KR20080027009A - 원자층 증착 장치 및 그를 이용한 다층막 증착 방법 - Google Patents

원자층 증착 장치 및 그를 이용한 다층막 증착 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 다층막 형성용 원자층 증착 장치 및 기체 공급 방법에 의하면, 복수의 기판 위에 복수의 박막이 순차적으로 수회 중첩된 다층막을 빠른 시간에 형성할 수 있으며, 본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 제어 시스템에 의하면, 증착 장치 내의 각 반응실 영역에는 모두 한 종류의 반응 기체와 퍼지 기체만 공급되기 때문에 각기 다른 다층막을 복수의 기판 위에 동시에 증착하면서도 각 반응실 내에서는 서로 다른 반응 기체가 만나지 않기 때문에, 원하지 않는 반응 기체 사이의 상호 작용에 따른 입자 발생이나 결함 등을 방지할 수 있다.
원자층 증착 장치, 다층막, 반응 기체, 퍼지 기체, 복수의 반응실, 복수의 기판

Description

원자층 증착 장치 및 그를 이용한 다층막 증착 방법{Atomic layer deposition apparatus and method for depositing laminated films using the same}
도 1은 브랙 반사층의 한 예이다.
도 2a는 본 발명의 한 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 블럭도이다.
도 2b는 본 발명의 한 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 반응기의 한 예이다.
도 3a는 본 발명의 한 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 제어 시스템의 기체 공급 주기의 한 예이다.
도 3b 은 본 발명의 한 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 제어 시스템의 기체 공급 주기의 다른 한 예이다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 내부가 4 구역으로 나뉜 반응기에서 다층막을 형성하기 위한 기체 공급 방법의 한 예를 나타낸다.
도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 내부가 4 구역으로 나뉜 반응기에서 다층막을 형성하기 위한 기체 공급 방법의 한 예를 나타낸다.
도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 내부가 4 구역으로 나뉜 반응기에서 반응기 전체를 퍼지하기 위한 기체 공급 방법을 나타낸다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 내부가 4 구역으로 나뉜 반응기에서 Al2O3를 형성하기 위한 기체 공급 방법의 한 예를 나타낸다.
도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 내부가 4 구역으로 나뉜 반응기에서 HfO2를 형성하기 위한 기체 공급 방법의 한 예를 나타낸다.
도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 내부가 4 구역으로 나뉜 반응기 전체를 퍼지하기 위한 기체 공급 방법을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 HfO2/Al2O3/HfO2의 3층막을 형성하는 절차를 나타낸 흐름도이다.
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 내부가 4 구역으로 나뉜 반응기에서 Al2O3를 형성하기 위한 기체 공급 방법의 한 예를 나타낸다.
도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 내부가 4 구역으로 나뉜 반응기에서 W를 형성하기 위한 기체 공급 방법의 한 예를 나타낸다.
도 7c는 본 발명의 실시예에 따른 내부가 4 구역으로 나뉜 반응기 전체를 퍼지하기 위한 기체 공급 방법을 도시한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 Al2O3/W 층으로 이루어진 브랙 반사층을 형성하는 절차를 나타낸 흐름도이다.
도 9a는 본 발명의 실시예에 따른 내부가 6 구역으로 나뉜 반응기에서 물질 AB의 층을 형성하기 위한 기체 공급 방법의 한 예를 나타낸다.
도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 내부가 6 구역으로 나뉜 반응기에서 물질 CD의 층을 형성하기 위한 기체 공급 방법의 한 예를 나타낸다.
도 9c는 본 발명의 실시예에 따른 내부가 6 구역으로 나뉜 반응기에서 물질 EF의 층을 형성하기 위한 기체 공급 방법의 한 예를 도시한다.
도 9d는 본 발명의 실시예에 따른 내부가 6 구역으로 나뉜 반응기 전체를 퍼지하기 위한 기체 공급 방법을 나타낸다.
본 발명은 원자층 증착 장치를 이용한 다층막 형성 방법에 관한 것이다.
원자층 증착법은 기판 위에 두 가지 이상의 반응 원료 기체를 순차적으로 불연속하게 공급하여 기판 위에서 반응하게 함으로써 원자층 단위로 박막을 성장시키는데, 원하는 두께의 박막이 증착될 때까지 이러한 원료 기체 공급 주기를 반복하여 원하는 두께의 박막을 형성할 수 있다. 예를 들어, AB 물질의 박막을 형성한다면 제 1 원료 기체(A) 공급, 불활성 퍼지 기체 공급, 제 2 원료 기체(B) 공급, 그리고 불활성 퍼지 기체 공급의 4 단계로 이루어진 원료 기체 공급 주기를 반복한다. 하나의 원료 기체를 공급한 후에 반응기 내부를 불활성 기체로 퍼지하고 다음 원료 기체를 공급함으로써, 원료 기체들이 기체 상태에서 만나지 않고 표면 반응을 통해서만 박막이 형성되어 기판의 요철에 관계없이 기판의 표면에 균일한 두께의 막을 형성할 수 있다. 또한, 원료 기체 공급 주기를 반복하는 회수를 조절하여 박 막의 두께를 정밀하게 제어할 수 있다. 플라즈마 등을 이용하여 활성화한 원료 기체를 사용하는 원자층 증착 방법도 알려져 있다. 예를 들어트리메틸알루미늄(trimethylaluminum, TMA)과 오존 (O3) 기체를 순차적으로 반복 공급하여 산화알루미늄(Al2O3) 막을 형성하는 방법 이외에 트리메틸알루미늄(trimethylaluminum, TMA)과 플라즈마로 활성화한 산소(O2) 기체를 순차적으로 반복 공급하여 산화알루미늄(Al2O3) 막을 형성하는 방법도 알려져 있다.
원자층 증착법을 한 가지 물질의 층뿐만이 아니라 두 가지 이상의 물질이 겹쳐진 다층 막을 형성하는 데에 이용할 수도 있다. 반도체 소자나 광학 소자 등에 얇은 층이 차례로 겹친 다층막이 이용된다. 예를 들어 산화알루미늄(Al2O3)층과 산화하프늄(HfO2)층이 적층된 Al2O3/HfO2/Al2O3의 3층막이나, HfO2/Al2O3/HfO2의 3층막은 디램(DRAM)의 전하 저장막이나 커패시터용 전하 저장막으로 이용될 수 있다.
최근 반도체 소자가 미세화됨에 따라, 파장이 짧은 극자외선(extreme ultraviolet, EUV)을 리소그라피 공정에 이용하려는 연구가 활발하다. 극자외선은 거의 모든 물질에 흡수되기 때문에 극자외선 리소그라피 장비는 빛을 굴절시키는 렌즈 대신 빛을 반사하는 거울을 이용한 마스크를 사용한다. 극자외선 마스크는 밀도가 크게 다른 두 물질의 층을 수십 회 교대로 형성한 브랙 반사층(Bragg reflector) 위에 극자외선을 흡수하는 물질의 패턴을 형성한 것이다. 도 1은 극자외선 마스크의 한 예를 도시한다. 도 1을 참고하면, 극자외선 마스크는 기판(112) 위에 Si 박막층(104)과 Mo 박막층(102)이 수십 회 겹쳐져 다층막을 이루어 형성된다. 이뿐만 아니라, 예를 들어 Al2O3 층과 텅스텐(W) 층이 교대로 반복하여 증착되어 형성된 다층막처럼 밀도가 매우 다른 두 물질의 층이 켜켜이 쌓인 다층막은 극자외선 마스크로 이용될 수 있다. 40nm 이하의 패턴을 형성하기 위하여 파장이 1~40nm인 극자외선을 이용한 연구를 하고 있고, 여기에 이용되는 반복되는 단위 층의 두께가 6nm이라면 다층막의 전체 두께는 240~360nm에 이른다. 브랙 반사층은 극자외선뿐만이 아니라 X선을 반사시키는 거울에도 이용될 수 있다.
원자층 증착법을 이용하면, 형성하는 막의 두께를 정밀하게 제어할 수 있고, 스퍼터링법이나 이온빔 증착법에 비해 입자 발생이 훨씬 적기 때문에 결함이 적은 브랙 반사층을 형성할 수 있다. 원자층 증착법에서는 하나의 원료 기체 공급 주기 당 보통 0.1nm나 그 이하 두께의 막이 형성되기 때문에 두께가 240~360nm인 막을 형성하려면 2400회나 그보다 더 많은 원료 기체 공급 주기를 반복하여야 한다. 따라서, 한 번에 한 장의 기판을 처리하는 매엽식 원자층 증착 장치를 이용할 경우, 한 반응기에서 1시간에 1장의 기판을 처리하기도 어렵기 때문에, 여러 장의 기판을 동시에 처리할 수 있는 배치식 원자층 증착 장치를 이용하는 것이 더 바람직하다.
예를 들어, 전기로형 배치식 원자층 증착 장치가 있다. 전기로형 배치식 원자층 증착 장치는 수십 장의 기판을 전리로 안에 장착하고 반응 원료 기체들을 불연속적으로 순차적으로 전기로 안에 공급하는 원료 기체 공급 주기를 반복하여 수십 장의 기판 위에 박막을 형성하는 것이다. US 7,022,184에서는 이러한 장치의 한 예가 공개되었다. 이러한 전기로는 내부 부피가 크고 기체 흐름이 복잡하기 때문에 반응 원료 기체들을 완전히 퍼지하기가 매우 어렵다. 따라서, 두 가지 물질을 형성하기 위한 반응 원료들이 상호작용하여 입자를 생성하기 쉬운 경우, 하나의 전기로형 배치식 원자층 증착 장치에서 두 가지 물질의 층이 쌓인 다층막을 결함 없이 형성하기는 매우 어렵다. 전기로형 배치식 증착 장치뿐만 아니라 다른 종류의 원자층 증착 반응기에서 반응 원료 기체들이 완전히 퍼지되지 않는다면 같은 이유로 두 가지 물질의 층이 쌓인 다층막을 결함 없이 형성하기 어렵다.
다음으로, 공간 분할형 배치식 원자층 증착 장치가 있다. 배치식 원자층 증착 장치는 서로 다른 기체 분위기로 유지되는, 공간적으로 분할된 칸들에 기판들이 차례로 이동하며 반응 원료 기체들과 퍼지 기체들에 노출되어 기판 위의 표면 반응에 의해 박막을 형성하는 것이다. 미국 특허 번호US 4058430, US 5281274, US 5730802, US 6869641 및 US 6902620, 그리고 미국 특허 공개번호 US 2005/0064298에 이러한 예들이 공개되었다.
그러나 위의 장치와 그 장치를 이용하는 박막 증착 방법은 단일 성분으로 이루어진 단일막을 형성하기 위한 원료 기체 및 퍼지 기체를 공급하는데 이용되는 것으로서, 두 가지나 그 이상의 물질로 이루어진 다층막을 형성할 수 있는 원자층 증착 장치 및 반응 기체 공급방법이 요구되고 있다.
따라서 본 발명의 기술적 과제는 서로 다른 두 가지 이상의 물질층이 겹쳐 쌓인 다층막 형성에 적당한 원자층 증착 장치와 그에 적합한 원료 기체의 공급 방 법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 다층막 형성용 원자층 증착 장치는 복수의 반응실을 포함하는 반응기, 그리고 상기 반응기의 기체 공급을 제어하는 제어 시스템을 포함하고, 상기 복수의 반응실에는 임의의 시간 주기 동안 각기 다른 반응 기체와 불활성 기체 중 하나가 공급되고, 상기 임의의 시간 주기 동안 복수의 기판이 상기 복수의 반응실을 순차적으로 이동한다.
상기 반응기는 제1 내지 제4 반응실을 포함하고, 상기 제어 시스템은 제1 시간 주기 동안, 상기 제1 반응실에 제1 원료 기체를 공급하고, 상기 제2 반응실에 불활성 기체를 공급하고, 상기 제3 반응실에 제2 원료 기체를 공급하고, 상기 제4 반응실에 불활성 기체를 공급하고, 상기 기판은 제1 내지 제4 기판을 포함하고, 상기 제1 내지 제4 기판은 제1 시간 주기 동안, 상기 제1 내지 제4 반응실을 순차적으로 수회 이동할 수 있다.
상기 제어 시스템은 제2 시간 주기 동안, 상기 제1 반응실에 불활성 기체를 공급하고, 상기 제2 반응실에 제3 원료 기체를 공급하고, 상기 제3 반응실에 불활성 기체를 공급하고, 상기 제4 반응실에 제4 원료 기체를 공급하고, 상기 제1 내지 제4 기판은 제2 시간 주기 동안, 상기 제1 내지 제4 반응실을 순차적으로 수회 이동할 수 있다.
상기 원자층 증착 장치는 고주파(radio frequency, RF) 전력을 공급하는 RF 전극 또는 RF 코일 등의 RF 생성부를 더 포함하고, 상기 제어 시스템은 상기 제1 시간 주기와 상기 제2 시간 주기 중 적어도 하나와 동기하여 고주파 전력을 공급하여, 상기 제1 내지 제4 원료 기체 중 적어도 하나를 플라즈마로 활성화하여 공급할 수 있다.
상기 제1 시간 주기와 상기 제2 시간 주기 사이에 제3 시간 주기를 더 포함하고, 상기 제어 시스템은 상기 제3 시간 주기 동안, 상기 제1 내지 제4 반응실에 불활성 기체를 공급할 수 있다.
상기 제 2 시간 주기 이후에 상기 제 1 시간 주기가 시간적으로 뒤따르는 경우, 상기 제 2 시간 주기와 상기 제 1 시간 주기 사이에 제 4 시간 주기를 더 포함하고, 상기 제어 시스템은 상기 제 4 시간 주기 동안, 상기 제 1 내지 제 4 반응실에 불활성 기체를 공급할 수 있다.
상기 반응기는 제1 내지 제6 반응실을 포함하고, 상기 제어 시스템은 제1 시간 주기 동안, 상기 제1 반응실에 제1 원료 기체를 공급하고, 상기 제2 반응실 및 제3 반응실에 불활성 기체를 공급하고, 상기 제4 반응실에 제2 원료 기체를 공급하고, 상기 제5 반응실 및 제6 반응실에 불활성 기체를 공급하고, 상기 복수의 기판은 제1 내지 제6 기판을 포함하고, 상기 제1 내지 제6 기판은 상기 제1 시간 주기 동안, 상기 제1 내지 제6 반응실을 순차적으로 수회 이동할 수 있다.
상기 제어 시스템은 제2 시간 주기 동안, 상기 제1 반응실에 불활성 기체를 공급하고, 상기 제2 반응실에 제3 원료 기체를 공급하고, 상기 제3 반응실 및 상기 제4 반응실에 불활성 기체를 공급하고, 상기 제5 반응실에 제4 원료 기체를 공급하고, 상기 제6 반응실에 불활성 기체를 공급하고, 상기 제1 내지 제6 기판은 상기 제2 시간 주기 동안, 상기 제1 내지 제6 반응실을 순차적으로 수회 이동할 수 있다.
상기 제어 시스템은 제3 시간 주기 동안, 상기 제1 반응실 및 상기 제2 반응실에 불활성 기체를 공급하고, 상기 제3 반응실에 제5 원료 기체를 공급하고, 상기 제4 반응실 및 상기 제5 반응실에 불활성 기체를 공급하고, 상기 제6 반응실에 제6 원료 기체를 공급하고, 상기 제1 내지 제6 기판은 상기 제3 시간 주기 동안, 상기 제1 내지 제6 반응실을 순차적으로 수회 이동할 수 있다.
상기 원자층 증착 장치는 고주파 전력을 공급하는 RF 전극 또는 RF 코일 등의 RF 생성부를 더 포함하고, 상기 제어 시스템은 상기 제1 시간 주기 내지 상기 제3 시간 주기 중 적어도 하나와 동기하여 고주파 전력을 공급하여, 상기 제1 내지 제6 원료 기체 중 적어도 하나를 플라즈마로 활성화하여 공급할 수 있다.
상기 제1 시간 주기와 상기 제2 시간 주기 사이에 제4 시간 주기를 더 포함하고, 상기 제어 시스템은 상기 제4 시간 주기 동안, 상기 제1 내지 제6 반응실에 불활성 기체를 공급할 수 있다.
상기 제2 시간 주기와 상기 제3 시간 주기 사이에 제5 시간 주기를 더 포함하고, 상기 제어 시스템은 상기 제5 시간 주기 동안, 상기 제1 내지 제6 반응실에 불활성 기체를 공급할 수 있다.
상기 제 3 시간 주기 이후에 상기 제 1 시간 주기가 시간적으로 뒤따르는 경우, 상기 제 3 시간 주기와 상기 제 1 시간 주기 사이에 제 6 시간 주기를 더 포함하고, 상기 제어 시스템은 상기 제 6 시간 주기 동안, 상기 제 1 내지 제 6 반응실 에 불활성 기체를 공급할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 복수의 반응실을 포함하는 반응기와 상기 반응기의 기체 공급을 제어하는 제어 시스템을 포함하는 원자층 증착 장치의 기체 공급 방법에 있어서, 상기 반응기는 제1 내지 제4 반응실을 포함하고, 제1 시간 주기 동안, 상기 제1 반응실에 제1 원료 기체를 공급하고, 상기 제2 반응실에 불활성 기체를 공급하고, 상기 제3 반응실에 제2 원료 기체를 공급하고, 상기 제4 반응실에 불활성 기체를 공급할 수 있다.
상기 제1 시간 주기 동안, 제1 내지 제4 기판은 상기 제1 내지 제4 반응실을 순차적으로 수회 이동할 수 있다.
제2 시간 주기 동안, 상기 제1 반응실에 불활성 기체를 공급하고, 상기 제2 반응실에 제3 원료 기체를 공급하고, 상기 제3 반응실에 불활성 기체를 공급하고, 상기 제4 반응실에 제4 원료 기체를 공급할 수 있다.
제2 시간 주기 동안, 제1 내지 제4 기판은 상기 제1 내지 제4 반응실을 순차적으로 수회 이동할 수 있다.
상기 제 1 내지 제 4 원료 기체 중 일부는 플라즈마 등으로 활성화한 상태로 공급할 수도 있다.
상기 제1 시간 주기와 상기 제2 시간 주기 사이에 제3 시간 주기를 더 포함하고, 상기 제어 시스템은 상기 제3 시간 주기 동안, 상기 제1 내지 제4 반응실에 불활성 기체를 공급할 수 있다.
상기 제 2 시간 주기 이후에 상기 제 1 시간 주기가 시간적으로 뒤따르는 경 우, 상기 제 2 시간 주기와 상기 제 1 시간 주기 사이에 제 4 시간 주기를 더 포함하고, 상기 제어 시스템은 상기 제 4 시간 주기 동안, 상기 제 1 내지 제 4 반응실에 불활성 기체를 공급할 수 있다.
본 발명의 다른 한 실시예에 따른 복수의 반응실을 포함하는 반응기와 상기 반응기의 기체 공급을 제어하는 제어 시스템을 포함하는 원자층 증착 장치의 기체 공급 방법에 있어서, 상기 반응기는 제1 내지 제6 반응실을 포함하고, 제1 시간 주기 동안, 상기 제1 반응실에 제1 원료 기체를 공급하고, 상기 제2 반응실 및 제3 반응실에 불활성 기체를 공급하고, 상기 제4 반응실에 제2 원료 기체를 공급하고, 상기 제5 반응실 및 제6 반응실에 불활성 기체를 공급한다.
상기 제1 시간 주기 동안, 제1 내지 제6 기판은 상기 제1 내지 제6 반응실을 순차적으로 수회 이동할 수 있다.
제2 시간 주기 동안, 상기 제1 반응실에 불활성 기체를 공급하고, 상기 제2 반응실에 제3 원료 기체를 공급하고, 상기 제3 반응실 및 상기 제4 반응실에 불활성 기체를 공급하고, 상기 제5 반응실에 제4 원료 기체를 공급하고, 상기 제6 반응실에 불활성 기체를 공급할 수 있다.
상기 제2 시간 주기 동안, 제1 내지 제6 기판은 상기 제1 내지 제6 반응실을 순차적으로 수회 이동할 수 있다.
제3 시간 주기 동안, 상기 제1 반응실 및 상기 제2 반응실에 불활성 기체를 공급하고, 상기 제3 반응실에 제5 원료 기체를 공급하고, 상기 제4 반응실 및 상기 제5 반응실에 불활성 기체를 공급하고, 상기 제6 반응실에 제6 원료 기체를 공급할 수 있다.
상기 제3 시간 주기 동안, 제1 내지 제6 기판은 상기 제1 내지 제6 반응실을 순차적으로 수회 이동할 수 있다.
상기 제 1 내지 제 6 원료 기체 중 일부는 플라즈마 등으로 활성화한 상태로 공급할 수도 있다.
상기 제1 시간 주기와 상기 제2 시간 주기 사이에 제4 시간 주기를 더 포함하고,
상기 제4 시간 주기 동안, 상기 제1 내지 제6 반응실에 불활성 기체를 공급할 수 있다.
상기 제2 시간 주기와 상기 제3 시간 주기 사이에 제5 시간 주기를 더 포함하고, 상기 제5 시간 주기 동안, 상기 제1 내지 제6 반응실에 불활성 기체를 공급할 수 있다.
상기 제 3 시간 주기 이후에 상기 제 1 시간 주기가 시간적으로 뒤따르는 경우, 상기 제 3 시간 주기와 상기 제 1 시간 주기 사이에 제 6 시간 주기를 더 포함하고, 상기 제 6 시간 주기 동안, 상기 제 1 내지 제 6 반응실에 불활성 기체를 공급할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착 장치에 대하여 도 2a 및 도 2b를 참고로 설명한다. 도 2a는 본 발명의 한 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 블록도이고, 도 2b는 본 발명의 한 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 반응기의 한 예이다.
도 2a를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착 장치는 원자층 증착기 (100)와 원자층 증착기에 공급되는 반응 기체의 공급 주기를 제어하는 제어 시스템(200)을 포함한다.
도 2b를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착기의 반응기 내부는 4개의 반응실(160, 170, 180, 190)로 분할되어 있다. 따라서, 도 2b에 도시한 원자층 증착 장치를 이용하면, 4장의 기판을 한꺼번에 처리할 수 있다. 이때, 각 반응실에 장착되어 있는 4장의 기판은 분할된 반응기의 4 반응실을 차례로 거치고, 이러한 과정이 반복된다. 도 2b에서는 내부가 4개의 반응실로 분할되어 있는 반응 기를 도시하였지만, 이외에도 복수 개로 분할된 반응기를 포함하여, 복수의 기판을 동시에 처리할 수 있는 장치는 모두 적용될 수 있다.
도시하지는 않았지만 본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 반응기의 각 반응실은 별도의 배기구를 구비할 수 있다. 각 반응실의 배기부가 완전히 독입적이면 반응 원료 기체들이 재기부에서 만나서 생길 수 있는 입자 등의 문제를 피할 수 있다. 그러나 배기부를 공유하여 장비의 비용을 낮추는 경우에도 반응 원료 기체들의 상호작용 때문에 문제가 생기는 것을 막을 수 있도록 배기부를 구성할 수 있다. 예를 들어 4개의 반응실이 공통된 하나의 배기부를 통해 진공 펌프에 연결되는 대신 2개의 반응실마다 하나씩, 전체 2개의 배기부를 통해 진공 펌프에 연결되게 할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 각 반응실과 배기부를 공유하는 경우에도 배기부가 합쳐지는 부분은 반응기에서 충분히 멀게 하여 배기부가 반응기 안의 기체 분위기에 영향을 주지 않도록 한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 반응기의 분할된 각 반응실에 공급된 기체가 섞이는 것을 막기 위해 불활성 기체를 흘리는 기체 커튼을 사용할 수 있다.
반응기의 복수의 반응실(160, 170, 180, 190)에 공급되는 기체의 종류 및 공급 주기는 도 2a의 제어 시스템(200)에 의하여 제어된다. 제어 시스템(200)은 컴퓨터 프로그램을 포함하는 컴퓨터일 수 있다. 제어 시스템(200)에 의하여 기체 공급 명령이 전해지면(a), 이에 의하여 반응기의 각 반응실에 소정의 시간 주기 동안 소정의 기체가 공급되고, 기체 공급이 완료되면(b), 제어 시스템(200)은 이에 응답하여 다음 시간 주기에 따른 소정의 기체 공급 명령을 발송(a)한다. 이때, 기체 공급 주기에 따라 각 반응실 별로 소정의 기체가 공급됨과 동시에, 기판은 기체 공급의 한 주기 동안 분할된 반응기의 반응실을 차례로 수십 회 이동하게 된다. 이러한 기체 공급 시간 주기는 원하는 박막이 소정 두께로 증착될 수 있도록 정해진다. 원하는 두께의 박막이 증착될 때까지 이러한 단계를 반복한다.
그러면 도 3a 및 도 3b를 참고하여, 본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 제어 시스템(200)에 의한 반응실(100)의 복수의 반응실(160, 170, 180, 190)에 기체를 공급에 대하여 상세하게 설명한다. 도 3a는 본 발명의 한 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 제어 시스템의 기체 공급 주기의 한 예이고, 도 3b 은 본 발명의 한 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 제어 시스템의 기체 공급 주기의 다른 한 예이다.
도 3a는 반응기가 4 개의 반응실로 분리되어 4개의 기판을 한꺼번에 처리할 수 있는 원자층 증착 장치의 기체 공급 주기를 나타낸다. 도 3a를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 제어 시스템(200)은 제1 시간(t1) 동안 제 1 반응실에는 제 1 반응 기체(A)가 공급되고, 제 2 반응실에는 퍼지 기체(P)가 공급되고, 제 3 반응실에는 제 2 반응 기체(B)가 공급되고, 그리고 제 4 반응실에는 퍼지 기체(P)가 공급되도록 제어한다. 이때, 기판은 제1 시간(t1) 동안 제1 내지 제 4 반응실을 순차적으로 수회 이동한다. 따라서, 제1 시간(t1) 동안 각 반응실을 수회 이동한 복수의, 예를 들어 4개의 기판은 제 1 반응 기체(A), 퍼지 기체(P), 제 2 반응 기체(B), 그리고, 퍼지 기체(P)에 순차적으로 노출되므로 기판 표면에는 원자층 증착법에 의한 제1 박막(AB)이 증착된다. 원자층 증착 장치의 제어 시스템(200)은 원하는 두께의 제1 박막(AB)이 복수의 기판에 증착되었다고 판단하면, 제2 시간(t2) 동안 제1 내지 제 4 반응실에 모두 퍼지 기체(P)가 공급되도록 제어한다. 이처럼 반응기의 모든 영역에 불활성 퍼지 기체를 공급함으로써, 제 1 반응실 내에 공급되었던 제 1 반응 기체(A)와 제 3 반응실 내에 공급되었던 제 2 반응 기체(B)가 인접한 제2 및 제 4 반응실에 유입되는 것을 방지할 수 있다. 퍼지 기체(P)가 공급되는 제2 시간(t2) 주기는 제 1 시간 (t1) 주기에 비해 훨씬 짧고 생략될 수도 있다.
다음으로, 도 3a에 도시한 바와 같이, 제어 시스템(200)은 제3 시간(t3) 동안, 제 1 반응실에는 퍼지 기체(P)가 공급되고, 제 2 반응실에는 제 3 반응 기체(C)가 공급되고, 제 3 반응실에는 퍼지 기체(P)가 공급되고, 그리고 제 4 반응실에는 제 4 반응 기체(D)가 공급되도록 제어한다. 이때도 역시, 기판은 제3 시 간(t3) 동안 제1 내지 제 4 반응실을 순차적으로 수회 이동한다. 따라서, 제3 시간(t3) 동안 각 반응실을 수회 이동한 복수의 기판은 퍼지 기체(P), 제 3 반응 기체(C), 퍼지 기체(P), 그리고 제 4 반응 기체(D)에 순차적으로 노출되므로 기판 표면에는 원자층 증착법에 의하여 제2 박막(CD)이 증착된다. 그 후, 제4 시간 간격(t4) 동안 제1 내지 제 4 반응실에 모두 퍼지 기체(P)가 공급되도록 제어한다.
이처럼, 제1 내지 제4 시간(t1 내지t4) 주기를 한번 반복하면 복수의 기판 위에 각각 제1 박막 및 제2 박막이 순차적으로 증착된다. 이러한 시간 주기를 반복하면, 복수의 기판 위에 제1 박막 및 제2 박막이 순차적으로 수회 중첩된 다층막이 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착 장치는 고주파 전력을 공급하기 위한 RF 전극 또는 RF 코일 등의 RF 생성부와 같은 기체 활성화 장치를 포함할 수 있으며, 도 3a에 도시한 원자층 증착 장치의 기체 공급 주기(t1과 t3) 중 적어도 한 주기 동안 기체 공급과 동시에 원자층 증착 장치의 반응실에 고주파 전력을 공급함으로써, 제1 반응기체 내지 제4 반응 기체(A, B, C, D) 중 적어도 하나는 플라즈마로 활성화된 상태로 공급할 수도 있다. 본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 제어 시스템(200)은 필요에 따라, 공급하는 반응 기체를 플라즈마로 활성화하는 것을 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 제어 시스템(200)은 다층막의 두께 및 박막의 중첩 회수에 따라 기체 공급 주기뿐만 아니라 기체 공급 주기의 반복 회수를 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 제어 시스템(200)에 따르면, 각 반응실 영역에는 모두 한 종류의 반응 기체와 퍼지 기체만 공급되기 때문에 각기 다른 다층막을 복수의 기판 위에 동시에 증착하면서도 각 반응실 내에서는 서로 다른 반응 기체가 만나지 않는다. 예를 들어 제 1 반응실에는 제 1 반응 기체(A) 또는 퍼지 기체(P)만이 공급된다. 또한, 제 2 반응실에는 제 3 반응 기체(C) 또는 퍼지 기체(P)만이 공급된다. 이처럼 각 반응실에 서로 반응하지 않는 기체들이 공급되기 때문에, 반응 기체 사이의 상호 작용에 따른 입자 발생이나 결함 등을 방지할 수 있다.
도 3a에서는 모든 시간 주기, 제1 내지 제4 시간(t1, t2, t3, t4) 간격이 모두 동일하게 도시되었지만, 각 시간 간격은 모두 다를 수 있다. 특히 제2 시간 간격(t2) 및 제4 시간 간격(t4)은 다른 시간 간격에 비하여 짧을 수 있으며, 생략될 수도 있다. 또한, 앞서 설명한 바와 같이, 반응 기체를 공급하는 제1 시간 간격(t1) 및 제3 시간 간격(t3)은 원하는 제1 박막의 두께 및 제2 박막의 두께에 따라 제어 시스템(200)에서 임의로 정할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 제어 시스템에 의하여 제1 및 제2 박막의 두께 및 이 두 박막의 반복 회수도 함께 설정할 수 있다.
그러면, 도 3b를 참고로 하여, 본 발명의 실시예에 따른 제1 내지 제3 박막을 포함하는 다층막 증착을 위한 기체 공급 제어 시스템(200)에 대하여 설명한다.
도 3b는 반응기가 6개의 반응기로 분리되어 6개의 기판을 한꺼번에 처리할 수 있는 원자층 증착 장치의 기체 공급 주기를 나타낸다.
도 3b를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 제어 시스템(200)은 제1 시간(t1) 동안 제 1 반응실에는 제 1 반응 기체(A)가 공급되고, 제 2 반응실 및 제 3 반응실에는 퍼지 기체(P)가 공급되고, 제 4 반응실에는 제 2 반응 기체(B)가 공급되고, 그리고 제 5 및 제 6 반응실에는 퍼지 기체(P)가 공급되도록 제어한다. 이때, 기판은 제1 시간(t1) 동안 제1 내지 제 6 반응실을 순차적으로 수회 이동한다. 따라서, 제1 시간(t1) 동안 각 반응실을 수회 이동한 6개의 기판은 제 1 반응 기체(A), 퍼지 기체(P), 퍼지 기체(P), 제 2 반응 기체(B), 퍼지 기체(P), 그리고 퍼지 기체(P)에 순차적으로 노출되므로 기판 표면에는 원자층 증착법에 의한 제1 박막(AB)이 증착된다. 원자층 증착 장치의 제어 시스템(200)은 원하는 두께의 제1 박막(AB)이 복수의 기판에 증착되었다고 판단하면, 제2 시간(t2) 동안 제1 내지 제 6 반응실에 모두 퍼지 기체(P)가 공급되도록 제어한다. 이처럼 반응기의 모든 영역에 불활성 퍼지 기체를 공급함으로써, 제 1 반응실 내에 공급되었던 제 1 반응 기체(A)와 제 4 반응실 내에 공급되었던 제 2 반응 기체(B)가 인접한 제2 및 제 3 반응실, 그리고 제5 및 제 6 반응실에 유입되는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 도 3b에 도시한 바와 같이, 제어 시스템(200)은 제3 시간(t3) 동안, 제 1 반응실에는 퍼지 기체(P)가 공급되고, 제 2 반응실에는 제 3 반응 기체(C)가 공급되고, 제 3 반응실에는 퍼지 기체(P)가 공급되고, 제 4 반응실에는 퍼지 기체(P)가 공급되고, 제 5 반응실에는 제 4 반응 기체(D)가 공급되고, 그리고 제 6 반응실에는 퍼지 기체(P)가 공급되도록 제어한다. 이때도 역시, 기판은 제3 시간(t3) 동안 제1 내지 제 6 반응실을 순차적으로 수회 이동한다. 따라서, 제3 시간(t3) 동안 각 반응실을 수회 이동한 복수의 기판은 퍼지 기체(P), 제 3 반응 기체(C), 퍼지 기체(P), 퍼지 기체(P), 제 4 반응 기체(D), 그리고 퍼지 기체(P)에 순차적으로 노출되므로 기판 표면에는 원자층 증착법에 의하여 제2 박막(CD)이 증착된다. 그 후, 제4 시간 간격(t4) 동안 제1 내지 제 6 반응실에 모두 퍼지 기체(P)가 공급되도록 제어한다.
다음으로, 제어 시스템(200)은 제5 시간 (t5) 동안, 제1 및 제 2 반응실에는 퍼지 기체(P)가 공급되고, 제 3 반응실에는 제 5 반응 기체(E)가 공급되고, 제4 및 제 5 반응실에는 퍼지 기체(P)가 공급되고, 제 6 반응실에는 제 6 반응 기체(F)가 공급되도록 제어하고, 제6 시간 간격(t6) 동안 제1 내지 제 6 반응실에 모두 퍼지 기체(P)가 공급되도록 제어한다. 따라서, 제5 시간(t5) 동안 각 반응실을 수회 이동한 복수의 기판은 퍼지 기체(P), 퍼지 기체(P), 제 5 반응 기체(E), 퍼지 기체(P), 퍼지 기체(P), 그리고 제 6 반응 기체(F)에 순차적으로 노출되므로 기판 표면에는 원자층 증착법에 의하여 제3 박막(EF)이 증착된다.
이러한 시간 주기(t1 내지 t6)를 반복함으로써, 복수의 기판 위에 동시에 제1 내지 제3 박막이 순차적으로 반복된 다층막이 증착된다. 이때도 역시 각 반응실 영역에는 모두 한 종류의 반응 기체와 퍼지 기체만 공급되기 때문에 각기 다른 다층막을 복수의 기판 위에 동시에 증착하면서도 각 반응실 내에서 원하지 않는 반응 기체 사이의 접촉을 방지할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 제어 시스템(200)은 도 3b 에 도시한 원자층 증착 장치의 기체 공급 주기(t1, t3, t5) 중 적어도 한 주기 동안 기체 공급과 동시에 원자층 증착 장치의 반응실에 고주파 전력을 공급함으로써, 제1 반응기체 내지 제6 반응 기체(A, B, C, D, E, F) 중 적어도 하나는 플라즈마로 활성화된 상태로 공급할 수도 있다. 이처럼 본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 제어 시스템(200)은 필요에 따라, 공급하는 반응 기체를 플라즈마로 활성화하는 것을 제어할 수 있다.
도 3b에서는 모든 시간 주기, 제1 내지 제6 시간(t1, t2, t3, t4, t5, t6) 간격이 모두 동일하게 도시되었지만, 각 시간 간격은 모두 다를 수 있다. 특히 제2 시간 간격(t2), 제4 시간 간격(t4) 및 제 6 시간 간격(t6)은 다른 시간 간격에 비하여 짧을 수 있으며, 생략될 수도 있다. 또한, 앞서 설명한 바와 같이, 반응 기체를 공급하는 제1 시간 간격(t1), 제3 시간 간격(t3) 및 제 5 시간 간격(t5)은 원하는 제1 박막의 두께, 제2 박막의 두께 및 제 3 박막의 두께에 따라 제어 시스템(200)에서 임의로 정할 수 있다.
그러면, 본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착 장치에 의한 다층막 증착법에 대하여 도 4a 내지 도 9c를 참고로 상세하게 설명한다.
먼저, 도 4a에 도시한 바와 같이, 반응실(160)에 제 2 원료 기체(B), 반응실(170)에 불활성 기체(P), 반응실(180)에 제 1 원료 기체(A), 반응실(190)에 불활성 기체(P)를 공급하면 기판의 표면이 이 4개의 반응실을 순차적으로 지나칠 때마다 각각 제 2 원료 기체(B), 불활성 기체(P), 제 1 원료 기체(A), 불활성 기체(P)에 차례차례 노출되므로 기판 표면에서 원자층 증착법으로 제 1 박막(AB)이 형성된 다.
그 후, 도 4b를 참조하면, 반응실(160)에 불활성 기체(P), 반응실(170)에 제 4 원료 기체(D), 반응실(180)에 불활성 기체(P), 반응실(190)에 제 3 원료 기체(C)를 공급하면, 기판의 표면이 이 4개의 반응실을 순차적으로 지나칠 때마다 각각 제 4 원료 기체(D), 불활성 기체(P), 제 3 원료 기체(C), 불활성 기체(P)에 차례차례 노출되므로 기판 표면에서 원자층 증착법으로 제 2 박막(CD)이 형성된다.
한편, 제 1 박막(AB)의 형성을 멈추고 제 2 박막(CD)을 형성하기 위해 각 반응실에 공급되는 기체를 전환할 때 또는 제 2 박막(CD)을 형성한 후 다시 제 1 박막(AB)을 증착할 때, 도 4c에 도시한 바와 같이 반응기의 모든 영역에 불활성 기체를 공급하는 단계를 거쳐서 원료 기체(A, B, C, D)들이 인접한 반응실에 들어가지 않도록 할 수 있다.
이런 방법으로 원료 기체를 공급하여 제 1 물질(AB)과 제 2 물질(CD)의 층들을 형성하면 반응기 안의 모든 반응실은 불활성 기체 또는 한 가지 반응 원료 기체에만 노출되기 때문에 반응 원료들의 상호작용으로 인해 생기는 입자 발생이나 결함 등의 문제를 피할 수 있다.
이제, Al2O3 층과 HfO2 층의 다층막을 구성하기 위해 트리메틸알루미늄(Al(CH3)3, TMA), 테트라키스에틸메틸아미도하프늄(Hf[N(CH3)(C2H5)]4, TEMAHf), 오존(O3), 아르곤(Ar) 기체를 공급하는 기체 공급 방법에 대하여 도 5a 내지 도 5c를 참고로 설명한다.
복수의 기판에 Al2O3 층을 형성하는 동안은 도 5a에 도시한 바와 같이, 반응실(160)에 오존(O3) 기체, 반응실(170)에 아르곤(Ar) 기체, 반응실(180)에 TMA 기체, 반응실(190)에 Ar 기체를 공급한다. HfO2 층을 형성하는 동안은 도 5b에 보인 것처럼 반응실(160)에 Ar 기체, 반응실(170)에 TEMAHf 기체, 반응실(180)에 Ar 기체, 반응실(190)에 O3 기체를 공급한다. TMA나 TEMAHf는 증기압이 높지 않으므로 보통 운반 기체(carrier gas)에 섞여서 공급한다. O3 기체는 보통 산소(O2) 기체와 섞여 있는 것을 사용한다. 반응기 전체를 퍼지하기 위해서는 도 5c에 보인 것처럼 반응기의 모든 반응실(160, 170, 180, 190)에 Ar 기체를 공급한다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착 장치를 이용하여, 4장의 기판에 HfO2/Al2O3/HfO2의 3층막을 형성하는 절차를 도 6과 함께 도 5a 내지 도 5c를 참고로 설명한다.
도 6을 참고하면, 도 5c에 도시한 바와 같이, 모든 반응실에 모두 불활성 기체인 Ar을 공급한다(S100). Ar 기체 대신 불활성 기체로 N2 기체를 사용할 수도 있다.
반응기에 기판 4장을 장착(S110)하고, 도 5b에 도시한 바와 같은 방법으로 반응 기체들을 공급하면서(S120), 원하는 두께의 HfO2 막이 형성될 때까지 4장의 기판이 차례로 반응실(160, 170, 180, 190)을 거쳐가는 과정을 반복한다(S130). 그 후, 도 5c에 도시한 바와 같이, 모든 반응실에 모두 불활성 기체인 Ar을 공급한 다(S140).
다음으로, 도 5a에 도시한 바와 같은 방법으로 반응 기체들을 공급하면서(S150), 원하는 두께의 Al2O3 막이 형성될 때까지 4장의 기판이 차례로 반응실(160, 170, 180, 190)을 거쳐가는 과정을 반복한다(S160). 그 후 도 5c에 도시한 바와 같이, 모든 반응실에 모두 불활성 기체인 Ar을 공급한다(S170).
다음으로, 다시 도 5b의 방법으로 반응 기체들을 공급하면서(S180), 원하는 두께의 HfO2 막이 형성될 때까지 4장의 기판이 차례로 반응실(160, 170, 180, 190)를 거쳐가는 과정을 반복하고(S190), 도 5c에 도시한 바와 같이, 모든 반응실에 모두 불활성 기체인 Ar을 공급한다(S200).
원하는 HfO2/Al2O3/HfO2의 3층막이 완성되면 반응기에서 4장의 기판을 꺼낸다(S210).
다음으로, Al2O3막과 W막이 순차적으로 적층된 브랙 반사층을 형성하기 위해 TMA, O3, 육플루오르화텅스텐(WF6), 실란(SiH4), Ar 기체를 공급하는 기체 공급 방법을 도 7a, 7b, 7b를 참고로 설명한다.
Al2O3 층을 형성하는 동안은 도 7a에 도시한 바와 같이 반응실(160)에 O3 기체, 반응실(170)에 Ar 기체, 반응실(180)에 TMA 기체, 반응실(190)에 Ar 기체를 공급한다. W 층을 형성하는 동안은 도 7b에 도시한 바와 같이, 반응실(160)에 Ar 기체, 반응실(170)에 WF6 기체, 반응실(180)에 Ar 기체, 반응실(190)에 SiH4 기체를 공급한다. 이때, WF6 기체와 SiH4 기체는 불활성 기체에 묽혀서 사용할 수도 있다. 반응기 전체를 퍼지하기 위해서는 도 7c에 도시한 바와 같이, 반응기의 모든 반응실(160, 170, 180, 190)에 Ar 기체를 공급한다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착 장치를 이용하여, 4장의 기판에 Al2O3/W 층이 수십 회 적층된 브랙 반사층을 형성하는 절차도 8과 함께 도 7a 내지 도 7c를 참고로 설명한다.
도 8을 참고하면, 도 7c에 도시한 바와 같이, 모든 반응실에 모두 불활성 기체인 Ar을 공급하고, 반응기에 기판 4장을 장착한다.
도 7a에 도시한 바와 같은 방법으로 반응 기체들을 공급하며 필요한 두께의Al2O3 막이 형성될 때까지 4장의 기판이 차례로 반응실(160, 170, 180, 190)를 거쳐가는 과정을 반복한다. 그 다음에 도 7b의 방법으로 반응 기체들을 공급하며 필요한 두께의 W 막이 형성될 때까지 4장의 기판이 차례로 반응실(160, 170, 180, 190)를 거쳐가는 과정을 반복한다.
필요한 수만큼 Al2O3/W 층이 반복될 때까지 앞의 과정을 반복한다. 원하는 두께의 Al2O3/W 층을 원하는 회수만큼 반복하여 적층함으로써 브랙 반사층이 완성되면 반응기에서 4장의 기판을 꺼낸다.
본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 제어 시스템에 의한 기체 공급 방법에 의하면, 복수의 기판에 두 가지 물질뿐만이 아니라 세 가지 이상의 물질 층 이 겹친 다층막도 쉽게 형성할 수 있다.
세 가지 다른 물질층(AB, CD, EF)이 순차적으로 반복된 다층막을 형성하기 위하여 내부가 6개의 반응실로 나뉜 반응기에 기체 공급하는 방법에 대하여 도 9a 내지 도 9d를 참고로 설명한다.
앞서 설명한 바와 같이, 반응기 내부의 각 반응실에는 한 가지 반응 원료 기체 또는 불활성 기체를 선택적으로 공급할 수 있다.
즉, 반응실(140)에는 제 2 원료 기체(B)와 불활성 기체 중 하나, 반응실(150)에는 제 4 원료 기체(D)와 불활성 기체 중 하나, 반응실(160)에는 제 6 원료 기체(F)와 불활성 기체 중 하나, 반응실(170)에는 제 1 원료 기체(A)와 불활성 기체 중 하나, 반응실(180)에는 제 3 원료 기체(C)와 불활성 기체 중 하나, 그리고 반응실(190)에는 제 5 원료 기체(E)와 불활성 기체 중 하나를 공급한다.
도 9a에 도시한 바와 같이, 반응실(140)에 제 2 원료 기체(B), 반응실(150)에 불활성 기체(P), 반응실(160)에 불활성 기체(P), 반응실(170)에 제 1 원료 기체(A), 반응실(180)에 불활성 기체(P), 반응실(190)에 불활성 기체(P)를 공급하면, 기판의 표면이 이 6개의 반응실을 순차적으로 지나칠 때마다, 각각 제 2 원료 기체(B), 불활성 기체(P), 불활성 기체(P), 제 1 원료 기체(A), 불활성 기체(P), 불활성 기체(P)에 차례차례 노출되므로 기판 표면에서 원자층 증착법으로 제 1 박막(AB)이 형성된다.
도 9b를 참고하면, 반응실(140)에 불활성 기체(P), 반응실(150)에 제 4 원료 기체(D), 반응실(160)에 불활성 기체(P), 반응실(170)에 불활성 기체(P), 반응 실(180)에 제 3 원료 기체(C), 반응실(190)에 불활성 기체(P)를 공급하면 기판의 표면이 이 6 개의 반응실을 순차적으로 지나칠 때마다, 각각 불활성 기체(P), 제 4 원료 기체(D), 불활성 기체(P), 불활성 기체(P), 제 3 원료 기체(C), 불활성 기체(P)에 차례차례 노출되므로 기판 표면에서 원자층 증착법으로 제 2 박막(CD)이 형성된다.
도 9c에 도시한 바와 같이, 반응실(140)에 불활성 기체(P), 반응실(150)에 불활성 기체(P), 반응실(160)에 제 6 원료 기체(F), 반응실(170)에 불활성 기체(P), 반응실(180)에 불활성 기체(P), 반응실(190)에 제 5 원료 기체(E)를 공급하면 기판의 표면이 이 6 개의 반응실을 순차적으로 지나칠 때마다, 각각 불활성 기체(P), 불활성 기체(P), 제 6 원료 기체(F), 불활성 기체(P), 불활성 기체(P), 제 5 원료 기체(E)에 차례차례 노출되므로 기판 표면에서 원자층 증착법으로 제 3 박막(EF)이 형성된다.
이상의 방법을 조합하여 3가지 박막(AB, CD, EF)이 임의로 적층된 다층막을 형성할 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 자명한 많은 변형이 이루어질 수 있음은 명백하다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 원자층 증착 장치 및 기체 공급 방법에 의하면, 두 가지 이상의 물질 층이 적층된 다층막을 원자층 증착법으로 형 성할 때 반응 원료 기체의 상호 작용으로 입자가 발생하거나 다층막에 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있고 여러 장의 기판을 동시에 처리하므로 장비의 생산성을 높일 수 있다.

Claims (30)

  1. 복수의 반응실을 포함하는 반응기, 그리고
    상기 반응기의 기체 공급을 제어하는 제어 시스템을 포함하고,
    상기 복수의 반응실에는 임의의 시간 주기 동안 각기 다른 반응 기체와 불활성 기체 중 하나가 공급되고, 상기 임의의 시간 주기 동안 복수의 기판이 상기 복수의 반응실을 순차적으로 이동하는 다층막 형성용 원자층 증착 장치.
  2. 제 1항에서,
    상기 반응기는 제1 내지 제4 반응실을 포함하고,
    상기 제어 시스템은 제1 시간 주기 동안, 상기 제1 반응실에 제1 원료 기체를 공급하고, 상기 제2 반응실에 불활성 기체를 공급하고, 상기 제3 반응실에 제2 원료 기체를 공급하고, 상기 제4 반응실에 불활성 기체를 공급하고,
    상기 기판은 제1 내지 제4 기판을 포함하고,
    상기 제1 내지 제4 기판은 제1 시간 주기 동안, 상기 제1 내지 제4 반응실을 순차적으로 수회 이동하는 원자층 증착 장치.
  3. 제 2항에서,
    상기 제어 시스템은 제2 시간 주기 동안, 상기 제1 반응실에 불활성 기체를 공급하고, 상기 제2 반응실에 제3 원료 기체를 공급하고, 상기 제3 반응실에 불활 성 기체를 공급하고, 상기 제4 반응실에 제4 원료 기체를 공급하고,
    상기 제1 내지 제4 기판은 제2 시간 주기 동안, 상기 제1 내지 제4 반응실을 순차적으로 수회 이동하는 원자층 증착 장치.
  4. 제 3항에서,
    상기 제1 시간 주기와 상기 제2 시간 주기 사이에 제3 시간 주기를 더 포함하고,
    상기 제어 시스템은 상기 제3 시간 주기 동안, 상기 제1 내지 제4 반응실에 불활성 기체를 공급하는 원자층 증착 장치.
  5. 제 4항에서,
    상기 제2 시간 주기 이후 상기 제2 시간 주기 전에 제4 시간 주기를 더 포함하고,
    상기 제어 시스템은 상기 제4 시간 주기 동안, 상기 제1 내지 제4 반응실에 불활성 기체를 공급하는 원자층 증착 장치.
  6. 제3항에서,
    상기 원자층 증착 장치 고주파 전력을 공급하는 RF 생성부를 더 포함하고,
    상기 제어 시스템은 상기 제1 시간 주기와 상기 제2 시간 주기 중 적어도 하나와 동기하여 고주파 전력을 공급하여, 상기 제1 내지 제4 원료 기체 중 적어도 하나를 플라즈마로 활성화하여 공급하는 원자층 증착 장치.
  7. 제 1항에서,
    상기 반응기는 제1 내지 제6 반응실을 포함하고,
    상기 제어 시스템은 제1 시간 주기 동안, 상기 제1 반응실에 제1 원료 기체를 공급하고, 상기 제2 반응실 및 제3 반응실에 불활성 기체를 공급하고, 상기 제4 반응실에 제2 원료 기체를 공급하고, 상기 제5 반응실 및 제6 반응실에 불활성 기체를 공급하고,
    상기 복수의 기판은 제1 내지 제6 기판을 포함하고,
    상기 제1 내지 제6 기판은 상기 제1 시간 주기 동안, 상기 제1 내지 제6 반응실을 순차적으로 수회 이동하는 원자층 증착 장치.
  8. 제 7항에서,
    상기 제어 시스템은 제2 시간 주기 동안, 상기 제1 반응실에 불활성 기체를 공급하고, 상기 제2 반응실에 제3 원료 기체를 공급하고, 상기 제3 반응실 및 상기 제4 반응실에 불활성 기체를 공급하고, 상기 제5 반응실에 제4 원료 기체를 공급하고, 상기 제6 반응실에 불활성 기체를 공급하고,
    상기 제1 내지 제6 기판은 상기 제2 시간 주기 동안, 상기 제1 내지 제6 반응실을 순차적으로 수회 이동하는 원자층 증착 장치.
  9. 제 8항에서,
    상기 제어 시스템은 제3 시간 주기 동안, 상기 제1 반응실 및 상기 제2 반응실에 불활성 기체를 공급하고, 상기 제3 반응실에 제5 원료 기체를 공급하고, 상기 제4 반응실 및 상기 제5 반응실에 불활성 기체를 공급하고, 상기 제6 반응실에 제6 원료 기체를 공급하고,
    상기 제1 내지 제6 기판은 상기 제3 시간 주기 동안, 상기 제1 내지 제6 반응실을 순차적으로 수회 이동하는 원자층 증착 장치.
  10. 제 9항에서,
    상기 제1 시간 주기와 상기 제2 시간 주기 사이에 제4 시간 주기를 더 포함하고,
    상기 제어 시스템은 상기 제4 시간 주기 동안, 상기 제1 내지 제6 반응실에 불활성 기체를 공급하는 원자층 증착 장치.
  11. 제 10항에서,
    상기 제2 시간 주기와 상기 제3 시간 주기 사이에 제5 시간 주기를 더 포함하고,
    상기 제어 시스템은 상기 제5 시간 주기 동안, 상기 제1 내지 제6 반응실에 불활성 기체를 공급하는 원자층 증착 장치.
  12. 제 11항에서,
    상기 제3 시간 주기 이후 상기 제1 시간 주기 전에 제6 시간 주기를 더 포함하고,
    상기 제어 시스템은 상기 제6 시간 주기 동안, 상기 제1 내지 제6 반응실에 불활성 기체를 공급하는 원자층 증착 장치.
  13. 제9항에서,
    상기 원자층 증착 장치 고주파 전력을 공급하는 RF 생성부를 더 포함하고,
    상기 제어 시스템은 상기 제1 시간 주기 내지 상기 제3 시간 주기 중 적어도 하나와 동기하여 고주파 전력을 공급하여, 상기 제1 내지 제6 원료 기체 중 적어도 하나를 플라즈마로 활성화하여 공급하는 원자층 증착 장치.
  14. 복수의 반응실을 포함하는 반응기와 상기 반응기의 기체 공급을 제어하는 제어 시스템을 포함하는 원자층 증착 장치의 기체 공급 방법에 있어서,
    상기 반응기는 제1 내지 제4 반응실을 포함하고,
    제1 시간 주기 동안, 상기 제1 반응실에 제1 원료 기체를 공급하고, 상기 제2 반응실에 불활성 기체를 공급하고, 상기 제3 반응실에 제2 원료 기체를 공급하고, 상기 제4 반응실에 불활성 기체를 공급하는 원자층 증착 장치의 기체 공급 방법.
  15. 제14항에서,
    상기 제1 시간 주기 동안, 제1 내지 제4 기판은 상기 제1 내지 제4 반응실을 순차적으로 수회 이동하는 원자층 증착 장치의 기체 공급 방법.
  16. 제 14항에서,
    제2 시간 주기 동안, 상기 제1 반응실에 불활성 기체를 공급하고, 상기 제2 반응실에 제3 원료 기체를 공급하고, 상기 제3 반응실에 불활성 기체를 공급하고, 상기 제4 반응실에 제4 원료 기체를 공급하는 원자층 증착 장치의 기체 공급 방법.
  17. 제16항에서,
    제2 시간 주기 동안, 제1 내지 제4 기판은 상기 제1 내지 제4 반응실을 순차적으로 수회 이동하는 원자층 증착 장치의 기체 공급 방법.
  18. 제16항에서,
    상기 제1 시간 주기 및 상기 제2 시간 주기 중 적어도 하나와 동기하여 고주파 전력을 공급하여, 상기 제1 내지 제4 원료 기체 중 적어도 하나를 플라즈마로 활성화하여 공급하는 원자층 증착 장치의 기체 공급 방법.
  19. 제 16항에서,
    상기 제1 시간 주기와 상기 제2 시간 주기 사이에 제3 시간 주기를 더 포함 하고,
    상기 제어 시스템은 상기 제3 시간 주기 동안, 상기 제1 내지 제4 반응실에 불활성 기체를 공급하는 원자층 증착 장치의 기체 공급 방법.
  20. 제 19항에서,
    상기 제2 시간 주기 이후 상기 제1 시간 주기 전에 제4 시간 주기를 더 포함하고,
    상기 제어 시스템은 상기 제4 시간 주기 동안, 상기 제1 내지 제4 반응실에 불활성 기체를 공급하는 원자층 증착 장치의 기체 공급 방법.
  21. 복수의 반응실을 포함하는 반응기와 상기 반응기의 기체 공급을 제어하는 제어 시스템을 포함하는 원자층 증착 장치의 기체 공급 방법에 있어서,
    상기 반응기는 제1 내지 제6 반응실을 포함하고,
    제1 시간 주기 동안, 상기 제1 반응실에 제1 원료 기체를 공급하고, 상기 제2 반응실 및 제3 반응실에 불활성 기체를 공급하고, 상기 제4 반응실에 제2 원료 기체를 공급하고, 상기 제5 반응실 및 제6 반응실에 불활성 기체를 공급하는 원자층 증착 장치의 기체 공급 방법.
  22. 제21항에서,
    상기 제1 시간 주기 동안, 제1 내지 제6 기판은 상기 제1 내지 제6 반응실을 순차적으로 수회 이동하는 원자층 증착 장치의 기체 공급 방법.
  23. 제 21항에서,
    제2 시간 주기 동안, 상기 제1 반응실에 불활성 기체를 공급하고, 상기 제2 반응실에 제3 원료 기체를 공급하고, 상기 제3 반응실 및 상기 제4 반응실에 불활성 기체를 공급하고, 상기 제5 반응실에 제4 원료 기체를 공급하고, 상기 제6 반응실에 불활성 기체를 공급하는 원자층 증착 장치의 기체 공급 방법.
  24. 제23항에서,
    상기 제2 시간 주기 동안, 제1 내지 제6 기판은 상기 제1 내지 제6 반응실을 순차적으로 수회 이동하는 원자층 증착 장치의 기체 공급 방법.
  25. 제 23항에서,
    제3 시간 주기 동안, 상기 제1 반응실 및 상기 제2 반응실에 불활성 기체를 공급하고, 상기 제3 반응실에 제5 원료 기체를 공급하고, 상기 제4 반응실 및 상기 제5 반응실에 불활성 기체를 공급하고, 상기 제6 반응실에 제6 원료 기체를 공급하는 원자층 증착 장치의 기체 공급 방법.
  26. 제25항에서,
    상기 제3 시간 주기 동안, 제1 내지 제6 기판은 상기 제1 내지 제6 반응실을 순차적으로 수회 이동하는 원자층 증착 장치의 기체 공급 방법.
  27. 제25항에서,
    상기 제1 시간 주기 내지 상기 제3 시간 주기 중 적어도 하나와 동기하여 고주파 전력을 공급하여, 상기 제1 내지 제6 원료 기체 중 적어도 하나를 플라즈마로 활성화하여 공급하는 원자층 증착 장치의 기체 공급 방법.
  28. 제 25항에서,
    상기 제1 시간 주기와 상기 제2 시간 주기 사이에 제4 시간 주기를 더 포함하고,
    상기 제4 시간 주기 동안, 상기 제1 내지 제6 반응실에 불활성 기체를 공급하는 원자층 증착 장치의 기체 공급 방법.
  29. 제 28항에서,
    상기 제2 시간 주기와 상기 제3 시간 주기 사이에 제5 시간 주기를 더 포함하고,
    상기 제5 시간 주기 동안, 상기 제1 내지 제6 반응실에 불활성 기체를 공급하는 원자층 증착 장치의 기체 공급 방법.
  30. 제 29항에서,
    상기 제3 시간 주기 이후 상기 제1 시간 주기 전에 제6 시간 주기를 더 포함하고,
    상기 제6 시간 주기 동안, 상기 제1 내지 제6 반응실에 불활성 기체를 공급하는 원자층 증착 장치의 기체 공급 방법.
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