KR20150028371A - 제논 플래시 램프를 이용한 원자층 증착 장치 및 방법 - Google Patents

제논 플래시 램프를 이용한 원자층 증착 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20150028371A
KR20150028371A KR20130099055A KR20130099055A KR20150028371A KR 20150028371 A KR20150028371 A KR 20150028371A KR 20130099055 A KR20130099055 A KR 20130099055A KR 20130099055 A KR20130099055 A KR 20130099055A KR 20150028371 A KR20150028371 A KR 20150028371A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
atomic layer
flash lamp
xenon flash
layer deposition
thin film
Prior art date
Application number
KR20130099055A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101679903B1 (ko
Inventor
심준형
박석원
한권덕
최형종
Original Assignee
고려대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 고려대학교 산학협력단 filed Critical 고려대학교 산학협력단
Priority to KR1020130099055A priority Critical patent/KR101679903B1/ko
Publication of KR20150028371A publication Critical patent/KR20150028371A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101679903B1 publication Critical patent/KR101679903B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/448—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/24—Deposition of silicon only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34—Nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4411—Cooling of the reaction chamber walls
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4412—Details relating to the exhausts, e.g. pumps, filters, scrubbers, particle traps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/448—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials
    • C23C16/4486—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials by producing an aerosol and subsequent evaporation of the droplets or particles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/511—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using microwave discharges
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D

Abstract

제논 플래시 램프를 이용한 원자층 증착 장치 및 방법이 개시된다. 제논 플래시 램프를 이용한 원자층 증착 장치는 제논 플래시 램프를 이용 순간적인 복사열로 어닐링 공정을 수행함으로써 사용자가 어닐링 공정을 원하는 표층 박막에만 어닐링 공정을 적용할 수 있다.

Description

제논 플래시 램프를 이용한 원자층 증착 장치 및 방법{Atomic layer deposition apparatus and method using Xenon flash lamp}
본 발명은 제논 플래시 램프를 이용 순간적인 복사열로 어닐링 공정을 수행함으로써 사용자가 어닐링 공정을 원하는 표층 박막에만 어닐링 공정을 적용할 수 있는 제논 플래시 램프를 이용한 원자층 증착 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 화석연료 생산, 연료전지, 배터리 등에는 기능성 박막(예를 들어, 촉매)이 필수적이며 이 기능성 박막은 다공성 물질로 이루어진 기판 위에 올려진다.
다공성 물질 위에 기능성 박막을 형성하는 공정으로는 에어로졸 공정(Aerosol process), 졸겔법(sol-gel method), 화학기상 증착법(CVD: Chemical Vapor Deposition), 원자층 증착법(ALD: Atomic Layer Deposition) 등이 주로 사용된다.
이 중에 원자층 증착(Atomic Layer Deposition)법은 단원자층의 화학적 흡착 및 탈착을 이용한 나노스케일의 박막 증착기술로서 각 반응물질들을 개별적으로 분리하여 펄스 형태로 챔버에 공급함으로써 기판 표면에 반응물질의 표면 포화(surface saturation) 반응에 의한 화학적 흡착과 탈착을 이용한 새로운 개념의 박막증착기술이다.
이러한 원자층 증착법은 purge/precursor pulsing/purge/oxygen source pulsing의 1사이클 단위로 구성되며, 한 사이클 진행시 증착 두께를 하나의 원자층으로 증착하는 자기제한적 특성을 지니고 있다. 그러나 물질의 결정성 및 상에 따라 물질 특성이 크게 달라지게 되며, 원자층 증착법만으로는 제작한 박막 결정성과 상을 제어하기 어려운 문제점이 있다. 이에 따라 대상 물질의 결정성 및 상을 변화시켜 주기 위한 어닐링(annealing) 공정이 추가되어야 한다.
전통적으로 여러 공정에서 사용되어 오던 어닐링 공정은 기판 표면에 증착한 박막뿐만 아니라 기판까지도 열이 전달되기 때문에 박막 및 기판간의 수축/팽창 차이에 의한 크랙이 발생하게 되는 단점이 있다. 또한 도 1에 도시된 바와 같이, 다층 박막(laminating film)에 종래의 어닐링 공정을 사용할 경우 박막간의 물질 전달(diffusion)이 발생하여 성분비의 변화 및 물질 고유 특성 파괴되는 문제가 발생된다.
본 발명은 제논 플래시 램프를 이용 순간적인 복사열로 어닐링 공정을 수행함으로써 사용자가 어닐링 공정을 원하는 표층 박막에만 어닐링 공정을 적용할 수 있는 제논 플래시 램프를 이용한 원자층 증착 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
이로 인해, 본 발명은 박막간의 물질 전달(diffusion)이 발생하여 성분비의 변화 및 물질 고유 특성 파괴되는 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라 어닐링에 따른 박막 오염 문제를 해결할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 제논 플래시 램프를 이용 순간적인 복사열로 어닐링 공정을 수행함으로써 사용자가 어닐링 공정을 원하는 표층 박막에만 어닐링 공정을 적용할 수 있는 제논 플래시 램프를 이용한 원자층 증착 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제논 플래시 램프를 이용한 원자층 증착 장치 및 그 방법을 제공함으로써, 제논 플래시 램프를 이용 순간적인 복사열로 어닐링 공정을 수행함으로써 사용자가 어닐링 공정을 원하는 표층 박막에만 어닐링 공정을 적용할 수 있다.
이로 인해, 본 발명은 박막간의 물질 전달(diffusion)이 발생하여 성분비의 변화 및 물질 고유 특성 파괴되는 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라 어닐링에 따른 박막 오염 문제를 해결할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래의 열처리 효과를 설명하기 위해 도시한 도면.
도 2는 원자층 증착법의 일반 원리를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제논 플래시 램프를 이용한 원자층 증착 장치를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 효과를 설명하기 위해 도시한 도면.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 원자층 증착법의 일반 원리를 도시한 도면이다.
원자층 증착은 불활성 기체(Ar, N2 등)에 의해 분리된 각각의 반응물을 기판에 공급하여 하나의 원자층을 증착하고, 원하는 두께의 증착이 이루어질 때까지 반복적으로 증착을 수행하는 방식이다(도 2 참조).
보다 상세하게, 원자층 증착은 아래의 과정으로 이루어진다.
1. 전구체 (precursor) 흡착 및 퍼지: 증착을 원하는 물질이 포함된 전구체를 기판 표면(다공성 물질)에 흡착시킨다.
이 과정에서 전구체의 배위자(ligand)들에 의해 자기 제한적인 흡착 과정이 진행됨에 따라 일정량 분자들이 흡착된 후에는 더 이상 흡착이 진행되지 않게 된다.
전구체끼리의 흡착은 물리흡착으로 이루어져 결합력이 약하기 때문에 쉽게 떨어질 수 있으며, 반면 기판과 흡착한 전구체는 화학흡착으로 더 강한 결합을 하기 때문에 그 다음 단계인 purge 단계에서 물리흡착한 전구체는 모두 떨어져 나가 제거되고 화학흡착한 전구체는 흡착된 채로 남아 있게 된다. 이러한 화학흡착과 물리흡착의 차이에 의해 원자층 단위의 조절이 가능하게 된다.
2. 반응체 (reactant) 반응 및 퍼지: 원하는 박막을 만들기 위해 반응체를 공급하게 되면, 반응체와 기판에 흡착되어 있는 전구체가 서로 표면 화학 반응을 하여 막이 형성되고, 물리흡착된 반응체와 부산물은 이어지는 퍼지 과정에서 제거되고 원자층만큼 성장하게 된다. 이와 같은 과정이 한 사이클로 구성되며 증착 속도는 배위자의 크기 효과로 인해 보통 사이클당 당 원자층 이하로 나타나는 특성을 보인다.
이렇게 원자층 증착은 표면에서의 반응을 이용하고 물질들을 교대로 주입하기 때문에 증착 속도가 느리다는 단점이 존재함에도 불구하고 완벽한 단차피복성을 보여주는 한편, 표면 반응을 통하여 증착이 진행되므로 적절한 전구체와 반응체의 선택을 통해 비교적 저온에서 고품질의 박막 증착이 가능하다
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제논 플래시 램프를 이용한 원자층 증착 장치를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 효과를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치는 챔버(310), 기판 홀더(315), 실린더(320), 이송 수단(325), 히팅 수단(330), 게이트 밸브(340) 및 복사열 제공부(345)을 포함할 수 있다.
챔버(310)는 외부와 차단되어 박막 증착을 위한 반응 공간이다. 챔버 바디의 일측면에는 전구체 이송을 위한 실린더(320)이 배치될 수 있다.
또한, 챔버(310) 내부에는 박막이 증착되기 위한 기판 홀더(315)가 배치된다.
기판 홀더(315)는 챔버(310) 내부에 배치되며, 기판 홀더(315) 상면에는 기능성 박막 증착을 위한 기공이 형성될 수 있다.
기판 홀더(315)는 기능성 박막 증착을 위한 다공성 물질이 들어 있다.
기판 홀더(315)는 다공성 물질이 둘러 쌓일 수도 있으며, 기판 홀더(315) 내부에 다공성 물질을 포함한 내부 밀폐 공간이 구비될 수도 있다.
이와 같은 기판 홀더(315)를 원자층 증착법을 위한 반응이 가능하도록 챔버(310) 내부로 이동시키기 위한 이송 수단(325)이 기판 홀더(315) 일면에 결합될 수 있다.
이송 수단(325)은 예를 들어, 레일이나 컨베이너 밸트 등일 수 있다.
또한, 이송 수단(325)는 펌핑수단이 연결될 수 있다. 펌핑 수단과 이송 수단(325) 사이에는 다공성 막이 형성되어 파우더 분말의 유실을 막을 수 있다. 또한, 파우더 분말 이송시 연쇄적으로 펌핑수단이 개방되고 폐쇄되어 파우더 분말의 이송을 도움과 동시에 파우더 분말의 기체화를 유발할 수 있다.
도 2에는 상세히 도시되어 있지 않으나, 이송 수단(325)은 기판 홀더(315)를 챔버(310) 내부에 위치시키도록 제1 방향으로 이동시킬 수 있을 뿐만 아니라, 제1 방향의 반대방향(제2 방향)으로 이동시킬 수도 있다. 예를 들어, 이송 수단(325)은 앞뒤로 기판 홀더(315)를 챔버(310) 내부에 반복적으로 이동시킬 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판 홀더(315) 내부에 들어 있는 다공성 물질은 나노입자일 수 있다. 이하에서는 기판 홀더(315)내에 들어 있는 물질이 나노입자인 것을 가정하여 이를 중심으로 설명하기로 한다.
또한, 기판 홀더(315)의 상면에 형성된 기공의 크기는 기능성 박막 형성을 위한 전구체 또는 반응체를 포함하는 소스 가스는 통과시키고 나노입자는 통과시키지 않을 정도의 크기를 가질 수 있다.
이미 전술한 바와 같이, 챔버(310)의 일면에 결합된 실린더(320)을 통해 소스 가스가 챔버(310) 내부로 유입되고, 기판 홀더(315)에 둘러 싸여 있거나 내부에 들어 있는 다공성 물질(즉, 나노 입자)와의 원자층 증착법을 위한 반응을 통해 기판 홀더(315)의 상면에 박막이 형성될 수 있다.
히팅 수단(330)은 기판 홀더(315)를 마주보고 평행하게 배치된다. 즉, 히팅 수단(330)에 의한 복사열이 기판 홀더(315) 상면에 형성된 기공에 복사될 수 있도록 기판 홀더(315)가 형성된 위치와 일치하도록 일정 간격 이격된 위치에 평행하게 배치된다.
이와 같은 히팅 수단(330)을 지지하고, 히팅 수단(330)과 챔버(310)의 직접적인 결합으로 인한 히팅 수단(330)의 손상을 방지하기 위해 게이트 밸브(340)가 히팅 수단(330)과 챔버(310) 사이에 배치된다.
이로 인해, 히팅 수단(330)에 의해 발생된 빛(또는 열)이 기판 이외의 다른 장비에 영향이 미치지 않도록 할 수 있다.
히팅 수단(330)은 열을 방출할 수 있는 제논 플래시 램프일 수 있다.
또한, 히팅 수단(330)에 의해 방출된 빛이 기판 홀더(315) 이외의 다른 방향으로 방출되는 것을 방지하기 위해 히팅 수단(330)이 기판 홀더(315)를 대향하는 면의 배면 위치에 반사체(335)가 위치된다.
이에 따라, 제논 플래시 램프에 의해 기판 홀더(315)가 위치한 방향 이외의 방향으로 방출되는 빛이 반사체(335)에 의해 반사되어 기판 홀더(315) 방향으로 입사됨으로써 어닐링 공정에 따른 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.
히팅 수단(330)이 챔버(310)와 직접 대면하는 경우 히팅 수단(330)에 박막이 증착되어 히팅 수단(330)-즉 제논 플래시 램프-에 손상이 발생되는 문제가 있다.
게이트 밸브(340)는 히팅 수단(330)의 지지를 위한 역할과 히팅 수단(330)과 챔버(310)의 직접적인 결합을 방지하기 위한 목적으로 배치되며, 원자층 증착 공정의 사이클 도중 또는 각 사이클 종료시마다 게이트 밸브(340)를 개방하여 제논 플래시 램프에 의한 빛이 복사되도록 제공할 수 있는 기능을 수행한다. 즉, 게이트 밸브(340)는 원자층 증착 공정의 사이클 도중 또는 각 사이클 종료시마다 개방되어 기판 홀더(315) 상면에 형성되는 박막에 제공하여 어닐링 공정을 수행하도록 히팅 수단(330)에 의해 방출된 빛을 기판 홀더(315)로 제공할 수 있다.
또한, 게이트 밸브(340)의 개방에 의해 히팅 수단(330), 즉 제논 플래시 램프에 의해 방출된 빛이 외부로의 유출없이 직접적으로 기판 홀더(315)로 유입될 수 있도록 복사열 제공부(345)가 연결될 수 있다.
복사열 제공부(345)는 기판 홀더(315)와 평행하게 챔버(310)의 일면에 의해 신장되어 게이트 밸브(340)와 연결된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 복사열 제공부(345)는 게이트 밸브(340)를 통과한 빛이 외부로의 유출없이 기판으로 복사될 수 있도록 사면에 반사판이 부착될 수도 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 복사열 제공부(345)는 실린더 형태로 구현되어 길이 조정이 가능하도록 구현될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제논 플래시 램프를 히팅 수단으로 이용하여 순간적인 복사열을 이용하여 박막에 열처리를 수행한 경우, 펄싱 타임(plusing time)을 조절할 수 있어 사용자가 원하는 두께만 열처리 가능하여 박막간 물질 전달이 현저히 감소하여 초고품질의 박막생산이 가능하도록 할 수 있는 이점도 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
210: 챔버
215: 기판 홀더
220: 실린더
225: 이송수단
230: 히팅 수단
235: 반사체
240: 게이트 밸브
245: 복사열 제공부

Claims (1)

  1. 제논 플래시 램프를 이용 순간적인 복사열로 어닐링 공정을 수행함으로써 사용자가 어닐링 공정을 원하는 표층 박막에만 어닐링 공정을 적용할 수 있는 제논 플래시 램프를 이용한 원자층 증착 장치.
KR1020130099055A 2013-08-21 2013-08-21 제논 플래시 램프를 이용한 원자층 증착 장치 및 방법 KR101679903B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130099055A KR101679903B1 (ko) 2013-08-21 2013-08-21 제논 플래시 램프를 이용한 원자층 증착 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130099055A KR101679903B1 (ko) 2013-08-21 2013-08-21 제논 플래시 램프를 이용한 원자층 증착 장치 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150028371A true KR20150028371A (ko) 2015-03-16
KR101679903B1 KR101679903B1 (ko) 2016-11-29

Family

ID=53023244

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130099055A KR101679903B1 (ko) 2013-08-21 2013-08-21 제논 플래시 램프를 이용한 원자층 증착 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101679903B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114107947A (zh) * 2020-08-28 2022-03-01 昆山微电子技术研究院 原子层沉积设备

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002261038A (ja) 2001-03-02 2002-09-13 Tokyo Electron Ltd 熱処理装置
JP4429609B2 (ja) 2002-06-25 2010-03-10 大日本スクリーン製造株式会社 熱処理装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114107947A (zh) * 2020-08-28 2022-03-01 昆山微电子技术研究院 原子层沉积设备

Also Published As

Publication number Publication date
KR101679903B1 (ko) 2016-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101642331B1 (ko) 증착 반응기를 위한 방법 및 장치
JP6359567B2 (ja) 空間分離原子層堆積のための装置およびプロセス閉じ込め
JP2015512471A (ja) 原子層堆積方法および装置
TWI597378B (zh) 利用高頻電漿沉積金屬的方法
US20150096495A1 (en) Apparatus and method of atomic layer deposition
US20120269967A1 (en) Hot Wire Atomic Layer Deposition Apparatus And Methods Of Use
KR102109108B1 (ko) 독립형 가열 엘리먼트
JP2009531535A (ja) 薄膜の広範囲多層原子層の化学蒸着処理のための装置および方法
JP2014513203A (ja) 原子層堆積のための装置及び方法
JP2015212419A (ja) 多層コーティング、多層コーティングの製造方法及び多層コーティングの使用
US11326255B2 (en) ALD reactor for coating porous substrates
KR20140107843A (ko) 다방향 순차적 소스 공급을 통한 파우더 상 균일 ald 공정 장치
TW201207976A (en) Method of improving film non-uniformity and throughput
KR101525210B1 (ko) 기판 처리장치
TW201634736A (zh) 沉積技術（一）
KR102205200B1 (ko) 박막 증착장치
KR101679903B1 (ko) 제논 플래시 램프를 이용한 원자층 증착 장치 및 방법
KR101573689B1 (ko) 원자층 증착장치
KR20160135343A (ko) 나노튜브들을 증착시키기 위한 디바이스
KR101661097B1 (ko) 고생산성 박막증착이 가능한 원자층 증착장치
TWI725867B (zh) 反應器組件及其用途、塗覆方法及塗覆物品
KR101559629B1 (ko) 원자층 증착장치
TW202109798A (zh) 用於供應氣體的裝置及使用其處理基板的裝置
KR20140108419A (ko) 원자층 증착장치
Lindahl et al. Gas‐Pulsed CVD for Film Growth in the Cu Ni N System

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191017

Year of fee payment: 4