KR101764959B1 - 고속 원자층 증착 장치 및 이를 이용한 증착 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 불활성 가스 또는 상기 불활성 가스와 기상(氣相)의 전구체가 혼합된 형태의 전구 가스가 도입되는 반응 챔버; 상기 불활성 가스를 공급하는 가스 공급기; 상기 전구 가스를 생성시키기 위한 전구체를 내장하고 있는 전구체 저장소; 상기 불활성 가스 또는 전구 가스를 일시적으로 저장하는 제 1 저장소; 상기 불활성 가스 또는 전구 가스가 제 1 저장소로부터 챔버 내로 공급되는 것을 조절하는 제 1 밸브; 상기 불활성 가스 또는 전구 가스가 제 1 저장소 내로 공급되는 것을 조절하는 제 2 밸브; 상기 전구체 저장소의 출구에 연결되어 있는 제 3 밸브; 일측 단부가 상기 가스 공급관에 연결되어 있고, 타측 단부가 상기 제 2 밸브와 제 3 밸브 사이의 가스 도관에 연결되어 있는 우회 도관; 상기 불활성 가스를 일시적으로 저장하는 제 2 저장소; 상기 불활성 가스가 제 2 저장소로부터 제 2 밸브와 제 3 밸브 사이의 가스 도관으로 공급되는 것을 조절하는 제 4 밸브; 상기 불활성 가스가 가스 공급관으로부터 제 2 저장소 내로 공급되는 것을 조절하는 제 5 밸브; 및 상기 챔버 출구에 연결되어 있고 상기 반응 챔버 내부 및 장치 내 가스 도관에 반응하지 않고 남아 있는 가스 및 반응부산물을 외부로 배출시키는 진공 펌프;를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치를 제공한다.

Description

고속 원자층 증착 장치 및 이를 이용한 증착 방법 {Apparatus for High Speed Atomic Layer Deposition and Deposition Method Using the Same}
본 발명은 고속 원자층 증착 장치 및 이를 이용한 증착 방법에 관한 것이다.
최근 소비자의 요구에 따라 다양한 기능을 수행할 수 있는 전자 기기 및 소형 휴대용 기기의 제품 개발의 필요성이 높아지고 있고, 그에 따라 반도체 소자에 다양한 기능을 집약적으로 수행할 수 있는 기술 개발의 중요성이 높아 지고 있다.
그러한 요구에 따라, 반도체 소자에 사용되는 박막은 보다 정밀하고 복잡한 구조로 제조되기 위해 형상이 원자 단위로 제어되고, 단차 피복성이 우수한 특성을 가지며, 또한 계면에서 확산과 산화가 일어나지 않게 하기 위해서 낮은 증착 온도에서 제조되는 기술이 필요로 하게 되었다.
그러나, 현재 반도체에서 박막 증착 기술로 많이 이용되고 있는 화학 증착(chemical vapor deposition) 기술은 열, 전계, 빛 등의 외부 에너지를 사용하여 원료를 기화시켜 기재에 증착시키는 방법을 이용하므로, 정밀한 두께로 제어하기 힘들고, 고온의 환경에서 증착이 이루어져 쉽게 변성을 일으킬 수 있어, 앞서 언급한 요구 조건을 충족시키기엔 한계가 있었다.
따라서, 화학 기상 증착(CVD) 기술의 한계를 극복하기 위한 유력한 후보 기술로 원자층 단위로 박막 증착이 가능한 원자층 증착(Atomic Layer Depostion) 기술이 부각되고 있다.
이러한 원자층 증착 기술은 기상 반응에 의해 박막이 증착되는 화학 기상 증착과 달리, 증착이 비교적 낮은 온도에서 이루어지며, 단일원자층 단위로 박막이 증착되기 때문에 나노급의 막인 경우에도 의도한 두께로 정밀하게 박막을 제조할 수 있고, 원자층 증착을 이용하여 박막을 제조할 경우 낮은 불순물의 함량을 가질 수 있으며, 막의 균일성이 뛰어나다.
그러나, 이러한 원자층 증착은 증착 속도의 커다란 제약을 가지고 있다. 즉, 종래의 원자층 증착법을 이용한 증착 공정은 공정 중에 각 반응물 간의 엄격한 분리가 필요하고, 박막 성장 속도가 느리기 때문에 증착 공정에 많은 시간이 소요되는 단점을 가지고 있다.
예를 들어, 한번의 증착 공정이 1초 동안 이루어져 1 옹스트롬으로 증착된다고 가정하면 1 마이크로미터 증착시에는 총 약 3시간이 소요된다. 즉, 원자층 증착은 제조되는 박막의 두께에 따라 많은 증착 공정 사이클을 거칠 수 있기 때문에 사이클 공정의 소요 시간을 단축 시키는 것이 생산 효율을 높이는 매우 중요한 요소가 되었고, 특히 반응 챔버의 전구체의 공급 시간과 퍼지(purge) 공정의 시간을 감소시키는 기술이 요구되었다.
더욱이, 도 1의 종래기술의 원자층 증착 장치(10)와 같이, 반응 챔버(1)에 불활성 가스 또는 전구체(6)를 공급하기 위해 불활성 가스 공급기(2)로부터 정밀한 유량제어로 공급하기 위한 한 쌍의 가스유량제어기(mass flow control)(4, 5) 구성들을 이용하는 기술을 나타내고 있다. 그러나, 이러한 가스유량제어기(4, 5)는 시간당 토출유량이 매우 적다는 제약을 가지고 있었고, 그에 따라, 사이클 공정의 큰 비중을 차지하는 전구체(6) 공급 시간과 반응 챔버(1)를 퍼지(purge)하는 시간 소요를 크게 하는 요인이 되었다.
한편, 종래의 기술에서는 ALD의 공정 시간을 단축하기 위해 세미 배치(semi-batch) 형태의 반응 챔버를 사용하여 한꺼번에 많은 수의 기재에 동시 증착하는 기술을 개발하였고, 이를 통해 박막의 증착 속도를 증가시킬 수 있었다.
그러나, 이러한 세미 배치 형태의 반응 챔버를 이용할 경우에도, 증착되는 박막의 막질이 기판이 놓아지는 위치에 따라 공정 조건의 차이가 심하여 균일한 막질을 수득하기 어려웠으며, 그에 따라 제품의 불량률이 높아지거나 우수한 품질을 생산하는데 어려움이 있었다.
따라서, 이러한 종래 기술의 문제점들을 해결할 수 있는 기술개발의 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 본 발명에 따른 원자층 증착 장치는, 가스유량제어기(mass flow control)를 대체하여 반응 챔버의 내부로 공급될 불활성 가스 또는 전구 가스를 일시적으로 저장하는 제 1 저장소 및 제 2 저장소를 구성함으로써, 전구 가스를 반응 챔버로 공급하는 시간과 장치 내에 반응하지 않고 남아 있는 가스 및 반응부산물을 외부로 배출하는 시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라, 반응 챔버 내부 및 전구체 저장소의 출구에서 반응 챔버의 입구로 연결되는 전구 가스 공급 라인에 남아 있는 전구 가스 및 반응부산물을 높은 제거효율로 배출함에 따라 고순도의 막질의 박막 제조가 가능해짐을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 원자층 증착 장치는,
불활성 가스 또는 상기 불활성 가스와 기상(氣相)의 전구체가 혼합된 형태의 전구 가스가 도입되는 챔버 입구 및 챔버 내부의 가스가 배기되는 챔버 출구를 포함하고 있는 반응 챔버;
상기 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관을 포함하고 있는 가스 공급기;
상기 반응 챔버에 공급될 전구 가스를 생성시키기 위한 전구체를 내장하고 있고, 상기 가스 공급관으로부터 공급된 불활성 가스가 도입되는 저장소 입구와, 전구 가스가 배출되는 저장소 출구를 포함하고 있는 전구체 저장소;
상기 챔버 입구에 연결되어 있고, 반응 챔버의 내부로 공급될 불활성 가스 또는 전구 가스를 일시적으로 저장하는 제 1 저장소;
상기 제 1 저장소의 출구에 위치하고 상기 불활성 가스 또는 전구 가스가 제 1 저장소로부터 챔버 내로 공급되는 것을 조절하는 제 1 밸브;
상기 제 1 저장소의 입구에 위치하고 상기 불활성 가스 또는 전구 가스가 제 1 저장소 내로 공급되는 것을 조절하는 제 2 밸브;
상기 전구체 저장소의 출구에 연결되어 있고 상기 제 2 밸브에 가스 도관을 통해 연결되어 있는 제 3 밸브;
일측 단부가 상기 가스 공급관에 연결되어 있고, 타측 단부가 상기 제 2 밸브와 제 3 밸브 사이의 가스 도관에 연결되어 있는 우회 도관;
상기 우회 도관 상에 위치해 있고 불활성 가스를 일시적으로 저장하는 제 2 저장소;
상기 제 2 저장소의 출구에 위치해 있고, 불활성 가스가 제 2 저장소로부터 제 2 밸브와 제 3 밸브 사이의 가스 도관으로 공급되는 것을 조절하는 제 4 밸브;
상기 제 2 저장소의 입구에 위치해 있고, 불활성 가스가 가스 공급관으로부터 제 2 저장소 내로 공급되는 것을 조절하는 제 5 밸브; 및
상기 챔버 출구에 연결되어 있고, 상기 반응 챔버 내부 및 장치 내 가스 도관에 반응하지 않고 남아 있는 가스 및 반응부산물을 외부로 배출시키는 진공 펌프;
를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 저장소는 일시적으로 전구 가스를 소정의 압력 하에 저장하였다가, 전구 가스가 반응 챔버 내 기판에 증착되기 위해 제 1 저장소로부터 전구 가스를 반응 챔버 내부로 빠르게 주입할 수 있다.
또한, 제 2 저장소는 일시적으로 불활성 가스를 소정의 압력 하에 저장하였다가, 원자층 증착 공정 중, 장치 내에 반응하지 않고 남아 있는 가스와 반응부산물을 제거하기 위해 제 2 저장소로부터 불활성 가스를 반응 챔버 내부로 빠르게 주입할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 원자층 증착 장치는, 가스유량제어기를 대체하여 반응 챔버의 내부로 공급되는 전구 가스 또는 불활성 가스를 일시적으로 저장하는 제 1 저장소 및 제 2 저장소를 구성함으로써, 전구 가스가 반응 챔버로 공급되는 시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라, 상기 진공 펌프가 챔버 내부를 흡입하는 동시에 상기 제 2 저장소로부터 불활성 가스를 반응 챔버 내부로 주입하여 장치 내에 반응하지 않고 남아 있는 가스와 반응부산물을 외부로 밀어줌으로써, 배출물의 배출 속도를 증가시킬 수 있고, 더욱이, 제 2 저장소로로부터 불순물이 포함되지 않은 불활성 가스를 반응 챔버에 채울 수 있으므로, 챔버 내의 남아 있는 전구 가스 및 반응부산물을 높은 제거 효율로 제거할 수 있는 바, 고순도의 막질의 박막 제조가 가능하다.
또한, 본 발명의 원자층 증착 장치는 가스 공급기의 불활성 기체가 전구체 저장소를 거쳐 반응 챔버 내로 이송될 수 있는 구조를 포함하고 있으므로, 전구체 저장소의 출구에서 반응 챔버의 입구로 연결되는 전구 가스 공급 라인에 반응하지 않고 남아 있는 가스 및 반응부산물을 효과적으로 제거할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 진공 펌프는 반응 챔버 내부에 진공압을 가하여 반응하지 않고 남아 있는 가스 및 반응부산물을 흡입하는 역할을 하며, 구체적으로, 상기 진공 펌프는 반응 챔버의 내부 가스를 압축한 후, 상기 압축된 가스를 배출시킬 수 있다.
또, 상기 불활성 가스는 질소, 아르곤, 및 헬륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
한편, 상기 반응 챔버는 배치(batch), 세미 배치(semi-batch), 또는 싱글 타입일 수 있다.
또, 본 발명의 따른 원자층 증착 장치는 보다 정밀한 공정 제어를 위해 상기 밸브들의 작동을 제어하는 자동제어기를 더 포함할 수 있다.
상기 밸브들은, 구체적으로, 상기 자동제어기로 제어되는 공압 밸브(pneumaticvalve), 다이어프램 밸브(diaphragm valve), 및 셀레노이드밸브(solenoid valve)로 이루어진 군에서 하나 이상으로 선택될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 원자층 증착 장치를 사용하여 박막을 제조하는 원자층 증착 방법을 제공하는 바, 이러한 원자층 증착 방법은
장치 내 모든 밸브가 OFF인 상태에서 반응 챔버 내부에 기판을 위치시키는 제 1 단계;
제 2 밸브 및 제 3 밸브를 ON으로 전환하여 전구체 저장소로부터의 전구 가스를 제 1 저장소 내로 주입하고, 제 5 밸브를 ON으로 전환하여 제 2 저장소에 불활성 가스 공급기로부터 불활성 가스를 주입하는 제 2 단계;
제 2 밸브 및 제 3 밸브를 OFF로 전환하여 제 1 저장소를 폐쇄시키고, 제 5 밸브를 OFF으로 전환하여 제 2 저장소를 폐쇄시키는 제 3 단계;
제 1 밸브를 ON으로 전환하여 제 1 저장소의 전구 가스를 반응 챔버 내로 이송시키면서 전구 가스가 반응 챔버 내 기판에 증착되는 제 4 단계;
제 2 밸브 및 제 4 밸브를 ON으로 전환하여 제 2 저장소로부터 불활성 가스를 반응 챔버 내부로 주입하여, 반응 챔버 내부 및 제 1 저장소와 반응 챔버 사이를 연결하는 가스 도관에 반응하지 않고 남아 있는 가스와 반응부산물을 제거시키는 제 5 단계; 및
상기 제 1 밸브, 제 2 밸브 및 제 4 밸브를 OFF로 전환하는 제 6 단계;
를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제 2 단계에서 제 2 밸브 및 제 3 밸브를 ON으로 전환할 경우, 가스 공급기의 불활성 가스가 전구체 저장소에 주입됨에 따라 전구체 저장소 내부의 전구 가스가 제 1 저장소 내로 이동하게 된다.
또, 상기 원자층 증착 방법은 각각의 반응물이 기판 상에 공급되고 한번의 증착 공정으로 하나의 원자층이 증착되어지는 방식임으로 의도한 박막 두께로 증착하기 위해서는 반복적으로 증착 공정을 실시하여 그 두께를 제어한다.
따라서, 본 발명에 따른 원자층 장착 방법은 상기 제 1 단계 내지 제 6 단계를 순차적으로 진행한 후, 상기 제 2 단계 내지 제 6 단계를 하나의 사이클로 설정하여 반복 수행하는 것에 의해 박막을 제조할 수 있다.
상기 원자층 증착 방법의 반응 챔버 내의 전구 가스의 거주 시간을 결정하는 요소는 반응 챔버의 크기 및 챔버 내의 반응 가스 압력일 수 있고, 구체적으로, 예를 들어, 상기 제 6 단계에서는 반응 챔버 내의 반응 가스 압력이 10 mTorr 이상 내지 20 Torr 이하일 수 있으며, 반응 챔버 내의 전구 가스의 거주 시간은 100 msec 이상 내지 10 sec 이하일 수 있으나, 이러한 범위로 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 또한, 상기 원자층 증착 장치에 의해 제조된 박막을 제공한다. 따라서, 상기 박막은 반응 챔버 내의 남아 있는 전구 가스 및 반응부산물을 효과적으로 배출됨에 따라 고순도의 막질을 갖는다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 원자층 증착 장치는, 가스유량제어기(mass flow control)를 대체하여 반응 챔버의 내부로 공급될 불활성 가스 또는 전구 가스를 일시적으로 저장하는 제 1 저장소 및 제 2 저장소를 구성함으로써, 전구 가스를 반응 챔버로 공급하는 시간과 장치 내에 반응하지 않고 남아 있는 가스 및 반응부산물을 외부로 배출하는 시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라, 반응 챔버 내부 및 전구체 저장소 출구에서 챔버 입구로 연결되는 전구 가스 공급라인에 남아 있는 전구 가스 및 반응부산물을 높은 효율로 제거시킴으로써 고순도의 막질의 박막 제조가 가능한 효과가 있다.
도 1은 종래기술의 가스유량제어기를 포함하고 있는 원자층 증착 장치를 나타낸 개략도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 제 1 저장소 및 제 2 저장소를 포함하고 있는 원자층 증착 장치의 개략도이다;
도 3은 도 2의 원자층 증착 장치를 이용한 원자층 증착 방법의 공정 흐름에 따른 밸브의 ON/OFF 작동명령을 도시한 공정흐름도이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 원자층 증착 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 하나의 실시예에 따른 제 1 저장소 및 제 2 저장소를 포함하고 있는 원자층 증착 장치의 개략도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 원자층 증착 장치(100)는 반응 챔버(110), 가스 공급기(120), 전구체 저장소(130), 제 1 저장소(150), 제 2 저장소(190), 제 1 밸브(171), 제 2 밸브(172), 제 3 밸브(173), 제 4 밸브(174), 제 5 밸브(175), 우회 도관(160), 및 진공 펌프(180)를 포함하고 있고, 이러한 구성들에 대해 이후 구체적으로 설명한다.
반응 챔버(110)는, 불활성 가스 또는 전구 가스가 도입되는 챔버 입구(112)와 챔버(110) 내부의 가스가 배기되는 챔버 출구(114)가 형성되어 있고, 불활성 가스와 기상의 전구체가 혼합된 형태의 전구 가스를 기판 표면에 증착시키기 위한 구성이다.
가스 공급기(120)는 질소, 아르곤 및 헬륨 등과 같은 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(122)이 형성되어 있고, 내부 동력장치를 이용하여 일정한 압력으로 불활성 가스를 이송시킨다.
전구체 저장소(130)는 가스 공급관(122)으로부터 공급된 불활성 가스가 도입되는 저장소 입구(132)와, 전구 가스가 배출되는 저장소 출구(134)를 포함하고 있고, 내부에는 반응 챔버(110)에 공급될 전구 가스를 생성시키기 위한 전구체(140)를 내장하고 있으며, 이러한 전구체(140)는 소정의 온도까지 가열되어 증발되고, 이러한 증발된 전구체(140)가 저장소 입구(132)로부터 유입된 불활성 가스와 함께 혼합되어 전구 가스(도시하지 않음)를 생성시키게 된다.
제 1 저장소(150)는 반응 챔버 입구(112)와 연결되어 있고, 반응 챔버(110)의 내부로 공급될 전구 가스를 일시적으로 저장한다.
제 2 저장소(190)는 우회 도관(160) 상에 위치해 있고, 불활성 가스를 반응 챔버(110)의 내부로 공급될 불활성 가스를 일시적으로 저장한다.
제 1 밸브(171)는 제 1 저장소의 출구(154)에 위치하고 불활성 가스 또는 전구 가스가 제 1 저장소(150)로부터 반응 챔버(110) 내로 공급되는 것을 조절한다.
제 2 밸브(172)는 제 1 저장소의 입구에 위치하고 불활성 가스 또는 전구 가스가 제 1 저장소(150) 내로 공급되는 것을 조절한다.
제 3 밸브(173)는 전구체 저장소의 출구(134)와 연결되어 있고 전구 가스가 제 2 밸브(172)로 이송되도록 가스 도관을 통해 연결되어 있다.
우회 도관(160)은 일측 단부(161)가 가스 공급관(122)에 연결되어 있고, 타측 단부(162)는 제 2 밸브(172)와 제 3 밸브(173) 사이의 가스 도관에 연결되어 있다.
제 4 밸브(174)는 제 2 저장소(190)의 출구에 위치하고 있고, 불활성 가스가 제 2 저장소(190)로부터 제 2 밸브(172)와 제 3 밸브(173) 사이의 가스 도관으로 공급되는 것을 조절한다.
제 5 밸브(175)는 제 2 저장소(190)의 입구에 위치해 있고, 불활성 가스가 가스 공급관(122)으로부터 제 2 저장소(190) 내로 공급되는 것을 조절한다.
진공 펌프(180)는 챔버 출구(114)에 연결되어 있고, 반응 챔버(110) 및 전구체 저장소 출구(134)에서 챔버 입구(112)로 연결된 전구 가스 공급라인에서 반응하지 않고 남아 있는 가스 및 반응부산물을 외부로 배출시킨다.
도 3에는 도 2의 원자층 증착 장치(100)를 이용한 원자층 증착 방법의 공정 흐름에 따른 밸브의 ON/OFF 작동명령을 도시한 공정흐름도가 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 원자층 증착 방법을 나타낸 공정 순서도가 도시되어 있다.
도 3 및 도 4를 도 2와 함께 참조하면, 본 발명의 원자층 증착 장치(100)를 사용한 원자층 증착 방법은, 먼저, 원자층 증착 장치(100) 내 모든 밸브들(171, 172, 173, 174, 175)이 OFF인 상태에서 반응 챔버(110) 내에 기판을 위치시킨다(제 1 단계(210)), 제 2 밸브(172) 및 제 3 밸브(173)를 ON으로 전환하여 전구체 저장소(130)로부터의 전구 가스를 제 1 저장소(150) 내로 주입하고, 제 5 밸브(175)를 ON으로 전환하여 제 2 저장소(190)에 불활성 가스 공급기(120)로부터 불활성 가스를 주입한다(제 2 단계(220)). 또, 제 2 밸브(172) 및 제 3 밸브(173)를 OFF로 전환하여 제 1 저장소(150)를 폐쇄시키고, 제 5 밸브(175)를 OFF으로 전환하여 제 2 저장소(190)를 폐쇄시킨다(제 3 단계(230)), 제 1 밸브(171)를 ON으로 전환하여 제 1 저장소(150)의 전구 가스를 챔버(110) 내로 이송시키면서 전구 가스가 반응 챔버(110) 내 기판(도시하지 않음)에 증착된다(제 4 단계(240)), 제 2 밸브(172) 및 제 4 밸브(174)를 ON으로 전환하여 제 2 저장소(190)로부터 불활성 가스를 반응 챔버(110) 내부로 주입하여, 반응 챔버(110) 내부 및 제 1 저장소(150)와 반응 챔버(110) 사이를 연결하는 가스 도관에 반응하지 않고 흡착되어 있는 가스와 반응부산물을 제거한다(제 5 단계(250)), 제 1 밸브(171), 제 2 밸브(172) 및 제 4 밸브(174)를 OFF로 전환하는 과정을 거치게 된다(제 6 단계(260)).
이러한 원자층 증착 방법은 한번의 증착 공정으로 하나의 원자층이 증착되는 방식임으로 의도한 박막의 두께로 증착하기 위해서는 우선 제 1 단계(210) 내지 제 6 단계(260)를 순차적으로 진행하되, 목표한 증착 두께가 달성되지 않은 경우에는 제 2 단계(220) 내지 제 6 단계(260)를 하나의 사이클로 설정하여 반복 공정을 실시하게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 원자층 증착 장치(100)는 제 1 저장소(150) 및 제 2 저장소(190)를 구성함으로써, 전구 가스를 반응 챔버(110)로 공급하는 시간과, 장치 내에 반응하지 않고 남아 있는 가스 및 반응부산물을 외부로 배출되는 시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라, 반응 챔버(110) 내부 및 반응 챔버 내부 및 전구체 저장소 출구에서 챔버 입구로 연결되는 전구 가스 공급라인에 남아 있는 전구 가스 및 반응부산물을 높은 제거 효율로 배출시킴에 따라 고순도의 막질의 박막 제조가 가능하다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (11)

  1. 불활성 가스 또는 상기 불활성 가스와 기상(氣相)의 전구체가 혼합된 형태의 전구 가스가 도입되는 챔버 입구 및 챔버 내부의 가스가 배기되는 챔버 출구를 포함하고 있는 반응 챔버;
    상기 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관을 포함하고 있는 가스 공급기;
    상기 반응 챔버에 공급될 전구 가스를 생성시키기 위한 전구체를 내장하고 있고, 상기 가스 공급관으로부터 공급된 불활성 가스가 도입되는 저장소 입구와, 전구 가스가 배출되는 저장소 출구를 포함하고 있는 전구체 저장소;
    상기 챔버 입구에 연결되어 있고, 반응 챔버의 내부로 공급될 불활성 가스 또는 전구 가스를 일시적으로 저장하는 제 1 저장소;
    상기 제 1 저장소의 출구에 위치하고 상기 불활성 가스 또는 전구 가스가 제 1 저장소로부터 챔버 내로 공급되는 것을 조절하는 제 1 밸브;
    상기 제 1 저장소의 입구에 위치하고 상기 불활성 가스 또는 전구 가스가 제 1 저장소 내로 공급되는 것을 조절하는 제 2 밸브;
    상기 전구체 저장소의 출구에 연결되어 있고 상기 제 2 밸브에 가스 도관을 통해 연결되어 있는 제 3 밸브;
    일측 단부가 상기 가스 공급관에 연결되어 있고, 타측 단부가 상기 제 2 밸브와 제 3 밸브 사이의 가스 도관에 연결되어 있는 우회 도관;
    상기 우회 도관 상에 위치해 있고 불활성 가스를 일시적으로 저장하는 제 2 저장소;
    상기 제 2 저장소의 출구에 위치해 있고, 불활성 가스가 제 2 저장소로부터 제 2 밸브와 제 3 밸브 사이의 가스 도관으로 공급되는 것을 조절하는 제 4 밸브;
    상기 제 2 저장소의 입구에 위치해 있고, 불활성 가스가 가스 공급관으로부터 제 2 저장소 내로 공급되는 것을 조절하는 제 5 밸브; 및
    상기 챔버 출구에 연결되어 있고, 상기 반응 챔버 내부 및 장치 내 가스 도관에 반응하지 않고 남아 있는 가스 및 반응부산물을 외부로 배출시키는 진공 펌프;
    를 포함하고 있고,
    상기 제 2 저장소의 일시적으로 저장된 불활성 가스는 반응 챔버 내부로 주입되어, 반응 챔버 내부 및 제 1 저장소와 반응 챔버 사이를 연결하는 가스 도관에 반응하지 않고 남아 있는 가스와 반응부산물을 제거하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 진공 펌프는 반응 챔버의 내부 가스를 압축한 후, 상기 압축된 가스를 배출시키는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 불활성 가스는 질소, 아르곤, 및 헬륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 반응 챔버는 배치(batch), 세미 배치(semi-batch), 또는 싱글 타입인 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 원자층 증착 장치는 밸브들의 작동을 제어하는 자동제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 밸브들은 공압 밸브(pneumaticvalve), 다이어프램 밸브(diaphragm valve), 및 셀레노이드밸브(solenoid valve)로 이루어진 군에서 하나 이상으로 선택되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 하나에 따른 원자층 증착 장치를 사용한 원자층 증착 방법으로서,
    장치 내 모든 밸브가 OFF인 상태에서 반응 챔버 내부에 기판을 위치시키는 제 1 단계;
    제 2 밸브 및 제 3 밸브를 ON으로 전환하여 전구체 저장소로부터의 전구 가스를 제 1 저장소 내로 주입하고, 제 5 밸브를 ON으로 전환하여 제 2 저장소에 불활성 가스 공급기로부터 불활성 가스를 주입하는 제 2 단계;
    제 2 밸브 및 제 3 밸브를 OFF로 전환하여 제 1 저장소를 폐쇄시키고, 제 5 밸브를 OFF으로 전환하여 제 2 저장소를 폐쇄시키는 제 3 단계;
    제 1 밸브를 ON으로 전환하여 제 1 저장소의 전구 가스를 반응 챔버 내로 이송시키면서 전구 가스가 반응 챔버 내 기판에 증착되는 제 4 단계;
    제 2 밸브 및 제 4 밸브를 ON으로 전환하여 제 2 저장소로부터 불활성 가스를 반응 챔버 내부로 주입하여, 반응 챔버 내부 및 제 1 저장소와 반응 챔버 사이를 연결하는 가스 도관에 반응하지 않고 남아 있는 가스와 반응부산물을 제거시키는 제 5 단계; 및
    상기 제 1 밸브, 제 2 밸브 및 제 4 밸브를 OFF로 전환하는 제 6 단계;
    를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 단계 내지 제 6 단계를 순차적으로 진행한 후, 상기 제 2 단계 내지 제 6 단계를 하나의 사이클로 설정하여 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 제 6 단계의 반응 챔버 내의 반응 가스 압력은 10 mTorr 이상 내지 20 Torr 이하인 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 제 6 단계의 반응 챔버 내의 전구 가스의 거주 시간은 100 msec 이상 내지 10 sec 이하인 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 하나에 따른 원자층 증착 장치를 이용하여 제조한 것을 특징으로 하는 박막.
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