KR101799609B1 - 기판 상에 원자 층을 증착시키는 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 상에 원자 층을 증착시키는 방법 및 장치를 개시한다. 본 발명은 증착 헤드(이는 회전가능한 드럼의 일부가 될 수 있음)의 프리커서 기체 공급부로부터 제공되는 프리커서 기체를 공급하는 것을 포함한다. 프리커서 기체 공급부에서 제공되는 프리커서 기체는 기판을 향한다. 본 발명은 기판(이는 회전하는 드럼을 따라서 이동함)을 따라서 증착 헤드를 회전시킴으로써 프리커서 기체 공급부를 이동시키는 것을 더 포함한다.

Description

기판 상에 원자 층을 증착시키는 장치 및 방법 {Method and apparatus for depositing atomic layers on a substrate}
본 발명은 기판(substrate) 상에 원자 층(바람직하게는, 원자 층들의 스택)을 증착시키는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 증착 헤드(deposition head)에 포함된 프리커서 기체 공급부(precursor-gas supply)로부터 제공되는 프리커서 기체(precursor gas)를 기판을 향하여 공급하는 단계를 포함한다. 본 발명은 또한 기판 상에 원자 층을 증착시키는 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 기판을 향하여 프리커서 기체를 공급하는 프리커서 기체 공급부를 구비하는 증착 헤드를 포함한다. 본 발명은 또한 원자 층들(atomic layers)의 스택(stack)과 관련된다.
원자 층 증착(Atomic Layer Deposition)은 목적 물질(target material)의 단일층(monolayer)을 증착시키는 방법으로 알려져 있다. 원자 층 증착은, 적어도 2번의 연속적인 프로세스 단계들(즉, 적어도 2번의 연속적인 하프-사이클(half-cycles))에서 수행된다는 점에서, 예컨대 화학적 기상 증착(Chemical Vapour Deposition)과는 다른다. 이러한 자기 제어(self-limiting) 프로세스 단계들 중 제1 단계는 기판 표면에 프리커서 기체(precursor gas)를 적용하는 것을 포함한다. 이러한 자기 제어 프로세스 단계들 중 제2 단계는 목적 물질의 단일층을 형성하기 위하여 프리커서 물질을 반응시키는 것을 포함한다. 원자 층 증착은, 비록 이상적인 층 두께 제어는 아니더라도, 훌륭한 층 두께 제어를 가능하게 하는 장점이 있다. 그러나, 원자 층들은 본질적으로 얇다. 그 결과, 통상적으로 약 10nm 이상의 소정 두께를 갖는 층들을 증착시키기 위하여 원자 층 증착을 사용하는 것은, 이러한 층 두께를 얻기 위하여 매우 많은 원자 층들이 스택되어야 하기 때문에, 오히려 시간을 낭비하게 된다.
WO 2007/106076은 원자 층 증착 방법을 개시하고 있는데, 여기서 기판은 드럼(drum) 상에 마운팅(mounting)된다. 상기 드럼은 프리커서 기체를 공급하는 노즐(nozzle)을 따라서 회전된다. 이러한 방식으로, 복수개의 원자 층들이 비교적 짧은 시간에 증착될 수 있다. 그러나, WO 2007/106076의 방법은 드럼의 원주보다 작거나 동일한 길이(length)를 갖는 기판에만 적용될 수 있다. 또한, 기판을 드럼에 마운팅하는데 필요한 시간은 노즐을 따라서 기판을 신속하게 회전시킴으로써 얻어지는 시간을 적어도 부분적으로 또는 심지어 완전히 상쇄(undo)시킨다.
본 발명의 목적은, 전술한 공지된 방법들에 있어 하나 이상의 문제점들을 적어도 부분적으로 해결할 수 있는, 원자 층 증착 방법을 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 예컨대 플렉서블(flexible)한 또는 단단(rigid)한 기판 상에 원자 층(바람직하게는, 원자 층들의 스택)을 증착시키는 방법을 제공하는데, 상기 방법은, 상기 기판을 향하여, 증착 헤드에 포함된 프리커서 기체 공급부(바람직하게는, 복수개의 프리커서 기체 공급부들)로부터 제공되는 프리커서 기체를 공급하는 것; 상기 원자 층을 형성하기 위하여 상기 기판의 근처에서(예컨대, 표면에서) 상기 프리커서 기체가 반응하는 것; 및 상기 프리커서 기체를 공급하는 동안 상기 증착 헤드를 회전시킴으로써 상기 기판을 따라서 상기 프리커서 기체 공급부를 이동시키는 것을 포함한다.
이러한 방식으로, 프리커서 기체 공급부 및/또는 기판을 한 방향으로 연속적으로 이동(예, 회전)시키는 동안 원자 층들의 스택이 증착될 수 있다. 따라서, 원자 층들의 스택을 증착시킬 때, 프리커서 기체 공급부 및/또는 기판을 왕복운동 방식(reciprocating manner)으로 이동시키는 것이 방지될 수 있다. 이러한 방식으로, 프리커서 기체 공급부 및/또는 기판의 전환(back-turning)(본질적으로는 왕복운동)이 방지될 수 있다. 그 결과, 원자 층들의 증착율(deposition rate)을 향상시킬 수 있다.
US 2009/0081885 A1은 프리커서 기체를 공급하는 동안 증착 헤드를 회전시킴으로써 기판을 따라서 프리커서 기체 공급부를 이동시키는 것을 개시하지 않는다. US 2009/0081885 A1은 또한 프리커서 기체 공급부를 한 방향으로 연속적으로 이동(예, 회전)시키는 동안 원자 층들의 스택이 증착되는 것을 개시하지 않는다. US 2009/0081885 A1에 개시된 장치는 프리커서 기체를 공급하는 동안 프리커서 기체 공급부를 한 방향으로 연속적으로 회전시키는 것에 적합하지 않다.
기판은 플렉서블한 기판 또는 단단한(즉, 플렉서블하지 않은) 기판을 사용할 수 있다. 플렉서블한 기판을 사용하면 회전하는 증착 헤드와 잘 결합될 수 있다. 이러한 플렉서블한 기판은 잘 휘어질(bending) 수 있는데, 이는 회전하는 증착 헤드 주위에 기판을 가이딩(guiding)하는 것을 용이하게 한다.
일 실시예에서, 상기 방법은 기판을 향하여 프리커서 기체를 공급한 이후에 및/또는 이와 동시에 프리커서 기체 공급부를 따라서 기판을 이동시키는 것을 포함한다. 기판을 향하여 프리커서 기체를 공급한 이후에 프리커서 기체 공급부를 따라서 기판을 이동시키는 것은 스택된 층들이 상호 격리된(isolated) 영역으로 기판 상에 증착될 수 있게 한다. 기판을 향하여 프리커서 기체를 공급함과 동시에 프리커서 기체 공급부를 따라서 기판을 이동시키는 것은 원자 층들이 서로 오프셋(offset)를 가지며(즉, 옆으로 중첩되어) 연속적으로 스택된 층을 형성할 수 있게 한다. 기판에 대한 프리커서 기체 공급부의 병진 속도(translational velocity)는 시간에 대해 일정하거나 또는 변할 수 있다.
일 실시예에서, 원자 층을 증착시키는 동안, 프리커서 기체 공급부의 병진 속도는 기판의 병진 속도보다 더 크거나 및/또는 반대 방향일 수 있다. 이는 원자 층들의 증착율을 더욱 향상시킨다. 예를 들어, 프리커서 기체 공급부의 병진 속도의 절대값(absolute value)은 기판의 병진 속도의 절대값보다 예컨대 적어도 5배, 적어도 10배, 적어도 20배, 적어도 50배, 적어도 100배, 적어도 500배, 적어도 1000배, 적어도 5000배, 및/또는 적어도 10000배 더 클 수 있다. 이 경우, 프리커서 기체 공급부의 병진 속도의 방향은 기판의 병진 속도의 방향과 동일하도록 선택될 수 있다.
일 실시예에서, 프리커서 기체 공급부 및/또는 기판이 회전하는 증착 헤드에 의해 정의되는 축 방향을 가로지르는 방향으로 이동하는 경우, 프리커서 기체 공급부는 증착 헤드의 축 방향을 따라서 또는 경사져서 긴 형상(elongated form)을 가질 수 있다. 이러한 축 방향을 따라서 또는 경사져서 형성되는 긴 형상의 프리커서 기체 공급부는 기판 상에 원자 층의 균일한(homogeneous) 증착을 가능하게 한다.
일 실시예에서, 증착 헤드는, 원자 층을 증착시키는 동안 적어도 부분적으로 기판을 향하며 프리커서 기체 공급부를 구비하는, 출력 면(output face)을 가진다. 이에 따라, 프리커서 기체 공급부는 증착 헤드의 회전 축을 따르는 방향으로 또는 경사진 방향으로, 굴곡된(curved) 출력 면을 따라서, 확장될 수 있다.
일 실시예에서, 출력 면은 기판의 이동 경로를 정의하는 실질적으로 둥근, 통상적으로는 실질적으로 원통(cylindrical) 또는 원뿔(conical)(예컨대, 원뿔대(frustoconical)) 형상 및/또는 각뿔대(frustum) 형상을 가진다. 이에 따라, 출력 면은 실질적으로 원통, 원뿔, 또는 각뿔대 형상을 가질 수 있다. 이는 프리커서 헤드와 기판 사이에 일정한 이격 거리를 유지할 수 있도록 하기 때문에, 이러한 출력 면은 회전하는 프리커서 헤드와 잘 결합될 수 있다.
US 2007/0281089 A1은, 원자 층을 증착시키는 동안 적어도 부분적으로 기판을 향하며 프리커서 기체 공급부를 구비하고 기판의 이동 경로를 정의하는 실질적으로 둥근 형상의, 출력 면을 갖는 증착 헤드를 개시하지 않는다. US 2007/0281089 A1은 또한 증착 헤드의 축 방향을 따라서 또는 경사져서 긴 형상을 갖는 프리커서 기체 공급부를 개시하지 않으며, 증착 헤드의 회전 축을 따르는 또는 경사진 방향으로 굴곡된 출력 면을 따라서 확장되는 프리커서 기체 공급부를 개시하지 않는다. 그 대신, US 2007/0281089 A1은 축 방향 및 회전 축에 수직인 방향으로 확장되는 출력 면 및 프리커서 기체 공급부를 구비하는 장치를 개시한다. 이는 기판 상에 균일한 증착을 방해한다. 예를 들어, 회전 축과 가까운 위치에서의 증착은 회전 축과 멀리 떨어진 위치에서의 증착과 다르다. 더 나아가, 회전 축 위치에서는 증착이 불가능하다. 그 결과, US 2007/0281089 A1에서, 기판은 단지 출력 면 영역(area)의 반 이하로 이동한다.
일 실시예에서, 프리커서 기체 공급부를 따라서 기판을 이동시키는 것은 증착 헤드의 주위(바람직하게는, 증착 헤드의 출력 면 주위)를 1회전 이상 또는 이하 기판을 이동시키는 것을 포함한다. 바람직하게는, 회전하는 증착 헤드 주위를 기껏해야 1회전 이동하게 되는 기판의 제1 부분은 상기 기판의 제1 부분보다 1회전 이상 상기 회전하는 증착 헤드 주위를 이동한 기판의 제2 부분과 나란히 위치하게 된다. 바람직하게는, 기판의 제1 부분 및 제2 부분은, 기판의 제1 부분 및 제2 부분을 따르는 방향이며 기판의 이동 방향을 가로지르는 방향인, 동일 선(same line)을 따라서 확장된다. 이러한 방식으로, 회전하는 프리커서 기체 공급부는 기판을 지속적으로 향할 수 있다. 그 결과, 프리커서 기체의 누출이 실질적으로 방지될 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에서, 기판이 증착 헤드를 향하여 다가가는 위치 및/또는 기판이 증착 헤드로부터 멀어지는 위치 근처에서 발생될 수 있는 누출 문제(이는 오염과 입자들을 발생시키는 프리커서의 원하지 않는 반응을 초래할 수 있음)가 적어도 부분적으로 해결될 수 있다. 기판이 증착 헤드의 주위를 둘러싸서 회전되는 수는 반드시 정수(integer)일 필요는 없다.
일 실시예에서, 상기 방법은 기판의 제1 부분 및 제2 부분 사이의 갭(gap)을 통해 누출되는 프리커서 기체를 배출하는 것을 포함한다.
일 실시예에서, 프리커서 기체 공급부를 따라서 기판을 이동시키는 것은 증착 헤드 주위의 나선형 경로(helical path)를 따라서 기판을 이동시키는 것을 포함한다. 증착 헤드는 회전가능한 드럼(rotatable drum)의 일부가 될 수 있다. 드럼은 증착 헤드가 부착된 회전가능한 휠(rotatable wheel)을 포함할 수 있다. 기판은 증착 헤드 및/또는 드럼의 주위를 적어도 1회전하는 나선형 경로를 따라서 이동될 수 있다. 이러한 방식으로, 회전하는 프리커서 기체 공급부는 기판을 지속적으로 향하게 되고, 나선형 경로를 따르는 서로 반대되는 측면들(opposed sides) 사이의 실질적으로 전체 기판 영역 상에 균일한 층을 제공하게 된다. 구체적으로, 기판은 나선형 경로 배치로 위치될 수 있으며, 여기서 서로 반대되는 기판의 측면들은 상기 서로 반대되는 기판의 측면들 사이의 전이(transition)로서 슬릿(slit)이 없거나 또는 매우 좁은 슬릿이 존재할 정도로 서로를 향하게 된다. 이러한 방식으로, 누출은 실질적으로 방지되거나 및/또는 실질적으로 최소화될 수 있다.
일 실시예에서, 기판은 전체 프리커서 기체 공급부를 실질적으로 향한다. 따라서, 회전하는 프리커서 기체 공급부는 지속적으로 기판을 향할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 방법은 기판이 증착 헤드를 향하는 위치의 외부(outside)에서 상기 증착 헤드를 향하는 실링 엘리먼트(sealing element; 16)에 의해 프리커서 기체를 한정하는 것을 포함할 수 있다. 실링 엘리먼트에 의해서, 상기 방법이 수행될 때 사용되는 장치의 외부 환경으로 프리커서 기체가 흘러 나가는 것을 실질적으로 방지하고 또는 심지어 예방할 수 있다. 실링 엘리먼트는 기판의 제1 부분 및 제2 부분 사이의 갭에서 및/또는 갭을 따라서 확장될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 방법은 기판 및 회전하는 증착 헤드 사이에 이격 거리(separation distance)를 유지하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 기판 및 회전하는 증착 헤드 사이에 기계적 접촉(mechanical contact)이 방지될 수 있다. 그 결과, 프리커서 기체 공급부의 병진 속도는 기판의 병진 속도보더 더 크거나 및/또는 반대 방향일 수 있다. 바람직하게는, 이격 거리는 헤드의 원주의 적어도 일부에 대해 바람직하게는 전체에 대해 실질적으로 일정하다.
일 실시예에서, 상기 방법은 기판을 캐리어(carrier)에 부착시키고, 프리커서 기체 공급부를 따라서 캐리어를 이동시키는 것을 포함한다. 캐리어에 의해서, 기판 및 회전하는 증착 헤드 사이의 이격 거리가 유지될 수 있다. 그 결과, 기판 및 회전하는 증착 헤드 사이의 기계적 접촉이 방지될 수 있다. 바람직하게는, 캐리어는 메쉬(mesh)를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 방법은 출력 면에 상응하고(conformal) 출력 면을 향하는 가이드(guide)의 전송 면(transportation face)을 따라서 가이드 주위로 캐리어를 이동시키는 것을 포함한다. 출력 면에 상응하는 전송 면에 의해서, 이격 거리는 출력 면의 적어도 일부에 대해 실질적으로 일정하게 유지될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 방법은 기판 및 증착 헤드를 분리시키는 기체 베어링 층(gas-bearing layer)을 형성하기 위하여 기판 및 증착 헤드 사이에 베어링 기체를 공급하는 것을 포함한다. 이러한 방식으로, 기판 및 회전하는 증착 헤드 사이에 보다 좁은 이격 거리가 유지될 수 있다. 이격 거리는 예컨대 최대 200㎛, 최대100㎛, 최대 15㎛, 또는 최대 10㎛, 예컨대 약 5㎛가 될 수 있다. 동시에, 이격 거리는 예컨대 최소 3㎛, 최소 5㎛, 또는 최소 10㎛가 될 수 있다. 이러한 작은 이격 거리는 기판을 향하여 제공되는 프리커서 기체의 초과(excess) 량을 감소시킨다. 이는 프리커서 기체의 사용이 통상적으로 생산 비용을 증가시키기 때문에 상당히 가치가 있다.
일 실시예에서, 상기 방법은 증착된 프리커서 물질을 레이저에 의해 선택적으로 처리(treating)하여 원자 층을 형성하기 위하여 기판 근처에서(예컨대, 표면에서) 프리커서 기체를 반응시키는 것을 포함한다. 이러한 선택적인 처리는 증착된 프리커서 물질을 선택적으로 처리하기 위하여 레이저를 제어하는 것을 포함할 수 있다. 레이저를 선택적으로 제어하는 것은 래스터 형태의 패턴(raster type patterning)을 형성하기 위하여 레이저의 강도를 선택적으로 제어하는 것, 예컨대 레이저의 온(on)/오프(off)를 조절하는 것을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 상대적 속도와 함께 레이저의 스위칭 시간은 매우 작은(예컨대, 50㎛ 또는 그 이하) 인플레인(in-plane) 패턴 구조를 정의할 수 있는 픽셀 그리드(pixel grid)를 정의한다. 대안적으로, 레이저를 선택적으로 제어하는 것은 증착된 프리커서 물질로부터 레이저 빔을 선택적으로 전환(diverting)하는 것을 포함한다. 이러한 방식으로, 패턴화된 원자 층이 증착될 수 있다. 예컨대, 의도된 패턴에 따라서, 원자 층이 증착될 기판 부분이 반응 기체 공급부에 인접하게 될 때, 레이저가 온(on)될 수 있다. 예컨대, 의도된 패턴에 따라서, 원자 층이 증착되지 않을 기판 부분이 반응 기체 공급부에 인접하게 될 때, 레이저는 오프(off)될 수 있다. 바람직하게는, 레이저는 증착 헤드에 포함된다(예컨대, 일체화된다).
일 실시예에서, 상기 방법은, 기체 베어링 층을 제공하기 위하여, 증착 헤드의 베어링 기체 공급부로부터 제공되는 베어링 기체를 기판을 향하여 공급하는 것을 포함한다.
일 실시예에서, 상기 방법은 증착 헤드에 의해 정의되며 기판을 향하는 공동(cavity)에서 프리커서 기체 공급부에 의해 프리커서 기체를 공급하는 것을 포함하고, 프리커서 기체가 공동으로부터 새어 나가는 것을 실질적으로 방지하기 위하여 증착 헤드의 프리커서 기체 배출부에 의해 프리커서 기체를 공동으로부터 배출시키는 것을 포함하며, 또한 상기 방법은 공동으로부터 떨어진 위치에서 베어링 기체 공급부에 의해 베어링 기체를 공급하는 것을 더 포함한다. 이러한 공동은 공동에서의 프로세스 상태(process conditions)를 기체 베어링 층에서의 프로세스 상태와 다르게 적용할 수 있도록 한다. 바람직하게는, 프리커서 기체 공급부 및/또는 프리커서 기체 배출부는 공동 내에 위치한다. 기체 베어링 층에서(예컨대, 베어링 기체 공급부의 근처에서 또는 가까이에서), 이격 거리는 최소 3㎛, 최소 5㎛, 최소 10㎛, 및/또는 최소 15㎛가 될 수 있다. 공동에서, 이격 거리는 최대 500㎛, 최대 200㎛, 최대 100㎛, 최대 50㎛, 및/또는 최대 25㎛가 될 수 있다. 이에 따라, 공동에서의 이격 거리는 25㎛에서 최대 500㎛ 범위가 될 수 있다. 참고로, 본 실시예의 특징들은 여기서 설명된 하나 이상의 다른 실시예들 및/또는 특징들과 선택적으로 결합되어 보다 넓게 적용될 수 있다. 그러므로, 본 발명은 기판 상에 원자 층(바람직하게는, 원자 층들의 스택)을 증착시키는 방법을 제공하는데, 상기 방법은, 상기 기판을 향하여, 증착 헤드에 포함된 프리커서 기체 공급부(바람직하게는, 복수개의 프리커서 기체 공급부들)로부터 제공되는 프리커서 기체를 공급하는 것을 포함하고, 상기 프리커서 기체 공급부와 상기 기판 사이에 상대적 이동을 구현하는 것을 더 포함하며, 또한 상기 방법은, 상기 증착 헤드에 의해 정의되며 상기 기판을 향하는 공동에서, 상기 프리커서 기체 공급부에 의해 프리커서 기체를 공급하는 것을 포함하고, 상기 프리커서 기체가 상기 공동으로부터 실질적으로 누출되는 것을 방지하기 위하여, 상기 증착 헤드의 프리커서 기체 배출부에 의해 상기 공동에서 상기 프리커서 기체를 배출하는 것을 포함하며, 상기 방법은, 상기 공동으로부터 떨어져서 상기 베어링 기체 공급부에 의해 베어링 기체를 공급하는 것을 더 포함한다. 바람직하게는, 상기 방법은 원자 층을 형성하기 위하여 기판 근처에서(예컨대, 기판 상에서) 프리커서 기체를 반응시키는 것을 포함한다. 바람직하게는, 상기 방법은 광전지 패널(photovoltaic panel) 또는 그 부품을 제조하는데 사용될 수 있다. 바람직하게는, 원자 층은 광전지 패널 또는 그 부품의 일부분이다. 예를 들어, 원자 층은 알루미늄 옥사이드(aluminum oxide; Al2O3) 층과 같은 물리적 패시베이션 층(physical passivation layer)의 일부가 될 수 있다. 대안적으로, 원자 층은 미디엄-k 알루미늄 옥사이드(medium-k aluminum oxide; Al2O3) 층과는 다른 형태의 층의 일부가 될 수 있다. 예를 들어, 원자 층은 실리콘 니트라이드(silicon nitride; Si3N4) 층과 같은 반사방지 층(antireflection layer)의 일부가 될 수 있다. 상기 방법은 증착된 프리커서 물질의 단일층을 플라즈마(plasma)에 노출시키지 않고 원자 층을 형성하기 위하여 기판 근처에서(예컨대, 기판 상에서) 프리커서 기체를 반응시키는 것을 선택적으로 포함할 수 있다. 바람직하게는, 프리커서 기체 공급부 및 프리커서 기체 배출부는 공동 내에 위치한다.
일 실시예에서, 상기 방법은 원자 층에 의하여 기판의 표면 에너지(surface energy)(예컨대, 소수성(hydrophobicity))를 변경하기 위해 사용된다. 상기 방법은 예컨대 페이퍼(paper) 시트(sheet) 또는 텍스타일(textile) 시트의 표면 에너지를 변경하기 위해 사용된다. 표면 에너지의 변경(modification)은, 예컨대 프린팅(printing) 또는 포토리소그래피(photolithography)에 의해서, 예컨대 변경된 표면 에너지를 갖는 층을 기판 상에 부가함으로써 이루어질 수 있다. 상기 방법은 원자 층 증착에 의해 가능해지는 잘 정의된(well-defined) 표면 에너지로 인하여 장점을 가진다.
일 실시예에서, 상기 방법은 증착 헤드의 프리커서 기체 배출부를 통해 프리커서 기체를 배출시키는 것을 포함한다.
일 실시예에서, 출력 면은 공동, 프리커서 기체 배출부 및/또는 베어링 기체 공급부를 구비한다.
일 실시예에서, 상기 방법은 기판 상에 원자 층들의 스택을 증착시키는 것을 포함하고, 또한 프리커서 기체 공급부 및 기판 사이에 상대적 왕복 운동을 구현하는 것을 포함하며, 여기서 상대적 왕복 운동은 적어도 2개의 후속적인 전환 위치에서 프리커서 기체 공급부 및 기판 사이에 운동 방향을 전환하는 것을 포함하고, 전환 위치들 사이에 증착된 원자 층은 이전에 증착된 원자 층에 대하여 오프셋을 가진다. 이러한 방식으로, 기판을 가로지르는 방향으로 정렬된 복수개의 원자 층 에지들(edges)에 의해 형성된 스택에서 이음매(seam)가 발생되는 것이 실질적으로 방지될 수 있다. 이는 스택의 강도는 물론 스택의 물리적 특성의 균일성을 향상시킨다. 참고로, 본 실시예의 특징들은 여기서 설명된 하나 이상의 다른 실시예들 및/또는 특징들과 선택적으로 결합되어 보다 넓게 적용될 수 있다. 그러므로, 본 발명은 기판 상에 원자 층들의 스택을 증착시키는 방법을 제공하는데, 상기 방법은 프리커서 기체 공급부 및 기판 사이에 (예컨대, 선형적) 왕복 운동을 구현하는 것을 포함하고, 상기 왕복 운동은 적어도 2개의 후속하는 전환(back-turning) 위치 또는 역방향(reversing) 위치에서 프리커서 기체 공급부 및 기판 사이에 동작 방향을 전환하거나 역방향으로 하는 것을 포함하고, 전환 위치들 사이에 증착된 원자 층은 이전에 증착된 원자 층에 대하여 오프셋을 가진다.
일 실시예에서, 전환 위치들 사이에 증착된 원자 층의 에지는 전환 위치들 사이에 증착된 원자 층의 주요 부분(main part)와 비교하여 기판으로부터 상이한 위치에 존재한다.
바람직하게는, 상기 방법은 본 발명에 따른 장치에 의해 수행된다.
본 발명의 또 다른 목적은 향상된 원자 층들의 스택을 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 본 발명에 따른 방법에 의해 증착된 원자 층들의 스택을 제공한다.
본 발명의 또 다른 목적은 전술한 공지된 장치들에 있어 하나 이상의 문제점들을 적어도 부분적으로 해결할 수 있는, 원자 층 증착 장치를 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 (예컨대, 플렉서블한 또는 단단한) 기판 상에 원자 층(바람직하게는, 원자 층들의 스택)을 증착시키는 장치를 제공하는데, 상기 장치는 기판을 향하여 프리커서 기체를 공급하기 위한 프리커서 기체 공급부(바람직하게는, 복수개의 프리커서 기체 공급부들)을 구비하는 증착 헤드를 포함하고, 상기 장치는 증착 헤드를 회전가능하게 마운팅하는(바람직하게는, 증착 헤드를 포함하는 드럼 및/또는 증착 헤드가 마운팅되는 휠(wheel)을 마운팅하는) 마운트(mount), 및 기판을 따라서 프리커서 기체 공급부를 이동시키기 위하여 증착 헤드를 회전시키는 구동부를 포함하고, 상기 증착 헤드는 원자 층을 형성하기 위하여 기판 근처에서(예컨대, 기판 표면에서) 공급된 프리커서 기체가 반응하도록 구현된다. 선택적으로, 상기 장치는 드럼 및/또는 휠을 포함한다. 이에 따라, 선택적으로, 상기 장치는 증착 헤드를 포함하는 드럼을 포함하고, 마운트는 상기 증착 헤드를 포함하는 드럼을 회전가능하게 마운팅하도록 구비된다. 바람직하게는, 상기 장치는 회전가능한 드럼의 (적어도 부분적으로 둥근) 원주를 따라서 기판을 이동시키도록 구현된다.
이러한 장치를 사용함으로써, 프리커서 기체 공급부 및/또는 기판이 한 방향으로 연속적으로 이동하는 동안 원자 층들의 스택이 증착될 수 있다. 이에 따라, 원자 층들의 스택을 증착할 때 프리커서 기체 공급부 및/또는 기판이 왕복 운동하는 것이 방지될 수 있다. 이러한 방식으로, 프리커서 기체 공급부 및/또는 기판의 전환(이는 본질적으로 왕복 운동에 해당함)이 방지될 수 있다. 그 결과, 원자 층의 증착율이 향상될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 장치는 기판을 향하여 프리커서 기체를 공급한 이후에 및/또는 이와 동시에 프리커서 기체 공급부를 따라서 기판을 전송시키는 전송부(transporter)를 포함한다.
일 실시예에서, 구동부는 프리커서 기체 공급부의 병진 속도(이는 기판의 병진 속도보다 더 크거나 및/또는 반대 방향이다)를 구현하거나 및/또는 제어한다. 이는 원자 층의 증착율을 더 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 프리커서 기체 공급부의 병진 속도의 절대값은 기판의 병진 속도의 절대값보다 예컨대 적어도 5배, 적어도 10배, 적어도 20배, 적어도 50배, 적어도 100배, 적어도 500배, 적어도 1000배, 적어도 5000배, 및/또는 적어도 10000배 더 클 수 있다. 이 경우, 프리커서 기체 공급부의 병진 속도의 방향은 기판의 병진 속도의 방향과 동일하도록 선택될 수 있다. 바람직하게는, 구동부는 프리커서 기체 공급부의 병진 속도를 제어하기 위한 구동 컨트롤러(driving controller)를 포함한다. 바람직하게는, 전송부는 기판의 병진 속도를 제어하는 전송 컨트롤러(transportation controller)를 포함한다. 선택적으로, 프리커서 기체 공급부의 병진 속도의 방향은 기판의 병진 속도의 방향과 동일할 수 있다.
일 실시예에서, 프리커서 기체 공급부는 증착 헤드의 축 방향(이는 기판을 따르거나 또는 경사진 방향이며 프리커서 기체 공급부 및/또는 기판의 이동 방향을 가로지르는 방향이다)을 따라서 및/또는 경사져서 긴 형상을 가진다. 따라서, 본 실시예에서, 프리커서 기체 공급부는 프리커서 기체 공급부 및/또는 기판의 이동 방향에 가로지르는 방향으로 그 최대 크기를 가질 수 있다. 그 결과, 기판의 실질적인 부분은 원자 층에 의해 커버(cover)될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서, 프리커서 기체 공급부는 프리커서 기체 공급부 및/또는 기판의 이동 방향으로 그 최소 크기를 가질 수 있다. 이러한 방식으로, 사용되는 프리커서 기체의 양을 실질적으로 최소화할 수 있다. 바람직하게는, 축 방향은 기판을 따르는 방향이며 기판의 이동 방향에 수직인 방향이다.
일 실시예에서, 증착 헤드는 실제 사용에 있어 기판을 적어도 부분적으로 향하며 프리커서 기체 공급부를 구비하는 출력 면을 가진다.
일 실시예에서, 출력 면은 기판의 이동 경로를 정의하는 실질적으로 둥근, 통상적으로는 실질적으로 원통(cylindrical) 형상을 가진다. 이러한 출력 면은, 실제 사용에 있어 프리커서 헤드 및 기판 사이에 일정한 이격 거리를 유지할 수 있도록 하기 때문에, 회전하는 프리커서 헤드와 잘 결합될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 장치는 (예컨대, 플렉서블한) 기판과 함께 사용되며, 여기서 기판은 증착 헤드의 주위(바람직하게는, 증착 헤드의 출력 면 주위)를 1회전 이상 또는 이하로 배치된다. 바람직하게는, 회전하는 증착 헤드 주위를 기껏해야 1회전 이동하게 되는 기판의 제1 부분은 상기 기판의 제1 부분보다 1회전 이상 상기 회전하는 증착 헤드 주위를 이동한 기판의 제2 부분과 나란히 위치하게 된다. 바람직하게는, 기판의 제1 부분 및 제2 부분은, 기판의 제1 부분 및 제2 부분을 따르는 방향이며 기판의 이동 방향을 가로지르는 방향인, 동일 선(same line)을 따라서 확장된다. 이러한 방식으로, 회전하는 프리커서 기체 공급부는 기판을 지속적으로 향할 수 있다. 그 결과, 프리커서 기체의 누출이, 특히 기판이 증착 헤드를 향하여 다가가는 위치 및/또는 기판이 증착 헤드로부터 멀어지는 위치 근처에서, 실질적으로 방지될 수 있다. 기판이 증착 헤드의 주위를 둘러싸서 회전되는 수는 반드시 정수(integer)일 필요는 없다.
일 실시예에서, 상기 장치는 기판의 제1 부분 및 제2 부분 사이의 갭(gap)을 통해 누출되는 프리커서 기체를 배출하는 누출 기체 배출부(leaked-gas drain)를 구비한다.
일 실시예에서, 전송부는 가이드를 포함한다. 가이드는 증착 헤드 주위의 나선형 경로를 따라서 기판을 가이드하기 위해 배치된다. 기판은 증착 헤드의 주위를(바람직하게는, 증착 헤드를 구비하는 휠을 포함하는 드럼의 주위를) 적어도 1회전 나선형 경로를 따라서 배치될 수 있다. 이러한 방식으로, 회전하는 프리커서 기체 공급부는 기판을 지속적으로 향할 수 있다. 가이드는 예컨대 적어도 하나(예컨대, 2개)의 캡스턴(capstan)을 포함할 수 있다. 가이드(예컨대, 가이드의 적어도 하나의 캡스턴)는 바람직하게는 증착 헤드의 회전 축에 경사진 길이 축을 가지며, 이러한 방식으로 증착 헤드 주위의 나선형 경로를 따라서 기판을 가이드한다.
일 실시예에서, 실제 사용에 있어, 기판은 전체 프리커서 기체 공급부를 실질적으로 향한다. 따라서, 실제 사용에 있어, 회전하는 프리커서 기체 공급부는 기판을 지속적으로 향할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 장치는 프리커서 기체를 한정(confining)하는 실링 엘리먼트(sealing element)를 포함하고, 상기 실링 엘리먼트는 증착 헤드의 일부를 향하고 기판의 부분들 사이로 확장된다. 실링 엘리먼트에 의해서, 장치의 외부 환경으로 프리커서 기체가 흘러 나가는 것을 실질적으로 방지하고 또는 심지어 예방할 수 있다. 실링 엘리먼트는 기판의 제1 부분 및 제2 부분 사이의 갭에서 및/또는 갭을 따라서 확장될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 장치는 기판 및 회전하는 증착 헤드 사이에 이격 거리(separation distance)를 유지한다. 이러한 방식으로, 기판 및 회전하는 증착 헤드 사이에 기계적 접촉(mechanical contact)이 방지될 수 있다. 그 결과, 프리커서 기체 공급부의 병진 속도는 기판의 병진 속도보더 더 크거나 및/또는 반대 방향일 수 있다. 바람직하게는, 이격 거리는 증착 헤드의 원주의 적어도 일부에 대해 바람직하게는 전체에 대해 실질적으로 일정하다.
일 실시예에서, 전송부는 기판이 부착되는 캐리어를 포함하고, 프리커서 기체 공급부를 따라서 캐리어를 이동시킨다. 캐리어에 의해서, 기판 및 회전하는 증착 헤드 사이의 이격 거리가 유지될 수 있다. 그 결과, 기판 및 회전하는 증착 헤드 사이의 기계적 접촉이 방지될 수 있다. 바람직하게는, 캐리어는 메쉬(mesh) 또는 그리드(grid)를 포함한다.
일 실시예에서, 가이드는 출력 면에 상응하고(conformal)는 가이드의 전송 면(transportation face)을 따라서 캐리어를 이동시킨다. 출력 면에 상응하는 전송 면에 의해서, 이격 거리는 출력 면의 적어도 일부에 대해 실질적으로 일정하게 유지될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 장치는 기판 근처에서(예컨대, 표면에서) 프리커서 기체를 반응시키기 위한 선택적으로 제어가능한 레이저를 포함하고, 상기 레이저를 선택적으로 제어함으로써 원자 층을 생성한다. 레이저에 의하여, 증착된 프리커서 물질은 선택적으로 처리되고 증착된 프리커서 물질을 반응시킨다. 이러한 선택적인 처리는 레이저의 강도를 선택적으로 제어하는 것, 예컨대 레이저의 온(on)/오프(off)를 조절하는 것을 포함할 수 있다. 대안적으로, 레이저를 선택적으로 제어하는 것은 증착된 프리커서 물질로부터 레이저 빔을 선택적으로 전환(diverting)하는 것을 포함한다. 이러한 방식으로, 패턴화된 원자 층이 증착될 수 있다. 이러한 패턴화된 원자 층은 원자 층에 개구부(opening)를 제조하거나 및/또는 기판 상에 습윤성(wettability)에 있어 공간적 변형(spatial variations)을 정의하는데 유용한다. 레이저는 복수개의 빔을 생성하도록 배치될 수 있다. 실제 사용에 있어, 복수개의 빔은 서로 다른 프리커서 기체 공급부들을 향하도록 개별적인 방향(예컨대, 서로 다른 방향)을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 장치는 증착 헤드 및 기판을 분리하는 기체 베어링 층을 형성하기 위하여 증착 헤드 및 기판 사이에 베어링 기체를 공급하는 베어링 기체 공급부를 구비한다. 이러한 방식으로, 회전하는 증착 헤드 및 기판 사이에 보다 좁은 이격 거리가 유지될 수 있다. 이격 거리는 예컨대 최대 200㎛, 최대100㎛, 최대 15㎛, 또는 최대 10㎛, 예컨대 약 5㎛가 될 수 있다. 동시에, 이격 거리는 예컨대 최소 3㎛, 최소 5㎛, 또는 최소 10㎛가 될 수 있다. 이러한 작은 이격 거리는 기판을 향하여 제공되는 프리커서 기체의 초과(excess) 량을 감소시킨다. 이는 프리커서 기체의 사용이 통상적으로 생산 비용을 증가시키기 때문에 상당히 가치가 있다.
일 실시예에서, 증착 헤드는 베어링 기체 층을 제공하기 위해 기판을 향하여 베어링 기체를 공급하는 베어링 기체 공급부를 포함한다.
일 실시예에서, 증착 헤드는 실제 사용에 있어 기판을 향하는 공동(cavity)을 구비하고, 프리커서 기체 공급부는 바람직하게는 공동에 위치하여 상기 기판을 향하여 공동에서 프리커서 기체를 공급하며, 증착 헤드는 바람직하게는 공동에 위치하는 프리커서 기체 배출부를 구비하여 프리커서 기체를 공동으로부터 배출시킴으로써 프리커서 기체가 공동으로부터 새어 나가는 것을 실질적으로 방지하며, 증착 헤드는 공동으로부터 이격되어 위치하는 베어링 기체 공급부를 더 구비하여 공동으로부터 떨어진 위치에서 베어링 기체를 공급한다. 기판을 향하는 공동을 구비함으로써, 기판은 공동을 위한 클로우저(closure)를 실질적으로 형성하여, 프리커서 기체를 공급하기 위한 밀폐된 환경이 형성된다. 또한, 기판은 기판의 다양한 인접하는 부분들 또는 심지어 인접하는 기판들이 이러한 클로우저를 형성하도록 구현될 수 있다. 따라서, 이러한 공동은 공동에서의 프로세스 상태(process conditions)를 기체 베어링 층에서의 프로세스 상태와 다르게 적용할 수 있도록 한다. 기체 베어링 층에서(예컨대, 베어링 기체 공급부의 근처에서 또는 가까이에서), 이격 거리는 최소 3㎛, 최소 5㎛, 최소 10㎛, 및/또는 최소 15㎛가 될 수 있다. 공동에서, 이격 거리는 최대 500㎛, 최대 200㎛, 최대 100㎛, 최대 50㎛, 및/또는 최대 25㎛가 될 수 있다. 참고로, 본 실시예의 특징들은 여기서 설명된 하나 이상의 다른 실시예들 및/또는 특징들과 선택적으로 결합되어 보다 넓게 적용될 수 있다. 그러므로, 본 발명은 기판 상에 원자 층을 증착시키는 장치를 제공하는데, 상기 장치는, 기판을 향하여 프리커서 기체를 공급하기 위하여 프리커서 기체 공급부(바람직하게는, 복수개의 프리커서 기체 공급부들)를 구비하는 증착 헤드를 포함하고, 상기 장치는 기판을 따라서 프리커서 기체 공급부 및 기판 사이에 상대적 이동을 구현하는 구동부를 포함하고, 상기 증착 헤드는 원자 층을 형성하기 위하여 기판 근처에서(예컨대, 기판 표면에서) 프리커서 기체를 반응시키도록 구현된다.
일 실시예에서, 증착 헤드는 실제 사용에 있어 기판을 향하는 공동(cavity)을 구비하고, 프리커서 기체 공급부는 바람직하게는 공동에 위치하여 상기 기판을 향하여 공동에서 프리커서 기체를 공급하며, 증착 헤드는 바람직하게는 공동에 위치하는 프리커서 기체 배출부를 구비하여 프리커서 기체를 공동으로부터 배출시킴으로써 프리커서 기체가 공동으로부터 새어 나가는 것을 실질적으로 방지하며, 증착 헤드는 공동으로부터 이격되어 위치하는 베어링 기체 공급부를 더 구비하여 공동으로부터 떨어진 위치에서 베어링 기체를 공급한다. 바람직하게는, 상기 장치는 광전지 패널(photovoltaic panel) 또는 그 부품을 제조하는데 사용될 수 있다. 바람직하게는, 원자 층은 광전지 패널 또는 그 부품의 일부분이다. 기판을 따라서 프리커서 기체 공급부 및 기판 사이에 상대적 이동을 구현하는 것은 프리커서 기체 공급부를 휴지(rest)상태로 홀딩(holding)하는 것을 포함할 수 있으며, 기판를 이동시키는 것은 프리커서 기체 공급부를 이동시키면서 기판은 휴지 상태로 홀딩하는 것 및/또는 프리커서 기체 공급부를 이동시키면서 기판을 전송하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 증착 헤드는 프리커서 기체를 배출시키기 위한 프리커서 기체 배출부를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 출력 면은 프리커서 기체 배출부, 공동 및/또는 베어링 기체 공급부를 구비한다.
상기 장치 및 방법의 다른 유리한 실시예들은 종속항들에 나타나 있다.
본 발명에 따르면, 원자 층들의 스택을 증착시킬 때 프리커서 기체 공급부 및/또는 기판을 왕복운동 방식(reciprocating manner)으로 이동시키지 않고 한 방향으로 연속적으로 이동(예, 회전)시키면서 원자 층들의 스택을 증착시킬 수 있으며, 이에 따라 프리커서 기체 공급부 및/또는 기판의 전환(back-turning)(본질적으로는 왕복운동)을 방지하여 증착율(deposition rate)을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 다음 도면들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 참고로, 본 발명이 여기에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른, 기판 상에 원자 층을 증착시키는 장치를 도시한 것이다.
도 1a는 오프셋을 갖는 층들의 스택의 일 예를 도시한 것이다.
도 1b는 고립된 층들의 스택의 일 예를 도시한 것이다.
도 1c는 개략적인 단면도를 도시한 것인데, 여기서 증착 헤드, 프리커서 기체(precusor-gas), 및 선택적으로 드럼은 축에 대하여 이동가능하다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 장치(2)에서 증착 헤드의 기본 기능부 및 기판을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 증착 헤드의 일부의 가능한 구조를 부분적으로 나타낸 것이다.
도 3a 및 도 3b는 전송부를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른, 기판(4) 상에 원자 층을 증착시키는 장치(2)를 도시한 것이다.
도 4a는 긴 형상의 공급부들을 구비하는 출력 면의 예를 도시한 것이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 장치(2)의 변형예를 도시한 것으로, 여기서 증착 헤드는 실제 사용에 있어 기판을 향하는 공동을 구비한다.
도 6a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 장치에서 증착 헤드의 변형예를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 다른 장치를 기판과 함께 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 장치를 기판과 함께 도시한 것이다.
도 9는 기판의 이동 방향과 증착 헤드의 이동 방향을 개략적으로 도시한 것이다.
도 9a는 본 발명에 따른 장치에서 증착 헤드의 일 실시예를 도시한 것으로, 여기서 프리커서 기체 공급부는 나선형 경로를 따라서 확장된다.
도 9b는 도 9a의 A-A' 단면의 일부를 도시한 것이다.
도 10은 층들의 스택과 후속적인 전환(back-turning) 위치들을 도시한 것이다.
도 11a는 증착 헤드의 회전 축이 기판의 이동 방향과 정렬되는 일 실시예를 도시한 것이다.
도 11b는 증착 헤드의 회전 축을 따르는 방향에서 바라 본 증착 헤드를 도시한 것이다.
만약 달리 설명되지 않는다면, 도면 상에서 유사한 도면부호는 유사한 구성요소를 지칭한다.
원자 층 증착(Atomic Layer Deposition)은 적어도 2개의 프로세스 단계에서, 즉 적어도 2개의 하프-사이클(half-cycles)에서 목적 물질(target material)의 단일층(monolayer)을 증착시키는 방법으로 알려져 있다. 이러한 자기 제어(self-limiting) 프로세스 단계들 중 제1 단계는 기판 표면에 프리커서 기체(precursor gas)를 적용하는 것을 포함한다. 이러한 자기 제어 프로세스 단계들 중 제2 단계는 기판 상에 목적 물질의 단일층을 형성하기 위하여 프리커서 물질이 반응하는 것을 포함한다. 프리커서 기체로는 예컨대 하프늄 테트라 클로라이드(hafnium tetra chloride; HfCl4) 등과 같은 메탈 할라이드 증기들(metal halide vapours)이 사용될 수 있으며, 또한 대안적으로 예컨대 테트라키스-(에틸-메틸-아미노) 하프늄(tetrakis-(ethyl-methyl-amino) hafnium) 또는 트리메틸알루미늄(trimethylaluminium; Al(CH3)3) 등과 같은 메탈오가닉 증기들(metalorganic vapours)처럼 다른 형태의 프리커서 물질이 사용될 수도 있다. 프리커서 기체는 예컨대 질소 기체(nitrogen gas), 아르곤 기체(argon gas), 수소 기체(hydrogen gas), 또는 이들의 혼합물 등과 같은 캐리어 기체(carrier gas)와 함께 주입될 수 있다. 캐리어 기체에서의 프리커서 기체의 농도는 통상 0.01 내지 1 부피%(volume %)의 범위가 될 수 있지만, 이 범위를 넘을 수도 있다.
프리커서 기체의 반응은 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 우선, 증착된 프리커서 물질의 단일층이 플라즈마에 노출될 수 있다. 이러한 플라즈마 성장(plasma-enhanced) 원자 층 증착은, 예컨대 칩이나 솔라셀 등과 같은 반도체 제품을 제조하기 위한, 고품질의 미디엄-k 알루미늄 옥사이드(medium-k aluminum oxide; Al2O3) 층들의 증착에 특히 적합하다. 따라서, 본 발명은 예컨대 솔라셀의 제조에 사용될 수 있으며, 특히 하나 이상의 솔라셀 층들을 증착시킴으로써 플렉서블(flexible)한 솔라셀의 제조에 사용될 수 있다. 둘째, 반응 기체(reactant gas)는 증착된 프리커서 물질의 증착된 단일층을 향해서 공급될 수 있다. 반응 기체로는 예컨대 산소(O2), 오존(O3), 및/또는 물(H2O) 등과 같은 산화물(oxidizing agent)이 사용될 수 있다. 질소(N2), 암모니아(NH3) 등과 같은 질화물(nitriding agent)도 실리콘 니트라이드(silicon nitride; Si3N4)와 같은 질소화물(nitrides)를 생성하기 위하여 대안적으로 사용될 수 있다.
원자 층 증착 프로세스의 실시예에서, 다양한 스테이지(stages)가 확인될 수 있다. 제1 스테이지에서, 기판 표면은 프리커서 기체(예, 하프늄 테트라 클로라이드)에 노출된다. 프리커서 기체들의 증착은 화학 흡착된 프리커서 기체 분자들(chemisorbed precursor gas molecules)의 단일층으로 기판의 표면이 포화되면 자동적으로 중단된다. 이러한 자기 제어(self-limitation)는 원자 층 증착 방법의 화학적 특징이다. 제2 스테이지에서, 초과된 프리커서 기체는 퍼지 기체(purge gas) 및/또는 진공(vacuum)을 이용하여 정화된다. 이러한 방식으로, 초과된 프리커서 분자들은 제거될 수 있다. 퍼지 기체는 프리커서 기체에 대하여 비활성인 것이 바람직하다. 제3 스테이지에서, 프리커서 분자들은 플라즈마 또는 반응 기체(예, 수증기(H2O)와 같은 산화제(oxidant))에 노출된다. 화학 흡착된 프리커서 분자의 기능성 리간드(functional ligands)와 반응 기체의 기능성 리간드가 반응함으로써, 원자 층 예컨대 하프늄 옥사이드(HfO2)가 생성될 수 있다. 제4 스테이지에서, 초과된 반응물질 분자들은 정화되어 제거된다. 또한, 예컨대 열적(thermal), 광적(photonic) 또는 플라즈마(plasma) 여기(excitation) 등과 같은 추가적인 반응 시뮬레이션 시스템이 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른, 예컨대 플렉서블한, 기판(substrate; 4) 상에 원자 층(atomic layer)을 증착시키는 장치(apparatus; 2)를 도시한 것이다. 장치(2)는 프리커서 기체 공급부(precursor-gas supply; 8)가 구비된 증착 헤드(deposition head ; 6)를 포함한다. 증착 헤드(6)는 회전가능한 드럼(drum; 5)에 포함될 수 있다. 드럼(5)은 증착 헤드(6)가 부착된 회전가능한 휠(wheel; 5')을 포함할 수 있다. 프리커서 기체 공급부에 의해서, 프리커서 기체는 기판(4) 방향으로 공급될 수 있다. 장치(2)는 기판(4)을 따라서 프리커서 기체 공급부를 회전시키기 위해 배치된 마운트(mount)를 더 포함할 수 있다. 마운트는 차축(axle; 10)을 수용하기 위하여 배치된 베어링(bearing; 12)을 포함할 수 있다. 차축은 프리커서 기체 공급부와 견고하게 연결될 수 있다. 베어링(12)을 통해서, 차축(10)과 증착 헤드(6)는 마운트에 대해 회전될 수 있다. 증착 헤드(6)가 그 주위로 회전되는 회전 축은 차축(10)의 중심(예, 차축(10)의 길이 축)과 일치될 수 있다. 따라서, 마운트는 기판을 따르는 프리커서 기체 공급부의 병진 속도(translational velocity)를 구현하기 위해 적용될 수 있다. 대안적으로, 차축(10)이나 베어링(12)을 포함하지 않는 다른 형태의 마운팅(mounting) 구현체가 적용될 수도 있다. 특히, 드럼은 출력 면(output face; 26)을 통해서 마운팅될 수 있다. 이에 따라, 증착 헤드의 회전 축은 드럼의 회전 축과 일치될 수 있음이, 보다 일반화되어, 명백해 진다.
장치(2)는 차축(10)과 증착 헤드를 구동시키기 위하여 차축(10)에 연결되는 구동부(driver)를 더 포함할 수 있다. 구동부는 구동 컨트롤러(driving controller; 9A)를 구비할 수 있다. 구동 컨틀로러에 의해서, 구동부는 기판을 따르는 프리커서 기체 공급부의 병진 속도를 실현시키고 제어하도록 적용될 수 있다. 이러한 구동부 및 구동 컨트롤러는 공지되어 있으므로 추가적인 설명은 생략한다.
차축(10)은 그 축을 따라서 정렬된 긴 공동(elongated cavity)을 포함할 수 있다. 실제 사용에 있어, 프리커서 기체는 차축의 공동(11A)을 통해서 전송될 수 있다. 게다가, 기체 공급 구조체(gas supply structure)는 차축의 공동으로 연장될 수 있다. 차축(10)의 공동(11A)에서부터, 프리커서 기체는 프리커서 기체 공급부로 전송될 수 있다. 기체 공급 구조체와 차축 사이에 기체 밀폐형 연결(gas-tight connection)(이는 차축과 기체 공급 구조체 사이의 회전 동작을 허용함)을 얻는 방식은 통상의 기술자에게는 공지된 것이므로 추가적인 설명은 생략한다. 도 1c는 일 실시예를 도시한 것으로, 여기서 증착 헤드, 프리커서 기체 공급부, 및 선택적으로 드럼(5)은 차축(10)에 대하여 이동가능(moveable)하다. 장치의 마운트는 차축(10)을 포함할 수 있다. 도 1c는 차축을 통해 프리커서 기체 공급부 방향으로 프리커서 기체를 공급하기 위하여, 예컨대 가늘고 긴, 제1 차축 공동(axle cavity; 11A)을 구비하는 차축(10)의 단면도를 개략적으로 도시한 것이다. 도 1c의 단면도에서, 증착 헤드(6) 및 기판(4)은 단면의 일 측면만 보인다. 그러나, 일 실시예에서, 다른 단면들도 가능하며, 이 경우 증착 헤드(6) 및/또는 기판(4)은 단면의 2개 측면이 보일 수 있다. 차축(10)은 차축을 통해 증착 헤드 방향으로 추가적인 기체를 공급하기 위하여, 예컨대 가늘고 긴, 제2 차축 공동(11B)을 구비할 수 있다. 예를 들면, 제2 차축 공동(11B)은 차축을 통해 반응 기체 공급부(42) 방향으로 반응 기체를 공급하기 위하여 배치될 수 있다. 대안적으로, 제2 차축 공동(11B)은 차축을 통해 퍼지 기체 공급부(38) 방향으로 퍼지 기체를 공급하기 위하여 배치될 수도 있다. 차축 공동(11A, 11B)은 차축을 통해 프리커서 공급부 방향으로 적어도 프리커서 기체를 공급하기 위하여 차축 피드-스루(axle feed-through; 111)에 의해 포함될 수 있다. 바람직하게는, 차축 기체 베어링(axle gas bearing; 19)이 한편으로는 차축 그리고 다른 한편으로는 드럼 및/또는 증착 헤드 사이에 구비될 수 있다. 차축 기체 베어링의 베어링 압력은 차축 공동(11A, 11B)으로부터의 누출을 실질적으로 방지하기 위하여 제어될 수 있다. 이러한 차축 기체 베어링은, 차축과 드럼 사이의 또는 기체 공급 구조체와 차축 사이의 예컨대 슬라이딩 기계적 접촉(sliding mechanical contact)과 비교하여, 회전하는 동안 발생되는 입자들의 양을 감소시킬 수 있다. 차축 기체 베어링(19)은 한편으로는 차축 그리고 다른 한편으로는 회전 드럼 및/또는 증착 헤드 사이의 기체 연결부(gas connection)를 제공하여, 차축 기체 베어링을 통해서 프리커서 기체가 누출되는 것을 실질적으로 방지할 수 있다. 따라서, 마운트는 한편으로는 기체 공급부 및/또는 배출부 구조체(도시되지는 않았지만 종래기술에 해당함) 그리고 다른 한편으로는 증착 헤드 사이의 기체 연결부의 엔클로저(enclosure)의 일부를 형성하는 마운트 기체 베어링(mount gas bearing)(예, 차축 기체 베어링)을 구비할 수 있다. 마운트 기체 베어링의 압력은 기체 연결부로부터 마운트 기체 베어링을 통해서 프리커서 기체가 누출되는 것을 방지할 수 있도록 설정될 수 있다. 동시에, 마운트 기체 베어링은 증착 헤드가 기체 공급부 및/또는 배출부에 대해 회전가능하도록 배치될 수 있다. 증착 헤드(6)와 프리커서 기체 공급부(8), 및 선택적으로 드럼(5)의 회전은 화살표(21)로 표시되어 있다. 상기 실시예에서, 차축은 정지될 수 있다. 그리고, 차축은 기체 공급 구조체와 견고하게 연결될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일 실시예에서, 상기 장치는 프리커서 기체를 포함하고 있는 카트리지(cartridge)를 구비할 수 있다. 그리고, 기체 밀폐형 연결부는 생략될 수 있다. 다른 기체들의 전송은 전술한 바와 같은 프리커서 기체 공급부를 향하는 프리커서 기체의 전송과 유사하게 구현될 수 있다.
그러므로, 보다 일반적으로는, 마운트는 증착 헤드 및/또는 드럼을, 선택적으로는 회전가능하게 또는 견고하게, 마운팅하기 위한 차축을 포함할 수 있다. 차축은 프리커서 기체 공급부 방향으로 차축을 통해서 적어도 프리커서 기체를 공급하기 위하여 차축 피드-스루(예, 차축 공동)를 구비할 수 있다. 본 발명에 따른 방법은, 차축에 마운팅된 드럼 및/또는 증착 헤드를 제공하는 단계; 및 프리커서 기체 공급부 방향으로 차축을 통해서 적어도 프리커서 기체를 제공하는 단계를 포함한다. 마운트는 한편으로는 기체 공급부 및/또는 배출부 구조체 그리고 다른 한편으로는 증착 헤드 사이에 기체 연결부의 엔클로저의 일부를 형성하는 마운트 기체 베어링을 구비할 수 있다. 상기 마운트 기체 베어링의 압력은 기체 연결부로부터 마운트 기체 베어링을 통해서 기체가 누출되는 것을 방지하도록 설정될 수 있다. 마운트 기체 베어링은 기체 공급부 및/또는 배출부에 대해서 증착 헤드가 회전가능하도록 배치될 수 있다. 장치(2)는 프리커서 기체 공급부를 따라서 기판을 전송하는 전송부(transporter) 시스템을 포함할 수 있다. 전송부는, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 프리커서 기체 공급부(8) 및 증착 헤드(6)를 따라서 기판(4)을 전송하기 위한 클로우저 엘리먼트(closure element) 또는 가이드(guide)(15)를 포함할 수 있다. 또한, 전송부(예컨대, 가이드)은 캡스턴(capstan; 14)을 포함할 수 있다. 캡스턴은 고정될 수 있다. 그러나, 캡스턴은 롤링 캡스턴(rolling capstan), 즉 캡스턴(14)의 길이 축 또는 대칭 축에 대해 회전가능한 캡스턴이 바람직하다. 전송부는 기판(4)이 롤링 캡스턴(14)을 통과하는 속도를 제어하기 위한 전송 컨트롤러(transportation controller; 9B)를 더 포함할 수 있다. 전송 컨트롤러(9B)는 공지되어 있으므로 추가적인 설명은 생략한다. 전송 컨트롤러는 예컨대 1개 또는 2개의 롤링 캡스턴(14)의 회전 속도를 제어할 수 있다. 게다가, 전송 컨트롤러(9B)는 롤링 캡스턴(14)에 연결(결합)될 수 있다.
그러므로, 전송 컨트롤러(9B) 및 구동 컨트롤러(9A)에 의해서, 기판의 병진 속도 및 프리커서 기체 공급부의 병진 속도가 각각 제어될 수 있다. 바람직하게는, 프리커서 기체 공급부의 병진 속도가 기판의 병진 속도보다 더 크다. 이러한 방식으로, 상대적으로 높은 속도를 갖도록, 프리커서 기체 공급부 및 기판 사이에 상대적 이동이 얻어질 수 있다. 기판의 병진 속도는 예컨대 약 0.1 m/s가 될 수 있다. 본 발명에서 예시된 모든 실시예에서, 프리커서 헤드는 적어도 0.1 또는 1 rps(revolution per second)의 주파수로 회전될 수 있다. 프리커서 헤드는 예컨대 약 30 rps의 주파수로 회전될 수 있다. 프리커서 기체 공급부의 병진 속도는 예컨대 약 1m/s가 될 수 있다. 더 나아가, 실제에 있어 프리커서 기체 공급부가 회전함에 따라, 프리커서 기체 공급부는 기판의 동일한 부분을 따라서 연속적인 방식으로 여러 차례 이동될 수 있다. 이러한 방식으로, 복수개의 원자 층이 기판 상에 증착될 수 있다. 이러한 방식으로, 상호 중첩된 복수개의 원자 층들을 포함하는 하나의 비교적 두꺼운 복합 층(composite layer)이 얻어질 수 있다. 그러므로, 보다 일반적으로는, 프리커서 기체 공급부는 상호 중첩된 복수개의 원자 층들을 포함하는 복합 층을 얻기 위하여, 기판의 동일한 부분을 따라서 여러 차례, 동일한 방향으로 연속적으로 회전할 수 있다. 그러므로, 여기에서 사용된 '회전하다(rotate)' 및 '회전하는(rotating)' 등과 같은 용어는 '돌다(revolve)' 및 '도는(revolving)', '빙빙 돌다(gyrate)' 및 '빙빙 도는(gyrating)', 또는 '선회하다(spin)' 및 '선회하는(spinning)' 등을 의미할 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따른 장치는 상호 중첩된 복수개의 원자 층들을 포함하는 복합 층을 얻기 위하여, 기판의 동일한 부분을 따라서 여러 차례, 동일한 방향으로 연속적으로 회전하도록 구현될 수 있다.
만약 프리커서 기체 공급부의 병진 속도가 기판의 병진 속도와 반대 방향이 되면, 상대적 이동 속도는 더 증가될 수 있다.
변형예에서, 전송 컨트롤러 및 구동 컨트롤러는 기판을 향하여 프리커서 기체를 공급하면서 동시에 기판을 이동시키도록 구현된다. 이러한 방식으로, 후속적으로 증착되는 원자 층들 사이에는 오프셋(offset)이 형성될 수 있다. 이러한 방식으로, 기판에 대해 수직으로 확장되는 원자 층들의 에지들(edges) 사이의 이음매(seam)가 실질적으로 방지될 수 있다. 도 1a는 이와 같은 방식으로 증착되는 오프셋(93)을 갖는 원자 층들(92.i(i= n, n+1,...))의 스택(stack)을 예시한 것이다.
오프셋(93)은, 보다 일반적으로는, 프리커서 기체 공급부 및 기판의 병진 속도에 의존한다. 예컨대, 프리커서 기체 공급부(8) 및 기판(4)이 동일한 방향으로 이동하고 프리커서 기체 공급부(8)의 병진 속도가 기판(4)의 병진 속도보다 더 클 경우, 만약 프리커서 기체 공급부(8)의 병진 속도가 증가하게 되면 오프셋(93)은 감소하게 된다.
다른 변형예에서, 전송 컨트롤러 및 구동 컨트롤러는 기판을 향하여 프리커서 기체를 공급한 후에 기판을 이동시키도록 구현된다. 이 경우, 기판을 향하여 프리커서 기체를 공급하는 동안에는 기판은 이동되지 않는다. 이러한 방식으로 층들의 스택이 증착되면, 기판을 이동시키는 동안에는 기판을 향하여 프리커서 기체를 공급하는 것이 중단된다. 이러한 방식으로, 기판(4) 상에 층들의 고립된(isolated) 스텍이 증착된다. 도 1b는 이와 같은 방식으로 증착되는 층들(92.i(i= n, n+1,...))의 고립된 스택(92)을 예시한 것이다. 도 1b에서는 3개의 층을 도시하였지만, 스택(92)은 통상적으로 약 수백에서 수천개의 원자 층들을 포함할 수 있다.
장치(2)는 실링 엘리먼트(sealing element; 16)를 더 포함할 수 있다. 실링 엘리먼트에 의해서, 프리커서 기체는 실질적으로 밀봉되거나 가두어지게 된다. 실링 엘리먼트(16)는 증착 헤드 및/또는 회전가능한 드럼(5)의 일부를 향하고, 기판(4)의 일부들(본 실시예에서 기판들의 일부들은 캡스턴(14)들과 기계적으로 접촉하고 있다) 사이로 확장된다. 실링 엘리먼트(16)를 삽입함으로써, 프리커서 기체는 증착 헤드, 기판(4), 및 실링 엘리먼트(16)에 의해 경계지워지는 공간(space; 18)에 실질적으로 밀봉되거나 가두어지게 된다. 공간(18)에서, 기체 베어링은 프리커서 헤드로부터 주입되는 기체에 의해 생성될 수 있으며, 이에 대하여는 도 4 내지 도 6을 참조하여 후술하기로 한다. 실링 엘리먼트(16)가 없다면, 프리커서 기체는 장치(2)의 외부 환경(20)으로 누출될 것이다. 이는 기판 상에 원하지 않는 오염 및 입자들이 형성되는 것을 초래할 수 있다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 장치(2)에서 증착 헤드(6)의 기본 기능부(basic functional part)와 기판(4)을 도시한 것이다. 도 2a는, 프리커서 헤드(6)의 출력 면(26)을 따라서, 기체들이 어떻게 공급되고 배출될 수 있는지를 보여준다. 도 2a에서, 화살표(28.1)는 프리커서 기체가 공급되는 것을 나타낸다. 화살표(28.2)는 프리커서 기체가 배출되는 것을 나타낸다. 화살표(30.1)는 퍼지 기체가 공급되는 것을 나타낸다. 화살표(30.2)는 퍼지 기체가 배출되는 것을 나타낸다. 화살표(32.1)는 반응 기체가 공급되는 것을 나타낸다. 화살표(32.2)는 반응 기체가 배출되는 것을 나타낸다. 활성 기체들(예, 반응 기체 및 프리커서 기체)을 공급하는 위치 사이에 퍼지 기체를 공급함으로써 활성 기체들을 공간적으로 분리시킬 수 있다. 도 2a에 도시된 기본 기능부는 회전가능한 드럼(5)의 원주를 따라서 반복될 수 있다. 그러므로, 보다 일반적으로는, 프리커서 기체 공급부는 회전가능한 드럼의 원주를 따라서 및/또는 출력 면의 원주를 따라서 위치하며, 바람직하게는 반복된다.
도 2b는 도 2a에 도시된 증착 헤드의 일부의 가능한 구조를 부분적으로 도시한 것이다. 도 2b는 프리커서 기체 공급부(8)를 도시한 것이며, 이는 제1 반응 하프-사이클을 위해 사용될 수 있다. 도 2b는 증착 헤드가 프리커서 기체를 배출하기 위한 프리커서 기체 배출부(36)를 구비할 수 있는 것을 추가적으로 보여준다. 증착 헤드(6)는 기판을 향해서 퍼지 기체를 공급하는 퍼지 기체 공급부(38) 및 기판으로부터 퍼지 기체를 배출시키는 퍼지 기체 배출부(40)를 더 포함할 수 있다. 증착 헤드(6)는 기판을 향해서 반응 기체를 공급하는 반응 기체 공급부(42)를 더 포함할 수 있으며, 이는 제2 반응 하프-사이클을 위해 사용될 수 있다. 반응 기체 공급부는, 원자 층을 형성하기 위하여, 기판의 근처에서(예컨대, 기판 상에서) 프리커서 기체를 반응시키는 수단으로서 기능한다. 이러한 방식에서, 퍼지 기체는 반응 기체의 영역과 프리커서 기체의 영역을 공간적으로 분리시키기 위하여 반응 기체와 프리커서 기체 사이에 공급된다. 이는 기판(4) 표면 이외의 위치에서 퍼지 기체와 반응 기체가 반응하는 것을 방지한다. 더 나아가, 또는 대안적으로, 열적, 광적, 또는 플라즈마 여기 등과 같은 다른 형태의 반응 시스템이 사용될 수도 있다.
보다 일반적으로, 기체 공급부들(예, 프리커서 기체 공급부, 반응 기체 공급부, 퍼지 기체 공급부)은 분리부(separation length; 43)에 의해서 서로 이격되어 위치하며, 또한 기체 배출부들(예, 프리커서 기체 배출부, 반응 기체 배출부, 퍼지 기체 배출부)과도 서로 이격되어 위치한다.
도 3a 및 도 3b는 전송부(17)의 일부를 도시한 것이다. 도 3a 및 도 3b는 전송부에 포함되어 있는 가이드(15)를 보여준다. 실제 사용에 있어, 프리커서 기체 공급부는 가이드(15)에 의해 둘러싸여 있는 중앙 공간(49) 내에서 회전될 수 있다. 가이드(15)는 가이드 또는 클로우저 엘리먼트(15)의 내부 라이닝(inner lining)에 부착되는 메쉬(mesh; 48)를 구비할 수 있다. 전송부는 압력에 의해 기판(4)을 부착시키기 위한 캐리어(carrier; 50)를 더 포함할 수 있다. 캐리어(5)는 메쉬를 포함할 수 있다. 게다가, 전송부는 기판(4)과 캐리어(50) 사이에 진공을 형성하기 위하여 진공 포트(vacuum port; 52)를 포함할 수 있다. 화살표(54)는, 기판(4)을 캐리어(50)에 부착시키기 위하여, 진공 포트(52)를 통해 기체가 흡입되는 것을 나타낸다. 실제 사용에 있어, 캐리어는 가이드(15)의 전송 면(transportation face; 56)(이는 출력 면(26)에 상응(conformal)한다)을 따라서 가이드(15) 주위로 이동될 수 있다. 물론, 기판을 캐리어(50)에 부착시키기 위하여 다른 형태의 방법들이 사용될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 상에 원자 층을 증착시키는 장치(2)를 도시한 것이다. 도 4는 장치(2)의 증착 헤드(2)와 실링 엘리먼트(16)를 보여준다. 기판의 이동 방향은 화살표(60)로 나타나 있다. 증착 헤드의 회전 방향 및 기판을 따르는 프리커서 기체 공급부의 이동 방향은 화살표(62)로 나타나 있다. 그러므로, 본 실시예에서 프리커서 기체 공급부의 병진 속도의 진행방향은 기판의 병진 속도의 진행방향과 같다는 것을 알 수 있다. 예컨대, 만약 기판이 화살표(64) 방향으로 이동하면, 기판을 따르는 프리커서 기체 공급부의 병진 속도의 진행방향은 기판의 병진 속도의 진행방향과 반대가 된다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 장치(2)는 증착 헤드(6)의 출력 면(26)을 또한 보여준다. 도 4에서, 실제 사용에 있어 출력 면은 기판(4)의 일부를 향한다. 도 4에서, 출력 면은 실질적으로 기판(4) 또는 실링 엘리먼트(16)를 향한다. 출력 면(26)은 실질적으로 원통 형상을 갖는다. 본 실시예에서, 출력 면(26)은 기판의 이동 경로를 정의하는 것을 알 수 있으며, 실제 사용에 있어서 출력 면은 이격 거리(D)(또한 도 2a 참조)에 의해 기판과는 분리된다. 또한, 본 실시예에서, 출력 면(26)은 증착 헤드의 회전 축을 둘러싸는 출력 면(26)의 전체 원주를 따라서 실질적으로 둥글다는 것을 알 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서는, 출력 면(26)은 예컨대 증착 헤드의 회전 축을 둘러싸는 출력 면(26)의 원주의 일부에서 평평할 수 있다. 그러므로, 보다 일반적으로는, 출력 면은 증착 헤드의 회전 축 및/또는 드럼의 회전 축을 둘러싸는 출력 면의 원주의 적어도 일부를 따라서 실질적으로 둥글게 형성될 수 있다.
출력 면(26)은 프리커서 기체 공급부(8)를 구비할 수 있으며, 본 실시예에서는 복수개의 프리커서 기체 공급부(8)를 구비한다. 출력 면(26)은 프리커서 기체 배출부(36)를 더 구비할 수 있으며, 본 실시예에서는 복수개의 프리커서 기체 배출부(36)를 구비한다. 출력 면(26)은 퍼지 기체 공급부(38)를 더 구비할 수 있으며, 본 실시예에서는 복수개의 퍼지 기체 공급부(38)를 구비한다. 출력 면(26)은 퍼지 기체 배출부(40)를 더 구비할 수 있으며, 본 실시예에서는 복수개의 퍼지 기체 배출부(40)를 구비한다. 출력 면(26)은 반응 기체 공급부(42)를 더 구비할 수 있으며, 본 실시예에서는 복수개의 반응 기체 공급부(42)를 구비한다. 출력 면(26)은 반응 기체 배출부(68)를 더 구비할 수 있으며, 본 실시예에서는 복수개의 반응 기체 배출부(68)를 구비한다.
기체 공급부(8, 38, 42) 및/또는 기체 배출부(36, 40, 68)는 증착 헤드(6) 및/또는 드럼(5)의 축 방향으로 긴 형상을 가질 수 있다. 기체 공급부들(예; 프리커서 기체 공급부들)의 어레이(array)는 긴 형상을 가진 하나의 기체 공급부(예, 프리커서 기체 공급부)로 여겨질 수 있다. 일반적으로, 축 방향은 증착 헤드의 회전 축과 일치 또는 정렬될 수 있다. 그러므로, 보다 일반적으로는, 증착 헤드의 회전 축은 드럼의 회전 축과 일치될 수 있음을 알 수 있다. 도 4a는 긴 형상의 공급부들을 갖는 출력 면의 예를 보여준다. 축 방향(65)은 기판(4)을 따르는 방향으로 향하고, 공급부들의 이동 방향(66) 및/또는 기판(4)의 이동 방향에 대해서는 가로지르는 방향이다. 이동 방향은 기판에 인접한 것으로 평가될 수 있다.
실제 사용에 있어, 프리커서 기체, 반응 기체, 및 퍼지 기체는 기판(4)과 출력 면(26) 사이에 기체 베어링을 형성할 수 있다. 장치(2)는 프리커서 기체, 반응 기체, 및/또는 퍼지 기체의 공급부 및 배출부를 제어하기 위한 기체 컨트롤러를 포함할 수 있으며, 이에 따라 기판(4)과 출력 면(26) 사이의 기체 베어링의 기체 베어링 층(69)를 형성하기 위한 기체들을 공급할 수 있다. 상기 기체 베어링 층에 의해서, 기판은 증착 헤드와 분리될 수 있다. 이러한 방식으로, 출력 면(26)과 기판(4) 사이의 기계적 접촉이 실질적으로 방지될 수 있다. 이는 프리커서 기체 공급부의 병진 속도와 기판의 병진 속도가 서로 다른 크기 및/또는 방향을 가질 수 있게 한다. 본 실시예에서, 퍼지 기체 공급부는, 기판과 증착 헤드를 분리시키는 기체 베어링 층(69)을 형성하기 위하여, 기판과 증착 헤드 사이에 베어링 기체(예, 퍼지 기체)를 공급하는 베어링 기체 공급부(70)로서 기능한다. 본 실시예에서, 퍼지 기체 배출부(40)는 베어링 기체 배출부(72)로서 기능한다. 이격 거리(D)는 기판(4)과 출력 면(26) 표면 사이의 기체 베어링 층의 두께를 나타낸다.
보다 일반적으로는, 실제 사용에 있어 기체 베어링 층은 기판(4)에 출력 면(26)을 향하여 근접하게 되면 기체 베어링 층의 압력이 크게 증가한다. 예컨대, 실제 사용에 있어, 기판이 출력 면에 2배 가까워지면, 다른 사정이 변함이 없다면, 기체 베어링 층의 압력은 적어도 2배 통상적으로는 예컨대 8배 증가한다. 바람직하게는, 실제 사용에 있어 기체 베어링 층의 강성도(stiffness)는 103 내지 1010 N/mm이지만, 물론 이 범위를 벗어날 수도 있다. 실제 사용에 있어, 기판(4)은 기체 베어링 층에 대해 부유(float)될 수 있다.
보다 일반적으로, 장치는 증착 헤드를 향하는 기판에 프리스트레스 힘(pre-stressing force)을 인가하도록 구현될 수 있다. 실제 사용에 있어, 프리스트레스 힘은 기체 베어링 층의 강성도를 증가시킨다. 이와 같이 증가된 강성도는 기판 표면의 평면으로부터 벗어나는 원하지 않는 움직임을 감소시킬 수 있다. 그 결과, 기판 표면을 터치(touch)하지 않고, 기판은 표면이 보다 가깝게 배치될 수 있다. 프리스트레스 힘은 예컨대 프리텐션(pre-tension)된 스프링 가이드(예, 캡스턴)에 의해 예컨대 기판(4)에 (프리)텐션을 가함으로써 인가될 수 있다. 스프링 가이드는 캡스턴(14)으로부터 다소 떨어져 위치할 수 있다. 물론 프리스트레스 힘을 인가하는 다른 형태의 방법들도 가능하다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 장치(2)의 변형예에서, 예컨대 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 증착 헤드는 기판(4)을 향하는 공동(74)을 구비할 수 있다. 제2 실시예의 회전가능한 증착 헤드에 추가하여, 상기 변형예는 또한, 기판(4)을 따라서 선형적으로 이동하거나 또는 기판(4)이 이동하는 동안 고정적으로 위치하는, 평평한 또는 굴곡된 출력 면(26)을 구비하는 증착 헤드와 관련될 수 있다. 공동(74)의 깊이는 출력 면(26)과 기판(4) 사이의 거리에 있어 국부적인 증가분(local increase)으로 정의될 수 있다. 도 5에서, 거리에 있어 상기 증가분은 'D2 - D1'과 동일하며, 여기서 D1 은 베어링 기체 공급부(70) 부근에서 기판(4)과 출력 면(26) 사이의 거리이고, D2 는 프리커서 기체 공급부(8) 부근에서 기판(4)과 출력 면(26) 사이의 거리이다. 보다 일반적으로, 'D2 - D1'은 10 ~ 500㎛, 보다 바람직하게는 10 ~ 100㎛ 범위가 될 수 있다.
도 5 및 도 6의 실시예에서, 프리커서 기체 공급부(8)는 공동(74)에서 기판(4)을 향해 프리커서 기체를 공급하기 위하여 공동(74)에 위치할 수 있다. 증착 헤드(6)는, 프리커서 기체가 공동에서 새어 나오는 것을 방지하기 위하여, 프리커서 기체를 공동(74)으로부터 배출시키기 위하여 공동(74)에 위치하는 프리커서 기체 배출부(36)를 더 구비할 수 있다. 증착 헤드(6)는, 공동으로부터 떨어져서 베어링 기체를 공급하기 위하여, 공동으로부터 이격되어 위치하는 베어링 기체 공급부(70)를 더 구비할 수 있다.
도 5 및 도 6에서, 원통 형상의 출력 면(26)과 기판의 굴곡(curvature)은 명료함을 위해 나타내지 않았다. 더 나아가, 본 실시예에서, 프리커서 기체 배출부(36)는 또한 베어링 기체 배출부(72)를 형성한다. 그러나, 보다 일반적으로, 베어링 기체 배출부(72)는 프리커서 기체 배출부와 별개로 형성될 수 있다. 베어링 기체 배출부는 공동(74)과 이격되어 위치할 수 있다. 즉, 베어링 기체 배출부(36)는 공동(74) 외부에 위치할 수 있다. 그러므로, 도 6에서, 출력 면(26)은 복수개의 프리커서 기체 배출부(36), 복수개의 공동(74), 및 복수개의 베어링 기체 공급부(70)를 구비할 수 있다.
도 5 및 도 6은 또한 기체 베어링 층(69)을 보여 주는데, 이는 공동(74) 외부에 실질적으로 위치할 수 있다. 기체 베어링 층에서 베어링 기체의 흐름은 화살표(75)로 나타나 있다. 도 5 및 도 6은 또한 기판(4)을 향해서 공동으로부터 확장되는 증착 공간(deposition space; 77A)을 보여 준다. 프리커서 기체 공급부(8) 및 프리커서 기체 배출부(36)가 공동에 위치하기 때문에, 실제 사용에 있어 프리커서 기체는 증착 공간(77A)에 실질적으로 한정될 수 있다. 증착 공간에서 프리커서 기체의 흐름은 화살표(78)로 나타나 있다. 도 6은 또한 반응 공간(reactant space; 77B)을 보여 준다.
도 6a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 증착 헤드(6)의 또 다른 변형예를 도시한 것이다. 상기 변형예에서, 장치는 기판(4) 상에 프리커서 기체를 반응시키기 위하여 선택적으로 제어가능한 레이저(79)를 포함하고, 선택적으로 제어가능한 레이저(79)에 의해 원자 층을 형성(form) 또는 재형성(re-form)한다. 장치는 레이저 컨트롤러를 포함할 수 있다. 레이저 컨트롤러는 전송 컨트롤러, 구동 컨트롤러, 및/또는 압력 컨트롤러와 함께 협력할 수 있다. 이러한 방식으로, 원자 층 또는 원자 층들의 스택의 의도된(예, 사전 결정된) 패턴이 증착될 수 있다. 레이저의 제어는 기판의 병진 속도 및 프리커서 기체 공급부의 병진 속도에 의존한다. 예컨대, 레이저를 온(on) 및/또는 오프(off)하는 순간은 기판의 병진 속도 및 프리커서 기체 공급부의 병진 속도에 의존한다. 레이저의 사용은 회전되는 증착 헤드와 결합될 때 특히 유용하다. 레이저는 상대적으로 높은 주파수(이는 회전하는 증착 헤드에 의해 가능해지는 상대적으로 빠른 증착 프로세스에 적합함)로 선택적으로 제어될 수 있다.
도 6a는 또한 프리커서 기체 배출부(36)를 보여 준다. 비록 도 6a에 도시하지 않았지만, 증착 헤드는 또한 퍼지 기체 공급부(38) 및 퍼지 기체 배출부(40)를 구비할 수 있다. 보다 일반적으로, 증착 헤드는 복수개의 레이저(79) 또는 특정 파장의 반응(wavelength-specific reaction)을 유도하기 위한 가변 파장 레이저(tunable wavelength lasers)를 구비할 수 있다. 도 6a의 변형예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이 복수개의 반응 기체 공급부(42)는 예컨대 복수개의 레이저(79)로 대체될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 장치(2)를 기판(4)과 함께 도시한 것이다. 본 발명의 제3 실시예에 따른 장치(2)는 장축(10)과 베어링(12)을 구비하며, 또한 출력 면(26)을 구비할 수 있다. 도 7에서, 기판(4)의 이동 방향(60)은 프리커서 기체 공급부의 이동 방향(62)과 반대인데, 이는 드럼(5)의 회전가능한 휠(참고로, 휠은 도 7에서는 도시되지 않았지만, 도 1에서 참조번호 5'로 도시되어 있다)을 따라서 회전할 수 있다. 도 7에서, 기판(4)은 증착 헤드(6)의 출력 면(26) 주위의 나선형 경로(helical path; 76)를 따라서 위치한다. 도 7에서, 기판(4)은 증착 헤드(6) 주위를, 즉 증착 헤드의 출력 면(26) 주위를 한 바퀴 못미치게 위치한다. 보다 일반적으로, 증착 헤드의 회전 축 및/또는 기판(2)의 장축(12)의 길이방향 축은 하나 또는 두개의 캡스턴(14)의 길이 축에 대해 경사질 수 있다. 이러한 방식으로, 기판(4)은 나선형 경로(76)를 따라서 위치될 수 있다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 장치(2)를 기판(4)과 함께 도시한 것이다. 본 실시예에서, 기판(4)은 나선형 경로(76)를 따라서 증착 헤드(6)의 출력 면(26) 주위를 적어도 한 바퀴, 예컨대 두 바퀴와 세 바퀴 사이로 회전하여 위치한다. 또는, 다른 말로, 기판은 출력 면(26)을 따라서 증착 헤드(6) 주위를 적어도 1회전, 예컨대 2회전과 3회전 사이로 회전하여 배치되게 된다. 그 결과, 소정 순간에는, 회전하는 증착 헤드 주위를 기껏해야 1회전 이동하게 되는 기판(4)의 제1 부분(80A)은 상기 기판(4)의 제1 부분(80A)보다 1회전 이상 상기 회전하는 증착 헤드 주위를 이동한 기판(4)의 제2 부분(80B)과 나란히 위치하게 된다. 여기서, '나란히(besides)'라는 용어는 기판(4)의 제1 부분(80A) 및 제2 부분(80B)이 상기 기판(4)의 제1 부분(80A) 및 제2 부분(80B)을 따르면서 상기 기판(4)의 이동 방향(6)을 가로지르는 동일 가상선(imaginary line; 82)을 따라서 확장(extend)되는 것으로 해석될 수 있다. 실링 엘리먼트(미도시)는, 상기 기판의 나선형 경로 형태를 따르면서 상기 기판의 서로 반대되는 측면들 사이에 형성된 슬릿(slit) 또는 갭(gap; 84)을 커버(cover)하는 나선형으로 형성된 실드 구조체(shield structure)가 될 수 있다. 실드 구조체는 클리너블 라이너 구조체(cleanable liner structure) 또는 새크러피셜 구조체(sacrificial structure)로 형성될 수 있다. 또한, 새어 나오는 프로세스 기체들을 제거하기 위하여 실드 구조체에 흡입부(suction)가 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 제4 실시예에서, 장치(2)는 각각 서로 반대되는 측면들(80A, 80B)을 형성하는 상기 기판(4)의 제1 부분(80A) 및 제2 부분(80B) 사이의 갭(84)을 통해 누출되는 프리커서 기체를 배출하기 위한 누출 기체 배출부(leaked-gas drain)을 구비할 수 있다.
도 8에서, 출력 면(26)의 원주를 따라서 지시된 위치들(88)에는 프리커서 기체 공급부(8)가 위치할 수 있다. 본 실시예에서, 증착 헤드(6)는 4개의 프리커서 공급부(8)를 구비한다. 본 실시예에서와 같이, 기판(4)은 전체 프리커서 공급부(8)와 대면한다. 참고로, 본 실시예에서 프리커서 공급부(8)는 보이지 않는다. 그러므로, 보다 일반적으로, 적어도 하나의 프리커서 기체 공급부가 출력 면의 원주를 따라서 위치될 수 있다.
도 8에서 알 수 있는 바와 같이, 기판(4)의 폭(W1)은 증착 헤드(6)의 폭(W2)보다 실질적으로 더 작을 수 있으며, 예컨대 2배 이상 더 작을 수 있다. 그러나, 대안적으로, 기판(4)의 폭(W1)은 증착 헤드(6)의 폭(W2)과 대략적으로 동일할 수 있다. 이는 도 7 및 도 9에 나타나 있다. 또 다른 실시예에서, 기판(4)의 폭(W1)은 증착 헤드(6)의 폭(W2)보다 실질적으로 더 클 수 있으며, 예컨대 2배 이상 더 클 수 있다. 실제에 있어서, 이러한 대안적 방식들은 하나 이상의 원자 층들을 증착하기 위한 중요한 옵션들(options)을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 제1 실시예, 제2 실시예, 제3 실시예, 제4 실시예, 또는 또 다른 실시예, 또는 이들 실시예들 중 하나의 변형예에 따른 장치(2)는 본 발명에 따른 방법에 따라서 사용될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 상에 원자 층을 증착시키는 방법(제1 방법)은 증착 헤드(6)의 프리커서 기체 공급부(8)로부터의 프리커서 기체를 기판(4)을 향해서 공급하는 단계를 포함한다. 제1 방법은 증착 헤드(6)를 회전시킴으로써 기판을 따라서 프리커서 기체 공급부(8)를 이동시키는 단계를 더 포함한다. 제1 방법은 기판(4)을 향해서 프리커서 기체들을 공급함과 동시에 및/또는 그 이후에 프리커서 기체 공급부(8)를 따라서 기판(4)을 이동시키는 단계를 더 포함할 수도 있다.
제1 방법에서, 프리커서 기체 공급부의 병진 속도는 기판의 병진 속도보다 더 크거나 및/또는 반대로 향한다. 프리커서 기체 공급부의 병진 속도의 절대값(absolute value)은 기판의 병진 속도보다 예컨대 적어도 5배, 적어도 10배, 적어도 20배, 적어도 50배, 적어도 100배, 적어도 500배, 적어도 1000배, 적어도 5000배, 및/또는 적어도 10000배 더 클 수 있다. 보다 일반적으로, 만약 프리커서 기체 공급부의 병진 속도가 기판의 병진 속도보다 적어도 N배 크다면, N-1개의 원자 층들을 포함하는 스택 층(stacked layer)이 증착될 수 있다.
제1 방법은 실링 엘리먼트(16)에 의해 프리커서 기체를 한정(confining)하는 단계를 더 포함할 수 있다. 실링 엘리먼트(16)는, 기판이 증착 헤드를 향하지 않는 위치들에서, 증착 헤드의 출력 면(26)을 향할 수 있다.
본 발명에 따른 제1 방법 또는 다른 방법에서, 기판 및 회전하는 증착 헤드 사이에 이격 거리(D)(도 2a 참조)가 유지될 수 있다. 이러한 방식으로, 기판 및 회전하는 증착 헤드 사이에 기계적 접촉이 방지될 수 있다. 이격 거리(D)는 증착 헤드의 원주의 적어도 일부분, 바람직하게는 모든 부분에 대해서 실질적으로 일정하다. 이격 거리(D)는 다양한 방식으로 얻어질 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 방법(제2 방법)은 기판을 캐리어(50)에 부착시키는 단계를 포함할 수 있다. 제2 방법은 프리커서 기체 공급부(8)를 따라서 캐리어(50)를 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 기판은 증착 헤드(6)의 출력 면(26)과 떨어져서 유지될 수 있다. 제2 방법은 가이드(15)의 전송 면(56)을 따라서 가이드(15) 주위로 캐리어를 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 전송 면(56)은 출력 면(26)을 향하면서 출력 면(26)에 상응(conformal)하도록 형성되어, 출력 면(26)의 적어도 일부에서 이격 거리(D)는 일정하게 유지될 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 방법(제3 방법)은, 기판 및 증착 헤드를 분리시키는 기체 베어링 층(69)을 형성하기 위하여, 기판 및 증착 헤드 사이에 베어링 기체를 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 기판은 증착 헤드(6)의 출력 면(26)으로부터 일정 거리 떨어져 유지될 수 있다. 제3 방법은, 기체 베어링 층을 제공하기 위하여, 증착 헤드(6)의 복수개의 베어링 기체 공급부(70)로부터 공급되는 베어링 기체를 기판(4)을 향해서 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
제3 방법은, 증착 헤드에 정의(define)되어 있으며 실제 사용 시 기판(4)을 향하는, 공동(74)에서 프리커서 기체 공급부(8)에 의해 프리커서 기체를 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다. 제3 방법은 증착 헤드(6)의 프리커서 기체 배출부(72)에 의해서 공동(74)으로부터 프리커서 기체를 배출시키는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 공동으로부터 프리커서 기체의 누출, 즉 프리커서 배출부를 통하는 외에 공동으로부터 프리커서 기체가 흘러 나오는 것이 실질적으로 방지될 수 있다. 제3 방법에서, 바람직하게는, 공동으로부터 떨어진 위치에 베어링 기체 공급부(70)에 의해 베어링 기체가 공급될 수 있다. 베어링 기체 공급부(70)는 출력 면(26)을 따르는 공동(74)으로부터 이격되어 위치될 수 있다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 방법(제4 방법)은, 증착 헤드(6) 주위의 나선형 경로(76)를 따라서 기판을 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 도 9는 기판(4)의 이동 방향(60)과 증착 헤드(6)의 이동 방향(62)을 대략적으로 보여 준다. 기판(4)을 따르는 프리커서 기체 공급부(8)의 중심(8')의 트랙들(tracks)(90.i(i=...,n-1,n,n+1,...))이 도시되어 있다. 더 높은 색인번호(i)는 시간적으로 나중에 발생된 트랙을 따르는 이동(movement)을 나타낸다. 트랙(90.i)은 기판 상에 실질적으로 직선(straight lines)을 형성하는 것이 예측될 수 있다. 인접하는 트랙들, 예컨대 트랙(90.n) 및 트랙(90.n+1)은 인접하는 프리커서 기체 공급부들(8)에 대응될 수 있다.
도 9는 프리커서 기체 공급부(8)(이는 긴 형상으로 구현될 수 있다)의 길이 방향(89)을 따르는 프리커서 기체 공급부의 길이(L)를 추가적으로 보여 준다. 본 실시예에서, 길이 방향(89)은, 비록 반드시 필요한 것은 아니지만, 증착 헤드의 회전 축(91)에 대하여 정렬된다. 예컨대, 대안적으로, 길이 방향(89)은 캡스턴들(14) 중 적어도 하나의 길이 축(length axis; 87)과 일치될 수도 있다.
캡스턴들(14) 중 적어도 하나의 길이 축(87) 및/또는 길이 방향(89)은 기판의 이동 방향(60)에 대해 가로지를 수 있다(예컨대, 수직일 수 있다). 경사각(α)은 캡스턴들(41) 중 적어도 하나의 길이 축(87)과 증착 헤드(6)의 회전 축(91) 사이의 각으로 정의될 수 있다.
분리 거리(separation; S)는 인접하는 프리커서 기체 공급부들(8)의 중심들(8') 사이의 거리로 정의될 수 있다. 본 실시예에서, 프리커서 기체 공급부(8)의 길이(L) 및 기판과 프리커서 기체 공급부의 병진 속도들은, 인접하는 트랙들(90.i)에 의해 증착되는 원차 층들이 서로 중첩(overlap)하거나 또는 접경(abut)할 수 있도록 선택될 수 있다. 이러한 방식으로, 이들 원자 층들 사이의 갭(gap)이 실질적으로 방지될 수 있다.
반응 기체 공급부(42)는 프리커서 기체 공급부(8)와 유사한 형태로 구현될 수 있다. 반응 기체 공급부(42)는 프리커서 기체 공급부(8)에 대해 회전 축(91)을 따르는 거리(R)만큼 오프셋(offset)되어 위치될 수 있다. 거리(R)는, 반응 기체 공급부(42)의 중심(42')이 상기 반응 기체 공급부(42)에 인접하는 프리커서 기체 공급부(8)에 의해서 추종되는 기판을 따라서 유사한 트랙(90.i)을 추종하도록, 적절하게 구현될 수 있다. 층들의 스택이 인접하는 프리커서 기체 공급부들로부터 증착될 수 있도록, 유사한 오프셋이 인접하는 프리커서 기체 공급부들을 위해 구현될 수 있다. 도 9는, 나선형 배치로 인하여, 원자 층을 구비하는 기판의 커버리지(coverage)를 위해 여러가지 가능성들이 제공될 수 있다는 것을 보여 준다. 특히, 원자 층 스택의 기하학적 구조는 이들의 (에지(edge)) 기하학적 구조로 인하여 이들이 서로 구별될 수 있도록 증착될 수 있다. 특히, 기판의 에지(edge) 부근의 기판의 커버리지는 공지된 방법을 사용하여 얻어진 커버리지와 상이할 수 있다.
그러므로, 프리커서 기체 공급부 또는 프리커서 기체 공급부들의 어레이는 출력 면의 나선형 경로를 따라서 확장될 수 있다. 도 9a는 본 발명에 따른 장치에 있어서 증착 헤드의 실시예를 도시한 것인데, 여기서 프리커서 기체 공급부는 나선형 경로(76A)를 따라서 확장되어 있다. 도 9a는 또한 회전 축(91)을 보여 준다. 도 9b는 도 9a의 A-A' 단면의 일부를 도시한 것이다. 프리커서 기체 배출부(36) 또는 프리커서 기체 배출부들(36)의 어레이는 나선형 경로(76A)를 따라서, 예컨대 프리커서 기체 공급부(8) 또는 프리커서 기체 공급부들(8)의 어레이와 평행하게, 확장될 수 있다. 프리커서 기체 공급부 및/또는 프리커서 기체 배출부는 긴 형상으로 구현될 수 있다(프리커서 기체 공급부들의 어레이는 긴 형상으로 된 하나의 프리커서 기체 공급부로 여겨질 수 있다). 상기 긴 형상의 길이 방향은 출력 면의 나선형 경로(76A)를 따라서, 본 실시예에서는 회전 축 주위를 1회전 이상, 확장될 수 있다. 그러므로, 프리커서 기체 공급부는 증착 헤드의 축 방향에 대해 경사진 긴 형상으로 구현될 수 있다. 따라서, 보다 일반적으로, 프리커서 기체 공급부 또는 프리커서 기체 공급부들의 어레이, 및 프리커서 기체 배출부 또는 프리커서 기체 배출부들의 어레이는 나선형 경로를 따라서 확장될 수 있다. 증착 헤드는 나선형 공동(helical cavity; 74')을 구비할 수 있다. 실제 사용에 있어, 나선형 공동(74')은 기판을 향한다. 프리커서 기체 공급부(8) 또는 프리커서 기체 공급부들(8)의 어레이는, 기판을 향하여 나선형 공동(74')에서 프리커서 기체를 공급하기 위하여, 바람직하게는 나선형 공동(74')에 위치될 수 있다. 프리커서 기체 배출부(36) 또는 프리커서 기체 배출부들(36)의 어레이는, 공동(74')으로부터 프리커서 기체를 배출하기 위하여, 바람직하게는 나선형 공동(74')에 위치될 수 있다.
일 실시예에서, 프리커서 배출부(36)에 의한 프리커서 기체의 배출은 생략될 수 있다. 프리커서 배출부(36)는 나선형 경로(76A)를 따르는 나선형 공동(74')에 존재하지 않거나 또는 사용되지 않을 수 있다. 배출부(36)를 통한 프리커서 기체의 배출을 생략하는 것은 나선형 경로(76A)를 따라서 확장되는 프리커서 기체 공급부에 의해 가능하다. 나선형 공동을 통한 프리커서 기체의 배출이 증착 헤드(6)의 회전 결과 발생될 수 있다. 이는 나선형 경로(76A)를 따르는 나선형 공동(74')에서의 프리커서 기체 공급부의 배치로 인한 것이다. 공동(74')의 일단부(74")에, 배출된 프리커서 기체를 수집하기 위한 설비가 구비될 수 있다.
제4 방법의 변형예는, 프리커서 기체 공급부(8)를 따라서 기판(4)을 이동시킬 때, 증착 헤드(6) 주위를 적어도 1회전 이상 기판(4)을 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 그 결과, 소정 순간에는, 회전하는 증착 헤드 주위를 기껏해야 1회전 이동하게 되는 기판(4)의 제1 부분(80A)은 상기 기판(4)의 제1 부분(80A)보다 1회전 이상 상기 회전하는 증착 헤드 주위를 이동한 기판(4)의 제2 부분(80B)과 나란히 위치하게 되고, 이에 따라 상기 기판(4)의 제1 부분 및 제2 부분은 상기 기판의 제1 부분 및 제2 부분을 따르면서 상기 기판의 이동 방향을 가로지르는 동일 선을 따라서 확장된다. 제4 방법은 상기 기판(4)의 제1 부분(80A) 및 제2 부분(80B) 사이의 갭(84)을 통해서 누출되는 프리커서 기체를 배출시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
제1, 제2, 제3, 제4 방법은, 옆으로 인접하는 2개의 원자 층들의 에지들 사이에 이음매(seam)가 방지되는, 원자 층들의 연속적인 스택(즉, 원자 층들의 스택)의 증착을 가능하게 한다. 그러나, 본 발명에 따른 방법을 수행할 때, 원자 층들의 연속적인 스택이 반드시 얻어져야 하는 것은 아니다. 예컨대, 본 발명의 제5 실시예에 따른 방법(제5 방법)은 기판 상에 원자 층들의 스택(92)을 증착시키는 단계를 포함하고, 프리커서 기체 공급부와 기판 사이에 상대적 왕복 동작(relative reciprocating motion)을 구현하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상대적 왕복 동작은 2개의 후속하는 전환 위치들(back-turning positions)에서 프리커서 기체 공급부 및 기판 사이에 동작 방향을 전환하거나 반대로 하는 것을 포함한다. 도 10은 제5 방법을 도시한 것이다.
도 10은 층들의 스택(92)을 보여 주고, 또한 후속하는 전환 위치들(94.i(i=...,n-1,n,n+1,...))을 보여 준다. 여기서, 더 높은 색인번호(i)는 시간적으로 더 늦은 순간에 대응한다. 도 10에서, 층들은, 이들이 증착되는 시간적 순간(시간축(96)에 의해 표시됨)을 나타내기 위하여, 기판(4)으로부터 떨어져 도시되어 있다. 그러나, 실제 구현에서는, (화살표(97)로 표시된 바와 같이) 기판(4) 상에 다양한 층들(92)이 존재하게 되고, 층들의 스택은 실질적으로 일정한 층 두께(98)를 가지며 얻어질 수 있다.
제5 방법에서, 예를 들면, 증착 동안 증착 헤드(6)는 정회전 및 역회전될 수 있다. 선택적으로, 기판(4)은 또한 서로 반대 방향(60, 64)으로 전진 또는 후진될 수 있다. 이러한 방식으로, 제5 방법은 프리커서 기체 공급부(8) 및 기판(4) 사이에 상대적인 왕복 동작을 구현하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 왕복 동작은 2개의 후속하는 전환 위치(back-turning positions)에서 프리커서 기체 공급부 및 기판 사이에 동작 방향을 전환하는 것을 포함한다. 2개의 전환 위치들(94.n-1 및 94.n)은, 2개의 전환 위치들(94.n 및 94.n+1)과 마찬가지로, 후속하는 전환 위치들로 여겨질 수 있다.
원자 층(92A)은 전환 위치들(94.n-1 및 94.n) 사이에 증착될 수 있다. 상기 원자 층(92A)은 이전에 증착된 원자 층(92B)에 대해 오프셋될 수 있다. 이는 전환 위치들(94.n-1 및 94.n) 사이에 증착된 원자 층(92A)의 에지(100A)가 이전에 증착된 원자 층(92B)의 에지(100B)에 대해 옆으로(즉, 기판(4)이 확장되는 방향으로) 위치한다는 것을 의미한다.
오프셋으로 인하여, 전환 위치들 사이에 증착된 원자 층(92A)의 에지(100A)는 전환 위치들 사이에 증착된 원자 층(98A)의 주요 부분(main part; 102A)보다 기판으로부터 떨어져 위치한다.
그러나, 오프셋에도 불구하고, 후속하는 전환 위치들(94.n-1 및 94.n) 사이에 증착된 원자 층의 에지(100A)는 후속하는 전환 위치들(94.n 및 94.n+1) 사이에 증착된 원자 층의 에지에 인접할 수 있다. 이러한 층들의 주요 부분들은 기판으로부터 유사하게 위치한다.
제5 방법은 증착 헤드(6)를 회전시키는 대신에 증착 헤드를 선형적으로 이동시킴으로써 또한 수행될 수 있다.
전술한 내용 및 도 1 내지 도 11b로부터 알 수 있는 바와 같이, 보다 일반적으로, 본 발명에 따른 방법은 바람직하게는 회전가능한 드럼(특히, 회전하는 드럼)의 원주(바람직하게는, 적어도 부분적으로 둥근 원주)를 따라서 기판을 이동시키는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 장치는 회전가능한 드럼의 원주(바람직하게는, 적어도 부분적으로 둥근 원주)를 따라서 기판을 이동시킬 수 있도록 구현된다.
일반적으로 적용가능하지만 선택적으로 적용될 수 있는 일 실시예에서, 출력 면 및/또는 드럼은, 출력 면 및/또는 드럼의 적어도 일부에 대해 또는 출력 면 및/또는 드럼의 전체에 대해, 실질적으로 원통(cylindrical), 원뿔(conical), 또는 각뿔대(frustum) 형상을 가질 수 있으며, 또는 실질적으로 적어로 부분적으로 원통, 원뿔, 또는 각뿔대 형상을 가질 수 있다.
본 발명은 예컨대 패키지(package) 제조 분야에 사용될 수 있다. 패키지는 예컨대 음식을 위한 패키지, 특히 음료를 위한 패키지가 될 수 있다. 대안적으로, 패키지는 디스플레이의 패키지, 특히 OLED(Organic Light Emitting Diode) 디스플레이의 패키지가 될 수도 있다. 본 발명에 따른 방법은, 선택적으로, 패키지 시트(package sheet) 상에 원자 층(바람직하게는, 원자 층들의 스택)을 증착시키는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 장치는, 선택적으로, 패키지 시트 상에 원자 층(바람직하게는, 원자 층들의 스택)을 증착시킬 수 있도록 구현될 수 있다. 그러므로, 기판은 선택적으로는 패키지 시트가 될 수도 있다. 이러한 패키지 시트는 패키지의 일부이거나 또는 그 위에 패키지를 형성하도록 구현될 수 있다. 원자 층들에 의해서, 기체(예, 산소 또는 수증기) 및/또는 유체를 위한 배리어(barrier)가 패키지 상에 형성될 수 있다. 원자 층들을 포함하는 배리어는 상대적으로 안정한 실링(sealing)을 제공한다. 원자 층들을 포함하는 배리어를 통한 누출은 상대적으로 낮다.
전술한 내용 및 도 1 내지 도 11b로부터 알 수 있는 바와 같이, 보다 일반적으로, 증착 헤드 및/또는 드럼의 회전 축은 원자 층이 증착되는 기판 표면의 평면 및/또는 출력 면을 따르는 방향이거나 또는 경사진 방향이 될 수 있다.
전술한 내용 및 도 1 내지 도 11b로부터 알 수 있는 바와 같이, 프리커서 기체 공급부는, 굴곡된 출력 면을 따라서, 증착 헤드의 회전 축을 따르는 방향 또는 경사진 방향으로 확장될 수 있다. 이는 기판 상에 원자 층의 균일한(homogeneous) 증착을 가능하게 한다.
전술한 내용 및 도 1 내지 도 11b로부터 또한 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 장치는 다음의 구성요소를 포함하고, 및/또는 본 발명에 따른 방법은 다음의 구성요소들을 사용하여 수행될 수 있다: 드럼의 (적어도 부분적으로 둥근) 원주를 따라서 및/또는 위로 확장되는 출력 면, 드럼의 (적어도 부분적으로 둥근) 원주 상에 위치하는 프리커서 기체 공급부, 출력 면의 (적어도 부분적으로 둥근) 원주 상에 위치하는 프리커서 기체 공급부, 증착 헤드의 회전 축 및/또는 드럼의 회전 축 주위로 (적어도 부분적으로) 실질적으로 둥근 출력 면, 증착 헤드를 포함하는 드럼을 회전가능하게 마운팅하는 마운트, 회전가능한 드럼의 일부로 형성된 증착 헤드, 굴곡된 출력 면 위로 확장되는 프리커서 기체 공급부, 및/또는 기판을 따르는 방향 및/또는 경사진 방향을 갖는 회전 축 및/또는 축 방향을 갖는 증착 헤드(여기서, 기판 및 회전 축 상의 경사각은 30°이하가 바람직하다). 부가적으로 또는 대안적으로, 본 발명에 따른 방법은 차축(axle)에 마운팅된 드럼 및/또는 증착 헤드를 제공하는 단계, 및 프리커서 기체 공급부를 향하여 상기 차축을 통해 적어도 프리커서 기체를 제공하는 단계를 포함한다.
그러므로, 본 발명은 기판 상에 원자 층을 증착시키는 방법을 제공하고, 상기 방법은 증착 헤드에 포함된 프리커서 기체 공급부에서 제공되는 프리커서 기체를 기판을 향하여 공급하는 단계; 및 원자 층을 형성하기 위하여 기판 근처에서(예컨대, 기판 표면에서) 프리커서 기체를 반응시키는 단계를 포함하고, 상기 방법은 프리커서 기체를 공급하는 동안 증착 헤드를 회전시킴으로써 기판을 따라서 프리커서 기체 공급부를 이동시키는 단계를 더 포함하고, 여기서 프리커서 기체를 따라서 기판을 이동시키는 것은 증착 헤드 주위의 나선형 경로를 따라서 기판을 이동시키는 것을 포함한다. 본 발명은 기판 상에 원자 층을 증착시키는 장치를 또한 제공하며, 상기 장치는 기판을 향하여 프리커서 기체를 공급하는 프리커서 기체 공급부를 구비하는 증착 헤드를 포함하고, 상기 장치는 상기 증착 헤드를 회전가능하게 마운팅하는 마운트 및 기판을 따라서 프리커서 기체 공급부를 이동시키기 위해 상기 증착 헤드를 회전시키는 구동부를 더 포함하고, 상기 증착 헤드는 원자 층을 형성하기 위해 기판의 근처에서(예컨대, 기판의 표면에서) 프리커서 기체를 반응시키도록 구현되며, 상기 장치는 증착 헤드의 회전 축에 대해 경사진 길이 축을 갖는 가이드를 더 포함하고, 이러한 방식으로 증착 헤드 주위의 나선형 경로를 따라서 기판을 가이드한다.
본 발명은 여기에 설명된 어떠한 실시예에 한정되지 않으며, 통상의 기술자의 관점에서, 후술하는 특허청구의 범위 내에서 다양한 변형 또는 수정이 가능하다. 예를 들면, 여기에 사용된 '기판(substrate)'이라는 용어는 실제 사용에 있어 때때로 '기판'이라고 지칭되는 플레이트(plate) 또는 롤(roll)의 일부가 될 수도 있다. 예를 들면, 여기에 사용된 '프리커서 기체 공급부를 따라서 기판을 이동시킨다'는 표현은 프리커서 기체 공급부를 따라서 전체 플레이트 또는 롤을 이동시키는 것을 요구하는 것은 아니다. 예를 들어, '증착 헤드 주위로 적어도 1회 기판을 제공한다'는 표현은 증착 헤드 주위로 전체 플레이트 또는 롤을 이동시키는 것을 요구하는 것은 아니다. 다른 예로서, 프리커서 기체 공급부가 기판에 인접하여 위치할 때, 프리커서 기체 공급부의 병진 속도(도 11에서 화살표(62)로 표시됨)는 기판의 병진 속도(도 11에서 화살표(60)로 표시됨)에 대해 가로지르는 방향으로 될 수 있다. 이에 따라, 증착 헤드의 회전 축(91)은, 도 11a에 도시된 바와 같이, 기판의 이동 방향(60)과 정렬될 수 있다. 기판의 이동 방향(60) 및 증착 헤드(6)의 회전 축(91) 사이의 각(angle)은 0°내지 90° 범위가 될 수 있다. 도 11a의 실시예의 변형예는 도 11b에 도시되어 있는데, 이는 증착 헤드(6)의 회전 축(91)을 따르는 방향에서 바라 본 증착 헤드를 나타낸 것이다. 도 11b의 변형예는 기판(4)이 증착 헤드(6) 주위를 감싸고(wrap) 있는 점에서 도 11a의 실시예와 다르다. 마찬가지로, 모든 운동학적 변환(kinematic inversions)이 고려될 수 있으며, 본 발명의 범위에 포함된다. '바람직하게는', '특히', '특별히', '통상적으로' 등과 같은 표현은 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 단수 형태로 사용된 용어(예, 부정관사 'a' 또는 'an'을 사용한 경우)가 복수개를 배제하는 것은 아니다. 구체적으로 또는 명시적으로 설명되지 않았거나 또는 청구되지 않은 특징들은 그 범위를 벗어나지 않고 본 발명에 따른 구조체에 추가적으로 포함될 수 있다. 예를 들어, 기판의 일부에 원자 층을 증착시키는 동안 기판의 일부의 온도를 (예컨대, 220℃ 근처로) 상승시키기 위하여, 증착 헤드는 히터(heater)를 구비할 수 있다. 다른 예로서, 상기 장치는 공동에서, 프리커서 기체 공급부에서, 프리커서 기체 배출부에서, 반응 기체 공급부에서, 반응 기체 배출부에서, 베어링 기체 공급부에서, 및/또는 베어링 기체 배출부에서 기체 압력을 제어하기 위하여 압력 컨트롤러(pressure controller)를 구비할 수도 있다. 압력 컨트롤러는 기체 컨트롤러(gas controller)를 포함할 수 있다. 더 나아가, 상기 장치는 또한, 기판 상에 증착시키는 동안 또는 기판 상에 증착시킨 후 증착-후 처리(post-deposition treatment) 동안 프리커서 기체 물질의 반응을 촉진시키기에 적합한, 마이크로-플라즈마 소스(micro-plasma source) 또는 다른 형태의 소스를 포함할 수 있다. 증착 헤드를 회전시키는 것에 부가적으로 또는 대안적으로, 증착 헤드를 왕복 운동시키는 것은 가치있는 증착 옵션들(options)을 제공할 수 있다.

Claims (15)

  1. 기판 상에 원자 층을 증착시키는 방법에 있어서,
    상기 기판(substrate)을 향하여, 증착 헤드(deposition head)에 포함된 프리커서 기체 공급부로부터 제공되는 프리커서 기체를 공급하는 단계; 및
    상기 원자 층을 형성하기 위하여 상기 기판의 표면에서 상기 프리커서 기체가 반응하는 단계를 포함하고,
    상기 증착 헤드는 상기 원자 층을 증착시키는 동안 상기 기판을 적어도 부분적으로 향하는 출력 면(output face)을 가지며, 상기 출력 면은 프리커서 기체 공급부를 구비하고 상기 기판의 이동 경로를 정의하는 둥근 형상을 가지며,
    상기 방법은
    상기 프리커서 기체를 공급하는 동안 상기 증착 헤드를 회전시킴으로써 상기 기판을 따라서 상기 프리커서 기체 공급부를 이동시키는 단계; 및
    상기 프리커서 기체 공급부를 한 방향으로 연속적으로 이동시키는 동안 원자 층들의 스택을 증착시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 상에 원자 층을 증착시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 증착 헤드를 포함하는 회전가능한 드럼(drum)의, 적어도 부분적으로 둥근, 원주를 따라서 상기 기판을 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 상에 원자 층을 증착시키는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 프리커서 기체 공급부는 상기 증착 헤드의 회전 축을 따르는 방향으로 또는 경사진 방향으로 굴곡된 출력 면을 따라서 확장되거나, 또는 상기 프리커서 기체 공급부는 상기 증착 헤드의 회전 축을 따라서 또는 경사져서 긴 형상을 가지며,
    상기 방법은
    회전하는 헤드 운동에 의해 정의되는 축 방향을 가로지르는 방향으로 상기 프리커서 기체 공급부를 이동시키는 단계를 포함하고,
    상기 긴 형상의 길이 방향은 상기 출력 면 상의 나선형 경로를 따라서 선택적으로 확장되는 것을 특징으로 하는 기판 상에 원자 층을 증착시키는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판을 향하여 프리커서 기체를 공급하는 단계 이후에 또는 동시에 상기 프리커서 기체 공급부를 따라서 상기 기판을 이동시키는 단계를 포함하고,
    상기 프리커서 기체 공급부를 따라서 상기 기판을 이동시키는 단계는
    상기 증착 헤드의 출력 면 주위를, 1회전 이상 또는 이하, 상기 기판을 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 상에 원자 층을 증착시키는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프리커서 기체 공급부를 따라서 상기 기판을 이동시키는 단계는
    상기 증착 헤드 주위의 나선형 경로를 따라서 상기 기판을 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 상에 원자 층을 증착시키는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판 및 상기 증착 헤드를 분리시키는 기체 베어링 층을 형성하기 위하여, 상기 기판 및 상기 증착 헤드 사이에 베어링 기체를 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 상에 원자 층을 증착시키는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기체 베어링 층을 형성하기 위하여, 상기 증착 헤드의 베어링 기체 공급부로부터 제공되는 베어링 기체를 상기 기판을 향하여 공급하는 단계를 포함하고,
    상기 증착 헤드에 의해 정의되며 상기 기판을 향하는 공동(cavity)에서, 상기 프리커서 기체 공급부에 의해 프리커서 기체를 공급하는 단계; 및
    상기 프리커서 기체가 상기 공동으로부터 누출되는 것을 방지하기 위하여, 상기 증착 헤드의 프리커서 기체 배출부에 의해 상기 공동으로부터 상기 프리커서 기체를 배출하는 단계를 더 포함하고,
    상기 방법은
    상기 공동으로부터 떨어져서 상기 베어링 기체 공급부에 의해 베어링 기체를 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 상에 원자 층을 증착시키는 방법.
  8. 기판 상에 원자 층을 증착시키는 장치에 있어서,
    상기 기판을 적어도 부분적으로 향하고 상기 기판을 향하여 프리커서 기체를 공급하기 위하여 프리커서 기체 공급부를 구비하는 출력 면(output face)을 갖는 증착 헤드(deposition head); -상기 출력 면은 상기 기판의 이동 경로를 정의하는 둥근 형상을 가짐-
    상기 증착 헤드를 회전가능하게 마운팅하기 위한 마운트(mount); 및
    상기 기판을 따라서 상기 프리커서 기체 공급부를 이동시키기 위하여, 상기 증착 헤드를 회전시키는 구동부(driver)를 포함하고,
    상기 증착 헤드는 상기 공급된 프리커서 기체가 상기 기판의 표면에서 반응하여 원자 층을 형성하도록 구현되며,
    상기 장치는 상기 프리커서 기체 공급부를 한 방향으로 연속적으로 이동시키는 동안 원자 층들의 스택을 증착하도록 구현되는 것을 특징으로 하는 기판 상에 원자 층을 증착시키는 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 증착 헤드를 포함하는 드럼(drum)을 포함하고,
    상기 마운트는 상기 증착 헤드를 포함하는 드럼을 회전가능하게 마운팅하며,
    상기 장치는 상기 회전가능한 드럼의, 적어도 부분적으로 둥근, 원주를 따라서 상기 기판을 이동시키도록 구현되는 것을 특징으로 하는 기판 상에 원자 층을 증착시키는 장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 프리커서 기체 공급부는 상기 증착 헤드의 회전 축을 따르는 방향으로 또는 경사진 방향으로 굴곡된 출력 면을 따라서 확장되거나, 또는 상기 프리커서 기체 공급부는 상기 증착 헤드의 회전 축을 따라서 또는 경사져서 긴 형상을 가지며,
    상기 장치는 회전하는 헤드 운동에 의해 정의되는 축 방향을 가로지르는 방향으로 상기 프리커서 기체 공급부를 이동시키도록 구현되며,
    상기 긴 형상의 길이 방향은 상기 출력 면 상의 나선형 경로를 따라서 선택적으로 확장되는 것을 특징으로 하는 기판 상에 원자 층을 증착시키는 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 마운트는 기체 공급부 및/또는 배출부 구조체 및 상기 증착 헤드 사이의 기체 연결부의 엔클로저(enclosure)의 일부를 형성하는 마운트 기체 베어링(mount gas bearing)을 구비하고,
    상기 마운트 기체 베어링의 압력은 상기 기체 연결부에서 기체가 누출되는 것을 방지하도록 구현되는 것을 특징으로 하는 기판 상에 원자 층을 증착시키는 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 기판을 향하여 상기 프리커서 기체를 공급한 이후에 또는 동시에 상기 프리커서 기체 공급부를 따라서 상기 기판을 전송시키는 전송부(transporter)를 포함하고,
    상기 기판은 상기 증착 헤드의 출력 면 주위에, 1회전 이상 또는 이하, 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 상에 원자 층을 증착시키는 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 증착 헤드 주위의 나선형 경로를 따라서 상기 기판을 가이드하기 위하여, 상기 증착 헤드의 회전 축에 대해 경사진 길이 축을 갖는 가이드(guide)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 상에 원자 층을 증착시키는 장치.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 기판 및 상기 증착 헤드를 분리시키는 기체 베어링 층을 형성하기 위하여, 상기 기판 및 상기 증착 헤드 사이에 베어링 기체를 공급하는 베어링 기체 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 상에 원자 층을 증착시키는 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 증착 헤드는 상기 기판을 향하는 공동(cavity)을 구비하며,
    상기 프리커서 기체 공급부는, 상기 기판을 향하여 상기 공동에서 프리커서 기체를 공급하기 위하여, 상기 공동에 위치하며,
    상기 증착 헤드는,
    상기 프리커서 기체가 상기 공동으로부터 누출되는 것을 방지하기 위하여, 상기 공동에서 상기 프리커서 기체를 배출시키기 위해 상기 공동에 위치하는 프리커서 기체 배출부; 및
    상기 공동으로부터 떨어져서 베어링 기체를 공급하기 위하여 상기 공동으로부터 떨어져 위치하는 베어링 기체 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 상에 원자 층을 증착시키는 장치.
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