KR102108966B1 - 원자층 증착 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원자층 증착 시스템에 관한 것으로, 본 발명에서는 <원자층 증착 대상 기판의 표면에서 공급 가스가 층류(laminar flow) 또는 크누센 플로우(knudsen flow)로 기판 표면을 통과하도록 공급 가스의 이동 통로의 높이를 설정하도록 된 공정챔버>, <각 가스 공급 개폐밸브의 전단을 시발점으로 하여, 복수의 가스 공급 가이드 라인으로부터 분기되면서, 스로틀 밸브의 전단에 상응하는 챔버가스 배기통로에 연결됨으로써, 가스 보관용기 및 각 가스 공급 개폐밸브 사이에 누적된 증기를 스로틀 밸브의 전단으로 배출할 수 있는 복수의 증기 배출 가이드 라인>, <복수의 증기 배출 가이드 라인의 경로 상에 각기 배치되면서, 밸브 컨트롤러의 제어에 따라 열리거나 닫혀, 증기 배출 가이드 라인 각각을 개방 또는 폐쇄시킴으로써, 누적되어 있던 증기가 스로틀 밸브의 전단으로 배출 또는 배출중지 될 수 있도록 하는 복수의 증기 배출 개폐밸브> 등을 추가로 배치하고, 이를 통해, 누적 증기(즉, 가스 보관용기 및 각 가스 공급 개폐밸브 사이에 누적되어 있던 증기) 측에서, 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)의 공정챔버로의 공급 이전 시점에서, 증기 배출 가이드 라인을 따라, 스로틀 밸브의 전단으로 유연하게 배출 처리될 수 있도록 유도하여, 공정챔버로 숏-타임(0.1sec 이하) 시간동안 교번되어 공급되는 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P등)들의 압력을 일정하게 유지시켜, 공정 챔버 내부에서 공급가스들이 섞이지 않도록 함으로써, 결국, 제품 생산주체 측에서, 누적 증기의 공정챔버로의 무단 유입문제를 탄력적으로 회피하면서, 원자층의 균일도가 향상되는 이점, 가스의 숏-타임 공급에 따른 이점 등을 효과적으로 향유할 수 있도록 가이드 할 수 있다.

Description

원자층 증착 시스템{Atomic layer deposition system}
본 발명은 원자층 증착 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 <원자층 증착 대상 기판의 표면에서 공급 가스가 층류(laminar flow) 또는 크누센 플로우(knudsen flow)로 기판 표면을 통과하도록 공급 가스의 이동 통로의 높이를 설정하도록 된 공정챔버>, <각 가스 공급 개폐밸브의 전단을 시발점으로 하여, 복수의 가스 공급 가이드 라인으로부터 분기되면서, 스로틀 밸브의 전단에 상응하는 챔버가스 배기통로에 연결됨으로써, 가스 보관용기 및 각 가스 공급 개폐밸브 사이에 누적된 증기를 스로틀 밸브의 전단으로 배출할 수 있는 복수의 증기 배출 가이드 라인>, <복수의 증기 배출 가이드 라인의 경로 상에 각기 배치되면서, 밸브 컨트롤러의 제어에 따라 열리거나 닫혀, 증기 배출 가이드 라인 각각을 개방 또는 폐쇄시킴으로써, 누적되어 있던 증기가 스로틀 밸브의 전단으로 배출 또는 배출중지 될 수 있도록 하는 복수의 증기 배출 개폐밸브> 등을 추가로 배치하고, 이를 통해, 누적 증기(즉, 가스 보관용기 및 각 가스 공급 개폐밸브 사이에 누적되어 있던 증기) 측에서, 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)의 공정챔버로의 공급 이전 시점에서, 증기 배출 가이드 라인을 따라, 스로틀 밸브의 전단으로 유연하게 배출 처리될 수 있도록 유도하여, 공정챔버로 숏-타임(0.1sec 이하) 시간동안 교번되어 공급되는 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P등)들의 압력을 일정하게 유지시켜, 공정 챔버 내부에서 공급가스들이 섞이지 않도록 함으로써, 결국, 제품 생산주체 측에서, 누적 증기의 공정챔버로의 무단 유입문제를 탄력적으로 회피하면서, 원자층의 균일도가 향상되는 이점, 가스의 숏-타임 공급에 따른 이점 등을 효과적으로 향유할 수 있도록 가이드 할 수 있는 원자층 증착 시스템에 관한 것이다.
최근, 반도체 관련 기술이 급격한 발전을 이루면서, 다양한 유형의 원자층 증착 시스템들이 폭 넓게 개발/보급되고 있다.
예를 들어, 대한민국공개특허 제10-2016-105497호(명칭: 공간적인 원자 층 증착 또는 펄스형 화학 기상 증착을 사용하는 필름 증착)(2016.9.6.자 공개), 대한민국공개특허 제10-2006-13282호(명칭: 공정 가스 배기 방법 및 이를 이용한 원자층 적층 방법 및 원자층 적층 장치)(2006.2.9.자 공개), 대한민국공개특허 제10-2017-21210호(명칭: 대체적 ALD 반응기들 내에서 에지 균일도 조정을 위한 조성 매칭된 커튼 가스 혼합물들)(2017.2.27.자 공개), 대한민국등록특허 제10-795487호(명칭: 층류유동제어장치 및 이를 구비한 화학기상증착반응기)(2008.1.16.자 공고), 대한민국등록특허 제10-1536257호(명칭: 수평 흐름 증착 장치 및 이를 이용한 증착 방법)(2015.7.13.자 공고), 미국등록특허 제5711811호(명칭: 박막 성장용 장치 및 방법)(1998.1.27.자 등록) 등에는 이러한 종래의 기술에 따른 원자층 증착 시스템들의 일례가 좀더 상세하게 개시되어 있다.
한편, 이러한 종래의 체제 하에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 원자층 증착 시스템(1)은 원자층 증착 대상 기판(W)이 배치된 공정챔버(C)와, 공정챔버(C)로부터 인출된 챔버가스 배기통로(2)와 연결되면서, 상기 공정챔버(C) 내부의 압력상황에 따라 열리거나 닫혀, 상기 공정챔버(C)의 내부압력이 기 설정된 공정압력을 유지할 수 있도록 하는 스로틀 밸브(3)(Throttle valve)와, 공정상황에 따라, 공정챔버(C), 챔버가스 배기통로(2) 등에 존재하는 가스를 펌핑하는 진공펌프(4)와, 종류가 다른 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)를 각기 보관하는 복수의 가스 보관용기(5,6,7)와, 복수의 가스 보관용기(5,6,7) 각각으로부터 인출되어, 상기 공정챔버(C)와 연결되면서, 상기 복수의 가스 보관용기(5,6,7)에 보관되어 있던 각각의 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)가 상기 공정챔버(C)로 각기 공급될 수 있도록 가이드 하는 복수의 가스 공급 가이드 라인(8,9,10)과, 상기 복수의 가스 공급 가이드 라인(8,9,10)의 경로 상에 각기 배치되면서, 밸브 컨트롤러(도시 안됨)의 제어에 따라 열리거나 닫혀, 상기 가스 공급 가이드 라인(8,9,10) 각각을 개방 또는 폐쇄시킴으로써, 상기 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)가 상기 공정챔버(C) 측으로 공급 또는 공급중지 될 수 있도록 하는 복수의 가스 공급 개폐밸브(11,12,13)가 체계적으로 조합된 구성을 취하게 된다.
이러한 종래의 체제 하에서, 상기 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)는 가스 보관용기(5,6,7) 내에서 증발온도 이상을 유지하면서, 액체상태로 보관되어 있다가 가스 공급 개폐밸브(11,12,13)가 열리면 가스 공급 가이드 라인(8,9,10)을 따라, 공정챔버(C) 측으로 공급되는 절차를 겪게 된다.
그러나, 이처럼, 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)가 가스 공급 가이드 라인(8,9,10)을 따라, 공정챔버(C) 측으로 공급되는 상황 하에서, 공정챔버(C) 측에서는 공정에 필요한 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등) 이외에도, 가스 보관용기(5,6,7) 및 가스 공급 개폐밸브(11,12,13) 사이의 가스 공급 가이드 라인(8a,9a,10a)에 누적되어 있던 증기까지 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)와 함께 밀려들어오는 불필요한 상황에 직면할 수밖에 없게 된다.
물론, 이처럼, 공정에 필요한 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등) 이외에도, 가스 보관용기(5,6,7) 및 가스 공급 개폐밸브(11,12,13) 사이의 가스 공급 가이드 라인(8a,9a,10a)에 누적되어 있던 증기까지 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)와 함께 밀려들어오게 되는 경우, 공정챔버(C) 측에서는 내부의 압력이 기 설정되어 있던 공정압력 이상으로 급속히 증가하였다가 포화되는 비정상적인 상황에 놓일 수밖에 없게 된다.
당연하게도, 상기 누적 증기의 영향으로 인해, 공정챔버(C) 측 내부 압력이 기 설정되어 있던 공정압력 이상으로 급속히 증가하였다가 포화되는 비정상적인 상황을 나타내게 되고, 그에 따라, 공정챔버(C) 내부의 압력이 안정화되지 않은 상태에서 다음 단계의 가스가 공정챔버(C)에 공급 되게 될 경우, 공정챔버(C)내부에 공급된 가스(소스가스 A, 소스가스 B)가 기판(W) 표면에서 자기제한적 반응(Self-limiting reaction)이 아닌 기판(W) 표면 이외에서 일어나는 반응으로 1개 원자층 이상이 증착되거나, 공정챔버(C) 내부에 파티클(particle)을 발생시키게 되고, 그 결과, 기판(W)에 형성되는 원자층 측에서는 초기의 증착속도와 나중의 증착속도에 큰 차이를 보일 수밖에 없게 되며, 결국, 별다른 조치가 취해지지 않는 한, 제품 생산주체 측에서는 기판(W)에 형성되는 원자층의 균일도가 크게 저하되는 심각한 피해를 고스란히 감수할 수밖에 없게 된다.
한편, 상술한 바와 같이, 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)와 함께 가스 보관용기(5,6,7) 및 가스 공급 개폐밸브(11,12,13) 사이의 가스 공급 가이드 라인(8a,9a,10a)에 누적되어 있던 증기까지 공정챔버(C) 측으로 밀려들어오게 되고, 이에 따라, 공정챔버(C) 내부의 압력이 기 설정되어 있던 공정압력 이상으로 급속히 증가하게 되는 경우, 스로틀 밸브(3) 측에서는 그 즉시 비상 가동되어, 열림 상태를 이룸으로써, 공정챔버(C) 내부의 압력을 공정압력으로 안정화시키는 절차를 진행하게 된다.
물론, 이처럼, 스로틀 밸브(3)가 비상 가동되는 상황 하에서, 밸브 컨트롤러 측에서는 불가피하게 스로틀 밸브(3)가 정상 포지션으로 변환될 때까지, 가스 공급 개폐밸브(11,12,13)를 제어하여, 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)를 공정챔버(C) 내부로 롱-타임(Long-time)(예컨대, 20초, 30초 등) 공급할 수밖에 없게 된다.
만약, 밸브 컨트롤러 측에서, 가스 공급 개폐밸브(11,12,13)를 제어하여, 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)를 공정챔버(C) 내부로 숏-타임(Short-time)(예컨대, 0.1초 이하) 공급할 수 있게 된다면, 제품 생산주체 측에서는 별다른 어려움 없이, 소스가스 A, 소스가스 B 등의 자기제한적 반응(Self-limiting reaction)을 유연하게 촉진시킬 수 있게 되거나, 퍼지가스 P의 기판(W) 표면에 대한 물리적 흡착 제거확률 증대를 유연하게 촉진시킬 수 있게 됨으로써, 적은 양의 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등) 만으로도, 빠른 시간 안에, 고 품질의 균일한 원자층을 손쉽게 확보할 수 있게 될 것이다.
그러나, 상황이 이러함에도 불구하고, 상술한 바와 같이, 종래의 밸브 컨트롤러 측에서는 누적 증기의 악 영향으로 인한 스로틀 밸브(3)의 비상 가동을 정상화시키기 위하여, 가스의 롱-타임(Long-time)(예컨대, 20초, 30초 등) 공급 패턴을 불가피하게 유지할 수밖에 없게 되며, 결국, 제품 생산주체 측에서는 가스의 숏-타임(Short-time)(예컨대, 0.1초 이하) 공급 패턴에 따른 각종 이점(예컨대, 적은 양의 가스만으로도, 빠른 시간 안에, 고 품질의 균일한 원자층을 손쉽게 확보할 수 있게 되는 이점)을 전혀 향유할 수 없게 된다.
요컨대, 종래의 체제 하에서, 누적 증기의 공정챔버(C)로의 유입문제가 순조롭게 해결되지 아니하는 한, 제품 생산주체 측에서는 그에 기인한 각종 문제점(예컨대, 원자층의 균일도가 크게 저하되는 문제점, 가스의 숏-타임 공급에 따른 이점을 향유할 수 없게 되는 문제점 등)을 고스란히 감수할 수밖에 없게 되는 것이다.
대한민국공개특허 제10-2016-105497호(명칭: 공간적인 원자 층 증착 또는 펄스형 화학 기상 증착을 사용하는 필름 증착)(2016.9.6.자 공개) 대한민국공개특허 제10-2006-13282호(명칭: 공정 가스 배기 방법 및 이를 이용한 원자층 적층 방법 및 원자층 적층 장치)(2006.2.9.자 공개) 대한민국공개특허 제10-2017-21210호(명칭: 대체적 ALD 반응기들 내에서 에지 균일도 조정을 위한 조성 매칭된 커튼 가스 혼합물들)(2017.2.27.자 공개) 대한민국등록특허 제10-795487호(명칭: 층류유동제어장치 및 이를 구비한 화학기상증착반응기)(2008.1.16.자 공고) 대한민국등록특허 제10-1536257호(명칭: 수평 흐름 증착 장치 및 이를 이용한 증착 방법)(2015.7.13.자 공고) 미국등록특허 제5711811호(명칭: 박막 성장용 장치 및 방법)(1998.1.27.자 등록)
따라서, 본 발명의 목적은 <원자층 증착 대상 기판의 표면에서 공급 가스가 층류(laminar flow) 또는 크누센 플로우(knudsen flow)로 기판 표면을 통과하도록 공급 가스의 이동 통로의 높이를 설정하도록 된 공정챔버>, <각 가스 공급 개폐밸브의 전단을 시발점으로 하여, 복수의 가스 공급 가이드 라인으로부터 분기되면서, 스로틀 밸브의 전단에 상응하는 챔버가스 배기통로에 연결됨으로써, 가스 보관용기 및 각 가스 공급 개폐밸브 사이에 누적된 증기를 스로틀 밸브의 전단으로 배출할 수 있는 복수의 증기 배출 가이드 라인>, <복수의 증기 배출 가이드 라인의 경로 상에 각기 배치되면서, 밸브 컨트롤러의 제어에 따라 열리거나 닫혀, 증기 배출 가이드 라인 각각을 개방 또는 폐쇄시킴으로써, 누적되어 있던 증기가 스로틀 밸브의 전단으로 배출 또는 배출중지 될 수 있도록 하는 복수의 증기 배출 개폐밸브> 등을 추가로 배치하고, 이를 통해, 누적 증기(즉, 가스 보관용기 및 각 가스 공급 개폐밸브 사이에 누적되어 있던 증기) 측에서, 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)의 공정챔버로의 공급 이전 시점에서, 증기 배출 가이드 라인을 따라, 스로틀 밸브의 전단으로 유연하게 배출 처리될 수 있도록 유도하여, 공정챔버로 숏-타임(0.1sec 이하) 시간동안 교번되어 공급되는 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P등)들의 압력을 일정하게 유지시켜, 공정 챔버 내부에서 공급가스들이 섞이지 않도록 함으로써, 결국, 제품 생산주체 측에서, 누적 증기의 공정챔버로의 무단 유입문제를 탄력적으로 회피하면서, 원자층의 균일도가 향상되는 이점, 가스의 숏-타임 공급에 따른 이점 등을 효과적으로 향유할 수 있도록 가이드 하는데 있다.
본 발명의 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부된 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 원자층 증착 대상 기판이 배치되며, 상기 원자층 증착 대상 기판의 표면에서 공급 가스가 층류(laminar flow) 또는 크누센 플로우(knudsen flow)로 기판 표면을 통과하도록 공급 가스의 이동 통로의 높이를 0.1mm~20mm로 설정하도록 된 공정챔버; 상기 공정챔버로부터 인출된 챔버가스 배기통로와 연결되면서, 상기 공정챔버 내부의 압력상황에 따라 열리거나 닫혀, 상기 공정챔버의 내부압력이 기 설정된 공정압력을 유지할 수 있도록 하는 스로틀 밸브(Throttle valve)와; 종류가 다른 가스를 각기 보관하는 복수의 가스 보관용기와; 상기 복수의 가스 보관용기 각각으로부터 인출되어 상기 공정챔버와 연결되면서, 상기 복수의 가스 보관용기에 보관되어 있던 각각의 가스가 상기 공정챔버로 각기 공급될 수 있도록 가이드 하는 복수의 가스 공급 가이드 라인과; 상기 복수의 가스 공급 가이드 라인의 경로 상에 각기 배치되면서, 밸브 컨트롤러의 제어에 따라 열리거나 닫혀, 상기 가스 공급 가이드 라인 각각을 개방 또는 폐쇄시킴으로써, 상기 가스가 상기 공정챔버 측으로 공급 또는 공급중지 될 수 있도록 하는 복수의 가스 공급 개폐밸브와; 각 가스 공급 개폐밸브의 전단을 시발점으로 하여, 상기 복수의 가스 공급 가이드 라인으로부터 분기되면서, 상기 스로틀 밸브의 전단에 상응하는 챔버가스 배기통로에 연결됨으로써, 상기 복수의 가스 보관용기 및 각 가스 공급 개폐밸브 사이에 누적된 증기를 상기 스로틀 밸브의 전단으로 배출하는 복수의 증기 배출 가이드 라인과; 상기 복수의 증기 배출 가이드 라인의 경로 상에 각기 배치되면서, 밸브 컨트롤러의 제어에 따라 열리거나 닫혀, 상기 증기 배출 가이드 라인 각각을 개방 또는 폐쇄시킴으로써, 상기 증기가 상기 스로틀 밸브의 전단으로 배출 또는 배출중지 될 수 있도록 하는 복수의 증기 배출 개폐밸브를 포함하며, 상기 가스 보관용기 및 각 가스 공급 개폐밸브 사이의 가스 공급 가이드 라인에 누적되어 있던 누적 증기 측에서는, 상기 복수의 증기 배출 가이드 라인 및 복수의 증기 배출 개폐밸브의 연계 동작에 맞추어, 상기 가스의 공정챔버로의 공급 이전 시점에서, 상기 증기 배출 가이드 라인을 따라, 상기 스로틀 밸브의 전단으로 배출 처리되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 시스템을 개시한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에서는 원자층 증착 대상 기판이 배치되며, 상기 원자층 증착 대상 기판의 표면에서 공급 가스가 층류(laminar flow) 또는 크누센 플로우(knudsen flow)로 기판 표면을 통과하도록 공급 가스의 이동 통로의 높이를 0.1mm~20mm로 설정하도록 된 복수의 공정챔버와; 각 공정챔버로부터 인출된 각 챔버가스 배기통로와 연결되면서, 상기 공정챔버 내부의 압력상황에 따라 열리거나 닫혀, 각 공정챔버의 내부압력이 기 설정된 공정압력을 유지할 수 있도록 하는 복수의 스로틀 밸브(Throttle valve)와; 종류가 다른 가스를 각기 보관하는 복수의 가스 보관용기와; 상기 복수의 가스 보관용기 각각으로부터 인출되어 각 공정챔버와 연결되면서, 상기 복수의 가스 보관용기에 보관되어 있던 각각의 가스가 각 공정챔버로 각기 공급될 수 있도록 가이드 하는 복수의 가스 공급 가이드 라인과; 상기 복수의 가스 공급 가이드 라인으로부터 분기되어, 각 가스 공급 가이드 라인이 연결되지 않은 다른 공정챔버와 연결되면서, 상기 각각의 가스가 상기 다른 공정챔버로 각기 공급될 수 있도록 가이드 하는 복수의 분기형 가스 공급 가이드 라인과; 상기 복수의 가스 공급 가이드 라인 또는 분기형 가스 공급 가이드 라인의 경로 상에 각기 배치되면서, 밸브 컨트롤러의 제어에 따라 열리거나 닫혀, 상기 가스 공급 가이드 라인 또는 분기형 가스 공급 가이드 라인 각각을 개방 또는 폐쇄시킴으로써, 상기 가스가 각 공정챔버 측으로 공급 또는 공급중지 될 수 있도록 하는 복수의 가스 공급 개폐밸브와; 각 가스 공급 개폐밸브의 전단을 시발점으로 하여, 상기 복수의 가스 공급 가이드 라인 또는 분기형 가스 공급 가이드 라인으로부터 분기되면서, 상기 스로틀 밸브의 전단에 상응하는 챔버가스 배기통로에 연결됨으로써, 상기 복수의 가스 보관용기 및 각 가스 공급 개폐밸브 사이에 누적된 증기를 상기 스로틀 밸브의 전단으로 배출하는 복수의 증기 배출 가이드 라인과; 상기 복수의 증기 배출 가이드 라인의 경로 상에 각기 배치되면서, 밸브 컨트롤러의 제어에 따라 열리거나 닫혀, 상기 증기 배출 가이드 라인 각각을 개방 또는 폐쇄시킴으로써, 상기 증기가 상기 스로틀 밸브의 전단으로 배출 또는 배출중지 될 수 있도록 하는 복수의 증기 배출 개폐밸브를 포함하며, 상기 가스 보관용기 및 각 가스 공급 개폐밸브 사이의 가스 공급 가이드 라인에 누적되어 있던 누적 증기 측에서는, 상기 복수의 증기 배출 가이드 라인 및 복수의 증기 배출 개폐밸브의 연계 동작에 맞추어, 상기 가스의 공정챔버로의 공급 이전 시점에서, 상기 증기 배출 가이드 라인을 따라, 상기 스로틀 밸브의 전단으로 배출 처리되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 시스템을 개시한다.
나아가, 본 발명의 또 다른 측면에서는 원자층 증착 대상 기판이 배치되며, 상기 원자층 증착 대상 기판의 표면에서 공급 가스가 층류(laminar flow) 또는 크누센 플로우(knudsen flow)로 기판 표면을 통과하도록 공급 가스의 이동 통로의 높이를 0.1mm~20mm로 설정하도록 된 복수의 공정챔버와; 종류가 다른 가스를 각기 보관하는 복수의 가스 보관용기와; 상기 복수의 가스 보관용기 각각으로부터 인출되어 각 공정챔버와 연결되면서, 상기 복수의 가스 보관용기에 보관되어 있던 각각의 가스가 각 공정챔버로 각기 공급될 수 있도록 가이드 하는 복수의 가스 공급 가이드 라인과; 상기 복수의 가스 공급 가이드 라인으로부터 분기되어, 각 가스 공급 가이드 라인이 연결되지 않은 다른 공정챔버와 연결되면서, 상기 각각의 가스가 상기 다른 공정챔버로 각기 공급될 수 있도록 가이드 하는 복수의 분기형 가스 공급 가이드 라인과; 상기 복수의 가스 공급 가이드 라인 또는 분기형 가스 공급 가이드 라인의 경로 상에 각기 배치되면서, 밸브 컨트롤러의 제어에 따라 열리거나 닫혀, 상기 가스 공급 가이드 라인 또는 분기형 가스 공급 가이드 라인 각각을 개방 또는 폐쇄시킴으로써, 상기 가스가 각 공정챔버 측으로 공급 또는 공급중지 될 수 있도록 하는 복수의 가스 공급 개폐밸브와; 각 가스 공급 개폐밸브의 전단을 시발점으로 하여, 상기 복수의 가스 공급 가이드 라인 또는 분기형 가스 공급 가이드 라인으로부터 분기되면서, 상기 복수의 가스 공급 가이드 라인 또는 분기형 가스 공급 가이드 라인이 연결되지 않은 다른 공정챔버와 연결됨으로써, 상기 복수의 가스 보관용기 및 각 가스 공급 개폐밸브 사이에 누적된 증기를 상기 가스 공급 가이드 라인 또는 분기형 가스 공급 가이드 라인이 연결되지 않은 다른 공정챔버로 배출하는 복수의 증기 배출 가이드 라인과; 상기 복수의 증기 배출 가이드 라인의 경로 상에 각기 배치되면서, 밸브 컨트롤러의 제어에 따라 열리거나 닫혀, 상기 증기 배출 가이드 라인 각각을 개방 또는 폐쇄시킴으로써, 상기 증기가 상기 가스 공급 가이드 라인 또는 분기형 가스 공급 가이드 라인이 연결되지 않은 다른 공정챔버로 배출 또는 배출중지 될 수 있도록 하는 복수의 증기 배출 개폐밸브를 포함하며, 상기 가스 보관용기 및 각 가스 공급 개폐밸브 사이의 가스 공급 가이드 라인에 누적되어 있던 누적 증기 측에서는, 상기 복수의 증기 배출 가이드 라인 및 복수의 증기 배출 개폐밸브의 연계 동작에 맞추어, 상기 가스의 공정챔버로의 공급 이전 시점에서, 상기 증기 배출 가이드 라인을 따라, 상기 가스 공급 가이드 라인 또는 분기형 가스 공급 가이드 라인이 연결되지 않은 다른 공정챔버로 배출 처리되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 시스템을 개시한다.
본 발명에서는 <원자층 증착 대상 기판의 표면에서 공급 가스가 층류(laminar flow) 또는 크누센 플로우(knudsen flow)로 기판 표면을 통과하도록 공급 가스의 이동 통로의 높이를 설정하도록 된 공정챔버>, <각 가스 공급 개폐밸브의 전단을 시발점으로 하여, 복수의 가스 공급 가이드 라인으로부터 분기되면서, 스로틀 밸브의 전단에 상응하는 챔버가스 배기통로에 연결됨으로써, 가스 보관용기 및 각 가스 공급 개폐밸브 사이에 누적된 증기를 스로틀 밸브의 전단으로 배출할 수 있는 복수의 증기 배출 가이드 라인>, <복수의 증기 배출 가이드 라인의 경로 상에 각기 배치되면서, 밸브 컨트롤러의 제어에 따라 열리거나 닫혀, 증기 배출 가이드 라인 각각을 개방 또는 폐쇄시킴으로써, 누적되어 있던 증기가 스로틀 밸브의 전단으로 배출 또는 배출중지 될 수 있도록 하는 복수의 증기 배출 개폐밸브> 등을 추가로 배치하기 때문에, 본 발명의 구현환경 하에서, 누적 증기(즉, 가스 보관용기 및 각 가스 공급 개폐밸브 사이에 누적되어 있던 증기) 측에서는, 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)의 공정챔버로의 공급 이전 시점에서, 증기 배출 가이드 라인을 따라, 스로틀 밸브의 전단으로 유연하게 배출 처리되고, 그에 따라, 공정챔버로 숏-타임(0.1sec 이하) 시간동안 교번되어 공급되는 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P등)들의 압력은 일정하게 유지되고, 그 결과, 공정 챔버 내부에서 공급가스들은 섞이지 않게 됨으로써, 결국, 제품 생산주체 측에서는, 누적 증기의 공정챔버로의 무단 유입문제를 탄력적으로 회피하면서, 원자층의 균일도가 향상되는 이점, 가스의 숏-타임 공급에 따른 이점 등을 효과적으로 향유할 수 있게 된다.
도 1은 종래의 기술에 따른 원자층 증착 시스템을 개념적으로 도시한 예시도.
도 2는 본 발명의 일 실시에 따른 원자층 증착 시스템을 개념적으로 도시한 예시도.
도 3은 본 발명의 다른 실시에 따른 원자층 증착 시스템을 개념적으로 도시한 예시도.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시에 따른 원자층 증착 시스템을 개념적으로 도시한 예시도.
도 5는 본 발명의 각 실시에 따른 공정챔버의 구성을 개념적으로 도시한 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 원자층 증착 시스템을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시에 따른 원자층 증착 시스템(100)은 원자층 증착 대상 기판(W)이 배치되면서, 원자층 증착 대상 기판(W)의 표면에서 공급 가스가 층류(laminar flow) 또는 크누센 플로우(knudsen flow)로 기판 표면을 통과하도록 공급 가스의 이동 통로의 높이를 0.1mm~20mm로 설정하도록 된 공정챔버(C)와, 상기 공정챔버(C)로부터 인출된 챔버가스 배기통로(102)와 연결되면서, 상기 공정챔버(C) 내부의 압력상황에 따라 열리거나 닫혀, 상기 공정챔버(C)의 내부압력이 기 설정된 공정압력을 유지할 수 있도록 하는 스로틀 밸브(103)(Throttle valve)와, 공정상황에 따라, 공정챔버(C), 챔버가스 배기통로(102) 등에 존재하는 가스를 펌핑하는 진공펌프(104)와, 종류가 다른 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)를 각기 보관하는 복수의 가스 보관용기(105,106,107)와, 상기 복수의 가스 보관용기(105,106,107) 각각으로부터 인출되어 상기 공정챔버(C)와 연결되면서, 상기 복수의 가스 보관용기(105,106,107)에 보관되어 있던 각각의 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)가 상기 공정챔버(C)로 각기 공급될 수 있도록 가이드 하는 복수의 가스 공급 가이드 라인(108,109,110)과, 상기 복수의 가스 공급 가이드 라인(108,109,110)의 경로 상에 각기 배치되면서, 밸브 컨트롤러(도시 안됨)의 제어에 따라 열리거나 닫혀, 상기 가스 공급 가이드 라인(108,109,110) 각각을 개방 또는 폐쇄시킴으로써, 상기 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)가 상기 공정챔버(C) 측으로 공급 또는 공급중지 될 수 있도록 하는 복수의 가스 공급 개폐밸브(111,112,113)와, 각 가스 공급 개폐밸브(111,112,113)의 전단을 시발점으로 하여, 상기 복수의 가스 공급 가이드 라인(108,109,110)으로부터 분기되면서, 상기 스로틀 밸브(103)의 전단에 상응하는 챔버가스 배기통로(102)에 연결됨으로써, 상기 복수의 가스 보관용기(105,106,107) 및 각 가스 공급 개폐밸브(111,112,113) 사이에 누적된 증기를 상기 스로틀 밸브(103)의 전단으로 배출하는 복수의 증기 배출 가이드 라인(108b,109b,110b)과, 상기 복수의 증기 배출 가이드 라인(108b,109b,110b)의 경로 상에 각기 배치되면서, 밸브 컨트롤러의 제어에 따라 열리거나 닫혀, 상기 증기 배출 가이드 라인(108b,109b,110b) 각각을 개방 또는 폐쇄시킴으로써, 상기 증기가 상기 스로틀 밸브(103)의 전단으로 배출 또는 배출중지 될 수 있도록 하는 복수의 증기 배출 개폐밸브(1a,112a,113a)가 체계적으로 조합된 구성을 취하게 된다.
이러한 본 발명의 체제 하에서, 상기 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)는 가스 보관용기(105,106,107) 내에서 증발온도 이상을 유지하면서, 액체상태로 보관되어 있다가 가스 공급 개폐밸브(111,112,113)가 열리면 가스 공급 가이드 라인(108,109,110)을 따라, 공정챔버(C) 측으로 공급되는 절차를 겪게 된다.
물론, 이러한 본 발명의 체제 하에서도, 별다른 조치가 취해지지 않을 경우, 공정챔버(C) 측에서는 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)가 가스 공급 가이드 라인(108,109,110)을 따라, 공정챔버(C) 측으로 공급되는 상황 하에서, 공정에 필요한 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등) 이외에도, 가스 보관용기(105,106,107) 및 가스 공급 개폐밸브(111,112,113) 사이의 가스 공급 가이드 라인(108a,109a,110a)에 누적되어 있던 증기까지 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)와 함께 밀려들어오는 불필요한 상황에 직면할 수밖에 없게 된다.
이처럼, 공정에 필요한 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등) 이외에도, 가스 보관용기(105,106,107) 및 가스 공급 개폐밸브(111,112,113) 사이의 가스 공급 가이드 라인(108a,109a,110a)에 누적되어 있던 증기까지 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)와 함께 밀려들어오게 되는 경우, 공정챔버(C) 측에서는 내부의 압력이 기 설정되어 있던 공정압력 이상으로 급속히 증가하였다가 포화되는 비정상적인 상황에 놓일 수밖에 없게 된다.
당연하게도, 상기 누적 증기의 영향으로 인해, 공정챔버(C) 측 내부 압력이 기 설정되어 있던 공정압력 이상으로 급속히 증가하였다가 포화되는 비정상적인 상황을 나타내게 되고, 그에 따라, 공정챔버(C) 내부의 압력이 안정화되지 않은 상태에서 다음 단계의 가스가 공정챔버(C)에 공급 되게 될 경우, 공정챔버(C)내부에 공급된 가스(소스가스 A, 소스가스 B)가 기판(W) 표면에서 자기제한적 반응(Self-limiting reaction)이 아닌 기판(W) 표면 이외에서 일어나는 반응으로 1개 원자층 이상이 증착되거나, 공정챔버(C) 내부에 파티클(particle)을 발생시키게 되고, 그 결과, 기판(W)에 형성되는 원자층 측에서는 초기의 증착속도와 나중의 증착속도에 큰 차이를 보일 수밖에 없게 되며, 결국, 별다른 조치가 취해지지 않는 한, 제품 생산주체 측에서는 기판(W)에 형성되는 원자층의 균일도가 크게 저하되는 심각한 피해를 고스란히 감수할 수밖에 없게 된다.
이러한 민감한 상황 하에서, 상술한 바와 같이, 본 발명에서는 <각 가스 공급 개폐밸브(111,112,113)의 전단을 시발점으로 하여, 상기 복수의 가스 공급 가이드 라인(108,109,110)으로부터 분기되면서, 상기 스로틀 밸브(103)의 전단에 상응하는 챔버가스 배기통로(102)에 연결됨으로써, 상기 복수의 가스 보관용기(105,106,107) 및 각 가스 공급 개폐밸브(111,112,113) 사이에 누적된 증기를 상기 스로틀 밸브(103)의 전단으로 배출하는 복수의 증기 배출 가이드 라인(108b,109b,110b)>, <복수의 증기 배출 가이드 라인(108b,109b,110b)의 경로 상에 각기 배치되면서, 밸브 컨트롤러의 제어에 따라 열리거나 닫혀, 상기 증기 배출 가이드 라인(108b,109b,110b) 각각을 개방 또는 폐쇄시킴으로써, 상기 증기가 상기 스로틀 밸브(103)의 전단으로 배출 또는 배출중지 될 수 있도록 하는 복수의 증기 배출 개폐밸브(1a,112a,113a)> 등을 추가 설치하는 조치를 강구하게 된다.
물론, 이처럼, 복수의 증기 배출 가이드 라인(108b,109b,110b), 복수의 증기 배출 개폐밸브(1a,112a,113a) 등이 구비된 상황 하에서, 가스 보관용기(105,106,107) 및 각 가스 공급 개폐밸브(111,112,113) 사이의 가스 공급 가이드 라인(108a,109a,110a)에 누적되어 있던 누적 증기 측에서는, 복수의 증기 배출 가이드 라인(108b,109b,110b), 복수의 증기 배출 개폐밸브(1a,112a,113a) 등의 연계 동작에 맞추어, 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)의 공정챔버(C)로의 공급 이전 시점에서, 증기 배출 가이드 라인(108b,109b,110b)을 따라, 스로틀 밸브(103)의 전단으로 유연하게 배출 처리되는 절차를 겪게 된다.
당연하게도, 가스 보관용기(105,106,107) 및 각 가스 공급 개폐밸브(111,112,113) 사이의 가스 공급 가이드 라인(108a,109a,110a)에 누적되어 있던 누적 증기 측에서, 복수의 증기 배출 가이드 라인(108b,109b,110b), 복수의 증기 배출 개폐밸브(1a,112a,113a) 등의 연계 동작에 맞추어, 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)의 공정챔버(C)로의 공급 이전 시점에서, 증기 배출 가이드 라인(108b,109b,110b)을 따라, 스로틀 밸브(103)의 전단으로 유연하게 배출 처리되는 경우, 공정챔버(C) 측에서는 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)가 가스 공급 가이드 라인(108,109,110)을 따라, 공정챔버(C) 측으로 공급되는 상황 하에서, <공정에 필요한 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등) 이외에도, 가스 보관용기(105,106,107) 및 가스 공급 개폐밸브(111,112,113) 사이의 가스 공급 가이드 라인(108a,109a,110a)에 누적되어 있던 증기까지 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)와 함께 밀려들어오는 불필요한 상황>을 유연하게 회피할 수 있게 되며, 결국, 공정챔버(C) 측 내부 압력은 기 설정되어 있던 공정압력을 정상적으로 유지할 수 있게 됨으로써, 기판(W)에 형성되는 원자층 측에서는 초기의 증착속도와 나중의 증착속도에 큰 차이를 보이지 않게 된다.
결국, 이처럼, 기판(W)에 형성되는 원자층 측에서, 초기의 증착속도와 나중의 증착속도에 큰 차이를 보이지 않게 되는 상황 하에서, 제품 생산주체 측에서는 기판(W)에 형성되는 원자층의 균일도를 대폭 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 상술한 바와 같이, 가스 보관용기(105,106,107) 및 각 가스 공급 개폐밸브(111,112,113) 사이의 가스 공급 가이드 라인(108a,109a,110a)에 누적되어 있던 누적 증기 측에서, 복수의 증기 배출 가이드 라인(108b,109b,110b), 복수의 증기 배출 개폐밸브(1a,112a,113a) 등의 연계 동작에 맞추어, 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)의 공정챔버(C)로의 공급 이전 시점에서, 증기 배출 가이드 라인(108b,109b,110b)을 따라, 스로틀 밸브(103)의 전단으로 유연하게 배출 처리되고, 이에 따라, 공정챔버(C) 내부의 압력이 기 설정되어 있던 공정압력을 일정하게 유지할 수 있게 되는 경우, 스로틀 밸브(103) 측에서는 별다른 비상 가동 없이, 자신의 정상 포지션을 일정하게 유지할 수 있게 된다.
물론, 이처럼, 스로틀 밸브(103)가 별다른 비상 가동 없이, 자신의 정상 포지션을 일정하게 유지할 수 있게 되는 경우, 밸브 컨트롤러 측에서는, 별다른 문제점 없이, 가스 공급 개폐밸브(111,112,113)를 제어하여, 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)를 공정챔버(C) 내부로 숏-타임(Short-time)(예컨대, 0.1초 이하) 공급할 수 있게 된다.
이 경우, 본 발명의 밸브 컨트롤러 측에서는 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)가 상기 공정챔버(C) 측으로 공급되는 국면에서, 상기 가스 공급 개폐밸브(111,112,113)를 제어하여, 상기 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)의 공급시간을 5msec~1sec로 설정하게 된다.
물론, 이처럼, 밸브 컨트롤러 측에서, 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)가 상기 공정챔버(C) 측으로 공급되는 국면에서, 상기 가스 공급 개폐밸브(111,112,113)를 제어하여, 상기 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)의 공급시간을 숏-타임(Short-time)(예컨대, 5msec~1sec)으로 설정할 수 있게 되는 경우, 제품 생산주체 측에서는 별다른 어려움 없이, 소스가스 A, 소스가스 B 등의 자기제한적 반응(Self-limiting reaction)을 유연하게 촉진시킬 수 있게 되거나, 퍼지가스 P의 기판(W) 표면에 대한 물리적 흡착 제거확률 증대를 유연하게 촉진시킬 수 있게 됨으로써, 적은 양의 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등) 만으로도, 빠른 시간 안에, 고 품질의 균일한 원자층을 손쉽게 확보할 수 있게 된다.
요컨대, 본 발명의 체제 하에서, 제품 생산주체 측에서는 누적 증기의 공정챔버(C)로의 무단 유입문제를 순조롭게 해결할 수 있게 됨으로써, 그에 기인한 각종 문제점(예컨대, 원자층의 균일도가 크게 저하되는 문제점, 가스의 숏-타임 공급에 따른 이점을 향유할 수 없게 되는 문제점 등)을 좀더 효과적으로 회피할 수 있게 되는 것이다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시에 따른 원자층 증착 시스템(200)은 원자층 증착 대상 기판(W)이 구비되면서, 원자층 증착 대상 기판(W)의 표면에서 공급 가스가 층류(laminar flow) 또는 크누센 플로우(knudsen flow)로 기판 표면을 통과하도록 공급 가스의 이동 통로의 높이를 0.1mm~20mm로 설정하도록 된 복수의 공정챔버(C1,C2)와, 각 공정챔버(C1,C2)로부터 인출된 각 챔버가스 배기통로(202)와 연결되면서, 상기 공정챔버(C1,C2) 내부의 압력상황에 따라 열리거나 닫혀, 각 공정챔버(C1,C2)의 내부압력이 기 설정된 공정압력을 유지할 수 있도록 하는 복수의 스로틀 밸브(204)(Throttle valve)와, 공정상황에 따라, 공정챔버(C1,C2), 챔버가스 배기통로(202) 등에 존재하는 가스를 펌핑하는 진공펌프(204)와, 종류가 다른 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)를 각기 보관하는 복수의 가스 보관용기(205,206,207)와, 상기 복수의 가스 보관용기(205,206,207) 각각으로부터 인출되어 어느 하나의 공정챔버(C1)와 연결되면서, 상기 복수의 가스 보관용기(205,206,207)에 보관되어 있던 각각의 가스가 공정챔버(C1)로 각기 공급될 수 있도록 가이드 하는 복수의 가스 공급 가이드 라인(208,209,210)과, 상기 복수의 가스 공급 가이드 라인(208,209,210)으로부터 분기되어, 각 가스 공급 가이드 라인(208,209,210)이 연결되지 않은 다른 공정챔버(C2)와 연결되면서, 상기 각각의 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)가 상기 다른 공정챔버(C2)로 각기 공급될 수 있도록 가이드 하는 복수의 분기형 가스 공급 가이드 라인(208b,209b,210b)과, 복수의 가스 공급 가이드 라인(208,209,210) 또는 분기형 가스 공급 가이드 라인(208b,209b,210b)의 경로 상에 각기 배치되면서, 밸브 컨트롤러의 제어에 따라 열리거나 닫혀, 상기 가스 공급 가이드 라인(208,209,210) 또는 분기형 가스 공급 가이드 라인(208b,209b,210b) 각각을 개방 또는 폐쇄시킴으로써, 상기 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)가 각 공정챔버(C1,C2) 측으로 공급 또는 공급중지 될 수 있도록 하는 복수의 가스 공급 개폐밸브(211,212,213,211a,212a,213a)와, 각 가스 공급 개폐밸브(211,212,213,211a,212a,213a)의 전단을 시발점으로 하여, 상기 복수의 가스 공급 가이드 라인(208,209,210) 또는 분기형 가스 공급 가이드 라인(208b,209b,210b)으로부터 분기되면서, 상기 스로틀 밸브(203)의 전단에 상응하는 챔버가스 배기통로(202)에 연결됨으로써, 상기 복수의 가스 보관용기(205,206,207) 및 각 가스 공급 개폐밸브(211,212,213,211a,212a,213a) 사이에 누적된 증기를 상기 스로틀 밸브(203)의 전단으로 배출하는 복수의 증기 배출 가이드 라인(208c,209c,210c)과, 복수의 증기 배출 가이드 라인(208c,209c,210c)의 경로 상에 각기 배치되면서, 밸브 컨트롤러의 제어에 따라 열리거나 닫혀, 상기 증기 배출 가이드 라인(208c,209c,210c) 각각을 개방 또는 폐쇄시킴으로써, 상기 증기가 상기 스로틀 밸브(203)의 전단으로 배출 또는 배출중지 될 수 있도록 하는 복수의 증기 배출 개폐밸브(211b,212b,213b)가 체계적으로 조합된 구성을 취하게 된다.
참고로, 도 3에서는 편의 상, 공정챔버(C1)와 연결된 챔버가스 배기통로, 스로틀 밸브, 진공 펌프 등은 그 도시가 생략되어 있다.
이처럼, 본 발명의 다른 실시에서도, 누적 가스에 대한 대응 방안으로써, <각 가스 공급 개폐밸브(211,212,213,211a,212a,213a)의 전단을 시발점으로 하여, 상기 복수의 가스 공급 가이드 라인(208,209,210) 또는 분기형 가스 공급 가이드 라인(208b,209b,210b)으로부터 분기되면서, 상기 스로틀 밸브(203)의 전단에 상응하는 챔버가스 배기통로(202)에 연결됨으로써, 상기 복수의 가스 보관용기(205,206,207) 및 각 가스 공급 개폐밸브(211,212,213,211a,212a,213a) 사이에 누적된 증기를 상기 스로틀 밸브(203)의 전단으로 배출하는 복수의 증기 배출 가이드 라인(208c,209c,210c)>, <복수의 증기 배출 가이드 라인(208c,209c,210c)의 경로 상에 각기 배치되면서, 밸브 컨트롤러의 제어에 따라 열리거나 닫혀, 상기 증기 배출 가이드 라인(208c,209c,210c) 각각을 개방 또는 폐쇄시킴으로써, 상기 증기가 상기 스로틀 밸브(203)의 전단으로 배출 또는 배출중지 될 수 있도록 하는 복수의 증기 배출 개폐밸브(211b,212b,213b)> 등을 추가 설치하는 조치를 강구하게 된다.
물론, 이처럼, 복수의 증기 배출 가이드 라인(208c,209c,210c), 복수의 증기 배출 개폐밸브(211b,212b,213b) 등이 구비된 상황 하에서도, 가스 보관용기(205,206,207) 및 각 가스 공급 개폐밸브(211,212,213,211a,212a,213a) 사이의 가스 공급 가이드 라인(208a,209a,210a)에 누적되어 있던 누적 증기 측에서는, 복수의 증기 배출 가이드 라인(208c,209c,210c), 복수의 증기 배출 개폐밸브(211b,212b,213b) 등의 연계 동작에 맞추어, 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)의 공정챔버(C1,C2)로의 공급 이전 시점에서, 복수의 증기 배출 가이드 라인(208c,209c,210c)을 따라, 스로틀 밸브(203)의 전단으로 유연하게 배출 처리되는 절차를 겪게 된다.
당연하게도, 가스 보관용기(205,206,207) 및 각 가스 공급 개폐밸브(211,212,213,211a,212a,213a) 사이의 가스 공급 가이드 라인(208a,209a,210a)에 누적되어 있던 누적 증기 측에서, 복수의 증기 배출 가이드 라인(208c,209c,210c), 복수의 증기 배출 개폐밸브(211b,212b,213b) 등의 연계 동작에 맞추어, 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)의 공정챔버(C1,C2)로의 공급 이전 시점에서, 복수의 증기 배출 가이드 라인(208c,209c,210c)을 따라, 스로틀 밸브(203)의 전단으로 유연하게 배출 처리되는 경우, 공정챔버(C1,C2) 측에서는 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)가 가스 공급 가이드 라인(208,209,210), 분기형 가스 공급 가이드 라인(208b,209b,210b) 등을 따라, 공정챔버(C1,C2) 측으로 공급되는 상황 하에서, <공정에 필요한 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등) 이외에도, 누적되어 있던 증기까지 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)와 함께 밀려들어오는 불필요한 상황>을 유연하게 회피할 수 있게 되며, 결국, 공정챔버(C1,C2) 측 내부 압력은 기 설정되어 있던 공정압력을 정상적으로 유지할 수 있게 됨으로써, 기판(W)에 형성되는 원자층 측에서는 초기의 증착속도와 나중의 증착속도에 큰 차이를 보이지 않게 된다.
결국, 이처럼, 기판(W)에 형성되는 원자층 측에서, 초기의 증착속도와 나중의 증착속도에 큰 차이를 보이지 않게 되는 상황 하에서, 제품 생산주체 측에서는 기판(W)에 형성되는 원자층의 균일도를 대폭 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 상술한 바와 같이, 가스 보관용기(205,206,207) 및 각 가스 공급 개폐밸브(211,212,213,211a,212a,213a) 사이의 가스 공급 가이드 라인(208a,209a,210a)에 누적되어 있던 누적 증기 측에서, 복수의 증기 배출 가이드 라인(208c,209c,210c), 복수의 증기 배출 개폐밸브(211b,212b,213b) 등의 연계 동작에 맞추어, 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)의 공정챔버(C1,C2)로의 공급 이전 시점에서, 복수의 증기 배출 가이드 라인(208c,209c,210c)을 따라, 스로틀 밸브(203)의 전단으로 유연하게 배출 처리되고, 이에 따라, 공정챔버(C1,C2) 내부의 압력이 기 설정되어 있던 공정압력을 일정하게 유지할 수 있게 되는 경우에도, 스로틀 밸브(203) 측에서는 별다른 비상 가동 없이, 자신의 정상 포지션을 일정하게 유지할 수 있게 된다.
물론, 이처럼, 스로틀 밸브(203)가 별다른 비상 가동 없이, 자신의 정상 포지션을 일정하게 유지할 수 있게 되는 경우에도, 밸브 컨트롤러 측에서는, 별다른 문제점 없이, 가스 공급 개폐밸브(211,212,213,211a,212a,213a)를 제어하여, 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)를 공정챔버(C1,C2) 내부로 숏-타임(Short-time)(예컨대, 0.1초 이하) 공급할 수 있게 된다.
이 경우, 본 발명의 밸브 컨트롤러 측에서는 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)가 상기 공정챔버(C1,C2) 측으로 공급되는 국면에서, 상기 가스 공급 개폐밸브(211,212,213,211a,212a,213a)를 제어하여, 상기 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)의 공급시간을 5msec~1sec로 설정하게 된다.
물론, 이처럼, 밸브 컨트롤러 측에서, 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)가 상기 공정챔버(C1,C2) 측으로 공급되는 국면에서, 상기 가스 공급 개폐밸브(211,212,213,211a,212a,213a)를 제어하여, 상기 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)의 공급시간을 숏-타임(Short-time)(예컨대, 5msec~1sec)으로 설정할 수 있게 되는 경우에도, 제품 생산주체 측에서는 별다른 어려움 없이, 소스가스 A, 소스가스 B 등의 자기제한적 반응(Self-limiting reaction)을 유연하게 촉진시킬 수 있게 되거나, 퍼지가스 P의 기판(W) 표면에 대한 물리적 흡착 제거확률 증대를 유연하게 촉진시킬 수 있게 됨으로써, 적은 양의 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등) 만으로도, 빠른 시간 안에, 고 품질의 균일한 원자층을 손쉽게 확보할 수 있게 된다.
요컨대, 본 발명의 다른 체제 하에서도, 제품 생산주체 측에서는 누적 증기의 공정챔버(C1,C2)로의 무단 유입문제를 순조롭게 해결할 수 있게 됨으로써, 그에 기인한 각종 문제점(예컨대, 원자층의 균일도가 크게 저하되는 문제점, 가스의 숏-타임 공급에 따른 이점을 향유할 수 없게 되는 문제점 등)을 좀더 효과적으로 회피할 수 있게 되는 것이다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시에 따른 원자층 증착 시스템(300)은 원자층 증착 대상 기판(W)이 구비되면서, 원자층 증착 대상 기판(W)의 표면에서 공급 가스가 층류(laminar flow) 또는 크누센 플로우(knudsen flow)로 기판 표면을 통과하도록 공급 가스의 이동 통로의 높이를 0.1mm~20mm로 설정하도록 된 복수의 공정챔버(C1,C2,C3,C4)와, 종류가 다른 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)를 각기 보관하는 복수의 가스 보관용기(305,306,307)와, 복수의 가스 보관용기(305,306,307) 각각으로부터 인출되어 어느 하나의 공정챔버(C1)와 연결되면서, 상기 복수의 가스 보관용기(305,306,307)에 보관되어 있던 각각의 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)가 공정챔버(C1)로 각기 공급될 수 있도록 가이드 하는 복수의 가스 공급 가이드 라인(308,309,310)과, 상기 복수의 가스 공급 가이드 라인(308,309,310)으로부터 분기되어, 각 가스 공급 가이드 라인(308,309,310)이 연결되지 않은 다른 공정챔버(C2,C3)와 연결되면서, 상기 각각의 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)가 상기 다른 공정챔버(C2,C3)로 각기 공급될 수 있도록 가이드 하는 복수의 분기형 가스 공급 가이드 라인(308b,308c,309b,309c,310b,310c)과, 상기 복수의 가스 공급 가이드 라인(308,309,310) 또는 분기형 가스 공급 가이드 라인(308b,308c,309b,309c,310b,310c)의 경로 상에 각기 배치되면서, 밸브 컨트롤러의 제어에 따라 열리거나 닫혀, 상기 가스 공급 가이드 라인(308,309,310) 또는 분기형 가스 공급 가이드 라인(308b,308c,309b,309c,310b,310c) 각각을 개방 또는 폐쇄시킴으로써, 상기 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)가 각 공정챔버(C1,C2,C3) 측으로 공급 또는 공급중지 될 수 있도록 하는 복수의 가스 공급 개폐밸브(311,312,313,311a,311b,312a,312b,313a,313b)와, 각 가스 공급 개폐밸브(311,312,313,311a,311b,312a,312b,313a,313b)의 전단을 시발점으로 하여, 상기 복수의 가스 공급 가이드 라인(308,309,310) 또는 분기형 가스 공급 가이드 라인(308b,308c,309b,309c,310b,310c)으로부터 분기되면서, 상기 복수의 가스 공급 가이드 라인(308,309,310) 또는 분기형 가스 공급 가이드 라인(308b,308c,309b,309c,310b,310c)이 연결되지 않은 다른 공정챔버(C4)와 연결됨으로써, 상기 복수의 가스 보관용기(305,306,307) 및 각 가스 공급 개폐밸브(311,312,313,311a,311b,312a,312b,313a,313b) 사이에 누적된 증기를 상기 가스 공급 가이드 라인(308,309,310) 또는 분기형 가스 공급 가이드 라인(308b,308c,309b,309c,310b,310c)이 연결되지 않은 다른 공정챔버(C4)로 배출하는 복수의 증기 배출 가이드 라인(308d,309d,310d)과, 상기 복수의 증기 배출 가이드 라인(308d,309d,310d)의 경로 상에 각기 배치되면서, 밸브 컨트롤러의 제어에 따라 열리거나 닫혀, 상기 증기 배출 가이드 라인(308d,309d,310d) 각각을 개방 또는 폐쇄시킴으로써, 상기 증기가 상기 가스 공급 가이드 라인(308,309,310) 또는 분기형 가스 공급 가이드 라인(308b,308c,309b,309c,310b,310c)이 연결되지 않은 다른 공정챔버(C4)로 배출 또는 배출중지 될 수 있도록 하는 복수의 증기 배출 개폐밸브(311c,312c,313c)가 체계적으로 조합된 구성을 취하게 된다.
참고로, 도 4에서는 편의 상, 공정챔버(C1,C2,C3)와 연결된 챔버가스 배기통로, 스로틀 밸브, 진공 펌프 등은 그 도시가 생략되어 있다.
이처럼, 본 발명의 다른 실시에서도, 누적 가스에 대한 대응 방안으로써, <각 가스 공급 개폐밸브(311,312,313,311a,311b,312a,312b,313a,313b)의 전단을 시발점으로 하여, 상기 복수의 가스 공급 가이드 라인(308,309,310) 또는 분기형 가스 공급 가이드 라인(308b,308c,309b,309c,310b,310c)으로부터 분기되면서, 상기 복수의 가스 공급 가이드 라인(308,309,310) 또는 분기형 가스 공급 가이드 라인(308b,308c,309b,309c,310b,310c)이 연결되지 않은 다른 공정챔버(C4)와 연결됨으로써, 상기 복수의 가스 보관용기(305,306,307) 및 각 가스 공급 개폐밸브(311,312,313,311a,311b,312a,312b,313a,313b) 사이에 누적된 증기를 상기 가스 공급 가이드 라인(308,309,310) 또는 분기형 가스 공급 가이드 라인(308b,308c,309b,309c,310b,310c)이 연결되지 않은 다른 공정챔버(C4)로 배출하는 복수의 증기 배출 가이드 라인(308d,309d,310d)>, <복수의 증기 배출 가이드 라인(308d,309d,310d)의 경로 상에 각기 배치되면서, 밸브 컨트롤러의 제어에 따라 열리거나 닫혀, 상기 증기 배출 가이드 라인(308d,309d,310d) 각각을 개방 또는 폐쇄시킴으로써, 상기 증기가 상기 가스 공급 가이드 라인(308,309,310) 또는 분기형 가스 공급 가이드 라인(308b,308c,309b,309c,310b,310c)이 연결되지 않은 다른 공정챔버(C4)로 배출 또는 배출중지 될 수 있도록 하는 복수의 증기 배출 개폐밸브(311c,312c,313c)> 등을 추가 설치하는 조치를 강구하게 된다.
물론, 이처럼, 복수의 증기 배출 가이드 라인(308d,309d,310d), 복수의 증기 배출 개폐밸브(311c,312c,313c) 등이 구비된 상황 하에서도, 가스 보관용기(305,306,307) 및 각 가스 공급 개폐밸브(311,312,313,311a,311b,312a,312b,313a,313b) 사이의 가스 공급 가이드 라인(308a,309a,310a)에 누적되어 있던 누적 증기 측에서는, 복수의 증기 배출 가이드 라인(308d,309d,310d), 복수의 증기 배출 개폐밸브(311c,312c,313c) 등의 연계 동작에 맞추어, 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)의 공정챔버(C1,C2)로의 공급 이전 시점에서, 복수의 증기 배출 가이드 라인(308d,309d,310d)을 따라, 공정챔버(C4) 측으로 유연하게 배출 처리되는 절차를 겪게 된다.
당연하게도, 가스 보관용기(305,306,307) 및 각 가스 공급 개폐밸브(311,312,313,311a,311b,312a,312b,313a,313b) 사이의 가스 공급 가이드 라인(308a,309a,310a)에 누적되어 있던 누적 증기 측에서, 복수의 증기 배출 가이드 라인(308d,309d,310d), 복수의 증기 배출 개폐밸브(311c,312c,313c) 등의 연계 동작에 맞추어, 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)의 공정챔버(C1,C2)로의 공급 이전 시점에서, 복수의 증기 배출 가이드 라인(308d,309d,310d)을 따라, 공정챔버(C4) 측으로 유연하게 배출 처리되는 경우, 공정챔버(C1,C2,C3) 측에서는 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)가 가스 공급 가이드 라인(308,309,310), 분기형 가스 공급 가이드 라인(308b,308c,309b,309c,310b,310c) 등을 따라, 공정챔버(C1,C2,C3) 측으로 공급되는 상황 하에서, <공정에 필요한 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등) 이외에도, 누적되어 있던 증기까지 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)와 함께 밀려들어오는 불필요한 상황>을 유연하게 회피할 수 있게 되며, 결국, 공정챔버(C1,C2,C3) 측 내부 압력은 기 설정되어 있던 공정압력을 정상적으로 유지할 수 있게 됨으로써, 기판(W)에 형성되는 원자층 측에서는 초기의 증착속도와 나중의 증착속도에 큰 차이를 보이지 않게 된다.
결국, 이처럼, 기판(W)에 형성되는 원자층 측에서, 초기의 증착속도와 나중의 증착속도에 큰 차이를 보이지 않게 되는 상황 하에서, 제품 생산주체 측에서는 기판(W)에 형성되는 원자층의 균일도를 대폭 향상시킬 수 있게 된다.
특히, 본 발명의 또 다른 실시에서는 복수의 증기 배출 가이드 라인(308d,309d,310d), 복수의 증기 배출 개폐밸브(311c,312c,313c) 등의 연계 동작을 통해, 누적 증기를 공정챔버(C4) 측으로 배출 처리하기 때문에, 이 배출 과정에서, 누적 증기와 함께 딸려 들어오는 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)를 공정챔버(C4)에 의한 원자층 증착공정에 탄력적으로 활용할 수 있게 되며, 결국, 이러한 본 발명의 또 다른 실시 체제 하에서, 제품 생산주체 측에서는 불필요한 가스가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)의 낭비를 좀더 효율적으로 차단할 수 있게 된다.
한편, 상술한 바와 같이, 가스 보관용기(305,306,307) 및 각 가스 공급 개폐밸브(311,312,313,311a,311b,312a,312b,313a,313b) 사이의 가스 공급 가이드 라인(308a,309a,310a)에 누적되어 있던 누적 증기 측에서, 복수의 증기 배출 가이드 라인(308d,309d,310d), 복수의 증기 배출 개폐밸브(311c,312c,313c) 등의 연계 동작에 맞추어, 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)의 공정챔버(C1,C2,C3)로의 공급 이전 시점에서, 복수의 증기 배출 가이드 라인(308d,309d,310d)을 따라, 공정챔버(C4)로 유연하게 배출 처리되고, 이에 따라, 공정챔버(C1,C2,C3) 내부의 압력이 기 설정되어 있던 공정압력을 일정하게 유지할 수 있게 되는 경우에도, 스로틀 밸브(상술한 바와 같이, 공정챔버 C1,C2,C3와 연결된 스로틀 밸브는 그 도시가 생략되어 있음) 측에서는 별다른 비상 가동 없이, 자신의 정상 포지션을 일정하게 유지할 수 있게 된다.
물론, 이처럼, 스로틀 밸브가 별다른 비상 가동 없이, 자신의 정상 포지션을 일정하게 유지할 수 있게 되는 경우에도, 밸브 컨트롤러 측에서는, 별다른 문제점 없이, 가스 공급 개폐밸브(311,312,313,311a,311b,312a,312b,313a,313b)를 제어하여, 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)를 공정챔버(C1,C2,C3) 내부로 숏-타임(Short-time)(예컨대, 0.1초 이하) 공급할 수 있게 된다.
이 경우, 본 발명의 밸브 컨트롤러 측에서는 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)가 상기 공정챔버(C1,C2,C3) 측으로 공급되는 국면에서, 상기 가스 공급 개폐밸브(311,312,313,311a,311b,312a,312b,313a,313b)를 제어하여, 상기 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)의 공급시간을 5msec~1sec로 설정하게 된다.
물론, 이처럼, 밸브 컨트롤러 측에서, 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)가 상기 공정챔버(C1,C2,C3) 측으로 공급되는 국면에서, 상기 가스 공급 개폐밸브(311,312,313,311a,311b,312a,312b,313a,313b)를 제어하여, 상기 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등)의 공급시간을 숏-타임(Short-time)(예컨대, 5msec~1sec)으로 설정할 수 있게 되는 경우에도, 제품 생산주체 측에서는 별다른 어려움 없이, 소스가스 A, 소스가스 B 등의 자기제한적 반응(Self-limiting reaction)을 유연하게 촉진시킬 수 있게 되거나, 퍼지가스 P의 기판(W) 표면에 대한 물리적 흡착 제거확률 증대를 유연하게 촉진시킬 수 있게 됨으로써, 적은 양의 가스(예컨대, 소스가스 A, 소스가스 B, 퍼지가스 P 등) 만으로도, 빠른 시간 안에, 고 품질의 균일한 원자층을 손쉽게 확보할 수 있게 된다.
요컨대, 본 발명의 또 다른 체제 하에서도, 제품 생산주체 측에서는 누적 증기의 공정챔버(C1,C2,C3)로의 무단 유입문제를 순조롭게 해결할 수 있게 됨으로써, 그에 기인한 각종 문제점(예컨대, 원자층의 균일도가 크게 저하되는 문제점, 가스의 숏-타임 공급에 따른 이점을 향유할 수 없게 되는 문제점 등)을 좀더 효과적으로 회피할 수 있게 되는 것이다.
한편, 도 5는 원자층 증착 대상 기판(W)의 표면에서 공급 가스가 층류(laminar flow) 또는 크누센 플로우(knudsen flow)로 기판 표면을 통과하도록 공급 가스의 이동 통로의 높이를 0.1mm~20mm로 설정하도록 된 본 발명에 따른 공정챔버(C,C1,C2,C3,C4)의 실시예이다.
공정챔버(C,C1,C2,C3,C4)는 챔버 외벽, 탑 플레이트(top plate), 바텀 플레이트(bottom plate), 기판(substrate), 가스 주입부(gas in line), 가스 배기부(gas out line) 등으로 구성되어 있다. 챔버 외벽은 공정챔버 내부에 주입된 가스가 가스 배기부만을 통해서 외부로 빠져나갈 수 있도록 공정 챔버 내부와 외부를 격리한다.
탑 플레이트(top plate)는 기판과 대칭으로 배치되어 기판 표면으로 공급가스가 지나가는 통로를 형성하고, 원자층 형성 효율을 증가하기 위하여 기판을 단수 또는 복수개 배치할 수 있고, 원활한 원자층 형성을 위해 공급가스에 에너지를 공급하기 위해 플라즈마를 발생시키는 전극이 포함될 수 있다.
이때, 탑 플레이트(top plate)와 기판 사이에 형성되는 통로의 높이는 공정압력, 공급가스 종류, 공정온도 등의 변수를 고려하여 공급 가스가 층류(laminar flow) 또는 크누센 플로우(knudsen flow)로 기판 표면을 통과하도록 공급 가스의 이동 통로의 높이를 0.1mm~20mm로 설정하도록 한다.
바텀 플레이트(bottom plate)는 기판이 단수 또는 복수개 배치할 수 있고, 원활한 원자층 형성을 위해 히트(heat)가 포함될 수 있다.
기판은 일반적으로 원자층 형성에 사용되는 비정질 기판(ex: glass 등), 결정질 기판(ex: Si wafer, 사파이어, quartz 등), 금속 기판(ex: Al, Cu, Au, Ti 등), 폴리머 기판(ex: PET, PI 등)을 단수 또는 복수개를 사용한다.
가스 주입부는 공정챔버 옆면에 설치되어 공급가스가 공정챔버 내부로 주입되는 입구이며, 기판 면적, 원자층 균일도, 공급가스 종류에 따라 하나 또는 복수개의 주입부가 조합되어 공정챔버 옆면 또는 윗면, 하면에 설치 될 수 있다.
가스 배기부는 공정챔버 옆면에 설치되어 공정챔버 내부로 주입된 공급가스를 외부로 배출되는 출구이며, 기판 면적, 원자층 균일도, 공급가스 종류에 따라 하나 또는 복수개의 배기부가 조합되어 공정챔버 옆면 또는 윗면, 하면에 설치 될 수 있다.
일반적인 원자층 증착 시스템의 동작 원리는 공정챔버 내부에 공급가스(예컨대, 소스가스 A-퍼지가스 P-소스가스 B-퍼지가스 P 등)가 순차적으로 공급될 때, 먼저 공급된 소스가스 A가 공정챔버 내부를 완전히 채워 기판 표면에서 자기제한적 반응이 일어나도록 하고, 다음으로 퍼지가스 P로 공정챔버 내부를 완전히 채워 앞서 공급된 소스가스 A의 잔여 가스와 기판 표면에 과흡착된 소스가스 A를 공정챔버 외부로 배출시키고, 그리고 소스가스 B를 공정챔버 내부를 완전히 채우도록 공급하여 기판 표면에 흡착된 소스가스 A와 자기제한적 반응이 일어나도록 하고, 다시 퍼지가스 P로 공정 챔버 내부를 완전히 채워 앞서 공급된 소스가스 B의 잔여 가스와 기판 표면에 과흡착된 소스가스 B를 공정챔버 외부로 배출시킨다.
본 발명에서는 공정 챔버 내부에 숏-타임(0.1sec 이하)으로 교번되어 순차적으로 공급되는 가스가 공정챔버를 완전히 채우기 전에, 다음 가스가 공급이 되고, 공급된 가스는 공정 챔버내부의 가스 이동통로의 간격과 압력에 의하여, 층류(laminar flow) 또는 크누센 플로우(knudsen flow)로 기판 표면을 통과하게 되고 공급된 가스끼리 서로 섞이지 않고 배기부로 배출되게 된다
챔버내부에 공급된 층류(laminar flow) 또는 크누센 플로우(knudsen flow)를 형성한 공급가스는 소스가스 A-퍼지가스 P-소스가스 B-퍼지가스 P의 순서로 흐르게 되고, 섞이지 않는 가스들은 기존의 원자층 증착 시스템의 경우처럼, 공정챔버에 공정 가스를 완전히 채우고 배기하는 단계가 필요없이, 가스 주입부에서 가스 배기구까지 형성된 각 공급가스들의 층류(laminar flow) 또는 크누센 플로우(knudsen flow)에 의해서 소스가스 A가 기판 표면에서 자기제한적 반응이 일어나도록 하고, 다음으로 퍼지가스 P로 앞서 공급된 소스가스 A의 잔여 가스와 기판 표면에 과흡착된 소스가스 A를 기판 표면에서 제거하고, 소스가스 B를 공급하여 기판 표면에 흡착된 소스가스 A와 자기제한적 반응이 일어나도록 하고, 다시 퍼지가스 P로 공급된 소스가스 B의 잔여 가스와 기판 표면에 과흡착된 소스가스 B를 기판 표면에서 제거한다.
이러한 본 발명은 특정 분야에 국한되지 아니하며, 다양한 종류의 박막 제조공정에서, 전반적으로 유용한 효과를 발휘한다.
그리고, 앞에서, 본 발명의 특정한 실시 예가 설명되고 도시되었지만 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.
이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구의 범위 안에 속한다 해야 할 것이다.
W: 기판
C: 공정챔버
2,102,202,302: 챔버가스 배기통로
3,103,203,303: 스로틀 밸브
5,6,7,105,106,107,205,206,207,305,306,307: 가스 보관용기
8,9,10,108,109,110,208,209,210,308,309,310: 가스 공급 가이드 라인
11,12,13,111,112,113,211,212,213,211a,212a,213a,311,312,313,311a,311b,312a,312b,313a,313b: 가스공급 개폐밸브
208b,209b,210b,308b,308c,309b,309c,310b,310c: 분기형 가스 공급 가이드 라인
108b,109b,110b,208c,209c,210c,308d,309d,310d: 증기 배출 가이드 라인
111a,112a,113a,211b,212b,213b,311c,312c,313c: 증기 배출 개폐밸브

Claims (5)

  1. 원자층 증착 대상 기판이 배치되며, 상기 원자층 증착 대상 기판의 표면에서 공급 가스가 층류(laminar flow) 또는 크누센 플로우(knudsen flow)로 기판 표면을 통과하도록 공급 가스의 이동 통로의 높이를 0.1mm~20mm로 설정하도록 된 공정챔버와;
    상기 공정챔버로부터 인출된 챔버가스 배기통로와 연결되면서, 상기 공정챔버 내부의 압력상황에 따라 열리거나 닫혀, 상기 공정챔버의 내부압력이 기 설정된 공정압력을 유지할 수 있도록 하는 스로틀 밸브(Throttle valve)와;
    종류가 다른 가스를 각기 보관하는 복수의 가스 보관용기와;
    상기 복수의 가스 보관용기 각각으로부터 인출되어 상기 공정챔버와 연결되면서, 상기 복수의 가스 보관용기에 보관되어 있던 각각의 가스가 상기 공정챔버로 각기 공급될 수 있도록 가이드 하는 복수의 가스 공급 가이드 라인과;
    상기 복수의 가스 공급 가이드 라인의 경로 상에 각기 배치되면서, 밸브 컨트롤러의 제어에 따라 열리거나 닫혀, 상기 가스 공급 가이드 라인 각각을 개방 또는 폐쇄시킴으로써, 상기 가스가 상기 공정챔버 측으로 공급 또는 공급중지 될 수 있도록 하는 복수의 가스 공급 개폐밸브와;
    각 가스 공급 개폐밸브의 전단을 시발점으로 하여, 상기 복수의 가스 공급 가이드 라인으로부터 분기되면서, 상기 스로틀 밸브의 전단에 상응하는 챔버가스 배기통로에 연결됨으로써, 상기 복수의 가스 보관용기 및 각 가스 공급 개폐밸브 사이에 누적된 증기를 상기 스로틀 밸브의 전단으로 배출하는 복수의 증기 배출 가이드 라인과;
    상기 복수의 증기 배출 가이드 라인의 경로 상에 각기 배치되면서, 밸브 컨트롤러의 제어에 따라 열리거나 닫혀, 상기 증기 배출 가이드 라인 각각을 개방 또는 폐쇄시킴으로써, 상기 증기가 상기 스로틀 밸브의 전단으로 배출 또는 배출중지 될 수 있도록 하는 복수의 증기 배출 개폐밸브를 포함하며,
    상기 가스 보관용기 및 각 가스 공급 개폐밸브 사이의 가스 공급 가이드 라인에 누적되어 있던 누적 증기 측에서는, 상기 복수의 증기 배출 가이드 라인 및 복수의 증기 배출 개폐밸브의 연계 동작에 맞추어, 상기 가스의 공정챔버로의 공급 이전 시점에서, 상기 증기 배출 가이드 라인을 따라, 상기 스로틀 밸브의 전단으로 배출 처리되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 시스템.
  2. 원자층 증착 대상 기판이 배치되며, 상기 원자층 증착 대상 기판의 표면에서 공급 가스가 층류(laminar flow) 또는 크누센 플로우(knudsen flow)로 기판 표면을 통과하도록 공급 가스의 이동 통로의 높이를 0.1mm~20mm로 설정하도록 된 복수의 공정챔버와;
    각 공정챔버로부터 인출된 각 챔버가스 배기통로와 연결되면서, 상기 공정챔버 내부의 압력상황에 따라 열리거나 닫혀, 각 공정챔버의 내부압력이 기 설정된 공정압력을 유지할 수 있도록 하는 복수의 스로틀 밸브(Throttle valve)와;
    종류가 다른 가스를 각기 보관하는 복수의 가스 보관용기와;
    상기 복수의 가스 보관용기 각각으로부터 인출되어 어느 하나의 공정챔버와 연결되면서, 상기 복수의 가스 보관용기에 보관되어 있던 각각의 가스가 각 공정챔버로 각기 공급될 수 있도록 가이드 하는 복수의 가스 공급 가이드 라인과;
    상기 복수의 가스 공급 가이드 라인으로부터 분기되어, 각 가스 공급 가이드 라인이 연결되지 않은 다른 공정챔버와 연결되면서, 상기 각각의 가스가 상기 다른 공정챔버로 각기 공급될 수 있도록 가이드 하는 복수의 분기형 가스 공급 가이드 라인과;
    상기 복수의 가스 공급 가이드 라인 또는 분기형 가스 공급 가이드 라인의 경로 상에 각기 배치되면서, 밸브 컨트롤러의 제어에 따라 열리거나 닫혀, 상기 가스 공급 가이드 라인 또는 분기형 가스 공급 가이드 라인 각각을 개방 또는 폐쇄시킴으로써, 상기 가스가 각 공정챔버 측으로 공급 또는 공급중지 될 수 있도록 하는 복수의 가스 공급 개폐밸브와;
    각 가스 공급 개폐밸브의 전단을 시발점으로 하여, 상기 복수의 가스 공급 가이드 라인 또는 분기형 가스 공급 가이드 라인으로부터 분기되면서, 상기 스로틀 밸브의 전단에 상응하는 챔버가스 배기통로에 연결됨으로써, 상기 복수의 가스 보관용기 및 각 가스 공급 개폐밸브 사이에 누적된 증기를 상기 스로틀 밸브의 전단으로 배출하는 복수의 증기 배출 가이드 라인과;
    상기 복수의 증기 배출 가이드 라인의 경로 상에 각기 배치되면서, 밸브 컨트롤러의 제어에 따라 열리거나 닫혀, 상기 증기 배출 가이드 라인 각각을 개방 또는 폐쇄시킴으로써, 상기 증기가 상기 스로틀 밸브의 전단으로 배출 또는 배출중지 될 수 있도록 하는 복수의 증기 배출 개폐밸브를 포함하며,
    상기 가스 보관용기 및 각 가스 공급 개폐밸브 사이의 가스 공급 가이드 라인에 누적되어 있던 누적 증기 측에서는, 상기 복수의 증기 배출 가이드 라인 및 복수의 증기 배출 개폐밸브의 연계 동작에 맞추어, 상기 가스의 공정챔버로의 공급 이전 시점에서, 상기 증기 배출 가이드 라인을 따라, 상기 스로틀 밸브의 전단으로 배출 처리되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 시스템.
  3. 원자층 증착 대상 기판이 배치되며, 상기 원자층 증착 대상 기판의 표면에서 공급 가스가 층류(laminar flow) 또는 크누센 플로우(knudsen flow)로 기판 표면을 통과하도록 공급 가스의 이동 통로의 높이를 0.1mm~20mm로 설정하도록 된 복수의 공정챔버와;
    종류가 다른 가스를 각기 보관하는 복수의 가스 보관용기와;
    상기 복수의 가스 보관용기 각각으로부터 인출되어 어느 하나의 공정챔버와 연결되면서, 상기 복수의 가스 보관용기에 보관되어 있던 각각의 가스가 각 공정챔버로 각기 공급될 수 있도록 가이드 하는 복수의 가스 공급 가이드 라인과;
    상기 복수의 가스 공급 가이드 라인으로부터 분기되어, 각 가스 공급 가이드 라인이 연결되지 않은 다른 공정챔버와 연결되면서, 상기 각각의 가스가 상기 다른 공정챔버로 각기 공급될 수 있도록 가이드 하는 복수의 분기형 가스 공급 가이드 라인과;
    상기 복수의 가스 공급 가이드 라인 또는 분기형 가스 공급 가이드 라인의 경로 상에 각기 배치되면서, 밸브 컨트롤러의 제어에 따라 열리거나 닫혀, 상기 가스 공급 가이드 라인 또는 분기형 가스 공급 가이드 라인 각각을 개방 또는 폐쇄시킴으로써, 상기 가스가 각 공정챔버 측으로 공급 또는 공급중지 될 수 있도록 하는 복수의 가스 공급 개폐밸브와;
    각 가스 공급 개폐밸브의 전단을 시발점으로 하여, 상기 복수의 가스 공급 가이드 라인 또는 분기형 가스 공급 가이드 라인으로부터 분기되면서, 상기 복수의 가스 공급 가이드 라인 또는 분기형 가스 공급 가이드 라인이 연결되지 않은 다른 공정챔버와 연결됨으로써, 상기 복수의 가스 보관용기 및 각 가스 공급 개폐밸브 사이에 누적된 증기를 상기 가스 공급 가이드 라인 또는 분기형 가스 공급 가이드 라인이 연결되지 않은 다른 공정챔버로 배출하는 복수의 증기 배출 가이드 라인과;
    상기 복수의 증기 배출 가이드 라인의 경로 상에 각기 배치되면서, 밸브 컨트롤러의 제어에 따라 열리거나 닫혀, 상기 증기 배출 가이드 라인 각각을 개방 또는 폐쇄시킴으로써, 상기 증기가 상기 가스 공급 가이드 라인 또는 분기형 가스 공급 가이드 라인이 연결되지 않은 다른 공정챔버로 배출 또는 배출중지 될 수 있도록 하는 복수의 증기 배출 개폐밸브를 포함하며,
    상기 가스 보관용기 및 각 가스 공급 개폐밸브 사이의 가스 공급 가이드 라인에 누적되어 있던 누적 증기 측에서는, 상기 복수의 증기 배출 가이드 라인 및 복수의 증기 배출 개폐밸브의 연계 동작에 맞추어, 상기 가스의 공정챔버로의 공급 이전 시점에서, 상기 증기 배출 가이드 라인을 따라, 상기 가스 공급 가이드 라인 또는 분기형 가스 공급 가이드 라인이 연결되지 않은 다른 공정챔버로 배출 처리되는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브 컨트롤러 측에서는 상기 가스가 상기 공정챔버 측으로 공급되는 국면에서, 상기 가스 공급 개폐밸브를 제어하여, 상기 가스의 공급시간을 5msec~1sec로 설정하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착 시스템.
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