JP7066960B2 - 多孔性基材の表面コーティング装置及び方法 - Google Patents

多孔性基材の表面コーティング装置及び方法 Download PDF

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Description

関連出願との相互引用
本出願は、２０１７年７月１２日に出願された大韓民国特許出願第１０－２０１７－００８８４０２号に基づく優先権の利益を主張し、該当大韓民国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として組み込まれる。
技術分野
本出願は、多孔性基材の表面コーティング装置及び方法に関する。
基材上に膜を形成する方法として、例えば、原子層蒸着方法がある。
原子層蒸着（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）は、通常的に気相（ｇａｓ ｐｈａｓｅ）である化学物質の順次的な使用に基盤して基材上に膜を形成する技術であって、多様な分野に適用されている。
図１は、一般的な原子層蒸着装置１を示す概路図であり、特に、空間分割方式の原子層蒸着装置１を示す。
原子層蒸着装置１は、複数の供給ポート１１、１２、１３を有するガス分配プレート１０及び基材２０を移送するための移送装置を含む。前記ガス分配プレート１０は、基材２０上に一つ以上の前駆体ガス（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ Ａ、Ｂ）（「ソースガス」ともいう）を供給するための前駆体ガス供給ポート１１、１２及び不活性ガスなどのパージ（ｐｕｒｇｅ）ガスを供給するためのパージガス供給ポート１３を有する。
また、原子層蒸着方法は、高い塗布性により多孔性基材の気孔の表面コーティングに有利である。しかし、多孔性基材が厚くなる場合、気孔内部へのソースガスの供給及び拡散、反応副産物のパージ（ｐｕｒｇｅ）及び除去が円滑に行われないので均一なコーティングが難しくなる。
具体的に、多孔性基材の気孔サイズ、縦横比あるいは表面特性によって気孔内部へのガス供給又は拡散が円滑に行われない場合があり、それによって、多孔性基材の深さ方向（厚さ方向）に沿って蒸着厚さ及び組成の不均一が発生できる。
本発明は、多孔性基材の表面を均一にコーティングすることができる多孔性基材の表面コーティング装置及び方法を提供することを解決しようとする課題とする。
上記の課題を解決するために、本発明の一側面によると、第１面及び前記第１面の反対方向の第２面を有する多孔性基材の表面をコーティングするための装置であって、多孔性基材の第１面にソースガスを供給するための第１供給部と、多孔性基材の第１面から第２面に向かって多孔性基材の内部に気流を発生させるための第１ポンピング部と、多孔性基材の第２面にソースガスを供給するための第２供給部と、多孔性基材の第２面から第１面に向かって多孔性基材の内部に気流を発生させるための第２ポンピング部と、基材を移送するための基材キャリアと、を含む多孔性基材の表面コーティング装置が提供される。
また、第１供給部及び第１ポンピング部は、基材を基準として対向するように配置されることができる。
また、第２供給部及び第２ポンピング部は、基材を基準として対向するように配置されることができる。
また、第１供給部及び第２ポンピング部は、基材の第１面側と対向するように基材の移送方向に沿って順に配置されることができる。
また、第１ポンピング部及び第２供給部は、基材の第２面側と対向するように基材の移送方向に沿って順に配置されることができる。
また、第１供給部及び第２供給部は、基材の移送方向に沿って順に配列されることができ、第１ポンピング部及び第２ポンピング部は、基材の移送方向に沿って順に配列されることができる。
また、第１ポンピング部と第２ポンピング部は、同一の圧力で気流を形成するように設けられてもよい。
また、第１ポンピング部と第２ポンピング部は、異なる圧力で気流を形成するように設けられてもよい。
また、基材キャリアは、少なくとも一部領域で気流が通過するための一つ以上の開口を有することができる。
また、基材キャリアは、第１及び第２供給部を通過するとき基材を連続的に移送するように設けられてもよい。
それとは異なり、基材キャリアは、第１及び第２供給部を通過するとき基材を不連続的に移送するように設けられてもよい。
また、前記装置は、第１供給部を通過した基材の第１面と第２面を反転させるための基材反転部をさらに含んでいてもよい。
このとき、第１供給部及び第２供給部は、基材の上部又は下部のうちいずれか１ヶ所に基材の移送方向に沿って順に配置されることができ、第１ポンピング部及び第２ポンピング部は、基材の上部又は下部のうち残り１ヶ所に基材の移送方向に沿って順に配置されることができる。
また、本発明のまた他の側面によると、第１面及び前記第１面の反対方向の第２面を有する多孔性基材の気孔内部に気流を発生させて多孔性基材の表面をコーティングするための方法であって、多孔性基材を移送するステップと、多孔性基材の第１面から第２面に向かってソースガスを供給及び拡散し、反応副産物及び反応後に残ったソースを除去するステップと、多孔性基材の第２面から第１面に向かってソースガスを供給及び拡散し、反応副産物及び反応後に残ったソースを除去するステップと、を含む多孔性基材の表面コーティング方法が提供される。
以上のように、本発明の少なくとも一実施例に係る多孔性基材の表面コーティング装置及び方法は、次のような効果を有する。
多孔性基材の移送方向に沿ってソースガスが供給される方向及び多孔性基材の内部に形成される気流方向が互いに異なる空間を順に通過するようになることで、多孔性基材の両側面にソースガスの供給及び拡散が円滑に行われ、これによって、蒸着厚さ及び組成の不均一を改善することができる。
また、多孔性基材の両面（前面、後面）蒸着程度を任意に制御することができる。
一般的な原子層蒸着装置を示す概略図である。 本発明の第１実施例に係る多孔性基材の表面コーティング装置示す概略図である。 本発明の第２実施例に係る多孔性基材の表面コーティング装置を示す概略図である。 図３のＡ部分の拡大図である。 図３のＢ部分の拡大図である。
以下、本発明の一実施例による多孔性基材の表面コーティング装置及び方法について添付図面を参照して詳しく説明する。
また、図面符号に関係なく同一であるか対応する構成要素には、同一又は類似の参照番号を付与し、それに対する重複説明は省略する。説明の便宜のために図示された各構成部材のサイズ及び形状は誇張されるか縮小されることがある。
本文書で、多孔性基材の表面コーティング装置（以下、「コーティング装置」ともいう）は、原子層蒸着装置であってもよいが、これに限定されず、気流の形成によりコーティングが行われる多様な蒸着法、例えば、化学的気相蒸着、分子層蒸着あるいはそれらの組合せによる蒸着にも適用できる。
図２は、本発明の第１実施例に係る多孔性基材の表面コーティング装置１００を示す概略図である。
前記コーティング装置１００は、第１面及び前記第１面の反対方向の第２面を有する多孔性基材の表面をコーティングするための装置であって、多孔性基材１２０の第１面にソースガスを供給するためのソースガス供給部１１０及び多孔性基材１２０の第１面から第２面に向かって多孔性基材の内部（気孔）１２１に気流を発生させるためのソースガスポンピング部１３０を含む。
したがって、多孔性基材１２０の第１面側にソースガスを噴射すると同時に、ソースガスポンピング部１３０を通じて多孔性基材１２０の気孔に第１面側から第２面側に向ける気流を発生させることで、多孔性基材１２０の内部までソースガスの注入及び拡散が円滑に行われる。
図３は、本発明の第２実施例に係る多孔性基材の表面コーティング装置２００を示す概略図であり、図４は、図３のＡ部分の拡大図であり、図５は、図３のＢ部分の拡大図である。
第２実施例に係るコーティング装置２００は、第１面（例えば、前面）及び前記第１面の反対方向の第２面（例えば、後面）を有する多孔性基材の表面をコーティングするための装置である。
前記コーティング装置２００は、多孔性基材２２０の第１面にソースガスを供給するための第１供給部２１１及び多孔性基材２２０の第１面から第２面に向かって多孔性基材２２０の内部に気流を発生させるための第１ポンピング部２３１を含む。
また、コーティング装置２００は、多孔性基材２２０の第２面にソースガスを供給するための第２供給部２１２及び多孔性基材２２０の第２面から第１面に向かって多孔性基材２２０の内部に気流を発生させるための第２ポンピング部２３２を含む。
また、コーティング装置２００は、基材２２０を移送するための基材キャリア（図示せず）を含む。このとき、基材キャリアは、少なくとも一部領域で気流が通過するための一つ以上の開口を有する。例えば、基材キャリアは、所定開口率を有するメッシュ（ｍｅｓｈ）又はグリル（ｇｒｉｌｌ）形態で構成してもよい。これとは異なり、基材キャリアは、ロールツーロール方式で構成されて複数のガイドロールで構成してもよい。このような構造で、気流の通過のための開口を形成するために、ロールツーロール装置は、基材の幅方向の両側縁部を支持するように構成してもよい。
一方、図３を基準として、第１ポンピング部２３１及び第２供給部２１２が配置された領域を基材２２０の上部と称し、第１供給部２１１及び第２ポンピング部２３２が配置された領域を基材２２０の下部と称することができる。
第１及び第２供給部２１１、２１２は、ソースガスを基材上に噴射するように設けられ、一つ以上のソースガス（ソースＡ，ソースＢ）噴射ポート及びパージガス噴射ポートを含む。
具体的に、それぞれの供給部２１１、２１２は、前処理ガス噴射ポート、ソースガス噴射ポート、パージガス噴射ポートを含んでいてもよい。例えば、供給部には、前処理ガス噴射ポート、第１前駆体（ソースＡ）噴射ポート、パージガス噴射ポート、第２前駆体（ソースＢ）噴射ポート、パージガス噴射ポートが配列されることができる。また、前処理ガス噴射ポートは、複数の他のガス噴射ポートを備えることができる。また、前処理ガス噴射ポートを通じてプラズマ又は有機蒸気が供給されることができる。
また、第１供給部２１１及び第１ポンピング部２３１は、基材２２０を基準として対向するように配置されることができる。例えば、第１供給部２１１を通じてソースガスが基材の第１面側に噴射されると、第１ポンピング部２３１は、多孔性基材の内部の気孔２２１に第１面から第２面に向ける気流を発生させることで、気孔内部にコーティングが行われる。
また、第２供給部２１２及び第２ポンピング部２３２は、基材を基準として対向するように配置されることができる。例えば、第２供給部２１２を通じてソースガスが基材２２０の第２面側に噴射されると、第２ポンピング部２３２は、多孔性基材の内部の気孔２２１に第２面から第1 面に向ける気流を発生させることで、気孔内部にコーティングが行われる。
また、第１供給部２１１及び第２ポンピング部２３２は、基材の第１面側（例えば、基材の下部）と対向するように基材２２０の移送方向に沿って順に配置されることができ、第１ポンピング部２３１及び第２供給部２１２は、基材の第２面側（例えば、基材の上部）と対向するように基材２２０の移送方向に沿って順に配置されることができる。
また、第１供給部２１１及び第２供給部２１２は、基材の移送方向に沿って順に配列されることができる。例えば、第１供給部２１１が基材の下部に配置され、第２供給部２１２は基材の上部に配置されてもよく、それと反対に配列されてもよい。また、第１ポンピング部２３１及び第２ポンピング部２３２は、基材の移送方向に沿って順に配列されることができる。例えば、第１ポンピング部２３１が基材の上部に配置され、第２ポンピング部２３２は基材の下部に配置されてもよく、それと反対に配列されもよい。
図３～図５を参照すると、多孔性基材２２０の移送方向に沿ってソースガスが供給される方向及び多孔性基材の内部に形成される気流方向（図４及び図５の矢印参照）が互いに異なる空間を順に通過するようにすることで、多孔性基材２２０の両側面（第１面及び第２面）にソースガスの供給及び拡散が円滑に行われる。
一方、第１ポンピング部２３１と第２ポンピング部２３２は、同一の圧力で気流を形成するように設けられてもよい。また、それとは異なり、第１ポンピング部２３１と第２ポンピング部２３２は、異なる圧力で気流を形成するように設けられてもよい。これを通じて、多孔性基材２２０の両面（前面、後面）の蒸着程度を任意に制御することができる。
基材キャリアは、連続基材を移送するように設けられてもよい。前記連続基材は、ウェブであってもよい。
今までは多孔性基材２２０の走行中に多孔性基材２２０に加えられる気流の方向が交差するように供給部とポンピング部が配列された例を説明したが、本発明は、このような方式に制限されない。
基材キャリアは、不連続基材を移送するように設けられてもよい。不連続基材は、ウェハー又はガラスであってもよい。このとき、前記コーティング装置２００は、第１供給部２１１を通過した基材の第１面と第２面を反転させるための基材反転部（図示せず）をさらに含んでいてもよい。
このとき、第１供給部２１１及び第２供給部２１２は、基材の上部又は下部のうちいずれか１ヶ所に基材の移送方向に沿って順に配置されることができる。例えば、第１供給部２１１及び第２供給部２１２は、一緒に基材の上部に配置されるか、下部に配置されることができる。
同様に、第１ポンピング部２３１及び第２ポンピング部２３２は、基材の上部又は下部のうち残り１ヶ所に基材２２０の移送方向に沿って順に配置されることができる。
例えば、第１ポンピング部２３１及び第２ポンピング部２３２は、一緒に基材２２０の上部に配置されるか、下部に配置されることができる。勿論、第１及び第２供給部２１１、２１２が基材２２０の上部に配置される場合、第１ポンピング部２３１及び第２ポンピング部２３２は基材２２０の下部に配置されることができる。
また、第１供給部２１１と第１ポンピング部２３１は、基材２２０を基準として対向するように配列され、第２供給部２１２と第２ポンピング部２３２は、基材２２０を基準として対向するように配列されることができる。
また、上記の構造を有するコーティング装置２００を用いたコーティング方法は、次の通りである。
前記コーティング方法は、第１面及び前記第１面の反対方向の第２面を有する多孔性基材の気孔内部に気流を発生させて多孔性基材の表面をコーティングするための方法であって、多孔性基材を移送するステップと、多孔性基材の第１面から第２面に向かってソースガスを供給及び拡散し、反応副産物及び反応後に残ったソースを除去するステップと、多孔性基材の第２面から第１面に向かってソースガスを供給及び拡散し、反応副産物及び反応後に残ったソースを除去するステップと、を含む。
例えば、多孔性基材の表面コーティング方法は、第１面及び前記第１面の反対方向の第２面を有する多孔性基材の表面をコーティングするための方法であって、多孔性基材を移送するステップと、多孔性基材の第１面にソースガスを供給及び拡散するステップと、多孔性基材の第１面から第２面に向かって多孔性基材の内部に気流を発生させるステップと、を含む。
また、前記方法は、多孔性基材の第２面にソースガスを供給及び拡散するステップと、多孔性基材の第２面から第１面に向かって多孔性基材の内部に気流を発生させるステップと、を含む。
上述した本発明の好ましい実施例は、例示を目的として開示されたものであって、本発明に対する通常の知識を有した当業者であれば、本発明の思想と範囲内で多様な修正、変更、付加が可能であり、このような修正、変更及び付加は、下記の特許請求の範囲に含まれる。
本発明の少なくとも一実施例に係る多孔性基材の表面コーティング装置及び方法によると、多孔性基材の両側面にソースガスの供給及び拡散が円滑に行われ、これによって、蒸着厚さ及び組成の不均一が改善される。

Claims (11)

  1. 第１面及び前記第１面の反対方向の第２面を有する多孔性基材の表面をコーティングするための装置であって、
    多孔性基材の第１面にソースガスを供給するための第１供給部と、
    多孔性基材の第１面から第２面に向かって多孔性基材の内部に気流を発生させるための第１ポンピング部と、
    多孔性基材の第２面にソースガスを供給するための第２供給部と、
    多孔性基材の第２面から第１面に向かって多孔性基材の内部に気流を発生させるための第２ポンピング部と、
    基材を移送するための基材キャリアと、を含み、
    第１供給部を通過した基材の第１面と第２面を反転させるための基材反転部をさらに含み、
    基材を移送するための基材キャリアは、少なくとも一部領域で気流が通過するための一つ以上の開口を有する、多孔性基材の表面コーティング装置。
  2. 第１供給部及び第１ポンピング部は、基材を基準として対向するように配置される、請求項１に記載の多孔性基材の表面コーティング装置。
  3. 第２供給部及び第２ポンピング部は、基材を基準として対向するように配置される、請求項１または２に記載の多孔性基材の表面コーティング装置。
  4. 第１供給部及び第２供給部は、基材の移送方向に沿って順に配列され、
    第１ポンピング部及び第２ポンピング部は、基材の移送方向に沿って順に配列される、請求項１から３のいずれか一項に記載の多孔性基材の表面コーティング装置。
  5. 第１ポンピング部と第２ポンピング部は、同一の圧力で気流を形成する、請求項１から４のいずれか一項に記載の多孔性基材の表面コーティング装置。
  6. 第１ポンピング部と第２ポンピング部は、異なる圧力で気流を形成する、請求項１から４のいずれか一項に記載の多孔性基材の表面コーティング装置。
  7. 第１供給部は、前処理ガス噴射ポート、ソースガス噴射ポート、パージガス噴射ポートを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の多孔性基材の表面コーティング装置。
  8. 前処理ガス噴射ポートを通じてプラズマ又は有機蒸気が供給される、請求項７に記載の多孔性基材の表面コーティング装置。
  9. 基材キャリアは、不連続基材を移送するように設けられる、請求項１から８のいずれか一項に記載の多孔性基材の表面コーティング装置。
  10. 第１供給部及び第２供給部は、基材の上部又は下部のうちいずれか１ヶ所に基材の移送方向に沿って順に配置され、
    第１ポンピング部及び第２ポンピング部は、基材の上部又は下部のうち残り１ヶ所に基材の移送方向に沿って順に配置される、請求項９に記載の多孔性基材の表面コーティング装置。
  11. 第１面及び前記第１面の反対方向の第２面を有する多孔性基材の気孔内部に気流を発生させて多孔性基材の表面をコーティングするための方法であって、
    多孔性基材を移送するステップと、
    多孔性基材の第１面から第２面に向かってソースガスを供給及び拡散し、反応副産物及び反応後に残ったソースを除去するステップと、
    多孔質基材の第１面と第２面を反転させるステップと、
    多孔性基材の第２面から第１面に向かってソースガスを供給及び拡散し、反応副産物及び反応後に残ったソースを除去するステップと、を含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の多孔性基材の表面コーティング装置を用いた多孔性基材の表面コーティング方法。
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