WO2021172746A1 - 리텐션 밸브를 이용한 원자층 증착 공정의 흐름 정체 시스템 - Google Patents

리텐션 밸브를 이용한 원자층 증착 공정의 흐름 정체 시스템 Download PDF

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WO2021172746A1
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deposition chamber
gas line
concentration
retention valve
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심준형
박종선
구준모
김근희
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고려대학교 산학협력단
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    • F16K51/00—Other details not peculiar to particular types of valves or cut-off apparatus
    • F16K51/02—Other details not peculiar to particular types of valves or cut-off apparatus specially adapted for high-vacuum installations

Definitions

  • the present invention was supported by a research grant for a basic research project initiated in 2017 by Korea Electric Power Corporation (project number: R17XA05-57).
  • the present invention relates to a flow retention system for an atomic layer deposition process using a retention valve.
  • Atomic Layer Deposition is one of Chemical Vapor Deposition (CVD), and is a method that can uniformly deposit a desired material to a nano-thickness through a self-limiting reaction.
  • the system using atomic layer deposition enables nanoscale thin film deposition using chemical adsorption and desorption of monoatomic layers. Chemical adsorption and desorption by saturation reaction are used.
  • a general atomic layer deposition basically has four deposition steps, a step of increasing the reactivity of the substrate surface by flowing a precursor into a chamber in which a vacuum is held, and a first purging that removes residual precursors by flowing an inert gas step, injecting a desired material into the chamber in the form of an oxidizing agent, and a second purging step of removing the oxidizing agent.
  • ALD atomic layer deposition
  • Embodiments of the present invention are proposed to solve the above problems, and provide a flow stagnant system for the atomic layer deposition process using a retention valve that can maximize the deposition reaction amount of the precursor and the oxidizer during the atomic layer deposition process want to
  • an object of the present invention is to provide a flow stagnant system for the atomic layer deposition process using a retention valve that can reduce the production cost by reducing the amount of expensive precursors used.
  • a flow stagnant system for an atomic layer deposition process using a retention valve includes: a deposition chamber having an internal space for accommodating a substrate and a fluid; a fluid supply for supplying a reaction fluid to the inner space of the deposition chamber; a vacuum pump for maintaining the deposition chamber in a vacuum state; a gas line providing a flow path for the reaction fluid to move from the deposition chamber to the vacuum pump; a retention valve communicating with the gas line and controlling a retention time of the reaction fluid accommodated in the deposition chamber; and a controller controlling the operation of the retention valve.
  • the fluid supplier may include: a precursor supplier for supplying a precursor that reacts with the surface of the substrate and adsorbs to the substrate; and an oxidizing agent supplying agent that reacts with the precursor and supplies an oxidizing agent that chemically adsorbs to the precursor.
  • the flow stagnant system of the atomic layer deposition process using the retention valve includes: a concentration meter installed in the deposition chamber and the gas line to measure the concentration of a precursor or an oxidizing agent; and a purging device configured to supply a purge gas to the deposition chamber to remove a residual precursor or a residual oxidizing agent, wherein the purging device includes a flow controller for controlling a supply time and flow rate of the purge gas.
  • the controller may close the retention valve to block the movement of the precursor to the vacuum pump through the gas line during the first stagnation time.
  • the controller closes the retention valve so that when the oxidizing agent supplies the oxidizing agent, the movement of the oxidizing agent to the vacuum pump through the gas line is blocked during a second stagnation time.
  • the first stagnation time may be a time for which the concentration of the precursor accommodated in the deposition chamber and the gas line, measured through the concentration meter, reaches an equilibrium state.
  • the second stagnation time is a time for which the concentration of the oxidizing agent accommodated in the deposition chamber and the gas line, measured through the concentration meter, reaches an equilibrium state.
  • the precursor or the oxidizing agent moving through the gas line may flow back into the deposition chamber due to a concentration gradient.
  • the retention valve is opened to move the precursor or the oxidizing agent to the vacuum pump.
  • the flow stagnant system of an atomic layer deposition process using a retention valve has an effect of maximizing the amount of deposition reaction between the precursor and the oxidizer during the atomic layer deposition process.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a flow stagnant system of an atomic layer deposition process using a retention valve according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view for explaining the flow of the precursor when the retention valve is closed according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view for explaining the flow of a precursor when the retention valve is opened according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view for explaining a method of measuring the equilibrium state of a fluid contained in a deposition chamber and a gas line according to an embodiment of the present invention.
  • the conventional atomic layer deposition process proceeds by controlling the system in the order of 1) precursor injection, 2) first purging, 3) oxidant injection, and 4) second purging. .
  • a vacuum pump connected to a chamber through a flow path is operated from the start of the process to the end of the process in order to maintain a vacuum in the chamber while the atomic layer thin film process is in progress.
  • the first step injects a precursor into a chamber in a vacuum state, that is, in a vacuum pressure state in the chamber, whereby the precursor introduced into the chamber reacts with the substrate in the chamber and is adsorbed or is adsorbed to the substrate due to the vacuum pump. It can move to the vacuum pump side through
  • a first purge step which is a second step, is performed to spray a purge gas into the chamber and maintain a vacuum state in the chamber.
  • the oxidizing agent spraying step when it is determined that all the precursors injected into the chamber through the first purging step are removed, the oxidizing agent reacted with the precursor and adsorbed is sprayed into the chamber, and the oxidizing agent is adsorbed on the surface of the substrate. It can react with the precursor to form a thin film.
  • a second purge step which is a fourth step, is performed to spray a purge gas into the chamber, and the oxidizing agent is removed while maintaining a vacuum in the chamber.
  • the first purging step is performed a first stagnant step of stopping the flow of precursors moving through the flow path to the vacuum pump before performing the second purging step, and a second stagnant step of stopping the flow of oxidants moving through the flow path to the vacuum pump before performing the second purging step.
  • the first purging step is performed a first stagnant step of stopping the flow of precursors moving through the flow path to the vacuum pump before performing the second purging step
  • a second stagnant step of stopping the flow of oxidants moving through the flow path to the vacuum pump before performing the second purging step may include
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a flow stagnant system of an atomic layer deposition process using a retention valve according to an embodiment of the present invention.
  • a flow stagnant system 1 of an atomic layer deposition process using a retention valve includes a deposition chamber 100 , a fluid supply 200 , a vacuum pump 300 , and a gas It may include a line 400 , a retention valve 500 , and a controller 600 .
  • the deposition chamber 100 has an internal space for accommodating the substrate and the reaction fluid.
  • the deposition chamber 100 has a cylindrical tube shape, and a predetermined internal space for accommodating a substrate and stacking a thin film on the substrate may be provided therein.
  • a susceptor (not shown) for supporting the substrate is disposed in the inner space of the deposition chamber 100 .
  • the deposition chamber 100 may be laid horizontally, and a Perth gas inlet (not shown) may be formed on the side thereof.
  • An inert gas may be used as the purge gas.
  • a chamber door (not shown) may be provided at an upper portion of the deposition chamber 100 to form a space therein, and seal the internal space of the deposition chamber 100 . Accordingly, the internal space is maintained in a vacuum state by the vacuum pump 300 connected to the deposition chamber.
  • the fluid supply 200 may supply a reaction fluid to the inner space of the deposition chamber 100 .
  • the shape of the fluid supply 200 is not particularly determined, and in the present invention, it is preferably cylindrical, and may be formed of an alloy having corrosion resistance, heat resistance and thermal conductivity such as stainless steel.
  • the fluid supply 200 is connected to the deposition chamber 100 through a supply passage (not shown), and may store a precursor and an oxidizer, which are reaction fluids used in the atomic layer deposition process, in solid and liquid phases.
  • the precursor and the oxidizing agent are preferably stored in a liquid phase in the fluid supply 200, and are vaporized in a gaseous state due to a sudden pressure change and high temperature when the manual valve (not shown) is opened.
  • the fluid supply 200 may be plural to supply different reaction fluids.
  • the fluid supply 200 includes a precursor supply 210 for supplying a precursor that reacts with the surface of the substrate and adsorbs to the substrate, and an oxidant supply 220 that supplies an oxidizing agent that reacts with the precursor and chemically adsorbs to the precursor.
  • a precursor supply 210 for supplying a precursor that reacts with the surface of the substrate and adsorbs to the substrate
  • an oxidant supply 220 that supplies an oxidizing agent that reacts with the precursor and chemically adsorbs to the precursor. may include.
  • the fluid supply 200 may further include more than one supply, but for convenience of description, the present invention will focus on the case in which the precursor supply 210 and the oxidant supply 220 are present.
  • the precursor supply 210 supplies a precursor adsorbed to the substrate to the deposition chamber 100 .
  • the precursor supply unit 210 may include a precursor storage unit (not shown) for storing the precursor and a supply passage connected from the precursor storage unit to the deposition chamber 100 .
  • a manual valve for opening and closing the flow passage may be formed in the supply passage.
  • the oxidizing agent supply 220 supplies the oxidizing agent adsorbed to the substrate to the deposition chamber 100 .
  • the oxidizer supply 220 may include an oxidizer storage unit (not shown) for storing the oxidizer and a supply passage connected from the oxidizer storage unit to the deposition chamber 100 .
  • a manual valve for opening and closing the flow passage is formed in the supply passage.
  • the vacuum pump 300 maintains the deposition chamber 100 in a vacuum state.
  • the vacuum pump 300 is coupled to the lower portion of the deposition chamber 100 . At this time, the reaction fluids supplied from the fluid supply 200 may be moved toward the vacuum pump 300 .
  • the vacuum pump 300 allows the reaction fluid or purge gas inside the deposition chamber 100 to be removed from the deposition chamber 100 along the gas line 400 .
  • the vacuum pump 300 may activate the vacuum source to apply negative pressure to the gas line 400 and the deposition chamber 100 to draw out the precursor, the oxidizing agent, and the purge gas from the deposition chamber 100 .
  • the gas line 400 may be formed to connect the deposition chamber 100 and the vacuum pump 300 , and provides a flow path for the reaction fluid and the purge gas to move from the deposition chamber 100 to the vacuum pump 300 . do.
  • the retention valve 500 communicates with the gas line 400 and may control a retention time of the reaction fluid accommodated in the deposition chamber 100 .
  • the retention time is defined as a time from the time when the supply of the precursor and the oxidizing agent, which are reaction fluids, from the fluid supply 200 to the deposition chamber 100 starts to the time when the purge gas starts to be supplied to the deposition chamber 100 . .
  • the retention valve 500 may open and close a flow path provided by the gas line 400 , and may be opened and closed according to a control signal of the controller 600 .
  • the controller 600 controls the operation of the retention valve 500 .
  • controller 600 controls the retention valve 500 to open and close the gas line 400 connecting the deposition chamber 100 and the vacuum pump 300 so that the precursor and the oxidizer, which are reaction fluids, are used in the deposition chamber 100 . It is possible to control the movement of the vacuum pump 300 from the.
  • controller 600 may open or close the retention valve 500 to open or block the gas line 400 .
  • the flow stagnant system 1 of the atomic layer deposition process using a retention valve is installed in the deposition chamber 100 and the gas line 400 to provide precursors or oxidizers.
  • a concentration meter 700 for measuring the concentration of and a purge gas supplying a purge gas to the deposition chamber 100 to remove a residual precursor or a residual oxidizing agent, wherein the purge gas supply time
  • it may further include a flow rate controller 900 for adjusting the flow rate.
  • the concentration meter 700 senses the fluid concentration inside the deposition chamber 100 and inside the gas line 400 . Specifically, referring to FIG. 4 , it is installed inside the deposition chamber 100 and the deposition chamber 100 . Concentration meter (700a, 700b, 700c, 700d) for sensing the concentration of the internal fluid and the gas line (400) installed inside the visible line (400) Concentration measuring instruments (700e, 700f) for sensing the concentration of the inner fluid Containing do.
  • the concentration meter 700 may be used to determine the opening and closing time of the gas line 400 in the flow stagnant system 1 of the atomic layer deposition process using the retention valve according to an embodiment of the present invention.
  • the concentration value of the reaction fluid inside the deposition chamber 100 and the gas line 400 is calculated and transmitted to the controller 600 . do.
  • the concentration meter 700 is sufficient as long as it can measure the concentration of the reaction fluid, and the type is not particularly limited.
  • the purifier 800 may supply a purge gas, which is an inert gas, into the deposition chamber 100 .
  • the purge gas may be argon (Ar) gas or nitrogen (N2) gas, but is not limited thereto.
  • the flow rate controller 900 controls the flow rate of the purge gas, and functions to control the flow rate of the purge gas with a commonly used mass flow controller (MFC).
  • MFC mass flow controller
  • FIG. 2 and 3 show the flow of the precursor when the retention valve is closed or opened in the flow stagnant system 1 of the atomic layer deposition process using the retention valve according to FIG. 1 .
  • the precursor 10 received from the precursor supply 210 requires a time required until vaporization, and the precursor 10 received into the reaction chamber 100 is gradually increased over time. Capacity increases and gradually decreases after a certain point in time.
  • the precursor 10 accommodated in the reaction chamber 100 may be dispersedly accommodated in the inner space of the reaction chamber 100 , and may react with the surface of the substrate previously accommodated in the inner space to be adsorbed.
  • the precursor 10 accommodated in the reaction chamber 100 is uniformly dispersed in the inner space of the reaction chamber 100, maintains a constant concentration, does not stay for a predetermined time, and can be continuously moved to the vacuum pump 300 side. have.
  • the controller 600 of the flow stagnant system 1 of the atomic layer deposition process using the retention valve according to the present invention when the precursor supply 210 supplies the precursor 10, during the first stagnant time
  • the retention valve 500 is closed to block the movement of the precursor 10 toward the vacuum pump 300 through the gas line 400 .
  • the first stagnation time is a time for which the concentration of the precursor accommodated in the deposition chamber 100 and the gas line 400 measured through the concentration meter 700 reaches an equilibrium state.
  • the concentration meter 700 installed inside the reaction chamber 100 and the gas line 400 is measured when the concentration of the precursor 10 in the reaction chamber 100 and the gas line 400 reaches the equilibrium state.
  • the equilibrium state means a state in which the precursor 10 is uniformly dispersed in the reaction chamber 100 and the gas line 400 as the retention valve 500 closes the gas line 400 . .
  • the inner space of the reaction chamber 100 may be divided into four spaces, and one concentration meter 700a , 700b , 700c , 700d is installed in each partitioned space.
  • the gas line 400 is formed in an elbow shape, and concentration meters 700e and 700f are installed one at a time at a position close to the reaction chamber 100 and a position close to the retention valve 500 .
  • each concentration meter 700a , 700b , 700c , 700d , 700e , and 700f in the reaction chamber 100 and the gas line 400 calculates and calculates a precursor concentration value. It transmits the precursor concentration value to the controller 600 .
  • the controller 600 calculates an average precursor concentration using the precursor concentration values calculated from each of the concentration meters 700a, 700b, 700c, 700d, 700e, and 700f, and based on the calculated average precursor concentration, each It is determined whether the precursor concentration values calculated from the concentration measuring devices 700a, 700b, 700c, 700d, 700e, and 700f of
  • the precursor concentration values calculated by each of the concentration meters 700a, 700b, 700c, 700d, 700e, and 700f are a, b, c, d, e, f, and using the calculated precursor concentration values
  • the controller 600 controls the deposition chamber 100 when the calculated precursor concentration values a, b, c, d, e, and f fall within an error range of M, the average precursor concentration. And it is determined that the concentration of the precursor 10 accommodated in the gas line 400 has reached the equilibrium state.
  • the error range may be one of ⁇ 3% and ⁇ 5% of M, which is the average precursor concentration, and in an embodiment of the present invention, it is preferably ⁇ 3%.
  • the controller 600 determines the concentration of the precursor 10 from the time when the precursor supply 210 starts to supply the precursor 10 to the deposition chamber 100 and the gas line 400 . It is possible to close the retention valve 500 until the point in which the equilibrium state is reached.
  • the time until the equilibrium state is reached is the first stagnation time
  • the first stagnation time is the retention time during which the precursor 10 stays in the internal space of the deposition chamber 100 .
  • the controller 600 controls the retention valve 500 to block the movement of the oxidizing agent to the vacuum pump 300 through the gas line 400 during the second stagnation time. can be closed
  • the second stagnation time is a time at which the concentration of the oxidizing agent contained in the deposition chamber 100 and the gas line 400 measured through the concentration meter 700 reaches an equilibrium state.
  • the flow of the oxidizing agent is the same as the flow of the precursor 10 when the retention valve is closed or opened in the flow stagnant system 1 of the atomic layer deposition process using the retention valve according to an embodiment of the present invention. .
  • the concentration of the oxidizing agent reaches an equilibrium state in the deposition chamber 100 and the gas line 400 from the time when the oxidizing agent supply 220 starts supplying the oxidizing agent. It is possible to close the retention valve 600 up to the point in time.
  • the time until the equilibrium state is reached is the second stagnation time
  • the second stagnation time is the residence time during which the oxidizer stays in the internal space of the deposition chamber 100 .
  • the precursor 10 and the oxidizing agent have different characteristics, such as composition, shape, size, and weight, it is clear that the first retention time and the second retention time may be different from each other.
  • the precursor or the oxidizing agent moving through the gas line 400 may flow back into the deposition chamber due to the concentration gradient, and the precursor or the oxidizing agent does not quickly pass through the substrate. During the atomic layer deposition process, it may stay in the deposition chamber 100 for a longer time.
  • the controller 600 controls the vacuum pump 300 when the concentration of the precursor or the oxidizing agent contained in the deposition chamber 100 and the gas line 400 reaches an equilibrium state.
  • the retention valve 500 is opened to move the precursor or oxidizer to the side.
  • the purifier 800 supplies a purge gas into the deposition chamber 100 to remove residual precursors or residual oxidizing agents.
  • the precursor or the oxidizing agent as the reaction fluid may be discharged to the outside through the gas line 400 .
  • the flow stagnant system of the atomic layer deposition process using the retention valve of the present invention can improve the deposition rate by increasing the deposition reaction amount using the same amount of the reaction fluid used in the conventional atomic layer deposition process.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 리텐션 밸브를 이용한 원자층 증착 공정의 흐름 정체 시스템은 기판과 반응유체를 수용하기 위한 내부공간을 가지는 증착 챔버; 상기 증착 챔버의 내부공간으로 반응유체를 공급하는 유체 공급기; 상기 증착 챔버를 진공 상태로 유지하기 위한 진공 펌프; 상기 증착 챔버에서 상기 진공 펌프로 반응유체가 이동하도록 유로를 제공하는 가스 라인; 상기 가스 라인과 연통되고, 상기 증착 챔버에 수용된 반응유체의 머무름 시간을 조절하는 리텐션 밸브; 및 상기 리텐션 밸브의 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함한다.

Description

리텐션 밸브를 이용한 원자층 증착 공정의 흐름 정체 시스템
본 발명은 한국전력공사의 2017년 착수 사외공모 기초연구과제 연구비에 의해 지원되었음(과제번호: R17XA05-57).
본 발명은 리텐션 밸브를 이용한 원자층 증착 공정의 흐름 정체 시스템에 관한 것이다.
한편, 본 발명의 모든 측면에서 한국 정부의 재산 이익은 없다.
원자층 증착법(Atomic Layer Deposition, ALD)은 화학 증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD) 중 하나로, 자기제어적(Self-limiting) 반응을 통해 원하는 물질을 나노두께로 일정하게 증착시킬 수 있는 방법이다.
구체적으로, 원자층 증착법(ALD)을 이용한 시스템은 단원자층의 화학적 흡착 및 탈착을 이용한 나노스케일의 박막 증착이 가능하며, 각 반응물질들을 개별적으로 분리하여 챔버에 공급함으로써 기판 표면에 반응물질의 표면 포화 반응에 의한 화학적 흡착 및 탈착을 이용한다.
일반적인 원자층 증착법(ALD)은 기본적으로 4가지의 증착 단계를 가지며, 진공이 잡혀있는 챔버로 전구체(Precursor)를 흘려 기판 표면의 반응성을 높이는 단계, 비활성기체를 흘려 잔여 전구체들을 제거하는 제 1 퍼징단계, 원하는 물질을 산화제 형태로 챔버 내에 주입하는 단계, 상기한 산화제를 제거하는 제 2 퍼징단계를 포함한다.
그러나, 상기와 같은 원자층 증착법(ALD)을 이용한 시스템은 다음과 같은 문제가 있다.
종래의 원자층 증착법(ALD)의 증착 공정은 전구체와 산화제와 같은 반응물질을 기 설정된 유량 및 유속으로 흘려주는 것에 불과하므로, 각 반응물질들이 기판의 표면에 완전히 반응하기도 전에 기판을 쉽게 지나친다.
이에 따라, 각 반응물질과 기판과의 반응량이 낮아지게 되고 이는 공정 증착율의 감소를 야기시키는 한계점이 있다.
본 발명의 실시예들은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로서, 원자층 증착 공정 동안에 전구체와 산화제의 증착 반응량을 극대화시킬 수 있는 리텐션 밸브를 이용한 원자층 증착 공정의 흐름 정체 시스템을 제공하고자 한다.
또한, 비싼 전구체의 사용량을 줄여 생산단가를 낮출 수 있는 리텐션 밸브를 이용한 원자층 증착 공정의 흐름 정체 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 리텐션 밸브를 이용한 원자층 증착 공정의 흐름 정체 시스템은 기판과 유체를 수용하기 위한 내부공간을 가지는 증착 챔버; 상기 증착 챔버의 내부공간으로 반응유체를 공급하는 유체 공급기; 상기 증착 챔버를 진공 상태로 유지하기 위한 진공 펌프; 상기 증착 챔버에서 상기 진공 펌프로 반응유체가 이동하도록 유로를 제공하는 가스 라인; 상기 가스 라인과 연통되고, 상기 증착 챔버에 수용된 반응유체의 머무름 시간을 조절하는 리텐션 밸브; 및 상기 리텐션 밸브의 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함한다.
또한, 상기 유체 공급기는, 상기 기판의 표면과 반응하여 상기 기판에 흡착하는 전구체를 공급하는 전구체 공급기; 및 상기 전구체와 반응하여 상기 전구체에 화학 흡착하는 산화제를 공급하는 산화제 공급기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 리텐션 밸브를 이용한 원자층 증착 공정의 흐름 정체 시스템은 상기 증착 챔버 및 상기 가스 라인에 설치되어 전구체 또는 산화제의 농도을 측정하는 농도 측정기; 및 상기 증착 챔버에 퍼지 가스를 공급하여 잔여 전구체 또는 잔여 산화제를 제거하는 퍼징기를 포함하고, 상기 퍼징기는 퍼지 가스의 공급 시간 및 유량을 조절하는 유량 조절기를 포함한다.
또한, 상기 컨트롤러는, 상기 전구체 공급기가 전구체를 공급하면, 제 1 정체시간 동안에 상기 가스 라인을 통해 상기 진공 펌프 측으로 전구체의 이동이 차단되도록 상기 리텐션 밸브를 폐쇄할 수 있다.
또한, 상기 컨트롤러는, 상기 산화제 공급기가 산화제를 공급하면, 제 2 정체시간 동안에 상기 가스 라인을 통해 상기 진공 펌프 측으로 산화제의 이동이 차단되도록 상기 리텐션 밸브를 폐쇄한다.
또한, 상기 제 1 정체시간은 상기 농도 측정기를 통해 측정되는 상기 증착 챔버 및 상기 가스 라인 내부에 수용된 전구체의 농도가 평형상태에 도달하는 시간일 수 있다.
또한, 상기 제 2 정체시간은 상기 농도 측정기를 통해 측정되는 상기 증착 챔버 및 상기 가스 라인 내부에 수용된 산화제의 농도가 평형상태에 도달하는 시간이다.
또한, 상기 리텐션 밸브가 폐쇄되면, 상기 가스 라인을 이동하는 전구체 또는 산화제는 농도 구배에 의하여 상기 증착 챔버로 역류할 수 있다.
또한, 상기 컨트롤러는,
상기 증착 챔버 및 상기 가스 라인 내부에 수용된 전구체 또는 산화제의 농도가 평형상태에 도달하면, 상기 진공 펌프 측으로 전구체 또는 산화제가 이동되도록 상기 리텐션 밸브를 개방한다.
본 발명의 실시예들에 따른 리텐션 밸브를 이용한 원자층 증착 공정의 흐름 정체 시스템은 원자층 증착 공정 동안에 전구체와 산화제의 증착 반응량을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 비싼 전구체의 사용량을 줄여 생산단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리텐션 밸브를 이용한 원자층 증착 공정의 흐름 정체 시스템을 나타낸 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리텐션 밸브를 폐쇄하였을 때의 전구체의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리텐션 밸브를 개방하였을 때의 전구체의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 챔버와 가스 라인의 수용된 유체의 평형상태를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 구성은 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며,
하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 리텐션 밸브를 이용한 원자층 증착 공정의 흐름 정체 시스템의 공정 순서를 설명한다.
종래의 원자층 증착 공정은 1)전구체(Precursor) 분사, 2)제 1 퍼징(Purging), 3)산화제(Oxidant) 분사, 4)제 2 퍼징(Purging) 순으로 시스템을 제어하여 공정을 진행한다.
일반적으로, 원자층 증착 공정에서 유로를 통해 챔버와 연결된 진공 펌프는 원자층 박막 공정이 진행되는 동안 상기 챔버 내의 진공을 유지하기 위하여 공정 시작부터 공정 종료까지 작동된다.
첫번째 단계인 전구체 분사 단계는 진공 상태인 즉, 챔버에 진공 압이 걸린 상태인 챔버 내로 전구체를 분사하고, 이로써 챔버로 유입된 전구체는 챔버 내의 기판(Substrate)와 반응하여 흡착되거나 진공 펌프로 인해 기판을 지나 진공 펌프측으로 이동할 수 있다.
이후, 두번째 단계인 제 1 퍼징 단계를 진행하여 챔버에 퍼지 가스를 분사하고, 챔버 내의 진공 상태를 유지시킨다.
다음으로, 세번째 단계인 산화제 분사 단계는 제 1 퍼징 단계를 통해 챔버 내에 분사된 전구체가 모두 제거되었다고 판단되면, 상기 전구체와 반응하여 흡착되는 산화제를 챔버 내로 분사하고, 산화제는 기판의 표면에 흡착된 전구체와 반응하여 박막을 형성할 수 있다.
마지막으로, 네번째 단계인 제 2 퍼징 단계를 진행하여 챔버에 퍼지 가스를 분사하고, 챔버 내의 진공 상태를 유지하면서 산화제를 제거시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따른 리텐션 밸브를 이용한 원자층 증착 공정의 흐름 정체 시스템의 공정 순서는 종래의 원자층 증창 공정에 2가지 공정을 더 추가할 수 있으며, 구체적으로 제 1 퍼징 단계를 수행하기 전에 유로를 통해 진공 펌프로 이동하는 전구체들의 유동을 정체시키는 제 1 정체 단계와, 제 2 퍼징 단계를 수행하기 전에 유로를 통해 진공 펌프로 이동하는 산화제들의 유동을 정체시키는 제 2 정체 단계를 더 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 리텐션 밸브를 이용한 원자층 증착 공정의 흐름 정체 시스템을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리텐션 밸브를 이용한 원자층 증착 공정의 흐름 정체 시스템을 나타낸 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리텐션 밸브를 이용한 원자층 증착 공정의 흐름 정체 시스템(1)은 증착 챔버(100), 유체 공급기(200), 진공 펌프(300), 가스 라인(400), 리텐션 밸브(500) 및 컨트롤러(600)를 포함할 수 있다.
증착 챔버(100)는 기판과 반응유체를 수용하기 위한 내부공간을 가진다.
구체적으로, 증착 챔버(100)는 원통관 형상으로 이루어지며, 내부에는 기판을 수용하고 기판 상에 박막을 적층하기 위한 소정의 내부공간이 마련될 수 있다.
더하여, 증착 챔버(100)의 내부공간에는 기판을 지지하기 위한 서셉터(미도시)가 배치된다.
또한, 증착 챔버(100)는 수평으로 누워진 형태로 측면에는 퍼스 가스 유입구(미도시)가 형성될 수 있다. 상기 퍼지 가스로는 비활성 기체가 사용될 수 있다.
또한, 증착 챔버(100)는 내부에 공간이 형성되도록 상부에 챔버 도어(미도시)가 구비될 수 있으며, 상기 증착 챔버(100)의 내부공간을 밀봉한다. 이에 따라, 상기 내부공간은 증착 챔버에 연결된 진공 펌프(300)에 의해 진공 상태를 유지하게 된다.
유체 공급기(200)는 증착 챔버(100)의 내부공간으로 반응유체를 공급할 수 있다.
유체 공급기(200)의 형태는 특별히 정해지지 않으며, 본 발명에서는 원통형인 것이 바람직하고, 스테인리스와 같은 내부식성, 내열성 및 열전도성을 가지는 합금으로 형성될 수 있다.
또한, 유체 공급기(200)는 증착 챔버(100)와 공급 유로(미도시)를 통해 연결되고, 원자층 증착 공정에 사용되는 반응유체인 전구체와 산화제를 고상 및 액상으로 저장할 수 있다.
또한, 전구체와 산화제는 유체 공급기(200)에 액상으로 저장되는 것이 바람직하며, 매뉴얼밸브(미도시)가 개방 작동하는 경우 급격한 압력변화와 높은 온도로 인하여 기체 상태로 기화된다.
또한, 유체 공급기(200)는 각기 다른 반응유체를 공급할 수 있도록 복수개 일 수 있다.
구체적으로, 유체 공급기(200)는 기판의 표면과 반응하여 상기 기판에 흡착하는 전구체를 공급하는 전구체 공급기(210)와 상기 전구체와 반응하여 상기 전구체에 화학 흡착하는 산화제를 공급하는 산화제 공급기(220)를 포함할 수 있다.
더하여, 필요에 따라 유체 공급기(200)는 그 이상의 공급기를 더 포함할 수 있으나 설명의 편의를 위하여 본 발명에서는 전구체 공급기(210)와 산화제 공급기(220)가 존재하는 경우를 중심으로 설명하도록 한다.
전구체 공급기(210)는 기판에 흡착하는 전구체를 증착 챔버(100)로 공급한다. 구체적으로, 전구체 공급기(210)는 전구체를 저장하는 전구체 저장부(미도시)와 상기 전구체 저장부로부터 증착 챔버(100)로 연결된 공급 유로를 포함할 수 있다. 상기 공급 유로에는 유로를 개폐시키기 위한 매뉴얼밸브가 형성될 수 있다.
마찬가지로, 산화제 공급기(220)는 기판에 흡착하는 산화제를 증착 챔버(100)로 공급한다. 구체적으로, 산화제 공급기(220)는 산화제를 저장하는 산화제 저장부(미도시)와 상기 산화제 저장부로부터 증착 챔버(100)로 연결된 공급 유로를 포함할 수 있다. 상기 공급 유로에는 유로를 개폐시키기 위한 매뉴얼밸브가 형성된다.
진공 펌프(300)는 증착 챔버(100)를 진공 상태로 유지한다.
또한, 진공 펌프(300)는 증착 챔버(100)의 하부에 결합되어 배치된다. 이 때, 유체 공급기(200)에서 공급되는 반응유체들은 진공 펌프(300) 측으로 이동될 수 있다.
또한, 진공 펌프(300)는 증착 챔버(100) 내부의 반응유체 또는 퍼지 가스가 가스 라인(400)을 따라 증착 챔버(100)로부터 제거되도록 한다.
구체적으로, 진공 펌프(300)는 전구체, 산화제 및 퍼지 가스를 증착 챔버(100)로부터 인출하도록 상기 가스 라인(400)과 증착 챔버(100)에 음압을 가하도록 진공원을 활성화시킬 수 있다.
가스 라인(400)은 증착 챔버(100)와 진공 펌프(300)를 연결하도록 형성될 수 있으며, 상기 증착 챔버(100)에서 상기 진공 펌프(300)로 반응유체 및 퍼지 가스가 이동하도록 유로를 제공한다.
리텐션 밸브(500)는 가스 라인(400)과 연통되고, 증착 챔버(100)에 수용된 반응유체의 머무름 시간을 조절할 수 있다.
상기 머무름 시간은 유체 공급기(200)로부터 상기 증착 챔버(100)로 반응유체인 전구체와 산화제의 공급이 시작된 시점부터 상기 증착 챔버(100)로 퍼지 가스가 공급되기 시작하는 시점까지의 시간으로 정의된다.
또한, 리텐션 밸브(500)는 가스 라인(400)이 제공하는 유로를 개폐시킬 수 있으며, 컨트롤러(600)의 제어신호에 따라 개폐 작동될 수 있다.
컨트롤러(600)는 상기 리텐션 밸브(500)의 작동을 제어한다.
또한, 컨트롤러(600)는 증착 챔버(100)와 진공 펌프(300)을 연결하는 가스 라인(400)을 개폐하도록 리텐션 밸브(500)를 제어하여 반응유체인 전구체와 산화제가 증착 챔버(100)로부터 상기 진공 펌프(300)로의 이동을 제어할 수 있다.
즉, 컨트롤러(600)는 가스 라인(400)을 개방시키거나 차단하도록 리텐션 밸브(500)를 개폐시킬 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 리텐션 밸브를 이용한 원자층 증착 공정의 흐름 정체 시스템(1)은 증착 챔버(100) 및 가스 라인(400)에 설치되어 전구체 또는 산화제의 농도을 측정하는 농도 측정기(700) 및 증착 챔버(100)에 퍼지 가스를 공급하여 잔여 전구체 또는 잔여 산화제를 제거하는 퍼징기(800)를 포함하고, 상기 퍼징기(800)는 퍼지 가스의 공급 시간 및 유량을 조절하는 유량 조절기(900)를 더 포함할 수 있다.
농도 측정기(700)는 증착 챔버(100) 내측 및 가스 라인(400) 내측의 유체 농도를 센싱하는 것으로, 구체적으로 도 4를 참조하면, 상기 증착 챔버(100) 내측에 설치되어 증착 챔버(100) 내부의 유체 농도를 센싱하는 농도 측정기(700a, 700b, 700c, 700d)와 상기 가스 라인(400) 내측에 설치되어 가시 라인(400) 내부의 유체 농도를 센싱하는 농도 측정기(700e, 700f)를 포함한다.
여기서, 농도 측정기(700)는 본 발명의 일 실시예에 따른 리텐션 밸브를 이용한 원자층 증착 공정의 흐름 정체 시스템(1)에서 가스 라인(400)이 개폐되는 시간을 결정하기 위해 사용될 수 있다.
즉, 증착 챔버(100) 및 가스 라인(400) 내측의 유체 농도를 실시간으로 측정함으로써, 증착 챔버(100) 및 가스 라인(400) 내측의 반응유체의 농도 값을 산출하여 컨트롤러(600)에 전송한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 농도 측정기(700)는 반응유체의 농도를 측정할 수 있으면 충분하며 그 종류에 특별히 제한되는 것은 아니다.
퍼징기(800)는 증착 챔버(100) 내측으로 비활성 기체인 퍼지 가스를 공급할 수 있다. 상기 퍼지 가스는 아르곤(Ar) 가스 또는 질소(N2) 가스일 수 있고 이에 한정되지는 않는다.
유량 조절기(900)는 상기 퍼지 가스의 유량을 조절하며, 통상적으로 이용되는 Mass Flow Controller(MFC)로 퍼지 가스의 유량을 조절하는 기능을 한다.
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 리텐션 밸브를 이용한 원자층 증착 공정의 흐름 정체 시스템(1)의 작동에 대하여 설명한다.
도 2 및 도 3은 도 1에 따른 리텐션 밸브를 이용한 원자층 증착 공정의 흐름 정체 시스템(1)에서 리탠션 밸브를 폐쇄하거나 개방하였을 때의 전구체의 흐름을 나타낸다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전구체 공급기(210)로부터 수용되는 전구체(10)는 기화될 때까지의 소요시간이 필요하며, 반응 챔버(100)로 수용되는 전구체(10)는 시간에 따라 점진적으로 수용량이 증가하다가 특정 시점을 기점으로 점진적으로 감소한다.
이후, 반응 챔버(100) 내로 수용된 전구체(10)는 상기 반응 챔버(100)의 내부공간에 분산 수용되되, 내부공간에 기 수용된 기판의 표면과 반응하여 흡착될 수 있다.
또한, 상기 반응 챔버(100) 내로 수용된 전구체(10)의 일부는 진공 펌프(300)로 인하여 가스 라인(400)을 통해 진공 펌프(300) 측으로 이동한다.
즉, 반응 챔버(100) 내의 수용된 전구체(10)는 반응 챔버(100)의 내부공간에 균일하게 분산되어, 일정한 농도를 유지하며 일정 시간동안 머물러 있지 못하고 계속하여 진공 펌프(300) 측으로 이동될 수 있다.
이 때, 본 발명에 따른 리텐션 밸브를 이용한 원자층 증착 공정의 흐름 정체 시스템(1)의 컨트롤러(600)는 상기 전구체 공급기(210)가 전구체(10)를 공급하면, 제 1 정체시간 동안에 상기 가스 라인(400)을 통해 상기 진공 펌프(300) 측으로 전구체(10)의 이동이 차단되도록 리텐션 밸브(500)를 폐쇄한다.
더하여, 상기 제 1 정체시간은 농도 측정기(700)를 통해 측정되는 증착 챔버(100) 및 가스 라인(400) 내부에 수용된 전구체의 농도가 평형상태에 도달하는 시간이다.
더 구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이 전구체 공급기(21)를 통해 기화된 전구체가 반응 챔버(100) 측으로 수용되면, 반응 챔버(100) 및 가스 라인(400) 내부에 설치된 농도 측정기(700)는 반응 챔버(100) 및 가스 라인(400) 내부의 전구체(10)의 농도가 평형상태에 도달하는 시점을 측정한다.
여기서, 상기 평형상태는 리텐션 밸브(500)가 가스 라인(400)을 폐쇄함에 따라, 전구체(10)가 반응 챔버(100) 및 가스 라인(400)의 내부에 균일하게 분산된 상태를 의미한다.
예를 들어, 도 4를 참조하면, 상기 반응 챔버(100)의 내부공간은 4개의 공간으로 구획될 수 있고, 각각의 구획된 공간마다 하나의 농도 측정기(700a, 700b, 700c, 700d)가 설치될 수 있다. 또한, 상기 가스 라인(400)은 엘보형태로 이루어져 있고, 반응 챔버(100)와 가까운 위치와 리텐션 밸브(500)와 가까운 위치에 하나씩 농도 측정기(700e, 700f)가 설치된다.
즉, 리텐션 밸브(500)가 폐쇄된 이후, 반응 챔버(100)와 가스 라인(400) 내의 각 농도 측정기(700a, 700b, 700c, 700d, 700e, 700f)가 전구체 농도 값을 산출하고, 산출된 전구체 농도 값을 컨트롤러(600)에 전송한다.
이후, 상기 컨트롤러(600)는 각각의 농도 측정기(700a, 700b, 700c, 700d, 700e, 700f)로부터 산출된 전구체 농도 값을 이용하여 평균 전구체 농도를 계산하고, 계산된 평균 전구체 농도를 기준으로 각각의 농도 측정기(700a, 700b, 700c, 700d, 700e, 700f)로부터 산출된 전구체 농도 값이 기 설정된 오차범위 내에 포함되는지 판단한다.
예를 들어, 각각의 농도 측정기(700a, 700b, 700c, 700d, 700e, 700f)에서 산출된 전구체 농도 값이 a, b, c, d, e, f이고, 상기 산출된 전구체 농도 값을 이용하여 계산된 평균 전구체 농도가 M인 경우, 상기 컨트롤러(600)는 산출된 전구체 농도 값인 a, b, c, d, e, f가 평균 전구체 농도인 M의 오차범위 이내에 속하면 상기 증착 챔버(100) 및 상기 가스 라인(400) 내부에 수용된 전구체(10)의 농도가 평형상태에 도달했다고 판단한다.
이 때, 상기 오차범위는 상기 평균 전구체 농도인 M의 ±3%, ±5% 중 하나일 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서는 ±3%인 것이 바람직하다.
이로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 컨트롤러(600)는 전구체 공급기(210)가 전구체(10)를 공급하기 시작하는 시점부터 전구체(10)의 농도가 증착 챔버(100) 및 가스 라인(400)에서 평형상태에 도달하는 시점까지 리텐션 밸브(500)를 폐쇄할 수 있는 것이다. 여기서, 평형상태에 도달하는 시점까지의 시간은 상기 제 1 정체시간이고, 상기 제 1 정체시간은 전구체(10)가 증착 챔버(100)의 내부공간에 머무르는 머무름 시간이다.
이와 마찬가지로, 컨트롤러(600)는 산화제 공급기(220)가 산화제를 공급하면, 제 2 정체시간 동안에 가스 라인(400)을 통해 진공 펌프(300) 측으로 산화제의 이동이 차단되도록 리텐션 밸브(500)를 폐쇄할 수 있다.
더하여, 상기 제 2 정체시간은 농도 측정기(700)를 통해 측정되는 증착 챔버(100) 및 가스 라인(400) 내부에 수용된 산화제의 농도가 평형상태에 도달하는 시간이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 리텐션 밸브를 이용한 원자층 증착 공정의 흐름 정체 시스템(1)에서 리탠션 밸브를 폐쇄하거나 개방하였을 때의 전구체(10)의 흐름과 같이 산화제의 흐름도 동일하다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 컨트롤러(600)는 산화제 공급기(220)가 산화제를 공급하기 시작하는 시점부터 산화제의 농도가 증착 챔버(100) 및 가스 라인(400)에서 평형상태에 도달하는 시점까지 리텐션 밸브(600)를 폐쇄할 수 있는 것이다. 여기서, 평형상태에 도달하는 시점까지의 시간은 상기 제 2 정체시간이고, 상기 제 2 정체시간은 산화제가 증착 챔버(100)의 내부공간에 머무르는 머무름 시간이다.
이 때, 상기 전구체(10)와 산화제는 조성, 형태, 크기 및 무게 등 서로 다른 특성을 가지고 있으므로, 상기 제 1 정체시간과 상기 제 2 정체시간은 서로 다를 수 있음은 분명하다.
이로써, 상기 리텐션 밸브(500)가 폐쇄되면, 상기 가스 라인(400)을 이동하는 전구체 또는 산화제는 농도 구배에 의하여 상기 증착 챔버로 역류할 수 있으며, 상기 전구체 또는 산화제가 기판을 빠르게 지나가지 않고 원자층 증착 공정 동안 증착 챔버(100) 내부에 더 오랜 시간 머무를 수 있다.
다음으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 컨트롤러(600)는 상기 증착 챔버(100) 및 상기 가스 라인(400) 내부에 수용된 전구체 또는 산화제의 농도가 평형상태에 도달하면, 상기 진공 펌프(300) 측으로 전구체 또는 산화제가 이동되도록 리텐션 밸브(500)를 개방한다. 더하여, 퍼징기(800)는 퍼지 가스를 증착 챔버(100) 내로 공급하여 잔여 전구체 또는 잔여 산화제를 제거한다.
이로써, 반응유체인 전구체 또는 산화제는 가스 라인(400)을 통해 외부로 배출될 수 있다.
이로써, 본 발명의 리텐션 밸브를 이용한 원자층 증착 공정의 흐름 정체 시스템은 종래의 원자층 증착 공정에 사용된 동일한 양의 반응유체를 이용하여 증착 반응량을 증대시켜 증착율을 향상시킬 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다.
또한, 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당 업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
[부호의 설명]
100: 증착 챔버
200: 유체 공급기
300: 진공 펌프
400: 가스 라인
500: 리텐션 밸브
600: 컨트롤러
700: 농도 측정기

Claims (9)

  1. 기판과 유체를 수용하기 위한 내부공간을 가지는 증착 챔버;
    상기 증착 챔버의 내부공간으로 반응유체를 공급하는 유체 공급기;
    상기 증착 챔버를 진공 상태로 유지하기 위한 진공 펌프;
    상기 증착 챔버에서 상기 진공 펌프로 반응유체가 이동하도록 유로를 제공하는 가스 라인;
    상기 가스 라인과 연통되고, 상기 증착 챔버에 수용된 반응유체의 머무름 시간을 조절하는 리텐션 밸브; 및
    상기 리텐션 밸브의 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 흐름 정체 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 공급기는,
    상기 기판의 표면과 반응하여 상기 기판에 흡착하는 전구체를 공급하는 전구체 공급기; 및
    상기 전구체와 반응하여 상기 전구체에 화학 흡착하는 산화제를 공급하는 산화제 공급기를 포함하는 흐름 정체 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 증착 챔버 및 상기 가스 라인에 설치되어 전구체 또는 산화제의 농도을 측정하는 농도 측정기; 및 상기 증착 챔버에 퍼지 가스를 공급하여 잔여 전구체 또는 잔여 산화제를 제거하는 퍼징기를 포함하고,
    상기 퍼징기는 퍼지 가스의 공급 시간 및 유량을 조절하는 유량 조절기를 포함하는 흐름 정체 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 전구체 공급기가 전구체를 공급하면, 제 1 정체시간 동안에 상기 가스 라인을 통해 상기 진공 펌프 측으로 전구체의 이동이 차단되도록 상기 리텐션 밸브를 폐쇄하는 흐름 정체 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 산화제 공급기가 산화제를 공급하면, 제 2 정체시간 동안에 상기 가스 라인을 통해 상기 진공 펌프 측으로 산화제의 이동이 차단되도록 상기 리텐션 밸브를 폐쇄하는 흐름 정체 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 정체시간은 상기 농도 측정기를 통해 측정되는 상기 증착 챔버 및 상기 가스 라인 내부에 수용된 전구체의 농도가 평형상태에 도달하는 시간인 흐름 정체 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 정체시간은 상기 농도 측정기를 통해 측정되는 상기 증착 챔버 및 상기 가스 라인 내부에 수용된 산화제의 농도가 평형상태에 도달하는 시간인 흐름 정체 시스템.
  8. 제 4 항 내지 제 5 항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 리텐션 밸브가 폐쇄되면, 상기 가스 라인을 이동하는 전구체 또는 산화제는 농도 구배에 의하여 상기 증착 챔버로 역류하는 흐름 정체 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 증착 챔버 및 상기 가스 라인 내부에 수용된 전구체 또는 산화제의 농도가 평형상태에 도달하면, 상기 진공 펌프 측으로 전구체 또는 산화제가 이동되도록 상기 리텐션 밸브를 개방하는 흐름 정체 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030044060A (ko) * 2001-08-31 2003-06-02 가부시끼가이샤 도시바 반도체 장치의 제조 장치 및 제조 방법, 및 반도체 제조장치의 클리닝 방법
JP2007109984A (ja) * 2005-10-14 2007-04-26 Meidensha Corp 酸化膜形成方法
JP2008081810A (ja) * 2006-09-28 2008-04-10 Ulvac Japan Ltd 排気装置及び排気方法
KR20160067117A (ko) * 2013-10-03 2016-06-13 제이에스더블유 아프티 가부시키가이샤 원자층 퇴적 장치 및 원자층 퇴적 방법
US20180204720A1 (en) * 2015-09-29 2018-07-19 Hitachi Kokusai Electric Inc. Substrate processing apparatus

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030044060A (ko) * 2001-08-31 2003-06-02 가부시끼가이샤 도시바 반도체 장치의 제조 장치 및 제조 방법, 및 반도체 제조장치의 클리닝 방법
JP2007109984A (ja) * 2005-10-14 2007-04-26 Meidensha Corp 酸化膜形成方法
JP2008081810A (ja) * 2006-09-28 2008-04-10 Ulvac Japan Ltd 排気装置及び排気方法
KR20160067117A (ko) * 2013-10-03 2016-06-13 제이에스더블유 아프티 가부시키가이샤 원자층 퇴적 장치 및 원자층 퇴적 방법
US20180204720A1 (en) * 2015-09-29 2018-07-19 Hitachi Kokusai Electric Inc. Substrate processing apparatus

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