KR101570479B1 - 짧은 광 조사를 이용한 원자층 증착 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

광 조사를 이용한 원자층 증착(atomic layer deposition) 방법은, 원자층 증착 공정에 의해 기판상에 박막을 증착하는 단계; 및 박막의 온도를 증가시키도록, 원자층 증착 공정 중 미리 결정된 시간 동안 박막에 빛을 조사하는 단계를 포함할 수 있다. 빛이 조사되는 시간은, 원자층 증착 공정 중에서 원료전구체를 주입하는 단계 전, 원료전구체를 주입하는 단계 도중, 원료전구체를 주입하는 단계와 반응전구체를 주입하는 단계 사이, 반응전구체를 주입하는 단계 도중, 및 반응전구체를 주입하는 단계 후 중 하나 이상의 시간 구간 내에 위치할 수 있다.

Description

짧은 광 조사를 이용한 원자층 증착 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ATOMIC LAYER DEPOSITION USING SHORT PULSE LIGHT IRRADIATION}
실시예들은 짧은 광 조사를 이용한 원자층 증착(atomic layer deposition) 방법 및 장치에 관한 것이다.
절연체, 반도체 및 금속 등으로 이루어지는 박막이 반도체 소자, 집적회로, 또는 다양한 관련 제품 구조 및 이들의 제작 과정에서 사용된다. 예컨대, 반도체 소자, 집적 회로, 태양 전지, 액정표시장치(Liquid Crystal Display), 유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diode; OLED) 등에서 게이트 유전체, 금속 간의 분리막, 다양한 패시베이션(passivation), 주변으로부터의 화학 반응을 보호하는 마스킹(masking) 막 등으로 박막이 사용된다.
박막을 형성하기 위한 방법으로는, 물리기상증착법(Physical Vapor Deposition; PVD) 또는 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD)이 널리 사용되어 왔다. PVD 또는 CVD에서는 기판의 온도에 의하여 그 위에 증착되는 박막의 특성이 크게 좌우되는데, 이는 표면에서의 열 에너지에 의하여 화학반응 및 표면이동(surface migration) 특성이 결정되기 때문이다. 일반적으로 우수한 특성의 박막을 증착하기 위해서는 표면에 큰 에너지를 제공하여야 하나, 표면에 제공될 수 있는 에너지에는 제작되는 제품의 열 부담(thermal budget)에 의한 한계가 존재한다. 최근 반도체 집적회로의 경우에는, 집적도가 증가함에 따라, 기존에 약 700도 정도였던 열 부담을 약 400 내지 500도 정도로 낮추어야 하는 것으로 알려져 있다. 또한, OLED 디스플레이의 봉지용 박막의 경우, 유기 물질의 열 한계로 인하여 약 100도 이하의 증착 온도가 요구된다.
증착 온도를 낮추기 위하여, 플라즈마(plasma), 자외선(UV) 등의 보조적인 에너지를 사용하거나, 또는 성장 메커니즘을 변화시킨 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition; ALD) 등의 방법이 사용되고 있다. 플라즈마나 자외선을 사용하는 증착 기술은 기존의 증착 조건에 비해 약 100 내지 200도 정도 증착 온도를 낮출 수 있는 이점이 있으나, 플라즈마의 고 에너지 이온이나 자외선의 UV 에너지에 의하여 손상이 발생하는 경우가 있어 공정상 한계를 갖는다.
최근에는, 증착시 반응 메커니즘을 제어하는 ALD 방법을 사용하여 상대적으로 낮은 온도에서 양질의 박막을 증착하는 법에 대한 관심이 증가하고 있다. ALD는 기체상태의 원료전구체(source precursor)를 기판 표면에 화학흡착(chemisorption)시키고, 물리흡착(physisorption)된 잉여 원료전구체 분자는 펌핑(pumping) 및 퍼지(purge)를 통한 자체포화(self-limiting) 공정을 통해 제거하며, 그 결과 단위 원자층으로 형성된 원료전구체를 반응전구체(reactant precursor)와 반응시켜 원하는 박막을 형성하는 증착법으로, 최근 다양한 분야에 널리 사용되고 있다.
ALD 공정에서는, 기판의 표면 환경을 단계적으로 조절하여 자체포화된 단위 원자막 원료를 형성하며, 그 표면에서 반응이 이루어진다. 자체포화된 원료 형성이라는 특성에 의하여, ALD에 의하면 원자 단위의 두께 조절이 가능하고, 원료전구체의 표면이동에 의하여 매우 복잡한 형상의 표면을 형성하는 경우에도 완벽한 균질(conformal) 박막의 증착을 가능하게 한다. 또한, ALD에서는 기체상 반응(gas phase reaction)을 최소화하기 때문에 입자 형성을 최소화할 수 있으며, 증착되는 박막의 밀도가 높고, 증착 온도를 낮출 수 있다. 그러나 한 사이클(cycle)당 증착되는 박막의 두께가 단일 원자층 혹은 그 이하이므로 증착속도가 매우 느리며, 이를 증가시키기 위해 ALD의 공정 순서를 온전히 따르지 않을 경우 다른 복잡한 반응이 발생하여, 잉여 탄소, 수소 또는 탄화수소등의 부산물(by-products)에 의하여 박막의 특성이 크게 저하되는 문제점이 있다.
도 1a는 열 CVD(thermal CVD) 또는 플라즈마 보조 CVD(Plasma Enhanced CVD; PECVD) 공정에 의한 기체 공급 순서를 나타내는 타이밍도(timing diagram)이다. 도 1a를 참조하면, CVD 공정에서는 원료전구체로서 알루미늄(Al)을 함유한 기체, 및 반응전구체로서 산소(O)를 함유한 기체가 함께 연속적으로 공급된다.
도 1b는 ALD 공정에 의한 기체 공급 순서를 나타내는 타이밍도이다. 도 1b를 참조하면, ALD 공정에서는 원료전구체로서 Al을 함유한 기체와 반응전구체로서 O를 함유한 기체가 시간에 따라 순차적으로 교번하여 공급된다. 또한, 원료전구체의 공급 시점과 반응전구체의 공급 시점 사이에는 퍼지 및/또는 펌핑 공정이 수행된다. Al을 함유한 원료전구체 기체에 의하여 기판 표면을 자체포화시키고, 퍼지 및/또는 펌핑 공정을 통해 여분의 원료전구체를 제거한 후, O를 함유한 반응전구체 기체와 표면 반응이 이루어진다. 또한, 원료전구체와 반응전구체의 표면 반응시 열, 자외선 및/또는 플라즈마를 이용하여 반응을 촉진할 수도 있다.
도 2는 ALD 공정에 의한 기판 표면에서의 반응을 도시하는 모식도이다. 도 2를 참조하면, 이전 공정에 의하여 원자층(201)이 형성되어 있는 기판 표면상에, 원료전구체 분자(202)가 공급되어 흡착될 수 있다. 다음으로, 반응전구체 분자(203)가 공급되어 표면에 흡착되어 있는 원료전구체 분자(202)와 반응함으로써, 추가적인 원자층이 증착될 수 있다. 이상의 과정은 원하는 두께의 박막이 얻어질때까지 반복될 수 있다.
한편, 최근에는 대구경 기판 또는 유연한(flexible) 기판상의 증착을 용이하게 하기 위하여 시간 상의 순서가 아닌 공간 상의 이동을 이용하여 ALD 공정을 수행하는 스캔 ALD(scan ALD) 또는 공간 ALD(spatial-ALD; S-ALD) 장비가 사용된다. 공간 분할을 통한 S-ALD는 다양한 형태로 제안되고 사용되어 왔다. 일 예로, "Stable ZnO thin film transistors by fast open air atomic layer deposition"의 제목을 갖는 David H. Levy 등의 논문(Appl. Phys. Lett. 92, 192101 (2008))은 S-ALD 장비를 개시한다.
도 3a는 종래의 S-ALD 장비를 도시하는 개략도이며, 도 3b는 도 3a에 도시된 장비에 의한 기체 공급 순서를 나타내는 타이밍도이다.
도 3a 및 3b를 참조하면, S-ALD 장비에서 반응기 헤드(head)(310)에서 기판(300)을 향하도록 공간상에 배열된 서로 상이한 색의 사각형들은 각각 서로 상이한 물질을 주입하는 주입기에 해당한다. 기판(300)이 반응기 헤드(310)를 통과하여 이동함에 따라, 주입기들에 의하여 원료전구체(311), 불활성(inert) 기체(312) 및 반응전구체(313)가 순차적으로 공급된다. 따라서, 기판(300)이 반응기 헤드(310)의 각 부분을 통과하는 동안 원료전구체 주입, 불활성 기체의 의한 퍼지 및 펌핑, 반응전구체 주입의 공정이 순차적으로 이루어짐으로써 ALD가 수행된다. 또는, 기판(300)을 이동시키는 대신 반응기 헤드(310)를 이동시킬 수도 있다.
도 4는 또 다른 종래의 S-ALD 장비를 도시하는 개략도이다. 도 4는 등록특허공보 제10-0760428호에 개시된 증착 장비를 도시한다. 도 4에 도시된 증착 장비는, 원료물질 주입 부분, 퍼지 및 펌핑 부분, 및 반응제 주입 부분으로 구성된다. 반응제 주입 부분에서는, 표면에 흡착되고 자체포화된 단원자층과 반응제의 반응을 촉진하기 위하여 플라즈마 또는 자외선을 사용하도록 구성된다.
이상에서 설명한 것과 같은 S-ALD는 대구경 기판에 적용이 용이한 이점이 있으나, 주입기 구조가 복잡하며, 선형으로 원료전구체 및 반응전구체가 공급되어야 하는 제작 공간상의 제약이 있다. 또한, 반응기의 치수가 결정되면 성능을 최적화하기 위한 제어 파라미터(control parameter)가 제한적이며, 따라서 증착될 박막 특성을 최적화하는 것이 어려운 문제점이 있다. 나아가, 플라즈마를 사용할 경우 플라즈마 생성을 위한 전극 근처에서 아크(arc) 또는 부식 등에 의하여 입자나 불순물이 생성되어 박막 특성을 저해할 수 있으며, 주입기의 수명이 짧은 문제점이 있다.
또한, S-ALD에서는 주입기의 구조 및 배열과, 스캔 속도 등에 의하여 증착되는 박막의 특성이 결정된다. 특히, 주입기와 기판 사이의 간격은 기판 표면에서 ALD의 각 공정이 정확하게 일어날 수 있을지 여부를 결정하는 매우 중요한 설계 요소이다.
도 5a는 종래의 S-ALD 장비를 개략적으로 도시하는 사시도이며, 도 5b 및 5c는 도 5a에 도시된 장비의 A 부분을 주입기와 기판 사이의 간격에 따라 확대하여 도시하는 단면도 및 해당 부분의 기체 압력을 나타내는 그래프이다.
도 5a 내지 5c에서 서로 상이한 색으로 표시되는 화살표들은, 주입기에 의하여 주입되는 서로 상이한 원료 물질을 나타낸다. 도 5b에 도시된 것과 같이 주입기(510)와 기판(500) 사이의 간격(D)이 클 경우 상이한 원료 물질 사이의 반응이 일어날 확률이 증가하며, 그 결과 부산물 및 입자 생성 등의 문제가 발생한다. 따라서, S-ALD의 설계 및 최적화 과정에서는, 도 5c에 도시된 것과 같이 주입기(510)와 기판(500) 사이의 간격(D)을 최소화하는 것이 박막의 특성 및 균일도를 결정하는데 중요한 요소가 된다.
그러나, 주입기(510)와 기판(500) 사이의 간격이 작을 경우, 박막 증착에 필요한 온도를 확보하기 위하여 가열된 기판(500)의 열이 주입기(510) 내의 온도에 영향을 끼치는 문제점이 있다. 높은 기판(500) 온도를 필요로 하는 공정의 경우 주입기(510)의 온도가 함께 증가하게 되며, 그 결과 주입기(510) 내에서 원료 물질의 분해 및 입자 생성 등이 일어날 수 있다. 이러한 문제를 방지하기 위하여 주입기(510)를 냉각수 등으로 냉각할 수도 있으나, 공정 중 기판(500) 온도의 변화에 따라 주입기(510)의 온도 분포가 변화하게 되므로 이로 인하여 공정의 재현성이 떨어진다. 따라서, 이러한 S-ALD의 경우 기판 온도가 낮은 공정에서만 제한적으로 사용될 수 있는 한계가 있다.
미국등록특허 제4,058,430호 등록특허공보 제10-0760428호
David H. Levy 외, "Stable ZnO thin film transistors by fast open air atomic layer deposition", Appl. Phys. Lett. 92, 192101 (2008)
본 발명의 일 측면에 따르면, 박막의 증착이 일어나는 증착 표면의 온도를 높여 박막의 질을 향상시킬 수 있으며, 그 결과 반도체 소자 및 회로, 반도체 관련 부품 및 디스플레이 장치 등의 공정 단가 및 열 부담(thermal budget)을 감소시킬 수 있는 원자층 증착 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 광 조사를 이용한 원자층 증착(atomic layer deposition) 방법은, 원자층 증착 공정에 의해 기판상에 박막을 증착하는 단계; 및 상기 박막의 온도를 증가시키도록, 상기 원자층 증착 공정 중 미리 결정된 시간 동안 상기 박막에 빛을 조사하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 광 조사를 이용한 원자층 증착 장치는, 기판상에 원료전구체(source precursor)를 주입하는 제1 주입부; 상기 기판상의 물리흡착 분자를 제거하는 퍼지(purge) 및 펌핑(pumping)부; 상기 기판상에, 상기 원료전구체 분자와 반응하거나 상기 원료전구체 분자를 치환하여 박막을 형성하는 반응전구체(reactant precursor)를 주입하는 제2 주입부; 및 미리 결정된 시간 동안 상기 기판의 표면상에 빛을 조사하는 광 조사부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 광 조사를 이용한 원자층 증착(atomic layer deposition) 방법 및 장치에 의하면, 빛을 조사하여 박막의 증착이 일어나는 증착 표면의 온도를 박막 하부의 기판 온도보다 높임으로서, 상대적으로 낮은 증착 온도에서도 낮은 수소량, 낮은 핀홀 밀도(pinhole density), 및 높은 박막 밀도 등의 향상된 특성을 갖는 박막을 형성할 수 있다. 이상의 원자층 증착 방법 및 장치는 반도체 소자 및 회로, 반도체 관련 부품, 및 디스플레이 장치 등에 적용되어, 공정 단가 및 열 부담(thermal budget)을 감소시킬 수 있다.
도 1a는 화학기상증착(chemical vapor deposition) 공정에 의한 기체 공급 순서를 나타내는 타이밍도(timing diagram)이다.
도 1b는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD) 공정에 의한 기체 공급 순서를 나타내는 타이밍도이다.
도 2는 ALD 공정에 의한 기판 표면에서의 반응을 도시하는 모식도이다.
도 3a는 종래의 공간 ALD(sparial ALD; S-ALD) 장비를 도시하는 개략도이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 장비에 의한 기체 공급 순서를 나타내는 타이밍도이다.
도 4는 또 다른 종래의 S-ALD 장비를 도시하는 개략도이다.
도 5a는 또 다른 종래의 S-ALD 장비를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 5b 및 5c는 도 5a에 도시된 장비의 A 부분의 확대 단면도 및 해당 부분의 기체 압력을 나타내는 그래프이다.
도 6은 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 개략적인 블록도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 원자층 증착 방법에 의한 기판 및 증착 표면의 온도를 나타내는 그래프이다.
도 8은 일 실시예에 따른 원자층 증착 방법에서 기체 공급 및 광 조사의 순서를 나타내는 타이밍도이다.
이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 살펴본다.
도 6은 일 실시예에 따른 원자층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD) 장치의 개략적인 블록도이다.
도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치는 제1 주입부(610), 제2 주입부(620), 퍼지(purge) 및 펌핑(pumping)부(630) 및 광 조사부(640)를 포함할 수 있다. 제1 주입부(610)는 ALD를 수행하기 위한 원료전구체(source precursor)를 주입하기 위한 부분이다. 또한, 제2 주입부(620)는 원료전구체와 반응하거나 또는/또한 원료전구체를 치환하여 박막을 형성하는 반응전구체(reactant precursor)를 주입하기 위한 부분이다. 제1 주입부(610) 및 제2 주입부(620)는 각각 기체 상태의 물질을 주입하기 위한 주입기(injector)를 포함하여 구성될 수 있다.
퍼지 및 펌핑부(630)는 대상 기판상에 물리흡착(physisorption)된 잉여 원료전구체 분자를 제거하고, 화학흡착(chemisorption)된 원료전구체 분자만을 기판상에 남겨둠으로써 자체포화(self-limiting)를 달성하기 위한 부분이다. 예컨대, 퍼지 및 펌핑부(630)는 기판상에 불활성 기체를 주입하고, 불활성 기체 및 이에 의하여 기판으로부터 탈착된 물리흡착 분자들을 장치 외부로 배기하여 제거할 수 있다. 또한, 퍼지 및 펌핑부(630)는 물리흡착된 잉여 반응전구체 분자를 제거하도록 사용될 수도 있다.
제1 주입부(610), 퍼지 및 펌핑부(630) 및 제2 주입부(620)에 대하여 기판이 상대적으로 이동함으로써, 기판상에 원료전구체 주입, 퍼지 및/또는 펌핑에 의한 물리흡착 분자의 제거, 반응전구체 주입, 및 기판상에 화학흡착된 원료전구체 분자와 반응전구체 분자의 치환 및/또는 반응에 의한 박막 형성의 공정이 이루어질 수 있다. 이를 위하여, 고정된 원자층 증착 장치에 대하여 기판이 상대적으로 이동되거나, 또는 고정된 기판에 대해 원자층 증착 장치가 이동하도록 구성될 수 있다.
도 6에 도시된 블록도에서 퍼지 및 펌핑부(630)는 제1 주입부(610) 및 제2 주입부(620) 사이에 위치하는 것으로 도시되나, 이는 실제 장치 구성을 나타내는 것이 아니라 각 부분의 기능적인 구분을 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 퍼지 및 펌핑부(630)는 기판의 이동 방향을 기준으로 제1 주입부(610)의 전단, 제1 주입부(610)와 제2 주입부(620) 사이, 제2 주입부(620)의 후단 중 하나 이상의 위치에서 퍼지 및/또는 펌핑을 수행하도록 구성될 수 있으며, 특정 위치에 한정되지 않는다.
제1 주입부(610), 퍼지 및 펌핑부(630) 및 제2 주입부(620) 각각의 구체적인 장치 구성은 종래의 공간 ALD(spartial ALD) 장비, 예컨대, 등록특허공보 제10-0760428호에 개시된 공간 ALD 장비로부터 통상의 기술자에게 용이하게 이해될 수 있으므로, 본 명세서에서는 자세한 설명을 생략한다.
본 실시예에 따른 원자층 증착 장치는, 광 조사부(640)를 포함한다. 광 조사부(640)는, 제1 주입부(610), 퍼지 및 펌핑부(630) 및 제2 주입부(620)에 의하여 수행되는 ALD 공정의 하나 이상의 단계에서 증착이 이루어지는 표면에 빛을 조사할 수 있다. 일 실시예에서, 광 조사부(640)는 펄스 형태의 빛을 다양한 강도로 조사하도록 구성된다. 조사되는 빛의 파장, 강도, 지속 시간(duration), 듀티 사이클(duty cycle) 및 사이클의 개수 중 하나 이상의 조절될 수 있다. 예컨대, 광 조사부(640)는 수 마이크로초(㎲) 내지 수 초(s) 정도의 지속 시간을 갖는 광 펄스를 조사하도록 구성될 수 있다.
광 조사부(640)는 빛을 조사하기 위한 램프(lamp) 형태로 구성되며, 제1 주입부(610), 퍼지 및 펌핑부(630) 및 제2 주입부(620) 중 하나 이상에 결합될 수 있다. 예컨대, 광 조사부(640)는 제1 주입부(610) 및/또는 제2 주입부(620)의 주입기에 결합될 수 있다. 또는, 광 조사부(640)는 퍼지 및 펌핑부(630)에 결합될 수도 있다. 광 조사부(640)는 기판의 이동 방향을 기준으로 제1 주입부(610)의 전단, 제1 주입부(610)와 제2 주입부(620) 사이, 제2 주입부(620)의 후단 중 하나 이상의 위치에서 광을 조사하도록 구성될 수 있다. 이는 도 8을 참조하여 상세히 후술한다.
도 7은 일 실시예에 따른 원자층 증착 방법에 의한 기판 및 증착 표면의 온도를 나타내는 그래프이다.
도 7에서 그래프(700)는 기판 부분에 해당하며, 그래프(710)는 기판상에 증착되고 있는 박막에 해당한다. 또한, 도 7에서 x축은 증착 표면으로부터의 거리를 나타내고, y축은 온도를 나타낸다. 즉, x축상의 위치가 0인 지점이 박막의 최상단에 위치하며 현재 증착이 이루어지고 있는 증착 표면에 해당하며, x축상의 위치가 증가할수록 이로부터 하부에 위치하는 박막 및 기판 부분에 해당된다.
도 7에 도시되는 바와 같이, 광 조사부에 의하여 증착 표면상에 빛을 조사함으로써, 박막 하부의 기판의 온도(700)와 비교할 때 박막의 온도(710)를 빛의 흡수에 의하여 상대적으로 높게 유지할 수 있다. 일 실시예에서는, 조사되는 빛이 하부의 기판의 온도(700)에는 영향을 미치지 않도록 제어할 수도 있다. 예컨대, 짧은 지속 시간을 갖는 광 펄스를 조사함으로써 기판의 온도(700)를 낮은 온도로 유지하면서 박막의 온도(710)만을 증가시킬 수도 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 원자층 증착 방법에서 기체 공급 및 광 조사의 순서를 나타내는 타이밍도(timing diagram)이다.
도 8을 참조하면, 시간 구간(T1) 동안 원료전구체가 공급되고, 다른 시간 구간(T2) 동안 반응전구체가 공급될 수 있다. 원료전구체가 공급되는 시간 구간(T1)과 반응전구체가 공급되는 시간 구간(T2)을 각각 하나씩 포함하여 ALD의 한 사이클이 정의된다. 또한, 각 사이클에서, 원료전구체가 공급되는 시간 구간(T1) 및 반응전구체가 공급되는 시간 구간(T2) 사이에는 퍼지 및/또는 펌핑 공정이 이루어질 수 있다.
도 8에서 색으로 표시된 막대(810, 820, 830)는 광이 조사되는 시간 구간을 나타낸다. 일 실시예에서는, 푸른색으로 표시된 막대(810)에 의해 도시되는 것과 같이, 원료전구체가 공급되는 시간 구간(T1) 동안 미리 결정된 시간 동안 증착 표면에 빛을 조사할 수 있다. 그 결과, 원료전구체 분자의 표면이동(surface migration) 및 원료전구체 분자와 표면과의 반응을 향상시킴으로써, 상대적으로 낮은 기판온도에서 우수한 특성을 갖는 박막을 형성할 수 있다.
다른 실시예에서는, 녹색으로 표시된 막대(820)에 의해 도시되는 것과 같이, 반응전구체가 공급되는 시간 구간(T2) 동안 미리 결정된 시간 동안 증착 표면에 빛을 조사할 수도 있다. 그 결과, 기판의 온도보다 반응이 일어나는 표면의 온도를 높게 형성하여 유리한 반응을 유도할 수 있다. 예컨대, 플라즈마(plasma)나 자외선을 사용하지 않더라도 H2O 또는 오존(ozone)을 이용하여 산화를 촉진할 수 있으며, 플라즈마나 자외선의 사용으로 인하여 발생하는 문제점을 방지할 수 있다. 또한, 광 조사와 함께 플라즈마나 자외선을 사용하더라도 사용되는 플라즈마나 자외선의 강도를 종래에 비해 낮출 수 있어, 높은 강도의 플라즈마나 자외선으로 인해 생기는 불순물 및 전극 손상 등을 감소시킬 수 있다.
또 다른 실시예에서는, 붉은색으로 표시된 막대(830)에 의해 도시되는 것과 같이, ALD의 각 사이클 사이, 즉, 원료전구체가 공급되는 시간 구간(T1)이 개시되기 전(또는, 반응전구체가 공급되는 시간 구간(T2)이 종료된 후)에 미리 결정된 시간 동안 증착 표면에 빛을 조사할 수도 있다. 그 결과, 짧은 시간 동안 빛을 조사하는 것에 의하여 표면의 온도를 순간적으로 높일 수 있어, 낮은 열 부담(thermal budget)을 갖는 소자의 경우 낮은 기판 온도를 유지하면서 표면 온도는 높게 형성할 수 있다. 또한, 각 사이클의 후에 광을 조사하는 경우 박막에 형성된 수소 및 불순물 등을 어닐링(annealing) 과정을 통하여 배출시킬 수 있어 박막의 특성을 개선할 수 있다. 예컨대, 낮은 온도에서 형성된 비정질 실리콘(amorphous Si)의 함유 수소량은 기판 온도가 높아짐에 따라 급격히 감소하나, 유기발광다이오드(organic light emitting diode)의 경우 또는 플라스틱(plastic) 기판을 사용하는 경우에는 열 부담이 낮아 기판의 온도를 증가시킬 수 없는 문제점이 있다. 본 실시예에 따라 광을 조사할 경우, 기판 온도를 낮게 유지하면서 증착 표면의 온도를 급격히 증가시킴으로써 수소량을 감소시킬 수 있어, 박막 형성과 동시에 수소 제거(dehydration)가 가능한 공정을 구현할 수 있다.
도 8에서 서로 상이한 색의 막대(810, 820, 830)로 도시된 세 종류의 광 조사 시점은 서로 조합하여 사용될 수도 있다. 따라서, ALD 공정에 있어서 원료전구체가 공급되는 시간 구간(T1), 반응전구체가 공급되는 시간 구간(T2), 및 원료전구체가 공급되는 시간 구간(T1)이 개시되기 전(또는, 반응전구체가 공급되는 시간 구간(T2)이 종료된 후) 중 하나 이상의 시간 구간 내에서 일정 시간 동안 빛이 조사될 수 있다. 또는, 다른 실시예에서는, 원료전구체가 공급되는 시간 구간(T1)과 반응전구체가 공급되는 시간 구간(T2)의 사이에 미리 결정된 시간 동안 빛이 조사될 수도 있다.
또한, 도 8의 막대(810, 820, 830) 각각에 의하여 도시되는 광 조사의 특성은 증착 표면의 온도를 증가시키고자 하는 정도에 따라 적절히 결정될 수 있다. 예컨대, 증착 표면의 온도를 그 하부의 기판 온도에 비해 약 50도 내지 약 300도 가량 증가시키도록 광을 조사할 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 실시예에서는, 도 8에 도시된 광 조사 시점 중 하나 이상에 펄스 형태의 광을 조사하되, 펄스 형태의 광의 펄스 폭은 약 10 ㎲ 내지 약 1 s일 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 펄스 형태의 광의 펄스 파장은 약 200 nm 이상 약 1000 nm 미만일 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 펄스 형태의 광의 세기는 약 1 내지 약 200 J/cm2일 수 있다. 나아가, 일 실시예에서, 펄스 형태의 광의 듀티 사이클은 약 1 내지 약 90 %일 수 있다. 그러나, 이상에 기재한 펄스 형태의 광의 특성은 단지 예시적인 것으로서, 다른 실시예에서 조사되는 광의 특성은 전술한 것과 상이할 수도 있다.
이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 원자층 증착 공정에 의해 기판상에 박막을 증착하는 단계; 및
    상기 박막의 온도를 증가시키도록, 상기 원자층 증착 공정 중 미리 결정된 시간 동안 상기 박막에 펄스 형태의 빛을 조사하는 단계를 포함하되,
    상기 박막에 펄스 형태의 빛을 조사하는 단계는,
    조사되는 빛에 의하여 상기 기판의 온도가 증가되지 않도록 조사되는 빛의 파장, 강도, 지속 시간, 듀티 사이클 및 사이클의 개수 중 하나 이상을 조절하는 단계를 포함하며,
    상기 기판상에 박막을 증착하는 단계는,
    상기 기판상에 원료전구체를 주입하는 단계; 상기 기판상의 물리흡착 분자를 제거하는 단계; 및 상기 기판상에 상기 원료전구체 분자와 반응하거나 상기 원료전구체 분자를 치환하는 반응전구체를 주입하는 단계를 포함하는 원자층 증착 공정의 사이클을 복수 회 반복 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 미리 결정된 시간은, 상기 반응전구체를 주입하는 단계 도중, 또는 원자층 증착 공정의 각 사이클 사이 중 하나 이상의 시간 구간 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
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  6. 삭제
  7. 기판상에 원료전구체를 주입하는 제1 주입부;
    상기 기판상의 물리흡착 분자를 제거하는 퍼지 및 펌핑부;
    상기 기판상에, 상기 원료전구체 분자와 반응하거나 상기 원료전구체 분자를 치환하여 박막을 형성하는 반응전구체를 주입하는 제2 주입부; 및
    상기 박막의 온도를 증가시키도록, 미리 결정된 시간 동안 상기 박막에 펄스 형태의 빛을 조사하는 광 조사부를 포함하는 원자층 증착 장치로서,
    상기 광 조사부는, 조사되는 빛에 의하여 상기 기판의 온도가 증가되지 않도록 조사되는 빛의 파장, 강도, 지속 시간, 듀티 사이클 및 사이클의 개수 중 하나 이상을 조절하도록 구성되며,
    상기 원자층 증착 장치는, 상기 기판상에 원료전구체를 주입하는 과정; 상기 기판상의 물리흡착 분자를 제거하는 과정; 및 상기 기판상에 상기 원료전구체 분자와 반응하거나 상기 원료전구체 분자를 치환하는 반응전구체를 주입하는 과정을 포함하는 원자층 증착 공정의 사이클을 복수 회 반복 수행하도록 구성되고,
    상기 미리 결정된 시간은, 상기 반응전구체를 주입하는 단계 도중, 또는 원자층 증착 공정의 각 사이클 사이 중 하나 이상의 시간 구간 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
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