KR20130122742A - 표면 상에 원자층을 증착하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
기판의 표면 상에 원자층을 증착하는 장치로서, 상기 장치는 증착 부재; 기판을 지지하기 위한 기판 테이블; 제1 반응물을 공급하기 위한 제1 반응물 인젝터; 제2 반응물을 공급하기 위한 제2 반응물 인젝터; 가스 인젝터로 주입되는 가스를 사용하여, 가스 배리어를 형성하기 위해 배열되고, 선택적으로 가스 베어링을 형성하기 위해 배열되는 가스 인젝터; 가스 인젝터로 주입될 가스를 가열하기 위한 히터; 및 증착 부재와 기판 테이블을 가열하고, 기판을 가열하기 위한 추가적인 히터를 포함한다. 상기 증착 부재는 가스 인젝터로 주입할 가스용 가스 주입구를 갖는다. 히터는 상기 증착 부재의 외부에 제공된다. 가수 주입구로부터 이송된 가스는, 가스가 가스 주입구에 들어가기 전에 히터로 가열된다.
Description
본 발명은 원자층 증착을 위한 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 기판의 표면 상에 원자층 증착을 하기 위한 장치에 관한 것이고, 상기 장치는, 증착 부재; 기판을 지지하기 위한 기판 테이블; 사용 시에 제1 캐비티가 표면 및/또는 기판 테이블을 마주보도록 증착 부재 내에 배열되는, 제1 공급부에서부터 제1 캐비티까지 제1 반응물을 공급하기 위한 제1 반응물 인젝터; 사용 시에 제2 캐비티가 표면 및/또는 기판 테이블을 마주보도록 증착 부재 내에 배열되는, 제2 공급부에서부터 제2 캐비티까지 제2 반응물을 공급하기 위한 제2 반응물 인젝터; 사용 시에 가스 인젝터가 기판 및/또는 기판 테이블을 마주보도록 증착 부재 내에 배열되는 가스 인젝터로서, 상기 가스 인젝터는 가스 인젝터로 주입되는 가스를 이용하여 적어도 제1 캐비티와 제2 캐비티 사이에 가스 배리어를 형성하기 위해 배열되고, 선택적으로(optionally) 가스 인젝터로 주입되는 가스를 이용하여 증착 부재와 기판의 표면 사이 및/또는 증착 부재와 기판 테이블 사이에 가스 베어링을 형성하기 위해 배열되고, 사용 시에 가스 베어링은 기판의 표면 및/또는 기판 테이블에 관한 증착 부재를 베어링하는, 가스 인젝터를 포함한다.
이러한 장치는 EP2159304로부터 알려져 있다. 원자층 증착을 위한 장치를 사용하는 방법에 있어서, 제1 및 제2 반응물(전구체)은 기판의 표면과 연속적으로 접촉하게될 수 있다. 반응물들의 표면에서 2개 반쪽 반응(Two half reactions)은 표면 상에 증착된 하나의 단층을 야기할 수 있다. 이러한 반응을 반복함으로써, 층 두께는 매우 잘 조절될 수 있다.
또한, 적어도 제1 캐비티 및 제2 캐비티 사이에 가스 배리어를 형성하기 위해 가스 인젝터가 제공되는 원자층 증착을 위한 장치는 중요한 이점을 제공할 수 있다. 가스 배리어는, 사용 시에 제1 반응물과 제2 반응물을 분리할 수 있다. 예컨대, 다중 원자층은 제1 반응물을 함유하는 제1 캐비티 및 제2 반응물을 함유하는 제2 캐비티를 따라 기판을 반복적으로 이송함으로써 증착될 수 있다.
또한, 가스 인젝터는 증착 부재와 이동가능한 기판 및/또는 기판 테이블 사이에서 가스 베어링을 형성하기 위해 유리하게 적용될 수 있다.
증가된 온도, 예컨대 1000 degrees Celsius보다 높은 온도, 예컨대 1100 degrees Celsius 주변 온도에서 원자층 증착을 수행하기 위한 새로운 바람은 원자층 증착을 위한 장치에 새로운 요구 조건을 부과한다. 특히, 이러한 요구 조건은,증가된 온도에서 발생할 수 있는 열-기계적 변형을 증가시킬 수 있다. 또한, 새로운 요구 조건은 원자층 증착을 위해 알려진 장치의 물질의 불충분한 온도-내성(temperature-resistance)과도 관련된다. 선행 기술에서, 1000 degrees Celsius보다 높은 온도에서 원자층 증착을 행하기 위한 장치는 부족하다.
따라서, 본 발명의 목적은 증가된 온도에서 원자층 증착을 가능하게 할 수 있는 원자층 증착을 위한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, 기판의 표면 상에 원자층 증착을 위한 장치가 제공되고, 상기 장치는, 증착 부재; 기판을 지지하기 위한 기판 테이블; 사용 시에 제1 캐비티가 표면 및/또는 기판 테이블을 마주보도록 증착 부재 내에 배열되는, 제1 공급부에서부터 제1 캐비티까지 제1 반응물을 공급하기 위한 제1 반응물 인젝터; 사용 시에 제2 캐비티가 표면 및/또는 기판 테이블을 마주보도록 증착 부재 내에 배열되는, 제2 공급부에서부터 제2 캐비티까지 제2 반응물을 공급하기 위한 제2 반응물 인젝터; 사용 시에 가스 인젝터가 기판 및/또는 기판 테이블을 마주보도록 증착 부재 내에 적어도 부분적으로 배열되는 가스 인젝터로서, 상기 가스 인젝터는 가스 인젝터로 주입되는 가스를 이용하여 적어도 제1 캐비티와 제2 캐비티 사이에 가스 배리어를 형성하기 위해 배열되고, 선택적으로(optionally) 가스 인젝터로 주입되는 가스를 이용하여 증착 부재와 기판의 표면 사이 및/또는 증착 부재와 기판 테이블 사이에 가스 베어링을 형성하기 위해 배열되고, 사용 시에 가스 베어링은 기판의 표면 및/또는 기판 테이블에 관한 증착 부재를 베어링하는, 가스 인젝터; 가스 인젝터로 주입될 가스를 가열하기 위한 히터; 및 증착 부재와 기판 테이블을 가열하고, 선택적으로 기판 테이블을 통해 기판을 가열하기 위한 추가적인 히터를 포함하고; 상기 증착 부재와 선택적으로 기판 테이블은 가스 인젝터로 주입될 가스용 가스 주입구를 갖고, 상기 가스 인젝터는 가스 주입구로부터 가스를 이송하기 위한 가스 주입구와 유체 연결되고; 사용 시에 증착 부재가 추가적인 히터로 가열되는 경우에, 상기 가스가 가스 주입구 및 증착 부재로 들어가기 전에, 가스 주입구로부터 이송되고 가스 인젝터로 주입되는 가스가 히터로 가열되도록, 상기 히터가 증착 부재와 기판 테이블 외부에 제공된다.
증착 부재 및 기판 테이블 외부에 제공되는 히터를 사용함으로써, 가스의 작동 온도, 예컨대 800 또는 1000 degrees Celsius보다 높은 온도는, 가스가 주입구로 들어가서 증착 부재 및 선택적으로 기판 테이블로 들어가기 전에 실질적으로 도달될 수 있다. 따라서, 가스 주입구로부터 이송되고, 가스 인젝터로부터 주입되는 가스는, 상기 가스가 가스 주입구 및/또는 증착 부재로 들어가기 전에 가스 작동 온도에 실질적으로 도달될 수 있다. 따라서, 증착 부재 및 선택적으로 기판 테이블은, 추가적인 히터로 가열되는 경우에, 주입구로부터 가열된 가스를 받을 수 있다. 결과적으로, 가스가 주입구를 통과한 후에, 가스에 의해 기판, 증착 부재 및/또는 기판 테이블의 냉각에 의해 유도되는 실직적인 열-기계적 변형은 실직적으로 방지될 수 있다.
따라서, 가스 인젝터로 주입되는 가스는 장치에서 온도 분포를 상당히 방해하지 않고, 기판 내 및/또는 주변 및/또는 부근에서 온도 구배는 가스 인젝터로 주입되는 예열된 가스는 결국 제어될 수 있다. 특히, 이는 베어링 기능을 왜곡(distort)할 수 있고, 원자층 증착 공정의 산출을 위한 비용을 증가시킬 수 있고, 또는 만족스러운 증착 과정을 부분적으로 실행 불가능하게 할 수 있는, 에어 베어링(air bearing)의 부근에 기판 및 또는 기판 테이블의 뒤틀림(warping)을 방지하는 것을 목적으로 한다. 예컨대 가스 베어링으로 가능해지는, 증착 부재와 장치 사이의 분리가 상대적으로 작아지는 경우에, 장치의 열-기계적 변형을 시키는 요건은 더욱 엄격해질 수 있다.
증착 부재 및 기판은 이동 가능하도록, 예컨대 서로에 관해 회전 가능하도록 장치 내에 배열될 수 있다. 예컨대, 증착 부재 및 기판 테이블은 이동 가능하게, 예컨대 서로에 대해 회전 가능하도록 장치 내에 배열될 수 있다. 선택적으로, 한편으로 증착 부재, 다른 한편으로 기판 및/또는 기판 테이블의 이동, 예컨대 회전은 가스 베어링을 사용함으로써 가능해질 수 있다.
바람직하게, 사용 시에 제1 반응물 인젝터가 표면 및/또는 기판 테이블을 마주보도록, 제1 반응물 인젝터는 증착 부재 내에 배열된다. 바람직하게, 사용 시에 제2 반응물 인젝터가 표면 및/또는 기판 테이블을 마주보도록, 제2 반응물 인젝터는 증착 부재 내에 배열된다. 가스 배리어는 사용 시에 제1 반응물과 제2 반응물을 분리할 수 있다. 가스 배리어는 사용 시에 적어도 제1 캐비티와 제2 캐비티 사이에 위치함으로써, 제1 반응물과 제2 반응물을 분리할 수 있다.
예컨대, 발광 다이오드의 제조에 적합한 물질의 원자층 증착은, 증가된, 즉 상대적으로 높은 온도, 예컨대 1000 degrees Celsius보다 높은 온도, 예컨대 1100 degrees Celsius 주변 온도를 필요로 할 수 있다.
바람직하게, 상기 장치는 히터와 추가적인 히터로 공급되는 열을 제어하기 위한 컨트롤러를 포함하고, 상기 히터는 가스 작동 온도로 가스 인젝터로 주입될 가스를 가열하기 위해 배열되고; 상기 추가적인 히터는 증착 부재 작동 온도로 증착 부재를 가열하고, 기판 테이블 작동 온도로 기판 테이블을 가열하고, 선택적으로(optionally) 기판 테이블을 통해 기판 작동 온도로 기판을 가열하기 위해 배열되고; 상기 컨트롤러는 가스 작동 온도, 증착 부재 온도, 기판 테이블 작동 온도, 및/또는 기판 작동 온도를 제어, 바람직하게는 실질적으로 평형을 이루게 하기 위해 배열된다. 상기 온도를 실질적으로 평형을 이루게 하는 것은, 상기 온도를, 온도 설정값에 대해서, 플러스 또는 마이너스 50 degrees Celsius, 플러스 또는 마이너스 100 degrees Celsius, 플러스 또는 마이너스 250 degrees Celsius의 범위 내로 제어하는 것을 포함할 수 있다. 온도 설정값은 예컨대 800, 900, 1000 또는 1100 degrees Celsius일 수 있다. 이러한 평형을 이용하여, 과도한 열-기계적 변형이 방지될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따라서, 기판의 표면 상에 원자층을 증착하기 위한 장치가 제공되고, 상기 장치는
사용 시에, 제1 캐비티가 기판을 지지하기 위한 장치의 표면 및/또는 기판 테이블을 마주보도록 장치 내에 배열되는, 제1 공급부에서부터 제1 캐비티까지 제1 반응물을 공급하기 위한 제1 반응물 인젝터;
사용 시에 제2 캐비티가 표면 및/또는 기판 테이블을 마주보도록 장치 내에 배열되는, 제2 공급부에서부터 제2 캐비티까지 제2 반응물을 공급하기 위한 제2 반응물 인젝터; 및
가스 인젝터로 주입되는 가스를 이용하여, 적어도 제1 캐비티와 제2 캐비티 사이에 가스 배리어를 형성하기 위해, 사용 시에 가스 인젝터가 표면 및/또는 기판 테이블을 마주보도록 장치 내에 배열되는 가스 인젝터를 포함하고, 상기 장치는 가스 인젝터로 주입될 가스를 가열하기 위한 히터를 포함한다.
가스를 가열함으로써, 장치 내 온도, 따라서 기판 표면에서의 온도는, 원자층을 형성하는 반응을 개시하도록 증가될 수 있다. 원자층 증착 동안 화학적 증착 반응은 증가된 온도에 의해 개선될 수 있다.
상기 실시예의 하나 또는 둘다에 따른 장치는 발광 다이오드 또는 광 전지의 생산에 이용될 수 있다.
상기 다른 실시예에 따른 장치는 기판을 지지하기 위한 기판 테이블이 제공될 수 있다. 제1 반응물 인젝터, 제2 반응물 인젝터 및 가스 인젝터는 장치의 증착 부재 내에 제공될 수 있다. 대체적으로(Alternatively) 또는 추가적으로, 가스 베어링은, 사용 시에 기판 및/또는 기판 테이블의 표면에 대한 증착 부재에 베어링될 수 있다. 장치는 기판의 가열을 위한 추가적인 히터를 포함할 수 있다.
상기 실시예의 하나 또는 둘다에 따른 장치에 있어서, 제1 반응물과 제2 반응물을 분리하기 위해 제1 반응물 인젝터와 제2 반응물 인젝터 사이에 가스 인젝터가 제공될 수 있다는 것을 선택적으로 유지할 수 있다(may optionally hold). 이러한 방법으로, 예컨대 기판 표면 및/또는 기판 테이블로부터 떨어진, 바람직하지 않은 위치에 제1 반응물과 제2 반응물의 직접적인 반응 생성물의 형성은 실질적으로 방지될 수 있다. 기판 테이블은 사용 시에 기판을 회전하기 위해 회전식 테이블일 수 있다. 기판 테이블은 기판을 지지하기 위한 가스 베어링이 제공될 수 있다. 이러한 방법으로 기판은 장치 내에서 이동 가능할 수 있어, 이동 가능한 기판 테이블이 필요하지 않게 된다. 기판 테이블은 증착 부재와 마주보는 기판 지지체면(substrate support surface)을 가질 수 있다.
상기 실시예의 하나 또는 둘다에 따른 장치에 있어서, 히터는 제1 인덕션 히터를 포함하고, 제1 인덕션 히터는 가스를 가열하기 위한 채널을 구비하는 바디를 둘러싸는 코일이 제공될 수 있다는 것을 선택적으로 유지할 수 있다(may optionally hold). 추가적인 히터는 기판 테이블 및/또는 증착 부재를 둘러싸는 코일이 제공되는 제2 인덕션 히터를 포함할 수 있다. 상기 장치는 열 차단막(heat shield)이 제공될 수 있다. 열 차단막은 열 차단막의 내부에 증착 부재 및/또는 기판 테이블이 제공되고, 열 차단막의 외부에 제2 인덕션 히터의 코일이 제공되는 것으로 정의할 수 있다. 열 차단막은 반사성 물질을 포함한다. 열 차단막은 반사성 물질의 복수의 층을 포함할 수 있다. 열 차단막은 채널을 구비한 바디와 제1 인덕터 사이에 제공될 수 있다. 기판 테이블은, 장치를 개방하고, 기판을 로딩 혹은 제거하도록 하기 위해, 증착 부재에 대해 이동 가능할 수 있다.
또한, 본 발명은 기판의 표면 상에 원자층 증착을 하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 실시예에 따라서, 기판의 표면 상에 원자층 증착을 하기 위한 방법이 제공되고, 상기 방법은, 증착 부재를 준비하는 단계; 기판 테이블을 이용하여 기판을 지지하는 단계; 그 표면과 접촉하는 제1 반응물을 제공하도록, 기판 및/또는 기판 테이블과 마주하는 제1 증착 캐비티까지 제1 공급부에서부터 제1 반응물을 공급하는 단계; 그 표면과 접촉하는 제2 반응물을 제공하도록, 기판 및/또는 기판 테이블과 마주하는 제2 증착 캐비티까지 제2 공급부에서부터 제2 반응물을 공급하는 단계; 가스 인젝터를 통해 표면 및/또는 기판 테이블로 가스를 주입하고, 가스 인젝터로 주입되는 가스를 이용하여, 적어도 제1 증착 캐비티와 제2 증착 캐비티 사이에 가스 배리어를 형성하고, 선택적으로(optionally) 증착 부재와 기판의 표면 사이 및/또는 증착 부재와 기판 테이블 사이에 가스 베어링을 형성하여, 가스 베어링이 기판의 표면 및/또는 기판 테이블에 대해 증착 부재를 베어링하는 단계; 가스 인젝터로 주입하기 전에 가스를 가열하기 위한 히터를 준비하는 단계; 증착 부재와 기판 테이블을 가열하고, 선택적으로 기판 테이블을 통해 기판을 가열하기 위한 추가적인 히터를 준비하는 단계; 가스 인젝터와 유체 연결되는 증착 부재의 가스 주입구로부터 증착 부재에 가스 인젝터로 주입될 가스를 이송하는 단계를 포함하고, 상기 방법은 증착 부재와 기판 테이블 외부에 히터를 제공하는 단계를 포함하고, 증착 부재가 추가적인 히터로 가열되는 경우에, 상기 가스가 가스 주입구 및/또는 증착 부재로 들어가기 전에, 가스 인젝터로 주입되고, 가스 주입구로부터 이송되는 가스를 가열하는 단계를 포함한다.
본 발명의 추가적인 실시예에 따라서, 기판의 표면 상에 원자층 증착을 하기 위한 방법이 제공되고, 상기 방법은,
그 표면과 접촉하는 제1 반응물을 제공하도록, 제1 공급부에서부터 제1 증착 캐비티까지 제1 반응물을 공급하는 단계;
그 표면과 접촉하는 제2 반응물을 제공하도록, 제2 공급부에서부터 제2 증착 캐비티까지 제2 반응물을 공급하는 단계; 및
가스 인젝터로 주입되는 가스를 이용하여, 적어도 제1 증착 캐비티와 제2 증착 캐비티 사이에 가스 배리어를 형성하도록, 가스 인젝터를 통해 기판을 지지하기 위한 표면 및/또는 기판 테이블로 가스를 공급, 예컨대 주입하는 단계를 포함하고, 상기 방법은 가스 인젝터로 가스를 주입하기 전에 가스를 가열하는 단계를 더 포함한다.
상기와 다른 및/또는 추가적인 실시예에 따른 본 발명의 실시예에 있어서, 원자층 증착은 발광 다이오드로서 사용하기 위해 배열되는 물질의 제조를 위한 원자층 스택의 증착을 포함한다. 제1 반응물 가스는 바람직하게는 NH3를 포함한다. 제2 반응물 가스는 바람직하게는 적어도 하나의 갈륨 전구체, 예컨대 Ga(CH3)3 및/또는 GaCl3를 포함한다. 기판은 바람직하게는 사파이어를 포함한다. 바람직하게, 물질은 발광 다이오드로서 사용하기 위해 배열된다. 물질은, 예컨대 실질적으로 청색광을 발광하도록 배열될 수 있다. 바람직하게, 상기 물질은 갈륨 니트라이드(gallium nitride) (GaN) 및/또는 인듐 니트라이드(indium nitride) (InN)를 포함할 수 있고, 예컨대 실질적으로 이들로 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 물질은 인듐 갈륨 니트라이드(InGaN)를 포함할 수 있고, 예컨대 실질적으로 이들로 이루어질 수 있다. 원자층 증착을 이용하여 상기 물질을 증착하는 것은, 공지의 증착법에 비해서, 물질의 층 두께 제어를 개선할 수 있다. 선택적으로, 복수의 원자층들은, 예컨대 제1 반응물을 함유하는 제1 캐비티 및 제2 반응물을 함유하는 제2 캐비티를 따라 기판을 반복으로 이송함으로써 증착될 수 있다. 상기 방법은, 서로에 대해서 증착 부재와 기판을 이동, 예컨대 회전시키는 것을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 방법은 서로에 대해서 증착 부재와 기판 테이블을 이동, 예컨대 회전시키는 것을 포함할 수 있다.
선택적으로, 본 발명에 따른 방법은 본 발명의 따른 장치를 이용하여 수행된다.
본 발명의 실시예는 첨부되는 도면을 참조하여 실시예 만으로 기재될 것이고, 대응하는 참조 부호는 대응하는 부분을 나타낸다.
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 원자층 증착 창치의 도면을 도시한다.
도 1b는 도 1의 장치의 증착 부재(33)의 하면도를 도시한다.
도 1c는 기판 테이블(3)의 상면도를 도시한다.
도 1d는 제1 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 변형(variation)을 도시한다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 도면을 도시한다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 도면을 도시한다.
도 4는 다른 실시예에서의 장치(1)를 도시한다.
도 1b는 도 1의 장치의 증착 부재(33)의 하면도를 도시한다.
도 1c는 기판 테이블(3)의 상면도를 도시한다.
도 1d는 제1 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 변형(variation)을 도시한다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 도면을 도시한다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 도면을 도시한다.
도 4는 다른 실시예에서의 장치(1)를 도시한다.
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 원자층 증착(ALD) 장치(1)의 도면을 개략적으로 도시한다. ALD 장치는 기판(5)(예컨대 실리콘 또는 사파이어를 포함하거나, 이들로 이루어진)을 지지하기 위한 기판 테이블(3)이 제공된다. 기판 테이블(3)은 회전식 모터(9)의 도움으로 회전축(rotating shaft)(7) 주변을 회전 가능하게 할 수 있다. 축(7)의 베어링(11)은 기판(5a,5b)의 표면(89)에 직각인 변형 방향(translation direction)(15)과 회전 방향(13)으로 이동시킨다. 도시된 바와 같이, 회전 방향에서 베어링의 기능은 변형 방향에서 베어링 기능과 분리된다. 그러나, 회전 및 변형 기능은 하나의 베어링으로 조합될 수도 있다. 기판 테이블(3)은 수작업으로 또는 액추에이터로 변형 방향(15)으로 이동 가능하게 할 수 있다. 변형 방향(15)은, 기판(5a, 5b)이 기판 테이블(3)로부터 제거 및/또는 테이블(3)에 로딩되도록 기판 테이블(3)을 낮추는데 필요할 수 있고, 또는 증착 부재(33)와 기판 테이블(3) 사이를 3 내지 200 ㎛의 간격으로 조절하는데 필요할 수 있다.
장치(1)는 제1 반응물(예컨대 NH3), 예컨대 반응물의 혼합물을 사용 시에 제1 캐비티가 제1 기판(5a)의 표면에 마주보도록 장치(1) 내에 배열된 제1 공급부(19)에서 제1 증착 캐비티(21)라고도 하는 제1 캐비티(21)로 공급하기 위한 제1 반응물 인젝터(17)가 제공될 수 있다. 기판 테이블(3)은 하나 이상의 기판(5a, 5b)이 제공될 수 있다. 제1 반응물은 제1 기판(5a)의 표면과 반응될 수 있고, 이어서 제1 기판(5a)은 회전식 모터(9)에 의해 제1 캐비티와 마주보는 위치로부터 이동되어, 기판(5a)은 제2 증착 캐비티(23)라고도 하는 제2 캐비티(23)을 마주보도록 위치될 것이다. 제2 반응물(예컨대 TMGa (Ga(CH3)3 ), 예컨대 반응물의 혼합물, 예컨대 TMGa 및 TMIn (In(CH3)3 )의 혼합물은 만일 그것이 액체일 경우, 제2 반응물을 증발시키기 위해, 제2 공급부(25)에서 증발 장치(27)로 제공될 수 있다. 또한, 증발 장치(27)에서, 제2 반응물은 질소원(30)으로부터 질소와 혼합될 수 있다. 제2 반응물은 제2 인젝터(29)로 제공되고, 제1 기판(5a)의 표면과 반응하도록 제2 캐비티(23)에 주입될 수 있다. 동시에, 제1 기판(5a)은 제2 캐비티로 이동되고, 제2 기판(5b)은 제1 캐비티(21)로 이동되고, 제1 반응물은 제2 기판(5b)의 표면에 제공되지만, 제1 기판(5a)은 제2 반응물로 처리된다. 기판 테이블(3)을 회전시키는 것에 의해 제1 및 제2 반응물로 제1 및 제2 기판(5a, 5b)의 표면을 연속 처리함으로써, 제어된 두께의 층이 기판(5a, 5b)의 표면 상에 증착될 수 있다. 제1 및 제2 반응물은 다른 방향에서 평행하게 표면에 증착될 수 있지만, 기판을 이동시킴으로써, 제1 및 제2 반응물은 연속적으로 증착될 것이다.
제1 반응물 및/또는 제2 반응물은 도펀트를 포함할 수 있다.
일반적으로, 두개 이상의 반응물은 다양한 층을 형성하는데 사용될 수 있다. 예컨대 다양한 층들은 다중 반응물 쌍을 사용함으로써 제조될 수 있다.
장치 내에서 오염을 발생시킬 수 있기 때문에, 기판 표면 및/또는 기판 테이블로부터 떨어진 바람직하지 않은 위치에서 제1 및 제2 반응물이 서로 직접적으로 접촉하지 않는다는 점은 중요하다. 가스 인젝터(31)는, 사용 시에 가스 인젝터가 기판 및/또는 기판 테이블(3)을 마주보도록 증착 부재 내에 배열된다. 가스 인젝터는 가스 인젝터로 주입되는 가스, 예컨대 질소를 이용하여, 적어도 제1 캐비티(21)와 제2 캐비티(23) 사이에 가스 배리어를 형성하기 위해 배열될 수 있다. 따라서, 기판 표면으로부터 떨어진 제1 및 제2 반응물 사이에서 직접적 접촉은 방지될 수 있다. 장치(1)의 증착 부재(33) 내에 배열된 가스 인젝터(31)로 형성된 가스 베어링(59)이 제공될 수 있다. 가스 공급부(35)로부터 가스(예컨대, 질소)는 가스 베어링에 적용될 수 있다. 상기 가스는 바람직하게는 증가된 온도, 예컨대 1000 degrees Celsius보다 높은 온도, 예컨대 1100 degrees Celsius 부근의 온도에서 불활성이다. 가스 베어링은, 증착 부재와 기판 사이의 차이가 고정값을 유지하고, 반응물의 확산 속도보다 빠른 흐름(flow)을 사용하여 제1 및 제2 반응물이 서로 분리되도록 하는 기능을 갖는다. 가스 배리어가 가스 베어링을 형성할 수 있다는 것을 알 수 있다.
가스 베어링은 증착 부재(33)가 기판 표면 및/또는 기판 테이블(3)과 상대적으로 가까이 접근하도록 해 줄 수 있다. 예컨대, 사용 시에 증착 부재(33)와 기판 및/또는 기판 테이블(3) 사이의 분리는 50 마이크로미터 내 또는 15 마이크로미터 내, 예컨대 3 내지 10 마이크로미터의 범위, 예컨대 5 마이크로미터일 수 있고, 이러한 분리는 가스 베어링으로 측정된다. 이러한 증착 부재(33)의 기판 및/또는 기판 테이블(3)로의 가까운 접근은 제1 및 제2 반응물의 각각 제1 및 제2 캐비티로의 가둠(confinement)이 개선된다. 캐비티(21, 23)로부터 반응물의 토출은, 증착 부재(33), 기판(5a, 5b) 및/또는 기판 테이블(3)의 가까운 접근 때문에, 상대적으로 어렵다는 것을 알 수 있다. 따라서, 캐비티(21, 23) 내에서, 한편으로 증착 부재(33)와 다른 한편으로는 기판(5a, 5b) 및/또는 기판 테이블(3) 사이에서 가스 베어링(59)에서보다 더 넓은 분리 거리 D가 제공될 수 있다는 것은 명백할 것이다. 가스 베어링(59)의 존재하는 결과, 증착 부재(33)는 사용 시에 기판 및 기판 테이블(3)에 대해서 플로팅될 수 있다.
캐비티(21, 23)(즉, 제1 캐비티(21) 및 제2 캐비티(23))는, 가스 베어링(59)에서 공정 조건과 다른 캐비티(21, 23) 내에서 반응물에 대한 공정 조건을 적용시킬 수 있다. 따라서, 캐비티(21, 23) 내에서 공정 조건과 가스 베어링(59) 내에서 공정 조건은 둘다 최적화되게 할 수 있다. 예컨대, 작동 온도, 가스 압력 및/또는 반응물에 표면이 노출된 시간과 같은 공정 조건은, 캐비티(21, 23) 없는 상황과 비교하여 보다 정확히 설정될 수 있다. 전구체 가스 압력에서 과도 상태(transients)의 발생은 캐비티(21, 23)의 결과로 감소될 수 있다.
가스 베어링은 사용 시에, 증착 부재(33)의 기판 표면 및/또는 기판 테이블(3)로의 가까운 접근의 결과로, 일반적으로 가스 베어링에서의 압력이 강력히 증가되는 것을 보여준다. 예컨대, 증착 부재가 기판 및/또는 기판 테이블(3)에 두배 가까워지는 경우에, 사용 시에 가스 베어링의 압력은 적어도 두배, 예컨대 일반적으로 8배 증가한다. 바람직하게는, 사용 시에 가스 베어링의 강도(stiffness)는 103 내지 109 뉴턴 퍼 미터(Newton per meter)의 범위이다. 그러나, 이러한 강도는 상기 범위 밖일 수도 있다. 가스 베어링을 얻기 위해서, 바람직하게는, 장치(1)는 기판 표면(89) 쪽을 향해 증착 부재(33)에 프리스트레스 힘(prestressing force)을 적용하도록 배열된다. 장치는 가스 베어링(59)에서의 압력을 제어함으로써 프리스트레스 힘에 대응하도록 배열될 수 있다. 사용 시에, 프리스트레스 힘은 가스 베어링의 강도를 증가시킨다. 이러한 증가된 강도는 기판 표면의 평면 밖으로의 바람직하지 않은 이동을 감소시킨다. 따라서, 증착 부재(33)는 증착 동안에 기판 표면에 접촉하지 않고, 기판 표면에 더욱 가까이에서 작동될 수 있다.
가스 공급부(35)로부터의 가스는, 채널을 구비하는 (금속) 바디(body)(41)를 둘러싸는 전기 코일(39)을 포함하는 제1 인덕션 히터로 형성될 수 있거나, 이를 포함할 수 있는 히터(37)로 가열될 수 있다. 코일(39)로 교류를 제공함으로써, 바디(41)는 가열될 수 있고, 또한 채널을 통과한 가스 흐름은 가열될 것이다. 가스는 1100℃ 부근의 가스 작동 온도로 가열될 수 있다. 이러한 온도는 TMGa를 포함하는 증착 반응을 유지하는데 필요할 수 있다. 가스 베어링에 사용되는 가스의 양은 제1 및 제2 반응물과 비교하여 크고, 그리하여 많은 열이 전송될 수 있기 때문에, 가스 베어링에 대해서 가스를 가열하는 것은 유리하다. 또한, 가스 베어링을 통한 가열은, 가열이 이런 식으로 더욱 균일하게 일어날 수 있기 때문에 유리할 수 있다. 비균일한 가열은 기판 또는 장치의 기계적 변형을 일으킬 수 있고, 고장/부식을 일으킬 가능성이 있다. 또한, 비균일한 가열은 증착이 비균일하게 일어나도록 할 수 있다. 또한, 반응물, 특히 TMGa는 요구되는 고온에서 불안정할 수 있다. 따라서, TMGa는 너무 긴 시간 동안 고온이 허용되지 않을 수 있다.
또한, 증가된 온도는 일부 화학적 반응을 용이하게 할 수 있고, 결정질 증착 또는 (헤테로)에피택셜 성장(즉, 단결정질 결정 상에서 단결정질막의 성장, 예컨대 사파이어 상에서 InGaN)에 유리할 수 있다.
장치는, 예컨대 제2 인덕션 히터(43)을 포함하거나, 이로 형성된 추가적인 히터가 제공될 수 있다. 제2 인덕션 히터(43)는 기판 테이블(3)을 둘러싸는 코일이 제공될 수 있다. 제2 인덕션 히터(43)는 기판을, 예컨대 기판 테이블(3)을 통해, 가열하는데 사용될 수 있다. 또한, 기판 테이블(3)은 기판 테이블(3)을 가열하기 위한 레지스터 히터 또는 라디에이션 히터가 제공될 수 있다. 열 차단막(45, 47)은, 사용 시에 증착 부재(33)와 기판 테이블(3)과 같은 장치의 뜨거운 부품들 사이에 제공될 수 있다. 열 차단막은 쿼츠 차단막(quartz shield)(45) 또는 (다층) 반사성 호일(47)을 포함할 수 있다. 쿼츠 차단막은 바람직하게는 제1 및/또는 제2 인덕션 히터 가까이에서 사용될 수 있다. 이는, 쿼츠가 인덕션 히터의 작동을 실질적으로 방해하지 않기 때문이다. 또한, 인덕션 히터의 코일은 열 차단막으로서 기능을 할 수 있다. 또한, 다층은 코팅으로서 제공될 수 있다. 온도 센서(49)는 장치의 뜨거운 부품들의 온도를 측정하도록 장치(1)에 제공될 수 있다. 장치(1)는 가스 및 반응물 제거 시스템(51)이 제공될 수 있다. 가스 제거 시스템(51)은 캐비티(21, 23)로부터의 반응물의 잉여 및 가스 베어링으로부터의 가스의 잉여를 제거하기 위해 사용될 수 있다. 가스는 그것이 배출되기 전에 스크러버(scrubber)에 의해 세정될 수 있다. 장치(1)는 장치(1)의 사용자를 보호하기 위해 외부 케이싱(outer casing)(54)이 제공될 수 있다.
가스 인젝터(31)는 기판(5a, 5b)의 표면 또는 기판 테이블(3)의 표면을 마주보게될 수 있다. 기판의 표면은 가스 인젝터로 주입되는 가스의 가열 후에 가스 베어링으로 가열될 수 있고, 및/또는 추가적인 히터, 예컨대 제2 인덕션 히터에 의해 가열될 수 있다. 또한, 가스 베어링은, 도 1의 장치의 증착 부재(33)의 하면도를 도시하고 있는 도 1b에 나타낸 바와 같이 제1 및 제2 반응물에 대해 세퍼레이터로서 작용할 수 있다. 각각의 캐비티(21, 23)로 반응물을 제공하고, 가스 인젝터(31)로 둘러싸인 다중 제1 반응물 인젝터(17) 및 다중 제2 반응물 인젝터(29)를 보여준다. 도 1c는 4개의 기판(5a, 5b)이 제공된 기판 테이블(3)의 상면도를 도시한다.
도 1d는 제1 실시예에 따른 원자층 증착 장치(1)의 변형을 보여준다. 도 1d의 변형은 도 1a-c에 관해 기재된 및/또는 제1 실시예에 따른 장치(1)의 하나 이상의 특징을 공유할 수 있다. 도 1d의 실시예에서, 제1 반응물 인젝터(17)와 제2 반응물 인젝터(29)는 적어도 부분적으로 증착 부재(33)에 배열될 수 있다. 증착 부재(33) 및/또는 기판 테이블(3)은 가스 주입구(53)를 가질 수 있다. 가스 인젝터(31)는, 기판 및/또는 기판 테이블(3)을 향해, 가스 주입구로부터 가스를 이송하기 위한 가스 주입구(53)와 유체 연결될 수 있다. 가스 인젝터(31)는, 사용 시에 가스 인젝터(31)가 기판(5a, 5b) 및/또는 기판 테이블(3)을 마주보도록 증착 부재(33)에 배열될 수 있다. 따라서, 가스 인젝터는, 사용 시에 가스 인젝터가 증착 부재(33) 및 기판(51, 5b) 및/또는 기판 테이블(3) 사이에 공간(55)을 마주보도록 증착 부재(33)에 배열될 수 있다.
가스 인젝터(31)는 가스 인젝터로 주입되는 가스를 이용하여, 적어도 제1 및 제2 캐비티(21, 23) 사이에 가스 배리어(57)를 형성하도록 배열될 수 있다. 가스 인젝터(31)는 가스 인젝터(31)로 주입되는 가스를 이용하여, 증착 부재(33)와 기판의 표면 사이 및/또는 증착 부재(33)와 기판 테이블(3) 사이에서 가스 베어링(59)을 형성하도록 배열될 수 있다. 따라서, 사용 시에, 가스 베어링(59)은 기판(5)의 표면(89) 및/또는 기판 테이블(3)에 대한 증착 부재(33)가 베어링될 수 있다.
장치(1)는 가스 인젝터(31)로 주입될 가스를 가열하기 위한 히터(37)를 포함할 수 있다. 장치(1)는 증착 부재(33)와 기판 테이블(3)을 가열하고, 예컨대 기판 테이블(3)을 통해 기판을 가열하기 위한 추가적인 히터를 더 포함할 수 있다. 그러나, 추가적인 히터는 기판 테이블(3)을 통해 기판을 추가적으로 또는 대체적으로 가열하도록, 기판을 직접적으로 가열할 수 있다. 이러한 직접적인 가열은, 기판이 예컨대 도전성 물질을 포함하고, 예컨대 실질적으로 이들로 이루어지고, 히터(37)가 제2 인덕션 히터로 형성되는 경우에 수행될 수 있다. 히터(37)는 증착 부재(33) 및 기판 테이블(3)의 외부에 제공될 수 있어, 사용 시에 가스 주입구로부터 이송되고 가스 인젝터로 주입되는 가스는, 증착 부재(33)가 추가적인 히터로 가열되는 경우에, 상기 가스가 가스 주입구 및 증착 부재(33)로 들어가기 전에, 히터(37)에 의해 가열된다. 더욱 일반적으로, 가스 주입구를 지나간 후에, 가스의 온도는 실질적으로 유지될 수 있고, 예컨대 기판 및/또는 기판 테이블로부터 배수되기 전에, 가스 주입구에서 그 온도로부터 최대 10% 또는 20% 다양해질 수 있다.
장치(1)는 히터(37)와 추가적인 히터로 공급되는 열을 제어하기 위한 컨트롤러(60)를 포함할 수 있다. 히터(37)는 가스 작동 온도로 가스 인젝터로 주입될 가스를 가열하기 위해 배열될 수 있다. 추가적인 히터는 증착 부재 작동 온도로 증착 부재(33)를 가열하기 위해 배열될 수 있다. 추가적인 히터는 기판 작동 온도로 기판 테이블(3)을 가열하기 위해 배열될 수 있다. 추가적인 히터는 예컨대 기판 테이블(3)을 통해 기판 작동 온도로 기판을 가열하기 위해 배열될 수 있다. 컨트롤러는 가스 작동 온도, 증착 부재 작동 온도, 기판 테이블 작동 온도, 및/또는 기판 작동 온도를 실질적으로 평형을 이루게 하기 위해 배열될 수 있다. 따라서, 상기 온도는 1100 degrees Celsius 플러스 또는 마이너스 100 degrees Celsius의 범위, 즉 1000 내지 1200 degrees Celsius의 범위일 수 있다. 이러한 평형을 이용하여, 기판 테이블(3), 기판, 및 증착 부재(33)의 열-기계적 변형이 허용될 수 있다. 그 때문에, 장치(1)는 적절히 기능할 수 있다.
제어를 개선하기 위해, 컨트롤러(60)는 적어도 하나의 온도 피드백 요소(temperature feed-back element), 예컨대 적어도 하나의 온도 센서(49), 적어도 하나의 써모커플(thermocouple)(62) 및/또는 적어도 하나의 고온계(pyrometer)가 제공될 수 있다. 온도 피드백 요소는 기판 테이블(3), 증착 부재(33), 히터(37) 및/또는 기판과 개별적으로 열 접촉될 수 있다. 온도 피드백 요소를 이용하여 결정된 온도는 컨트롤러(60)와 접촉될 수 있다. 컨트롤러는 온도 피드백 요소, 예컨대 온도 센서(49), 써모커플(62), 및/또는 고온계를 이용하여 측정된 온도에 기초하여 히터(37) 및/또는 추가적인 히터를 제어하기 위해 배열될 수 있다.
따라서, 더욱 일반적으로 증착 부재(33) 및/또는 기판 테이블(3)은 추가적인 히터로 제공되는 열에 대응하기 위해 장치(1) 내에 배열되는 써머 매스(thermal mass)를 형성할 수 있다는 것은 명백할 수 있다. 히터(37)는 써머 매스의 외부에 제공될 수 있어, 사용 시에 가스 주입구로부터 이송되고, 가스 인젝터로 주입되는 가스는, 써머 매스가 사용 시에 추가적인 히터로 가열되는 경우에, 상기 가스가 써머 매스로 들어가기 전에, 히터(37)로 가열된다. 따라서, 여기서 사용되는 '증착 부재' 및 '기판 테이블'은 추가적인 히터에 주로 반응하는 장치(1)의 부품(parts)을 나타낼 수 있다. 예컨대, 추가적인 히터는 인덕션 히터, 예컨대 제2 인덕션 히터(43), 및 증착 부재이거나 이를 포함할 수 있고, 및/또는 기판 테이블(3)은 인덕션 히터와 반응하는 도전성 물질을 포함하고, 바람직하게는 실질적으로 이들로 이루어진다. 추가적인 히터와 반응하지 않고, 예컨대 추가적인 히터로부터 떨어진 곳에 위치하고 및/또는 추가적인 히터로 둘러싸이지 않은 장치(1)의 부품은 바람직하게는 써머 매스의 부품을 형성하지 않을 수 있다.
가스 제거 시스템(51)을 이용하여 가스를 배출하기 위해서, 제 1 캐비티(21)는 제1 반응물 배수관(51A)이 제공될 수 있고, 제2 캐비티(23)는 제2 반응물 배수관(51B)이 제공될 수 있다. 제1 반응물 배수관은 제1 반응물이 제1 캐비티(21)를 흘러 넘치는 것을 실질적으로 방지하기 위해 제1 캐비티(21)에 위치될 수 있다. 제2 반응물 배수관은 제2 반응물이 제2 캐비티(23)를 흘러 넘치는 것을 실질적으로 방지하기 위해 제2 캐비티(23)에 위치될 수 있다. 따라서, 더욱 일반적으로, 제1 반응물 인젝터(17), 예컨대 제1 반응물 인젝터(17)의 제1 배출구(52A)는 제1 캐비티 내에 위치될 수 있다. 제1 반응물 배수관(51A)은 제1 캐비티(21) 내에 위치될 수 있다. 제2 반응물 인젝터(29), 예컨대 제2 반응물 인젝터(29)의 제2 배출구(52B)는 제2 캐비티(23) 내에 위치될 수 있다. 제2 반응물 배수관(51B)은 제2 캐비티(23) 내에 위치될 수 있다. 예컨대 가스 인젝터(31)의 배출구(52C)의 근처 또는 부근의 가스 베어링에서, 증착 부재(33)와 기판 및/또는 기판 테이블(3) 사이의 분리된 간격 D은, 사용 시에 적어도 3 마이크로미터(micrometer), 적어도 5 마이크로미터, 적어도 10 마이크로미터, 및/또는 최대 70, 50, 30, 또는 15 마이크로미터일 수 있다. 추가적으로 또는 대체적으로, 제1 및/또는 제2 캐비티에서, 증착 부재와 기판 및/또는 기판 테이블(3) 사이의 분리된 간격 D는, 사용 시에, 최대 5000 마이크로미터, 최대 2000 마이크로미터, 최대 1000 마이크로미터, 최대 500 마이크로미터, 최대 200 마이크로미터, 최대 100 마이크로미터, 최대 50 마이크로미터, 및/또는 적어도 25 마이크로미터일 수 있다. 한편으로 제1 및/또는 제2 캐비티에서 분리된 간격 D와 다른 한편으로 가스 베어링에서 분리된 간격 D 사이의 차이는, 사용 시에, 25 마이크로미터 내지 500, 1000, 2000, 또는 5000 마이크로미터의 범위일 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 도면을 도시한다. 기판 테이블(3)은 기판 핀(substrate fins)(65)을 통해 기판 테이블(3)로 열을 전달하기 위한 히팅 핀(heating fins)(63)이 제공되는 테이블 히터(61)로 가열될 수 있다. 히터(61)는 열의 공급원으로서 레지스터 또는 연소(combustion)를 사용할 수 있다. 테이블 히터(61)는 도 1에서 가스 히터(37)에 추가로서 사용될 수 있고, 예컨대 추가적인 히터로 포함될 수 있다. 열 차단막(heat shield)(67)은 이러한 경우에 (다층) 반사성 열 차단막일 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 도면을 도시한다. 열 차단막(71)은 하측 열 차단막(lower heat shield)(73)과 상측 열 차단막(upper heat shield)(75)으로 나뉠 수 있다. 원자층 증착 장치는, 기판(5a)의 표면(89)에 실질적으로 직각인 z-방향으로 서로에 대해 하측 열 차단막(73)과 상측 열 차단막(75)을 이동시킴으로써 개방될 수 있다.
또한, 도 3은 축(shaft)(7) 상에 기판 테이블(3)을 마운팅하기 위한 키네틱 마운트(kinematic mount)(77)를 나타낸다. 키네틱 마운트(77)는 3개의 볼(78)이 제공될 수 있다. 키네틱 마운트는 노치(notches)(79)가 제공될 수 있다. 노치(79)는 V-형태일 수 있다. 따라서, 노치(79)는 노치의 길이 방향에 직각인 단면적이 V-형태를 나타낼 수 있다(도 3에 나타낸 바와 같이). 노치(79)는 방사상 패턴으로 확장할 수 있다. 이러한 키네마틱 마운트는, 기판 테이블(3)이 축으로부터 통상적으로 제거될 수 있지만, 후에 이동 전과 실질적으로 동일한 위치에 그것을 마운팅되도록 할 수 있다는 이점이 있을 수 있다(Such a kinematic mount may have the advantage that the substrate table 3 may be conveniently removed from the shaft, while it can be afterwards mounted thereon it substantially the same position as before removing). 대체적으로 또는 추가적으로, 이러한 키네마틱 마운트는 기판 테이블(3)과 축(7) 사이에 상당히 효과적인 열 배리어(thermal barrier)를 제공할 수 있다. 따라서, 키네마틱 마운트(77)는 기판 테이블(3)을 통해 축의 가열을 실질적으로 방지할 수 있다. 키네마틱 마운트는 장치(1)에 일반적으로 적용될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 기판 테이블(3)은 기판을 지지하기 위한 가스 베어링이 구비될 수 있다. 기판은 회전 또는 변형 방향으로 가스 베어링 상에서 이동 가능할 수 있다.
도 4는 다른 실시예의 특징이 조합될 수 있는 또 다른 실시예에서의 장치(1)를 보여준다. 기판 테이블(3)은 스페이스(55)를 향해 기판 테이블(3)로부터, 추가적인 가스, 예컨대 클리닝 가스(cleaning gas)를 공급하기 위해 추가적인 가스 인젝터(81)가 제공될 수 있다. 추가적인 가스, 예컨대 클리닝 가스는 가스 인젝터(31)로 주입되는 가스와 유사한 조성일 수 있다. 클리닝 가스 인젝터(81), 즉 클리닝 가스 인젝터의 배출구(83)는, 사용 시에, 기판의 아래 또는 기판의 부근에 또는 기판의 근처에 위치될 수 있다. 선택적으로, 클리닝 가스 배출구는 적어도 부분적으로 기판의 아래에 배열될 수 있다. 추가적인 가스 인젝터(81), 예컨대 클리닝 가스 인젝터는, 사용 시에 기판 테이블(3)과 기판(5a, 5b) 사이에 기판 공간 (85a, 85b)에 흐르는 클리닝 가스를 발생시키기 위해 적어도 부분적으로 기판 테이블(3)에 위치될 수 있다. 이렇게 하여, 기판 공간(85a, 85)에서 원자층의 증착은 방지되거나 적어도 저해될 수 있다. 따라서, 기판의 마운팅에서 제거되는 동안 기판 공간(85a, 85b)에 증착이 발생되는 원자층으로부터 발생하는 입자로의 장치의 오염은 실질적으로 방지되거나 적어도 감소될 수 있다. 기판 테이블(3)은 적어도 하나의 기판(5a, 5b)에 받기 위해 적어도 하나의 캐비티(87)가 제공될 수 있다. 테이블 캐비티의 깊이는, 사용 시에, 기판 테이블(3)의 상측 평면(upper plane)(91)에 맞추어 조정된 기판 표면(89)을 갖도록 배열될 수 있다. 도 4의 또 다른 실시예의 특징은 일반적으로 개별적으로 적용될 수 있다.
더욱 일반적으로, 히터(37)는 추가적인 가스 인젝터(81)로 주입될 추가적인 가스를 가열하기 위해 더 배열될 수 있다. 기판 테이블(3)은 추가적인 가스 인젝터(81)로 주입될 가스용 추가적인 가스 주입구(93)를 가질 수 있고, 이러한 추가적인 가스 인젝터(81)은 추가적인 가스 주입구(93)로부터 가스를 이송하기 위한 추가적인 가스 주입구(93)와 유체 연결되어 있다. 이러한 이송은 증착 부재(33)와 기판(5a, 5b) 및/또는 기판 테이블(3) 사이에 공간(55)을 향할 수 있다. 히터(37)는 증착 부재(33) 및 기판 테이블(3) 외부에 제공될 수 있어, 사용 시에, 추가적인 가스 인젝터(81)로 주입되고, 추가적인 가스 주입구(93)로부터 이송되는 추가적인 가스는, 기판 테이블(3)이 추가적인 히터로 가열되는 경우에, 상기 추가적인 가스가 추가적인 가스 주입구 및/또는 기판 테이블(3)에 들어가기 전에, 히터(37)로 가열된다.
또 다른 실시예에 있어서, 기판은 변형 방향으로 이동 가능할 수 있다. 이는, 변형 방향으로 이동 가능한 기판 테이블(3)을 가짐으로써, 또는 가스 베어링 상에 직접적으로 지지된 기판을 가짐으로써 확립될 수 있다. 또한, 이러한 장치에서 반응물 캐비티는 서로에 대해 변형된 방향으로 옮겨질 수 있다. 이러한 장치에 대한 더 많은 정보에 대해서는 EP2159304를 참조한다.
본 발명의 다른 실시예는 기판의 표면 상에 원자층 증착을 위한 장치를 포함할 수 있고, 상기 장치는, 사용 시에 제1 캐비티가 표면을 마주보도록 장치 내에 배열되는, 제1 공급부에서부터 제1 캐비티까지 제1 반응물을 공급하기 위한 제1 반응물 인젝터를 포함하고, 사용 시에 제2 캐비티가 표면을 마주보도록 장치 내에 배열되는, 제2 공급부에서부터 제2 캐비티까지 제2 반응물을 공급하기 위한 제2 반응물 인젝터를 포함하고, 사용 시에 가스로 가스 배리어를 형성하기 위해 표면이 가스 인젝터를 마주보도록 장치 내에 배열되는 가스 인젝터를 포함하고, 상기 장치는 가스를 가열하기 위한 히터를 포함하고; 기판의 표면 상에 원자층 증착을 위한 장치로서, 상기 장치는 사용 시에 제1 캐비티가 기판을 지지하기 위한 장치의 표면 및/또는 기판 테이블을 마주보도록 장치 내에 배열되는, 제1 공급부에서부터 제1 캐비티까지 제1 반응물을 공급하기 위한 제1 반응물 인젝터; 사용 시에 제2 캐비티가 표면 및/또는 기판 테이블을 마주보도록 장치 내에 배열되는, 제2 공급부에서부터 제2 캐비티까지 제2 반응물을 공급하기 위한 제2 반응물 인젝터; 및 사용 시에 가스 인젝터는 가스 인젝터로 주입되는 가스를 이용하여, 적어도 제1 캐비티와 제2 캐비티 사이에 가스 배리어를 형성하기 위해 표면 및/또는 기판 테이블을 마주보도록 장치 내에 배열되는 가스 인젝터를 포함하고; 상기 장치는 가스 인젝터로 주입되는 가스를 가열하기 위한 히터를 포함하고; 본 발명에 따른 장치는 기판을 지지하기 위한 기판 테이블이 제공되고; 본 발명에 따른 장치는, 제1 반응물 인젝터, 제2 반응물 인젝터 및 가스 인젝터가 장치의 증착 부재 내에 제공되고; 본 발명에 따른 장치는, 가스 베어링이 기판의 표면에 대해 증착 부재가 베어링되고; 본 발명에 따른 장치는, 기판을 가열하기 위한 추가적인 히터를 포함하고, 추가적인 히터는 기판 테이블을 둘러싸는 코일이 구비된 제2 인덕션 히터를 포함하고; 기판의 표면 상에 원자층 증착을 하기 위한 방법으로서, 상기 방법은 그 표면과 접촉하는 제1 반응물을 제공하도록, 제1 증착 캐비티까지 제1 공급부에서부터 제1 반응물을 공급하는 단계를 포함하고; 그 표면과 접촉하는 제2 반응물을 제공하도록, 제2 증착 캐비티까지 제2 공급부에서부터 제2 반응물을 공급하는 단계를 포함하고; 가스 인젝터를 통해 표면으로 가스를 공급하는 단계를 포함하고, 상기 방법은 가스를 가열하는 단계를 더 포함하고, 기판의 표면 상에 원자층 증착을 하기 위한 방법은, 그 표면과 접촉하는 제1 반응물을 제공하도록, 제1 증착 캐비티까지 제1 공급부에서부터 제1 반응물을 공급하는 단계; 그 표면과 접촉하는 제2 반응물을 제공하도록, 제2 증착 캐비티까지 제2 공급부에서부터 제2 반응물을 공급하는 단계, 기판을 지지하고, 가스 인젝터로 주입되는 가스를 이용하여, 적어도 제1 증착 캐비티와 제2 증착 캐비티 사이에 가스 배리어를 형성하도록, 가스 인젝터를 통해 표면 및/또는 기판 테이블로 가스를 공급하는 단계를 포함하고; 상기 방법은 가스 인젝터로 가스의 주입 전에 가스를 가열하는 단계를 더 포함하고; 본 발명에 따른 장치는, 기판 테이블이 기판을 지지하기 위해 가스 베어링이 제공되고; 본 발명의 따른 장치는, 열 차단막이 반사성 물질을 포함하고; 본 발명에 따른 장치는, 열 차단막이 반사성 물질의 다층을 포함하고; 본 발명에 따른 장치는, 열 차단막이 채널이 구비된 바디와 제1 인덕터 사이에 제공되고; 본 발명에 따른 장치는, 기판 테이블이 장치를 개방하고, 기판을 로딩 혹은 제거하도록 하기 위해, 증착 부재의 주면(main surface), 예컨대 도 4에서의 주면(95)에 직각 방향으로 증착 부재에 대해서 이동 가능하고; 본 발명에 따른 장치는, 기판 테이블 및 증착 부재가 1100 degrees Celsius까지의 온도를 견딜 수 있는 물질로 이루어지고; 본 발명에 따른 장치는, 기판이 사파이어로 이루어지고; 본 발명에 따른 장치는, 증착 부재 및/또는 기판 테이블이 몰리브덴의 합금으로 이루어지고; 본 발명에 따른 장치는, 인덕션 히터가 증착 부재 및/또는 기판 테이블을 둘러싸는 코일이 제공된다.
본 발명의 특정 실시예를 상기에 기재하였지만, 본 발명은 기재된 것과 다른 또는 기재된 것의 추가적인 특징들이 예상될 수 있다는 것으로 이해해야 한다. 첫번째 예로서, 히터, 추가적인 히터, 및/또는 다른 히터는 제1 및/또는 제2 반응물의 작동 온도로 제1 및/또는 제2 반응물을 가열하기 위해 배열될 수 있다. 다른 히터가 증착 부재 내에 배열될 수 있다. 따라서, 제1 및/또는 제2 반응물은 제1 및/또는 제2 캐비티의 부근에서 각각 가열될 수 있다. 이러한 사항은, 특히, TMGa 및 가능한 다른 갈륨 전구체들에 있어서, 장시간 동안 고온에 노출되는 경우에 이러한 전구체들이 악화될 수 있기 때문에, 유리하다. 컨트롤러는 다른 히터로 공급되는 열을 제어하기 위해 더 배열될 수 있다. 컨트롤러는 가스 작동 온도, 증착 부재 온도, 기판 테이블 작동 온도, 기판 작동 온도, 제1 반응물 작동 온도, 및/또는 제2 반응물 작동 온도를 제어, 바람직하게는 실질적으로 평형을 이루게 하기 위해 배열될 수 있다. 두번째 실시예로서, 증착 부재는 복수(예컨대 2 또는 3 또는 3 이상)의 제1 캐비티 및/또는 복수(예컨대 2 또는 3 또는 3 이상)의 제2 캐비티가 제공될 수 있다. 더 많은 캐비티를 갖는 것은 증착 공정을 더욱 빠르고 및/또는 더욱 다용도로 가능하게 할 수 있다. 제1 반응물 인젝터는 복수의 제1 캐비티로 제1 반응물을 공급하기 위해 배열될 수 있다. 제2 반응물 인젝터는 복수의 제2 캐비티로 제2 반응물을 공급하기 위해 배열될 수 있다. 그러나, 대체적으로 또는 추가적으로, 증착 부재는 복수의 제1 반응물 인젝터가 제공될 수 있고, 복수의 제1 캐비티의 캐비티들은 복수의 제1 반응물 인젝터들의 제1 반응물 인젝터가 각각 제공될 수 있다. 마찬가지로, 증착 부재는 복수의 제2 반응물 인젝터가 제공될 수 있고, 복수의 제2 캐비티의 캐비티들은 복수의 제2 반응물 인젝터들의 제2 반응물 인젝터가 각각 제공될 수 있다. 본 발명에 따른 장치의 실시예는 적어도 2개의 제2 캐비티, 적어도 2개의 제2 반응물 인젝터, 적어도 2개의 제1 캐비티, 적어도 2개의 제1 반응물 인젝터, 제1 공급부, 및 적어도 2개의 제2 공급부를 포함할 수 있다. 제2 반응물 인젝터들의 첫번째는, 제2 공급부들의 첫번째로부터 제2 캐비티들의 첫번째까지 제2 반응물들의 첫번째, 예컨대 TMGa를 공급하기 위해 배열될 수 있다. 제2 반응물 인젝터들의 두번째는, 제2 공급부들의 두번째로부터 제2 캐비티들의 두번째까지 제2 반응물들의 두번째, 예컨대 TMIn을 공급하기 위해 배열될 수 있다. 제2 캐비티는, 사용 시에 제2 캐비티가 표면 및/또는 기판 테이블을 마주보도록 증착 부재 내에 배열될 수 있다. 제1 반응물 인젝터들의 첫번째는, 사용 시에 제1 캐비티들의 첫번째가 기판 및/또는 기판 테이블을 마주보도록 증착 부재 내에 배열될 수 있는, 제1 캐티비들의 첫번째까지 제1 공급부로부터 제1 반응물, 예컨대 NH3을 공급하기 위해 배열될 수 있다. 제1 반응물 인젝터들의 두번째는, 사용 시에 제1 캐비티들의 두번째가 기판 및/또는 기판 테이블을 마주보도록 증착 부재 내에 배열될 수 있는, 제1 캐티비들의 두번째까지 제1 공급부로부터 제1 반응물, 예컨대 NH3을 공급하기 위해 배열될 수 있다. 따라서, 증착 부재는 적어도 2개의 제2 캐비티와 적어도 2개의 제1 캐비티가 제공될 수 있다. 이러한 실시예는 회전식 기판 테이블과도 잘 조합할 수 있다.
상기 기재들은 한정이 아닌 설명하기 위한 것이다. 따라서, 아래에 나타낸는 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 기재되는 본 발명을 변형할 수 있다는 것은 당업자에게 명백한 것이다.
Claims (15)
- 증착 부재(deposition member);
기판을 지지하기 위한 기판 테이블;
사용 시에, 제1 캐비티가 표면 및/또는 기판 테이블을 마주보도록 증착 부재 내에 배열되는, 제1 공급부에서부터 제1 캐비티까지 제1 반응물을 공급하기 위한 제1 반응물 인젝터;
사용 시에 제2 캐비티가 표면 및/또는 기판 테이블을 마주보도록 증착 부재 내에 배열되는, 제2 공급부에서부터 제2 캐비티까지 제2 반응물을 공급하기 위한 제2 반응물 인젝터;
사용 시에 가스 인젝터가 표면 및/또는 기판 테이블을 마주보도록 증착 부재 내에 적어도 부분적으로 배열되는 가스 인젝터로서, 상기 가스 인젝터는 가스 인젝터로 주입되는 가스를 이용하여 적어도 제1 캐비티와 제2 캐비티 사이에 가스 배리어를 형성하기 위해 배열되고, 선택적으로(optionally) 가스 인젝터로 주입되는 가스를 이용하여 증착 부재와 기판의 표면 사이 및/또는 증착 부재와 기판 테이블 사이에 가스 베어링을 형성하기 위해 배열되고, 사용 시에 가스 베어링은 기판의 표면 및/또는 기판 테이블에 관한 증착 부재를 베어링하는, 가스 인젝터;
가스 인젝터로 주입될 가스를 가열하기 위한 히터; 및
증착 부재와 기판 테이블을 가열하고, 선택적으로 기판 테이블을 통해 기판을 가열하기 위한 추가적인 히터;
를 포함하는, 기판의 표면 상에 원자층 증착을 위한 장치로서:
상기 증착 부재와 선택적으로 기판 테이블은 가스 인젝터로 주입될 가스용 가스 주입구를 갖고, 상기 가스 인젝터는 가스 주입구로부터 가스를 이송하기 위한 가스 주입구와 유체 연결되고;
사용 시에 증착 부재가 추가적인 히터로 가열되는 경우에, 가스가 주입구 및 증착 부재로 들어가기 전에, 가스 주입구로부터 이송되고 가스 인젝터로 주입될 가스가 히터로 가열되도록, 상기 히터가 증착 부재와 기판 테이블 외부에 제공되는, 기판의 표면 상에 원자층 증착을 위한 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 가스 인젝터는, 제1 반응물과 제2 반응물을 분리하기 위해, 적어도 제1 반응물 인젝터와 제2 반응물 인젝터 사이에 제공되는, 기판의 표면 상에 원자층 증착을 위한 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 기판 테이블은 사용 시에 기판을 회전하기 위해 회전식 테이블인, 기판의 표면 상에 원자층 증착을 위한 장치.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
히터와 추가적인 히터로 공급되는 열을 제어하기 위한 컨트롤러를 포함하고,
상기 히터는 가스 작동 온도로 가스 인젝터로 주입될 가스를 가열하기 위해 배열되고;
상기 추가적인 히터는 증착 부재 작동 온도로 증착 부재를 가열하고, 기판 테이블 작동 온도로 기판 테이블을 가열하고, 선택적으로(optionally) 기판 테이블을 통해 기판 작동 온도로 기판을 가열하기 위해 배열되고;
상기 컨트롤러는 가스 작동 온도, 증착 부재 온도, 기판 테이블 작동 온도, 및/또는 기판 작동 온도를 제어, 바람직하게는 실질적으로 평형을 이루게 하기 위해 배열되는, 기판의 표면 상에 원자층 증착을 위한 장치.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 캐비티에는 제1 반응물 배수관이 제공되고, 상기 제2 캐비티에는 제2 반응물 배수관이 제공되고,
상기 제1 반응물 배수관은 제1 반응물이 제1 캐비티를 넘쳐 흐르는 것을 실질적으로 방지하기 위해 제1 캐비티에 위치시키고,
상기 제2 반응물 배수관은 제2 반응물이 제2 캐비티를 넘쳐 흐르는 것을 실질적으로 방지하기 위해 제2 캐비티에 위치하는, 기판의 표면 상에 원자층 증착을 위한 장치.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 증착 부재 및/또는 기판 테이블은, 추가적인 히터로 공급되는 열에 반응하기 위해 장치 내에 배열되는 써머 매스(thermal mass)을 형성하는, 기판의 표면 상에 원자층 증착을 위한 장치.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 추가적인 히터는 인덕션 히터 및 증착 부재를 포함하고, 및/또는
상기 기판 테이블은 인덕션 히터에 반응하는 금속성 물질을 포함하는, 바람직하게는 금속성 물질로 이루어진, 기판의 표면 상에 원자층 증착을 위한 장치.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 히터는 제1 인덕션 히터를 포함하고,
상기 인덕션 히터는 가스를 가열하기 위한 채널을 구비하는 바디(body)를 둘러싸는 코일이 제공되는, 기판의 표면 상에 원자층 증착을 위한 장치.
- 제1항 내지 제8항 중 적어도 제7항에 있어서,
상기 추가적인 히터는 증착 부재 및/또는 기판 테이블을 둘러싼 코일이 제공되는 제2 인덕션 히터를 포함하는, 기판의 표면 상에 원자층 증착을 위한 장치.
- 제9항에 있어서,
상기 장치는 열 차단막(heat shield)이 제공되고, 상기 열 차단막은 열 차단막의 내부에 증착 부재 및/또는 기판 테이블이 제공되고, 열 차단막의 외부에 제2 인덕션 히터의 코일이 제공되는 것으로 정의하는, 기판의 표면 상에 원자층 증착을 위한 장치.
- 제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 열 차단막은 채널을 구비한 바디와 제1 인덕터 사이에 제공되는, 기판의 표면 상에 원자층 증착을 위한 장치.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판 테이블은, 장치를 개방하고, 기판을 로딩 혹은 제거하도록 하기 위해, 증착 부재의 주면(main surface)에 직각 방향으로 증착 부재에 대해서 이동 가능한, 기판의 표면 상에 원자층 증착을 위한 장치.
- 증착 부재를 준비하는 단계;
기판 테이블을 이용하여 기판을 지지하는 단계;
그 표면과 접촉하는 제1 반응물을 제공하도록, 기판 및/또는 기판 테이블과 마주하는 제1 증착 캐비티까지 제1 공급부에서부터 제1 반응물을 공급하는 단계;
그 표면과 접촉하는 제2 반응물을 제공하도록, 기판 및/또는 기판 테이블과 마주하는 제2 증착 캐비티까지 제2 공급부에서부터 제2 반응물을 공급하는 단계;
가스 인젝터를 통해 표면 및/또는 기판 테이블로 가스를 주입하고, 가스 인젝터로 주입되는 가스를 이용하여, 적어도 제1 증착 캐비티와 제2 증착 캐비티 사이에 가스 배리어를 형성하고, 선택적으로(optionally) 증착 부재와 기판의 표면 사이 및/또는 증착 부재와 기판 테이블 사이에 가스 베어링을 형성하여, 가스 베어링이 기판의 표면 및/또는 기판 테이블에 대해 증착 부재를 베어링하는 단계;
가스 인젝터로 주입하기 전에 가스를 가열하기 위한 히터를 준비하는 단계;
증착 부재와 기판 테이블을 가열하고, 선택적으로 기판 테이블을 통해 기판을 가열하기 위한 추가적인 히터를 준비하는 단계;
가스 인젝터와 유체 연결되는 증착 부재의 가스 주입구로부터 증착 부재에 가스 인젝터로 주입될 가스를 이송하는 단계;
를 포함하는 기판의 표면 상에 원자층을 증착하는 방법으로서:
상기 방법은 증착 부재와 기판 테이블 외부에 히터를 제공하는 단계를 포함하고, 증착 부재가 추가적인 히터로 가열되는 경우에, 상기 가스가 가스 주입구와 증착 부재에 들어가기 전에, 가스 인젝터로 주입되고, 가스 주입구로부터 이송되는 가스를 가열하는 단계를 포함하는, 기판의 표면 상에 원자층을 증착하는 방법.
- 제13항에 있어서,
히터를 사용하여, 가스 작동 온도로 가스 인젝터로 주입될 가스를 가열하는 단계를 포함하고;
추가적인 히터를 사용하여, 증착 부재 작동 온도로 증착 부재를 가열하고, 기판 테이블 작동 온도로 기판 테이블을 가열하고, 선택적으로(optionally) 기판 테이블을 통해, 기판 작동 온도로 기판을 가열하는 단계를 포함하고;
가스 작동 온도, 증착 부재 온도, 기판 테이블 작동 온도, 및/또는 기판 작동 온도를 제어, 바람직하게는 실질적으로 평형을 이루게 하기 위해 히터 및 추가적인 히터를 사용하여 가열을 컨트롤하는 단계를 포함하는, 기판의 표면 상에 원자층을 증착하는 방법.
- 제13항 또는 제14항에 있어서,
제1항 내지 제12항에 따른 장치를 사용하여 행해지는, 기판의 표면 상에 원자층을 증착하는 방법.
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