 및 도21은, 다운-스트림 방식의 자외선 반응단과 퍼지/펌핑단을 지닌 반응기를 도시한 것이다. 도20은, 반응제를 활 성화시켜서 라디칼 상태로 만든 후 운반 기체를 이용하여 기판 쪽으로 공급되어 오도록 하는 구조로서 한 종류 이상의 반응제를 활성화시킬 수 있으며, 도21은 두 종류의 반응제를 이용하여 박막을 형성하는 경우의 반응기이다. 두 종류의 반응제를 혼합하여 활성화시키고자 할 때 반응제의 활성도가 다르거나 활성화되기 위한 에너지가 다를 경우 박막 형성이 불완전하게 되거나 원하는 박막이 얻어지기 어려울 수 있는데, 도21과 같은 반응기를 사용하여 다른 파장을 갖는 자외선 램프를 이용하여 두 종류의 반응제를 원하는 수준으로 각각 활성화시켜 박막을 형성할 수 있게 된다. 반응제끼리 서로 혼합되어 새로운 화합물을 형성하거나 활성도가 떨어질 수 있으므로 이를 분리할 필요가 있는 경우에도 위와 같은 방법이 사용될 수 있는데, 이 경우 반응제가 서로 섞이지 않도록 도10 또는 도11과 같은 구조를 적용한다.
도22 내지 도25는 플라즈마 인가 수단이 구비된 반응기를 도시한 것이다. 각 도면에서 221, 231, 241 및 251은 플라즈마 인가 수단을 가르킨다. 도22는 균일한 플라즈마를 발생시키기 위하여 동심형 플라즈마 장치를 이용한 것이다. 도23은 별도의플라즈마 발생 공간에서 플라즈마를 발생시킨 후 다운스트림되는 라디칼을 이용하는 것을 도시한 것이다. 도24 및 도25는, 여러 단계로 구성된 반응기에 플라즈마 인가 수단이 포함된 경우를 도시한 것이다.
도26 및 도27은 초고주파 인가 수단을 구비한 반응기를 도시한 것이다. 각 도면에서 261, 271은 초고주파 인가 수단을 가르킨다. 109 Hz 이상의 초고주파를 사용하는 원자층 증착 방법으로써 본 발명에 의한 반응기는 스텐레스스틸이나 알루미늄과 같이 금속 재질로 제작되기 때문에 기판과 반응기의 간격이 충분히 작을 경우(통상 2~3㎜ 간격임) 반응기의 공간은 초고주파가 새어나가지 않는 상태로 되기 때문에 반응기의 공간 내에서만 초고주파가 존재하게 되는, 즉 초고주파 캐비티가 역할을 할 수 있다. 따라서 초고주파의 임피던스 매칭이 비교적 용이하게 되고 또한 반응제나 수소 등의 가스를 주입하고 초고주파를 인가하는 경우 활성화된 상태 또는 라디칼의 상태를 만들게 되므로 우수한 증착 특성을 갖는 박막을 낮은 온도에서 형성할 수 있는 장점이 있다. 반응제나 수소 등을 주입하기 위한 주입기의 구멍의 크기는 1㎜ 정도이므로 초고주파를 통과시키지 못하게 하기 때문에 작은 초고주파 파워로도 충분한 반응을 유도할 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 반응기는 주입부의 크기가 작으므로 균일한 막 특성을 가지면서도 원료의 증착 효율을 높이고 퍼지/펌핑에 소요시간을 짧게 할 수 있다. 또한, 반응기 자체에 ALD 각 단계를 반영하는 구조를 가지므로, 밸브를 필요로 하지 않는 특징이 있다. 또한, 원격 플라즈마 적용, 초고주파 이용 및 자외선 조사가 용이한 장점이 있다.

Claims (19)

  1. 기상 증착 반응기에 있어서,
    기판과 비접촉상태에서 기판과 기상 증착 반응기의 상대적인 이동으로 기판이 반응기를 통과하는 구조를 가지며,
    반응기의 기본 모듈로서 원료물질 또는 반응제가 주입되는 주입부와 퍼지 가스가 주입된 후 펌핑되는 배기부를 구비하되, 반응기의 상기 기본 모듈을 이용하여 전체 반응기의 구조가 설계되며,
    상기 주입부의 압력에 의하여 증착 조건을 변화시키는 것을 특징으로 하는 기상 증착 반응기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판과 반응기의 상대적인 이동은 직선 운동인 것을 특징으로 하는 기상 증착 반응기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판과 반응기의 상대적인 이동은 회전 운동인 것을 특징으로 하는 기상 증착 반응기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 주입부 및 배기부는 직선 파이프 형태의 채널에 여러 개의 구멍을 뚫은 형상의 주입구를 구비하는 것임을 특징으로 하는 기상 증착 반응기.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 배기부에서 퍼지 가스가 배출되는 부위는 곡면 처리된 것임을 특징으로 하는 기상 증착 반응기.
  6. 청구항 1에 있어서,
    기판 및 반응기의 상대적인 이동 속도가 기상 증착 파라미터가 되는 것임을 특징으로 하는 기상 증착 반응기.
  7. 청구항 1에 있어서,
    기판과 반응기 사이의 간격이 기상 증착 파라미터가 되는 것임을 특징으로 하는 기상 증착 반응기.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 주입부 또는 배기부의 폭이 기상 증착 파라미터가 되는 것임을 특징으로 하는 기상 증착 반응기.
  9. 삭제
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 주입부는 주입구가 복수개인 것임을 특징으로 하는 기상 증착 반응기.
  11. 청구항 10에 있어서,
    복수개의 상기 주입구는 나란히 배열되거나 순차적으로 일렬 배열되는 것임을 특징으로 하는 기상 증착 반응기.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 기본 모듈 2개로 구성되고, 흡착, 퍼지/펌핑, 반응 또는 치환 및 퍼지/펌핑의 4단계를 실현하여 ALD 용으로 사용되는 것을 특징으로 하는 기상 증착 반응기.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 기본 모듈 3개로 구성되되, 그 중 2개의 기본 모듈은 반응제가 주입되어 배기되는 모듈로 구성되어 ALD 용으로 사용되는 것을 특징으로 하는 기상 증착 반응기.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 기본 모듈 3개로 구성되되, 그 중 2개의 기본 모듈은 원료물질이 주입되어 배기되는 모듈로 구성되어 ALD용으로 사용되는 것을 특징으로 하는 기상 증착 반응기.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 기본 모듈 2개로 구성된 반응기를 복수개로 구성하여 기판이 반응기를 1회 통과함에 따라서 복수개의 원자층을 형성하도록 하여 ALD 용으로 사용되는 것을 특징으로 하는 기상 증착 반응기.
  16. 청구항 12 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주입부 내에 냉각 또는 가열 수단을 더 구비하는 것임을 특징으로 하는 기상 증착 반응기.
  17. 청구항 12 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주입부 내에 자외선 조사 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기상 증착 반응기.
  18. 청구항 12 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주입부 내에 플라즈마 인가 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기상 증착 반응기.
  19. 청구항 12 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주입부 내에 초고주파 인가 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기상 증착 반응기.
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