KR20180052019A - X선 형광분석 원자층 증착 장치 및 x선 형광분석 원자층 증착 방법 - Google Patents

X선 형광분석 원자층 증착 장치 및 x선 형광분석 원자층 증착 방법 Download PDF

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최형종
한권덕
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고려대학교 산학협력단
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Abstract

X선 형광분석 원자층 증착 장치는, 기판을 지지하며, 공정 공간을 제공하는 반응 챔버, 상기 공정 공간 내의 제1 진공 상태에서, 화학-흡착 공정을 통하여 상기 기판 상에 박막을 형성하기 위하여 공정 가스 공급 라인을 통하여 공급되는 공정 가스를 공급하는 가스 공급 모듈, 상기 공정 공간 내에 상기 제1 진공 상태보다 높은 제2 진공 상태에서, 상기기판 상에 형성된 박막으로부터 발생한 X선 형광 물질을 분석하여 상기 박막에 관한 정보를 실시간으로 확보할 수 있는 검출 공정을 수행하는 X선 형광 분석 모듈 및 상기 제1 진공 및 제2 진공 상태로 사이에 진공도를 스위칭하는 스위칭 진공 모듈을 포함한다.

Description

X선 형광분석 원자층 증착 장치 및 X선 형광분석 원자층 증착 방법{X-RAY FLUORESCENT ANALYSIS AND ATOMIC LAYER DEPOSITION APPARATUS AND METHOD OF PERFORMING A X-RAY FLUORESCENT ANALYSIS AND ATOMIC LAYER DEPOSITION}
본 발명은 X선 형광분석 원자층 증착 장치 및 X선 형광분석 원자층 증착 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 X선 형광분석 및 원자층 증착을 인시튜로 수행할 수 있는 X선 형광분석 원자층 증착 장치 및 이를 이용하는 X선 형광분석 원자층 증착 방법에 관한 것이다.
대상체 상에 박막을 형성하는 박막 증착 공정은 물리적 기상 증착법 (Physical Vapor Deposition, PVD) 및 화학 기상 증착법 (Chemical Vapor Deposition, CVD)으로 분류된다. 기존의 박막 증착 공정은 3차원의 복잡한 형상 표면을 균일하게 덮어주는 단차 피복성 (Step coverage)을 해결해야 하는 문제가 있다.
이를 해결하기 위하여, 원자층 증착법 (Atomic Layer Deposition : ALD)에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 상기 원자층 증착법은 화학적 기상 증착법의 일 예로서, 자기제한적 (self-limitation) 특성을 이용하여 박막의 두께를 원자층 단위로 조절할 수 있다. 따라서, 상기 원자층 증착법은 복잡한 형상에 대한 박막 형성 시 단차 피복성이 매우 우수한 장점을 가짐에 따라, 반도체 산업뿐만 아니라 촉매, 센서, 연료전지, 에너지 저장 소자, 폴리머 등 다양한 분야에 활용되고 있다.
상기 원자층 증착법의 상용화 분야 확대하기 위하여, 단원자층 또는 초기 다층 증착 공정 중에 박막 성장의 양상과 품질을 실시간으로 파악하는 것이 중요하다. 하지만, 종래의 기술에 따르면, 원자층 증착 공정이 종료된 후 반응 챔버의 외부로 박막을 포함하는 대상체를 유출시킨 후, 상기 박막에 대하여 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy, SEM), 타원편광분석기(Ellipsometer), 엑스선 광전자분광분석기(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS) 등 별도의 분석장비를 사용하여 박막의 특성을 분석하고 있다. 하지만, 종래의 방법은 공정 수율을 실시간으로 파악하기 어려운 단점이 있다. 또한, 상기 박막을 이루는 원소 성분 및 두께 정보를 얻을 수 있는 기술이 요구되고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은 원자층 증착 및 공정 수율 분석을 인시튜 및 실시간으로 수행할 수 있는 X선 형광분석 원자층 증착 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 원자층 증착 및 공정 수율 분석을 인시튜 및 실시간으로 수행할 수 있는 X선 형광분석 원자층 증착 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 형광분석 원자층 증착 장치는, 기판을 지지하며, 공정 공간을 제공하는 반응 챔버, 상기 공정 공간 내의 제1 진공 상태에서, 화학-흡착 공정을 통하여 상기 기판 상에 박막을 형성하기 위하여 공정 가스 공급 라인을 통하여 공급되는 공정 가스를 공급하는 가스 공급 모듈, 상기 공정 공간 내에 상기 제1 진공 상태보다 높은 제2 진공 상태에서, 상기기판 상에 형성된 박막으로부터 발생한 X선 형광 물질을 분석하여 상기 박막에 관한 정보를 실시간으로 확보할 수 있는 검출 공정을 수행하는 X선 형광 분석 모듈 및 상기 제1 진공 및 제2 진공 상태로 사이에 진공도를 스위칭하는 스위칭 진공 모듈을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 X선 형광 분석 모듈은, 상기 박막을 향하여 X선을 조사하는 X선 조사기, 상기 박막으로부터 발생하는 X선 형광의 경로를 가이드 하는 가이드 라인 및 상기 가이드 라인과 연결되며, 상기 가이드 라인에 의하여 가이드된 상기 X선 형광을 검출하는 검출기를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 X선 형광 분석 모듈은, 상기 가이드 라인에 구비되고 상기 X선 형광을 투과시키는 윈도우 및 상기 박막 형성 공정으로부터 상기 윈도우를 보호하는 개폐 밸브를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 X선 조사기는 상기 기판의 표면에 대하여 20ㅀ이하의 각도로 X선을 조사할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 스위칭 진공 모듈은, 상기 화학-흡착 공정을 위하여 상기 반응 챔버에 상기 제1 진공 상태를 형성하는 제1 진공 펌프 및 상기 검출 공정을 위하여 상기 반응 챔버에 상기 제2 진공 상태를 형성하는 제2 진공 펌프를 포함하는 진공 펌핑 유닛, 상기 진공 펌핑 유닛 및 상기 반응 챔버에 연통되어 상기 반응 챔버의 압력을 센싱하는 압력 센싱 유닛 및 상기 진공 펌핑 유닛, 상기 압력 센싱 유닛 및 상기 반응 챔버 사이를 연결하고, 3-방향 밸브를 구비한 진공 라인 유닛을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 진공 라인 모듈은, 상기 제1 진공 펌프 및 상기 반응 챔버를 상호 연결하며, 상기 공정 가스 공급 라인과 연결된 제1 진공 라인, 상기 제1 진공 라인으로부터 분기되어 상기 제2 진공 펌프(172)와 연결되는 제2 진공 라인 및 상기 제1 및 제2 진공 펌프들을 상호 연결시키는 펌핑 라인을 포함할 수 있다.
또한, 상기 압력 센싱 유닛은, 상기 반응 챔버의 제1 진공 상태를 감지하는 제1 압력 센서, 상기 반응 챔버의 제2 진공 상태를 감지하는 제2 압력 센서 및 상기 제1 진공 라인으로부터 분기되어 상기 제1 및 제2 압력 센서들과 상기 반응 챔버를 연결시키는 센싱 라인을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 진공 상태는 1ㅧ10-5 Torr 이하의 압력을 가질 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 형광분석 원자층 증착 방법에 있어서, 반응 챔버 내에서 제1 진공 상태에서, 공정 가스를 이용하는 화학-흡착 공정을 통하여 기판 상에 박막을 형성하는 박막 형성 공정을 수행하고, 상기 공정 공간 내에서 상기 제1 진공 상태보다 높은 제2 진공 상태에서 상기 기판 상에 형성된 박막으로부터 발생한 X선 형광 물질을 분석하여 상기 박막에 관한 정보를 실시간으로 확보할 수 있는 검출 공정을 수행한다. 이때, 상기 박막 형성 공정 및 상기 검출 공정 사이에 상기 제1 진공 상태 및 제2 진공 상태로 진공도를 스위칭하는 진공도 스위칭 공정이 수행된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 진공도 스위칭 단계는 3-방향 밸브를 이용하여 수행될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 X선 형광분석 원자층 증착 장치 및 그 방법은 원자층 증착 공정 및 검출 공정을 인시튜로 수행할 수 있다.
또한, X선 형광 분석 공정은 기판 표면에 조사한 X선으로부터 발생한 형광 X선의 분석을 통해 원소 성분 및 강도, 이에 따른 막 두께 정보를 얻을 수 있는 기술로 원자층 증착 공정에 실시간으로 연계하여 분석할 경우 막 성장 특성 파악뿐만 아니라 공정 수율 향상 효과를 가질 수 있다. 나아가, 단원자층 또는 수 사이클의 다층 증착 공정 중에 박막 성장 및 공정 안정성에 대한 정보를 파악할 수 있어 효과적인 원자층 증착 공정 수행이 가능하다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 형광분석 원자층 증착 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 도 1의 X선 형광 분석 모듈을 설명하기 위한 X선 형광 분석 모듈을 설명하기 위한 구성도이다.
도 3 및 도 4는 X선 형광분석 원자층 증착 장치의 박막 형성 공정 및 검출 공정 각각을 설명하기 위한 구성도들이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 형광분석 원자층 증착 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 있어서, 대상물들의 크기와 양은 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대 또는 축소하여 도시한 것이다.
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. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
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 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
X선 형광분석 원자층 증착 장치
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 형광분석 원자층 증착 장치를 설명하기 위한 구성도이다. 도 2는 도 1의 X선 형광 분석 모듈을 설명하기 위한 X선 형광 분석 모듈을 설명하기 위한 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 형광분석 원자층 증착 장치(100)는, 반응 챔버(110), 가스 공급 모듈(130), X선 형광 분석 모듈(150) 및 스위칭 진공 모듈(170)을 포함한다.
상기 반응 챔버(110)는 기판(10)을 지지한다. 상기 반응 챔버(110)는 박막을 형성하기 위한 공정이 진행될 수 있는 반응 공간을 제공한다. 상기 반응 챔버는 기판을 지지하는 기판 스테이지(115)를 포함할 수 있다. 한편, 상기 기판(10)에는 원자층 증착 공정을 통하여 박막이 형성될 수 있다. 상기 기판(10)의 예로는, 실리콘 기판, 유리 기판, 세라믹 기판, 고분자 기판 등을 들 수 있다.
상기 반응 챔버(110)의 내부는 제1 진공 상태 및 제2 진공 상태로 각각 조절될 수 있다. 상기 제1 진공 상태에서 상기 반응 챔버(110)의 내부에서는 원자층 증착 공정을 통하여 박막 형성 공정이 수행되는 반면에, 상기 제2 진공 상태에서 상기 반응 챔버(110)의 내부에서는 X선 형광 물질을 검출하여 박막의 상태를 검출하는 검출 공정이 수행될 수 있따. 즉, 상기 박막 형성 공정 및 상기 검출 공정은 상기 반응 챔버(110)의 서로 다른 진공 상태에서 수행될 수 있다. 예를 들면, 상기 박막 형성 공정은 1 Torr 이하의 제1 진공 상태에서 수행되는 반면에, 상기 검출 공정은 1.0ㅧ10-5 Torr 이하의 제2 진공 상태에서 수행될 수 있다.
상기 가스 공급 모듈(130)은 상기 반응 챔버(110)에 공정 가스를 공급한다. 상기 가스 공급 모듈(130)은 공정 가스 공급 라인(135)을 통하여 상기 반응 챔버(110)에 공정 가스를 공급한다. 상기 공정 가스는, 소스 가스, 캐리어 가스 및 퍼지 가스를 포함한다. 상기 소스 가스는 원자층 증착 공정을 통하여 형성되는 박막을 이루는 물질의 전구체에 해당한다. 상기 캐리어 가스는 상기 소스 가스를 상기 반응 챔버로 이동시키는 역할을 한다. 상기 캐리어 가스의 예로는, 수소, 아르곤, 헬륨 등과 같은 불활성 가스를 들 수 있다. 상기 퍼지 가스는 상기 원자층 증착 공정 후 잔류하는 부산물 또는 미반응 가스를 상기 반응 챔버로부터 제거한다. 또한 상기 원자층 증착 공정은 복수의 사이클로 수행됨에 따라 상기 퍼지 가스는 상기 사이클 사이에 잔류하는 부산물 또는 미반응 가스를 제거할 수 있다.
상기 가스 공급 모듈(130)은, 가스 저장 용기(131), 개폐 밸브(133), 공정 가스 공급 라인(135) 및 유량 조절기(136)를 포함할 수 있다.
상기 가스 저장 용기(131)는 소스 가스 또는 캐리어 가스를 저장한다. 상기 가스 저장 용기(131)는 공정 가스 공급 라인(135)을 통하여 상기 반응 챔버(110)와 연결된다. 상기 가스 저장 용기(131)는 개폐 밸브(133)에 의하여 공정 가스의 공급 여부를 조절할 수 있다.
상기 공정 가스 공급 라인(135)은 상기 가스 저장 용기(131) 및 상기 반응 챔버(110) 사이를 연결한다. 상기 공정 가스 공급 라인(135)은 상기 가스 저장 용기(131)로부터 상기 반응 챔버(110)로 상기 공정 가스의 흐름을 위한 유로를 제공한다.
상기 X선 형광 분석 모듈(150)은 상기 공정 공간 내에 상기 제1 진공 상태보다 높은 제2 진공 상태에서 구동한다. 이로써, 상기 X선 형광 분석 모듈(150)은 상기 박막에 X선을 조사하여 상기 박막으로부터 발생하는 양이온의 존재 여부, X선 형광의 강도 및 상기 박막의 두께를 보다 용이하게 분석할 수 있다. 이로써, 상기 박막의 성장 특성을 파악함으로써 공정 수율을 도모할 수 있다.
상기 X선 형광 분석 모듈(150)은 상기 기판(10) 상에 형성된 박막으로부터 발생한 X선 형광 물질을 분석하여 상기 박막에 관한 정보를 실시간으로 확보할 수 있는 검출 공정을 수행한다. 즉, 상기 X선 형광 분석 모듈(150)은, 상기 박막이 형성된 기판(10)을 반응 챔버(110) 이외의 별도의 공간에서 분석하지 않고 반응 챔버(110) 내에서 인시튜로 분석할 수 있다.
상기 X선 형광 분석 모듈(150)은 X선 조사기(151), 가이드 라인(153) 및 검출기(155)를 포함할 수 있다.
상기 X선 조사기(151)는 상기 반응 챔버(110)에 인접하게 배치된다. 상기 X선 조사기(151)는 상기 박막을 향하여 X선을 조사한다.
상기 가이드 라인(153)은 상기 반응 챔버(110)의 외측면에 접하게 배치된다. 상기 가이드 라인(153)은 상기 박막으로부터 발생하는 X선 형광의 경로를 가이드한다. 상기 가이드 라인(153)은 상기 반응 챔버(110)의 상부에 배치된다. 이로써 상기 가이드 라인(153)은 상기 박막으로부터 발생되는 X선 형광을 상기 기판(10)에 대하여 수직한 방향으로 가이드할 수 있다.
상기 검출기(155)는 상기 반응 챔버(110)의 상부에 배치된다. 상기 검출기(155)는 상기 가이드 라인(153)과 연결된다. 상기 검출기(155)는 상기 가이드 라인(155)에 의하여 가이드된 상기 X선 형광을 검출한다. 이로서, 상기 검출기(155)는 상기 박막으로부터 발생된 양이온을 분석함으로써 상기 X선 형광을 정량적으로 분석할 수 있다.
또한, 상기 X선 형광 분석 모듈(150)은, 상기 가이드 라인(153) 상에 구비되고 상기 X선 형광을 투과시키는 윈도우(159) 및 상기 박막 형성 공정으로부터 상기 윈도우(159)를 보호하는 개폐 밸브(157)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 X선 조사기(151)는 상기 기판(10)의 표면에 대하여 20ㅀ이하의 각도로 X선을 조사할 수 있다. 이로써, X선이 상기 박막에 보다 효과적으로 도달함으로써 X선 형광 분석 모듈(150)이 보다 개선된 분석 효율을 가질 수 있다.
상기 스위칭 진공 모듈(170)은 상기 반응 챔버(110)와 연결된다. 상기 스위칭 진공 모듈(170)은 상기 반응 챔버(110) 내의 상기 제1 진공 상태 및 제2 진공 상태로 사이에 진공도를 스위칭할 수 있다. 즉, 상기 스위칭 진공 모듈(170)은 상기 반응 챔버(110)의 진공도를 조절할 수 있다. 이로써, 박막 형성 공정 및 검출 공정이 각각 수행될 때 상기 반응 챔버(110)의 진공도를 조절할 수 있다.
상기 스위칭 진공 모듈(170)은, 진공 펌핑 유닛, 압력 센싱 유닛(180) 및 진공 라인 유닛(190)을 포함한다.
상기 진공 펌핑 유닛은 상기 화학-흡착 공정을 위하여 상기 반응 챔버에 상기 제1 진공 상태를 형성하는 제1 진공 펌프(171) 및 상기 검출 공정을 위하여 상기 반응 챔버에 상기 제2 진공 상태를 형성하는 제2 진공 펌프(172)를 포함한다.
상기 압력 센싱 유닛(180)은 상기 진공 펌핑 유닛 및 상기 반응 챔버(110)에 연통된다. 상기 압력 센싱 유닛(180)은 상기 반응 챔버(110)의 압력을 센싱한다. 이로써, 상기 압력 센싱 유닛(180)은 상기 반응 챔버(110)의 진공도를 확인할 수 있다. 상기 압력 센싱 유닛(180)은 제1 진공 상태를 확인하는 제1 압력 센서(181) 및 제2 진공 상태를 확인하는 제2 압력 센서(182)를 포함한다. 이로써, 상기 제1 및 제2 압력 센서들(181, 182)이 상기 반응 챔버(110)의 진공도, 즉 제1 진공 상태 및 제2 진공 상태를 개별적으로 확인할 수 있다.
상기 진공 라인 유닛(190)은 상기 진공 펌핑 유닛, 상기 압력 센싱 유닛(180) 및 상기 반응 챔버(110) 사이를 연결한다. 상기 진공 라인 유닛(190)은, 3-방향 밸브를 구비한다. 이로써, 상기 3-방향 밸브를 이용하여 박막 형성 공정 및 검출 공정의 모드에 따라 상기 반응 챔버(110)의 진공도를 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 진공 라인 모듈(190)은, 제1 진공 라인(191), 제2 진공 라인(192) 및 펌핑 라인(193)을 포함할 수 있다.
상기 제1 진공 라인(191)은 상기 제1 진공 펌프(171) 및 상기 반응 챔버(110)를 상호 연결한다. 또한 상기 제1 진공 라인(191)은 상기 공정 가스 공급 라인(135)과 연결된다. 상기 제1 진공 라인(191) 및 상기 공정 가스 공급 라인(135)의 연결점에는 3-방향 밸브(199a)가 구비될 수 있다.
상기 제2 진공 라인(192)은 상기 제1 진공 라인(191)으로부터 분기된다. 상기 제2 진공 라인(192)은 상기 제2 진공 펌프(172)와 연결된다. 상기 제1 진공 라인(191) 및 제2 진공 라인(192) 사이의 분기점에 3-방향 밸브(199b)가 구비될 수 있다.
한편, 상기 펌핑 라인(193)은 상기 제1 및 제2 진공 펌프들(171, 172)을 상호 연결시킨다. 상기 펌핑 라인(193) 상에는 라인 개폐 밸브(198)가 장착된다. 이로써, 상기 라인 개폐 밸브(198)의 개폐에 따라 상기 제1 및 제2 진공 펌프들(171, 172) 사이가 연결되거나 폐쇄될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 압력 센싱 유닛(180)은 제1 압력 센서(181), 제2 압력 센서(182) 및 센싱 라인(185)을 포함할 수 있다.
상기 제1 압력 센서(181)는 상기 반응 챔버(110)의 제1 진공 상태를 감지한다. 한편, 제2 압력 센서(182)는, 상기 반응 챔버(110)의 제2 진공 상태를 감지한다. 이로써, 상기 제1 및 제2 압력 센서들(181, 182) 각각이 개별적으로 상기 반응 챔버(110)의 진공도를 감지할 수 있다. 한편, 상기 센싱 라인(185)은 상기 제1 진공 라인(191)으로부터 분기된다. 상기 센싱 라인(185)은 상기 제1 및 제2 압력 센서들(181, 182)과 상기 반응 챔버(110)를 연결시킨다. 상기 센싱 라인(185)으로부터 상기 제1 및 제2 압력 센서들(181, 182)이 각각 연결된 연결점에도 3-방향 밸브(189)가 장착될 수 있다.
상기 3-방향 밸브들의 개폐를 조절함으로써, 상기반응 챔버 내의 진공도가 용이하게 조절될 수 있다.
X선 형광분석 원자층 증착 방법
도 3 및 도 4는 X선 형광분석 원자층 증착 장치의 박막 형성 공정 및 검출 공정 각각을 설명하기 위한 구성도들이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 형광분석 원자층 증착 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.
도 3 내지 도5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 형광분석 원자층 증착 방법에 따르면, 반응 챔버 내에서 제1 진공 상태에서, 공정 가스를 이용하는 화학-흡착 공정을 통하여 기판 상에 박막을 형성하는 박막 형성 공정을 수행한다. 이후, 상기 공정 공간 내에서 상기 제1 진공 상태보다 높은 제2 진공 상태에서 상기 기판 상에 형성된 박막으로부터 발생한 X선 형광 물질을 분석하여 상기 박막에 관한 정보를 실시간으로 확보할 수 있는 검출 공정을 수행한다.
한편, 상기 박막 형성 공정 및 상기 검출 공정 사이에 상기 제1 진공 상태 및 제2 진공 상태로 진공도를 스위칭하는 진공도 스위칭 공정이 수행된다. 이로써, 상기 진공도에 따라, 상기 상기 박막 형성 공정 및 상기 검출 공정이 순차적으로 수행될 수 있다. 이때, 상기 진공도 스위칭 공정은, 3-방향 밸브를 이용하여 수행될 수 있다.
다시 도 1, 도 3 및 도 5를 참조하면, 제1 압력 센서 및 제1 진공 펌프가 구동되어 반응 챔버를 제1 진공 상태로 조절한다. 이때, 상기 반응 가스를 상기 반응 챔버로 공급하여 박막 형성 공정을 수행한다.
보다 상세하게는, 3-방향 밸브(199c)는 공정 가스 공급 라인을 반응 챔버와 연통시키며 상기 진공 라인 유닛과는 폐쇄시킨다. 또한, 3-방향 밸브(199b)는 센서 라인(185) 및 제1 진공 라인(191)을 상호 연결시킨다. 한편, 3-방향 밸브(189)는 센서 라인(185) 및 제1 압력 센서(181)를 연결시켜 상기 제1 압력 센서(181)가 상기 반응 챔버의 제1 진공 상태를 감지할 수 있도록 한다.
도 1, 도 4 및 도 5를 참조하면, 제2 압력 센서 및 제2 진공 펌프가 구동되어 반응 챔버를 제2 진공 상태로 조절한다. 이때, 검출 공정이 수행된다.
보다 상세하게는, 3-방향 밸브(199c)는 공정 가스 공급 라인(135)을 진공 라인 유닛(190)과 연결시킨다. 또한, 3-방향 밸브(199b)는 센서 라인(185) 및 제2 진공 라인(192)을 상호 연결시킨다. 한편, 3-방향 밸브(189)는 센서 라인(185) 및 제2 압력 센서(182)를 연결시켜 상기 제2 압력 센서(181)가 상기 반응 챔버의 제2 진공 상태를 감지할 수 있도록 한다.
이로써, 3방향- 밸브가 적절히 개폐됨으로써, 박막 형성 공정 및 검출 공정이 각각의 진공도에 따라 효과적으로 수행될 수 있다.
이러한 X선 형광분석 원자층 증착 장치 및 방법은, 원자층 증착 공정을 통하여 박막을 형성하는 산업 분야에 광범위하게 적용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 기판을 지지하며, 공정 공간을 제공하는 반응 챔버;
    상기 공정 공간 내의 제1 진공 상태에서, 화학-흡착 공정을 통하여 상기 기판 상에 박막을 형성하기 위하여 공정 가스 공급 라인을 통하여 공급되는 공정 가스를 공급하는 가스 공급 모듈;
    상기 공정 공간 내에 상기 제1 진공 상태보다 높은 제2 진공 상태에서, 상기기판 상에 형성된 박막으로부터 발생한 X선 형광 물질을 분석하여 상기 박막에 관한 정보를 실시간으로 확보할 수 있는 검출 공정을 수행하는 X선 형광 분석 모듈; 및
    상기 제1 진공 및 제2 진공 상태로 사이에 진공도를 스위칭하는 스위칭 진공 모듈을 포함하는 X선 형광분석 원자층 증착 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 X선 형광 분석 모듈은,
    상기 박막을 향하여 X선을 조사하는 X선 조사기;
    상기 박막으로부터 발생하는 X선 형광의 경로를 가이드 하는 가이드 라인; 및
    상기 가이드 라인과 연결되며, 상기 가이드 라인에 의하여 가이드된 상기 X선 형광을 검출하는 검출기를 포함하는 X선 형광분석 원자층 증착 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 X선 형광 분석 모듈은, 상기 가이드 라인에 구비되고 상기 X선 형광을 투과시키는 윈도우 및 상기 박막 형성 공정으로부터 상기 윈도우를 보호하는 개폐 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 X선 형광분석 원자층 증착 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 X선 조사기는 상기 기판의 표면에 대하여 20ㅀ이하의 각도로 X선을 조사하는 것을 특징으로 하는 X선 형광분석 원자층 증착 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 진공 모듈은,
    상기 화학-흡착 공정을 위하여 상기 반응 챔버에 상기 제1 진공 상태를 형성하는 제1 진공 펌프 및 상기 검출 공정을 위하여 상기 반응 챔버에 상기 제2 진공 상태를 형성하는 제2 진공 펌프를 포함하는 진공 펌핑 유닛;
    상기 진공 펌핑 유닛 및 상기 반응 챔버에 연통되어 상기 반응 챔버의 압력을 센싱하는 압력 센싱 유닛; 및
    상기 진공 펌핑 유닛, 상기 압력 센싱 유닛 및 상기 반응 챔버 사이를 연결하고, 3-방향 밸브를 구비한 진공 라인 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 X선 형광분석 원자층 증착 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 진공 라인 모듈은,
    상기 제1 진공 펌프 및 상기 반응 챔버를 상호 연결하며, 상기 공정 가스 공급 라인과 연결된 제1 진공 라인;
    상기 제1 진공 라인으로부터 분기되어 상기 제2 진공 펌프와 연결되는 제2 진공 라인; 및
    상기 제1 및 제2 진공 펌프들을 상호 연결시키는 펌핑 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 X선 형광분석 원자층 증착 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 압력 센싱 유닛은
    상기 반응 챔버의 제1 진공 상태를 감지하는 제1 압력 센서;
    상기 반응 챔버의 제2 진공 상태를 감지하는 제2 압력 센서; 및
    상기 제1 진공 라인으로부터 분기되어 상기 제1 및 제2 압력 센서들과 상기 반응 챔버를 연결시키는 센싱 라인을 포함하는 것을 특징으로 X선 형광분석 원자층 증착 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제2 진공 상태는 1ㅧ10-5 Torr 이하의 압력을 갖는 것을 특징으로 하는 X선 형광분석 원자층 증착 장치.
  9. 반응 챔버 내에서 제1 진공 상태에서, 공정 가스를 이용하는 화학-흡착 공정을 통하여 기판 상에 박막을 형성하는 박막 형성 공정을 수행하는 단계; 및
    상기 공정 공간 내에서 상기 제1 진공 상태보다 높은 제2 진공 상태에서 상기 기판 상에 형성된 박막으로부터 발생한 X선 형광 물질을 분석하여 상기 박막에 관한 정보를 실시간으로 확보할 수 있는 검출 공정을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 박막 형성 공정 및 상기 검출 공정 사이에 상기 제1 진공 상태 및 제2 진공 상태로 진공도를 스위칭하는 진공도 스위칭 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 X선 형광분석 원자층 증착 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 진공도 스위칭 단계는 3-방향 밸브를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 X선 형광분석 원자층 증착 방법.
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