KR101435101B1

KR101435101B1 - 원자층 증착 장치

Info

Publication number: KR101435101B1
Application number: KR1020140010874A
Authority: KR
Inventors: 정인권
Original assignee: 주식회사 엠티에스나노테크
Priority date: 2012-06-20
Filing date: 2014-01-28
Publication date: 2014-08-29
Also published as: KR101435100B1; US20150184295A1; KR20140061330A; KR20130142860A; KR20140024031A; KR102014519B1; CN104488067A; JP2015527485A; CN104488067B

Abstract

원자층 증착 장치는 기판 지지대, 샤워 헤드, 샤워 헤드 왕복 이동 장치 및 가스 공급 제어 장치를 포함한다. 샤워 헤드 왕복 이동 장치는 샤워 헤드를 왕복 이동시키며, 가스 공급 제어 장치는 샤워 헤드를 통하여 원료 전구체 및 퍼지 가스 동시 분사 단계와 반응 전구체 및 퍼지 가스 동시 분사 단계를 반복함으로써 기판 상에 제1 반응층과 제2 반응층을 교대로 코팅한다. 분사된 전구체 및 퍼지 가스는 샤워 헤드를 통하여 분사 즉시 배기 된다. 본 발명에서 제공하는 원자층 증착 장치는 원료 전구체 분사와 반응 전구체 분사를 동시에 진행하지 않음으로써 원료 전구체와 반응 전구체가 섞이는 것을 방지할 수 있으며, 전구체 분사, 퍼지 가스 분사 및 배기를 동시에 진행토록 함으로써 쓰루풋을 높일 수 있으며, 샤워 헤드의 왕복 이동 거리를 최소화함으로써 대형 기판에도 적용 가능하며 장비의 크기도 줄일 수 있다. 또한, 섀도우 마스크를 사용하지 않고도 기판 상의 특정한 부위에만 선택적으로 원자층을 증착할 수 있다.

Description

원자층 증착 장치{ATOMIC LAYER DEPOSITION APPARATUS}

본 출원은 2012년 6월 20일 출원된 한국 특허 출원 번호 10-2012-0065954, 2012년 6월 25일 출원된 한국 특허 출원 번호 10-2012-0068196 및 2012년 7월 9일 출원된 한국 특허 출원 번호 10-2012-0074317의 이익을 부여 받으며, 여기에서 참조로 통합된다.

본 발명은 박막 증착 장비에 관한 것으로, 더 구체적으로는 반도체 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 1 및 2를 참조하여 또 다른 원자층 증착 방법인 공간분할방식이 설명된다. 도 1과 2는 각각 공간분할방식에 의한 원자층 증착 장치의 측면도와 평면도이다. 공간분할방식에서는 도 1에 도시된 바와 같이 반응 전구체 분사구(21), 배기구(22), 퍼지 가스 분사구(23), 배기구(24), 원료 전구체 분사구(25), 배기구(26), 퍼지 가스 분사구(27), 배기구(28), 반응 전구체 분사구(29)로 구성된 샤워헤드(20)를 구비하고, 상기 샤워 헤드 밑으로 기판(50)을 통과시킴으로써 기판(50) 상에 제2 반응층, 제1 반응층 및 제2 반응층을 순차적으로 코팅한다.

이 방법에서는 기판의 가장자리(50a)와 중심부(50b)에서 균일한 막 두께를 얻기 위해서는 도 2에 도시된 바와 같이 기판(50)을 샤워 헤드(20) 밑으로 완전히 관통시켜야 하므로 기판 또는 샤워 헤드의 이동 거리가 길어지며 장비 크기도 커지는 문제점이 있다.

또한, 원하는 두께의 박막을 빠른 속도로 증착하기 위해서는 기판을 기판의 폭(50w)에 샤워 헤드의 폭(20w)을 더한 거리만큼 고속으로 왕복 이동(52)시켜야 하는 문제점이 있다.

이러한 문제점은 기판의 폭(50w) 또는 샤워 헤드의 폭(20w)이 커질수록 두드러지게 된다. 예를 들면, CIGS 태양 전지 기판은 가로 1200mm, 세로 600mm이므로 기판의 최소 이동 거리는 600mm 이상이 된다. 또 다른 예를 들면 5.5세대 OLED 디스플레이 기판은 가로 1500mm, 세로 1300mm이므로 기판의 최소 이동 거리는 1300mm 이상이 된다.

또한, 고속 이동 중에 원료 전구체 및 반응 전구체가 섞이게 되면 파티클이 발생할 수 있으므로 기판의 이동 속도가 제한받을 수 있으며, 샤워 헤드(20)의 디자인도 제한받을 수 있다.

또한, 기판 상의 특정 부위에만 선택적으로 원자층을 증착해야 하는 경우에는, 기존의 원자층 증착 방법에서는 섀도우 마스크(shadow mask)를 사용한다. 섀도우 마스크를 기판에 밀착되도록 장착한 후 원자층 증착을 진행함으로써 섀도우 마스크에 의하여 가리워지 않은 부위에만 원자층을 증착시킨다. 그러나 원자층 증착 과정에서 섀도우 마스크에도 증착이 일어나므로 주기적으로 섀도우 마스크를 교체해 주어야 하는 불편함이 있다. 또한, 기판을 교체할 때마다 섀도우 마스크를 기판 표면으로부터 격리시킨 뒤 새로운 기판이 장입되면 다시 섀도우 마스크를 기판 상에 밀착되도록 장착해야 하는 번거로움이 있다.

이상과 같이 원자층 증착에서는 사이클 시간이 짧고, 기판 또는 샤워 헤드의 이동거리가 작으며, 원료 전구체와 반응 전구체가 서로 섞이지 않으며, 파티클 발생이 방지되도록 고안된 원자층 증착 장치 및 방법을 필요로 한다.

또한, 원자층 증착에서는 섀도우 마스크를 사용하지 않으면서도 기판 상의 특정 부위에만 선택적으로 원자층을 증착할 수 있는 장치 및 방법을 필요로 한다.

본 발명이 해결하려는 과제는 이러한 관점에서, 싸이클 시간을 감소시키며, 기판 또는 샤워 헤드의 이동 거리가 작으며, 장비 크기 증가가 억제되며, 원료 전구체와 반응 전구체가 서로 섞이지 않으며, 파티클 발생이 방지되는 원자층 증착 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하려는 과제는 이러한 관점에서, 섀도우 마스크를 사용하지 않으면서도 기판 상의 특정 부위에만 선택적으로 원자층을 증착할 수 있는 원자층 증착 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 샤워 헤드 또는 기판을 이동하면서 상기 샤워 헤드의 분사 유닛들로부터 원료 전구체를 기판 표면 전체에 분사한 뒤, 상기 샤워 헤드 또는 상기 기판을 역방향으로 되돌려 이동하면서 반응 전구체를 상기 기판 표면 전체에 분사하는 동작을 반복하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은 원료 전구체와 반응 전구체가 시간 차를 두고 기판 상에 분사되므로 원료 전구체와 반응 전구체가 혼합되는 것을 방지할 수 있다.

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. 따라서, 본 발명은 싸이클 시간을 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 샤워 헤드 또는 상기 기판의 이동 거리가 상기 분사 유닛들의 배치 간격(pitch)이, 예를 들면 30mm에서 100mm 정도로 짧은 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은 쓰루풋(throughput)을 높일 수 있으며 장비 크기를 줄일 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 샤워 헤드 또는 상기 기판의 이동 거리를 조절함으로써 섀도우 마스크를 사용하지 않고도 기판 상의 특정 부위에만 선택적으로 원자층을 증착시킬 수 있다.

*본 발명의 일 실시 예에 따른 원자층 증착 장치는 기판 지지대; 제1 물질 분사구, 제2 물질 분사구, 퍼지 가스 분사구 및 배기구를 구비하는 분사구면을 구비하며 상기 기판 상에 인접하게 배치되는 샤워 헤드; 상기 기판 지지대 또는 상기 샤워 헤드를 제1 방향을 따라서 제1 및 제2 위치 사이에서 왕복 이동시킬 수 있도록 구성되는 이동 장치; 및 상기 제1 물질 분사구를 통하여 상기 기판 상으로 분사되는 제1 물질, 상기 제2 물질 분사구를 통하여 상기 기판 상으로 분사되는 제2 물질, 상기 퍼지 가스 분사구를 통하여 상기 기판 상으로 분사되는 퍼지 가스 및 상기 배기구를 통하여 상기 기판 상으로 제공되는 배기의 공급과 차단을 제어하도록 구성되는 제어 장치;를 포함하며, 상기 제어 장치는 상기 기판 상으로 상기 제1 물질 및 상기 제2 물질을 동시에 공급하지 않도록 구성되며, 상기 제1 물질 분사구를 통하여 상기 제1 물질을 공급하거나 상기 제2 물질 분사구를 통하여 상기 제2 물질을 공급하는 동안에 상기 퍼지 가스 및 상기 배기를 동시에 제공하도록 구성된다.

일 실시 예에 있어서, 상기 분사구면은 적어도 하나의 분사 유닛을 포함하며, 상기 적어도 하나의 분사 유닛은 상기 제1 방향에 대하여 수직인 방향으로 확장되며, 각각의 분사 유닛은 적어도 하나의 배기구 열, 제1 물질 분사구 열 및 제2 물질 분사구 열을 포함한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 적어도 하나의 배기구 열은 제1 배기구 열 및 제2 배기구 열을 포함하며, 상기 제1 물질 분사구 열은 상기 제1 배기구 열 및 상기 제2 배기구 열 사이에 배치되며, 상기 제2 물질 배기구 열은 상기 제1 물질 분사구 열 및 상기 제2 배기구 열 사이에 배치된다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제1 물질은 상기 제1 배기구 열을 통해서 배기 되며, 상기 제2 물질은 상기 제2 배기구 열을 통해서 배기 되도록 구성된다.

일 실시 예에 있어서, 상기 분사 유닛은 상기 제1 물질 분사구 열 및 상기 제2 물질 분사구 열 사이에 배치되는 제1 퍼지 가스 분사구 열을 포함한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제1 물질 분사구 열과 상기 제1 퍼지 가스 분사구 열 사이에는 제3 배기구 열이 구비되며, 상기 제2 물질 분사구 열과 상기 제1 퍼지 가스 분사구 열 사이에는 제4 배기구 열이 구비된다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제1 배기구 열과 상기 제1 물질 분사구 열 사이에 제1 퍼지 가스 분사구 열이 구비되며, 상기 제1 물질 분사구 열과 상기 제3 배기구 열 사이에 제2 퍼지 가스 분사구 열이 구비되며, 상기 제4 배기구 열과 상기 제2 물질 분사구 열 사이에 제3 퍼지 가스 분사구 열이 구비되며, 상기 제2 물질 분사구 열과 상기 제2 배기구 열 사이에 제4 퍼지 가스 분사구 열이 구비된다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제1 물질은 상기 제1 및 제3 배기구 열을 통해서 배기 되며, 상기 제2 물질은 상기 제2 및 제4 배기구 열을 통해서 배기 되도록 구성된다.

일 실시 예에 있어서, 상기 분사 유닛들 사이에는 퍼지 가스 분사구 열이 구비된다.

일 실시 예에 있어서, 상기 분사구면은 상기 분사구면의 한쪽 끝으로부터 상기 제1 이동 방향을 따라서 상기 분사구면의 반대편 끝으로 확장되는 퍼지 가스 분사구면을 구비할 수 있다. 상기 퍼지 가스 분사구면 상에는 제1 물질 및 제2 물질 분사구가 구비되지 않는다. 상기 퍼지 가스 분사구면은 퍼지 가스 분사구를 구비할 수 있다. 상기 퍼지 가스 분사구면은 배기구를 구비할 수 있다. 상기 퍼지 가스 분사구면은 어떠한 퍼지 가스 분사구 및 배기구를 구비하지 않을 수도 있다. 이 실시 예에서는 상기 퍼지 가스 분사구면에 대응하는 기판 표면 상에는 원자층이 증착되지 않는다.

일 실시 예에 있어서, 상기 기판이 원형인 경우, 상기 분사구면의 양끝단은 원호의 형태로 제작될 수 있다.

일 실시 예에 있어서, 상기 원자층 증착 장치는 상기 샤워 헤드를 지지하도록 구성되는 샤워 헤드 지지대를 포함하며, 상기 이동 장치는 상기 샤워 헤드에 고정되는 가이드 블록 및 상기 샤워 헤드 지지대에 고정되는 트랙을 포함하며, 상기 가이드 블록은 상기 트랙에 왕복 이동 가능하도록 체결된다.

일 실시 예에 있어서, 상기 원자층 증착 장치는 상기 샤워 헤드를 지지하도록 구성되는 샤워 헤드 지지대를 포함하며, 상기 이동 장치는 상기 샤워 헤드에 고정되는 리니어 모터의 회전자 및 상기 샤워 헤드 지지대에 고정되는 상기 리니어 모터의 고정자를 포함한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 원자층 증착 장치는 상기 샤워 헤드를 지지하도록 구성되는 샤워 헤드 지지대를 포함하며, 상기 샤워 헤드 지지대의 하부에 설치되어 상기 샤워 헤드 및 상기 기판 지지대를 향하여 청정 공기 또는 불활성 기체를 분사하도록 구성되는 기체 분사구를 구비한다.

*일 실시 예에 있어서, 상기 원자층 증착 장치는 상기 샤워 헤드를 지지하도록 구성되는 샤워 헤드 지지대를 포함하며, 상기 샤워 헤드 지지대에 고정되며, 개구부를 포함하며, 상기 개구부를 통하여 상기 샤워 헤드 및 상기 기판 지지대로 접근하여 상기 샤워 헤드 및 상기 기판 지지대를 감싸도록 구성되는 제1 챔버를 구비한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 원자층 증착 장치는 상기 기판 지지대 주변으로 배치되는 배기구를 포함하며, 상기 제1 챔버의 측벽이 상기 배기구 근처에 위치하도록 구성된다.

일 실시 예에 있어서, 상기 원자층 증착 장치는 상기 샤워 헤드 지지대, 상기 샤워 헤드 및 상기 기판 지지대 및 상기 기판 지지대 주변으로 배치되는 상기 배기구를 외부와 격리하도록 구성되는 제2 챔버를 포함한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 원자층 증착 장치는 제1 프레임, 제2 프레임, 한쪽 끝단은 상기 제1 프레임에 고정되며 맞은 편 끝단은 상기 제2 프레임에 고정되는 샤프트들, 상기 샤프트들에 이동 가능하도록 체결되며 상기 샤워 헤드를 지지하도록 구성되는 샤워 헤드 지지대, 및 상기 샤워 헤드 지지대를 상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임 사이에서 이동할 수 있도록 구성된 이동 장치를 포함한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 적어도 하나의 분사 유닛은 상기 제1 방향을 따라서 동일 간격(X)으로 배치되며, 상기 적어도 하나의 분사 유닛의 상기 제1 물질 분사구 열은 상기 제2 물질 분사구 열로부터 일정 거리(X1)만큼 떨어져서 배치된다.

일 실시 예에 있어서, 상기 적어도 하나의 분사 유닛은 상기 분사구면의 제1 끝단에 배치되는 제1 분사 유닛 및 상기 제1 끝단의 반대편 끝단에 배치되는 제2 분사 유닛을 포함하며, 상기 샤워 헤드가 상기 제1 위치에 놓였을 때는 상기 기판 지지대에 놓인 상기 기판의 제1 끝단이 상기 제1 분사 유닛의 제2 물질 분사구 열(80b)과 상기 제1 분사 유닛에 이웃하여 배치되는 제3 분사 유닛의 제1 물질 분사구 열(80a) 사이에 위치한다. 상기 제1 끝단은 상기 제1 물질 분사 유닛의 상기 제2 물질 분사구 열(80b) 상에 정렬되어 위치할 수도 있다. 상기 기판의 상기 제1 끝단의 맞은 편인 상기 기판의 제2 끝단은 상기 제2 분사 유닛의 제2 물질 분사구 열(80b)과 상기 제2 물질 분사구 열(80b)로부터 상기 제1 방향으로 X-X1의 거리 만큼 떨어진 지점의 사이에 위치한다. 상기 제2 끝단은 상기 제2 분사 유닛의 상기 제2 물질 분사구 열(80b)로부터 상기 제1 방향으로 X-X1의 거리 만큼 떨어진 상기 지점에 정렬되어 위치할 수도 있다.

상기 샤워 헤드가 상기 제2 위치에 놓였을 때는 상기 기판의 상기 제1 끝단이 상기 제1 분사 유닛의 제1 물질 분사구 열(80a) 및 상기 제1 물질 분사구 열(80a)로부터 상기 제1 방향의 역방향으로 X-X1의 거리 만큼 떨어진 지점 사이에 위치한다. 상기 제1 끝단은 상기 제1 분사 유닛의 상기 제1 물질 분사구 열(80a)로부터 상기 제1 방향의 역방향으로 X-X1의 거리 만큼 떨어진 상기 지점에 정렬되어 위치할 수도 있다. 상기 기판의 상기 제2 끝단은 상기 제2 분사 유닛의 제1 물질 분사구 열(80a)과 상기 제2 분사 유닛에 이웃하여 배치되는 제4 분사 유닛의 제2 물질 분사구 열(80b) 사이에 위치한다. 상기 제2 끝단은 상기 제2 분사 유닛의 상기 제1 물질 분사구 열(80a) 상에 정렬되어 위치할 수도 있다.

일 실시 예에 있어서, 상기 분사 유닛들은 상기 분사 유닛들의 제1 끝단에 배치되는 제1 분사 유닛 및 상기 제1 끝단의 반대편 끝단에 배치되는 제2 분사 유닛을 포함하며, 상기 샤워 헤드는 상기 제2 분사 유닛에 이웃하여 배치되는 제1 물질 분사 유닛을 더 구비하며, 상기 제1 물질 분사 유닛은 상기 제2 분사 유닛의 제1 물질 분사구 열(80a)로부터 상기 제1 방향을 따라서 일정 거리(X)만큼 떨어진 곳에 배치되는 제1 물질 분사구 열 및 상기 제1 물질 분사구 열의 앞뒤로 배치되는 배기구 열들을 구비한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 샤워 헤드가 상기 제1 위치에 놓였을 때는 상기 기판 지지대에 놓인 상기 기판의 제1 끝단이 상기 제1 분사 유닛의 제2 물질 분사구 열(80b)과 상기 제1 분사 유닛에 이웃하여 배치되는 제3 분사 유닛의 제1 물질 분사구 열(80a) 사이에 위치한다. 상기 제1 끝단은 상기 제1 물질 분사 유닛의 상기 제2 물질 분사구 열(80b) 상에 정렬되어 위치할 수도 있다. 상기 기판의 상기 제1 끝단의 맞은 편인 상기 기판의 제2 끝단은 상기 제1 물질 분사 유닛의 상기 제1 물질 분사구 열(80a)과 상기 제1 물질 분사 유닛의 상기 제1 물질 분사구 열(80a)로부터 상기 제1 방향을 따라서 X1의 거리 만큼 떨어진 지점의 사이에 위치한다. 상기 제2 끝단은 상기 제1 물질 분사 유닛의 상기 제1 물질 분사구 열(80a)로부터 상기 제1 방향으로 X1의 거리 만큼 떨어진 상기 지점에 정렬되어 위치할 수도 있다.

상기 샤워 헤드가 상기 제2 위치에 놓였을 때는 상기 기판의 상기 제1 끝단이 상기 제1 분사 유닛의 제1 물질 분사구 열(80a) 및 상기 제1 물질 분사구 열(80a)로부터 상기 제1 방향의 역방향으로 X-X1의 거리 만큼 떨어진 지점 사이에 위치한다. 상기 제1 끝단은 상기 제1 분사 유닛의 상기 제1 물질 분사구 열(80a)로부터 상기 제1 방향의 역방향으로 X-X1의 거리 만큼 떨어진 상기 지점에 정렬되어 위치할 수도 있다. 상기 기판의 상기 제2 끝단은 상기 제2 분사 유닛의 상기 제1 물질 분사구 열(80a)과 상기 제2 분사 유닛의 제2 물질 분사구 열(80b) 사이에 위치한다. 상기 제2 끝단은 상기 제2 분사 유닛의 상기 제2 물질 분사구 열(80b) 상에 정렬되어 위치할 수도 있다.

일 실시 예에 있어서, 상기 원자층 증착 장치의 상기 이동 장치는 상기 샤워 헤드를 직선 왕복 이동시키는 대신에 제1 축을 중심으로 제1 각 위치 및 제2 각 위치 사이를 회전 왕복 이동시키도록 구성될 수 있다.

일 실시 예에 있어서, 상기 이동 장치에 의하여 상기 제1 축을 회전하도록 구성되는 상기 샤워 헤드는 하나의 분사 유닛을 구비한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 이동 장치가 상기 샤워 헤드를 제1 축을 중심으로 제1 각 위치 및 제2 각 위치 사이를 회전 왕복 이동시키도록 구성되며, 상기 제1 각 위치는 상기 제1 위치이고 상기 제2 각 위치는 상기 제2 위치이다.

본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착 방법은, 기판을 기판 지지대에 올려놓는 단계; 제1 물질을 분사하도록 구성되는 제1 물질 분사구, 상기 제1 물질과 반응하여 원자층을 형성하는 제2 물질을 분사하도록 구성되는 제2 물질 분사구, 퍼지 가스를 분사하도록 구성되는 퍼지 가스 분사구 및 배기에 연결되는 배기구가 구비되는 분사구면을 포함하는 샤워 헤드를 상기 기판 위에 위치시키는 단계; 상기 기판 지지대 또는 상기 샤워 헤드를 제1 방향을 따라서 제1 위치로부터 제2 위치로 이동시키는 제1 이동 단계; 상기 제1 이동 단계가 진행되는 중에, 상기 제2 물질은 분사하지 않으며, 상기 제1 물질 분사구를 통하여 상기 기판 상으로 상기 제1 물질을 분사하며, 동시에 상기 퍼지 가스 분사구를 통하여 상기 기판 상으로 상기 퍼지 가스를 분사하며, 동시에 상기 배기구를 통하여 상기 제1 물질 및 상기 퍼지 가스를 배기시키는 단계; 상기 기판 지지대 또는 상기 샤워 헤드를 상기 제2 위치로부터 상기 제1 위치로 상기 제1 방향의 역방향을 따라서 이동시키는 제2 이동 단계; 및 상기 제2 이동 단계가 진행되는 중에, 상기 제1 물질은 분사하지 않으며, 상기 제2 물질 분사구를 통하여 상기 기판 상으로 상기 제2 물질을 분사하며, 동시에 상기 퍼지 가스 분사구를 통하여 상기 기판 상으로 상기 퍼지 가스를 분사하며, 동시에 상기 배기구를 통하여 상기 제2 물질 및 상기 퍼지 가스를 배기시키는 단계를 포함한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 분사구면은 상기 제1 방향을 따라 배치되는 적어도 하나의 분사 유닛을 포함하며, 상기 적어도 하나의 분사 유닛은 상기 제1 방향에 대하여 수직인 방향으로 확장되며, 각각의 분사 유닛은 상기 제1 물질을 분사하도록 구성되는 제1 물질 분사구 열, 상기 제2 물질을 분사하도록 구성되는 제2 물질 분사구 열, 상기 퍼지 가스를 분사하도록 구성되는 퍼지 가스 분사구 열 및 적어도 하나의 배기구 열을 포함한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제1 이동 단계에서 상기 샤워 헤드가 상기 제1 위치로부터 제3 위치로 이동하는 동안에는 상기 제1 물질 및 상기 제2 물질을 분사하지 않으며, 상기 제3 위치로부터 상기 제2 위치로 이동하는 동안에는 상기 제2 물질은 분사하지 않으나 상기 제1 물질을 분사한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제3 위치는 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치 사이이며, 상기 제1 위치에 더 가깝거나 상기 제1 위치와 동일하다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제2 이동 단계에서 상기 샤워 헤드가 상기 제2 위치로부터 제4 위치로 이동하는 동안에는 상기 제1 물질 및 상기 제2 물질을 분사하지 않으며, 상기 제4 위치로부터 상기 제1 위치로 이동하는 동안에는 상기 제1 물질은 분사하지 않으나 상기 제2 물질을 분사한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제4 위치는 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치 사이이며, 상기 제2 위치에 더 가깝거나 상기 제2 위치와 동일하다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제1 이동 단계 및 상기 제2 이동 단계에서의 샤워 헤드(120)의 이동 속도를 다르게 설정할 수도 있다. 예를 들면, 상기 제1 이동 단계의 이동 속도는 상기 제2 이동 단계에서의 이동 속도보다 빠르다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제1 이동 단계가 완료되고 상기 제2 이동 단계가 시작되기 전에 제1 물질 및 제2 물질 분사는 차단하고 퍼지 가스만 분사하고 배기하는 제1 퍼지 가스 분사 단계를 추가할 수 있다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제2 이동 단계가 완료되고 상기 제1 이동 단계가 다시 시작되기 전에 제1 물질 및 제2 물질 분사는 차단하고 퍼지 가스만 분사하고 배기하는 제2 퍼지 가스 단계를 추가할 수 있다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제1 퍼지 가스 분사 시간과 상기 제2 퍼지 가스 분사 시간은 서로 다를 수 있다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치 사이의 간격은 상기 제1 방향을 따라서 서로 인접하여 배치되는 제1 물질 분사구들 간의 간격과 유사하다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치 사이의 간격은 상기 제1 방향을 따라서 서로 인접하여 배치되는 제1 물질 분사구들 간의 간격보다 작다. 이 실시 예에서는 기판 표면 전체에 원자층이 증착되지 않으며 기판 상의 특정 부위에만 원자층이 증착된다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제1 물질은 상기 배기구 중 제1 배기구를 통하여 배기 되며, 상기 제2 물질은 상기 배기구 중 제2 배기구를 통하여 배기 된다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제1 이동 단계가 진행되는 중에 상기 제2 물질 분사구를 통해서 상기 퍼지 가스가 분사되며, 상기 제2 이동 단계가 진행되는 중에 상기 제1 물질 분사구를 통해서 상기 퍼지 가스가 분사된다.

본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착 방법은 기판을 기판 지지대에 올려놓는 단계; 제1 물질을 분사하도록 구성되는 제1 물질 분사구, 제2 물질을 분사하도록 구성되는 제2 물질 분사구, 퍼지 가스를 분사하도록 구성되는 퍼지 가스 분사구 및 배기에 연결되는 배기구가 구비되는 분사구면을 포함하는 샤워 헤드를 상기 기판 위에 위치시키는 단계; 상기 기판 지지대 또는 상기 샤워 헤드를 제1 방향을 따라서 제1 위치로부터 제2 위치로 이동시키는 제1 이동 단계; 상기 제1 이동 단계가 진행되는 중에, 상기 제2 물질은 분사하지 않으며, 상기 제1 물질 분사구를 통하여 상기 기판 상으로 상기 제1 물질을 분사하며, 동시에 상기 퍼지 가스 분사구를 통하여 상기 기판 상으로 상기 퍼지 가스를 분사하며, 동시에 상기 배기구를 통하여 상기 제1 물질 및 상기 퍼지 가스를 배기시키는 단계; 상기 기판 지지대 또는 상기 샤워 헤드를 상기 제2 위치로부터 상기 제1 위치로 상기 제1 방향의 역방향을 따라서 이동시키는 제2 이동 단계; 상기 제2 이동 단계가 진행되는 중에, 상기 제1 및 제2 물질은 분사하지 않으며, 상기 퍼지 가스 분사구를 통하여 상기 기판 상으로 상기 퍼지 가스를 분사하는 단계; 및 상기 기판 지지대 또는 상기 샤워 헤드를 상기 제1 방향을 따라서 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치로 이동시키는 제3 이동 단계; 상기 제3 이동 단계가 진행되는 중에, 상기 제1 물질은 분사하지 않으며, 상기 제2 물질 분사구를 통하여 상기 기판 상으로 상기 제2 물질을 분사하며, 동시에 상기 퍼지 가스 분사구를 통하여 상기 기판 상으로 상기 퍼지 가스를 분사하며, 동시에 상기 배기구를 통하여 상기 제2 물질 및 상기 퍼지 가스를 배기시키는 단계;를 포함한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 분사구면은 상기 제1 방향을 따라 배치되는 적어도 하나의 분사 유닛을 포함하며, 상기 적어도 하나의 분사 유닛은 상기 제1 방향에 대하여 수직인 방향으로 확장되며, 각각의 분사 유닛은 상기 제1 물질을 분사하도록 구성되는 제1 물질 분사구 열, 상기 제2 물질을 분사하도록 구성되는 제2 물질 분사구 열, 상기 퍼지 가스를 분사하도록 구성되는 퍼지 가스 분사구 열

및 적어도 하나의 배기구 열을 포함한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제1 이동 단계, 상기 제2 이동 단계 및 상기 제3 이동 단계에서의 샤워 헤드(120)의 이동 속도를 다르게 설정할 수도 있다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치 사이의 간격은 상기 제1 방향을 따라서 서로 인접하여 배치되는 상기 분사 유닛들의 제1 물질 분사구들 간의 간격과 유사하다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치 사이의 간격은 상기 제1 방향을 따라서 서로 인접하여 배치되는 상기 분사 유닛들의 제1 물질 분사구들 간의 간격보다 작다. 이 실시 예에서는 기판 표면 전체에 원자층이 증착되지 않으며 기판 상의 특정 부위에만 원자층이 증착된다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제1 물질은 상기 배기구 중 제1 배기구를 통하여 배기시키며, 상기 제2 물질은 상기 배기구 중 제2 배기구를 통하여 배기시킨다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제1 이동 단계가 진행되는 중에 상기 제2 물질 분사구를 통해서 상기 퍼지 가스를 분사하며, 상기 제3 이동 단계가 진행되는 중에 상기 제1 물질 분사구를 통해서 상기 퍼지 가스를 분사한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제2 이동 단계가 진행되는 중에 상기 배기구를 통해서 상기 퍼지 가스를 배기시킨다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제2 이동 단계가 진행되는 중에 상기 제1 물질 분사구 및 상기 제2 물질 분사구를 통해서 상기 퍼지 가스를 분사한다.

본 발명에 따르면, 싸이클 시간을 감소시키며, 기판 또는 샤워 헤드의 이동 거리가 작으며, 장비 크기 증가가 억제되며, 원료 전구체 및 반응 전구체가 서로 섞이지 않으며, 파티클 발생이 방지되는 원자층 증착 장치 및 방법을 확보할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 섀도우 마스크를 사용하지 않으면서도 기판 상의 특정 부위에만 선택적으로 원자층을 증착할 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 평면도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착 장치의 측면도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착 장치의 정면도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착 장치의 정면도.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착 장치의 정면도.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착 장치의 정면도.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 샤워 헤드의 밑면도.
도 9는 도 8에 도시된 샤워 헤드의 단면도.
도 10은 도 8에 도시된 샤워 헤드의 단면도.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 샤워 헤드의 밑면도.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 분사 유닛의 밑면도.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 샤워 헤드의 밑면도.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 분사 유닛의 밑면도.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 지지대의 평면도.
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 지지대 및 샤워 헤드의 평면도.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 보호용 챔버의 입체도.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착 장치의 단면도.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 샤워 헤드의
도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착 장치의 평면도.
도 21은 본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착 장치의 단면도.
도 22는 본 발명의 실시 예에 따른 샤워 헤드의 밑면도.
도 23은 본 발명의 실시 예에 따른 샤워 헤드의 밑면도.
도 24는 본 발명의 실시 예에 따라 형성된 원자층을 포함하는 기판의 평면도.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들에 대하여 상세히 살펴본다.

도 3 및 4는 각각 본 발명의 실시 예에 따른 원자층 증착 장치(100)의 측면도 및 정면도이다. 도 3 및 4를 참조하여, 원자층 증착 장치(100)는 하부 프레임(102), 상부 프레임(104), 샤프트(103), 기판 지지대(110), 샤워 헤드 지지대(106), 샤워 헤드(120), 샤워 헤드 왕복 이동 장치 (121), 샤워 헤드 수직 이동 장치(140), 및 가스 공급 제어 장치(170)를 포함할 수 있다. 원자층 증착 장치(100)는 기판 지지대(110)를 가열할 수 있는 가열 장치(도시되지 않음), 예를 들면 기판 지지대(110) 아래 쪽에 설치되는 램프 방식의 히터 또는 기판 지지대(110) 내부에 매설되는 전열선을 포함할 수 있다.

샤프트(103)들의 한쪽 끝은 하부 프레임(103)에 고정되며 반대편 끝은 상부 프레임(104)에 연결되어 고정된다. 샤워 헤드 지지대(106)는 상부 프레임(104) 및 기판 지지대(110) 사이에서 수직 방향으로 이동 가능하도록 샤프트(103)에 체결된다.

샤워 헤드(120)는 가이드 블록(122)에 의하여 오버 헤드 트랙(124)에 체결됨으로써 샤워 헤드 지지대(106)에 매달려 지지된다. 가이드 블록(122)은 그 한쪽 끝이 샤워 헤드(120)의 윗면에 고정되며 반대편 끝은 오버 헤드 트랙(124)에 이동 가능하도록 체결되고, 오버 헤드 트랙(124)은 샤워 헤드 지지대(106)의 밑면에 고정된다. 가이드 블록(122)과 오버 헤드 트랙(124)은 샤워 헤드 왕복 이동 장치(121)의 구성 요소이다. 오버 헤드 트랙(124) 및 가이드 블록(122)을 대신하여 비접촉식 자기 부상 트랙이 사용될 수도 있다.

샤워 헤드 왕복 이동 장치(121)의 또 다른 구성 요소로는 리니어 모터가 포함될 수 있다. 리니어 모터는 회전자(130, rotator)와 고정자(132, stator)로 구성되며, 고정자(132)는 샤워 헤드 지지대(106)의 밑면에 오버 헤드 트랙(124)과 동일한 방향을 가지도록 고정되며, 회전자(130)는 고정자(132)를 마주보도록 샤워 헤드(120)의 윗면에 고정된다. 회전자(130)는 영구 자석이 사용되며 고정자(132)는 전원에 연결된 전류 코일이 사용될 수 있다. 고정자(132)에 전류를 흘릴 때 발생하는 전자기력으로 회전자(130)에 인력 또는 척력을 가함으로써 회전자(130)에 연결된 샤워 헤드(120)를 제1 방향을 따라서 제1 위치와 제2 위치 사이에서 왕복 이동시킬 수 있다. 상기 제1 방향은 기판(50) 또는 기판 지지대(110)와 평행한 방향이다.

샤워 헤드 수직 이동 장치(140)는 상부 프레임(104)에 고정되는 서보 모터(141), 서보 모터(141)에 의하여 회전되는 스크루(142), 한쪽 끝은 샤워 헤드 지지대(106)의 윗면에 고정되며 다른 쪽 끝은 스크루(142)에 이동 가능하도록 체결되는 암나사(144, female screw)로 구성된다. 서보 모터(141)로 스크루(142)를 회전시키면 샤워 헤드 지지대(106)를 수직 방향으로 이동시킬 수 있고, 따라서 샤워 헤드 지지대(106)에 의하여 지지되는 샤워 헤드(120)를 수직 방향으로 상승 및 하강시킬 수 있다.

도 3 및 4에 도시된 샤워 헤드(120)의 수직 위치는 기판(50) 로딩 및 언로딩 위치이다. 로딩 및 언로딩 위치에서는 샤워 헤드(120)가 기판(50)이 샤워 헤드(120) 바깥으로 노출되므로 기판 이송 장치(도시되지 않음)가 기판 지지대(110)로 기판(50)을 전달하거나 기판 지지대(110)로부터 기판(50)을 가져갈 수 있다.

도 5는 샤워 헤드(120)가 원자층 증착 위치로 하강 이동한 후의 원자층 증착 장치(100)의 측면도이다. 원자층 증착 위치에서는 샤워 헤드(120)가 기판 지지대(110) 및 기판(50) 쪽으로 하강하여 기판(50)을 감싸게 된다. 또한, 샤워 헤드(120)가 원자층 증착 위치에 놓였을 때는 샤워 헤드(120)의 분사구면(120a)은 기판 표면으로부터 0.2mm 내지 3mm 사이의 범위에 위치할 수 있다. 일 실시 예에 따르면 분사구면(120a)은 기판(50) 표면으로부터 0.1mm 내지 30mm의 범위에 위치할 수도 있다. 원자층 증착 위치에서의 분사구면(120a)과 기판 표면 사이의 거리는 샤워 헤드 수직 이동 장치(140)에 의하여 조절될 수 있다.

샤워 헤드(120)가 제1 위치(70) 및 제2 위치(72)에 위치할 때의 원자층 증착 장치(100)는 각각 도 6과 7에 도시된다. 도 6과 7은 샤워 헤드(120)가 각각 제1 위치(70) 및 제2 위치(72)에 위치할 때의 원자층 증착 장치(100)의 측면도이다. 제1 및 제2 위치(70 및 72)는 원자층 증착 위치이다.

원자층 증착 장치(100)는 샤워 헤드(120)가 제1 위치(70)로부터 제2 위치(72)로 이동할 때는 원료 전구체 및 퍼지 가스를 동시에 분사하여 제1 반응층을 기판(50) 상에 코팅하며, 제2 위치(72)로부터 제1 위치(70)로 이동할 때는 반응 전구체 및 퍼지 가스를 동시에 분사하여 제1 반응층 상에 제 2 반응층을 코팅하도록 구성된다. 샤워 헤드(120)는 제1 위치(70) 및 제2 위치(72) 사이를 반복적으로 왕복 이동하면서 기판(50) 표면에 제1 반응층과 제2 반응층을 교대로 코팅함으로써 원하는 두께 또는 원하는 수 만큼의 원자층을 증착하게 된다. 원자층 증착 장치(100)는 기판(50) 상으로 분사된 상기 원료 전구체, 반응 전구체 및 퍼지가스를 샤워 헤드(120)를 통하여 실시간으로 배기시키도록 구성될 수 있다.

도 3 및 4를 다시 참조하여, 샤워 헤드 지지대(106)의 하부에는 가스 분사구(150)들이 설치될 수 있다. 가스 분사구(150)는 가스 공급 튜브(152)에 의하여 질소 등의 불활성 기체 공급원 또는 파티클이 없도록 필터링된 청정 공기 공급원에 연결되어 불활성 기체 또는 청정 공기 등의 퍼지 가스를 샤워 헤드(120) 및 기판 지지대(110)를 향하여 분사하도록 구성된다. 분사된 퍼지 가스는 샤워 헤드(120)의 왕복 이동 중에 샤워 헤드 왕복 이동 장치(121)로부터 발생할 수 있는 파티클을 원자층 증착 장치(100) 외부로 퍼지 시킨다.

가스 공급 제어 장치(170)는 원료 전구체 공급원 및 반응 전구체 공급원, 퍼지 가스 공급원 및 배기 펌프로부터 각각의 공급관(162)을 통하여 샤워 헤드(120)로 공급되는 원료 전구체, 반응 전구체, 퍼지 가스 및 배기의 공급을 제어하도록 구성된다. 배기는 원료 전구체, 반응 전구체 및 퍼지 가스를 배기시키는 용도로 사용된다. 특히, 가스 공급 제어 장치(170)는 원료 전구체와 반응 전구체는 동시에 공급하지 않도록 구성된다. 가스 공급 제어 장치(170)는 원료 전구체와 퍼지 가스를 동시에 공급하거나, 반응 전구체와 퍼지 가스를 동시에 공급하거나, 퍼지 가스만 단독으로 공급하도록 구성될 수 있다. 가스 공급 제어 장치(170)는 원료 전구체, 반응 전구체 및 퍼지 가스가 공급되는 동안에 샤워 헤드(120)로 배기용 진공을 공급하도록 구성될 수 있다. 도 3 및 4에는 하나의 공급관(162)만이 도시되어 있으나, 실제로는 원료 전구체, 반응 전구체, 퍼지 가스 공급원 및 배기를 공급하기 위한 전용 공급관들이 개별적으로 설치되어 샤워 헤드(120)에 연결된다.

원료 및 반응 전구체 공급관은 Swagelok 사의 FM 시리즈 호스와 같이 유연성이 있는 스테인레스 스틸 호스를 사용할 수 있다. 또는 스테인레스 스틸 라이너(liner)와 이를 감싸는 열전도성 플라스틱으로 구성된 튜브(tube)를 사용할 수도 있다.

샤워 헤드(120)에는 샤워 헤드(120)를 냉각시키기 위한 냉각수 공급관(도시되지 않음)이 매설될 수 있다. 냉각수 공급관은 냉각수 공급원(도시되지 않음)에 연결되며 냉각수가 냉각수 공급원과 샤워 헤드(120) 사이를 순환하면서 샤워 헤드(120)의 온도를 조절한다.

도 8, 9 및 10을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 샤워 헤드(120)가 설명된다. 도 8은 샤워 헤드(120)의 밑면도이고, 도 9 및 도 10은 각각 도 8에 도시된 절단면 300a 및 300b에서의 단면도이다. 샤워 헤드(120)는 분사구면(120a), 제1 내측면(122a), 제2 내측면(122b), 제3 내측면(122c), 제4 내측면(122d), 제1 외측면(123a), 제2 외측면(123b), 제3 외측면(123c), 제4 외측면(123d) 및 테두리 바닥면(120b)을 구비한다. 제1, 제2, 제3 및 제4 내측면(122a-122d)은 샤워 헤드 챔버의 내부 측벽을 형성하며, 제1, 제2, 제3 및 제4 외측면(123a-123d)은 샤워 헤드(120)의 외부 측벽을 형성한다. 테두리 바닥면(120b)은 분사구면(120a)으로부터 돌출되어 나온 면이다.

샤워 헤드의 테두리 바닥면(120b)에는 분사구면(120a)을 둘러싸도록 배치되는 퍼지 가스 분사구들(90x)이 구비될 수 있다. 또한, 제1, 제2, 제3 및 제4 내측면(122a-122d)과 인접한 분사구면(120a) 상에도 분사구면(120a)을 둘러싸도록 퍼지 가스 분사구들(90y)이 배치될 수 있다. 퍼지 가스 분사구들(90x) 및 퍼지 가스 분사구들(90y)은 각각 배기구들로 대체될 수도 있다.

도 11을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 샤워 헤드(120)의 분사구면(120a)이 설명된다. 도 11은 샤워 헤드(120)의 밑면도이다. 샤워 헤드(120)의 분사구면(120a) 상에는 n개의 분사 유닛들, 즉 SU(1), SU(2),..., SU(n)이 구비된다. 분사 유닛들은 제1 방향에 대해 수직인 방향으로 확장된다. SU(1))과 SU(n)은 각각 분사 구면(120a)의 양쪽 끝단에 배치되며, 나머지 분사 유닛들은 그 사이에 제1 방향을 따라서 순차적으로 배치된다.

분사 유닛들은 제1 방향을 따라서 일정한 간격(X)으로 배치될 수 있다. 분사 유닛의 제1 방향 폭은 예를 들면 30mm 내지 200mm 사이의 값을 가질 수 있다. 또한, 분사 유닛들 사이에는 제1 방향에 대해 수직인 방향으로 확장되어 배치되는 퍼지 가스 분사구 열(90s)이 구비될 수 있다.

각각의 분사 유닛(SU)에는 제1 방향과 수직인 방향으로 확장되어 배치되는 제1 배기구 열(92a) 및 제2 배기구 열(92b)이 각각 분사 유닛(SU)의 앞단과 뒷단에 구비되며, 배기구 열들(92a 및 92b) 사이에는 이들과 평행하게 확장되어 배치되는 원료 전구체 분사구 열(80a)과 반응 전구체 분사구 열(80b)이 구비된다.

제1 및 제2 배기구 열(92a 및 92b)은 배기 공급원에 연결되며, 각각의 배기 동작은 가스 공급 제어 장치(170)에 의하여 개별적으로 제어될 수도 있다.

*예를 들면, 원료 전구체 분사구 열(80a)을 통해서 원료 전구체가 분사되고 반응 전구체 분사구 열(80b)을 통한 반응 전구체의 분사는 중단되는 동안에는, 원료 전구체 분사구 열(80a)에 인접한 제1 배기구 열(92a)은 배기 동작이 가능하도록 배기에 연결되지만 반응 전구체 분사구 열(80b)에 인접한 제2 배기구 열(92b)은 배기 동작이 중단되도록 배기 연결이 차단될 수 있다. 마찬가지로, 반응 전구체 분사구 열(80b)을 통해서 반응 전구체가 분사되고 원료 전구체 분사구 열(80a)을 통한 원료 전구체의 분사는 중단되는 동안에는, 반응 전구체 분사구 열(80b)에 인접한 제2 배기구 열(92b)은 배기 동작이 가능하도록 배기에 연결되지만, 원료 전구체 분사구 열(80a)에 인접한 제1 배기구 열(92a)은 배기 동작이 중단되도록 배기 연결이 차단될 수 있다. 따라서, 제1 배기구 열(92a)은 원료 전구체의 전용 배기구 열로 사용되며, 제2 배기구 열(92b)은 반응 전구체의 전용 배기구 열로 사용될 수 있다.

도 11을 참조하여, 원료 전구체 분사구 열(80a) 및 반응 전구체 분사구 열(80b) 사이에는 이들과 평행하게 확장되어 배치되는 퍼지 가스 분사구 열(90t)이 구비될 수 있다.

또한, 원료 전구체 분사구 열(80a)과 퍼지 가스 분사구 열(90t) 사이에는 이들에 평행하게 배치되는 제3 배기구 열(92c)이 구비되며, 반응 전구체 분사구 열(80b)과 퍼지 가스 분사구 열(90t) 사이에는 이들에 평행하게 배치되는 제4 배기구 열(92d)이 구비될 수 있다.

제3 및 제4 배기구 열(92c 및 92d)은 배기 공급원에 연결되며, 각각의 배기 동작은 가스 공급 제어 장치(170)에 의하여 개별적으로 제어될 수도 있다.

예를 들면, 원료 전구체 분사구 열(80a)을 통해서 원료 전구체가 분사되고 반응 전구체 분사구 열(80b)을 통한 반응 전구체의 분사는 중단되는 동안에는, 원료 전구체 분사구 열(80a)에 인접한 제1 및 제3 배기구 열(92a 및 92c)은 배기 동작이 가능하도록 배기에 연결되지만 반응 전구체 분사구 열(80b)에 인접한 제2 및 제4 배기구 열(92b 및 92d)은 배기 동작이 중단되도록 배기 연결이 차단될 수 있다. 마찬가지로, 반응 전구체 분사구 열(80b)을 통해서 반응 전구체가 분사되고 원료 전구체 분사구 열(80a)을 통한 원료 전구체의 분사는 중단되는 동안에는, 반응 전구체 분사구 열(80b)에 인접한 제2 및 제4 배기구 열(92b 및 92d)은 배기 동작이 가능하도록 배기에 연결되지만, 원료 전구체 분사구 열(80a)에 인접한 제1 및 제3 배기구 열(92a 및 92c)은 배기 동작이 중단되도록 배기 연결이 차단될 수 있다. 따라서, 제1 및 제3 배기구 열(92a 및 92c)은 원료 전구체의 전용 배기구 열로 사용되며, 제2 및 제4 배기구 열(92b 및 92d)은 반응 전구체의 전용 배기구 열로 사용될 수 있다.

도 11에는 원료 전구체 분사구 열(80a), 반응 전구체 분사구 열(80b), 퍼지 가스 분사구 열(90s 및 90t) 및 배기구 열(92)은 서로 연결되지 않은 분사구들로 구성되어 있으나, 각각의 분사구들은 도 12에 도시된 바와 같이 서로 연결되어 슬릿 형태로 구비될 수도 있다. 도 12는 도 11의 샤워 헤드(120)에 사용될 수 있는 슬릿 형태의 분사구를 구비하는 분사 유닛의 밑면도이다.

도 11을 다시 참조하여, 샤워 헤드(120)가 추가로 설명된다. 샤워 헤드(120)는 샤워 헤드(120)가 제1 위치(70)에 놓여졌을 때는 기판(50, 도 11에 도시되지 않음)의 제1 끝단이 샤워 헤드(120)의 제1 분사 유닛(SU(1))의 반응 전구체 분사구 열(80b)과 제2 분사 유닛(SU(2))의 원료 전구체 분사구 열(80a) 사이(21a)에 놓이며, 기판의 제2 끝단은 n 번째 분사 유닛(SU(n))의 반응 전구체 분사구 열(80b)과 상기 반응 전구체 분사구 열(80b)로부터 제1 방향으로 X-X1의 거리만큼 떨어진 지점 사이(21b)에 놓이도록 구성될 수 있다. 상기 제1 끝단은 제1 분사 유닛(SU(1))의 반응 전구체 분사구 열(80b) 상에 정렬되어 위치하며, 상기 제2 끝단은 n 번째 분사 유닛(SU(n))의 반응 전구체 분사구 열(80b)로부터 상기 제1 방향으로 X-X1의 거리 만큼 떨어진 지점에 정렬되어 위치할 수도 있다.

또한, 샤워 헤드(120)는 샤워 헤드(120)가 제2 위치에 놓여졌을 때는 기판의 상기 제1 끝단이 샤워 헤드(120)의 제1 분사 유닛(SU(1))의 원료 전구체 분사구 열(80a)과 상기 원료 전구체 분사구 열(80a)로부터 제1 방향의 역방향으로 X-X1의 거리만큼 떨어진 지점 사이(22a)에 놓이며, 기판의 상기 제2 끝단은 n-1 번째 분사 유닛(SU(n-1))의 반응 전구체 분사구 열(80b)과 n 번째 분사 유닛(SU(n))의 원료 전구체 분사구 열(80a) 사이(22b)에 놓이도록 구성될 수 있다. 상기 제1 끝단은 제1 분사 유닛(SU(1))의 원료 전구체 분사구 열(80a)로부터 제1 방향의 역방향으로 X-X1의 거리 만큼 떨어진 상기 지점에 정렬되어 위치하며, 상기 제2 끝단은 n 번째 분사 유닛(SU(n)의 원료 전구체 분사구 열(80a) 상에 정렬되어 위치할 수도 있다.

도 13을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 샤워 헤드(420)가 설명된다. 도 13은 샤워 헤드(420)의 밑면도이다. 샤워 헤드(420)는 샤워 헤드(120)에 원료 전구체 분사 유닛(SU(n+1))이 추가된 형태이다. 추가된 원료 전구체 분사 유닛(SU(n+1))은 n 번째 분사 유닛(SU(n))에 인접하여 샤워 헤드(420)의 한쪽 끝단에 배치된다. 원료 전구체 분사 유닛(SU(n+1)은 제1 방향에 수직인 방향으로 확장되는 원료 전구체 분사구 열(80a)을 포함하며, 원료 전구체 분사구 열(80a) 앞뒤로는 배기구 열(92a 및 92b)을 더 구비할 수 있다. 원료 전구체 분사 유닛(SU(n+1)의 원료 전구체 분사구 열(80a)은 n 번째 분사 유닛(SU(n))의 원료 전구체 분사구 열(80a)로부터 일정 거리(X) 떨어진 곳에 배치될 수 있다.

샤워 헤드(420)는 샤워 헤드(420)가 제1 위치에 놓여졌을 때는 기판(50, 도 13에 도시되지 않음)의 제1 끝단이 샤워 헤드(420)의 제1 분사 유닛(SU(1))의 반응 전구체 분사구 열(80b)과 제2 분사 유닛(SU(2))의 원료 전구체 분사구 열(80a) 사이(21a)에 놓이며, 기판의 제2 끝단은 원료 전구체 분사 유닛(SU(n+1))의 원료 전구체 분사구 열(80a)과 상기 원료 전구체 분사구 열(80a)로부터 제1 방향으로 X1의 거리만큼 떨어진 지점 사이(23b)에 놓이도록 구성될 수 있다. 상기 제1 끝단은 제1 분사 유닛(SU(1))의 반응 전구체 분사구 열(80b) 상에 정렬되어 위치하며, 상기 제2 끝단은 원료 전구체 분사 유닛(SU(n+1))의 원료 전구체 분사구 열(80a)로부터 상기 제1 방향으로 X1의 거리 만큼 떨어진 지점에 정렬되어 위치할 수도 있다.

또한, 샤워 헤드(420)는 샤워 헤드(420)가 제2 위치에 놓여졌을 때는 기판의 상기 제1 끝단이 샤워 헤드(120)의 제1 분사 유닛(SU(1))의 원료 전구체 분사구 열(80a)과 상기 원료 전구체 분사구 열(80a)로부터 제1 방향의 역방향으로 X-X1의 거리만큼 떨어진 지점 사이(22a)에 놓이며, 기판의 상기 제2 끝단은 n 번째 분사 유닛(SU(n))의 원료 전구체 분사구 열(80a) 및 반응 전구체 분사구 열(80b) 사이(24b)에 놓이도록 구성될 수 있다. 상기 제1 끝단은 제1 분사 유닛(SU(1))의 원료 전구체 분사구 열(80a)로부터 제1 방향의 역방향으로 X-X1의 거리 만큼 떨어진 상기 지점에 정렬되어 위치하며, 상기 제2 끝단은 n 번째 분사 유닛(SU(n)의 반응 전구체 분사구 열(80b) 상에 정렬되어 위치할 수도 있다.

도 11을 다시 참조하여, 샤워 헤드(120)를 이용하여 원자층을 증착하는 방법의 실시 예는 다음의 단계를 포함한다. 샤워 헤드(420)를 이용하여 원자층을 증착하는 방법도 동일한 단계를 포함한다.

(1) 샤워 헤드(120)를 제1 위치(70)로부터 제1 방향을 따라서 제2 위치(72)로 이동시키는 제1 이동 단계,

(2) 상기 제1 이동 단계가 진행되는 동안에 분사 유닛들(SU)의 반응 전구체 분사구 열(80b)을 통한 반응 전구체의 공급은 차단하고 분사 유닛들(SU)의 원료 전구체 분사구 열(80a)을 통해서 원료 전구체를 기판(50) 상으로 분사하는 단계,

(3) 상기 제1 이동 단계가 진행되는 동안에 적어도 하나의 퍼지 가스 분사구 열(90s 및 90t)을 통해서 퍼지 가스를 기판(50) 상으로 분사하는 단계,

(4) 상기 제1 이동 단계가 진행되는 동안에 분사 유닛들(SU)의 배기구 열(92a-92d) 중 적어도 하나를 통해서 원료 전구체 및 퍼지 가스를 배기시키는 단계,

(5) 샤워 헤드(120)를 제2 위치(72)로부터 제1 방향의 역방향을 따라서 제1 위치(70)로 이동시키는 제2 이동 단계,

(6) 상기 제2 이동 단계가 진행되는 동안에 분사 유닛들(SU)의 원료 전구체 분사구 열(80a)을 통한 원료 전구체의 공급은 차단하고 분사 유닛들(SU)의 반응 전구체 분사구 열(80b)을 통해서 반응 전구체를 기판(50) 상으로 분사하는 단계,

(7) 상기 제2 이동 단계가 진행되는 동안에 적어도 하나의 퍼지 가스 분사구 열(90s 및 90t)을 통해서 퍼지 가스를 기판(50) 상으로 분사하는 단계, 및

(8) 상기 제2 이동 단계가 진행되는 동안에 분사 유닛들(SU)의 적어도 하나의 배기구 열(92a-92d)을 통해서 반응 전구체 및 퍼지 가스를 배기시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 이동 단계 및 상기 제2 이동 단계에서의 샤워 헤드(120)의 이동 속도를 다르게 설정할 수도 있다. 예를 들면, 상기 제1 이동 단계의 이동 속도는 상기 제2 이동 단계에서의 이동 속도보다 빠르다. 이동 속도를 달리함으로써 원료 전구체와 반응 전구체가 분사되는 시간을 서로 다르게 조절할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 이동 단계가 완료되고 상기 제2 이동 단계가 시작되기 전에 원료 전구체 및 반응 전구체의 분사는 차단하고 퍼지 가스만 분사하고 배기하는 제1 퍼지 추가 단계를 추가할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 이동 단계가 완료되고 상기 제1 이동 단계가 다시 시작되기 전에 원료 전구체 및 반응 전구체의 분사는 차단하고 퍼지 가스만 분사하고 배기하는 제2 퍼지 추가 단계를 추가할 수 있다.

상기 제1 및 제2 퍼지 추가 단계에 있어서 각각의 퍼지 시간은 서로 다르게 조절할 수 있다. 퍼지 시간을 달리함으로써 원료 전구체와 반응 전구체 중 퍼지가 잘 되지 않는 전구체에 대하여 더 긴 시간 동안 퍼지 할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 이동 단계가 진행되는 동안에 상기 반응 전구체 분사구 열(80b)을 통해서 퍼지 가스를 분사할 수도 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 이동 단계가 진행되는 동안에 상기 제1 및 제3 배기구 열(92a 및 92c) 중 적어도 하나는 배기에 연결하여 상기 원료 전구체 및 퍼지 가스의 배기 동작을 진행하며, 상기 제2 및 제4 배기구 열(92b 및 92d)은 배기와의 연결을 차단하여 배기 동작을 중단할 수 있다. 이 실시 예에서는, 제1 및 제3 배기구 열(92a 및 92c)이 원료 전구체 전용 배기구로 사용되며, 제2 및 제4 배기구 열(92b 및 92d)은 원료 전구체 배기용으로 사용되지 않는다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 이동 단계가 진행되는 동안에 상기 반응 전구체 분사구 열(80b)을 통해서 퍼지 가스를 분사할 수도 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 이동 단계가 진행되는 동안에 상기 제2 및 제4 배기구 열(92b 및 92d) 중 적어도 하나는 배기에 연결하여 상기 반응 전구체 및 퍼지 가스의 배기 동작을 진행하며, 상기 제1 및 제3 배기구 열(92a 및 92c)은 배기와의 연결을 차단하여 배기 동작을 중단할 수 있다. 이 실시 예에서는, 제2 및 제4 배기구 열(92b 및 92d)이 반응 전구체 전용 배기구로 사용되며, 제1 및 제3 배기구 열(92a 및 92c)은 반응 전구체 배기용으로 사용되지 않는다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 및 제2 이동 단계에서의 샤워 헤드의 이동 거리, 즉 제1 위치(70) 및 제2 위치(72) 사이의 간격은 인접하는 원료 전구체 분사구 열들(80a) 사이의 간격(X), 또는 분사 유닛들(SU)의 배치 간격(X)과 유사하다. 샤워 헤드를 원료 전구체 분사구 열들(80a)의 간격(X) 또는 분사 유닛들(SU)의 배치 간격(X)만큼 이동함으로써 기판 표면 전체에 원료 전구체, 반응 전구체 및 퍼지 가스를 분사할 수 있다. 이 실시 예에서는 기판 표면 전체에 원자층이 증착된다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 기판(50) 표면 전체가 아니라 특정 부위에만 원료 전구체 및 반응 전구체를 선택적으로 분사함으로써 기판(50) 표면 전체가 아니라 특정 부위에만 원자층을 증착할 수도 있다. 기판(50) 표면의 특정 부위에만 원자층을 증착하는 경우에는, 상기 실시 예의 두번 째 단계(2)인 원료 전구체를 분사하는 단계가 다음과 같은 단계(2-1)로 대체될 수 있다.

도 11을 참조하여 2-1 단계를 설명하면 다음과 같다.

(2-1) 상기 제1 이동 단계가 진행되는 동안에 샤워 헤드(120)가 제1 위치(70)를 출발하여 제3 위치(74)에 도달할 때까지는 분사 유닛들(SU)의 원료 전구체 분사구 열(80a)을 통한 원료 전구체 분사 및 반응 전구체 분사구 열(80b)을 통한 반응 전구체의 분사는 차단하며, 샤워 헤드(120)가 제3 위치(74)를 지나가는 시점부터 제2 위치(72)에 도달할 때까지는 분사 유닛들(SU)의 반응 전구체 분사구 열(80b)을 통한 반응 전구체의 공급은 계속 차단하되, 원료 전구체 분사구 열(80a)을 통해서는 원료 전구체를 기판 상(50)에 분사하는 단계.

상기 (2-1) 단계에서 제3 위치(74)는 제1 위치(70) 및 제2 위치(72) 사이에 배치되며, 제1 위치(70)에 더 가까운 쪽에 배치된다. 제3 위치(74)는 제1 위치(70)와 일치할 수도 있다.

기판(50) 표면의 특정 부위에만 원자층을 증착하는 경우에는, 상기 실시 예의 여섯 번째 단계(6)인 반응 전구체를 분사하는 단계가 다음과 같은 단계(6-1)로 대체될 수 있다.

(6-1) 상기 제2 이동 단계가 진행되는 동안에 샤워 헤드(120)가 제2 위치(72)를 출발하여 제4 위치(76)에 도달할 때까지는 분사 유닛들(SU)의 원료 전구체 분사구 열(80a)을 통한 원료 전구체 분사 및 반응 전구체 분사구 열(80b)을 통한 반응 전구체의 분사는 차단하며, 샤워 헤드(120)가 제4 위치(76)를 지나가는 시점부터 제1 위치(70)에 도달할 때까지는 분사 유닛들(SU)의 원료 전구체 분사구 열(80a)을 통한 원료 전구체의 공급은 계속 차단하되, 반응 전구체 분사구 열(80b)을 통해서는 반응 전구체를 기판 상(50)에 분사하는 단계.

상기 (6-1) 단계에서 제4 위치(76)는 제1 위치(70) 및 제2 위치(72) 사이에 배치되며, 제2 위치(72)에 더 가까운 쪽에 배치된다. 제4 위치(76)는 제2 위치(72)와 일치할 수도 있다.

상기 실시 예에 있어서, 샤워 헤드(120)의 이동 거리, 즉 제1 위치(70) 및 제2 위치(72) 사이의 간격은 상기 샤워 헤드(120)에서 서로 인접하는 원료 전구체 분사구 열들(80a) 사이의 간격(X), 또는 분사 유닛들(SU)의 배치 간격(X) 보다 작게 함으로써 기판 표면 전체가 아닌 일부에만 원료 전구체 및 반응 전구체를 분사할 수 있다. 원료 전구체 및 반응 전구체에 동시에 노출된 기판 부위에만 원자층이 증착된다.

상기 실시 예에 있어서, 제3 위치(74) 및 제5 위치(76) 사이의 간격은 상기 샤워 헤드(120)에서 서로 인접하는 원료 전구체 분사구 열들(80a) 사이의 간격(X), 또는 분사 유닛들(SU)의 배치 간격(X) 보다 작게 함으로써 기판 표면 전체가 아닌 일부에만 원료 전구체 및 반응 전구체를 분사할 수 있다.

샤워 헤드(120)를 이용하여 원자층을 증착하는 방법의 또 다른 실시 예는 다음의 단계를 포함한다.

(6) 상기 제2 이동 단계가 진행되는 동안에 분사 유닛들(SU)의 원료 전구체 분사구 열(80a) 및 반응 전구체 분사구 열(80b)을 통한 전구체의 공급은 차단하고 적어도 하나의 퍼지 가스 분사구 열(90s 및 90t)을 통해서 퍼지 가스를 기판(50) 상으로 분사하는 단계,

(7) 상기 제2 이동 단계가 진행되는 동안에 분사 유닛들(SU)의 배기구 열(92a-92d) 중 적어도 하나를 통해서 상기 퍼지 가스를 배기시키는 단계,

(8) 샤워 헤드(120)를 제1 위치(70)로부터 제1 방향을 따라서 제2 위치(72)로 다시 이동시키는 제3 이동 단계,

(9) 상기 제3 이동 단계가 진행되는 동안에 분사 유닛들(SU)의 원료 전구체 분사구 열(80a)을 통한 원료 전구체의 공급은 차단하고 분사 유닛들(SU)의 반응 전구체 분사구 열(80b)을 통해서 반응 전구체를 기판(50) 상으로 분사하는 단계,

(10) 상기 제3 이동 단계가 진행되는 동안에 적어도 하나의 퍼지 가스 분사구 열(90s 및 90t)을 통해서 퍼지 가스를 기판(50) 상으로 분사하는 단계, 및

(11) 상기 제3 이동 단계가 진행되는 동안에 분사 유닛들(SU)의 적어도 하나의 배기구 열(92a-92d)을 통해서 반응 전구체 및 퍼지 가스를 배기시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 이동 단계가 진행되는 동안에 상기 반응 전구체 분사구 열(80b)을 통해서 퍼지 가스를 분사할 수도 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 이동 단계가 진행되는 동안에 상기 제1 및 제3 배기구 열(92a 및 92c) 중의 적어도 하나는 배기에 연결하여 상기 원료 전구체 및 퍼지 가스의 배기 동작을 진행하며, 상기 제2 및 제4 배기구 열(92b 및 92d)은 배기와의 연결을 차단하여 배기 동작을 중단할 수 있다. 이 실시 예에서는, 제1 및 제3 배기구 열(92a 및 92c)이 원료 전구체 전용 배기구로 사용되며, 제2 및 제4 배기구 열(92b 및 92d)은 원료 전구체 배기용으로 사용되지 않는다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제3 이동 단계가 진행되는 동안에 상기 반응 전구체 분사구 열(80b)을 통해서 퍼지 가스를 분사할 수도 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제3 이동 단계가 진행되는 동안에 상기 제2 및 제4 배기구 열(92b 및 92d) 중의 적어도 하나는 배기에 연결하여 상기 반응 전구체 및 퍼지 가스의 배기 동작을 진행하며, 상기 제1 및 제3 배기구 열(92a 및 92c)은 배기와의 연결을 차단하여 배기 동작을 중단할 수 있다. 이 실시 예에서는, 제2 및 제4 배기구 열(92b 및 92d)이 반응 전구체 전용 배기구로 사용되며, 제1 및 제3 배기구 열(92a 및 92c)은 반응 전구체 배기용으로 사용되지 않는다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 이동 단계가 진행되는 동안에 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 배기구 열(92a-92d)은 배기와의 연결을 차단하여 배기 동작을 중단할 수 있다. 이 실시 예에서는 퍼지 가스 분사구 열(90s 및 90t)로부터 분사된 퍼지 가스는 기판 지지대(110) 상에 구비되는 배기구(도 15의 112a) 또는 기판 지지대 주변에 구비되는 배기구(도 18의 109)를 통해서 배기 될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 이동 단계가 진행되는 동안에 상기 제1 물질 분사구 열(80a) 및 상기 제2 물질 분사구 열(80b)을 통해서 퍼지 가스가 분사될 수도 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제1, 제2 및 제3 이동 단계에서의 샤워 헤드의 이동 속도는 서로 다를 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제1, 제2 및 제3 이동 단계에서의 샤워 헤드의 이동 거리, 즉 제1 위치(70) 및 제2 위치(72) 사이의 간격은 인접하는 제1 물질 분사구 열들(80a) 사이의 간격(X), 또는 분사 유닛들(SU)의 배치 간격(X)과 유사하다. 샤워 헤드를 제1 물질 분사구 열들(80a)의 간격(X) 또는 분사 유닛들(SU)의 배치 간격(X)만큼 이동함으로써 기판 표면 전체에 제1 물질, 제2 물질 및 퍼지 가스를 분사할 수 있다.

상기 실시 예에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 이동 단계에서의 샤워 헤드(120)의 이동 거리, 즉 제1 위치(70) 및 제2 위치(72) 사이의 간격은 상기 샤워 헤드(120)에서 서로 인접하는 원료 전구체 분사구 열들(80a) 사이의 간격(X), 또는 분사 유닛들(SU)의 배치 간격(X) 보다 작게 함으로써 기판 표면 전체가 아닌 일부에만 원료 전구체 및 반응 전구체를 분사할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 도 11을 참조로 설명된 분사 유닛(SU)에는 제1, 제2, 제3 및 제4 퍼지 가스 분사구 열(90a, 90b, 90c 및 90d) 중의 적어도 하나가 추가될 수 있다. 도 14는 퍼지 가스 분사구 열(90a-90d)이 추가된 분사 유닛(SU)의 밑면도이다. 제1 퍼지 가스 분사구 열(90a)은 제1 배기구 열(92a)과 제1 물질 분사구 열(80a) 사이에 배치되며, 제2 퍼지 가스 분사구 열(90b)은 제1 물질 분사구 열(80a)과 제3 배기구 열(92c) 사이에 배치되며, 제3 퍼지 가스 분사구 열(90c)은 제4 배기구 열(92d)과 제2 물질 분사구 열(80b) 사이에 배치되며, 제4 퍼지 가스 분사구 열(90d)은 제2 물질 분사구 열(80b)과 제2 배기구 열(92b) 사이에 배치된다.

제1 물질 분사구 열(80a)로부터 분사된 제1 물질은 인접한 퍼지 가스 분사구 열(90a 및 90b)로부터 분사된 퍼지 가스와 함께 제1 및 제3 배기구 열(92a 및 92c) 중의 적어도 하나를 통하여 배기 되며, 제2 물질 분사구 열(80b)로부터 분사된 제2 물질은 인접한 퍼지 가스 분사구 열(90c 및 90d)로부터 분사된 퍼지 가스와 함께 제2 및 제4 배기구 열(92b 및 92d) 중의 적어도 하나를 통하여 배기 된다. 퍼지 가스 분사구 열(90t)로부터 분사된 퍼지 가스는 제3 및 제4 배기구 열(92c 및 92d) 중의 적어도 하나를 통하여 배기 된다.

도 14를 참조하여 설명된 분사 유닛(SU)은 도 11 및 13을 참조하여 설명된 샤워 헤드(120 및 420)에 사용될 수 있다.

도 15 및 16을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 지지대(110)가 설명된다. 도 15는 샤워 헤드(120) 없이 기판 지지대(110)만의 평면도이고, 도 16은 샤워 헤드(120)가 제1 위치(70)에 배치된 상태의 기판 지지대(110) 및 샤워 헤드(120)의 평면도이다.

기판 지지대(110)는 기판(50)이 올려 놓이며 기판과 접촉하는 제1 영역(110a의 내부), 샤워 헤드(120)가 제1 위치(70) 및 제2 위치(72)를 이동하는 동안에 샤워 헤드(120)에 의하여 가려지는 제2 영역(110a의 외부와 110b의 내부 사이 영역), 및 샤워 헤드(120)에 의하여 가려지지 않는 제3 영역(110b 외부와 110c 내부 사이 영역)으로 구성된다. 기판 지지대(110)의 제1 영역에는 기판(50)을 가열하기 위한 가열 장치가 매설될 수 있으며, 제2 및 제3 영역에는 냉각수관이 매설되어 제2 및 제3 영역을 냉각시키도록 구성될 수 있다.

상기 제3 영역 상에는 상기 제2 영역과의 경계를 따라서 상기 제2 영역을 둘러싸도록 배치되는 배기구 열(112a)이 구비될 수 있다. 배기구 열(112a)은 샤워 헤드(120) 외부로부터 샤워 헤드(120) 내부로 유입될 수 있는 이물질을 배기시키거나 샤워 헤드(120)로부터 외부로 누출될 수 있는 원료 전구체 또는 반응 전구체를 배기시키도록 구성된다.

기판 지지대(110)의 상기 제2 영역 상에는 상기 제3 영역에 인접하여 상기 제3 영역을 따라서 배치되는 배기구 열(112b)이 구비될 수 있다. 상기 제2 영역의 나머지 부분에도 배기구 열들(112c)이 구비될 수 있다. 배기구 열(112b 및 112c)은 샤워 헤드(120)로부터 외부로 누출될 수 있는 원료 전구체 및 반응 전구체를 배기시키도록 구성된다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제2 영역 상에 구비된 배기구 열(112b)은 퍼지 가스 분사구 열로 대체될 수 있다. 퍼지 가스 분사구 열(112b)에서 분사된 퍼지 가스는 샤워 헤드(120)가 필요로 하는 퍼지 가스의 공급을 보충해 주거나 기판 지지대(110)의 제2 영역이 원료 전구체와 반응 전구체로 오염되는 것을 방지하기 위해 사용될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제2 영역 상에 구비된 배기구 열(112c)은 퍼지 가스 분사구 열로 대체될 수도 있다. 퍼지 가스 분사구 열(112c)에서 분사된 퍼지 가스는 샤워 헤드(120)가 필요로 하는 퍼지 가스의 공급을 보충해 주거나 기판 지지대(110)의 제2 영역이 원료 전구체와 반응 전구체로 오염되는 것을 방지하기 위해 사용될 수 있다.

도 17 및 18을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 샤워 헤드(120) 및 기판 지지대(110) 보호용 챔버(190)가 설명된다. 도 17은 보호용 챔버(190)의 입체 투시도이며, 도 18은 보호용 챔버(190)가 설치된 원자층 증착 장치(100)의 단면도이다.

보호용 챔버(190)는 샤워 헤드 지지대(106)에 고정되며 샤워 헤드 지지대(106)로부터 기판 지지대(110) 쪽으로 확장되는 측벽(side wall)을 포함한다. 보호용 챔버(190)의 하부면은 기판 지지대(110)를 향하여 개방된다. 보호용 챔버(190)는 샤워 헤드 지지대(106)에 고정되므로 샤워 헤드 지지대(106)가 수직 이동함에 따라 샤워 헤드(120)와 함께 수직으로 이동할 수 있다. 보호용 챔버(190)는 개방된 하부면을 통하여 샤워 헤드(120) 및 기판 지지대(110)로 접근할 수 있다.

도 18에 도시된 바와 같이 보호용 챔버(190)는 샤워 헤드(120)가 원자층 증착 위치에 놓일 때는 보호용 챔버(190)의 하단부 끝이 원자층 증착 장치(100)의 하부 프레임(102)과 기판 지지대(110) 사이에 형성되는 배기구(109) 근처, 또는 배기구(109) 안쪽까지 내려오도록 구성될 수 있다. 배기구(109)는 기판 지지대(110) 주변을 따라 형성되며 배기 포트(112)를 통해서 배기 펌프와 연결된다. 샤워 헤드 지지대(106) 하부에 설치된 가스 분사구(150)로부터 분사되는 퍼지 가스는 보호용 챔버(190)에 의하여 외부와 차단되며 배기구(109)를 통해 배기 될 수 있다.

도 18에 도시된 바와 같이 원자층 증착 장치(100)는 외곽 챔버(105)를 더 포함할 수 있다. 외곽 챔버는 상부 프레임(104)과 하부 프레임(102) 사이에서 확장되어 밀폐된 공간을 제공하며, 외곽 챔버(105) 내부에는 기판 지지대(110), 샤프트(103), 샤워 헤드 지지대(106) 및 샤워 헤드(120)가 배치될 수 있다. 외곽 챔버(105)에는 기판이 드나들 수 있도록 도어(door, 도시되지 않음)가 설치될 수 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. 예를 들면, 반도체 기판뿐만 아니라 다른 대상들에 원자층을 증착하기 위하여 사용될 수 있다. 또한, 본 발명은 사각형 형태의 기판 상에 원자층을 증착하기 위한 장치 및 방법을 예를 들어 설명하였으나. 다양한 형태의 기판에 대해서도 사용될 수 있다. 예를 들어, 기판이 원형인 경우에는 도 19에 도시된 바와 같이 샤워 헤드(120) 또는 분사구면(120a)의 양 끝(120r)이 원형 기판(50)을 감싸도록 곡면 형태로 구성될 수 있다. 도 19는 원형 기판(50)에 원자층을 증착하기 위한 샤워 헤드(120)의 밑면도이다. 도 19의 샤워 헤드(120)에 사용된 분사 유닛(SU)에는 배기구 열(92) 및 퍼지 가스 분사구 열(90)은 도시되지 않았으나, 도 11 및 14를 참조로 하여 설명된 분사 유닛(SU)들이 도 19의 샤워 헤드(120)에서도 분사 유닛(SU)으로 사용될 수 있다.

본 발명은 샤워 헤드(120)를 직선 왕복 이동시키면서 원자층을 증착하는 장치 및 방법에 대해 설명하였으나, 직선 왕복 이동 대신 회전 왕복 이동시키면서 원자층을 증착하는 장치 및 방법도 가능하다. 도 20 및 21을 참조하여 회전 왕복 이동시키면서 원자층을 증착하는 장치 및 방법이 설명된다.

도 20은 회전 왕복 이동 장치를 구비한 원자층 증착 장치(500)의 평면도이고, 도 21은 도 20에 도시된 절단선(510)에 따른 원자층 증착 장치(500)의 절단면이다. 원자층 증착 장치(500)는 기판 지지대(110)의 상부에 구비되는 회전 샤워 헤드(520)를 포함한다. 회전 샤워 헤드(520)의 한쪽 끝(520a)은 샤프트(shaft, 524)에 체결되며, 샤프트(524)는 원자층 증착 장치(500)의 프레임, 예를 들면 하부 프레임(102)에 회전 가능하도록 체결된다. 샤트프(524)는 수직 축(530)을 중심으로 회전할 수 있도록 구성된다. 이를 위해 샤프트(524)는 회전 구동 장치(도 20 및 21에 도시되지 않음)에 연결된다.

샤워 헤드(520)의 반대편 끝(520b)은 샤프트(524)로부터 가까운 곳에 위치하는 기판(50)의 가장자리를 거쳐서 먼 곳에 위치하는 기판(50)의 가장자리 근처까지 연장되도록 구성된다. 따라서 샤워 헤드(520)의 양 끝단 간의 길이는 기판(50)의 직경 또는 폭보다 크도록 구성된다.

샤워 헤드(520)의 밑면에는 분사구면(120a)이 구비된다. 분사구면(120a)에는 도 11을 참조하여 설명한 분사 유닛(SU)이 적어도 하나 구비된다. 도 14를 참조하여 설명한 분사 유닛(SU)이 구비될 수도 있다. 참고로 도 14를 참조하여 설명한 분사 유닛(SU)이 구비된 회전 샤워 헤드(520)의 밑면도를 도 22에 도시하였다. 분사 유닛(SU)은 분사구 열들이 샤워 헤드(520)의 길이 방향을 따라서 배치되도록 분사구면(120a) 상에 배치된다. 분사 유닛(SU)은 도 3 및 4를 참조하여 설명한 가스 분사 제어 장치(170) 및 원료 가스 공급원(172), 반응 가스 공급원(172), 퍼지 가스 공급원(172) 및 배기(172)에 연결된다.

샤워 헤드(520)는 샤프트(524)를 수직 축(530)을 중심으로 회전시킴으로써 제1 각 위치(530a)와 제2 각 위치(530b) 사이를 왕복 이동할 수 있다. 제1 각 위치(530a)와 제2 각 위치(530b) 사이의 각도(520a)는 90도 보다 작을 수 있다. 제1 각 위치(520a)는 샤워 헤드(520)의 원료 전구체 분사구 열(80a)로부터 분사되는 원료 전구체 또는 반응 전구체 분사구 열(80b)로부터 분사되는 반응 전구체가 기판(50)의 한쪽 가장자리(50a)를 코팅할 수 있는 위치이다. 제2 각 위치(520b)는 샤워 헤드(520)의 반응 전구체 분사구 열(80b)로부터 분사되는 원료 전구체 또는 원료 전구체 분사구 열(80a)로부터 분사되는 원료 전구체가 기판(50)의 반대쪽 가장자리(50b)를 코팅할 수 있는 위치이다. 제1 각 위치(520a)에서는 원료 전구체 분사구 열(80a) 또는 반응 전구체 분사구 열(80b)이 상기 한쪽 가장자리(50a)와 접하도록 수직으로 정렬될 수 있으며, 제2 각 위치(520b)에서는 반응 전구체 분사구 열(80b) 또는 원료 전구체 분사구 열(80b)이 상기 반대쪽 가장자리(50b)와 접하도록 수직으로 정렬될 수 있다.

원자층 증착 장치(500)의 기판 지지대(110) 주변에는 다수의 배기구(112a)들이 배치된다. 배기구(112a)들은 샤워 헤드(529)의 분사구면(120a)으로부터 분사되는 원료 전구체, 반응 전구체 및 퍼지 가스를 배기시키도록 구성된다. 회전 샤워 헤드(520)는 분사구면(120a)과 기판(50) 표면의 간격이 0.1mm에서 30mm의 범위가 되도록 배치될 수 있다. 기판 지지대(110), 회전 샤워 헤드(520)는 도 21에 도시된 바와 같이 챔버(105) 내에 설치될 수 있다.

도 20 및 22를 참조하여, 샤워 헤드(520)를 이용하여 원자층을 증착하는 방법의 실시 예는 다음의 단계를 포함한다.

(1) 샤워 헤드(520)를 제1 각 위치(520a)로부터 제2 각 위치(520b)로 회전 이동시키는 제1 이동 단계,

(2) 상기 제1 이동 단계가 진행되는 동안에 샤워 헤드(520)의 반응 전구체 분사구 열(80b)을 통한 반응 전구체의 공급은 차단하고 샤워 헤드(520)의 원료 전구체 분사구 열(80a)을 통해서 원료 전구체를 기판(50) 상으로 분사하는 단계,

(3) 상기 제1 이동 단계가 진행되는 동안에 샤워 헤드(520)의 적어도 하나의 퍼지 가스 분사구 열(90t)을 통해서 퍼지 가스를 기판(50) 상으로 분사하는 단계,

(4) 상기 제1 이동 단계가 진행되는 동안에 샤워 헤드(520)의 배기구 열(92a-92d) 중 적어도 하나를 통해서 원료 전구체 및 퍼지 가스를 배기시키는 단계,

(5) 샤워 헤드(520)를 제2 각 위치(520b)로부터 제1 각 위치(520a)로 역회전 이동시키는 제2 이동 단계,

(6) 상기 제2 이동 단계가 진행되는 동안에 샤워 헤드(520)의 원료 전구체 분사구 열(80a)을 통한 원료 전구체의 공급은 차단하고 샤워 헤드(520)의 반응 전구체 분사구 열(80b)을 통해서 반응 전구체를 기판(50) 상으로 분사하는 단계,

(7) 상기 제2 이동 단계가 진행되는 동안에 샤워 헤드(520)의 적어도 하나의 퍼지 가스 분사구 열(90t)을 통해서 퍼지 가스를 기판(50) 상으로 분사하는 단계, 및

(8) 상기 제2 이동 단계가 진행되는 동안에 샤워 헤드(520)의 적어도 하나의 배기구 열(92a-92d)을 통해서 반응 전구체 및 퍼지 가스를 배기시키는 단계를 포함한다.

샤워 헤드(520)를 이용하여 원자층을 증착하는 방법의 또 다른 실시 예는 다음의 단계를 포함한다.

(6) 상기 제2 이동 단계가 진행되는 동안에 샤워 헤드(520)의 원료 전구체 분사구 열(80a) 및 반응 전구체 분사구 열(80b)을 통한 전구체의 공급은 차단하고 적어도 하나의 퍼지 가스 분사구 열(90t)을 통해서 퍼지 가스를 기판(50) 상으로 분사하는 단계,

(7) 상기 제2 이동 단계가 진행되는 동안에 샤워 헤드(520)의 배기구 열(92a-92d) 중 적어도 하나를 통해서 상기 퍼지 가스를 배기시키는 단계,

(8) 샤워 헤드(520)를 제1 각 위치(520a)로부터 제2 각 위치(520b)로 다시 회전 이동시키는 제3 이동 단계,

(9) 상기 제3 이동 단계가 진행되는 동안에 샤워 헤드(520)의 원료 전구체 분사구 열(80a)을 통한 원료 전구체의 공급은 차단하고 샤워 헤드(520)의 반응 전구체 분사구 열(80b)을 통해서 반응 전구체를 기판(50) 상으로 분사하는 단계,

(10) 상기 제3 이동 단계가 진행되는 동안에 샤워 헤드(520)의 적어도 하나의 퍼지 가스 분사구 열(90t)을 통해서 퍼지 가스를 기판(50) 상으로 분사하는 단계, 및

(11) 상기 제3 이동 단계가 진행되는 동안에 샤워 헤드(520)의 적어도 하나의 배기구 열(92a-92d)을 통해서 반응 전구체 및 퍼지 가스를 배기시키는 단계를 포함한다.

도 11을 참조하여 설명된 샤워 헤드(120)는 도 23에 도시된 것과 같이 적어도 하나의 퍼지가스 분사구면(120n)을 구비할 수 있다. 도 23은 퍼지가스 분사구면(120n)을 구비하는 샤워 헤드(120x)의 밑면도이다. 퍼지가스 분사구면(120n)은 분사구면(120a) 상에 구비되며 샤워 헤드(120x)의 이동 방향인 제1 방향과 평행하며 분사구면(120a)의 한쪽 끝으로부터 반대편 끝까지 확장되도록 구비될 수 있다. 퍼지가스 분사구면(120n)에는 원료 전구체 및 반응 전구체 분사구가 구비되지 않으며, 퍼지가스 분사구(90x)만이 구비된다. 배기구(92x)도 구비될 수 있다. 배기구(92x) 열은 퍼지 가스 분사구면(120n)의 제1 방향에 평행한 가장자리를 따라서 배열될 수 있다. 퍼지 가스 분사구(90x) 열은 배기구(92x) 열 사이에 배치될 수 있다.

퍼지가스 분사구면(120n)의 하부에 대응하는 기판(50) 상에는 원료 및 반응 전구체가 분사되지 아니하므로 원자층 증착이 일어나지 못한다. 기판(50, 도 23에 도시되지 않음) 상에 원자층 박막이 증착되는 것을 원치 않는 부위(50a, 도 23에 도시되지 않음)가 존재할 경우, 퍼지가스 분사구면(120n)을 상기 부위(50a)에 정렬되도록 분사구면(120a) 상에 배치함으로써 상기 부위(50a)에 원자층이 증착되는 것을 방지할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 퍼지가스 분사구면(120n)은 퍼지가스 분사구(90x) 및 배기구(92x)를 구비하지 않음으로써 어떠한 가스도 분사되지 않도록 구성될 수도 있다.

일 실시 예에 따르면, 퍼지가스 분사구면(120n)은 배기구(92x)만을 구비하도록 구성될 수도 있다.

퍼지가스 분사구면(120n)의 폭과 위치, 갯수는 상기 부위(50a)의 형상 및 배치에 따라 조절될 수 있다.

도 23을 다시 참조하여, 일 실시 예에 따르면, 샤워 헤드(120x)를 이용하여 원자층을 증착하는 방법은 다음의 단계를 포함한다.

(1) 샤워 헤드(120x)를 제1 위치(70)로부터 제1 방향을 따라서 제2 위치(72)로 이동시키는 제1 이동 단계,

(2) 상기 제1 이동 단계가 진행되는 동안에 상기 샤워 헤드(120x)가 상기 제1 위치(70)를 출발하여 제3 위치(74)에 도달할 때까지는 분사 유닛들(SU)의 원료 전구체 분사구 열(80a)을 통한 원료 전구체 분사 및 반응 전구체 분사구 열(80b)을 통한 반응 전구체의 분사는 차단하며, 상기 샤워 헤드(120x)가 상기 제3 위치(74)를 지나가는 시점부터 상기 제2 위치(72)에 도달할 때까지는 분사 유닛들(SU)의 반응 전구체 분사구 열(80b)을 통한 반응 전구체의 공급은 계속 차단하되, 원료 전구체 분사구 열(80a)을 통해서는 원료 전구체를 기판 상(50)에 분사하는 단계,

(3) 상기 제1 이동 단계가 진행되는 동안에 분사 유닛들(SU)의 적어도 하나의 퍼지 가스 분사구 열(90s 및 90t)을 통해서 퍼지 가스를 기판(50) 상으로 분사하는 단계,

(5) 샤워 헤드(120x)를 제2 위치(72)로부터 제1 위치(70)로 이동시키는 제2 이동 단계,

(6) 상기 제2 이동 단계가 진행되는 동안에 상기 샤워 헤드(120x)가 상기 제2 위치(72)를 출발하여 제4 위치(76)에 도달할 때까지는 분사 유닛들(SU)의 원료 전구체 분사구 열(80a)을 통한 원료 전구체 분사 및 반응 전구체 분사구 열(80b)을 통한 반응 전구체의 분사는 차단하며, 상기 샤워 헤드(120x)가 상기 제4 위치(76)를 지나가는 시점부터 상기 제1 위치에 도달할 때까지는 분사 유닛들(SU)의 원료 전구체 분사구 열(80a)을 통한 원료 전구체의 공급은 계속 차단하되, 반응 전구체 분사구 열(80b)을 통해서는 반응 전구체를 기판 상(50)에 분사하는 단계,

(7) 상기 제2 이동 단계가 진행되는 동안에 분사 유닛들(SU)의 적어도 하나의 퍼지 가스 분사구 열(90s 및 90t)을 통해서 퍼지 가스를 기판(50) 상으로 분사하는 단계, 및

상기 실시 예에 있어서, 원자층은 샤워 헤드(120x)가 제3 위치(74) 및 제4 위치(76) 사이에 위치할 때만 기판(50) 상에 형성되며, 샤워 헤드(120x)가 제1 위치(70) 및 제3 위치(74) 사이에 위치하거나, 제2 위치(72) 및 제4 위치(76) 사이에 위치할 때는 형성되지 않는다. 원자층이 형성되기 위해서는 원료전구체와 반응전구체가 모두 필요하기 때문이다.

상기 실시 예에 있어서, 제3 위치(72)는 제1 위치(70) 및 제2 위치(72) 사이에 배치되며, 제1 위치(70)에 더 가깝도록 배치될 수 있다. 제1 위치(70)와 제3 위치(74)가 일치할 수도 있다.

상기 실시 예에 있어서, 제4 위치(76)는 제1 위치(70) 및 제2 위치(72) 사이에 배치되며, 제2 위치(72)에 더 가깝도록 배치될 수 있다. 제2 위치(72)와 제4 위치(76)가 일치할 수도 있다.

상기 실시 예에 있어서, 샤워 헤드(120x)의 이동 거리, 즉 제1 위치(70) 및 제2 위치(72) 사이의 간격을 서로 인접하는 제1 물질 분사 분사구 열들(80a) 사이의 간격(X), 또는 분사 유닛들(SU)의 배치 간격(X) 보다 작게 함으로써 기판 표면 전체가 아닌 일부에만 원료 전구체 및 반응 전구체를 분사할 수 있다.

상기 실시 예에 있어서, 퍼지 가스 분사구면(120n)을 통해서는 원료 전구체 및 반응 전구체가 분사되지 않으며, 퍼지 가스가 분사될 수 있다.

상기 실시 예에 있어서, 퍼지 가스 분사구면(120n)을 통해서는 원료 전구체 및 반응 전구체가 분사되지 않으며, 배기만 수행될 수 있다.

상기 실시 예에 있어서, 퍼지 가스 분사구면(120n)을 통해서는 원료 전구체 및 반응 전구체가 분사되지 않으며, 퍼지 가스 분사 및 배기만 수행될 수 있다.

도 24를 참조하여 도 23에 도시된 샤워 헤드(120x)에 의하여 기판(50) 상에 증착될 수 있는 원자층의 형상이 설명된다. 도 24는 기판(50)의 평면도이다. 기판(50) 상에는 샤워 헤드(120x)의 제1 분사 유닛인 SU(1)에 의하여 증착된 제1 원자층 영역들 210(1), 제2 분사 유닛인 SU(2)에 의하여 증착된 제2 원자층 영역들 210(2),.., 제n-1 분사 유닛인 SU(n-1)에 의하여 증착된 제n-1 원자층 영역들 210(n-1), 제n 분사 유닛인 SU(n)에 의하여 증착된 제n 원자층 영역들 210(n)이 형성된다. 예를 들어, 샤워 헤드(120x)가 제1 분사 유닛(SU(1))만을 구비한 경우에는 기판(50) 상에 제1 원자층 영역(201(1))만 형성된다.

원자층 영역들(210)의 제1 방향으로의 폭(240)은 도 23을 참조하여 설명된 제3 위치(74)와 제4 위치(76) 사이의 간격에 의하여 결정된다. 원자층 영역들(210)은 서로 격리되어 있으며, 기판(50) 이동 방향인 제1 방향에 대하여 평행한 방향으로의 격리(220)는 상기 도 23을 참조하여 설명된 실시 예에 따른 원자층 증작 방법에 의하여 구현되는 격리이며, 제1 방향에 대하여 수직인 방향으로의 격리(230)는 샤워 헤드(120x)의 퍼지 가스 분사구면(120n)에 의하여 구현되는 격리이다. 제1 방향에 대하여 평행한 방향으로의 격리(220)는 제3 위치(74)와 제4 위치(76)의 간격을 변경함으로써 조절 가능한 격리이며, 제1 방향에 대하여 수직인 방향으로의 격리(230)는 샤워 헤드(120x)의 퍼지 가스 분사구면(120n)의 폭, 구성 또는 형상을 변경함으로써 조절 가능한 격리이다. 이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 별도의 섀도우 마스크 없이도, 기판(50) 상의 특정 지역에만 선택적으로 원자층을 증착하는 것이 가능하다.

본 발명은 특정한 실시 예들을 참조하여 설명되었으나 본 발명은 이렇게 설명된 특정한 실시 예들에 의해서 제한 받지 않으며 본 발명의 취지를 따르는 변형된 실시 예들에 대해서도 유효하게 적용된다.

80a 원료 전구체 분사구
80b 반응 전구체 분사구
90 퍼지 가스 분사구
92 배기구
100 원자층 증착 장치
106 샤워 헤드 지지대
110 기판 지지대
120 샤워 헤드
121 샤워 헤드 왕복 이동 장치
140 샤워 헤드 수직 이동 장치
170 가스 공급 제어 장치
500 원자층 증착 장치
520 회전 샤워 헤드

Claims

기판을 기판 지지대 상에 올려놓는 단계;
가장자리 내측에 원료 전구체 분사구, 반응 전구체 분사구, 퍼지 가스 분사구 및 배기구가 각기 적어도 하나 이상 구비되는 분사유닛을 포함하는 분사구면을 포함하는 샤워 헤드를, 상기 기판의 상부면과 상기 분사구면이 마주 보도록 위치시키는 단계;
상기 기판에 대하여 상기 샤워헤드를 상대적으로 제1 방향을 따라 제1 위치와 제2 위치 사이에서 반복적으로 왕복 이동시키면서 상기 기판 상에 원료 전구체와 반응 전구체를 공급하여 원자층들을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 기판 또는 상기 샤워헤드가 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치 사이에서 상기 제1 방향 또는 상기 제1 방향의 역방향으로 왕복 이동하는 가운데 동일한 방향을 따라서 이동하는 동안에는 상기 원료 전구체 및 상기 반응 전구체가 동시에 공급되지 않는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 원료 전구체만이 공급되는 동안에 상기 기판 상에 제1 반응층이 형성되며, 상기 반응 전구체만이 공급되는 동안에 상기 제1 반응층과 반응하여 상기 원자층을 형성하는 제2 반응층이 형성되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 위치에서 상기 제2 위치로의 이동 동안에는 상기 원료 전구체만이 공급되며, 상기 제2 위치에서 상기 제1 위치로의 이동 동안에는 상기 반응 전구체만이 공급되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 위치에서 상기 제2 위치로의 이동 동안에만 상기 원료 전구체 및 상기 반응 전구체가 교대로 공급되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 제2 위치에서 상기 제1 위치로의 이동 동안에는 상기 기판 상으로 퍼지 가스를 공급하면서 배기하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에서 왕복 이동시 이동 방향이 전환되는 동안에 상기 기판 상으로 상기 원료 전구체 및 상기 반응 전구체를 공급하지 않고 퍼지 가스를 공급하면서 배기하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 기판에 대하여 상기 샤워헤드는 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에서 직선 또는 회전 왕복 이동하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 원료 전구체 또는 상기 반응 전구체가 공급되는 동안에 상기 기판 상으로 동시에 퍼지 가스를 공급하면서 상기 원료 전구체 또는 상기 반응 전구체와 동시에 배기하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 방향으로의 이동 속도와 상기 제1 방향의 역방향으로의 이동 속도가 서로 다른 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 위치에서 상기 제2 위치로의 이동 동안에 상기 원료 전구체 또는 상기 반응 전구체가 공급되는 구간과, 상기 제2 위치에서 상기 제1 위치로의 이동 동안에 상기 반응 전구체 또는 상기 원료 전구체가 공급되는 구간이 중복되는 부분이 적어도 일부 포함되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 중복되는 부분이 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이의 전체 구간인 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 중복되는 부분이 상기 제1 위치로부터 시작하여, 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에 위치하는 제3 위치 사이의 구간인 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 중복되는 부분이 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에 위치하는 제3 위치에서 시작하여 상기 제2 위치 사이의 구간인 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 중복되는 부분이 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에 위치하는 제3 위치에서 시작하여, 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에 위치하는 제4 위치 사이의 구간인 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
기판을 기판 지지대 상에 올려놓는 단계;
가장자리 내측에 원료 전구체 분사구, 반응 전구체 분사구, 퍼지 가스 분사구 및 배기구가 각기 적어도 하나 이상 구비되는 분사유닛을 제1 방향을 따라 적어도 둘 이상 포함하는 분사구면이 배치된 샤워 헤드를, 상기 기판의 상부면과 상기 분사구면이 마주 보도록 위치시키는 단계;
상기 기판에 대하여 상기 샤워헤드를 상대적으로 제1 방향 및 상기 제1 방향의 역방향을 따라 상기 기판의 제1 방향을 따른 폭의 1/2 이하의 범위 내에서 왕복 이동시키면서, 상기 기판 상에 원자층들을 형성하는 공정 단계;
를 포함하는 원자층 증착 방법.
청구항 15에 있어서,
상기 샤워 헤드의 상기 분사구면에는 상기 제1 방향을 따라 동일한 형태를 갖는 분사유닛이 n개(n≥2의 자연수)이 배치되어 있으며, 상기 기판에 대하여 상기 샤워헤드를 상대적으로 제1 방향 및 상기 제1 방향의 역방향을 따라 상기 기판의 제1 방향을 따른 폭의 1/n 이하의 범위 내에서 왕복 이동시키면서, 상기 기판 상에 원자층들을 형성하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
청구항 15에 있어서,
상기 기판에 대하여 상기 샤워헤드를 상대적으로 제1 방향 및 상기 제1 방향의 역방향을 따라 제1 위치와 제2 위치 사이에서 반복적으로 왕복 이동시키면서 상기 기판 상에 원료 전구체와 반응 전구체가 반응하여 형성되는 원자층들을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 제1 방향 또는 상기 제1 방향의 역방향 중의 어느 한 방향으로의 이동 동안에는 상기 원료 전구체 및 상기 반응 전구체가 동시에 공급되지 않는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
청구항 15에 있어서,
상기 원료 전구체만이 공급되는 동안에 상기 반응 전구체 분사구를 통하여 퍼지 가스가 공급 및 배기되며, 상기 반응 전구체만이 공급되는 동안에 상기 원료 전구체 분사구를 통하여 퍼지 가스가 공급 및 배기되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
청구항 17에 있어서,
상기 제1 위치에서 상기 제2 위치로의 이동 동안에만 상기 원료 전구체 및 상기 반응 전구체가 교대로 공급되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
청구항 17에 있어서,
상기 제1 위치에서 상기 제2 위치로의 이동 동안에 상기 원료 전구체 또는 상기 반응 전구체가 공급되는 구간과, 상기 제2 위치에서 상기 제1 위치로의 이동 동안에 상기 반응 전구체 또는 상기 원료 전구체가 공급되는 구간이 중복되는 부분이 적어도 일부 포함되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 기판은 상기 제1 방향을 따라서 상기 샤워 헤드의 가장자리 내측에서 왕복이동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
청구항 15에 있어서,
상기 기판은 상기 제1 방향을 따라서 상기 샤워 헤드의 가장자리 내측에서 왕복이동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
청구항 15에 있어서,
상기 제1 방향을 따라서 제1 위치 및 제2 위치 사이에서 왕복 이동하는 상기 기판 또는 상기 샤워 헤드의 왕복 이동 거리는 상기 분사 유닛의 상기 제1 방향의 폭에 상응하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.