KR20230142447A - 원자층 증착 장치 및 원자층 증착 방법 - Google Patents

원자층 증착 장치 및 원자층 증착 방법 Download PDF

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KR20230142447A
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타카유키 하기와라
아야카 아베
타츠노리 시노
소이치로 모토다
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메이덴 나노프로세스 이노베이션즈 인코포레이티드
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Abstract

대상물이 탈착 가능하게 배치되는 챔버(3)에 각각의 가스를 공급하기 위한 가스 공급 시스템(4)을 갖는 원자층 증착 장치가 제공된다. 가스 공급 시스템은 챔버(3)에 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급 라인(L2); 챔버(3)에 80체적% 이상의 오존가스를 공급하는 오존가스 공급라인(L1); 및 챔버(3)에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 라인(L3)을 포함한다. 상기 오존가스 공급라인(L1)은 오존가스 공급라인(L1)에 장착된 개폐밸브(V1)의 개폐에 의해 오존가스 공급라인(L1)의 오존가스를 자유롭게 축적 밀봉하고 축적된 오존가스를 챔버(3)로 자유롭게 공급하는 오존가스 버퍼부(L12); 및 오존가스 버퍼부(L12) 내부의 가스압력을 측정하는 오존가스 버퍼부 압력계(PL1);를 구비한다.

Description

원자층 증착 장치 및 원자층 증착 방법
본 발명은 반도체 소자 등에 적용 가능한 박막 형성 기술로서 원자층 증착 장치 및 원자층 증착 방법에 관한 것이다.
반도체 소자(예: CPU 회로)와 같은 첨단 소자의 박막 형성(이하 때때로 간단히 "성막”이라 칭함)의 대표적인 기술로서 기상 증착, 스퍼터링, 화학 기상 증착(CVD) 및 원자층 증착(ALD)이 알려져 있다. 그 중에서도 ALD는 단차피복성과 막밀도가 뛰어나고, 첨단 소자의 필수 박막 형성 기술이 되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
일반적으로 ALD 공정은 다음의 4단계가 반복하여 수행된다: 대상물(예:실리콘 웨이퍼)이 위치되는 챔버(진공용기 등)를 완전히 진공화하는 단계; 상기 챔버에 ALD용 원료 가스(예를 들어, TMA(trimethyl aluminum))를 공급하는 단계; 상기 챔버로부터 원료 가스를 제거하는 단계; 및 상기 원료 가스의 산화를 위한 산화제(예를 들어, 수증기)를 챔버 내로 공급하는 단계;를 포함한다. 챔버 내에 원료 가스를 공급하여 챔버 내에 원료 가스를 충전함으로써, 원료 가스가 대상물의 표면(성막면이라고 함)에 단분자층으로 흡착되어, 대상물의 성막면에 원료 가스의 분자층을 형성시킨다.
계속해서 챔버 내에 원료 가스의 산화제를 공급함으로써, 성막면에 형성된 원료 가스의 분자층이 산화되어, 원료 가스의 산화물의 박막 분자층(예를 들면 산화알루미늄의 박막)이 성막면에 형성된다. 상술한 4단계 공정을 반복 수행하면 4단계 공정의 반복 횟수에 따른 박막 두께로 박막층이 형성된다.
ALD 성막 공정에서는 성막 온도가 높아지는 경향이 있다. 예를 들어, TMA와 수증기가 충분히 반응하도록 대상물을 비교적 높은 온도(예: 300°C ~ 500°C)로 가열할 필요가 있다. 성막 공정중에 첨단 소자에 사용되는 GAN, ZnO 등의 화합물 반도체 재료의 경우 헤테로에피택시 또는 MBE(molecular beam epitaxy)로 인해 대상물의 성막면에 조성이 약간 다른 복수의 반도체 박막층이 적층될 수 있다. 이들 반도체 박막층은 가열에 의해 조성 편차가 생기기 쉽기 때문에 저온에서의 성막 공정이 강하게 요구되고 있다.
다른 첨단 소자의 경우 ALD 공정의 성막 온도는 실온에서 100°C 범위가 바람직하다는 견해가 있다. 따라서, 오존(O3) 또는 플라즈마 산소를 산화제로 사용하고 산화제에서 발생하는 라디칼의 작용에 의해 반응을 일으키는 ALD 공정에 대한 연구가 진행되고 있다. 오존을 사용하면 오존의 열분해에 의해 O 라디칼이 강한 산화제 종으로 생성될 수 있기 때문에 성막 온도가 낮아진다. 그러나 역시 오존을 사용한 성막 공정에서도 대상물을 수백 °C로 가열할 필요가 있다. 플라즈마 산소를 사용하면 처음부터 O 라디칼을 공급할 수 있으므로 성막 온도의 최대 감소를 기대할 수 있다. 그러나, 플라즈마 오존을 사용한 성막 공정에서도 성막 온도는 100℃ 내지 150℃ 정도로 낮출 수 있음에 불과하다. 따라서, 원자층 증착 공정을 위해 성막 온도를 더 낮추는 것이 바람직하다.
또한, 종래의 ALD 성막 공정에서는 성막 시간 등이 길어 성막 효율이 저하되는 경향이 있다. ALD에 의해 원료 가스를 성막면에 단분자층으로 형성하기 위해서는 우선 성막면에 원료 가스를 흡착시키고, 잔류 원료 가스를 제거한 후, 성막면에 형성된 원료 가스층(흡착층)을 산화시킬 필요가 있다. 일반적으로 이러한 공정 단계를 수행하는 데 몇 분 정도 걸린다. 예를 들어, 산화알루미늄의 경우, 단분자층의 두께는 약 0.1nm이다. 10nm수준의 두께를 갖는 실용적인 산화알루미늄 막의 형성을 위해, 약 100개의 산화알루미늄 분자층이 필요하다. 산화알루미늄 단분자층을 형성하는 데 걸리는 시간을 30초로 가정하면 원자층증착법으로 이러한 실용적인 산화알루미늄막을 형성하는 데 걸리는 시간은 약 50분이다. 이에 대해 CVD 등의 다른 성막 공정에서는 1분 이내에 약 10nm 두께의 성막이 가능하다. ALD 공정은 다른 성막 공정에 비해 성막 시간이 길다는 점이 큰 단점이 될 수 있다.
최근에는 원료 가스, 산화제 가스 등의 각종 가스를 샤워 헤드를 통해 공급하여 매엽식(single wafer processing)으로 성막하는 기술, 오존과 불포화 탄화수소의 반응에 의해 생성된 OH 라디칼을 산화제 종으로 사용한 성막 기술등의 다른 성막기술에 관한 연구가 이루어지고 있다(예를 들어, 특허문헌 2 및 3 참조).
일반적인 ALD 공정에 사용되는 라디칼은 상대적으로 수명이 짧아 챔버 내에서 광범위하게 확산되기 어렵다. 이러한 라디칼은 요철 형상 등의 성막면에 흡착된 원료 가스를 산화시키기 어려운 경우가 있다.
[00] 따라서, 대상물이 평탄한 막 형성면을 갖는 판상 기판으로 제한되고; ALD 공정은 매엽식 공정으로 제한되며; 원하는 품질의 막을 형성하는 것이 어려워지는; 경향이 있다.
이러한 경향에 비추어, 성막 효율 및 성막 정밀도의 향상(성막 시간 단축, 산화막의 품질 향상 등)이 요구되고 있다.
특허문헌 1: 일본국 공개특허공보 제2004-057014호 특허 문헌 2: 일본국 특허 제6702514호 공보 특허 문헌 3: 일본국 특허 제6677356호 공보
비특허 문헌 1: 뉴스 릴리스 2018, " Meiden이 개발한 상온에서 원자층 증착을 위한 획기적인 기술"(온라인), 2019년 7월 31일, 메이덴샤 코포레이션 홈페이지, 인터넷, <http://www.meidensha.co.jp /news/news_ 03 /news _ 03_01/1227605_2469. HTML>
본 발명은 상술한 환경하에서 이루어졌다. 본 발명의 목적은 성막 효율 및 성막 정밀도의 향상(성막 시간 단축, 산화막의 품질 향상 등)에 기여하는 기술을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 원자층 증착 장치 및 원자층 증착 방법은 상술한 목적에 대한 해결책으로 제공된다.
보다 상세하게는, 본 발명의 일 측면에 따르면, 대상물이 탈착가능하게 배치되는 챔버; 상기 챔버에 가스를 공급하는 가스 공급 시스템; 및 상기 챔버 내부의 모든 가스를 상기 챔버 외부로 흡입에 의해 배출하여 상기 챔버 내부를 감압 상태로 유지시키는 가스 배출 시스템;을 포함하고,
상기 가스 공급 시스템은, 상기 챔버에 원료가스를 공급하는 원료 가스 공급관을 구비한 원료가스 공급 라인; 상기 챔버 내부로 80체적% 이상의 오존가스를 공급하기 위한 오존가스 공급관을 구비한 오존가스 공급라인; 및 상기 챔버 내부로 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급관을 구비하는 불활성 가스 공급 라인을 포함하고,
상기 오존 가스 공급 라인은, 상기 오존 가스 공급관에서 유입되는 오존 가스를 자유롭게 축적하여 그 안에 밀봉시키고, 상기 오존가스 공급관에 장착된 개폐밸브를 개폐하여 축적된 오존가스를 상기 챔버 내부로 자유롭게 공급하는 오존 가스 버퍼부 및 상기 오존가스 버퍼부 내부의 가스압력을 측정하는 오존가스 버퍼부 압력계;를 포함하는 원자층 증착장치가 제공된다.
상기 원자층 증착장치는 상기 오존가스 버퍼부 압력계의 측정값 변화에 따라 상기 오존가스 버퍼부의 오존가스의 축적량을 제어하는 오존가스 축적량 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 오존 가스 버퍼부의 내부 부피는 상기 챔버 내부 부피의 1/50 이상일 수 있다.
상기 오존 가스 공급관내에서 상기 오존 가스 버퍼부의 하류측 용적은 상기 오존 가스 버퍼부 내부 용적의 1/10 내지 1/2 범위일 수 있다.
상기 오존 가스 공급관은 그 하류 단부에 형성되고 상기 챔버의 내주면에서 돌출되게 배치되는 오존 가스 노즐부를 구비할 수 있고; 상기 원료가스 공급관은 그 하류단부에 형성되고 상기 챔버의 내주면에서 돌출되게 배치되는 원료가스 노즐부가 구비될 수 있다. 상기 오존가스 노즐부 및 상기 원료가스 노즐부 각각은 상기 챔버의 내주면에서 돌출되는 원통부; 상기 원통부의 돌출 방향으로 상기 원통부의 선단부를 폐쇄하는 덮개부; 및 상기 원통부의 반경 방향으로 상기 원통부의 외주면을 관통하는 복수의 노즐 홀들을 포함할 수 있다.
상기 오존가스 노즐부와 상기 원료가스 노즐부는 상기 오존가스 노즐부의 노즐홀과 상기 원료가스 노즐부의 노즐홀이 서로 대향하여 마주보는 상태로 위치하도록 상기 챔버의 내주면에서 서로 평행하게 돌출 형성될 수 있다.
상기 원자층 증착장치는 상기 챔버 내부의 상기 오존가스 노즐부와 상기 원료가스 노즐부 사이의 공간에 배치되어 상기 오존가스 노즐부와 상기 원료가스 노즐부 사이의 공간을 상기 오존 가스 공급관내 온도 및 상기 원료 가스 공급관내 온도보다 높은 온도로 가열할 수 있는 가열 수단으로 가열하는 챔버 내부 가열부를 포함할 수 있다.
상기 원자층 증착장치는 상기 챔버 내주면의 온도를 상기 오존 가스 공급관 내부의 온도 및 상기 원료 가스 공급관 내부의 온도보다 높은 온도로 상기 챔버 내주면의 온도를 조정할 수 있는 가열수단으로, 상기 챔버 내주면의 온도를 조정하도록 배치되는 내주면 온도 조정부를 포함할 수 있다. 이러한 구성에서, 상기 오존가스 노즐부와 상기 원료가스 노즐부는 상기 오존가스 노즐부의 노즐홀과 상기 원료가스 노즐부의 노즐홀이 서로 반대 방향으로 배향되고 이격되어 대향하도록, 서로 평행하게 상기 챔버의 내주면에서 돌출 형성될 수 있다.
또한, 상기 챔버는 상기 챔버의 내주면으로부터 상기 챔버 내에서 대상물의 위치를 향하여 연장되도록 상기 챔버의 내주면에서 돌출되게 형성된 가스 흐름 안내부를 가질 수 있다.
상기 가스 공급 시스템은 상기 챔버에 평행하게 배열된 복수의 상기 원료 가스 공급 라인을 포함할 수 있다.
상기 원자층증착장치는 상기 원료가스 공급라인의 상기 각각의 원료가스 공급관 내부의 온도를 조정할 수 있는 공급관 온도조정부를 더 포함할 수 있다.
상기 원료가스 공급라인은 상기 원료가스 공급관 내부에 흐르는 원료가스를 그 안에 자유롭게 축적 밀봉하고, 상기 축적된 원료가스를 상기 원료가스 공급관에 장착된 개폐밸브를 개폐하여 상기 챔버내로 자유롭게 공급하는 원료가스 버퍼부; 및 상기 원료가스 버퍼부 내부의 가스압력을 측정하는 원료가스 버퍼부 압력계;를 포함할 수 있다.
상기 원자층 증착장치는 상기 원료가스 버퍼부 압력계의 측정값 변화에 따라 상기 원료가스 버퍼부내의 상기 원료가스의 축적량을 제어하는 원료가스 축적량 제어부를 더 포함할 수 있다. .
상기 원료 가스 버퍼부 내부의 부피는 챔버 내부 부피의 1/500 이상일 수 있다.
상기 원료 가스 버퍼부 하류측의 원료 가스 공급관 하류측 내부 용적은 상기 원료 가스 버퍼부 내부 용적의 1/10 내지 1/2 범위일 수 있다.
상기 원료가스 공급라인은 상기 원료가스 버퍼부의 상기 원료가스 공급관 상류측 및/또는 하류측에 구비되고, 상기 원료 가스 버퍼부와 상기 가스 배출 시스템 사이의 연통을 확보하거나 차단하기 위해 연통상태와 차단상태 사이에 전환할 수 있는 바이패스관을 갖는 바이패스라인을 포함할 수 있다.
또한, 상기 원료 가스 공급 라인은 상기 원료 가스 공급관과 상기 불활성 가스 공급관 사이의 연통을 확립 또는 차단하기 위해 연통 상태와 차단 상태 사이에서 전환 가능한 불활성 가스 추가관을 갖는 불활성 가스 추가 라인을 포함할 수 있다.
상기 원자층 증착 장치는 다음과 같이 구성될 수 있다; 상기 원료가스 공급 라인은 상기 원료 가스 공급관과 상기 불활성 가스 공급관 사이의 연통을 확보하거나 차단하기 위해 연통상태와 차단상태 사이에 전환가능한 불활성 가스 추가관을 가지는 불활성 가스 추가라인을 포함할 수 있고; 상기 원료가스 버퍼부는 상기 원료가스 공급관에 장착된 개폐밸브의 개폐에 의해 상기 원료가스 공급관내를 흐르는 상기 원료 가스와 상기 불활성 가스 추가관을 통하여 상기 불활성가스 공급관으로부터 상기 원료가스 공급관내로 흐르는 상기 불활성 가스와의 혼합 가스를 자유롭게 축적 밀봉하고, 상기 축적된 혼합가스를 상기 챔버 내부로 자유롭게 공급하도록 구성된다.
상기 원자층 증착 장치는 상기 불활성 가스 추가관 내부의 온도를 상기 원료 가스 공급관 내부 온도보다 높게 조정할 수 있는 추가관 온도 조정부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 원자층 증착장치의 상기 챔버 내부에 배치된 대상물의 성막면에 산화막을 형성시키는 상술한 원자층증착장치를 이용한 원자층 증착방법에 있어서, 상기 원자층 증착 방법은, 상기 산화막의 구성 원소를 포함하는 원료 가스를 상기 챔버 내에 공급함으로써 상기 성막면에 원료 가스의 흡착층을 형성하는 원료 가스 공급 단계; 상기 원료 가스 공급 단계에서 공급된 원료 가스의 잔류물 및 상기 원료 가스가 성막면에 흡착되면서 발생한 모든 가스를 성막면으로부터 제거하는 원료 가스 퍼지 단계; 80체적% 이상의 오존 가스를 챔버 내에 공급하여 상기 성막면에 형성된 흡착층을 산화시키는 산화제 공급 단계; 및 상기 산화제 공급 단계에서 공급된 오존 가스의 잔류물 및 상기 흡착층의 산화에 의해 생성된 모든 가스를 성막면으로부터 제거하는 산화제 퍼지 단계;를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 원자층 증착 장치의 상기 챔버 내부에 배치된 대상물의 성막면에 산화막을 형성하는 상술한 원자층 증착 장치를 이용한 원자층 증착 방법에 있어서, 상기 원자층 증착 방법은, 상기 산화막의 구성 원소를 포함하는 원료 가스와 불활성 가스의 혼합가스를 상기 챔버 내에 공급함으로써 상기 성막면에 원료 가스의 흡착층을 형성하는 원료 가스 공급 단계; 상기 원료 가스 공급 단계에서 공급된 상기 혼합 가스중 원료 가스의 잔류물 및 상기 혼합 가스중 원료 가스가 상기 성막면에 흡착되면서 발생한 가스를 상기 성막면으로부터 제거하는 원료 가스 퍼지 단계; 80체적% 이상의 오존 가스를 상기 챔버 내에 공급하여 상기 성막면에 형성된 흡착층을 산화시키는 산화제 공급 단계; 및 상기 산화제 공급 단계에서 공급된 오존 가스의 잔류물 및 상기 흡착층의 산화에 의해 생성된 가스를 상기 성막면으로부터 제거하는 산화제 퍼지 단계;를 포함하고, 상기 원료 가스 공급 단계에서 공급되는 혼합 가스는 상기 원료가스 버퍼부 내부의 압력이 소정의 압력에 도달할 때까지 상기 원료가스를 상기 원료가스 버퍼부에 축적시키는 원료가스 축적단계; 이후, 상기 원료가스 버퍼부 내부의 압력이 상기 원료가스 축적단계의 압력보다 높은 소정의 압력에 도달할 때까지 상기 불활성가스 추가관을 통해 상기 원료가스 버퍼부에 불활성가스를 공급하여 상기 원료가스 버퍼부에 상기 혼합가스를 축적하는 혼합가스 축적단계; 를 실행하여 미리 준비된다.
상기 원료가스 축적단계는 상기 원료가스 버퍼부에 축적된 혼합가스 중의 원료가스의 분압이 1000Pa 이하가 되도록 수행될 수 있으며; 상기 혼합가스 중의 상기 원료가스의 농도는 상기 혼합가스 중의 상기 원료가스 및 상기 불활성가스의 분압비에 따른 환산치로서 30% 이하이다.
상기 원료가스 공급단계는 상기 원료가스 버퍼부에 축적된 혼합가스의 상기 챔버로의 공급이 1초 이내에 완료되고; 상기 챔버 내부의 압력은 0.1 ~ 100 Pa 범위로 되도록 수행될 수 있다.
상기 원자층 증착 방법은, 상기 원료 가스 공급 단계 이후, 상기 원료 가스 공급관 내에 불활성 가스를 공급하여 원료 가스 공급관 내의 잔류 가스를 불활성 가스로 치환하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 산화제 공급단계는 상기 오존가스 버퍼부에 축적된 오존가스의 분압이 10000 Pa 이하가 되도록 수행될 수 있다.
상기 산화제 공급단계는 상기 오존가스 버퍼부에 축적된 오존가스의 상기 챔버로의 공급이 1초 이내에 완료되고; 상기 챔버 내부의 압력은 10 ~ 1000 Pa 범위이다.
상기 원자층 증착 방법에 있어서, 상기 원료가스 공급단계에서 상기 챔버 내부로 공급된 가스는 상기 챔버 내부에 일정시간 동안 밀봉된 상태로 유지되었다가 상기 원료가스 퍼지 단계에서 상기 챔버 외부로 배출될 수 있으며; 상기 산화제 공급단계에서 상기 챔버 내부로 공급된 가스는 상기 챔버 내부에 일정시간 밀봉된 상태를 유지하다가 상기 산화제 퍼지단계에서 상기 챔버 외부로 배출될 수 있다.
상기 원료 가스 퍼지 단계 및 상기 산화제 퍼지 단계 각각은 반복 공급되는 상기 불활성 가스의 양이 상기 원료 가스 공급 단계에서 상기 챔버 내로 공급되는 가스량 또는 상기 산화제 공급 단계에서 상기 챔버 내로 공급되는 가스량의 10배 이상이 되도록 상기 불활성 가스를 복수회 반복 공급하여 수행될 수 있다.
상기 원자층 증착 방법에 있어서, 상기 원료 가스 공급 단계에서 공급되는 가스가 상기 챔버 내에 밀봉되는 시간 및 상기 산화제 공급 단계에서 공급되는 가스가 상기 챔버 내에 밀봉되는 시간은 각각 1 ~ 1000초 범위일 수 있다.
상기 원자층 증착 방법은 상기 원료가스 공급단계, 상기 원료가스 퍼지단계, 상기 산화제 공급단계 및 상기 산화제 퍼지단계가 복수의 사이클로 수행될 수 있으며, 상기 복수의 사이클 중 적어도 하나의 원료 가스 공급 단계에서 공급되는 원료가스가 상기 복수의 사이클 중 다른 하나의 원료 가스 공급 단계에서 공급되는 원료 가스와 다른 종류의 원료 가스로 되도록 수행될 수 있다.
또한, 상기 산화막은 Al2O3, HfO2, TiO2, ZnO, Ta2O3, Ga2O3, MoO3, RuO2, SiO2, ZrO2 및 Y2O3 중 어느 하나의 흡착층을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 대상물을 가열하지 않고, 라디칼을 산화제종으로 하지 않고, 대상물의 성막면에 흡착된 원료 가스를 충분히 산화시켜 원하는 품질의 산화막을 형성할 수 있다. 또한, 챔버 내에 복수의 대상물을 배치하고, 대상물의 각 성막면에 산화막을 1회의 조작으로(예를 들면, 비교적 큰 체적의 챔버를 사용한 배치 처리에 의해) 형성하는 것이 가능하다. 이러한 특징은 성막 효율 및 성막 정밀도의 향상으로 이어진다.
본 발명에 따르면, 80체적% 이상의 고농도 오존 가스를 공급하기 때문에 비교적 낮은 온도(예를 들어 100℃ 이하)에서도 산화막을 형성할 수 있다. 따라서, 산화막은 Si 기판과 같은 상대적으로 내열성이 높은 기판뿐만 아니라 상대적으로 내열성이 낮은 합성 수지로 이루어진 기판 또는 필름에도 적절하게 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 ALD 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 대상물(2)의 일례의 개략 단면도이다.
도 3은 산화막(21)의 형성에 대한 흐름도이다.
도 4는 홀들을 구비한 샤워 헤드에 의한 산화막(21)의 형성예의 반응도이다.
도 5는 공정 단계들 S1∼S4의 성막 사이클의 일례를 설명하기 위한 압력의 경시 변화 특성도이다.
도 6은 실시예 3에서 산화막(21)을 형성하는 동안 단면 관찰 결과를 설명하기 위한 단면 이미지이다.
도 7은 실시예 4에 있어서의 관(L11, L21)의 가스 노즐부(61, 62)의 개략 구성도(구체적으로는 가스 노즐부의 원통부(6a)를 축심방향으로 절취하고 원통부(6a)의 내측에서 본 단면도)이다.
도 8은 실시예 4에 있어서의 관(L11, L21)의 가스 노즐부(61, 62)의 배치 구성의 모식도이다((A)는 대상물의 개구단부(22a)측에서 본 챔버(3)의 내부를 나타내고((개구 단부(22a)의 도시는 생략), (B)는 노즐부의 덮개부(6b)측으로부터 본 챔버(3)의 내부를 나타낸다(도2에서와 같이 절취된 대상물(2)의 단면과 함께).
도 9는 실시예 5에서 챔버(3) 내부의 가스 가열 구성의 개략도이다(도면(A) 및 (B)는 도 8과 동일한 방식으로 도시됨).
도 10은 실시예 6에서 챔버(3) 내부의 가스 가열 구성의 개략도이다(도면(A) 및 (B)는 도 8과 동일한 방식으로 도시됨).
본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치 및 원자층 증착 방법(이하, 때때로 각각 "ALD 장치” 및 "ALD 방법”이라고도 칭함)은 상대적으로 높은 성막 온도를 채택하고 산화제로부터 생성된 라디칼을 이용하는 기존의 ALD 방법(이하, 때때로 단순히 "종래의 ALD 방법”이라고 함)과 전혀 다르다.
보다 구체적으로, 본 실시예는 원자층 증착 장치 및 이를 이용한 원자층 증착 방법에 관한 것으로서, 상기 원자층 증착 장치는 대상물이 탈착가능하게 배치되는 챔버; 상기 챔버에 각각의 가스를 공급하는 가스 공급 시스템; 및 상기 챔버 내부의 기체를 흡입하여 상기 챔버 외부로 배출하고 상기 챔버 내부를 감압 상태로 유지하는 가스 배출 시스템을 포함한다. 상기 가스 공급 시스템은 원료 가스를 상기 챔버 내로 공급하기 위한 원료 가스 공급관을 갖는 원료 가스 공급 라인; 상기 챔버 내부로 80체적% 이상의 오존가스를 공급하기 위한 오존가스 공급관을 구비한 오존가스 공급 라인; 및 상기 챔버 내부로 불활성 가스를 공급하기 위한 불활성 가스 공급관을 갖는 불활성 가스 공급 라인을 포함한다.
상기 오존가스 공급 라인은 오존가스 공급관을 흐르는 오존가스를 그 안에 자유롭게 축적하여 밀봉하고, 축적된 오존가스를 상기 오존 가스 공급관에 장착된 개폐밸브의 개폐에 의하여 오존가스를 상기 챔버 내부로 자유롭게 공급하는 오존가스 버퍼부; 및 상기 오존가스 버퍼부 내부의 가스압력을 측정하는 오존가스 버퍼부 압력계;를 가진다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시형태의 장치 구성에 의해, 챔버 내에서 오존 가스를 광범위하게 확산시키기 쉬워, 예를 들어 대상물의 불균일한 성막면에 흡착된 원료 가스를 오존 가스에 의해 충분히 산화시킬 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에서는 대상물을 가열하지 않고, 라디칼을 산화제종으로 하지 않고, 대상물의 성막면에 흡착된 원료 가스를 충분히 산화시켜 원하는 품질의 산화막을 형성할 수 있다. 또한, 챔버 내에 복수의 대상물을 배치하고, 대상물의 각 성막면에 산화막을 1회의 조작으로(예를 들면, 비교적 큰 체적의 챔버를 사용한 배치 처리에 의해) 형성하는 것이 가능하다. 이러한 특징은 성막 효율 및 성막 정밀도의 향상으로 이어진다.
80체적% 이상의 고농도 오존 가스를 공급하기 때문에 비교적 낮은 온도(예를 들어 100℃ 이하)에서도 산화막을 형성할 수 있다. 따라서, 산화막은 Si 기판과 같은 상대적으로 내열성이 높은 기판뿐만 아니라 상대적으로 내열성이 낮은 합성 수지로 이루어진 기판 또는 필름에도 적절하게 적용할 수 있다.
상기 ALD 장치 및 ALD 방법은 상기 가스 공급 시스템이 상기 원료 가스 공급 라인, 상기 오존 가스 공급 라인 및 상기 불활성 가스 공급 라인을 구비하는 한 다양한 형태로 구현될 수 있다. 상기 오존 가스 공급 라인의 오존 가스 버퍼부는 일시적으로 자유롭게 오존 가스를 그 안에 축적 및 밀봉하고 축적된 오존 가스를 챔버 내로 자유롭게 공급할 수 있다. 다양한 분야(ALD, CVD 등에 의한 성막 분야, 챔버 분야, 오존 가스 분야, 가스 공급 라인 분야 등) 의 주지관용 기술 지식을 적의 적용하여 상기 원자층 증착 장치 및 방법의 설계를 변형시키는 것이 가능하다. 이하에 본 발명의 실시예들이 설명될 것이다.
이하의 실시예들에 있어서, 동일 부분은 동일 부호를 부여하고 상세한 설명을 생략한다.
[실시예]
< ALD 장치(11)의 주요 구성>
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 ALD 장치(11)의 구성을 개략적으로 도시한다.
ALD 장치(11)는 일반적으로 다음을 포함한다; 도2를 참조하여 후술하는 바와 같은 대상물(2)이 탈착가능하게 배치되는 챔버(반응용기)(3); 챔버(3)에 각각의 가스를 공급하는 가스 공급 시스템(4); 및 챔버(3) 내부의 가스를 챔버(3) 외부로 흡입에 의해 배출시키는 가스 배출 시스템(5).
챔버(3)내에 위치된 대상물(2)은 지지부(도시되지 않음)에 의해 적절히 지지된다.
챔버(3)는 그를 통하여 오존 가스가 챔버(3) 내로 분사되는 오존 가스 분사구(31); 그를 통하여 원료 가스가 챔버(3) 내로 분사되는 원료 가스 분사구(32); 및 그를 통하여 불활성 가스가 챔버(3) 내로 분사되는 불활성 가스 분사구(33)를 구비한다. 이들 분사구들(31~33)은 챔버(3)내에 대상물(2) 반대편에 대향하여(도1에서 챔버(3)의 상방측에)구비된다. 압력 게이지(P)는 챔버(3) 내부의 가스 압력을 측정하기 위해 챔버(3)에 배치된다.
상기 가스 공급 시스템(4)은: 오존 가스 발생장치(G1)에 의해 생성된 오존 가스(예를 들어, 80체적% 이상의 오존 가스)를 오존 가스 분사구(31)를 통해 챔버(3)로 공급하는 오존 가스 공급 라인(L1); 원료 가스 공급 장치(G2)로부터 공급되는 원료 가스를 원료 가스 분사구(32)를 통해 챔버(3)에 공급하는 원료 가스 공급 라인(L2); 및 불활성 가스 공급 장치(G3)로부터 공급된 불활성 가스를 불활성 가스 분사구(33)를 통해 챔버(3) 내로 공급하는 불활성 가스 공급 라인(L3)을 포함한다.
가스 배출 시스템(5)은 챔버(3)의 각 분사구(31 내지 33)로부터 떨어진 위치(도 1에서, 챔버(3)의 측면 상의 위치)에 배치된다. 가스 배출 시스템(5)은 챔버(3) 내부의 모든 가스를 챔버(3) 외부로 흡입에 의해 배출하고 챔버(3) 내부를 감압 상태로 유지(예를 들어, 챔버(3) 내부를 진공 유사상태로 유지)하도록 구성된다. 본 실시예에서, 가스 배출 시스템(5)은 도 1에 도시된 바와 같이 배출 파이프(5a), 개폐 밸브(5b) 및 진공 펌프(5c)를 구비한다.
<오존 가스 공급 라인(L1)>
오존 가스 공급 라인(L1)은 오존 가스 발생 장치(G1)와 분사구(31)를 연결하고, 오존 가스 발생기(G1)에서 발생하여 공급되는 오존 가스를 공급하는 오존 가스 공급관(L11)을 갖는다. 상기 관(L11)에는 오존 가스 개폐 밸브(V1)와 오존 가스 버퍼부(L12)가 구비되어 있다. 각 개폐 밸브(V1)는 가스 흐름 상태(개방 상태)와 가스 차단 상태(닫힘 상태) 사이에서 전환 가능하여 관(L11)에서 가스 흐름을 허용하거나 차단할 수 있다. (도 1에서는 오존 가스 버퍼부(L12)의 상류측과 하류측에 개폐 밸브(V1a, V1b)가 설치되어 있다). 오존 가스 버퍼부(L12)는 관(L11) 내의 오존 가스(구체적으로는 챔버(3)의 상류측의 오존 가스)를 그 안에 자유롭게 축적 밀봉하고, 축적된 오존 가스를 개폐 밸브(V1)의 개폐에 의해 챔버(3) 내로 자유롭게 공급하도록 구성되어 있다. 또한, 관(L11)에는 오존가스 버퍼부(L12) 내부의 가스압력을 측정하기 위한 오존가스 버퍼부 압력계(PL1)가 설치된다.
오존가스 버퍼부(L12)의 형태는 특별히 제한되지 않는다. 오존가스 버퍼부(L12)는 관(L11) 내를 흐르는 오존가스를 그 안에 일정압력으로 자유롭게 축적 밀봉하고, 축적된 오존가스를 일정압력으로 자유롭게 챔버(3)에 공급할 수 있는 한 어떤 형태이어도 좋다. 일 실시예에서, 오존 가스 버퍼부(L12)의 내부 용적은 챔버(3) 내부 용적의 약 1/50 이상으로 설정하여(예를 들어, 오존 가스 버퍼부(L12)의 내부 용적은 챔버(3)의 내부 용적을 50000 cc로 설정했을 때 1000 cc로 설정한다), 오존 가스 버퍼부(L12) 내의 가스압력을 약 10000 Pa 이하로 유지할 수 있도록 한다.
또한, 오존 가스 버퍼부(L12) 하류측 관(L11) 일부의 내부 용적(도 1에서는 오존 가스 버퍼부(L12)의 출구로부터 분사구(31)까지 연장되는 관(L11)의 일부의 내부 용적, 및 후술하는 바와 같이 오존가스 노즐부(61)가 설치되어 있는 경우에는 오존가스 노즐부(61)를 포함하는 용적)이 적절히 설정된다. 일 실시예에서, 오존 가스 버퍼부(L12) 하류측의 관(L11) 내부 용적은 오존 가스 버퍼부(12) 내부 용적의 1/10 내지 1/2의 범위 내로 설정된다.
오존 가스 버퍼부(L12)내에 축적된 오존 가스의 축적량(챔버(3)내에 공급하는 오존 가스의 공급량)은 예를 들면, 오존가스 축적량 제어부에 의해 압력계 PL1의 측정값 변화량에 기초하여 제어하는 것이 가능하다.
개폐밸브(V1)는 다양한 형태의 개폐밸브를 사용할 수 있다. 일 실시예에서, 개폐 밸브(V1a, V1b)는 도 1에 도시된 바와 같이 오존 가스 버퍼부(L12)의 상류측 및 하류측에 각각 제공된다. 자동 밸브가 개폐 밸브( V1a 및 V1b)로 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이 오존가스 공급라인(L1)은 개폐밸브(V1)를 적절히 개폐하고 압력계 (PL1)의 측정값 변화량에 따라 오존가스 버퍼부(L12) 내부의 가스압력을 적절히 조절함으로써 소정의 압력 및 농도의 오존 가스를 내부에 축적하고 축적된 오존 가스를 챔버(3)로 공급하도록 한다.
오존 가스가 챔버(3)로 공급된 후 오존 가스 버퍼부(L12)에 잔류하는 잔류 오존 가스는 오존 가스 발생장치(G1)에서 새롭게 공급되는 오존 가스와 함께 축적되어(챔버(3)로의 공급을위해 리싸이클되어) 다음 오존 가스 축적에 사용될 수 있다.
<원료 가스 공급 라인(L2)>
원료 가스 공급관(L2)은 원료 가스 공급 장치(G2)와 분사구(32)를 연결하고, 원료 가스 공급 장치(G2)로부터 공급되는 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급관(L21)을 갖는다. 관(L21)에는 원료 가스 개폐 밸브(V2)와 원료 가스 버퍼부(L22)가 설치되어 있다. 각 개폐 밸브(V2)는 가스 흐름 상태(개방 상태)와 가스 차단 상태(닫힘 상태) 사이에서 전환 가능하여 관(L21)에서의 가스 흐름을 허용하거나 차단할 수 있다 (도 1에서는 원료 가스 버퍼부(L22)의 상류측과 하류측에 개폐 밸브(V2a~V2c)가 설치되어 있다). 원료 가스 버퍼부(L22)는 관(L21) 내의 오존 가스(구체적으로는 챔버(3)의 상류측의 오존 가스)를 자유롭게 축적 밀봉하고, 축적된 원료 가스를 개폐 밸브(V2)의 개폐에 의해 챔버(3) 내로 자유롭게 공급하도록 구성되어 있다.
또한, 원료 가스 버퍼부 압력계(PL2)는 원료 가스 버퍼부(L22) 내부의 가스 압력을 측정하기 위해 관(L21)에 설치된다. 도 1의 실시예에서, 후술하는 바와 같이 관(L21)에는 바이패스 라인(L4)과 불활성 가스 추가 라인(L5)이 설치되어 있다.
원료 가스 버퍼부(L22)의 형태에는 특별한 제한이 없다. 원료 가스 버퍼부(L12)는 관(L21) 내를 흐르는 원료 가스를 그 안에 소정의 압력으로 자유롭게 축적 밀봉하고, 축적된 원료 가스를 소정의 압력으로 적절하게 챔버(3)에 자유롭게 공급할 수 있는 형태이면 된다. 일 실시예에서는 원료 가스 버퍼부(L22)의 내부 용적을 챔버(3)의 내부 용적의 1/500 정도 이상으로 설정(예를 들면 챔버(3)의 내부 체적을 50000 cc로 했을 때 원료 가스 버퍼부(L22)의 내부 용적은 100 cc로 설정)하여 원료 가스 버퍼부(L22) 내의 가스 압력을 약 100000 Pa 이하로 유지한다.
또한, 관(L21)의 원료 가스 버퍼부(L22) 하류측 부분의 내부 용적(도 1에서, 원료 가스 버퍼부(L22)의 출구로부터 분사구(32)까지 연장되는 관(L21)의 일부 내부 용적, 후술하는 바와 같이 원료가스 노즐부(62)가 설치되어 있는 경우에는 원료가스 노즐부(62)를 포함하는 용적)이 적절히 설정된다. 일 실시예에서는, 관(L21)의 원료 가스 버퍼부(L22) 하류 부분의 내부 용적이 원료 가스 버퍼부(L22) 내부 용적의 1/10~1/2의 범위 내로 설정된다. .
원료 가스 버퍼부(L22)에 있어서의 원료 가스의 축적량(즉, 원료 가스의 챔버(3)로의 공급량)은, 예를 들면 원료 가스 축적량 제어부에 의해 압력계 (PL2)의 측정값 변화에 기초하여 조절하는 것이 가능하다. 보다 상세하게는, 챔버(3)에 원료 가스를 공급하기 전후의 압력계(PL2)의 측정값의 변화와 원료 가스 버퍼부(L22)의 체적에 기초하여 원료 가스의 축적량을 결정하고 제어할 수 있다.
개폐밸브(V2)는 다양한 형태의 개폐밸브를 사용할 수 있다. 일 실시예에서, 개폐 밸브(V2a 내지 V2c)는 도 1에 도시된 바와 같이 원료 가스 버퍼부(L22)의 상류측 및 하류측에 각각 제공된다. 개폐밸브(V2a~V2c)는 고속으로 정밀하게 개폐가 가능한 고속 개폐밸브를 사용할 수 있다. 도 1의 실시예에서, 개폐 밸브(V2b)는 후술하는 불활성 가스 추가 라인(L5)과의 접속을 위한 3방향 밸브 구조를 갖는다.
상술한 바와 같이 원료가스 공급라인(L2)은 개폐밸브(V2)를 적절히 개폐하고 원료가스 버퍼부(L22) 내부의 가스압력을 압력계(PL2)의 측정값 변화에 따라 적절히 제어함으로써 소정의 압력 및 농도로 원료 가스를 내부에 축적하고 축적된 원료 가스를 챔버(3)로 공급하도록 설계되어 있다.
원료 가스가 챔버(3)로 공급된 후 원료 가스 버퍼부(L22)에 잔류하는 잔류 원료 가스는 원료 가스 공급 장치(G2)로부터 새롭게 공급되는 원료 가스와 함께 축적되어 다음 원료 가스 축적시 재사용될 수 있다(챔버(3)에 공급을 위해 재사용될 수 있다).
챔버(3)에 원료 가스를 공급한 후, 불활성 가스를 후술하는 불활성 가스 공급 라인((L3)을 통해 원료 가스 버퍼부(L22)(관(L21))에 공급하여 원료 가스 버퍼부(L22)에 잔류하는 잔류가스(원료 가스 또는 원료가스와 불활성 가스의 혼합가스 등)를 불활성 가스로 치환할 수 있다.
원료 가스 버퍼부(L22)에 축적된 원료 가스가 챔버(3)에 공급될 때, 원료 가스 버퍼부(L22)와 챔버(3)는 서로 연통되어 있다. 그러나, 관 압력 손실에 따라서는 원료 가스 버퍼부(L22)와 챔버(3) 사이의 압력이 평형에 도달할 때까지 시간이 오래 걸릴 수가 있다.
이 경우, 원료 가스 버퍼부(L22) 내의 가스압력(예를 들면, 원료 가스와 캐리어 가스의 혼합 가스의 압력)이 증가하는 조건하에서, 또는 평형 상태에 도달하기 전에 챔버(3)로의 원료 가스의 공급을 일단 중단함으로써 챔버(3) 내의 압력이 유지되는 조건 하에서 적절히 원료 가스에 대한 성막면(20)의 노출이 계속될 수 있다.
또한, 복수의 원료 가스 공급 라인(L2)이 챔버(3)에 병렬로 제공될 수 있다. 각 원료 가스 공급 라인(L2)에서의 원료 가스의 증기압이 서로 다른 경우, 온도 조정부(각 관(L21)의 내부 온도를 조절할 수 있는 열전대, 열교환기, 적외선 히터 등의 가열 기구를 갖는 공급관 온도 조정부 등)을 구비하여 각 원료 가스 공급 라인(L2)의 온도를 조정할 수 있다. 예를 들어, 후술하는 바와 같이, 원료 가스로서 TMA와 TDMT를 공급하도록 2개의 원료 가스 공급 라인(L2)이 설치되어 있는 경우, 이들 원료 가스 공급 라인(L2)의 내부 온도를 50℃와 150°C로 각각 조정할 수 있다.
온도 조정부는 원료 가스 공급 라인(L2)의 온도 조절뿐만 아니라, 도 1에 도시된 바와 같이 이중 점선으로 둘러싸인 것 중 어느 하나와 같은 다른 구성 부분의 온도도 조절하도록 구성될 수 있다. 이러한 온도 조정부의 예로는 후술하는 불활성 가스 추가관(L51)의 내부 온도를 조절(추가관 온도 조정부로서)하거나 챔버(3)의 내주면(30)의 온도를 조절(내주면 온도 조정부로서)할 수 있는 것들이 있다.
<불활성 가스 공급라인( L3)>
불활성 가스 공급 라인(L3)은 불활성 가스 공급 장치(G3)와 분사구(33)를 연결하고, 불활성 가스 공급 장치(G3)로부터 공급되는 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급관(L31)을 갖는다. 관( L31)에는 개폐 밸브(V3)와 질량 유량 컨트롤러(L32)가 설치되어 있다. 개폐 밸브(V3) 각각은 가스 흐름 상태(개방 상태)와 가스 차단 상태(닫힘 상태) 사이에서 전환하여 관(L31)에서 가스 흐름을 허용하거나 차단할 수 있다 (도 1에서는 질량 유량 컨트롤러(mass flow controller)(L32)의 하류측에 개폐 밸브(V3a, V3b)가 배치되어 있다.). 질량 유량 컨트롤러(L32)는 관(L31)내 가스 유량을 제어하도록 구성되어 있다. 개폐밸브(V1) 등의 경우와 같이 개폐밸브(V3)로서 특별한 제한 없이 다양한 형태의 개폐밸브가 사용될 수 있다.
불활성 가스 공급 라인(L3)은 개폐 밸브(V3)를 적절하게 개폐하고 질량 유량 콘트롤러(L32)에 의해 불활성 가스 공급 장치(G3)로부터의 불활성 가스의 유량을 적절하게 제어함으로써 챔버(3)에 불활성 가스를 공급하도록 구성된다. .
후술하는 불활성 가스 추가 라인(L5)을 경유하여 관(L31)으로부터 관(L31)으로 불활성 가스를 공급하도록 장치를 구성하는 경우, 관(L31)의 내부 온도를 조절하기 위한 온도 조정부가 구비될 수 있다.
<바이패스 라인( L4)>
원료 가스 공급 라인(L2)에 있어서, 도 1에 도시한 바와 같이 관(L21)의 원료 가스 버퍼부(L22)의 상류측 및/또는 하류측에 바이패스 라인(L4)이 구비될 수 있다. 이 바이패스 라인은 개폐 밸브(V4)에 의해 원료 가스 버퍼부(L22)와 가스 배출 시스템(5) 사이의 연통을 확립 또는 차단하기 위해 연통 상태와 차단 상태 사이에서 전환 가능하다.
도 1의 실시예에서, 바이패스 라인(L4)은 각각 관(L21)의 원료 가스 버퍼부(L22)의 상류측 및/또는 하류측의 관(L21)의 일 지점과 개폐 밸브(5b)와 진공 펌프(5c) 사이 가스 배출 시스템(5)의 배출관(5a)의 일 지점을 연결하도록 배치된 바이패스관(L41)을 갖는다. 개폐밸브(V1) 등의 경우와 같이 개폐밸브(V4)는 특별한 제한 없이 다양한 형태의 개폐밸브를 사용할 수 있다.
이와 같은 바이패스 라인(L4)을 이용함으로써, 원료 가스 버퍼부(L22)의 잔류 원료 가스를 리사이클하지 않고 바이패스 라인(L4) 및 가스 배출 시스템(5)을 통해 외부로 배출할 수 있다.
<불활성 가스 추가 라인( L5)>
원료 가스 공급 라인(L2)에 불활성 가스 추가 라인(L5)이 구비될 수 있다. 이 불활성 가스 추가 라인은 원료 가스 공급 라인(L2)의 관(L21)과 불활성 가스 공급 라인(L3)의 관(L31) 사이의 연통을 확보하거나 차단하도록 개폐 밸브(V5)에 의해 연통 상태와 차단 상태 사이에서 전환 가능하게 되어 있다.
도 1의 실시예에서, 불활성 가스 추가 라인(L5)은 관(L21)의 원료 가스 버퍼부(L22) 하류측 일 지점(구체적으로는 도1에서 3방향 밸브 구조의 개폐 밸브(V2b))과 질량 유량 컨트롤러(L32)와 개폐 밸브(V3a) 사이의 불활성 가스 공급 라인(L3)의 관(L31)의 일 지점을 연결하도록 배치된 불활성 가스 추가관(L51)을 구비한다. 또한, 원료 가스 버퍼부(L22) 내의 가스압력을 측정하기 위해 원료 가스 버퍼부 압력계(PL5)가 불활성 가스 추가관(L51)에 구비된다. 개폐밸브(V1) 등과 마찬가지로 개폐밸브(V4)도 특별한 제한 없이 다양한 형태의 개폐밸브를 사용할 수 있다.
이러한 불활성 가스 추가 라인(L5)을 사용함으로써, 불활성 가스를 원료 가스 공급 라인(L2)에 공급하여 원료 가스를 운반하는 캐리어 가스로서 사용할 수 있다. 이 경우, 원료 가스 버퍼부(L22)의 가스 농도(즉, 불활성 가스로 희석된 원료 가스(혼합 가스)의 농도)는 식: Pα/Pβx100 으로 농도 제어부(미도시)에 의해 결정될 수 있다.
상기 식에서 Pα 는 원료가스가 진공배기된 원료가스 버퍼부(L22)에 공급된 후 원료가스 버퍼부(L22)에 축적 밀봉된 상태에서 압력계(PL2)의 측정값이고 ;Pβ는 Pα 측정 후 원료가스 버퍼부(L22)에 불활성 가스만 공급한 상태에서 압력계( PL5)의 측정값이다.
예를 들어, 다음과 같이(예를 들어, 후술하는 원료 가스 공급 단계(S1)전에 미리, 구체적으로는 후술하는 단계들 [3], [5], [7]과 다른 시간에) 원료가스 축적단계와 혼합가스 축적단계를 수행함으로써 원료가스를 불활성가스로 희석하고, 원료가스와 불활성가스의 혼합가스를 얻을 수 있다.
원료가스 축적단계에서는 원료가스 버퍼부(L22) 내부의 압력이 소정의 압력이 될 때까지 원료가스 공급라인(L2)의 원료가스 버퍼부(L22)에 원료가스를 축적시켜 밀봉한다.
이어지는 혼합 가스 축적 단계에서는, 원료 가스 버퍼부(L22) 내의 압력이 소정의 보다 높은 압력(구체적으로는, 원료 가스 축적 단계에서의 압력보다 높은 소정의 압력)에 도달할 때까지 불활성 가스가 관(L51)을 통해 원료 가스 버퍼부(L22)에 공급된다. 결과적으로 혼합가스가 원료 가스 버퍼부(L22)에 원하는 대로 축적 밀봉된다.
혼합 가스 축적 단계에 있어서 원료 가스 버퍼부(L22)에 축적되는 혼합 가스 중의 원료 가스의 분압은 적절하게 설정된다. 일 실시예에서, 혼합 가스 중의 원료 가스의 분압은 1000 Pa 이하로 설정된다. 혼합 가스 중의 원료 가스의 농도도 적절하게 설정된다. 일 실시예에서, 혼합 가스 중의 원료 가스의 농도는 혼합 가스 중의 원료 가스와 불활성 가스의 분압비에 기초한 환산값으로서 30% 이하로 설정된다. 또한, 관(L51)의 내부 온도는 임의의 온도 조정부(예를 들어, 추가관 온도 조정부)에 의해 관(L21)의 내부 온도보다 높은 온도로 조정될 수 있다.
챔버(3)에 혼합 가스를 공급한 후에 원료 가스 축적 단계 및 혼합 가스 축적 단계을 다시 행하는 경우에는 불활성 가스 치환 단계를 미리(예를 들어, 후술하는 단계 [5] 와 [6] 사이 시간에) 수행하여 불활성 가스만을 관(L21)에 공급하여 관(L21)내의 잔류 가스를 불활성 가스로 치환할 수 있다. 이 불활성 가스 치환 단계에 의해, 관(L21)내의 잔류 가스가 챔버(3)(또는 바이패스 라인(4))를 통하여 배출된다.
<ALD 장치를 이용한 성막공정>
ALD 장치(11)는 원료 가스 공급 단계(S1), 원료 가스 퍼지 단계(S2), 산화제 공급 단계(S3), 및 산화제 퍼지 단계(S4)가 도3에 도시된 바와 같이 순차적으로 수행되는 ALD방법에 의해 챔버(3)내의 대상물(2)의 성막면(20)에 원하는 산화막(21)이 형성되도록 작동된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 원료 가스 공급 단계(S1)가 먼저 수행된다. 원료 가스 공급 단계에서는, 원료 가스 공급 장치(G2)로부터 원료 가스 공급 라인(L2)을 통하여 원료 가스(즉, 원하는 산화막(21)의 구성 원소를 포함하는 원료 가스)가 공급되고, 분사구(32)로부터 챔버(3)내로 분사된다. 그 후, 챔버(3) 내의 대상물(2)의 성막면(20)에 원료 가스가 흡착되고, 도 4(a)의 반응도에 도시한 바와 같이 원료 가스의 흡착층(21a)이 형성된다. 도 4(a)에서, 흡착층은 기판 형상의 대상물(2)의 성막면(20)에 흡착된 TMA 가스의 단분자층으로서 예시되어 있다.
대상물(2)의 성막면(20)에 예를 들어 불순물이 부착되어 있는 경우에는 성막면(20)을 원료 가스 공급 단계(S1)전에 세정(예를 들면 불활성 가스 공급 라인(L3)을 통하여 불활성 가스 공급 장치(3)로부터 챔버(3)내로 불활성 가스를 공급하여 불순물을 퍼지제거)함으로써 원료 가스가 성막면(20)에 용이하게 흡착될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
원료 가스 공급 단계(S1) 후에 원료 가스 퍼지 단계(S2)가 수행된다. 원료 가스 퍼지 단계에서는, 불활성 가스 공급 장치(G3)로부터 불활성 가스 공급 라인(L3)을 통하여 불활성 가스가 공급되고, 분사구(33)로부터 챔버(3)내로 분사되면서, 챔버(3)내의 가스는 가스 배출 시스템(5)의 흡입작용에 의해 배출된다. 이에 따라, 원료 가스 공급 단계(S1)에서 공급된 원료 가스의 잔류물과, 원료 가스가 성막면(20)에 흡착되어 발생한 가스가 성막면(20)으로부터 퍼지 제거된다.
이어서 산화제 공급 단계(S3)가 수행된다. 산화제 공급 단계에서는, 오존 가스 발생장치(G1)로부터 오존 가스 공급 라인(L1)을 통하여 오존 가스가 공급되어, 분사구(31)로부터 챔버(3)내로 분사된다. 그 후, 성막면(20)의 흡착층(21a)이 도 4의 반응모식도와 같이 오존 가스에 의해 산화(보다 구체적으로, 흡착층의 메틸(CH3)은 도 4(b)에서처럼 산화된다)되어 다음의 성막 사이클을 위한 흡착 가능 영역(20a)이 성막면(20)상에 형성된다. 도4(b)의 반응모식도에 나타낸 산화 반응은 실온(25°C)에서도 진행할 수 있다.
그 후, 원료 가스 퍼지 단계(S2)과 동일하게 산화제 퍼지 단계(S4)가 수행된다. 불활성 가스 공급 장치(G3)로부터 불활성 가스 공급 라인(L3)을 통해 불활성 가스가 공급되어 분사구(33)로부터 챔버(3) 내로 분사되는 한편, 챔버(3) 내의 가스는 가스 배출 시스템(5)의 흡인 작용에 의해 배출된다. 이에 의해, 오존 가스 공급 단계(S3)에서 공급된 오존 가스의 잔류물 및 원료 가스의 흡착층(21a)의 산화에 의해 생성된 가스가 성막면(20)으로부터 제거된다.
상기 단계들 S1∼S4의 사이클(이하, 때때로 간단히 "성막 사이클”이라고도 칭함)을 적절히 반복함으로써, 성막면(20)에 원하는 두께의 산화막(21)을 형성한다. 성막 사이클의 다양한 조건들이 예를 들어 원하는 산화막(21)에 따라 적절하게 설정된다.
성막 사이클을 복수 회 반복하는 경우, 적어도 1회의 성막 사이클의 원료 가스 공급 단계(S1)에서 공급되는 원료 가스는 다른 성막 사이클 또는 사이클들의 원료 가스 공급 단계(S1)에서 공급되는 것과 다른 종류의 원료 가스일 수 있다(원료 가스가 혼합 가스로 공급될 때, 다른 종류의 원료가스를 사용한 혼합 가스가 성막 사이클에서 공급될 수 있다). 이에 따라, 다른 종류의 원료 가스의 다층 구조의 흡착층(21a)을 가진 산화막(21)(즉, 복수의 흡착층(21a)이 적층된 산화막(21))이 형성된다.
예를 들면, 복수의 원료 가스 공급 라인(L2)이 챔버(3)에 병렬로 제공되는 경우, 이들 원료 가스 공급 라인(L2)은 다른 종류의 원료 가스를 공급하여 원료 가스 공급 라인들(L2)중에 선택적으로 작동(즉, 다른 종류의 원료 가스를 공급)시킴으로써 원하는 다층 구조의 산화막(21)을 형성할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 5의 성막 사이클은 다음 [1] ~ [8]의 단계를 통해 수행될 수 있다.
단계 [1]: 챔버(3)가 진공배기된다(즉, 챔버(3) 내부의 가스가 가스 배출 시스템(5)에 의해 흡입되어 외부로 배출됨).
단계 [2]: 산화제 공급 단계(S3)가 수행된다(즉, 오존 가스가 공급되어 챔버(3)에 밀봉됨).
단계 [3]: 산화제 퍼지 단계(S4)가 수행된다(즉, 불활성 가스가 챔버(3)에 공급된 후, 챔버(3)가 진공배기됨).
단계 [4]: 챔버(3)가 진공 배기된다.
단계 [5]: 원료 가스 공급 단계(S1)가 수행된다(즉, 원료 가스가 공급되어 챔버(3) 내에서 공급되고 밀봉됨).
단계 [6]: 챔버(3)가 진공 배기된다.
단계 [7]: 원료 가스 퍼지 단계(S2)가 수행된다(즉, 불활성 가스가 챔버(3)에 공급되고 챔버(3)가 진공배기됨).
단계 [8]: 챔버(3)가 진공 배기된다(이 단계는 다음 성막 사이클의 [1] 단계에 해당함).
상기 [1]~[8]단계 중 오존가스 버퍼부(L12)에 오존가스를 축적시키는 단계는 [2]단계 이외의 단계에서 수행하는 것이 바람직하다.
또한, [1]∼[8]의 단계 중 [5] 이외의 단계에서 원료 가스 버퍼부(L22)에 원료 가스를 축적시키는 것이 바람직하다. 원료 가스 공급 라인(L2)의 원료 가스 버퍼부(L22)에 불활성 가스를 도 1에 도시한 바와 같이 불활성 가스 추가 라인(L5)을 통해 공급하는 경우, 원료 가스 버퍼부(L22)에의 원료 가스의 축적은 [3], [5], [7]의 단계 이외의 단계에서 행하는 것이 바람직하다. 그 이유는 [3] 또는 [7]의 단계에서 원료 가스 버퍼부(L22)에 불활성 가스를 공급하면 불활성 가스의 유량이 불안정해질 우려가 있기 때문이다.
단계 [3] 및 [7]의 각각은 성막 사이클에서 1회 실행될 수 있거나, 성막 사이클에서 복수회(사이클 퍼지로서) 실행될 수 있다. 단계 [3], [7]을 복수회 실행함으로써 오존 가스와 원료 가스의 기상 혼합을 억제하기 쉬워진다.
각 단계 [3], [7]에서 사이클 퍼지를 행할 때, 불활성 가스의 공급량(구체적으로는 각 사이클 퍼지에서 공급되는 불활성 가스의 총량)이 적절히 설정된다. 일 실시예에서, 사이클 퍼지에 있어서의 불활성 가스의 공급량은 원료 가스 공급 단계(S1) 동안 챔버(3)에의 가스 공급량의 10배 이상, 또는 산화제 공급 단계(S3) 동안 챔버(3)로의 가스 공급량의 10배이상으로 설정된다.
<각 단계(S1 ~ S4)에서의 불활성 가스)>
원료 가스 퍼지 단계(S2) 또는 산화제 퍼지 단계(S4)에서는 챔버(3) 내부의 가스 흐름을 가속시켜 가스 배출 시스템(5)을 작동시켜 챔버(3) 내부의 가스를 흡입하면서 가스챔버(3) 내부에 불활성 가스를 적절하게 공급하여 잔류 가스의 제거(퍼지 아웃)에 필요한 시간을 단축시킨다.
챔버(3)의 내부 용적 및 형상에 따라(특히, 챔버가 부피가 크거나(예: 1m3 초과) 복잡한 형상인 경우), 가스 공급 시스템(4)으로부터의 원료 가스 또는 오존 가스의 흐름이 낮아질 수 있다. 그러나 이러한 경우에도 상술한 바와 같이 불활성 가스를 적절히 공급함(구체적으로는 챔버(3)의 체적 및 형상에 따라 불활성 가스의 공급량을 조절하거나, 불활성 가스를 단속적으로 공급)함으로써 가스 흐름을 촉진시킬 수 있다..
따라서, 필요에 따라 불활성 가스를 공급함으로써 각 단계 S1 내지 S4에서 챔버(3) 내의 가스 흐름을 적절하게 조정할 수 있다. 이것은 원료 가스 또는 오존 가스를 원하는 양만큼 공급하기 쉽게 하고 챔버(3) 내부의 가스를 쉽게 배출하게 한다.
<대상물(2)의 일예>
대상물(2)의 성막면(20)에 적절히 상기 성막 사이클을 행함으로써 원하는 산화막(21)을 얻을 수 있는 것이면 대상물(2)에 대해서는 특별히 한정되지 않는다. 대상물(2)은 고체 형태, 기판 형태, 분말 형태(예를 들어, 다수의 미립자 대상물(2)의 집합체), 필름 형태, 시트 형태, 천 형태, 섬유 형태 등과 같은 다양한 형태일 수 있다.
원료 가스와 80체적% 이상의 오존 가스를 이용하는 산화막 형성 기술에서는 비교적 낮은 온도에서 산화막을 형성할 수 있다. 따라서, 대상물은 기판 또는 필름 형태일 때 Si 기판과 같은 상대적으로 내열성이 높은 기판에 제한되지 않는다. 산화막은 내열성이 비교적 낮은 합성수지 재질의 기판이나 필름에도 적용할 수 있다.
대상물(2)이 수지 재료로 이루어지는 경우, 수지 재료의 예는 폴리에스테르 수지, 아라미드 수지, 올레핀 수지, 폴리프로필렌, PPS(폴리페닐렌 설파이드), PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) 등이다.
수지 재료로는 PE(폴리에틸렌), PEN(폴리에틸렌 나프탈레이트), POM(폴리옥시메틸렌; 아세탈 수지라고도 함), PEEK(폴리에테르 에테르 케톤), ABS 수지(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합 합성 수지), PA(폴리아미드), PFA(테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알콕시에틸렌 공중합체), PI(폴리이미드), PVD(폴리비닐 디클로라이드) 등을 사용할 수도 있다.
대상물(2)의 성막면(20)은 단순한 평면 형상에 한정되지 않고 다양한 형상으로 할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 대상물(2)은 성막면(20)이 요철 계단 형상을 갖도록 복수의 트렌치 홈(22)을 갖는 고체 형태로 제공될 수 있다.
성막 성능의 향상을 위해 임의의 온도 조정부(도시하지 않음)에 의해 가열 또는 냉각함으로써 대상물(2)의 온도를 적절히 조정할 수 있다. 성막 시의 성막면(20)의 온도가 대략 실온 내지 100℃의 범위가 되도록 필요에 따라 대상물의 온도를 조정하는 것이 일 실시예이다.
<원료 가스의 일례>
원료 가스 공급 단계(S1)에서 사용되는 원료 가스는 산화막의 구성 원소(리튬(Li), 마그네슘(Mg), 실리콘(Si), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 인듐(In), 주석(Sn), 하프늄(Hf), 탄탈룸(Ta), 텅스텐(W), 이리듐(Ir), 백금(Pt) 및 납(Pb); 이하 금속 또는 금속 원소라 함)을 함유하는 가스이다.
예를 들어, 원료 가스는 Si-O 결합 또는 Si-C 결합을 갖는 유기 규소 화합물 또는 금속-산소 결합 또는 금속-탄소 결합을 갖는 유기 금속 화합물을 포함하는 가스 또는 유기 금속 착체나 실리콘 또는 금속의 수소화물을 포함하는 가스일 수 있다.
원료 가스의 구체예로서는 실란(규산수소의 총칭), TEOS(테트라에틸오르소실리케이트), TMS(트리메톡시실란), TES(트리에톡시실란), TMA(트리메틸알루미늄), TEMAZ(테트라키스(에틸메틸아미노) 지르코늄), 3DAMAS(트리스 (디메틸아미노) 실란; SiH[N(CH3)2]3), TDMAT(테트라키스 (디메틸아미노) 티타늄; Ti[N(CH3)2]4), TDMAH(테트라키스(디메틸아미노)하프늄; Hf [N(CH3)2]4)등의 가스이다. 원료 가스로서, 1종의 금속 원소를 포함하는 것보다 복수 종류의 금속 원소를 포함하는(예를 들어 일본국 공개특허 공보 제2016-210742호에 개시된 바와 같은) 이종 다핵 착체의 가스를 사용할 수도 있다.
<오존 가스의 일례>
상기 산화제 공급단계(S3)에서 오존가스의 농도는 다양하게 사용될 수 있으나, 오존가스의 농도는 가능한 한 높은 것이 바람직하다. 고농도 오존 가스의 오존 농도(체적%)는 80∼100체적%가 바람직하다. 이와 같은 고농도의 오존 가스는 오존 함유 가스로부터 증기압의 차에 의해 오존을 액화 분리한 후, 액화 오존을 가스화함으로써 얻을 수 있다.
오존 가스 발생 장치(G1)로서는 일본국 공개특허공보 제2001-304756호, 및 일본국 공개특허공보 제2003-20209호 등의 특허문헌에 개시된 오존 발생장치를 사용할 수 있다. 오존 가스 발생장치(G1)로서 사용 가능한 이들 오존 발생 장치는 각각 오존과 다른 가스(예를 들어, 산소) 사이의 증기압 차이에 따라 액화 분리를 통해 오존을 분리함으로써 고농도 오존 가스(오존 농도 약100체적%)를 생성하도록 구성된다. 오존 가스 발생 장치, 특히 오존만을 액화시켜 가스화하는 복수의 챔버를 갖는 타입의 오존 가스 발생 장치는 챔버들의 개별 온도 제어에 의해 고농도 오존 가스의 지속적인 공급을 가능하게 한다.
예를 들어, 메이덴샤 코포레이션 제조의 순수 오존 발생 장치(MPOG-HM1A1)는 시판되는 고농도 오존 가스 발생장치의 일례로서 알려져 있다.
<불활성 가스의 일례>
불활성 가스는 원료 가스 퍼지 단계(S2) 또는 산화제 퍼지 단계(S4)에서 사용 가능하거나 원료 가스를 운반하기 위한 캐리어 가스로서 사용 가능한 임의의 종류일 수 있다. 불활성 가스의 예는 N2, Ar, He 등이다.
<분사구의 일례(31 내지 33)>
분사구(31 내지 33)는 오존 가스, 원료 가스 및 불활성 가스가 각각 원하는 공급량(유량) 및 압력으로 이들 분사구로부터 챔버(3)로 공급되는 한 다양한 형태로 제공될 수 있다.
챔버(3)에 형성되는 분사구(31, 32, 33)의 수는 1개에 한정되지 않고 복수개일 수도 있다. 분사구(31~33)의 형상은 적절히 설정된다. 예를 들어, 분사구(31 내지 33)는 원형, 직사각형, 타원형, 슬릿형 등으로 형성될 수 있다.
분사구(31∼33)로부터 공급되는 각 가스의 양 및 압력은, 예를 들면 오존 가스 공급 라인(L1), 원료 가스 공급 라인(L2) 및 불활성 가스 공급 라인(L3)을 적절히 가동함으로써 적절하게 설정된다.
<가스 공급량 및 압력>
원료 가스, 오존 가스 및 불활성 가스의 챔버(3)로의 공급량과 이들 각 가스의 압력(예를 들어, 챔버(3)로 공급되는 오존 가스의 압력(분압))은 예를 들면 대상물(2)의 종류 및 형상, 챔버(3) 내에 배치되는 대상물(2)의 수, 각 가스의 종류 및 농도 등을 고려하여 적절하게 설정된다.
예를 들면, 도 5에 나타낸 바와 같이 단계 S1∼S4를 거쳐 성막 사이클을 수행하는 경우, 각 가스의 공급량 등은 성막 사이클 중의 챔버(3) 내의 공정 압력이 1000Pa 이하의 범위내로 되도록 적절히 설정된다. 보다 상세하게는, 불활성 가스 공급 라인(L3)을 통해 챔버(3)에 불활성 가스를 공급(예를 들어, 후술하는 바와 같이 단속적으로 불활성 가스를 공급)함으로써 기본 압력이 약 1 Pa에서 1000 Pa의 범위내로 떨어지도록 조절하는 것이 일례이다. 1회 성막 사이클에 필요한 시간은 특별히 제한하지 않고 적절히 설정된다. 일 실시예에서, 1회 성막 주기의 시간은 수초 내지 수십초(예를 들어, 3초 내지 60초)로 설정된다.
산화제 공급단계(S3)에서 80체적% 이상의 오존가스를 공급하는 경우에는 다양한 방법으로 오존가스를 공급할 수 있다. 일 실시예에서, 오존 가스의 공급량 등은 다음과 같이 적절하게 설정된다: 오존 가스에 대한 성막면(20)의 노출량이 1x105 Langmuir 이상이고; 오존 가스 버퍼부(L12)에 축적되는 오존 가스의 챔버(3)로의 공급은 1초 이내에 완료되고; 챔버(3) 내부의 압력은 10 내지 1000 Pa 범위로 되도록 설정될 수 있다.
상술한 오존 가스에 대한 노출량(1Х105 Langmuir 이상)은 전구체(원료 가스)로서 TMA를 사용하는 경우에 요구되는 오존 가스 노출량의 일례이다. 전구체가 다른 종류(즉, TMA 이외의 종류)인 경우, 요구되는 오존 가스 노출량은 예를 들어 오존에 의한 전구체의 산화 용이성에 따라 달라진다.
오존 가스 이외에 불활성 가스가 챔버(3) 내에 존재하는 경우, 오존 가스의 분압은 100 Pa 이하로 설정된다. 또한, 오존 가스의 공급에 의한 압력 상승은 100 Pa 이하로 적절히 설정되고, 바람직하게는 50 Pa 이하, 보다 바람직하게는 10 Pa 이하로 설정된다.
이 산화제 공급 단계(S3)에서, 원료 가스 공급 단계(S1)에서 성막면(20)에 형성된 흡착층(21a)을 충분히 산화시킬 수 있다.
원료 가스 공급 단계(S1)에 있어서의 챔버(3) 내로의 원료 가스의 공급량은, 특별히 한정되지 않고, 원료 가스가 성막면(20)에 흡착되어 후속 산화제 공급 단계에서 원료 가스의 산화(즉, 산화막의 형성)가 충분히 일어나도록 적절히 설정된다.
일 실시예에서는, 원료 가스에 대한 성막면(20)의 노출량이 1x104 Langmuir 이상이 되도록 원료 가스의 공급량 등을 적절히 설정한다. 원료가스 공급단계(S1)에서 원료가스를 불활성 가스와의 혼합가스 형태로 공급하는 경우, 다양한 방식으로 혼합가스를 공급할 수 있다. 일 실시예에서, 혼합 가스의 공급량 등은, 원료 가스 버퍼부(L22)에 축적된 혼합 가스의 챔버(3)로의 공급이 1초 이내에 완료되고; 챔버(3) 내부의 압력은 0.1 내지 100 Pa 범위로 되도록 적절히 설정된다.
상기 원료 가스에 대한 노출량(1Х104 Langmuir 이상)은 전구체로서 TMA를 사용하고 Si 등의 금속 재료가 성막면에 증착되는 경우에 필요한 원료 가스 노출량의 일례이다. 전구체와 증착 금속 재료가 다른 종류인 경우, 성막면(20)에 대한 전구체의 흡착량이 달라지므로 그 전구체 흡착량의 변화량에 따라서 요구되는 원료가스의 노출량을 적의 조정할 필요가 있다.
원료 가스 공급 단계(S1)에서 공급되는 가스(즉, 원료 가스 또는 원료 가스와 불활성 가스의 혼합 가스)가 챔버(3) 내에서 밀봉 유지되는 시간과 가스(즉, 오존 가스)가 산화제 공급 단계(S3)에서 챔버(3)내에서 밀봉 유지되는 시간은 적절하게 설정된다. 일 실시예에서, 이들 가스 밀봉 시간 각각은 1 내지 1000 초로 설정된다. 구체적으로는 대상물(2)의 성막면(20)의 형상(예를 들면 요철 계단 형상)을 고려하여 가스 밀봉 시간을 1∼1000 초의 범위 내에서 적절히 설정하는 것이 일례이다.
원료 가스 퍼지 단계(S2) 및 산화제 퍼지 단계(S4) 각각에 있어서, 챔버(3)로의 불활성 가스의 공급량은, 전술한 바와 같이 공정 압력이 1000 Pa 이하의 범위가 되도록 적절히 설정된다. 가스 배출 시스템(5)에 의해 퍼지가 수행되는 경우, 불활성 가스의 공급량은 퍼지를 뒷받침할 수 있는 정도로 설정된다. 불활성 가스 공급 라인(L3)을 통해 챔버(3) 내에 불활성 가스를 단속적으로 공급함으로써 불활성 가스의 공급량을 적절하게 설정(예를 들어, 불활성 가스의 공급량을 오존 가스 공급량의 10배 이하로 설정)하여, 챔버(3) 내의 원료 가스 또는 오존 가스를 과도하게 희석시키지 않도록 하는 것이 일례이다.
<가스 배출 시스템(5)의 일례>
가스 배출 시스템(5)에 대한 특별한 제한은 없다. 가스 배출 시스템(5)은 챔버(3) 내부를 감압 상태로 유지하여 챔버(2) 내부의 공정 압력이 위에서 상술한 바와 같이 1000 Pa 이하의 범위로 되는 한 어떠한 구성이어도 좋다.
가스 배출 시스템(5)은 도 1의 실시예에서 배출관(5a), 개폐 밸브(5b) 및 진공 펌프(5c) 등을 구비하고 있지만, 가스 배출 시스템(5)에는 오존 킬러(즉, 오존을 분해할 수 있는 제거 실린더; 구체적으로 도시하지 않음) 등이 추가로 제공될 수 있다. 또한, 진공 펌프(5c)는 오존에 내성이 있는(드라이 펌프로 예시됨) 것이 바람직하다.
가스 배출 시스템(5)에서, 각 단계 S1 내지 S4에서 복수의 배출 라인이 제공될 수 있고 적절하게 사용될 수 있다. 이 경우, 각 단계 S1 내지 S4에서 배출된 가스를 배출 가스 처리를 위한 각각의 전용 제거 시스템에 분배할 수 있다.
<지지부의 일례>
지지부에는 특별한 제한이 없다. 지지부는 성막면(20) 상의 막 형성을 방해하지 않도록 챔버(3)에 대상물(2)을 지지할 수 있는 한 어떤 형태이어도 좋다.
<실시예 1; 단계[5]에서 ALD 장치(11)에 의한 원료가스의 흡착>
상술한 ALD 장치(11)에 의한 단계[4]후 단계[5]의 실행동안, 챔버(3) 및 원료 가스 버퍼부(L22) 내의 압력과 대상물(2)의 성막면(20)에 대한 원료 가스의 흡착량이 검증되었다.
본 실시예의 검증 조건으로서, 챔버(3)의 용적은 50000 cc로 설정되었고; 원료 가스 버퍼부(L22)의 용적은 100 cc로 설정되었다(후술하는 실시예 2에도 동일한 조건이 설정되었다). 원료가스 버퍼부(L22)에 축적된 원료가스를 불활성가스 공급라인(L3) 및 불활성가스 추가라인(L5)을 통해 공급되는 불활성가스로 희석하여 원료 가스 버퍼부(L22)내의 희석 원료 가스(혼합 가스)의 압력은 1000 Pa(원료 가스의 분압은 133 Pa)로 하였다. 사용된 원료 가스는 TMA 가스였다. 사용된 대상물(2)는 Si 기판이었다.
단계[5]의 실행에 의해, 챔버(3) 및 원료 가스 버퍼부(L22) 내의 압력은 약 10 Pa가 되었고; 원료 가스의 분압은 1.33 Pa가 되었다. 원료 가스의 흡착량은 대상물(2)의 성막면(20)을 원료 가스에 노출시키는 시간이 1초일 때 약 1Х104 Langmuir에 도달했다.
이상의 결과로부터 성막면(20)에의 흡착 확률을 0.001로 하면, 피복률(coverage rate, 표면 피복률(surface coverage)이라고도 함)이 포화 레벨 1에 도달하는 데 필요한 노출 시간은 약 1초인 것이 확인되었다.
<실시예2;단계 [2]에서 ALD 장치(11)에 의한 오존 가스 흡착량>
상술한 ALD 장치(11)에 의한 단계 [1] 이후 단계 [2]의 실행 중에 대상물(2)의 성막면(20)의 오존 가스 흡착량을 검증하였다.
실시예 2에서는 챔버(3)의 체적이 실시예 1의 챔버(3) 체적의 약 1/10로 축소되었다. 이러한 축소의 이유는 실시예 2에서는 챔버(3)에 하나의 대상물(2)만 배치되었기 때문에, 성막면(20)에 대한 오존 가스의 분사가 용이하고, 챔버(3)의 내벽면에 대한 오존 가스의 부착을 충분히 억제할 수 있기 때문이다. 성막면(20)에 대한 오존 가스의 분사 위치가 적절하게 설정되면, 챔버 벽면에 대한 가스의 부착으로 인한 가스 감소의 영향이 억제되어 챔버(3)의 부피가 소형화될 수 있다.
본 실시예의 검증 조건으로서, 오존 가스 버퍼부(L12)에 축적된 오존 가스의 오존 농도는 80 내지 100체적%로 설정되었고; 사용된 대상물(2)은 Si 기판이었다.
단계 [2]의 실행에 의해, 오존 가스의 흡착량은 챔버(3) 및 원료 가스 버퍼부(L22) 내의 압력이 40 Pa일 때 약 3x105 Langmuir에 도달하였고; 대상물(2)의 성막면(20)의 오존 가스에의 노출 시간은 1초였다.
이상의 결과로부터, 챔버(3) 내에 복수의 대상물(2)이 배치되어 있는 경우라도, 대상물들의 각 성막면(20)에 산화막(21)을 한번의 조작으로 형성할 수 있는 것이 확인되었다.
<실시예 3; ALD 장치(11)에 의한 막 형성예>
상기 ALD 장치(11)를 사용하여 성막 사이클을 수행(즉, 단계 [1] 내지 [8]을 적절히 실행)함으로써, 대상물(2) 상에 산화막(21)을 형성하였다. 그 후, 산화막의 두께 평가(nm)를 위해 대상물의 트렌치 홈(22)의 개구 단부면(22a) 및 바닥면(22b) 상의 산화막의 단면을 관찰하였다. 관찰 결과를 도 6에 나타내었다.
여기서, 도 6의 (A)열은 단계 [2]에서 오존 가스를 불활성 가스(Ar)로 희석한 경우의 관찰 결과를 나타낸다. 도 6의 (B)열은 단계 [2]에서 오존 가스가 희석되지 않은 경우(즉, 오존 가스 농도가 80 내지 100 체적%임)의 관찰 결과를 나타낸다.
사용된 원료 가스는 TMA 가스였다; 사용된 대상물(2)은 깊이 140μm, 개구 폭 3.5μm의 트렌치 홈(22)이 그 내부에 형성된 Si 기판이었다.
도 6의 (B)열에 도시된 바와 같이, 개구 단부면(22a) 상에 형성된 산화막(21)의 두께는 119nm이고; 바닥면(22b)에 형성된 산화막(21)의 두께는 78nm였다. (B)열에 도시된 산화막(21)은 (A)열에 도시된 산화막(21)과 비교하여 상대적으로 큰 두께와 상대적으로 높은 아스펙트비(바닥면(22b) 상의 산화막(21)의 두께를 개구 단부면(22a) 상의 산화막(21)의 두께로 나눔으로써 결정됨)를 가졌다.
이상의 결과로부터 오존 가스 농도가 높을수록 트렌치 홈(22)의 깊이까지 도달하는 오존 분자의 수가 많아져 트렌치 홈(22)의 바닥면(22b)에 산화막(21)의 형성을 충분히 촉진할 수 있는 것이 확인되었다. 액화를 통해 얻은 고농도(80~100체적%)의 오존가스가 중금속 등의 불순물을 적게 함유하고 있기 때문에, 이와 같은 고농도의 오존가스를 사용하는 것이 산화막(21) 내의 불순물이 감소할 뿐만 아니라 트렌치 홈(22) 상의 산화막(21)의 피복성(step coverage, 커버리지 특성)이 개선되는 것이 확인되었다.
<실시예4;관(L11, L21, L31)의 구성예>
상기 ALD 장치(11)에 있어서, 관(L11, L21, L31)은 각각의 가스를 챔버(3) 내에 공급할 수 있는 것이라면 다양한 형태로 구비될 수 있다.
예를 들어, 관(L11, L21)의 하류 단부(챔버(3)측 단부)는 도1에 도시된 바와 같이 분사구(31, 32)와 연결되기 보다는 챔버(3)의 내외 방향으로 분사구(31, 32)를 관통시켜 챔버(3) 내로 돌출되게 구성될 수 있다. 이러한 관 구성의 일례로서, 관(L11, L12)의 하류 단부는 도 7 및 8에 도시한 바와 같이 각각 오존 가스 노즐부(61) 및 원료 가스 노즐부(62)로 형성된 노즐 구조를 갖는다.
도 7 및 8에 도시된 바와 같이, 각각의 가스 노즐부(61, 62)는: 분사구(31, 32)의 위치에서 챔버(3)의 내주면(30)으로부터 돌출 연장되는 원형 원통부(6a); 상기 원통부의 축심 방향으로 원통부(6a)의 일단부를 폐쇄하는 덮개부(6b); 및 원통부(6a)의 반경 방향으로 원통부(6a)의 외부 원통면을 통해 개구되는 복수의 노즐 홀(6c);을 포함한다. 도시된 예에서, 노즐 홀(6c)은 원통부(6a)의 축심 방향으로 소정 간격(예를 들어, 후술하는 바와 같은 간격(d3))으로 제공된다.
도 8의 예에서, 가스 노즐부(61, 62)는 가스 노즐부(61)의 노즐 홀(6c)과 가스 노즐부(62)의 노즐 홀(6c)이 서로 마주보며 대향하도록 챔버(3) 내부에서 서로 평행하게 내주면(30)으로부터 돌출되도록 배치된다.
가스 노즐부(61, 62)의 재질 및 형상에 특별한 제한은 없다. 가스 노즐부(61, 62)의 재질 및 형상은 챔버(3)에 공급되는 각 가스의 종류 및 양에 따라 적절하게 선택된다. 예를 들어, 가스노즐부(61, 62)는 각각 스테인리스강(SUS)재, 석영재, 세라믹재 등 중에서 적절한 재질을 선택하여 원하는 형상으로 가공하여 형성할 수 있다. 일 실시예에서, 가스 노즐부는: 원통부(6a)의 내경(d1)이 2 내지 10mm 범위이고; 노즐 홀(6c)의 홀 직경(d2)은 1 내지 5mm 범위이고; 인접한 노즐 홀들(6c) 사이의 간격(d3)은 5mm 이상;으로 설계된다.
또한, 상기 가스노즐부(61,62)는 상기 관(L11,L21)의 하류단부와 일체로 형성될 수도 있고, 상기 관(L11,L21)의 하류 단부로부터 탈착 가능한(예를 들어, 도 8에서 그 개구단부(6d)에 탈착 가능) 별개의 피스로 형성될 수도 있다.
대상물(2)은 챔버(3) 내부의 어느 위치에도 배치하는 것이 가능하다. 일실시예로서, 도 8에 도시된 바와 같이, 대상물(2)은 가스 노즐부들(61,62) 사이의 공간(이하에서 때때로 단순히 "노즐(61) 대 노즐(62) 공간"이라 칭함)에 직교하도록 위치시켜 대상물(2)의 개구 단부면(22a)이 노즐(61) 대 노즐(62) 공간에 대향하여 대면하도록 한다.
실시예 4의 노즐 구조를 구비한 관(L11 및 L12)을 사용함으로써, 각 가스는 가스 노즐부(61,62)의 노즐 홀(6c)로부터 분사되어 관(L11 및 L12)을 통해 챔버(3) 내로 공급된다(예를 들어, 도 8에서 점선 화살표로 표시됨). 이는 챔버(3)에서 각각의 가스의 확산(이하, 간단히 때때로 "가스 확산”이라고 칭함)을 용이하게 한다.
가스노즐부(61)의 노즐홀(6c)과 가스노즐부(62)의 노즐홀(6c)이 도 8에 도시한 바와 같이 서로 대향하는 경우에, 오존 가스와 원료 가스(또는 원료 가스와 불활성 가스의 혼합 가스)(이하, 때때로 단순히 "가스들”이라 칭함)가 서로 충돌하도록 분사된다. 이것은 내주면(30)에 대한 가스의 부착을 억제하면서 가스를 확산시키는 것(가스들의 부착을 야기하기 전에 가스들을 확산시키는 것)을 가능하게 하여, 효과적인 가스 확산을 달성하는 것을 가능하게 한다.
실시예 4에서는 실시예 3과 동일하게 성막 사이클을 수행했다. 결과적으로 도 6에 도시된 바와 같은 산화막(21)의 형성을 확인하였다..
<실시예 5; 챔버(3)내에서 각각의 가스를 가열하기 위한 구성예>
도 9는 실시예 5에서 챔버(3) 내의 각 가스를 가열하기 위한 구성을 개략적으로 도시한다. 이 구성에서, 가열부(챔버내 가열부로서)(63)는 노즐부들(61, 62) 사이에 제공된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 가열부(63)는 분사구들(31, 32) 사이의 위치에서 챔버(3)의 내주면(30)으로부터 연장되도록 지지되는 원통형 기둥 형상의 가열체를 갖는다.
가열부(63)는 노즐부(61,62) 사이의 가스를 가열할 수 있는 것이라면 다양한 형태로 구비될 수 있다. 바람직하게는 가열부(53)는 관(L11 및 L21)의 내부 온도보다 높은 온도로 노즐부(61, 62)사이의 가스를 가열하도록 구성된다.
실시예 5의 가열부 구성은 가열부(63)에 의해 노즐부(61, 62)들 사이의 가스들을 가열 및 간섭시키면서, 가스 노즐부(61, 62)의 노즐 홀(6c)에서 분사되는 가스들의 충돌을 허용한다. 이와 같이 해서 실시예 4에 비해 원료 가스(또는 원료 가스와 불활성 가스의 혼합 가스)의 과도한 물리적 흡착을 억제할 수 있다. 또한, 가스들이 노즐부들(61, 62) 사이에서 가열되기 때문에 가스확산 동안 가스들의 재액화를 억제할 수 있다.
실시예 5에서도 상기 구성의 ALD 장치(11)를 사용하여 실시예 3과 동일하게 성막 사이클을 수행하였다. 그 결과, 도6에 도시된 바와 유사한 산화막(21)의 형성이 확인되었다.
<실시예 6; 챔버(3)에서 각각의 가스들을 가열하기 위한 또다른 구성예>
도 10은 실시예 6에서 챔버(3) 내의 각각의 가스를 가열하기 위한 다른 구성을 개략적으로 도시한다. 이 구성에서, 가스 노즐부(61, 62)는 가스 노즐부(61)의 노즐 홀(61c)과 가스 노즐부(62)의 노즐 홀(61c)이 도 10에 도시된 바와 같이 서로 반대 방향으로 배향되고 등지도록 서로 평행하게 챔버의 내주면(30)으로부터 돌출되도록 배치된다.
도 10의 예에서, 챔버(3)의 내주면(30)의 온도를 조절하기 위한 온도 조정부(내주면 온도 조정부로서)가 제공된다. 내주면(30)의 온도는 적절히 조절할 수 있지만, 온도 조정부는 바람직하게는 오존 가스 공급관 및 원료 가스 공급관의 내부 온도보다 적어도 높은 온도로 내주면(30)의 온도를 조정하도록 구성된다.
또한, 내주면(30)에는 내주면(30)을 따라 흐르는 각 가스를 챔버(3)내에서 대상물(2)의 위치로 안내하기 위해 가스 흐름 안내부(64)가 내측면(30)에서 돌출된 형태로 형성된다.
가스 흐름 안내부(64)는 전술한 바와 같이 챔버(3) 내의 각 가스를 안내할 수 있는 한 다양한 형태로 제공될 수 있다. 가스 흐름 안내부(64)의 형상 및 챔버(3)에 제공되는 가스 흐름 안내부(64)의 수는 적절하게 설정된다. 도 10의 예에서, 가스 흐름 안내부(64)는 내주면(30)에 대해 노즐 홀(6c)의 분사 방향으로부터 변위(예를 들어, 도 10에서 점선 화살표로 표시된 분사 방향으로부터 하부측을 향하여 변위)된 위치에 배치되고 각각 챔버(3) 내에서 대상물(2)의 위치를 향해 곡선으로 연장되는 형상을 가진다.
실시예 6의 가열 구성은 실시예 5와 같이 가열부(63)를 챔버(3) 내에 배치하지 않아도 가스 노즐부(61, 62)의 노즐 홀들(6c)로부터 분사되는 가스를 가열할 수 있어 실시예 5에서처럼 가스확산 동안 가스들의 재액화를 억제할 수 있다. 이러한 구성은 실시예 5와 같은 가열부(63)를 제공할 필요가 없기 때문에 챔버(3)의 단순화 및 소형화에 기여한다. 또한, 내주면(30) 상의 가스 흐름 안내부(64)의 배치는 원하는 대로 챔버(3)내에서의 충분한 가스 확산을 가능하게 한다.
실시예 6에서도 상기 구성의 ALD 장치(11)를 사용하여 실시예 3과 동일하게 성막 사이클을 수행하였다. 그 결과, 도6에 도시한 것과 유사한 산화막(21)의 형성이 확인되었다.
이상, 본 발명에 따른 ALD 장치 및 ALD 방법에 대하여 구체적인 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명에 따른 ALD 장치 및 ALD 방법은 상기한 구체적인 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명의 특징을 손상시키지 않는 범위 내에서 상술한 실시예의 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 이러한 모든 수정 및 변형은 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims (56)

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  20. (정정)
    원자층 증착장치의 챔버 내부에 배치된 대상물의 성막면에 산화막을 형성시키기 위한 원자층 증착방법에 있어서,
    상기 원자층 증착 방법은,
    상기 산화막의 구성 원소를 포함하는 원료 가스를 상기 챔버 내에 공급함으로써 상기 성막면에 상기 원료 가스의 흡착층을 형성시키는 원료 가스 공급 단계;
    상기 원료 가스 공급 단계에서 공급된 상기 원료 가스의 잔류물 및 상기 원료 가스가 상기 성막면에 흡착되면서 발생한 가스를 상기 성막면으로부터 제거하는 원료 가스 퍼지 단계;
    80체적% 이상의 오존 가스를 상기 챔버 내에 공급하여 상기 성막면에 형성된 상기 흡착층을 산화시키는 산화제 공급 단계; 및
    상기 산화제 공급 단계에서 공급된 오존 가스의 잔류물 및 상기 흡착층의 산화에 의해 생성된 가스를 상기 성막면으로부터 제거하는 산화제 퍼지 단계;를 포함하고,
    상기 산화막의 형성동안의 상기 성막면의 온도가 100 ℃이하로 설정되고,
    상기 원자층 증착장치가,
    상기 대상물이 탈착가능하게 배치되는 상기 챔버; 상기 챔버에 각각의 가스를 공급하는 가스 공급 시스템; 및 상기 챔버 내부의 모든 가스를 상기 챔버 외부로 흡입에 의해 배출하고 상기 챔버 내부를 감압 상태로 유지시키는 가스 배출 시스템을 포함하고,
    상기 가스 공급 시스템은, 상기 챔버에 원료가스를 공급하는 원료 가스 공급관을 구비한 원료가스 공급 라인; 및 상기 챔버 내부로 80체적% 이상의 오존가스를 공급하기 위한 오존가스 공급관을 구비한 오존가스 공급라인; 및 상기 챔버 내부로 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급관을 구비한 불활성 가스 공급 라인;을 포함하고,
    상기 오존 가스 공급 라인은, 상기 오존 가스 공급관에서 흐르는 오존 가스를 자유롭게 축적하여 그 안에 밀봉시키고, 상기 오존가스 공급관에 장착된 개폐밸브를 개폐하여 축적된 오존가스를 상기 챔버 내부로 자유롭게 공급하는 오존 가스 버퍼부; 및 상기 오존가스 버퍼부 내부의 가스압력을 측정하는 오존가스 버퍼부 압력계;를 포함하는 원자층 증착 방법.
  21. (정정)
    원자층 증착장치의 챔버 내부에 배치된 대상물의 성막면에 산화막을 형성시키기 위한 원자층 증착방법에 있어서,
    상기 원자층 증착 방법은,
    상기 산화막의 구성 원소를 포함하는 원료 가스와 불활성 가스의 혼합가스를 상기 챔버 내에 공급함으로써 상기 성막면에 상기 원료 가스의 흡착층을 형성시키는 원료 가스 공급 단계;
    상기 원료 가스 공급 단계에서 공급된 상기 혼합 가스중 상기 원료 가스의 잔류물 및 상기 혼합 가스중 상기 원료 가스가 상기 성막면에 흡착되면서 발생한 가스를 상기 성막면으로부터 제거하는 원료 가스 퍼지 단계;
    80체적% 이상의 오존 가스를 상기 챔버 내에 공급하여 상기 성막면에 형성된 상기 흡착층을 산화시키는 산화제 공급 단계;
    및 상기 산화제 공급 단계에서 공급된 오존 가스의 잔류물 및 상기 흡착층의 산화에 의해 생성된 가스를 성막면으로부터 제거하는 산화제 퍼지 단계;를 포함하고,
    상기 산화막의 형성동안의 상기 성막면의 온도가 100 ℃이하로 설정되고,
    상기 원자층 증착장치가,
    상기 대상물이 탈착가능하게 배치되는 상기 챔버; 상기 챔버에 각각의 가스를 공급하는 가스 공급 시스템; 및 상기 챔버 내부의 모든 가스를 상기 챔버 외부로 흡입에 의해 배출하고 상기 챔버 내부를 감압 상태로 유지시키는 가스 배출 시스템;을 포함하고,
    상기 가스 공급 시스템은,
    상기 챔버에 원료가스를 공급하는 원료 가스 공급관을 구비한 원료가스 공급 라인; 상기 챔버 내부로 80체적% 이상의 오존가스를 공급하기 위한 오존가스 공급관을 구비한 오존가스 공급라인; 및 상기 챔버 내부로 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급관을 구비한 불활성 가스 공급 라인;을 포함하고,
    상기 오존 가스 공급 라인은,
    상기 오존 가스 공급관에서 흐르는 오존 가스를 자유롭게 축적하여 그 안에 밀봉시키고, 상기 오존가스 공급관에 장착된 개폐밸브를 개폐하여 축적된 오존가스를 상기 챔버 내부로 자유롭게 공급하는 오존 가스 버퍼부; 및 상기 오존가스 버퍼부 내부의 가스압력을 측정하는 오존가스 버퍼부 압력계;를 포함하고,
    상기 원료가스 공급 라인은,
    상기 원료 가스 공급관에서 흐르는 원료 가스를 자유롭게 축적하여 그 안에 밀봉시키고, 상기 상기 원료가스 공급관에 장착된 개폐밸브를 개폐하여 축적된 원료가스를 상기 챔버 내부로 자유롭게 공급하는 원료 가스 버퍼부; 상기 원료가스 버퍼부 내부의 가스압력을 측정하는 원료가스 버퍼부 압력계; 및 상기 원료 가스 공급관과 상기 불활성 가스 공급관사이의 연통을 확보 또는 차단하기 위해 연통 상태와 차단 상태 사이에서 전환 가능한 불활성 가스 추가관을 가지는 불활성 가스 추가 라인;을 포함하고,
    상기 원료가스 버퍼부는,
    상기 원료가스 공급관에 장착된 개폐밸브의 개폐에 의해 상기 원료가스 공급관내를 흐르는 상기 원료 가스와 상기 불활성 가스 추가관을 통하여 상기 불활성가스 공급관으로부터 상기 원료가스 공급관내로 흐르는 상기 불활성 가스와의 혼합 가스를 자유롭게 축적 밀봉하고, 상기 축적된 혼합가스를 상기 챔버 내부로 자유롭게 공급하도록 구성되고,
    상기 원료 가스 공급 단계에서 공급되는 혼합 가스는 상기 원료가스 버퍼부 내부의 압력이 소정의 압력에 도달할 때까지 상기 원료가스를 상기 원료가스 버퍼부에 축적시키는 원료가스 축적단계; 및 이후, 상기 원료가스 버퍼부 내부의 압력이 상기 원료가스 축적단계의 압력보다 높은 압력에 도달할 때까지 상기 불활성가스 추가관을 통해 상기 원료가스 버퍼부에 불활성가스를 공급하여 상기 원료가스 버퍼부에 상기 혼합가스를 축적하는 혼합가스 축적단계;를 실행하여 미리 준비되는 것을 특징으로 원자층 증착 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 원료가스 축적단계에 있어서, 상기 원료가스 버퍼부에 축적된 혼합가스 중의 원료가스의 분압이 1000 Pa 이하이고; 상기 혼합가스 중의 상기 원료가스의 농도는 상기 혼합가스 중의 상기 원료가스 및 상기 불활성가스의 분압비에 따른 환산치로서 30% 이하인 원자층 증착 방법.
  23. 제21항 또는 제22항에 있어서,
    상기 원료 가스 공급 단계에 있어서, 상기 원료 가스 버퍼부에 축적된 혼합 가스를 1초 이내에 상기 챔버에 공급하고, 상기 챔버 내부의 압력을 0.1 ~ 100 Pa의 범위로 하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
  24. 제21항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원료 가스 공급 단계 이후, 상기 원료 가스 공급관 내에 불활성 가스를 공급하여 원료 가스 공급관 내의 잔류 가스를 상기 불활성 가스로 치환하는 단계를 포함하는 원자층 증착 방법.
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  32. (신설)
    제20항에 있어서,
    상기 원료가스 공급 라인이,
    상기 원료 가스 공급관에서 흐르는 원료 가스를 자유롭게 축적하여 그 안에 밀봉시키고, 상기 상기 원료가스 공급관에 장착된 개폐밸브를 개폐하여 축적된 원료가스를 상기 챔버 내부로 자유롭게 공급하는 원료 가스 버퍼부; 및 상기 원료가스 버퍼부 내부의 가스압력을 측정하는 원료가스 버퍼부 압력계;를 포함하는 원자층 증착 방법.
  33. (신설)
    제20항 또는 제32항에 있어서,
    상기 원료가스 공급라인은 상기 원료 가스 공급관과 상기 불활성 가스 공급관사이의 연통을 확보 또는 차단하기 위해 연통 상태와 차단 상태 사이에서 전환 가능한 불활성 가스 추가관을 구비한 불활성 가스추가 라인을 포함하는 원자층 증착 방법.
  34. (신설)
    제32항에 있어서,
    상기 원료가스 공급라인은 상기 원료 가스 공급관과 상기 불활성 가스 공급관사이의 연통을 확보 또는 차단하기 위해 연통 상태와 차단 상태 사이에서 전환 가능한 불활성 가스 추가관을 구비한 불활성 가스추가 라인을 포함하고,
    상기 원료가스 버퍼부는 상기 원료가스 공급관에 장착된 개폐밸브의 개폐에 의해 상기 원료가스 공급관내를 흐르는 상기 원료 가스와 상기 불활성 가스 추가관을 통하여 상기 불활성가스 공급관으로부터 상기 원료가스 공급관내로 흐르는 상기 불활성 가스와의 혼합 가스를 자유롭게 축적 밀봉하고, 상기 축적된 혼합가스를 상기 챔버 내부로 자유롭게 공급하도록 구성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
  35. (신설)
    제21항 내지 제24항 및 제34항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원자층 증착장치는 상기 원료가스 버퍼부 압력계의 측정값 변화에 따라 상기 원료가스 버퍼부내의 상기 원료가스의 축적량을 제어하는 원료가스 축적량 제어부를 포함하는 원자층 증착 방법.
  36. (신설)
    제21항 내지 제24항, 제34항, 및 제35항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원료 가스 버퍼부 내부의 부피는 상기 챔버 내부의 부피의 1/500 이상인 원자층 증착 방법.
  37. (신설)
    제21항 내지 제24항, 제34항 내지 제36항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오존 가스 공급관내에서 상기 오존 가스 버퍼부의 하류측 용적은 상기 오존 가스 버퍼부 내부 용적의 1/10 내지 1/2 범위인 원자층 증착 방법.
  38. (신설)
    제21항 내지 제24항, 제34항 내지 제37항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원료가스 공급라인은 상기 원료가스 버퍼부의 상기 원료가스 공급관 상류측 및/또는 하류측에 구비되고, 상기 원료 가스 버퍼부와 상기 가스 배출 시스템 사이의 연통을 확보하거나 차단하기 위해 연통상태와 차단상태 사이에 전환할 수 있는 바이패스관을 갖는 바이패스라인을 포함하는 원자층 증착 방법.
  39. (신설)
    제21항 내지 제24항, 제34항 내지 제38항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 불활성 가스 추가관 내부의 온도를 상기 원료 가스 공급관 내부 온도보다 높게 조정하는 추가관 온도 조정부를 포함하는 원자층 증착 방법.
  40. (신설)
    제20항 내지 제24항, 제34항 내지 제39항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화제 공급 단계에 있어서 상기 오존 가스 버퍼부에 축적되는 오존 가스의 분압이 10000 Pa 이하인 원자층 증착 방법.
  41. (신설)
    제20항 내지 제24항, 제34항 내지 제40항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화제 공급단계에서 상기 오존가스 버퍼부에 축적된 오존가스를 1초 이내에 챔버 내부로 공급하고, 상기 챔버 내부의 압력은 10 ~ 1000 Pa의 범위인 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
  42. (신설)
    제20항 내지 제24항, 제34항 내지 제41항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원료가스 공급단계에서 상기 챔버 내부로 공급된 가스는 상기 챔버 내부에 소정시간 동안 밀봉된 상태로 유지되었다가 상기 원료가스 퍼지 단계에서 상기 챔버 외부로 배출되고;
    상기 산화제 공급단계에서 상기 챔버 내부로 공급된 가스는 상기 챔버 내부에 소정시간 밀봉된 상태를 유지되었다가 상기 산화제 퍼지단계에서 상기 챔버 외부로 배출되는; 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
  43. (신설)
    제42항에 있어서,
    상기 원료가스 퍼지단계 및 상기 산화제 퍼지단계 각각이 상기 불활성 가스를 반복적으로 복수회 공급함으로써 수행되고,
    반복 공급되는 상기 불활성 가스의 양이 상기 원료 가스 공급 단계에서 상기 챔버 내로 공급되는 가스량의 10배이상 또는 상기 산화제 공급 단계에서 상기 챔버 내로 공급되는 가스량의 10배 이상이 되도록 되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
  44. (신설)
    제42항 또는 제 43 항에 있어서,
    상기 원료 가스 공급 단계에서 공급되는 가스가 상기 챔버 내에 밀봉되는 시간 및 상기 산화제 공급 단계에서 공급되는 가스가 상기 챔버 내에 밀봉되는 시간은 각각 1 내지 1000 초 범위인 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
  45. (신설)
    제20항 내지 제24항, 제34항 내지 제44항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원료가스 공급단계, 상기 원료가스 퍼지단계, 상기 산화제 공급단계 및 상기 산화제 퍼지단계를 복수 사이클로 수행하고,
    상기 복수의 사이클 중 적어도 하나의 원료 가스 공급 단계에서 공급되는 원료 가스가 상기 복수의 사이클 중 다른 하나의 원료 가스 공급 단계에서 공급되는 원료 가스와 다른 종류인 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
  46. (신설)
    제20항 내지 제24항, 제34항 내지 제45항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화막은 Al2O3, HfO2, TiO2, ZnO, Ta2O3, Ga2O3, MoO3, RuO2, SiO2, ZrO2, Y2O3 중 어느 하나의 흡착층을 포함하는 원자층 증착 방법.
  47. (신설)
    제20항 내지 제24항, 제34항 내지 제46항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원자층 증착 장치가 상기 오존가스 버퍼부 압력계의 측정값 변화에 따라 상기 오존가스 버퍼부내의 상기 오존가스의 축적량을 제어하는 오존가스 축적량 제어부를 더 포함하는 원자층 증착 방법.
  48. (신설)
    제20항 내지 제24항, 제34항 내지 제47항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오존가스 버퍼부 내부의 부피는 상기 챔버 내부의 부피의 1/50 이상인 것을 특징으로 하는 원자층 증착방법.
  49. (신설)
    제20항 내지 제24항, 제34항 내지 제48항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오존 가스 공급관의 상기 오존 가스 버퍼부 하류측 부분의 내부 용적은 상기 오존 가스 버퍼부 내부 용적의 1/10 내지 1/2 범위인 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
  50. (신설)
    제20항 내지 제24항, 제34항 내지 제49항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오존 가스 공급관은 그 하류 단부에 형성되고 상기 챔버의 내주면에서 돌출되게 배치되는 오존 가스 노즐부를 구비하고;
    상기 원료가스 공급관은 그 하류단부에 형성되고 상기 챔버의 내주면에서 돌출되게 배치되는 원료가스 노즐부가 구비되며;
    상기 오존가스 노즐부 및 상기 원료가스 노즐부 각각은 상기 챔버의 내주면에서 돌출된 원통부; 상기 원통부의 돌출 방향으로 상기 원통부의 선단부를 폐쇄하는 덮개부; 및 상기 원통부의 반경 방향으로 상기 원통부의 외주면을 관통하는 복수의 노즐 홀들;을 포함하는 원자층 증착 방법.
  51. (신설)
    제50항에 있어서,
    상기 오존가스 노즐부와 상기 원료가스 노즐부는 상기 챔버의 내주면에서 서로 평행하게 돌출 형성되고;
    상기 오존가스 노즐부의 노즐홀과 상기 원료가스 노즐부의 노즐홀은 서로 대향하여 마주보는 상태로 위치된; 원자층 증착 방법.
  52. (신설)
    제51항에 있어서,
    상기 원자층 증착 장치는 상기 챔버 내부의 상기 오존 가스 노즐부와 상기 원료 가스 노즐부 사이의 공간에 배치되어 상기 오존 가스 노즐부와 상기 원료 가스 노즐부 사이의 공간을 가열하는 챔버 내부 가열부를 포함하고;
    상기 챔버 내부 가열부는 상기 챔버 내부의 상기 오존 가스 노즐부와 상기 원료 가스 노즐부 사이의 공간을 상기 오존 가스 공급관 내부 온도 및 상기 원료 가스 공급관 내부 온도보다 높은 온도로 가열하도록 구성된 것을 특징으로 하는 원자층 증착 방법.
  53. (신설)
    제50항에 있어서,
    상기 원자층 증착 장치는 상기 챔버 내주면의 온도를 조정하는 내주면 온도 조정부를 포함하고,
    상기 내주면 온도 조정부는 상기 챔버 내주면의 온도를 상기 오존 가스 공급관 내부 온도 및 상기 원료 가스 공급관 내부 온도보다 높은 온도로 조정하도록 구성되고,
    상기 오존가스 노즐부와 상기 원료가스 노즐부는 상기 챔버의 내주면에서 서로 평행하게 돌출되어 있고,
    상기 오존가스 노즐부의 노즐홀과 상기 원료가스 노즐부의 노즐홀은 서로 반대 방향으로 배향되고 이격되어 등지도록 형성된 원자층 증착 방법.
  54. (신설)
    제 53항에 있어서,
    상기 챔버는 상기 챔버의 내주면으로부터 상기 챔버내의 상기 대상물의 위치를 향하여 연장되도록 상기 챔버의 내주면에서 돌출되게 형성된 가스 흐름 안내부를 구비한 원자층 증착 방법.
  55. (신설)
    제20항 내지 제24항, 제34항 내지 제54항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 공급 시스템은 상기 챔버에 평행하게 배열된 복수의 상기 원료 가스 공급 라인을 포함하는 원자층 증착 방법.
  56. (신설)
    제55항에 있어서,
    상기 원자층 증착 장치는 상기 원료가스 공급라인의 상기 각각의 원료가스 공급관 내부의 온도를 조정하는 공급관 온도조정부를 더 포함하는 원자층 증착 방법.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0377356U (ko) 1989-11-30 1991-08-02
JPH042514A (ja) 1990-04-16 1992-01-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd サスペンション制御装置
JP2004057014A (ja) 2002-07-24 2004-02-26 Univ Waseda 芳香族アミノ酸のラセミ化方法、芳香族アミノ酸の光学活性体の製造方法並びに芳香族アミノ酸のラセミ化活性を有する微生物および酵素

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4285885B2 (ja) 2000-04-20 2009-06-24 独立行政法人産業技術総合研究所 オゾン生成装置
JP3948913B2 (ja) 2001-07-04 2007-07-25 独立行政法人産業技術総合研究所 オゾン生成装置
JP5616591B2 (ja) * 2008-06-20 2014-10-29 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法及び基板処理装置
JP6040075B2 (ja) * 2013-03-27 2016-12-07 株式会社アルバック 真空成膜装置及び成膜方法
JP6017361B2 (ja) * 2013-03-29 2016-10-26 東京エレクトロン株式会社 成膜方法および成膜装置
WO2020170482A1 (ja) * 2019-02-19 2020-08-27 株式会社明電舎 原子層堆積方法および原子層堆積装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0377356U (ko) 1989-11-30 1991-08-02
JPH042514A (ja) 1990-04-16 1992-01-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd サスペンション制御装置
JP2004057014A (ja) 2002-07-24 2004-02-26 Univ Waseda 芳香族アミノ酸のラセミ化方法、芳香族アミノ酸の光学活性体の製造方法並びに芳香族アミノ酸のラセミ化活性を有する微生物および酵素

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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비특허 문헌 1: 뉴스 릴리스 2018, " Meiden이 개발한 상온에서 원자층 증착을 위한 획기적인 기술"(온라인), 2019년 7월 31일, 메이덴샤 코포레이션 홈페이지, 인터넷, <http://www.meidensha.co.jp /news/news_ 03 /news _ 03_01/1227605_2469. HTML>

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