KR20120051059A - 원자층 증착을 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

전구체 공급 및 전구체 배수가 제공된 증착 공간; 상기 공급 및 배수는 전구체 공급으로부터 증착 공간을 거쳐 전구체 배수로 전구체 가스를 제공하기 위해 배열됨; 증착 공간은 사용시 인젝터 헤드와 기판 표면에 의해 구획됨; 기판 표면과 인젝터 헤드 사이에 베어링 가스를 주입하기 위해 배열된 베어링 가스 인젝터를 포함하는 가스 베얼이, 상기 베어링 가스는 가스-베어링을 형성함;을 포함하는 인젝터 헤드; 기판이 이송되는 이송 평면을 형성하도록 기판의 평면을 따라 인젝터 헤드 및 기판의 상대 움직임을 제공하는 이송 시스템; 및 인젝터 헤드에 대향하게 배열된 지지부; 상기 지지부는 이송 평면 내 인젝터 헤드 가스-베어링의 균형을 잡는 가스 베어링 압력 배열을 제공하도록 제조되어서, 기판은 상기 가스 베어링 압력 배열에 의해 인젝터 헤드와 지지부 사이에서 지지없이 유지됨;을 포함하는 박편으로 된 기판의 표면 상의 원자층 증착 장치.

Description

원자층 증착을 위한 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR ATOMIC LAYER DEPOSITION}
본 발명은 기판의 표면 상의 원자층 증착을 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 기판의 표면 상의 원자층 증착을 위한 방법에 관한 것이다.
원자층 증착은 표적 물질의 단일층의 (반복된) 증착을 위한 방법으로 알려져 있다. 원자층 증착이 적어도 두 개의 공정 단계들을 거친다는 점에서 원자층 증착은 예를 들어 화학적 기체 증착과 다르다. 이러한 공정 단계들 중 첫번째는 기판 표면 상의 전구체 가스의 적용을 포함한다. 이러한 공정 단계들 중 두번째는 표적 물질의 단일층을 형성하기 위해 전구체 물질의 반응을 포함한다. 원자층 증착은 양호한 층 두께 제어를 가능하게 하는 이점을 가진다.
WO2008/085474는 원자층들의 증착을 위한 장치를 개시한다. 상기 장치는 에어 베어링 효과(air bearing effect)를 개시하여서 기판은 인젝터 헤드 위를 떠다닌다. 박편으로 된 기판들을 위해, 그러한 떠다님은 전구체 가스를 사용하는 비효율적인 방법일 수 있고, 오염 위험이 존재하며 층들은 덜 정교하게 증착될 수 있다.
따라서, 전구체 가스의 향상된 사용을 구비한 원자층 증착을 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이 본 발명에 따른 일 목적이고; 기판 지지가 정교하게 제공된다.
일 태양에 따르면, 본 발명은 박편으로 된 기판의 표면 상의 원자층 증착을 위한 장치를 제공하고, 이는 전구체 공급 및 전구체 배수가 제공된 증착 공간을 포함하는 인젝터 헤드; 상기 공급 및 배수는 전구체 공급으로부터 증착 공간을 거쳐 전구체 배수로 전구체 가스를 공급하기 위해 배열됨; 사용 시 인젝터 헤드 및 기판 표면에 의해 구획된 증착 공간; 인젝터 헤드 및 기판 표면 사이에 베어링 가스를 주입하기 위해 배열된, 베어링 가스 인젝터; 베어링 가스는 가스-베어링을 형성함; 및 기판이 운반되는 이송 평면을 형성하도록 기판의 평면을 따라 인젝터 헤드 및 기판의 상대적 움직임을 제공하는 이송 시스템;을 포함한다. 지지부는 인젝터 헤드에 대향하게 배열되고, 지지부는 이송 평면 내 인젝터 헤드 가스-베어링의 균형을 잡는 가스 베어링 압력을 제공하도록 제조되어서, 기판은 인젝터 헤드와 지지부 사이 상기 가스 베어링 압력 배열에 의해 지지되지 않게 유지된다. 증착 공간은 기판 표면에 대해 증착 공간 높이(D2)를 정의할 수 있다. 기판에 대한, 가스 베어링은 증착 공간 높이(D2)보다 작은 간격 거리(D1)를 정의한다.
다른 태양에 따르면, 본 발명은 인젝터 헤드를 포함하는 장치를 이용한 기판의 표면 상의 원자층 증착을 위한 방법을 제공하고, 인젝터 헤드는 베어링 가스 인젝터가 제공된 가스 베얼이 및 전구체 공급이 제공된 증착 공간을 포함하며, 증착 공간은 기판 표면에 대한 증착 공간 높이(D2)를 정의하고; 가스 베어링은, 기판에 대해, 증착 공간 높이(D2)보다 작은 가스 거리(D1)를 정의하며, 상기 방법은 전구체 공급으로부터 기판 표면에 접촉하기 위한 증착 공간 안으로 전구체를 공급하는 단계; 인젝터 헤드와 기판 표면 사이에 베어링 가스를 주입하여서 베어링 가스가 가스-베어링을 형성하는 단계; 기판 표면의 평면 내 깊나 및 증착 공간 사이의 상태 운동을 확립하는 단계; 및 이송 평면 내 인젝터 헤드 가스-베어링의 균형을 잡는 가스 베어링 압력을 제공하여서 기판이 지지부와 인젝터 헤드 사이 상기 가스 베어링 압력 배열에 의해 지지없이 유지되는 단계를 포함한다. 그러한 방법은, 선택적으로, 본 발명에 따른 장치를 이용함으로써 수행될 수 있다.
균형잡힌 에어 베어링 지지에 의해, 박편으로 된 기판은, 기계적으로 기판을 손상시키지 않고서, 이송 평면 내에 유지되도록 제어될 수 있다. 게다가, 에어 베어링들의 이용을 통해, 증착 공간의 독립된 압력 제어가 제공될 수 있어서, 증착 물질들 및 방법들의 수에 대한 선택의 자유를 가능하게 한다.
증착 공간으로의 전구체 가스의 한정은 예를 들어 증착 공간 내 전구체 가스 압력 또는 증착 공간 내 전체 가스와 같은 증착 공간 내 압력 제어를 가능하게 한다. 더욱이 상기 장치는 증착 공간 압력 제어기를 포함할 수 있다. 증착 공간 내 압력은 증착 공간 외부 압력과 독립되고 및/또는 다르도록 제어될 수 있다. 이러한 방법으로, 기설정된 증착 공간 내 압력이 설정될 수 있으며, 바람직하게 원자층 증착 공정을 최적화되도록 될 수 있다.
상기 장치의 사용에서, 증착 공간은 기판 표면에 의해 구획된다. 이러한 방식에서 기판이 전구체 가스를 한정하는 것을 돕는 것이 명백할 수 있다. 기판에 의한 그러한 한정은 기판 표면을 따른 가상 평면을 통한 전구체 가스 흐름이 실질적으로 방지됨을 보증할 수 있다. 그러나, 이는 필수적이지 않고, 충분한 베어링 표면이 베어링 가스 지지를 제공하기 위해 제공될 수 있는 한, 다양한 범위로 뚫린 지지 기판들에 가능할 수 있다.
기판 표면의 평면 내 기판 및 증착 공간 사이의 상대적 움직임의 조합, 및 증착 공간으로 주입된 전구체 가스를 한정하는 것은, 또한 전구체 가스의 다소 효율적 사용을 가능하게 한다. 이러한 방식에서, 전구체 가스의 부피는 전구체 기판 위에 충분히 분포될 수 있어서, 그것이 증착 공간 내에 주입된 후에 기판 표면에 부착하도록 전구체 가스 분자의 확률을 증진시킨다.
본 명세서 내에 포함되어 있음.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 제한적이지 않은 방식으로 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예의 개략적 측면도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예의 개략적 측면도를 도시한다.
도 3은 다른 실시예의 개략적 평면도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인젝터 헤드의 실시예를 도시한다.
도 5는 제4 실시예의 개략적 측면도를 도시한다.
도 6은 제4 실시예의 변형된 개략적 도면이다.
도 7A는 제1 이송 요소, 제2 이송 요소, 및 인젝터 헤드를 구비한 작업 영역의 평면도를 도시한다.
도 7B는 영역 내에 안내된 이송된 기판을 도시한다.
도 7C는 작업 영역을 통해 이송된 기판을 도시한다.
도 7D는 영역 밖으로 안내된 기판의 방향의 회전 움직임에서의 기판을 도시한다.
도 7E는 영역 안으로 안내된 방향의 연속적 회전 움직임에서의 기판을 도시한다.
도 7F는 제2 이송 요소로부터 멀리 이동된 기판을 도시한다.
도 8A는 개방된 위치 내 벽 부분을 구비한 수용 요소를 도시한다.
도 8B는 중간 위치 내 벽 부분을 구비한 수용 요소를 도시한다.
도 8C는 닫힌 위치 내 벽 부분을 구비한 수용 요소를 도시한다.
도 9A는 제5 실시예의 장치의 변형된 평면도를 도시한다.
도 9B는 제5 요소의 장치의 변형된 평면도를 도시한다.
도 10은 복수의 장치들의 개략도를 도시한다.
다르게 기술되지 않았다면, 도면들을 통해 동일한 도면부호들은 유사한 구성요소들을 가리킨다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예의 개략적인 측면도를 도시한다. 예로서, 인젝터 헤드(1)는 가스 베어링(gas bearing) 영역에 의해 분리된 두 개의 증착 공간들(2,3)을 구비하도록 도시된다. 원칙적으로 원자층에 대해, 적어도 두 개의 공정 단계들이 필요하고, 오직 하나의 공정 단계는 물질 증착의 관련을 필요로 할 수 있다. 그러한 물질 증착은 전구체 공급(4)이 제공된 증착 공간(2) 내에서 수행될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서 인젝터 헤드는 반응 공급(40)이 제공된 다른 증착 공간(3)을 포함하는 것으로 도시되고, 다른 증착 공간(3)은 사용시 가스 베어링(7)에 의해 구획된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 적어도 하나의 반응 가스, 플라즈마, 레이저-생성된 복사, 및 자외선 복사가 기판 표면의 적어도 일부 상의 원자층을 얻기 위해 기판 표면의 적어도 일부 상의 전구체 가스의 증착 후 반응 가스와 함께 전구체를 반응시키기 위한 반응 공간 내에 제공될 수 있다. 공간들(2 및 3)의 적절한 퍼지(purge)에 의해, 공급들(4 및 40)은 공정 동안 스위칭될 수 있다.
전구체 및 반응 공급들(4, 40)은 바람직하게 플라즈마 증착을 허용하는 실질적인 흐름 제한 없이 설계된다. 따라서, 기판 표면(5)을 향해, 플라즈마 흐름은 흐름 제한들에 의해 방해받지 않는다.
본 실시예에서, 전구체 가스는 기판 표면(5) 측면을 따른 흐름에 의해 증착 공간(2) 내에서 순환된다. 가스 흐름은 전구체 공급(4)으로부터 증착 공간을 거쳐 전구체 배수(6)로 제공된다. 사용시 증착 공간(2)은 인젝터 헤드(1)와 기판 표면(5)에 의해 구획된다. 가스 베어링(7)에는 기판 표면(5)과 인젝터 헤드(1) 사이 베어링 가스를 주입하기 위한 증착 공간에 인접하게 배열되어서, 베어링 가스는 가스-베어링을 형성하고 증착 공간(2)으로 주입된 전구체 가스를 한정한다. 전구체 배수(6)는 추가적으로 증착 공간(2, 3) 안으로 베어링 가스의 흐름을 방지하는 베어링 가스를 배수하도록 기능한다.
실시예에서 가스 베어링(7)은 흐름 방벽으로서 치수화되도록 도시되고, 원칙적으로, 이는 필수적이지 않고; 예를 들어, 증착 공간들(2, 3)을 분리하는 흐름 방벽은 효과적인 흐름 방벽이 제공되는 한 가스 베어링으로서 치수화될 필요는 없다. 전형적으로, 흐름 방벽은 가스 베어링이 효과적인 가스 높이보다 큰 가스 높이를 가질 수 있다. 실용적 예에서, 가스 베어링은 5 um - 100 um 가스 높이 범위들 내에서 작동하고; 흐름 방벽은 예를 들어 500 um까지 그러한 값들 위에서 여전히 효과적일 수 있다. 또한, 가스 베어링들(7)은 기판(9)의 존재 내에서 흐름 방벽 (또는 가스 베어링)으로서만 효과적일 수 있고; 흐름 방벽들은 기판(9)의 존재에 개의치 않고 활동화되도록 설계되거나 설계되지 않을 수 있다. 중요하게, 증착 공간들(2, 3) 사이 활동적 물질들의 흐름은 오염을 피하기 위해 일정 시간에서 흐름 방벽들에 의해 방지된다. 이러한 흐름 방벽들은 가스 베어링들(7)로서 설계되거나 설계되지 않을 수 있다.
도 1은 이송 시스템(도 3에서 더 상세함)을 특별히 도시하지 않았고, 기판(9)은 인젝터 헤드(2)에 대해 움직여서, 증착 공간(2 및 3)으로부터 물질의 결과적 증착을 수용한다. 인젝터 헤드(1)에 대한 기판(9)의 왕복 움직임에 의해, 층들의 수가 제어될 수 있다.
중요하게, 기판(9)의 중심선으로서 도시될 수 있는 이송 평면을 따른 기판(9)을 위한 지지를 제공하는 지지부(10)가 제공된다. 지지부(10)는 인젝터 헤드에 대향하게 배열되고 이송 평면 내 인젝터 헤드 가스-베어링(7)의 균형을 잡는 가스 베어링 압력 배열을 제공하도록 제조된다. 이어서 작은 완전한 대칭 배열들이 상기 효과를 제공하도록 실현될 수 있더라도, 바람직하게, 균형은 인젝터 헤드(1)에 의해 제공되는 지지부 내 동일한 흐름 배열을 가지는 것에 의해 제공된다. 따라서, 바람직하게, 지지부(10)의 각각의 흐름 방출 노즐은 인젝터 헤드(1)의 대응하는 노즐을 향해 대칭되게 위치된다. 이러한 방식에서, 기판은 지지 없이 유지될 수 있고, 즉, 지지부(10)와 인젝터 헤드(1) 사이 상기 가스 베어링 압력 배열에 의해 기계적 지지 없이 유지될 수 있다. 더 일반적으로, 0.5mm, 특히 0.2mm보다 작은, 지지부(10) 내 그리고 인젝터 헤드(1) 내 흐름 배열의, 이송 평면을 따른, 위치 내 변형들은 여전히 동일한 흐름 배열로서 간주될 수 있다. 어떠한 기계적 지지의 부재에 의해, 그러한 기판의 오염의 위험은 방지되고 기판(9)에 대한 인젝터 헤드(1)의 최적 작업 높이를 고정하는데 매우 효과적이다. 게다가, 시스템이 더 작은 다운(down) 시간은 세정 목적들을 위해 필요하다. 게다가, 중요하게, 기계적 지지의 부재에 의해, 시스템의 가열 용량이 감소될 수 있고, 생산 온도들에 대한 기판들의 더 빠른 가열 응답을 초래하고, 이는 생산량을 상당히 증가시킬 수 있다.
이러한 점에서, 증착 공간은 기판 표면에 대한 증착 공간 높이(D2)를 정의하고; 흐름 방벽으로서 기능하는, 가스 베어링(7)은, 증착 공간 높이(D2)보다 작은 기판에 대한 간격 거리(D1)를 정의하는, 기판 표면(5)을 향하는 흐름 제한 표면(11)을 포함한다. 증착 공간에는 전구체 공급(4) 및 전구체 배수(6)가 제공된다. 상기 공급 및 배수는 전구체 공급으로부터 증착 공간을 거쳐 전구체 배수로의 전구체 가스 흐름을 제공하도록 배열될 수 있다. 사용시, 증착 공간은 인젝터 헤드(1)와 기판 표면에 의해 구획된다. 증착 공간은, 공급 및 배수가 끝나고 및/또는 시작하는, 깊이(D2-D1)를 가지는, 공동(cavity; 29)에 의해 형성될 수 있다. 따라서, 더 일반적으로, 공동은 증착 헤드(1) 내에 정의되고, 사용시, 기판(9)을 향한다. 기판을 향하는 공동(29)을 구비하는 것에 의해, 기판이 실질적으로 공동에 대한 닫힘을 형성하여서, 닫힌 환경이 전구체 가스를 공급하기 위해 형성되는 것이 이해된다. 게다가, 기판은 기판의 다양한 인접한 부분들 또는 인접한 기판들 또는 다른 부분들이 그러한 닫힘을 형성할 수 있도록 제공될 수 있다. 장치는 공동으로부터 전구체 가스가 빠져나가는 것을 실질적으로 방지하기 위해 공동으로부터 증착 헤드(1)의 전구체 배수(6)에 의해 전구체 가스를 배수하기 위해 배열될 수 있다. 공동으로부터 일정 거리에 베어링 공급이 위치될 수 있음이 명백할 것이다. 공동은 가스-베어링 층 내 공정 조건들과 다른 공동 내 공정 조건들을 공급할 수 있다. 바람직하게, 전구체 공급(4) 및/또는 전구체 배수(6)는 공동 내에 위치된다.
공동(29)의 깊이(D2-D1)는 전구체 공급 및 베어링 가스 인젝터(8)가 제공된 인젝터 헤드의 출력 면 및 기판(9) 사이 거리 내에서 국부적 증가로서 정의될 수 있다. 깊이(D2-D1)는 10 내지 500 마이크로미터들의 범위, 더 바람직하게 10 내지 100 마이크로미터의 범위 내에 있을 수 있다.
흐름 제한 표면(11)은 베어링 가스 인젝터(8)를 포함하는 돌출부들(110)에 의해 형성될 수 있다. 사용시 가스-베어링 층은 예를 들어 기판(5)과 흐름 제한 표면 사이에 형성된다. 전구체 배수들(30) 사이 거리(C1)는 일반적으로 1 내지 10 밀리미터의 범위 내에 있을 수 있고, 이는 또한 증착 공간(2, 3)의 일반적 폭이다. D1에 의해 지시된, 가스-베어링 층의 전형적 두께는 3 내지 15 마이크로미터의 범위 내에 있을 수 있다. 돌출부(110)의 전형적 폭(C2)은 1 내지 30 밀리미터의 범위 내에 있을 수 있다. 기판(9)의 평면 밖의 증착 공간(2)의 전형적 두께(D2)는 3 내지 100 밀리미터의 범위 내에 있을 수 있다.
이는 더 효과적인 공정 설정들을 가능하게 한다. 결과적으로, 예를 들어, 공급(4)으로부터 증착 공간(2) 안으로 주입된 전구체 부피 흐름율은 가스-베어링 층 내 베어링 가스의 부피 흐름율보다 높을 수 있고, 전구체 가스의 주입을 위해 필요한 압력은 가스-베어링 층 내 베어링 가스를 주입하기 위해 필요한 압력보다 작을 수 있다. 따라서 가스-베어링 층(7)의 두께(D1)가, 기판 표면 밖 평면 내에서 측정된, 증착 공간(2)의 두께(D2)보다 일반적으로 작을 수 있다는 것이 이해될 것이다.
예를 들어 전구체 공급으로부터 전구체 배수까지 거리와 동일한, L=5mm의 전형적 거리 및 미터 채널 폭당 5·10-4 - 2·10-3m3/s의 전형적 흐름율에서, 채널 두께(Dc), 예를 들어 증착 공간(2)의 두께(D2)는 바람직하게 25 - 40 ㎛보다 커야한다. 그러나, 가스-베어링 기능은 바람직하게 필요한 베어링 가스의 양을 최소화하기 위해 그리고 가스 분리 및 강도에 대한 중요한 요구들을 만족하기 위해, 5㎛의 전형적인 등급의, 전구체 인젝터 헤드로부터 기판으로의 훨씬 더 작은 거리들을 필요로 한다. 상술한 공정 조건들을 구비한, 5㎛인 증착 공간(2) 내 두께(D2)는 ~20바의 받아들일 수 없는 높은 압력 강하를 야기할 수 있다. 따라서, 증착 공간(즉, 두께(D2)) 및 가스-베어링 층에 대한 다른 두께들(즉 두께(D1))를 가진 장치의 설계가 바람직하게 필요하다. 예를 들어 웨이퍼들과 같은 평평한 기판들에 대해 -또는 10≥종횡비(A)(트렌치(trench) 폭에 의해 나눠진 트렌치 깊이)를 가지는 트렌치(trench)(8)들 낮은 종횡비(즉 얇음)의 큰 양들을 포함하는 웨이퍼들- 공정 속도는 전구체 흐름율(kg/s)에 따라 달라진다: 전구체 흐름율이 높아지면, 포화 시간이 짧아진다.
50≤A의 트렌치들 높은 종횡비(즉 깊고 좁음)의 큰 양들을 구비하는 웨이퍼들에 대해, 공정 속도는 전구체 흐름율 및 전구체 부분 압력에 따라 달라질 수 있다. 양 경우들에서, 공정 속도는 실질적으로 증착 공간(2) 내 전체 압력에 독립적일 수 있다. 공정 속도가 증착 공간(2) 내 전체 압력에 (거의) 독립될 수 있더라도, 대기압에 가까운 증착 공간(2) 내 전체 압력은 몇몇 이유들 때문에 유익할 수 있다:
1. 대기압 아래에서, 증착 공간(2) 내 가스 속도(vg)는 바람직하게 증가되고, 증착 공간(2)을 따라 원하지 않는 높은 압력 강하를 야기한다.
2. 더 낮은 압력에서, 가스 속도(vg)의 증가는, 산출에서 부정적 효과를 가지는, 증착 공간(2) 내 더 짧은 가스 잔류 시간을 야기한다.
3. 더 낮은 압력에서, 증착 공간(2)으로부터 가스-베어링 층을 통한 전구체 누설의 억압이 덜 효과적일 수 있다.
4. 더 낮은 압력에서, 비싼 진공 펌프들이 필요할 수 있다.
증착 공간(2) 내 가스 속도(vg)의 더 낮은 제한은 기판 횡단 속도(vs)에 의해 제한될 수 있다: 일반적으로, 증착 공간(2) 내 비대칭 흐름 거동을 방지하기 위해, 다음의 조건이 바람직하게 만족되어야 한다.
vg >> vgs
이러한 조건은 반응 공간(3)의 두께(D1, D2)의 바람직한 상부 제한을 제공한다. 상술한 요구들의 적어도 하나를 만족하는 것에 의해, 그리고 바람직하게 모두 만족하는 거에 의해, ALD 증착 시스템은 빠른 웨이퍼들 상의 빠른 연속적인 ALD를 위해 그리고 높은 종횡비 트렌치들의 큰 양을 포함하는 웨이퍼들을 위해 얻어진다.
따라서, 사용시, 증착 공간(2) 내 전체 가스 압력은 추가적인 증착 공간(3) 내 전체 가스 압력과 다를 수 있다. 증착 공간(2) 내 전체 가스 압력 및/또는 추가적인 증착 공간(3) 내 전체 가스 압력은 0.2 내지 3바, 예를 들어 0.5바 또는 2바 또는 10mBar와 같이 낮거나, 특히 0.01바 내지 3바의 범위일 수 있다. 그러한 압력값들은 예를 들어 전구체의 휘발성과 같은 전구체의 특징들에 기초하여 선택될 수 있다. 게다가, 장치는, 증착 공간 밖 전구체 가스의 흐름을 최소화하기 위해, 증착 공간 내 전체 가스 압력 및 베어링 가스 압력의 균형을 유지하기 위해 배열될 수 있다.
도 2는 기판 가장자리(90)가 인젝터 헤드(1) 내 다수의 노즐들을 지나가는 상황에 대한 스위칭(switching) 형상을 개략적으로 도시한다. 바람직한 실시예에 따르면, 인젝터 헤드(1)는 전구체 공급(4)의 스위칭을 위한 압력 제어(13); 기판(9)의 존재에 따른 가스 인젝터(8) 및/또는 배수(6)를 포함한다. 명확화를 위해, 오직 몇몇의 스위칭 라인들이 도시된다. 베어링 가스 압력 수위를 조절하기 위해, 반대된 베어링 가스 인젝터들(8)의 베어링 가스 라인들은 대등하게 된 베어링 가스 압력을 제공하도록 결합될 수 있다. 도 2에서 X 마크들에 의해 개략적으로 도시된 바와 같이, 외부 노즐들(70)의 베어링 가스 압력은 스위치가 꺼질 수 있다. 편리하게 전구체 공급(4)은 기판이 증착 공간(3)을 나갈 때 또한 스위치가 꺼질 수 있다. 바람직하게, 전구체 공급(4) 스위치 꺼짐 바로 전에, 전구체 배수(6) 반대쪽 배수(60)는 스위치가 꺼지고, 상기 배수(60)는 증착 공간 내 기판(9)의 존재에 따라 스위칭될 수 있어서, 기판 가장자리(90)가 전구체 배수를 지나갈 때, 전구체 흐름은 지지부를 향하는 기판 표면으로부터 멀어지게 제공된다.
압력 제어기(13)는 증착 공간(2) 내 압력을 제어하기 위한 증착 공간 압력을 제어할 수 있다. 게다가, 제어기(13)는 가스-베어링 층(7) 내 가스-베어링 층 압력을 제어한다.
따라서, 가스 베어링 압력을 제공하도록 배열된 가스 흐름(7)이 제공된 방법이 도시되고, 가스 흐름은 기판(9)의 존재에 따라 스위칭될 수 있어서, 기판 가장자리(90)가 배수(60)를 지나갈 때, 배수는 기판(9)으로부터 먼 흐름을 제공하기 위해 선택적으로 스위치가 꺼진다.
도 3은 다른 실시예의 개략 평면도를 도시한다. 여기서 인젝터 헤드(1)는 평면도에서 개략적으로 도시된다. 인젝터 헤드(1)는, 각각이 가스 베어링들/흐름 방벽들(7)에 의해 구획된, 전구체들 및 반응물들 각각을 위한, 증착 공간들(2,3)의 교대하는 슬릿들을 포함한다. 기판은 도입 영역(15)으로부터 인젝터 헤드(1)가 활동하는 작업 영역(16) 안으로 이송되는 것으로 도시된다. 작업 영역(16)은 도입 영역(15)에 인접하고 이송 평면에 대해 정렬되어서, 기판은 이러한 영역들(15, 16) 사이에서 쉽게 이송될 수 있다. 추가적인 나가는 영역(17)이 제공될 수 있다. 공정 단계들에 따라, 도입 및 나감은 교환되거나 번갈아 될 수 있다. 따라서, 기판(9)은 작업 영역(16)을 통해 두 영역들(15, 17) 사이 중심선을 따라 왕복되게 움직일 수 있다.
도시된 실시예에서 이송 시스템에는 출구(182)로부터 입구(181)를 향해 이송 평면을 따라 흐름(183)을 제공하고 이송 평면을 향하는 가스 입구들(181) 및 출구들(182)의 쌍들이 제공된다. 명확화를 위해 한 쌍이 도면에 나타난다. 가스 흐름 제어 시스템은 이송 평면을 따른 가스 흐름(183) 및 가스 베어링 압력을 제공하도록 배열되고, 가스 흐름을 제어함으로써 작업 영역(16)을 통해 중심선을 따fms이송 평면을 따라 기판(9)의 움직임을 제공한다.
도 4는 기판 표면에 수직한 방향에서 도시된 인젝터 헤드(1)를 위한 물결 형상의 개략적 예를 도시한다. 전형적으로, 만곡된 형상은 기판의 제1 등급 굽힘 모드를 방지한다. 따라서, 박편으로된 기판의 제1 등급 굽힘 모드를 방지하는 물결 형상으로서, 기판 표면에 수직한 방향에서 도시된, 가스 베어링(7)이 형성됨이 보여질 수 있다. 게다가, 전형적으로 증착 공간들(2, 3)의 형상은 가스 베어링 슬릿들(7)의 형상을 따를 수 있어서 컴팩트한 인젝터 헤드 제조를 허용한다. 이러한 변형들은 기판 표면 상의 압력 분포의 최적화를 허용한다. 그러한 최적화는 부서지기 쉽거나 유연한 기판들에 중요할 수 있다.
도 5는 제4 실시예의 개략적 측면도를 도시한다. 이전 도면들을 참조한다. 특히, 도입 영역(15)이 도시되고, 작업 영역(16) 및 나가는 영역(17)이 도시된다. 작업 영역은 인젝터 헤드(1)와 지지(10)에 의해 형성된다. 도입 및 나감 영역에서, 수송 요소들 및 구동 구획들(18)이 방향(R)에 의해 지시된 이송 평면을 따라 기판(9)의 수송을 제공하기 위해 제공된다. 일 실시예에 따르면, 도입 영역(15)은 이송 평면을 향하는 기울어진 벽 부분(19)을 포함한다. 또는, 기판이 도입되고 또한 수용 요소로서 지시되는, 도입 영역(15)의 일부는 이송 평면에 수직한 방향(Q)을 따라 이동할 수 있는 상부 벽 부분(19)을 구비할 수 있고, 인젝터 헤드(1) 안으로 기판의 도입을 수월하게 하거나 작업 높이를 설정한다. 게다가, 인젝터 헤드(1)는 적절한 작업 높이를 설정하도록 이송 평면으로부터 먼 그리고 향하는 방향(P)을 따라 이동할 수 있다. 이러한 이동은 에어 베어링의 완충 효과에 의해 달성될 수 있으며, 즉 인젝터 헤드는 떠 있게 유지될 수 있다.
도 6은, 또한 제 실시예로서 지시되는, 제4 실시예의 변형에서의 박편으로된 기판의 표면 상의 원자층 증착을 위한 장치의 개략도를 도시한다. 도 6은 도 5에 도시된 제4 실시예의 평면도와 일치한다. 박편으로된 기판(9)은 유연하거나 강건할 수 있고, 예를 들어 포일(foil) 또는 웨이퍼일 수 있다. 장치는 인젝터 헤드(1) 및 기판(9)이 이송되는 이송 평면을 형성하는 기판(9)의 평면을 따른 인젝터 헤드(1)와 기판(9)의 상대적 움직임을 제공하기 위한 이송 시스템을 포함할 수 있다.
이송 시스템은 도입 영역(15), 및 이송 평면에 대해 정렬되고 도입 영역(15)에 인접한 작업 영역(16)을 포함할 수 있다. 인젝터 헤드(1)는 작업 영역(16) 내에 제공된다. 박편으로된 기판(도 6에는 도시되지 않고 도 5에서 도면부호 9로 도시)은 도입 영역(15) 내에 삽입될 수 있다. 나가는 영역(17)은 작업 영역(16)에 인접하게 제공된다. 그래서, 작업 영역(16)은 도입 영역(15)과 나가는 영역(17) 사이에 위치될 수 있다. 도입 영역 내에서 제1 수송 요소 또는 구동 구획(18A)이 제공될 수 있고 나가는 영역 내에서 제2 수송 요소 또는 구동 구획(18B)이 제공될 수 있다. 제1 구동 구획(18A) 및 제2 구동 구획(18B)은 작업 영역(16)을 통해 도입 영역(15)과 나가는 영역(17) 사이에서 제어된 가스 흐름을 거쳐 왕복적으로 기판을 움직이기 위해 도 7a-f에 더욱 상세히 배열될 수 있다. 따라서, 제1 구동 구획(18A), 작업 영역(16), 및 제2 구동 구획(18B)은 기판(9)이 구동 구획들 내에서 가스 흐름을 제어하는 것에 의해 원자층들의 증착 동안 왕복적으로 움직일 수 있는 공정 영역(31)을 함께 형성할 수 있다.
수용 요소(32)는 제1 수송 요소(18A) 안으로 기판(9)의 도입을 수월하게 한다.
도 7A는 인젝터 헤드(1)를 구비한 작업 영역(16), 제2 구동 구획(18B) 및 제1 구동 구획(18A)의 평면도를 도시한다. 도 7B는 도입 영역(15) 내 수송된 기판(9)을 도시한다. 도 7C는 작업 영역(16)을 통해 수송된 기판(9)을 도시한다. 도 7D는 나가는 영역(17) 내 기판(9)의 방향의 회전의 움직임에서 기판(9)을 도시한다. 도 7E는 도입 영역(15) 내 방향의 회전의 다음의 움직임에서의 기판(9)을 도시한다. 도 7F는 제2 수송 요소(18B)로부터 멀게 이동하는 기판(9)을 도시한다. 따라서, 도 7B-7F는 작업 영역(16)을 통한 도입 영역(15) 및 나가는 영역(17) 사이에서 왕복되게 기판(9)이 움직이는 것을 도시한다. 도 7A-F에서, 기판(9)의 움직임의 방향은 화살표(31)에 의해 지시된다.
이송 시스템에는, 구동 포켓들(34) 내에 포함된, 가스 출구들(182) 및 가스 입구들(181)의 교대로 배열된 쌍들이 제공된다. 포켓은 50-500미크론(micron), 전형적으로 100미크론의 오목부 깊이를 가질 수 있다. 이송 시스템은, 방향(R)에 의해 지시된, 이송 평면을 따른 가스 흐름 및 가스 베어링 압력을 제공하도록 배열된 가스 흐름 제어 시스템을 더 포함할 수 있다. 가스 흐름을 제어함으로써, 기판(9)의 이동이 제공될 수 있고, 전형적으로 구동 구획들(18A, 18B)에 대한 기판의 위치 또는 존재를 측정하고 탐지하는 위치 센서들을 제공함으로써 이루어진다. 따라서, 기판(9) 상의 가스 흐름에 의해 제공된 견인력(drag force)은 기판(9)의 움직임을 해제하기 위해 이용될 수 있다.
도 7A-F에서, 가스 입구들(181) 및 가스 출구들(182)은 작업 영역(16)을 통해 도입 영역(15) 및 나가는 영역(17) 사이에서 왕복되게 기판을 이동시키기 위해 배열된다. 거기에 제1 및 제2 구동 구획들(18A, 18B) 각각에는 가스 입구들(181) 및 가스 출구들(182)의 다수의 구동 포켓들(34)이 제공된다. 한 쌍의 구동 포켓들이 가스 베어링으로서 수송 기능들을 위해 기판 아래와 위에 배열된다. 전형적으로, 추가적인 비-구동 가스 베어링들에는 수송을 위한 방향 흐름이 제공될 수 없을 것이다. 그러한 가스 베어링이 충분한 강성을 제공한다면, 포켓들(34)은 기판의 평면에 대해 비대칭적으로, 특히 기판의 일 측 상에만 제공될 수 있다. 작업 영역(16)으로부터 먼 구동 구획(18A, 18B)의 영역 내에서, 구동 포켓들(34)은 작업 영역을 통한 왕복 움직임을 제공하도록 작업 영역을 향한다. 작업 영역에 인접한 구동 구획들(18A, 18B)의 영역 내에서 기판 속도를 유지하는 다른 사이즈의 교대로 향하는 포켓들이 제공된다. 특히, 기판 나감 구획(18A) 및 들어옴 구획(18B)에 대해, w가업영역(16)을 향하는 구획(18B) 내 더 큰 중심 포켓에 인접하게 제공되는 작업 영역(15)으로부터 멀게 향하는 두 개의 중심이 아닌 더 작은 포켓들 및 작업 영역을 향하는 구획(18A) 내 중심의 더 큰 포켓에 의해 유지될 것이다. 사용시, 가스 흐름은, 적어도 부분적으로, 가스 출구(182)로부터 가스 입구(181)로 일어난다. 이러한 방식에서, 방향 에어 베어링을 제공하는 화살표(36)에 의해 지시는 가스 흐름의 방향이 정의될 수 있고 -즉, 에어 베어링은 이송 평면 내에서 기판을 이동시키는 이송 평면 내 방향 베어링 힘을 가진다. 더 일반적으로, 가스 출구들(182)에는 개별적으로 제한(185)이 제공될 수 있다. 그러한 제한(185)은 가스 출구들(182)로부터 가스 입구들(181)로 가스 공급의 향상된 제어를 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 가스 출구들(182)로부터 가스 입구들(181)로 가스 흐름에 의해 제공된 가스 베어링은 증가된 강성을 가질 수 있다. 예를 들어, 가스 흐름은 기판(9)의 움직임을 초래하는 동요(perturbation)들에 덜 민감할 수 있다. 제한(185)은 입구(181)를 향하는 제한(185)을 포함하는 출구로부터 가스 흐름을 정의한다. 또는, 출구(182)는, 포켓 내 가스 흐름(36)을 반대되게 하는 가능성을 제공하는, 제한 없이 제공될 수 있다. 이러한 변형에서, 추가적인 -비 방향성의- 에어 베어링들이 제공될 수 있다.
제1 및 제2 구동 구획들(18A, 18B) 중 각각에서, 가스 출구들(182) 및 가스 입구들(181)을 가지는 구동 포켓들(34) 다수의 적어도 제1(34A)의 가스 흐름의 방향(36)은 작업 영역(16)을 향할 수 있다. 게다가, 제1 및 제2 구동 구획들(18A, 18B) 중 각각에서, 가스 출구들(182) 및 가스 입구들(181)을 가지는 구동 포켓들(34) 다수의 적어도 제2(34B)의 가스 흐름의 방향은 작업 영역(16)으로부터 멀게 향한다. 따라서, 이러한 변형에서, 제1 구동 구획(18A) 및 제2 구동 구획(18B)에서, 구동 포켓들(34A)의 가스 흐름은 작업 영역(16)을 향하고 구동 포켓들(34B)의 가스 흐름들은 작업 영역으로부터 멀게 향한다. 포켓들(34A, 34B)의 반대의 가스 흐름 방향들을 가짐으로써, 작업 영역으로부터 먼 기판의 움직임이 가능하고 또한 작업 영역을 향하는 기판의 움직임이 가능하다. 도입 영역(15) 내 그러한 반대의 움직임 방향들은 기판(9)의 왕복 운동을 가능하게 하기 위한 이점을 가질 수 있다.
구동 포켓들(34B) 중 제2의 것은 구동 포켓들(34) 중 적어도 제1의 것과 작업 영역(16) 사이에서 제1 및 제2 구동 구획(18A, 18B) 내에 위치될 수 있다. 따라서, 이러한 변형에서, 제1 구동 구획(18A) 및 제2 구동 구획(18B)에서, 포켓들 중 제2 것들(34B)은 포켓들 중 제1 것들(34A) 중 하나 및 작업 영역(16) 사이에 위치될 수 있다. 그러한 배열에 의해, 작업 영역(16)을 통한 기판의 움직임은 포켓들 중 제2 것들(34B)에 의해 촉진될 수 있고, (위치 탐지기들(미도시)에 의해) 기판이 실질적으로 작업 영역(16)을 지나가는 것이 탐지될 때 이동 방향(31)은 포켓들 중 제1 것들(34A)에 의해 역전될 수 있다.
또는, 가스 출구(182)로부터 가스 입구(181)로의 가스 흐름은 실질적으로 시간 내에 연속할 수 있다. 따라서, 가스 출구(182)로부터 가스 입구(181)로의 가스 흐름, 예를 들어 가스 흐름의 방향은 실질적으로 움직임 동안, 예를 들어 기판의 왕복 움직임 동안 시간 내에서 연속할 수 있다.
포켓들(34) 중 적어도 제1 포켓(34A)의 가스 흐름의 공간 범위 및/또는 속도는 포켓들 중 적어도 제2 포켓(34B)의 가스 흐름의 공간 범위 및/또는 속도보다, 특히 2.5배, 더 클 수 있다. 포켓(34)의 가스 출구(182) 및 가스 입구(181) 한 쌍의 공간 범위는 치수들(H1 및 H2)에 의해 도 7A에서 지시된다. H2는 포켓(34)의 출구(182) 및 입구(181) 사이 거리와 대략 동일할 수 있다. H1은 포켓(34)의 출구(182) 및/또는 입구(181)의 길이와 대략 동일할 수 있다. 치수들(H1 및 H2)은 상호 가로지르게 향한 방향을 따라 결정될 수 있다.
도 7A-E를 참조하여 상술한 방식에서, 제1 수송 요소(18A) 및 제2 수송 요소(18B)는 작업 영역(16)을 통해 도입 영역(15) 및 나가는 영역(17) 사이에서 왕복되게 기판(9)을 이동시키기 위해 배열될 수 있다.
따라서, 도 3 및 도 7A-F에서 본 발명의 일 태양의 예시들이 제공되고 이송 시스템에는, 바람직하게 교대로, 배열된 가스 입구들 및 출구들이 제공되고; 가스 흐름을 제어함으로써 기판의 움직임을 제공하도록, 이송 평면을 따른 가스 흐름 및 가스 베어링 압력을 제공하도록 배열된 가스 흐름 제어 시스템을 포함한다. 바람직하게, 예를 들어 가스 출구와 함께 한 쌍을 형성할 수 있는, 가스 출구에 헌신할 수 있는 가스 입구로 가스 출구로부터의 가스 흐름은 이송 평면과 실질적으로 평행한 경로를 따라서 향한다. 바람직하게, 도입 및 나가는 영역에서, 수송 요소들은 이송 평면을 따라 기판의 수송을 제공하기 위해 제공된다. 바람직하게, 수송 요소들은 가스 입구 및 출구들을 포함한다.
게다가, 도 3 및 도 7A-F는 본 발명의 일 실시예의 예시를 도시하며, 이에 따르면 이송 시스템은 도입 영역, 및 이송 평면에 대해 정렬되고 도입 영역에 인접한 작업 영역을 포함하며; 인젝터 헤드는 작업 영역 내에 제공되고, 박편으로 된 기판은 도입 영역 내에 삽입될 수 있고; 나가는 영역은 작업 영역에 인접하게 제공되고; 가스 입구들 및 출구들은 작업 영역을 통해 도입 영역 및 나가는 영역 사이에서 왕복으로 기판을 이동시키기 위해 배열된다. 왕복 움직임은, 한쪽 방향 움직임을 위해 배열된 장치들과 비교하여, 다중 층들을 적용하기 위한 더 공간적으로 제한된 장치의 이점을 제공할 수 있다. 바람직하게, 가스 출구들 및 가스 입구들 사이 가스 흐름의 공간적 범위, 속도 및/또는 방향은 기판의 왕복 움직임을 가능하게 하기 위해 배열된다.
도 7A-F는 본 발명에 따른 일 실시예를 예시의 방식으로 더 도시하며, 가스 입구들 및 출구들은 제1 수송 요소를 도입 영역 내에 그리고 제2 수송 요소를 나가는 영역 내에 제공함으로써 작업 영역을 통해 도입 영역 및 나가는 영역 사이에서 왕복으로 기판을 이동시키기 위해 배열된다. 바람직하게 제1 및 제2 수송 요소 각각에는 가스 입구들 및 가스 출구들을 가지는 다수의 포켓들이 제공된다. 바람직하게, 가스 제어 시스템은, 제1 및 제2 수송 요소 각각 내에서, 가스 입구들 및 가스 출구들을 가지는 포켓들 중 적어도 제1의 포켓의 가스 흐름의 방향이 작업 영역을 향하고 가스 입구들 및 가스 출구들을 가지는 포켓들 중 적어도 제2의 포켓의 가스 흐름의 방향이 작업 영역으로부터 멀리 향하는 것을 실현하도록 배열된다.
더 일반적으로 적용될 수 있는 다른 실시예에서, 제1 및 제2 수송 요소 중 각각에서, 가스 입구들 및 가스 출구들을 가지는 포켓들 중 적어도 제2 포켓은 작업 영역 및 가스 입구들 및 가스 출구들을 가지는 포켓들 중 적어도 제1 포켓 사이 내에 위치된다. 그러한 배열은 가스 입구들 및 가스 출구들을 가지는 포켓들 중 적어도 제2 포켓에 의해 작업 영역을 이미 지나간 한 쌍의 기판 상에 힘을 가함으로써 작업 영역을 통한 기판의 유지 동작에 대해 이점을 가질 수 있다. 그러한 배열은 가스 출구들 및 가스 입구들을 가지는 포켓들 중 적어도 제1 포켓에 의해 작업 영역을 향한 기판의 역전(reversing) 및/또는 시작(initiatin) 동작에 대해 이점을 가질 수 있다.
더 일반적으로 적용될 수 있는 다른 실시예에서, 가스 입구들 및 가스 출구들을 가지는 포켓들 중 적어도 제1 포켓의 가스 흐름의 공간 범위 및/또는 속도는 가스 입구들 및 가스 출구들을 가지는 포켓들 중 적어도 제2 포켓의 가스 흐름의 공간 범위 및/또는 속도보다, 특히 1.5배, 더 크다.
도 8A-C에는 제5 실시예의 장치의 변형이 도시된다. 도 8A-C는, 도 6에서 지시된 화살표(38)에 따라 보이는, 도입 영역(15) 내에 제공되는 수용 요소(reception element; 32)를 도시한다. 본 변형에서 수용 요소(32)인, 도입 영역(15)은 벽 부분, 특히 상부 벽 부분(19A)을 가지며, 이는 이송 평면에 수직한 방향을 따라 움직일 수 있다. 바닥 벽 부분(40B)은 사용시 정지될 수 있다. 또는, 상부 벽 부분(19A)이 정지될 수 있고 바닥 벽 부분(19B)이 움직일 수 있거나, 양 벽 부분들(19A, 19B)이 움직일 수 있다. 움직일 수 있는 상부 벽 부분(19A)에 의해, 인젝터 헤드(1) 안으로의 기판(9)의 도입이 수월해질 수 있다. 따라서, 도 8A-C의 변형에서, 이송 평면에 수직한 방향을 따라 움직일 수 있는 벽 부분(19A)은 수용 요소(32)에 의해 형성되고, 제1 수송 요소(18A) 안으로 기판(9)의 도입을 수월하게 한다.
벽 부분, 여기서 상부 벽 부분(19A)은 개방된 위치로부터 중간 위치를 거쳐 닫힌 위치로 이동될 수 있다. 도 8A는 개방된 위치 내 벽 부분을 가진 수용 요소(32)를 도시한다. 도 8B는 중간 위치 내 벽 부분을 가진 수용 요소(32)를 도시한다. 도 8C는 닫힌 위치 내 벽 부분을 가진 수용 요소(32)를 도시한다. 도 8C에서, 기판은 상부 벽 부분(19A) 및 바닥 벽 부분(19B) 사이 내에서 사용시 떠있을 수 있다.
따라서, 수용 요소에 의해, 작업 영역을 향하는 방향 내에서 이송 평면 위로, 여기서 수용 간격(W)인, 작업 높이를 줄이도록 제조된 도입 영역을 위한 선택이 제공됨이 명백해질 수 있다. 작업 영역을 향하는 방향 내에 있는 이송 평면은 예를 들어 도 5에서 방향(R)에 의해 지시된다.
벽 부분은 이송 평면에 수직한 방향 내에서 수용 간격(W)을 정의한다. 도 8A-C로부터 수용 간격(W)은 벽 부분이 닫힌 위치를 향해 움직일 때 감소된다는 것이 명백할 것이다. 개방된 위치 내에서 수용 간격(W)은 장치 안으로 기판(9)의 삽입을 위해 배열될 수 있다. 거기에 수용 간격은, 예를 들어 20mm까지, 3mm보다 크고, 바람직하게 7mm보다 클 수 있다. 기판(9) 및 바닥 벽 부분(19B)의 접촉을 방지하기 위해, 이동할 수 있는 핀들(42)이 기판을 놓기 위한 장치 내에 제공될 수 있다.
중간 위치에서 수용 간격(W)은 작업 온도를 향해 기판을 가열하기 위해 배열될 수 있다. 거기에 수용 간격은 예를 들어 0.2mm의 하부 값 및 예를 들어 5mm의 상부 값 사이의 범위 내에 있을 수 있다. 중간 위치 내 벽 부분과 함께 수용 간격(W)의 하부 값은 수용 요소(32)의 벽 부분들 및 웨이퍼 사이의 기계적 접촉이 방지되는 것을 촉진할 수 있다. 그러한 기계적 접촉은 가열 동안 야기된 기계적 응력의 결과로서 기판의 왜곡에 의해 야기될 수 있다. 중간 위치 내 벽 부분과 함께 수용 간격(W)의 상부 값은 가열 속도를 촉진할 수 있다. 예를 들어, 기판(9)을 가열하는 것은 간격을 통해 기판(9)을 향한 가열을 공급함으로써 수행될 수 있다. 바람직하게, 핀들(42)은 세라믹 물질을 포함한다. 결과적으로, 핀들(42)을 통한 열 전도는 실질적으로 감소될 수 있다. 이는 기판(9) 가열 속도를 증가시킬 수 있고 웨이퍼(9) 내 균일한 온도 분포를 촉진시킬 수 있다.
닫힌 위치에서, 수용 간격(W)은 도입 영역(15)의 나머지 부분 내 간격과 동일할 수 있다. 이동가능한 벽 부분은 핀들(42)에 결합될 수 있어서 상부 벽 부분(19A)이 닫힌 위치를 향해 이동할 때 핀들은 바닥 벽 부분(19B)의 표면(44) 아래에서 이동된다.
따라서, 더 일반적으로, 개방된 위치 내 수용 간격(W)은 중간 위치 내 수용 간격(W)과 실질적으로 동일할 수 있다.
따라서, 도 8A-C에 예가 도시된 본 발명의 다른 태양에 따르면, 이송 시스템은 도입 영역, 및 이송 평면에 대해 정렬되고 도입 영역에 인접한 작업 영역을 포함하고; 인젝터 헤드는 작업 영역 내에 제공되며; 박편으로된 기판은 도입 영역 내에 삽입될 수 있고; 도입 영역은 이송 평면에 수직한 방향을 따라 움직일 수 있는 벽부분, 특히 상부 벽 부분을 구비하고, 이는 인젝터 헤드 안으로 기판의 도입을 수월하게 한다. 이동할 수 있는 벽 부분은 상부 벽 부분 및 바닥 벽 부분 사이 간격을 증가시킬 수 있다. 이어서, 기판의 삽입은 수월해질 수 있다. 특히, 벽 부분 및 기판 사이의 기계적 접촉은 실질적으로 방지될 수 있다.
상기 다른 태양에 따르면, 도입 영역 내에서 수용 요소 및 바람직하게 제1 수송 요소가 제공되고, 이송 평면에 수직한 방향을 따라 움직일 수 있는 벽 부분은 수용 요소에 의해 형성되어서, 제1 수송 요소 안으로 기판의 도입을 수월하게 한다. 도입 영역 내 수용 요소를 구비하는 것은, 예를 들어 제1 수송 요소와 같은, 도입 영역의 다른 부분 내 제조들 및/또는 향상된 조건들을 가능하게 할 수 있다.
상기 다른 태양에 따른 실시예에서, 벽 부분은 개방된 위치로부터 중간 위치를 거쳐 닫힌 위치로 이동될 수 있고; 벽 부분에 의해 정의된 이송 평면에 수직한 방향 내 수용 간격은 벽 부분이 닫힌 위치로 향해 이동될 때 감소되고; 개방된 위치 내에서 수용 간격은 장치 안으로 기판의 삽입을 위해 배열되고, 중간 위치에서 수용 간격은 작업 온도를 향해 기판을 가열하기 위해 배열되며, 및/또는 닫힌 위치에서 수용 간격은 장치 및 기판 사이 가스-베어링을 형성하기 위해 배열된다. 따라서, 향상된 수용이 수행될 수 있다. 수용 및 가열을 위한 조건들, 더 구체적으로 기판을 가열하는 가열 속도는 수용 간격을 조절함으로써 향상될 수 있다.
도 9A 및 9B는 제5 실시예 내 장치의 변형의 평면도 및 단면도를 각각 도시한다. 도 9A 및 B는 기판(9)을 도시한다. 도 9B에 도시된 단면은 도 9A에서 A-A'에 의해 지시된다. 도 9A는 이송 평면에 따른 장치 부분(46)을 더 도시한다. 장치 부분은 예를 들어 작업 영역(16), 나가는 영역(17) 및/또는 도입 영역(15)의 일부일 수 있다.
이러한 변형에서, 장치에는 기판(9)의 중심을 잡기 위한 제1 중심 에어 베어링(48A) 및 제2 중심 에어 베어링(48B)이 제공될 수 있어서 도입 영역(15) 및 나가는 영역(17) 사이 중심선을 따라 기판을 이동시킨다. 이중 화살표(50)는 기판의 평면 내 그리고 인젝터 헤드(1)에 대한 중심선에 따른 기판의 상대 이동의 일반적 방향에 가로지르는 중심 움직임을 도시한다. 따라서, 제1 및/또는 제2 중심 에어 베어링(48A, 48B)에 의해, 힘은, 이송 평면에 따른, 방향(50) 내 기판(9)의, 여기서 개별적으로 제1 측표면(49A) 및/또는 제2 측표면(49B)인, 측표면 상에 가해질 수 있다. 더 일반적으로, 기판의 평면에 따른 제1 에어 베어링(48A) 및/또는 제2 에어 베어링(48B)의 범위(X3)는, 사용시, 0.1mm 내지 1.5mm의 범위, 특히 0.3mm 내지 0.8mm의 범위 내에 있을 수 있다.
장치에는, 인젝터 헤드(1) 및 기판(9)의, 여기서 이중 화살표(60)에 의해 지시된, 사용시 상대적 이동 방향에 따른 기판(9)의 대향하는 측표면들(49A, 49B)에 인접한 이송 평면을 따라 제공되는 중심-베어링 가스 공급들(56)이 더 제공될 수 있다. 공급들(56)에는 개별적으로 제한들(Ri)이 제공될 수 있다. 그러한 제한은 제1 및/또는 제2 중심 에어 베어링(48A, 48B)으로 에어 공급의 향상된 제어를 가능하게 할 수 있다. 제한들(Ri)은 제1 및/또는 제2 중심 에어 베어링(48A, 48B)의 강성을 증가시킬 수 있다.
장치에는 제1 및 제2 중심 에어 베어링 내 압력을 제어하기 위한 중심 베어링 제어기(54)가 제공될 수 있다. 거기에 제어기(54)는 중심-베어링 가스 공급들(56) 밖으로 흐르는 가스의 양을 제어하기 위한 중심-베어링 가스 공급들(56)에 연결될 수 있다. 중심 에어 베어링들의 베어링 가스의 흐름은 화살표들(52)에 의해 지시된다. 도 9A 및 9B는 압력-해제 노치(notch)들 63.i(i=4,4)의 예를 더 도시한다. 여기서, 압력-해제 노치들(62.1, 62.2)은 개별적으로 제1 에어 베어링(48A)을 따라 그리고 인접하게 연장한다. 여기서, 압력-해제 노치들(62.3, 62.4)은 개별적으로 제2 에어 베어링(48B)을 따라 그리고 인접하게 연장한다. 도 9A에서, 압력-해제 노치들(62.1, 62.2)은 인젝터 헤드(1)와 지지부(10) 사이 안의 베어링 압력 배열(64) 및 제1 에어 베어링(48A) 사이 내에 위치된다. 도 9A에서, 압력-해제 노치들(62.3, 62.4)은 개별적으로 인젝터 헤드(1)와 지지부(10) 사이 안의 베어링 압력 배열(64) 및 제2 에어 베어링(48B) 사이 안에 위치된다. 압력-해제 노치들은 따라서, 한편으로 제1 및/또는 제2 중심 에어 베어링(48A, 48B) 내 압력, 및 다른 한편으로 베어링 압력 배열 내 압력의 실질적인 결합해제 제어를 위해 제1 또는 제2 중심 에어 베어링(48A, 48B) 및 베어링 압력 배열 사이 안에 개별적으로 배열될 수 있다.
더 일반적으로, 이송 평면과 평행한 방향 내 압력-해제 노치들의 개별적인 폭(X1)은 0.1mm 내지 3mm의 범위 내에 있을 수 있고, 특히 0.3mm 내지 2mm의 범위에 있을 수 있다. 압력-해제 노치들(62.i) 중 적어도 하나로부터 제1 또는 제2 에어 베어링(48A, 48B)로의 거리(X2)는 0.1mm 내지 1.5mm의 범위 내에 있고, 특히 0.3 내지 0.8mm의 범위에 있을 수 있다.
따라서, 예시적 방식에 의해 도 9A 및 9B에 도시된 바와 같이, 본 발명의 태양은 장치에는, 나가는 영역(17) 및 도입 영역(15) 사이 중심선을 따라 기판을 이동시키도록 기판의 중심을 잡기 위한, 도입 및 나가는 영역들(15, 17)의 측면들 상에 배열된 제1 중심 에어 베어링 및 제2 중심 에어 베어링이 제공된다는 것을 포함한다. 본 발명자에 의해 수행된 실험들은, 이러한 방식에서, 기판의 유익한 중심잡기가 얻어질 수 있음을 보여준다. 제1 및/또는 제2 중심 에어 베어링에 의해, 힘은 이송 평면을 따른 방향 내에서 기판의 측표면 상에 가해질 수 있다. 바람직하게, 장치에는 제1 및 제2 중심 에어 베어링 내 압력을 제어하기 위한 중심 베어링 제어기가 제공된다. 바람직하게, 장치에는 인젝터 헤드 및 기판의 상대 움직임의 방향을 따라 기판의 대향하는 측표면들에, 사용시, 인접한 이송 평면을 따라 제공되는 중심-베어링 가스 공급들이 제공된다.
또한 예시적 방법에 의해 도 9A 및 9B에 도시된 바와 같이, 본 발명의 상기 태양은 장치에는 압력-해제 노치들, 바람직하게 네 개의 압력-해제 노치들이 제공되는 것을 포함할 수 있고, 압력-해제 노치들은 제1 또는 제2 중심 에어 베어링을 따라 그리고 인접하게 연장하고, 바람직하게 개별적으로 한편으로 제1 또는 제2 중심 에어 베어링 사이에 그리고 다른 한편으로는 인젝터 헤드와 지지부 사이 안의 베어링 압력 배열 내에 배열되고, 노치들은 선택적으로 압력-해제 노치들 내 압력을 사용시에 실질적으로 같게 하기 위해 수동적으로 연결된다. 압력-해제 노치들은, 한편으로 제1 및 제2 중심 에어 베어링 내 압력, 및 다른 한편으로 베얼이 압력 배열 내 압력의 실질적인 결합해제 제어를 위해 제1 또는 제2 중심 에어 베어링 및 베어링 압력 배열 사이 안에 개별적으로 배열될 수 있다. 본 발명자에 의해 수행된 실험들은 그러한 노치들이 중심잡기의 실질적인 독립된 제어를 가능하게 하기 이해 충분한 결합해제를 제공할 수 있음을 보여준다.
일 실시예에서, 사용시 증착 공간은 기판 표면의 평면 내에서 움직임이 없고 기판은 움직이고 있다. 다른 실시예에서, 사용시 증착 공간은 기판 표면의 평면 내에서 움직이고 기판은 움직임이 없다. 또 다른 실시예에서, 양 증착 공간 및 기판은 사용시에 기판 표면의 평면 내에서 움직인다.
기판 표면 밖의 평면 내 움직임은 주입된 전구체 가스를 한정하는 것을 돕는다. 가스-베어링 층은 인젝터 헤드가 기판 표면 및/또는 기판 홀더 가까이에 접근하는 것을 허용하며, 예를 들어 50 마이크로미터 내 또는 15 마이크로미터 내, 예를 들어 3 내지 10 마이크로미터 범위 내에서, 예를 들어 5 마이크로미터 내에서이다. 인젝터 헤드의 기판 표면 및/또는 기판 홀더로의 근접 접근은 증간 공간으로 전구체 가스의 한정을 가능하게 하며, 이는 증착 공간 밖으로 전구체 가스가 빠져나가는 것이 근접 접근으로 인해 어렵기 때문이다. 증착 공간을 구획하는 사용시 기판 표면은 인젝터 헤드의 기판 표면으로의 근접 접근을 가능하게 할 수 있다. 바람직하게, 기판 표면은, 사용시, 인젝터 헤드와 기계적 접촉이 자유롭다. 그러한 접촉은 기판을 쉽게 손상시킬 수 있다.
선택적으로, 전구체 공급은 가스 인젝터를 형성한다. 그러나, 일 실시예에서, 가스 인젝터는 가스-베어링 층을 형성하기 위한 베어링-가스 인젝터에 의해 형성되고, 베어링-가스 인젝터는 전구체 공급과 분리되어 있다. 베어링 가스를 위한 그러한 분리 인젝터는, 예를 들어 증착 공간 내 전구체 가스 압력과 같은, 다른 가스 압력으로부터 분리된 가스-베어링 층 내 압력의 제어를 가능하게 한다. 예를 들어, 사용시 전구체 가스 압력은 가스-베어링 층 내 압력보다 낮을 수 있다. 선택적으로 전구체 가스 압력은 대기압 아래에 있고, 예를 들어 0.01 내지 100 밀리바의 범위 내, 선택적으로 0.1 내지 1 밀리바의 범위 내에 있다. 본 발명자들에 의해 수행된 수치 시뮬레이션들은 후자의 범위 내에서 빠른 증착 공정이 얻어질 수 있음을 보여준다. 증착 시간은, 예를 들어 반응속도가 비교적 빠를 때, 전형적으로 평평한 기판들에 대해 10 마이크로초들이고 트렌치가 있는 기판들에 대해 20 밀리초들이다. 증착 공간 내 전체 가스 압력은 전형적으로 10 밀리바일 수 있다. 전구체 가스 압력은 전구체의 특성들, 예를 들어 전구체의 휘발성에 기초하여 선택될 수 있다. 특히 0.01 내지 100 밀리바 범위 내에 있는, 대기압 아래에 있는 전구체 가스 압력은 넓은 범위의 전구체의 사용을 가능하게 하고, 특히 넓은 휘발성 범위의 전구체들의 사용을 가능하게 한다.
사용시 가스-베어링 층은 기판 표면을 향한 인젝터 헤드의 근접 접근의 결과로서 가스-베어링 층 내 압력의 강한 증가를 전형적으로 보여준다. 예를 들어, 다른 사정 변화가 없다면, 기판 표면으로부터 25 마이크로미터의 위치로 기판 표면으로부터 50 마이크로미터의 위치로부터와 같이, 기판에 두 배 근접하게 인젝터 헤드가 이동할 때, 사용시 가스-베어링 층 내 압력은 적어도 두 배이고, 예를 들어 전형적으로 8배 증가한다. 바람직하게, 사용시 가스-베어링 층의 강성은 103 및 1010 뉴턴 퍼 미터(Newton per meter)이지만, 또한 이렇나 범위 밖일 수 있다. 그러한 상승된 가스 압력은 예를 들어 1.2 내지 20바의 범위 내, 특히 3 내지 9바의 범위 내에 있을 수 있다. 더 강한 흐름 방벽은 일반적으로 더 높은 상승된 압력들을 야기한다. 상승된 전구체 가스 압력은 기판 표면 상의 전구체 가스의 증착 속도를 증가시킨다. 전구체 가스의 증착이 종종 원자층 증착의 중요한 속도-제한 공정을 형성하기 때문에, 본 실시예는 원자층 증착의 속도의 증가를 허용한다. 예를 들어, 종종 실제로 일어날 수 있는, 다수의 원자층들을 포함하는 구조를 만들기 위해 장치가 사용되는 경우에, 공정 속도는 중요하다. 속도 증가는 구조의 최대 층 두께를 증가시키고, 이는 비용-효과적인 방법에서의 원자층 증착에 의해 적용될 수 있으며, 예를 들어 10 나노미터로부터 10 나노미터 이상의 값으로, 예를 들어 20 내지 50 나노미터 범위 내에서 또는 더 전형적으로는 1000 나노미터 이상이며, 이는 공정 사이클들의 수에 따라 몇 분 또는 몇 초 내에서 현실적으로 실현될 수 있다. 따라서 장치는 포일 시스템 내 방벽 층들을 제공하는 것과 같이 원자층 증착의 새로운 적용들을 가능하게 할 것이다. 일 예는 기판 상에 지지되는 유기 led(organic led)를 위한 가스 방벽 층일 수 있다. 따라서, 산소 및 물에 매우 민감한 것으로 알려진, 유기 led는 기술된 방법 및 시스템에 따른 ALD 생성된 방벽 층을 제공함으로써 제조될 수 있다.
일 실시예에서, 장치는 방향(P)을 따라 기판 표면들을 향하는 인젝터 헤드 상에 압축응력을 가하기 위해 배열된다. 가스 인젝터는 가스-베어링 층 내 압력을 제어함으로써 압축응력 힘에 대항하도록 배열될 수 있다. 사용시, 압축응력 힘은 가스-베어링 층의 강성을 증가시킨다. 그러한 증가된 강성은 기판 표면의 평면 밖 원하지 않는 움직임을 감소시킨다. 결과적으로, 인젝터 헤드는, 기판 표면 터치 없이, 기판 표면에 더 근접하게 작동될 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 압축응력 힘은 압축응력 힘을 생성하기 위해 인젝터 헤드에 중력을 가함으로써 중력적으로 및/또는 자기적으로 형성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 압축응력 힘은 스프링 또는 다른 탄성 요소에 의해 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 전구체 공급은 증착 공간의 길이방향에 가로지르는 방향 내에서 전구체 가스의 흐름을 위해 배열된다. 일 실시예에서, 전구체 공급은 적어도 하나의 전구체 공급 슬릿에 의해 형성되고, 증착 공간의 길이방향은 적어도 하나의 전구체 공급 슬릿을 따라 향한다. 바람직하게, 인젝터 헤드는 적어도 하나의 전구체 공급 슬릿의 길이방향에 가로지르는 방향 내에서 전구체 가스의 흐름을 위해 배열된다. 이는 공급 슬릿을 따른 실질적으로 연속하는 전구체 가스의 집중을 가능하게 하는데, 집중 경사(concentration gradient)가 기판 표면에 전구체 가스의 점착의 결과로서 달성될 수 있기 때문이다. 전구체 가스의 집중은 바람직하게 원자층 증착을 위해 필요한 최소한의 집중 약간 위에서 선택된다. 이는 전구체 가스의 능률적인 이용을 추가한다. 바람직하게, 기판 표면의 평면 내 기판 및 증착 공간 사이의 상대 움직임은 적어도 하나의 전구체 공급 슬릿의 길이방향에 가로지른다. 따라서, 전구체 배수는 전구체 공급에 인접하게 제공되고, 기판의 이송 방향과 함께 정렬된 전구체 가스 흐름을 정의한다.
일 실시예에서, 가스-베어링 층은 한정 구조, 특히 흐름 방벽을 형성한다. 본 실시예에서, 외부 흐름 경로는 가스-베어링 층을 통해 적어도 부분적으로 안내할 수 있다. 가스-베어링 층이 흐름 방벽 및/또는 한정 구조의 다소 효과적인 형태를 형성하기 때문에, 외부 흐름 경로를 통한 전구체 가스의 손실은 방지될 수 있다.
일 실시예에서, 흐름 방벽은 외부 흐름 경로 내 한정 가스 압력 및/또는 한정 가스 커튼(curtain)에 의해 형성된다. 이들은 흐름 방벽을 형성하기 위한 신뢰할 수 있고 다재다능한 선택들을 형성한다. 한정 가스 커튼 및/또는 압력을 형성하는 가스는 또한 가스-베어링 층의 적어도 일부를 형성할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 흐름 방벽은 인젝터 헤드에 인접한 유체 구조에 의해 형성된다. 바람직하게, 그러한 유체 구조는 80℃, 200℃, 400℃ 및 600℃ 중 하나까지 온도를 유지할 수 있는 유체로 만들어진다. 그러한 유체들은 당업자에게 알려져 있다.
일 실시예에서, 흐름 방벽은 인젝터 헤드와 기판 표면 사이에 및/또는 인젝터 헤드와 기판 표면의 평면 내에서 기판 표면으로부터 연장하는 기판 사이에서 흐름 간격에 의해 형성되고, 외부 흐름 경로를 따르는 흐름 간격의 길이 및 두께는 주입된 전구체 가스의 부피 흐름율에 비해 외부 흐름 경로를 따르는 전구체 가스의 부피 흐름율을 실질적으로 방해하기 위해 적응된다. 바람직하게, 동일 시간에서 그러한 흐름 간격은 외부 흐름 경로의 적어도 일부를 형성한다. 바람직하게, 흐름 간격의 두께는 가스-베어링 층에 의해 결정된다. 본 실시예에서 작은 양의 전구체 가스가 외부 흐름 경로를 따라 증착 공간 밖으로 흐를 수 있더라도, 흐름 방벽을 형성하기 위해 다소 복잡하지 않은 효과적 선택이 가능하다.
일 실시예에서, 증착 공간은 기판 표면의 평면 내에서 길쭉한 형상을 가진다. 기판 표면에 가로지르는 증착 공간의 치수는, 적어도 5배 또는 적어도 50배로, 기판 표면의 평면 내의 증착 공간의 하나 이상의 치수들보다 상당히 작을 수 있다. 길쭉한 형상은 평평하거나 곡선일 수 있다. 그러한 길쭉한 형상은 증착 공간 내에 주입되는데 필요한 전구체 가스의 부피를 감소시켜서, 주입된 가스의 효율을 증가시킨다. 그것은 또한 증착 공간을 충전하고 비우는데 더 짧은 시간을 가능하게 해서, 전체 원자층 증착 공정의 속도를 증가시킨다.
일 실시예에서, 장치의 증착 공간은 기판 표면 및 인젝터 헤드 사이 증착 간격에 의해 형성되고, 바람직하게 50 마이크로미터보다 작은 최소 두께를 가지고, 더 바람직하게, 15 마이크로미터보다 작고, 예를 들어 3 마이크로미터 주변이다. 흐름 간격은 유사한 치수들의 가질 수 있다. 50 마이크로미터보다 작은 최소 두께를 가지는 증착 공간은 전구체 가스의 다소 효율적인 사용으로 이끄는 다소 좁은 간격을 가능하게 하고, 동시에 기판 표면의 평면 내에서 기판과 증착 공간 사이의 상대 움직임을 확립하는 위치화 시스템의 기판 표면 밖의 평면 내에서의 일탈 상의 엄격한 조건들을 피한다. 이러한 방식에서 위치화 시스템은 덜 비쌀 수 있다. 15 마이크로미터보다 작은 증착 간격의 최소 두께는 전구체 가스의 효율적 사용을 더 증가시킬 수 있다.
가스-베어링 층은 흐름 간격 및/또는 증착 간격을 비교적 작게 할 수 있으며, 예를 들어 그것의 최소 두께는 50 마이크로미터보다 작거나 15 마이크로미터보다 작을 수 있고, 예를 들어 10 마이크로미터 주변이고, 도는 3 마이크로미터에 근접한다.
일 실시예에서, 인젝터 헤드는 전구체 배수를 더 포함하고 전구체 공급으로부터 증착 공간을 거쳐 전구체 배수로 전구체 가스를 주입하기 위해 배열된다. 전구체 배수의 존재는 증착 공간을 통해 연속적 흐름의 가능성을 제공한다. 연속적 흐름 내에서, 전구체 가스의 흐름을 조절하기 위한 높은-속도 값들이 생략될 수 있다. 바람직하게, 전구체 배수로부터 전구체 공급으로의 거리는 장치의 사용 동안 고정된다. 바람직하게, 사용시 전구체 배수 및 전구체 공급은 모두 기판 표면을 향한다. 전구체 배수 및/또는 전구체 공급은 개별적으로 전구체 배수 개구 및/또는 전구체 공급 개구에 의해 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 전구체 배수는 적어도 하나의 전구체 배수 슬릿에 의해 형성된다. 적어도 하나의 전구체 배수 슬릿 및/또는 적어도 하나의 전구체 공급 슬릿은 다수의 개구들을 포함할 수 있거나, 적어도 하나의 슬롯(slot)을 포함할 수 있다. 슬릿들의 사용은 비교적 큰 기판 표면 상의 효율적인 원자층 증착을 가능하게 하거나, 다수의 기판들 상의 동시에 존재하는 원자층 증착을 가능하게 하여서, 장치의 생산성을 증가시킨다. 바람직하게, 적어도 하나의 전구체 배수 슬릿으로부터 적어도 하나의 전구체 공급 슬릿으로의 거리는, 전구체 공급 슬릿 및/또는 전구체 배수 슬릿의 길이보다, 예를 들어 5배 더 작은 것과 같이, 상당히 더 작다. 이는 전구체 가스의 집중이 증착 공간을 따라 실질적으로 일정하게 하는 것을 돕는다.
일 실시예에서, 장치는, 기판 표면의 평면 내에서 기판을 움직이게 하기 위해 배열된 릴-투-릴(reel-to-reel) 시스템을 포함하는 것에 의해, 기판 표면의 평면 내에서 기판 및 증착 공간 사이 상대적 움직임을 위해 배열된다. 본 실시예는 장치의 일반적 이점에 대한 타당성을 가지고, 이는 진공을 형성하기 위한 인젝터 헤드 주위의 닫힌 하우징이고, 선택적으로 또한 진공을 깨는 것 없이 닫힌 하우징 안으로 기판이 들어가게 하기 위한 부하 잠금(load lock)이 생략될 수 있다. 릴-투-릴 시스템은 바람직하게 위치화 시스템(positioning systme)을 형성한다.
일 태양에 따르면, 본 발명은 에어 베어링에 의해 편리하게 기판 캐리어(carrier)가 제공되는 선형(linear) 시스템을 제공한다. 이는 측정될 수 있고 연속적으로 작동될 수 있는 쉽고 예측가능한 기판 움직임을 제공한다.
전구체 가스는 예를 들어 염화 하프늄(HfCl4)을 포함할 수 있지만 또한, 예를 들어 테트라키스(Ethyl-Methyl-Amino) 하프늄 또는 트리메틸알루미늄(Al(CH3)3)과 같은, 전구체 물질의 다른 형태를 포함할 수 있다. 전구체 가스는, 질소 가스 또는 아르곤 가스와 같은, 캐리어 가스와 함께 주입될 수 있다. 캐리어 가스 내 전구체 가스의 집중은 전형적으로 1.01 내지 1 부피%의 범위 내에 있다. 사용시, 증착 공간(2) 내 전구체 가스 압력은 전형적으로 0.1 내지 1 밀리바의 범위 내에 있을 수 있지만, 또한 대기압 근처에 있을 수 있거나, 심지어 대기압보다 상당히 위에 있을 수 있다. 인젝터 헤드에는, 예를 들어 130 및 330℃ 사이의 범위 내인, 증착 공간(2) 내 상승된 온도를 확립하기 위한 히터가 제공될 수 있다.
사용시, 외부 흐름 경로를 따르는 전구체 가스의 부피 흐름율의 전형적인 값은 500 내지 3000 sccm(standard cubic centimeters per minute)의 범위 내에 있을 수 있다.
일반적으로, 장치는 기판 표면(4)의 적어도 일부 상에 전구체 가스의 증착 후 전구체를 반응시키기 위한 반응 공간 내에서 반응 가스, 플라즈마, 레이저-생성 복사, 및 자외선 복수 중 적어도 하나를 제공하기 위해 배열될 수 있다. 예를 들어 이러한 방식에서 플라즈마-강화 원자 레이저 증착이 가능하게 될 수 있고, 이는, 예를 들어 유연한 포일들 위의 OLED들과 같은 유연한 전자기기들의 적용들을 위한, 플라스틱 상의 ALD 공정들을 수월하게 하는 130℃보다 전형적으로 낮은, 낮은 온도에서의 공정에 유리할 수 있거나, (전형적으로, 130℃보다 높은) 고온에 민감한 다른 물질들의 공정에 유리할 수 있다. 플라즈마-강화 원자층 증착은 예를 들어, 칩들이나 태양전지들과 같은 반도체 생산품들을 제조하기 위한, 양질의 낮은-k 알루미늄 산화물(Al2O3) 층들에 적합할 수 있다. 반응 가스는 예를 들어 산소(O2), 오존(O3), 및/또는 물(H2O)과 같은 산화제를 포함한다.
원자층 증착의 공정의 예에서, 다양한 단계들이 확인될 수 있다. 제1 단계에서, 기판 표면은 예를 들어 하프늄 테트라 클로라이드(Hafnium Tetra Chloride)와 같은 전구체 가스에 노출된다. 기판 표면(4)이 전구체 가스 분자들에 의해 완전히 차지된다면 전구체 가스의 증착은 보통 멈춰진다. 제2 단계에서, 증착 공간(2)은 퍼지 가스를 사용하여, 및/또는 진공을 사용하는 것에 의한 증착 공간(2)을 소진시키는 것에 의해 퍼지된다. 이러한 방식에서, 초과 전구체 분자들은 제거될 수 있다. 퍼지 가스(purge gas)는 바람직하게 전구체 가스에 대해 불활성이다. 제3 단계에서, 전구체 분자들은 얘를 들어 수증기(H2O)와 같은 산화제와 같은 반응 가스에 노출된다. 증착된 전구체 분자들과 함께 반응제의 반응에 의해, 예를 들어 하프늄 산화물(HfO2)과 같은, 원자층이 형성된다. 이러한 물질은 트랜지스터의 새로운 생성 내 게이트(gate) 산화물로서 사용될 수 있다. 제4 단계에서, 반응 공간은 초과 반응 분자들을 제거하기 위해 퍼지된다.
명백히 지시되지 않았지만, 일 실시예에 따른 어떠한 장치도 다른 실시예의 장치의 특징을 가질 수 있다.
본 발명의 선택적 태양들은 다음을 포함한다: 박편으로된 기판의 표면 상의 원자층 증착을 위한 장치를 포함하고, 상기 장치는 인젝터 헤드 및 가스 베어링을 포함함; 상기 인젝터 헤드는 전구체 공급 및 전구체 배수가 제공된 증착 공간을 포함; 상기 공급 및 배수는 전구체 공급으로부터 증착 공간을 거쳐 전구체 배수로 전구체 가스 흐름을 제공하도록 배열되고, 증착 공간은 사용시 인젝터 헤드와 기판 표면에 의해 구획됨; 상기 가스 베어링은 기판 표면과 인젝터 헤드 사이 베어링 가스를 주입하기 위해 배열된 베어링 가스 인젝터를 포함하고, 베어링 가스는 가스-베어링을 형성함; 이송 시스템은 기판이 이송되는 이송 평면을 형성하도록 기판의 평면을 따라 인젝터 헤드 및 기판의 상대적 움직임을 제공함; 지지부는 인젝터 헤드에 대향하게 배열되고, 지지부는 이송 평면 내 인젝터 헤드 가스-베어링의 균형을 잡는 가스 베어링 압력 배열을 제공하여서, 기판은 인젝터 헤드와 지지부 사이 내에 상기 가스 베어링 압력 배열에 의해 지지 없이 유지됨; 증착 공간은, 공급 및 배수가 끝나고 및/또는 시작하는, 바람직하게 깊이(D2-D1)를 가지는, 공동에 의해 형성되는 장치; 박편으로 된 기판의 제1 등급 굽힘 모드들을 방지하는 물결 형상들과 같은 기판 표면에 수직한 방향에서 보이는, 가스 베어링이 형성된 장치; 이송 시스템이 도입 영역, 및 이송 평면에 대해 정렬되고 도입 영역에 인접한 작업 영역을 포함하고; 인젝터 헤드는 작업 영역 내에 제공되며, 박편으로 된 기판은 도입 영역 내에 삽입되고, 도입 영역은, 선택적으로 작업 영역을 향하는 방향 내에서, 이송 평면 위의 작업 높이를 감소시키도록 제조되는 장치; 도입 영역은 이송 평면을 향하는 경사진 벽 부분을 포함하는 장치; 도입 영역은 작업 높이를 설정하도록 이동할 수 있는 벽 부분, 특히 상부 벽 부분을 구비하는 장치; 나가는 영역을 더 포함하는 장치; 인젝터 헤드가 이송 평면을 향해 그리고 멀게 이동할 수 있는 장치; 인젝터 헤드를 포함하는 장치를 사용하여 기판의 표면 상에 원자층 증착을 위한 방법, 인젝터 헤드는 베어링 가스 인젝터가 제공된 가스 베어링 및 전구체 공급이 제공된 증착 공간을 포함, 상기 방법은 다음의 단계를 포함함, a) 기판 표면에 접촉시키기 위해 전구체 공급으로부터 증착 공간 안으로 전구체 가스를 공급하는 단계; b) 기판 표면 및 인젝터 헤드 사이에 베어링 가스를 주입하는 단계, 베어링 가스는 가스-베어링을 형성; c) 기판 표면의 평면 내 기판 및 증착 공간 사이 상대 움직임을 확립하는 단계; d) 이송 평면 내 인젝터 헤드 가스-베어링의 균형을 잡는 가스 베어링 압력 배열을 제공하는 단계, 기판은 지지부 및 인젝터 헤드 사이 내 상기 가스 베어링 압력 배열에 의해 지지 없이 유지됨; 상기 장치가 반응 공간을 포함하는 방법, 기판 표면의 적어도 일부 상에 원자층을 얻기 위해 기판 표면의 적어도 일부 상에 전구체 가스의 증착 후 반응 가스와 함께 전구체 가스를 반응시키기 위한 반응 공간 내에서, 반응가스, 플라즈마, 레이저-생성 복사, 및 자외선 복사 중 적어도 하나를 제공하는 단계를 포함함; 및/또는 방법은 다음을 더 포함함; - 가스 흐름 시스템의 제어에 대해 기판의 선택적 움직임을 제공하도록, 이송 평면을 따라 가스 흐름 및 가스 베어링 압력을 제공하도록 베열된 가스 흐름을 제공하는 단계; 및 - 기판 가장자리가 배수를 지날 때, 배수가 기판으로부터 먼 흐름을 제공하도록 스위치 꺼지도록, 기판의 존재에 따라 가스 흐름을 스위칭하는 단계.
본 발명은 여기에 기술된 실시예에 한정되지 않고, 당업자의 시야 내에서, 첨부된 청구범위들의 범위 내에서 고려될 수 있는 변경들이 가능하다. 예를 들어, 본 발명은 또한 다수의 장치들을 사용하여 원자층 증착을 위한 방법 및 다수의 장치에 관한 것이다. 도 10은 다수의 장치들(72.i.j(i=1,...N 및 j=1,...,M))의 개략도를 도시한다. 본 예에서, N은 5이고 j는 3이다. 그러나, 다른 예에서 N은 5보다 크거나 작을 수 있고 및/또는 M은 3보다 크거나 작을 수 있다. 장치들은 연속으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 장치들(72.1.1, 72.1.2, 및 72.1.3)은 연속으로 결합된다. 연속해서 결합된 장치들은 하나 및 동일한 기판(9) 상에 한 이상의 ALD-층들 증착을 위해 사용될 수 있다. 도 10으로부터 장치들이 평행하게 또한 결합될 수 있음이 명백할 것이다. 예를 들어, 장치들(72.1.1,72.2.1, 72.3.1, 72.4.1 및 72.5.1)은 도 10에서 평행하게 결합된다. 동일하게 모든 운동학적 전환들이 본질적으로 개시된 것으로 그리고 본 발명의 범위 내에서 고려된다. "바람직하게", "특히", "전형적으로" 등과 같은 표현의 사용은 본 발명을 제한할 의도가 아니다. 부정관사 "하나" 또는 "하나의"는 복수를 배제하지 않는다. 예를 들어, 본 발명에 따른 일 실시예의 장치에는 복수의 인젝터 헤드들이 제공될 수 있다. '상대 움직임' 및 '상대 이동'의 용어들은 교환가능하게 사용됨이 또한 명백할 것이다. 개시된 실시예의 태양들은 다른 실시예들과 적절히 조합될 수 있고 개시될 수 있다 특별히 또는 명백히 기술되거나 청구되지 않은 특징들은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서 본 발명에 따른 구조 내에 추가적으로 포함될 수 있다.
1: 인젝터 헤드
2, 3: 증착 공간
4: 전구체 공급
5: 기판 표면
6: 전구체 배수
7: 가스 베어링

Claims (15)

  1. 전구체 공급 및 전구체 배수가 제공된 증착 공간; 상기 공급 및 배수는 전구체 공급으로부터 증착 공간을 거쳐 전구체 배수로 전구체 가스를 제공하기 위해 배열됨; 증착 공간은 사용시 인젝터 헤드와 기판 표면에 의해 구획됨;
    기판 표면과 인젝터 헤드 사이에 베어링 가스를 주입하기 위해 배열된 베어링 가스 인젝터를 포함하는 가스 베얼이, 상기 베어링 가스는 가스-베어링을 형성함;
    을 포함하는 인젝터 헤드;
    기판이 이송되는 이송 평면을 형성하도록 기판의 평면을 따라 인젝터 헤드 및 기판의 상대 움직임을 제공하는 이송 시스템; 및
    인젝터 헤드에 대향하게 배열된 지지부; 상기 지지부는 이송 평면 내 인젝터 헤드 가스-베어링의 균형을 잡는 가스 베어링 압력 배열을 제공하도록 제조되어서, 기판은 상기 가스 베어링 압력 배열에 의해 인젝터 헤드와 지지부 사이에서 지지없이 유지됨;
    을 포함하고,
    상기 증착 공간은 기판 표면에 대해 증착 공간 높이(D2)를 정의하고; 가스 베어링은, 기판에 대해, 증착 공간 높이(D2)보다 작은 간격 거리(D1)를 정의하는, 박편으로 된 기판의 표면 상의 원자층 증착 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    가스-베어링 압력 배열은 인젝터 헤드에 의해 제공되는 지지부 내 동일한 흐름 배열을 가지는 것에 의해 인젝터 헤드의 균형을 잡는 원자층 증착 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    전구체 배수는 전구체 공급에 인접하게 제공되고, 기판의 이송 방향과 함께 정렬되는 전구체 가스 흐름을 정의하며; 및/또는 사용시, 전구체 배수 및 전구체 공급은 모두 기판 표면을 향하는 원자층 증착 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    인젝터 헤드는 기판의 존재에 따라 전구체 공급; 배수 및/또는 인젝터 중 어느 것을 스위칭하기 위한 압력 제어를 포함하는 원자층 증착 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    지지부는 전구체 배수에 대향하는 배수를 포함하고, 상기 배수는 증착 공간 내 기판의 존재에 따라 스위칭될 수 있어서, 기판 가장자리가 전구체 배수를 지날 때, 전구체 흐름은 지지부를 향하는 기판 표면으로부터 멀게 제공되는 원자층 증착 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    인젝터 헤드는 반응물 공급이 제공된 추가적인 증착 공간을 포함하고, 추가적인 증착 공간은 사용시 흐름 방벽에 의해 구획되며, 상기 장치는 바람직하게, 기판 표면의 적어도 일부 상에 전구체 가스의 증착 후 전구체를 반응시키기 위한 추가적인 증착 공간 내에서, 반응 가스, 플라즈마, 레이저-생성 복사, 및 자외선 복사 중 적어도 하나를 제공하도록 배열되는 원자층 증착 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    이송 시스템은 도입 영역; 및 이송 평면에 대해 정렬되고 도입 영역에 인접한 작업 영역을 포함하고; 인젝터 헤드는 작업 영역 내에 제공되며; 박편으로 된 기판은 도입 영역 내에 삽입될 수 있고, 도입 영역은 작업 영역을 향하는 방향 내에서 이송 평면 위 작업 높이를 감소시키도록 제조되는 원자층 증착 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    도입 영역은 작업 높이를 설정하도록 이동할 수 있는 상부 벽 부분을 구비하는 원자층 증착 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    인젝터 헤드는 이송 평면을 향해 그리고 멀리 이동할 수 있는 원자층 증착 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    이송 시스템은 가스 입구들 및 출구들의 번갈아 배열된 쌍들이 제공된 수송 요소들을 포함하고; 이송 평면을 따른 가스 흐름 및 가스 베어링 압력을 제공하도록 배열된 가스 흐름 제어 시스템을 포함하며, 가스 흐름을 제어하는 것에 의해 기판의 이동을 제공하는 원자층 증착 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    가스 출구들 및 입구들의 쌍들은, 출구로부터 입구로의 이송 평면을 따라, 포켓 내에서, 흐름을 제공하기 위한 이송 평면을 향하는 포켓들 내에 제공되고; 가스 출구들에는 방향성 에어 베어링을 제공하도록 흐름 제한이 제공되는 원자층 증착 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    도입 영역 및 나가는 영역 사이 중심선을 따라 기판을 이동시키기 위해 기판의 중심을 잡기 위한 제1 중심 에어 베어링 및 제2 중심 에어 베어링이 제공되는 원자층 증착 장치.
  13. 인젝터 헤드를 포함하는 장치를 이용하는 기판의 표면 상에 원자층 증착을 위한 방법에 있어서, 상기 인젝터 헤드는 베어링 가스 인젝터가 제공된 가스 베어링 및 전구체 공급이 제공된 증착 공간을 포함하며,
    a) 증착 공간이 기판 표면에 대해 증착 공간 높이(D2)를 정의하는 기판 표면에 접촉하기 위해 전구체 공급으로부터 증착 공간 안으로 전구체 가스를 공급하는 단계;
    b) 인젝터 헤드 및 기판 표면 사이에 베어링 가스를 주입하는 단계, 상기 베어링 가스는 가스-베어링을 형성하고 가스 베어링은, 기판에 대해, 증착 공간 높이(D2)보다 작은 간격 거리(D1)를 정의함;
    c) 기판 표면의 평면 내 기판 및 증착 공간 사이의 상대 움직임을 확립하는 단계; 및
    d) 이송 평면 내 인젝터 헤드 가스-베어링의 균형을 맞추는 가스 베어링 압력 배열을 제공하는 단계, 기판은 인젝터 헤드 및 지지부 사이 내에서 상기 가스 베어링 압력 배열에 의해 지지없이 유지됨;
    를 포함하는 원자층 증착 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 장치는 반응 공간을 포함하고, 기판 표면의 적어도 일부 상에 원자층을 얻기 위해 기판 표면의 적어도 일부 상에 전구체 가스의 증착 후 반응 가스와 함께 전구체를 반응시키기 위한 반응 공간 내에서, 반응 가스, 플라즈마, 레이저-생성 복사, 및 자외선 복사 중 적어도 하나를 제공하는 단계를 포함하는 원자층 증착 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    인젝터 헤드에 대한 기판의 왕복 움직임을 제공하기 위해 가스 흐름 시스템의 제어에 대해 기판의 선택적 움직임을 제공하도록, 이송 평면을 따라 가스 흐름 및 가스 베어링을 제공하도록 배열된 가스 흐름을 제공하는 단계;
    를 더 포함하는 원자층 증착 방법.
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