KR101511457B1 - 왕복 서셉터를 갖는 증착 장치를 이용한 층의 증착 - Google Patents

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Abstract

원자층 증착은 두 방향으로 서셉터를 왕복운동시키고, 서셉터 상의 기판이 공정들의 두 개의 상이한 시퀀스들을 겪도록 함으로써 수행된다. 서셉터가 공정들의 상이한 시퀀스들을 겪도록 함으로써, 기판은 그렇지 않다면 추가적인 주입기들 또는 반응기들의 세트를 필요로 할 상이한 공정들을 경험한다. 감소된 숫자의 주입기들 또는 반응기들은 더욱 소형의 증착 장치를 가능하게 하고, 증착 장치와 관련된 비용을 감소시킨다.

Description

왕복 서셉터를 갖는 증착 장치를 이용한 층의 증착{DEPOSITION OF LAYER USING DEPOSITING APPARATUS WITH RECIPROCATING SUSCEPTOR}
본 발명은 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD)을 이용하여 기판상에 하나 이상의 물질층을 증착하는 것에 관한 것이다.
원자층 증착(ALD)은 기판상에 하나 이상의 물질층을 증착하기 위한 얇은 박막 증착 기술이다. ALD는 두 가지 유형의 화학 물질을 사용하며, 하나는 원료 전구체이고 다른 하나는 반응 전구체이다. 일반적으로, ALD는 다음의 네 단계를 포함한다. (i)원료 전구체 주입, (ⅱ) 원료 전구체의 물리 흡착층의 제거, (ⅲ) 반응 전구체 주입, 및 (ⅳ) 반응 전구체의 물리 흡착층의 제거. ALD는 원하는 두께의 층이 얻어지기 전에 긴 시간 또는 많은 반복이 소요되는 느린 공정일 수 있다. 그러므로, 공정을 신속히 처리하기 위해, 미국 공개특허공보 제 2009/0165715 호에 기술된 유닛 모듈(소위 선형 주입기라 불리는)을 구비한 기상 증착 반응기 또는 다른 유사한 장치들이 ALD 공정을 신속히 처리하는데 사용된다. 유닛 모듈은 원료 물질을 위한 주입부 및 배기부(원료 모듈), 그리고 반응 물질을 위한 주입부 및 배기부(반응 모듈)를 포함한다.
종래의 ALD 기상 증착 챔버는 기판들에 ALD 층들을 증착하기 위한 하나 이상의 반응기 세트들을 갖는다. 기판이 반응기들 아래로 통과할 때 기판은 원료 전구체, 퍼지 기체 및 반응 전구체에 노출된다. 기판에 증착된 원료 전구체 분자들이 반응 전구체 분자들과 반응하거나 원료 전구체 분자들이 반응 전구체 분자들에 의하여 치환됨으로써 기판상에 물질층을 증착시킨다. 원료 전구체 또는 반응 전구체에 기판을 노출시킨 후에, 과잉 원료 전구체 분자들 또는 반응 전구체 분자들을 기판으로부터 제거하기 위해 기판은 퍼지 기체에 노출될 수 있다.
본 발명의 목적은 기판상에 물질층을 증착할 때, 주입기 또는 라디칼 반응기를 추가하지 않고도 추가적인 표면 처리를 수행할 수 있는 증착 방법 또는 증착 장치를 제공하는 데 있다.
실시 예들은 기판과 반응기들 사이에서 두 개의 상반된 방향으로 상대적 움직임들을 유발하는 것에 의해 기판에 하나 이상의 물질층을 증착하는 것에 관한 것이다. 반응기들은 기판이 반응기들을 통과할 때 기판 위로 기체 또는 라디칼들을 주입한다. 기판과 반응기들이 제 1 방향으로 상대적 움직임을 만들 때, 기판 위로 적어도 하나의 전구체 기체 및 반응 기체를 주입함에 의해 적어도 하나의 원자층이 기판상에 증착된다. 기판과 반응기들이 제 2 방향으로 상대적 움직임을 만들 때, 반응기들에 의해 기판 표면의 어닐링(annealing)이 수행된다.
일 실시 예에서, 서셉터와 반응기들의 제 1 방향 및 제 2 방향으로의 상대적인 움직임들은 미리 결정된 횟수동안 반복된다. 이렇게하여, 원하는 두께의 층이 얻어질 수 있다.
일 실시 예에서, 비활성 기체의 라디칼들이 기판의 표면을 처리하기 위해 기판 위로 주입된다. 원료 전구체는 기판 위로 비활성 기체의 라디칼들이 주입된 후에 기판 위로 주입된다. 비활성 기체의 라디칼들에 기판의 표면을 노출시키는 것은 기판 표면상의 원료 전구체 분자들의 흡수율을 증가시켜, 유리하게 층의 증착률을 증가시킨다. 비활성 기체는 아르곤 기체를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 전구체 기체는 트리메틸알루미늄(trimethylaluminium)을 포함한다. 반응 기체는 산소 라디칼을 포함한다. 증착된 층은 Al2O3이다
본 발명의 실시 예들에 따르면, 기판상에 물질층을 증착할 때, 주입기 또는 라디칼 반응기를 추가하지 않고도 추가적인 표면 처리를 수행할 수 있으므로, 증착 장치의 제작 비용 및 복잡도가 감소될 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 선형 증착 장치의 단면도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 선형 증착 장치의 사시도이다.
도 3a는 일 실시 예에 따른 회전 증착 장치의 사시도이다.
도 3b는 일 실시 예에 따른 반응기를 설명하는 도면이다.
도 4a 내지 4g는 일 실시 예에 따라 기판상에 하나 이상의 물질을 증착하기 위한 공정의 시퀀스를 설명하는 개념도들이다.
도 5는 일 실시 예에 따라 기판상에 하나 이상의 층을 증착하는 공정을 설명하는 순서도이다.
도 6a 내지 도 9b는 다양한 실시 예에 따라서 다양한 반응기 유닛들에 의해 기판상에서 수행되는 공정들을 설명하는 도면들 및 테이블들이다.
여기서 실시 예들은 첨부된 도면들을 참조하여 설명된다. 그러나, 여기서 개시된 원칙들은 많은 다른 형태로 구현될 수 있고, 여기서 기술된 실시 예에 한정되는 것으로 이해되지 않아야 한다. 본 명세서에서, 실시 예의 특징들을 필요이상으로 모호하게 하는 것을 피하기 위해 잘 알려진 특징들 및 기술들에 대한 상세한 설명은 생략될 수 있다.
도면들에서, 도면들에 있는 유사한 참조 번호들은 유사한 구성 요소를 나타낸다. 도면의 모양, 크기 및 영역, 그리고 유사한 것들은 명확성을 위해 과장될 수 있다.
실시 예들은 두 개의 상반된 방향으로 왕복하는 서셉터(susceptor)에 의해 세섭터 위의 기판이 두 개의 다른 공정 시퀀스들을 겪도록 하여 원자층 증착을 수행하는 것에 관련된 것들이다. 기판이 한 방향으로 이동할 때, 반응기에 의해 기판에 일련의 기체 및/또는 라디칼들이 주입된다. 기판의 양 방향으로의 왕복움직임은 기판이 두 개의 다른 공정 시퀀스들을 겪도록 한다. 서셉터가 두 개의 다른 공정 시퀀스들을 겪도록 하는 것에 의해, 그렇지 않다면 추가적인 반응기 세트를 필요로 할 하나 이상의 공정들을 기판은 겪을 수 있다.
반응기의 감소된 수는 보다 소형화된 증착 장치, 및 증착 장치와 관련된 비용의 절감을 가능하게 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 선형 증착 장치(100)의 단면도이다. 도 2는 일 실시 예에 따른 선형 증착 장치(100)의 사시도(설명을 돕기 위해 챔버 벽(100)을 없앤)이다. 선형 증착 장치(100)는 다른 요소들 중에서 지지 기둥(111), 공정 챔버(110) 및 하나 이상의 반응기들(136)을 포함할 수 있다. 반응기들(136)은 하나 이상의 주입기들 및 라디칼 반응기들을 포함할 수 있다. 주입기 모듈들 각각은 원료 전구체, 반응 전구체, 퍼지(purge) 기체 또는 이러한 물질들의 조합을 기판(120)에 주입한다.
벽들(110)에 의해 둘러싸인 공정 챔버는 오염물질이 증착 공정에 영향을 주는 것을 방지하기 위해 진공 상태로 유지될 수 있다. 공정 챔버(110)는 기판(120)을 받는 서셉터(128)를 포함한다. 서셉터(128)는 미끄러짐 움직임을 위한 지지판(124) 위에 위치할 수 있다. 지지판(124)는 기판(120)의 온도를 제어하기 위한 온도 제어기(예를 들어, 히터 또는 냉각기)를 포함할 수 있다. 선형 증착 장치(100)는 또한 서셉터(128) 위로 기판(120)을 적재하거나 서셉터(128)에서 기판(120)을 내리는 것을 용이하게 하는 리프트 핀(lift pin)들(아래의 도 4a, 4b 및 4F 참조)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 서셉터(128)는 나사들(screw)이 형성된 연장 바(138)를 가로질러 움직이는 브래킷(bracket, 210)에 고정된다. 브래킷(210)은 연장 바(138)를 수납하는 홀들 안에 형성된 대응하는 나사들을 갖는다. 연장 바(138)는 모터(114)의 스핀들(spindle)에 고정되고, 따라서 모터(114)의 스핀들이 회전할 때 연장 바(138)는 회전한다. 연장 바(138)의 회전은 브래킷(210)(그리고, 그에 따른 서셉터(128))가 지지판(124) 위에서 선형 움직임을 만들도록 한다. 모터(114)의 속도와 회전 방향을 제어하는 것에 의해, 서셉터(128)의 선형 움직임의 속도 및 방향이 제어될 수 있다. 모터(114) 및 연장 바(138)의 사용은 단순히 서셉터(128)를 움직이는 방법의 일 예이다. 서셉터(128)를 움직이는 다양한 다른 방법들(예를 들어, 서셉터(128)의 바닥, 위 또는 측면에서 기어들과 피니온(pinion)들을 사용하는 것)이 있을 수 있다. 더욱이, 서셉터(128)의 이동을 대신하여 서셉터(128)는 정지 상태를 유지하고 반응기들(136)이 움직일 수 있다.
도 3a는 일 실시 예에 따른 회전 증착 장치(300)의 사시도이다. 도 1의 선형 증착 장치(100)의 사용을 대신하여, 또 다른 실시 예에 따라 증착 공정을 수행하기 위해 회전 증착 장치(300)가 사용될 수 있다. 회전 증착 장치(300)는 다른 요소들 중 반응기들(320, 334, 364, 368), 서셉터(318) 및 이러한 요소들을 둘러싸는 컨테이너(324)를 포함할 수 있다. 서셉터(318)는 제자리에 기판(314)을 고정한다. 반응기들(320, 334, 364, 368)은 기판(314)과 서셉터(318) 위에 위치한다. 서셉터(318) 또는 반응기들(320, 334, 364, 368)은 기판이 다른 공정들을 겪도록 회전한다.
하나이상의 반응기들(320, 334, 364, 368)은 원료 전구체, 반응 전구체, 퍼지 기체 및/또는 다른 물질들을 공급하는 기체 파이프(미도시)에 연결된다. 기체 파이프에 의해 공급되는 물질들은 (ⅱ) 반응기들(320, 334, 364, 368) 내부의 챔버에서 혼합된 후 또는 (ⅲ) 반응기들(320, 334, 364, 368) 내부에서 생성된 플라즈마에 의해 라디칼들로 변환된 후에 (ⅰ) 반응기들(320, 334, 364, 368)에 의해 직접적으로 기판(314)에 주입될 수 있다. 물질들이 기판(314)에 주입된 후에, 여분의 재료들은 배출구(330, 338)를 통해 배기될 수 있다.
여기서 기술된 실시 예들은 선형 증착 장치(100), 회전 증착 장치(300) 또는 다른 유형의 증착 장치에서 사용될 수 있다. 선형 증착 장치(100) 및 회전 증착 장치(300)를 예로 들면, 기판(120, 또는 314)을 반응기들에 대하여 한 방향으로 그 다음에 다른 방향으로 움직임으로써 기판(120, 또는 314)은 서로 다른 공정 시퀀스들을 겪을 수 있다.
도 3b는 일 실시 예에 따른 반응기(351)를 설명하는 도면이다. 반응기(351)는 선형 증착 장치(100) 또는 회전 증착 장치(300)에서 사용될 수 있다. 반응기(351)는 다른 요소들 중, 주입기(370) 및 라디칼 반응기(374)를 포함할 수 있다. 도시된 것처럼, 주입기(370) 및 라디칼 반응기(374) 아래를 통과하기에 충분한 간격을 기판(314)에 제공하기 위해 주입기(370)는 높이 H1 만큼 기판(314) 위로 들어 올려지고, 라디칼 반응기(374)는 높이 H2 만큼 기판(314) 위로 들어 올려진다.
라디칼 주입기(374)는 파이프(364)를 통해 기체를 받고, 받은 기체를 주입기(370) 내에 형성된 채널(372) 및 홀들(373)을 통해 챔버(384)로 주입한다. 주입기(374)를 통해 주입된 기체는 원료 전구체, 반응 전구체, 퍼지 기체 또는 어떤 다른 용도의 기체들일 수 있다. 챔버(384) 내에서, 기체는 그리고는 기판(314)과 접촉하게 되고, 전구체들 또는 퍼지 기체로서의 기능을 수행한다. 남은 기체는 협착 영역(386, 높이 H2를 갖는)을 통해 배출구(371)로 배출된다. 협착 영역(384)에서 기체의 유속이 증가하므로, 기판(314)의 표면으로부터 여분의 기체를 제거하는 것이 용이하게 된다.
라디칼 반응기(374)는 파이프(366)를 통해 기체를 받는다. 기체는 내부 전극(376)과 외부 전극(378) 사이에서 홀(380)로 주입된다. 전압은 기체가 홀(380)으로 주입될 때, 홀(380) 내에서 기체의 플라즈마가 라디칼들을 생성하도록 내부 전극(376)과 외부 전극(378) 사이에 걸쳐서 인가된다. 기체의 라디칼들은 그 다음에 라디칼들이 기판(314)과 접촉하게 되는 곳인 챔버(390)로 홀들(382)을 통해 주입된다. 여분의 라디칼들은 협착 영역(388, 높이 H3을 갖는)을 통과하며, 라디칼들은 비활성 상태로 되돌아가고 배출구(371)을 통해 방출된다.
도 3b의 반응기들은 예시적인 것이다. 다양한 다른 유형의 반응기들이 선형 증착 장치(100) 또는 회전 증착 장치(300)에 사용될 수 있다. 다른 실시 예들에 있어서, 반응기들은 단지 주입기들만을 포함하거나, 단지 라디칼 반응기들만을 포함하거나, 둘 이상의 주입기들 및 라디칼 반응기들을 포함하거나, 다른 시퀀스로 라디칼 반응기들/주입기들을 포함할 수 있다.
도 4a 내지 4g는 일 실시 예에 따라, 기판(124)상에 하나 이상의 물질층을 증착하기 위한 공정들의 시퀀스를 설명하는 개념도들이다. 먼저, 리프트 핀들(410)이 기판(120, 도 4a 참조)을 받기 위해 들어 올려진다. 이어서, 기판(120)을 리프트 핀(410) 위에 위치시키고(도 4b 참조) 그런 다음 리프트 핀(410)을 낮춤으로써(도 4c 참조) 기판(120)은 서셉터(124) 위에 적재된다.
그런 다음 서셉터(120)는 기판(120)이 공정들의 제 1 시퀀스를 겪도록 반응기들(130)을 가로질러 이동된다. 그런 다음 서셉터의 이동 방향은 전환되고, 서셉터는 기판(120)에 공정들의 제 2 시퀀스를 겪도록 반대 방향으로 이동한다. 공정들의 제 2 시퀀스는 공정들의 제 1 시퀀스의 거꾸로 된(reversed) 시퀀스이다. 증착된 층의 두께 또는 증착된 층의 원하는 특성에 따라, 공정들의 제 1 및 제 2 시퀀스는 미리 결정된 횟수만큼 반복될 수 있다.
제 1 및 제 2 시퀀스의 미리 결정된 횟수가 반복된 후에, 기판(120)은 리프트 핀(410)에 의해 서셉터로부터 들어 올려지고(도 4F 참조) 서셉터로부터 제거된다(도 4G 참조)
도 5는 일 실시 예에 따라 기판에 하나 이상의 물질층을 증착하는 공정을 설명하는 순서도이다. 먼저, 기판은 서셉터 위에 올려진다(510). 서셉터는(기판과 함께) 기판이 공정들의 제 1 시퀀스를 겪도록 한 방향으로 하나 이상의 반응기를 가로질러 이동된다(520). 그런 다음 서셉터는 기판이 공정들의 제 2 시퀀스를 겪도록 반대 방향으로 반응기들의 동일한 세트를 가로질러 이동된다(530). 서셉터가 양 방향으로 그러나 서로 상이한 시퀀스로 이동할 때, 반응기들은 동일한 기체 및/또는 라디칼들을 주입할 수 있다.
그런 다음 공정의 종료를 위한 조건이 충족되었는지(예를 들어, 층이 미리 결정된 두께에 도달되었는지 또는 공정들이 미리 결정된 횟수만큼 반복되었는지) 판단한다(540). 만일 종료 조건이 충족되지 않았으면, 공정은 한 방향으로 세섭터를 이동시키는 단계(520)로 되돌아가고 이후의 공정들을 반복한다. 만일 종료 조건이 충족되었으면, 공정은 서셉터로부터 기판을 내리는 단계(550)로 진행한다.
여기서는 다른 공정들에 의해 기판을 처리하는 예들이 도 6a 내지 9b를 참조하여 기술된다. 도 6a의 증착 장치는 기판(620)에 Al2O3 층을 증착하기 위한 제 1 유닛(602) 및 제 2 유닛(614)을 포함한다. 제 1 유닛(602)은 주입 모듈들(614, 622, 634) 및 라디칼 반응기(626)을 포함한다. 주입기 모듈(615)은 TMA(Trimethylaluminium, 트리메틸 알루미늄)을 주입하고, 주입기 모듈들(622, 634)은 아르곤 기체를 분사한다. 라디칼 반응기(626)는 산소 라디칼들(O＊)을 생성하고 그 라디칼들을 기판(620)에 주입한다. 제 1 유닛(602) 안의 여분의 기체 또는 플라즈마는 배출구(618, 630)를 통해 방출된다. 제 2 유닛(614)은 제 1 유닛(614)과 동일한 구조를 갖는다. 즉, 제 2 유닛(614)은 세 개의 주입기 모듈들(638, 648, 660) 및 라디칼 반응기(652)를 포함한다. 주입기 모듈(638)은 TMA를 주입하고, 주입기 모듈들(648, 660)은 아르곤 기체를 주입한다. 제 2 유닛(614) 내의 여분의 기체 또는 플라즈마는 배출구(644, 656)를 통해 방출된다.
도 6a의 실시 예에서, 기판(620)은 왼쪽부터 오른쪽으로(제 1 방향으로), 그런 다음 오른쪽부터 왼쪽으로(제 2 방향으로) 이동한다. 기판(620)이 노출되는 물질 및 공정들의 시퀀스는 도 6b에서 설명된다. 제 1 방향으로 제 1 유닛(602) 아래를 움직일 때, 기판(620)은 TMA(원료 전구체로서)에 노출되고, 아르곤 기체(물리흡착된 여분의 TMA를 제거하기 위한 퍼지 기체로서)에 의해 뒤이어 노출된다. 주입된 후에, 아르곤 기체는 협착된 영역(621)을 통과한다. 협착된 영역(621)을 통과할 때, 아르곤 기체의 유속은 증가된다. 아르곤 기체의 증가된 유속은 기판(620)의 표면으로부터 초과 TMA(물리흡착된 TMA)를 효과적으로 제거하는데 기여한다.
그런 다음 기판(620)은 O＊(반응 전구체로서)에 노출된다. TMA와 O＊ 사이의 반응은 Al2O3의 층을 유발한다. 이어서 주입된 아르곤 기체는 기판(620)의 표면으로부터 여분의 기체를 제거한다. 제 1 유닛(602) 및 제 2 유닛(614)가 동일한 구조를 갖고 동일한 기체들 또는 라디칼들을 주입하기 때문에, 기판(620)이 제 1 유닛(602) 및 제 2 유닛(615) 아래를 지나갈 때 기판(620)은 동일한 공정을 두 번 겪는다.
기판(620)이 제 2 방향으로 움직일 때, 기판(620)은 먼저 아르곤 기체에 노출되고(주입기(660)에 의해), 그런 다음 라디칼 O＊에 노출된다(라디칼 반응기(652)에 의해). O＊에의 노출은 기판(620)의 어닐링(annealing)을 야기한다. 그런 다음 기판(620)은 아르곤 기체를 겪고(주입기(648)에 의해), 그런 다음 TMA를 겪는다(주입기(638)에 의해). 기판(620)에는 그런 다음 아르곤 기체가 주입되고(주입기(634)에 의해), 그런 다음 O＊가 주입된다(라디칼 반응기(626)에 의해). 기판(620)의 TMA에의 노출(주입기(638)에 의한) 및 이어지는 O＊에의 노출(라디칼 반응기(626)에 의한)은 기판(620)상에 Al2O3 층을 형성한다(도 6b의 파선으로 된 상자 참조). 그 결과, 제 2 방향(오른쪽에서 왼쪽)으로 기판(620)을 이동하는 것은 기판(620)이 O＊(라디칼 반응기(652)에 의해 생성된)에 의한 어닐링, 및 이에 이어지는 Al2O3 층의 증착을 겪도록 한다. 제 2 방향으로 기판(520)을 이동하는 마지막 단계에서, 기판(620)은 주입기(614)에 의해 TMA에 노출된다.
기판(620)은 그런 다음 제 1 방향으로 다시 이동된다. 제 1 방향으로 다시 이동할 때, 기판(620)은 주입기(615)에 의해 TMA에 다시 노출된다. 그러나, 이 추가적인 TMA에의 노출은 표면이 TMA를 흡수하는 것을 유리하게 보장할 수 있다. 나아가, 여분의 TMA의 제거(주입기(622)에 의한)는 초과 TMA를 제거하고, 그러므로 기판(620)을 TMA에 두 번 노출하는 것은 기판(620)상에 형성된 Al2O3 층의 품질에 부정적으로 작용하지 않는다.
기판(620)은 원하는 두께의 Al2O3 층을 얻기 위해 제 1 방향 및 제 2 방향 양쪽으로 미리 결정된 횟수동안 왕복 움직임을 할 수 있다.
제 2 방향으로 기판(620)을 이동하는 것은 기판(620)이 유리하게 어닐링을 겪도록 한다는 점에 주목하라. 만일 기판(620)이 단지 제 1 방향으로만 이동된다면, 기판(620)은 어떠한 어닐링 공정을 겪지 않을 것이다. 오히려, Al2O3의 두 개의 층이 기판(620)상에 형성될 것이다. 제 2 방향으로 기판(620)을 움직이는 것에 의해, 기판(620)은 어떠한 추가적인 반응기들 없이도 표면 처리될 수 있다. 따라서, 추가적인 라디칼 반응기를 제공하는 것과 관련되는 부대 비용 없이도 증착된 Al2O3 층의 특성이 강화될 수 있다.
일 실시 예에 따른, 도 7a의 증착 장치는 기판(710)에 Al2O3의 층을 증착하기 위한 제 1 유닛(704) 및 제 2 유닛(708)을 포함한다. 제 1 유닛(704)는 두 개의 주입 모듈들(712, 720) 및 두 개의 라디칼 반응기들(724, 732)을 포함한다. 주입 모듈(712)는 TMA를 주입하고, 주입 모듈(720)은 아르곤 기체를 주입한다. 라디칼 반응기(724)는 O＊를 생성하고, 라디칼들을 기판(710) 위로 주입한다. 라디칼 반응기(732)는 아르곤 라디칼들(Ar＊)을 생성하고, 그것들을 기판(710) 위로 주입한다. 제 1 유닛(704) 내의 여분의 기체들 또는 라디칼들은 배출구(716, 728)을 통해 방출된다. 제 2 유닛(708)은 제 1 유닛(704)와 동일한 구조를 갖는다. 즉, 제 2 유닛(708)은 두 개의 주입 모듈들(736, 744) 및 두 개의 라디칼 반응기들(748, 756)을 포함한다. 라디칼 반응기들(748, 756)은 O＊ 라디칼들 및 Ar＊ 라디칼들을 기판(710)의 표면 위로 각각 주입한다. 제 2 유닛(708) 내의 여분의 기체들 또는 라디칼들은 배출구(740, 752)를 통해 방출된다.
도 7a의 실시 예에서, 기판(710)은 왼쪽으로부터 오른쪽으로(제 1 방향으로) , 그런 다음 오른쪽으로부터 왼쪽으로(제 2 방향으로) 이동한다. 기판(710)이 노출된 물질 및 그것들의 공정 시퀀스가 도 7b에서 설명된다. 제 1 방향으로 제 1 유닛(704) 아래를 이동할 때, 기판(710)은 TMA(원료 전구체로서)에 노출되고, 이어서 주입기(720)에 의해 아르곤 기체(여분의 TMA를 제거하기 위한 퍼지 기체로서)에 노출된다. 그런 다음, 기판(710)은 라디칼 반응기(724)에 의해 O＊(반응 전구체로서)에 노출된다. TMA와 O＊ 사이의 반응은 Al2O3 층을 야기한다. 다음의 Ar＊은 기판(710)의 표면을 제 2 유닛(708) 아래로 지나갈 때 원료 전구체를 더욱 잘 흡수할 수 있는 상태로 처리한다. 이어지는 공정에서 층의 표면이 더 많은 TMA 분자들을 끌어들이게 되기 때문에, Al2O3 층의 Ar＊ 라디칼에의 노출은 이점이 있다. Ar＊ 라디칼에의 노출은 기판(710)이 Ar＊ 라디칼들에 노출되지 않은 경우와 비교하여 대략 새 배의 Al2O3 두께를 이끌어 낸다(도 7b의 파선으로된 타원 안의 "3 ALD"는 형성된 ALD 층의 두께가 Ar＊에 사전에 노출되지 않았을 때 형성되는 ALD 층과 비교할 때 대략 새 배임을 나타낸다).
Ar＊에의 노출(라디칼 반응기(732)에 의한) 이후에, 기판(710)에는 다시 TMA가 주입되고,(주입기(736)에 의해), 아르곤 기체가 주입되고(주입기(744)에 의해), O＊ 라디칼들이 주입되고(라디칼 반응기(748)에 의해), Ar＊ 라디칼들이 주입된다(라디칼 반응기(756)에 의해).
기판(710)이 제 2 방향으로 이동할 때, 기판(710)은 먼저 Ar＊ 라디칼들에(라디칼 반응기(756)에 의해), 그런 다음 O＊ 라디칼들에(라디칼 반응기(748)에 의해) 노출된다. O＊ 라디칼들에의 노출은 기판(710)의 어닐링을 야기한다. 기판(710)은 그런 다음 아르곤 기체(주입기(744)에 의해) 그리고 그런 다음 TMA(주입기(736)에 의해)를 겪는다. 기판(710)에는 그런 다음 아르곤 플라즈마(라디칼 반응기(732)에 의해) 및 O＊ 라디칼들(라디칼 반응기(724)에 의해)이 주입된다. 기판(710)의 TMA에의 노출(주입기(736)에 의한) 및 뒤이은 O＊(라디칼 반응기(732)에 의한)에의 노출은 기판(710)위에 Al2O3 층을 형성한다(도 7b의 파선으로 된 상자 참조). 결과적으로, 기판(710)을 제 2 방향(오른쪽에서 왼쪽)으로 이동하는 것은 기판(710)이 O＊(라디칼 반응기(748)에 의해 생성된)에 의한 어닐링, 및 이에 이어지는 Al2O3 층의 증착을 겪도록 한다. 기판(710)을 제 2 방향으로 이동시키는 마지막 단계에서, 기판(710)은 주입기(712)에 의해 TMA에 노출된다.
기판(710)은 그런 다음 제 1 방향으로 다시 이동된다. 제 1 방향으로 다시 이동할 때, 기판(710)은 주입기(712)에 의해 다시 TMA에 노출될 수 있다. 그러나, 이러한 TMA에의 추가적인 노출은 표면이 TMA를 충분하게 흡수하는 것을 유리하게 보장한다. 나아가, 여분의 TMA의 제거(주입기(720)에 의한)는 초과 TMA를 제거하고, 그에 따라 TMA에 기판을 두 번 노출시키는 것은 O＊에의 노출에 의해 기판상에 형성된 Al2O3 층의 품질에 부정적으로 작용하지 않는다.
도 6a의 실시 예와 유사하게, 도 7a의 실시 예는 추가적인 반응기들을 요구하지 않고도 Ar＊에의 노출로 인하여 증가된 증착 속도를 경험할 뿐 아니라 O＊에 의한 어닐링도 유리하게 겪을 수 있다.
다른 실시 예들에서, 증가된 숫자의 유닛들이 추가될 수 있다. 예를 들어, 도 6a 및 7a의 실시 예에서처럼 증착 모듈의 동일한 두 개의 유닛들을 사용하는 대신, 기판의 왕복움직임 당 증착률을 증가시키기 위해 증착 모듈의 세 개 이상의 유닛들이 나란히 배치될 수 있다.
도 6a 및 7a의 실시 예들이 동일한 구성의 모듈들의 유닛들을 사용함에도 불구하고, 다른 실시 예에서 모듈들의 각각의 유닛은 다른 구성을 가질 수 있다. 도 8a는 다른 구성들의 제 1 유닛(804) 및 제 2 유닛(808)을 구비한 반응기를 설명하는 도면이다. 제 1 유닛(804)은 세 개의 주입기들(812, 820, 834) 및 Al2O3 층 증착을 위한 라디칼 반응기(824)를 포함한다. 주입기들(812, 820, 834)은 TMA, 아르곤 기체 및 아르곤 기체를 각각 기판(810)상에 주입한다. 배출구들(816, 830)은 초과 기체들 또는 라디칼들을 제 1 유닛(840)로부터 배출하기 위해 제공된다. 제 2 유닛(808)은 기판(810)을 어닐링하기 위한 라디칼 반응기(838) 및 주입기(846)를 포함한다. 제 2 유닛(808)은 또한 제 2 유닛(808)로부터 초과 기체 또는 라디칼들을 배출하기 위한 배출구(842)를 포함한다.
기판(810)이 제 1 방향(왼쪽부터 오른쪽)으로 제 1 유닛(804) 아래를 이동할 때, 기판은 도 6a의 제 1 유닛(602)을 참조하여 위에서 설명한 것처럼 동일한 일련의 공정들을 겪는다. 그러므로, 제 1 유닛(804)과 관련된 공정들에 대한 상세한 설명은 간결함을 위해서 여기서는 생략된다. 제 1 유닛(804) 아래로 지나간 후에, 기판(810)은 제 2 유닛(808) 아래로 이동한다. 기판(810)이 제 2 유닛(808) 아래를 지나갈 때, 라디칼 반응기(838)은 기판(810)의 표면상에 기판(810)의 표면을 어닐링하는 O＊를 주입한다. 그런 다음 기판(810)의 표면으로부터 여분의 물질을 제거하기 위해 주입기(846)에 의해 아르곤 기체가 기판(810)상에 주입된다.
기판(810)이 제 2 방향(오른쪽에서 왼쪽)으로 움직일 때, 표면(810)에는 먼저 주입기(846)에 의해 아르곤 기체가 주입되고, 라디칼 반응기(838)에 의한 O＊의 주입이 뒤따른다. 제 1 유닛(840)에서의 이후의 공정들은 도 6a의 제 1 유닛(602)에서의 공정들과 동일하고, 그러므로 제 1 유닛(804)와 관련된 공정들에 대한 상세한 설명은 간결함을 위해 생략된다. 도 8b는 제 1 유닛(804) 및 제 2 유닛(808)에 의해 기판(810)에서 수행되는 공정들을 요약한다.
제 2 방향으로 움직일 때, 기판(810)은 O＊에 의해 두 번 표면 처리됨을 주목하라. 그러므로, 기판(810)은 왕복움직임의 한 사이클동안 세 번(제 1 방향으로 움직일 때 한 번, 그리고 제 2 방향으로 움직일 때 두 번) 표면 처리된다. 2회의 추가적인 표면 처리는 어떠한 주입기 또는 라디칼 반응기를 추가함이 없이 달성되고, 이는 추가된 요소들과 관련된 비용 및 복잡함을 감소시킨다.
도 9a는 또 다른 실시 예에 따른 반응기들의 배열이다. 이 실시 예에서, 반응기들의 두 개의 유닛들이 제공된다: 제 1 유닛(904) 및 제 2 유닛(908). 제 1 유닛(904)은 본질적으로 도 6a의 제 1 유닛과 동일하고, 그러므로 그것의 상세한 설명은 간결함을 위해 생략된다. 제 2 유닛(908)은 두 개의 라디칼 반응기들(920, 928)을 포함한다. 라디칼 반응기(920)은 O＊ 라디칼들을 기판(190)상에 주입한다. 라디칼 반응기(28)은 Ar＊ 라디칼들을 기판(910)상에 주입한다. 여분의 기체들 및 라디칼들을 배출하기 위한 배출구(924)가 두 개의 라디칼 반응기들(920, 928) 사이에 제공된다. 도 8b는 기판(910)상에 주입되는 물질들 및 기판(190)상에서 수행되는 공정들을 요약한다. 왕복움직임의 한 사이클 동안 단일 ALD 층이 기판(910)상에 형성되고 어닐링이 5회 수행된다는 점을 주목하라.
비록 도 6a 내지 9b를 참조하여 설명된 위의 실시 예들은 기판상에 Al2O3 층을 증착하는 것과 관련되지만, 동일한 원칙이 기판상에 다른 물질들을 증착하는 것에도 적용될 수 있다. 증착되는 물질을 바꾸기 위해서, 원료 전구체 및 반응 전구체가 달라질 수 있다.
그러한 방법들을 사용하여 제작된 기판은 디스플레이 장치 또는 다른 전자 장치들과 같은 다양한 응용들에 사용될 수 있다. 그러한 응용들에 따라, 다양한 유형의 기판들이 또한 사용될 수 있다. 예시 기판들은 실리콘 웨이퍼들 또는 유리들을 포함할 수 있다.
비록 본 발명이 몇가지 실시 예들과 관련하여 위에서 설명되었지만, 본 발명의 범위 내에서 다양한 변경들이 행해질 수 있다. 따라서, 본 발명의 기재된 내용은 예시로서 설명한 것일 뿐 본 발명의 범위를 한정하지 않는 것으로 의도되며, 본 발명의 범위는 다음의 청구범위에서 제시된다.

Claims (20)

  1. 기판과 하나 이상의 반응기들 사이에 제 1 방향으로의 상대적인 움직임을 야기는 단계로서, 적어도 하나의 전구체 기체와 반응 기체를 상기 기판에 주입함으로써 상기 제 1 방향으로의 상기 상대적인 움직임 동안 상기 기판상에 적어도 하나의 원자층이 증착되는, 상기 제 1 방향으로의 상대적인 움직임을 야기하는 단계; 및
    상기 기판과 상기 하나 이상의 반응기들 사이에 상기 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로의 상대적인 움직임을 야기하는 단계를 포함하고,
    상기 상기 기판 및 상기 하나 이상의 반응기들 사이에 상기 제 2 방향으로의 상대적인 움직임동안 어닐링이 수행되는 것을 특징으로 하는 기판상에 층을 증착하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    미리 결정된 횟수만큼 상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향으로의 상기 상대적인 움직임을 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판상에 층을 증착하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판 및 상기 하나 이상의 반응기들 사이에서 상기 상대적인 움직임을 야기하는 단계 이전에 서셉터 위에 상기 기판을 올리는 단계; 및
    상기 미리 결정된 횟수만큼 상기 상대적 움직임을 반복하는 단계 이후에 상기 서셉터로부터 상기 기판을 내리는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판상에 층을 증착하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판상에 비활성 기체의 라디칼들을 주입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판상에 층을 증착하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 기판상에 상기 비활성 기체의 상기 라디칼을 주입하는 단계 이후에 상기 기판상에 원료 전구체를 주입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판상에 층을 증착하는 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 비활성 기체는 아르곤 기체를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판상에 층을 증착하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전구체 기체는 트리메틸알루미늄(Trimethylaluminium)을 포함하고, 상기 반응 기체는 산소 라디칼들을 포함하고 상기 층은 Al2O3 를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판상에 층을 증착하는 방법.
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