KR101550775B1 - 다층복합막 형성장치 및 이를 이용한 다층복합막 형성방법 - Google Patents

다층복합막 형성장치 및 이를 이용한 다층복합막 형성방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101550775B1
KR101550775B1 KR1020130062474A KR20130062474A KR101550775B1 KR 101550775 B1 KR101550775 B1 KR 101550775B1 KR 1020130062474 A KR1020130062474 A KR 1020130062474A KR 20130062474 A KR20130062474 A KR 20130062474A KR 101550775 B1 KR101550775 B1 KR 101550775B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
thin film
gas
reaction
atomic layer
Prior art date
Application number
KR1020130062474A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140141125A (ko
Inventor
백용구
Original Assignee
백용구
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 백용구 filed Critical 백용구
Priority to KR1020130062474A priority Critical patent/KR101550775B1/ko
Publication of KR20140141125A publication Critical patent/KR20140141125A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101550775B1 publication Critical patent/KR101550775B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4401—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
    • C23C16/4408—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber by purging residual gases from the reaction chamber or gas lines
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • C23C16/45531—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations specially adapted for making ternary or higher compositions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45563—Gas nozzles
    • C23C16/45565—Shower nozzles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/46—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for heating the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/54—Apparatus specially adapted for continuous coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

본 발명은 기판의 상면에 다층복합막을 형성할 수 있는 다층복합막 형성장치 및 이를 이용한 다층복합막 형성방법에 관한 것으로, 기판을 이송시키는 이송수단과, 상기 이송수단에 의하여 이송되는 기판상에 박막을 형성할 수 있도록 일측에 상기 기판이 외부로 노출될 수 있는 개구면을 구비한 반응챔버 및 외부로부터 공급되는 반응가스를 포함한 다수개 가스 각각이 체류하는 복수의 가스저장셀이 상기 개구면과 순차적으로 연통될 때 상기 기판에 상기 가스를 공급하도록, 상기 기판의 폭 방향을 따라 배치되어 회전 구동하는 가스공급수단으로 이루어지는 원자층박막 증착장치와; 기판을 이송시키는 이송수단과, 상기 이송수단에 의하여 이송되는 기판상에 박막을 형성할 수 있도록 일측에 상기 기판이 외부로 노출될 수 있는 개구면을 구비한 반응챔버 및 상기 개구면을 통하여 반응원료를 상기 기판에 공급하여 증착반응이 발생하도록 하는 반응원료 공급수단으로 이루어지는 유동성박막 증착장치가 상호 교번적으로 배치되도록 함으로써, 기판의 상면에 다층복합막을 연속적으로 신속하게 형성할 수 있도록 함으로써 기판에 설치되는 소자의 유기물을 외부의 산소나 수분으로부터 보호함과 동시에 기판이 휘어지거나 굽어질 때 다층복합막이 깨어지거나 균열이 발생하지 않도록 하며 다층복합막의 증착 이전에 기판 위에 미세 먼지나 불순물이 놓여 있더라도 균일하게 피복이 이루어지도록 하는 효과가 있다.

Description

다층복합막 형성장치 및 이를 이용한 다층복합막 형성방법{Apparatus and methods of multilayer with ceramic film and flow-able oxide film}
본 발명은 다층복합막 형성장치 및 다층복합막 형성방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 산소 및 수분에 취약한 유기물 소자를 보호하기 위한 보호막 형성을 위해 원자층박막 증착법으로 성막한 세라믹 박막과 화학기상 방법으로 실리콘기반의 유동성박막을 조합하여 다층으로 형성할 수 있는 다층복합막 형성장치 및 이를 이용한 다층복합막 형성방법에 관한 것이다.
산소 및 수분의 침투에 의해 열화 되는 유기물 소자의 보호막으로, 낮은 온도에서 증착이 가능한 Reactive sputtering 방식에서 산소(O2)를 공급하면서 Aluminum 금속 Target을 Sputtering 하여 반응시키는 방식으로 알루미늄옥사이드(Al2O3) 박막들을 성막하고, 아크릴(Acryl)과 같은 플라스틱 계열의 유기물을 고온 휘발시켜 저온의 기판에서 응축시키는 방식으로 유기물을 증착하되, 이들 박막을 교대로 여러 차례 반복하여 다층 박막화하는 방식이 사용되고 있다.
하지만, Reactive Sputtering 방식은 하부 패턴의 단차와 파티클이 있는 경우, 패턴에 따라서 균일하게 증착되지 않고 음각(negative slop)의 패턴에서는 측면 및 하부 골짜기에 박막이 증착되지 않는 특성으로 보호막 역할을 하지 못한다.
이를 개선하기 위해 아크릴(Acryl)과 같은 플라스틱의 유기물을 증착하여 하부패턴 및 파티클의 일부를 평탄화할 수 있으나, 그 크기가 커지면, 이에 상응하는 두께로 증착 하여야만 피복성의 문제를 해결할 수 있다.
그런데, 이러한 아크릴(Acryl) 수지와 같은 플라스틱 유기물은 증착하는 과정에서 휘발온도에 매우 민감하여 온도에 의한 형질의 변경, 즉 증착속도 및 분해등이 일어날 수 있어 증착과정이 매우 어렵고, 기판 외에 증착되는 부산물을 제거하기 위한 방법도 물리적 제거방법을 사용해야 함에 따라 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 다층으로 형성하기 위해, 직렬배치로 진공이 연통하는 연속적 장치를 이용해서는 서로 오염요소에 민감하게 영향을 받음으로써 상호 물질을 동시에 연속적으로 증착하기 어려운 문제점이 있다.
1. "불연속 시트상에 다층 코팅을 증착하기 위한 장치", 한국공개특허 10 - 2004-0101479
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기판의 상면에 다층복합막을 연속적으로 신속하게 형성할 수 있도록 함으로써 기판에 설치되는 소자의 유기물을 외부의 산소나 수분으로부터 보호함과 동시에 기판이 휘어지거나 굽어질 때 다층복합막이 깨어지거나 균열이 발생하지 않도록 하며 다층복합막의 증착 이전에 기판 위에 미세 먼지나 불순물이 놓여 있더라도 균일하게 피복이 가능하도록 하는 다층복합막 형성장치 및 이를 이용한 다층복합막 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 다층복합막 형성장치은, 기판을 정방향 또는 역방향으로 이송하는 하나 이상의 이송수단; 상기 이송수단에 의하여 이송되는 기판 상에 외부로부터 공급되는 반응가스를 포함한 다수개 가스 각각의 반응에 의하여 원자층박막을 형성하는 하나 이상의 원자층박막 증착장치; 및 상기 이송수단에 의하여 이송되는 기판 상에 외부로부터 공급되는 반응원료의 반응에 의하여 상기 원자층박막 상에 유동성박막을 형성하도록 상기 원자층박막 증착장치의 일측 또는 양측에 설치되는 하나 이상의 유동성박막 증착장치;를 포함하고, 상기 원자층박막 증착장치와 상기 유동성박막 증착장치가 1열로 인접하여 배치된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 원자층박막 증착장치는 일측에 상기 기판이 외부로 노출될 수 있는 개구면을 구비한 제1챔버 및 외부로부터 공급되는 반응가스를 포함한 다수개 가스 각각이 체류하는 복수의 가스저장셀이 상기 개구면과 순차적으로 연통될 때 상기 기판에 상기 가스를 공급하도록, 상기 기판의 폭 방향을 따라 배치되어 회전 구동하는 가스공급수단을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 가스공급수단은 원통 형상의 회전체로 구성되며, 상기 가스저장셀은 방사상으로 배치되는 복수의 격벽에 의하여 상호 구획될 수 있다.
또한, 상기 가스저장셀에는 각각 하나 이상의 반응가스와 하나 이상의 퍼지가스가 교번적으로 충전되며, 상기 반응가스와 퍼지가스의 공급에 의하여 상기 기판(1)에 원자층 박막 증착이 이루어질 수 있다.
아울러, 상기 가스저장셀의 외곽면에는 상기 가스저장셀에 충전된 상기 가스를 상기 개구면을 통하여 상기 제1챔버의 내부로 분사할 수 있는 복수의 분사공이 형성된 샤워헤드가 구비될 수 있다.
그리고, 상기 제1챔버의 일측에는 상기 가스공급수단을 수용하는 내부공간이 형성되며, 일측에 상기 개구면과 연통되는 절개면이 구비된 수용몸체가 구비될 수 있다.
또한, 상기 가스저장셀에 충전된 가스가 상기 수용몸체 내면으로 유출되지 않도록 상기 수용몸체의 내면과 상기 수용몸체의 내부공간에 수용된 가스공급수단의 둘레면 사이에는 가압공간부가 구비될 수 있다.
아울러, 상기 가스공급수단의 둘레면에는 가압공간부에 의하여 상기 가스공급수단 측으로 균일하게 압력을 가할 수 있도록 다수의 가압공이 형성된 균일가압부재가 구비될 수 있다.
그리고, 상기 유동성박막 증착장치는 상기 이송수단에 의하여 이송되는 기판상에 박막을 형성할 수 있도록 일측에 상기 기판이 외부로 노출될 수 있는 개구면을 구비한 제2챔버 및 상기 개구면을 통하여 반응원료를 상기 기판에 공급하여 증착반응이 발생하도록 하는 반응원료 공급수단을 포함할 수 있다.
또한, 상기 반응원료 공급수단은 상기 반응원료가 상기 기판에 도달하기 전에 상호 접촉되어 화학기상반응이 일어나도록 하는 이중샤워헤드와, 상기 이중샤워헤드를 지지하도록 상기 개구면의 상측에 구비되는 지지부재로 구성될 수 있다.
아울러, 상기 제1챔버와 제2챔버의 일측에는 상기 제1챔버와 제2챔버의 내부로 유입된 상기 반응가스를 포함한 다수개의 가스 및 반응원료의 반응이 완료된 후에 발생하는 가스를 상기 제1챔버 및 제2챔버의 외부로 펌핑하는 가스배기수단이 더 구비될 수 있다.
그리고, 상기 이송수단은 회전 가능하게 설치되는 복수의 회전구동축과, 상기 회전구동축의 외면에 권취되어 상기 기판이 안착되는 이송밸트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 이송밸트의 하측에는 상기 기판 측으로 열을 가할 수 있는 별도의 기판가열히터가 구비될 수 있다.
아울러, 상기 이송수단의 최전방에 배치되어 다수개의 상기 기판을 적재하는 기판적재부가 더 포함될 수 있다.
그리고, 상기 이송수단의 최후방에 배치되어 다수개의 상기 기판을 보관하는 기판버퍼부가 더 포함될 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다층복합막 형성장치을 이용한 다층복합막 형성방법은, 상기 기판에 상기 원자층박막 증착장치를 이용하여 제1원자층박막을 형성하는 단계와; 상기 제1원자층박막의 상면에 상기 유동성박막 증착장치를 이용하여 제1유동성박막을 형성하는 단계를; 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제1유동성박막의 상면에 상기 원자층박막 증착장치를 이용하여 제2원자층박막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1유동성박막의 형성 이후에 상기 기판이 상기 기판적재부 또는 기판버퍼부로 투입된 후에 상기 원자층박막 증착장치로 이송되어 제2원자층박막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
아울러, 상기 제2원자층박막의 상면에 상기 유동성박막 증착장치를 이용하여 제2유동성박막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제1원자층박막 또는 제2원자층막박을 증착하는 과정은, 상기 기판이 원자층박막 증착장치로 투입되는 투입단계; 상기 반응챔버 내부에 공급되는 가스 별로 상기 가스를 구획 수용하는 가스공급수단을 회전시키는 회전구동단계; 상기 가스공급수단에 의하여 상기 반응챔버 내부로 2 이상의 반응가스(제1반응가스, 제2반응가스, ..., 제n반응가스)와 퍼지가스가 순차적으로 공급되는 가스공급단계; 순차적으로 공급되는 상기 반응가스와 퍼지가스에 기판이 노출되면서 기판상에 원자층박막을 형성시키는 박막증착단계를; 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1유동성박막을 증착하는 과정은, 상기 기판이 유동성박막 증착장치로 투입되는 투입단계; 상기 반응원료 공급수단에서 반응원료가 공급되는 반응원료 공급단계; 공급된 반응원료의 반응에 의하여 기판상에 유동성박막을 형성시키는 박막증착단계를; 포함할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의한 다층복합막 형성장치는, 기판의 상면에 다층복합막을 연속적으로 신속하게 형성할 수 있도록 함으로써 기판에 설치되는 소자의 유기물을 외부의 산소나 수분으로부터 보호할 수 있는 효과가 있다.
또한, 기판이 휘어지거나 굽어질 때 다층복합막이 깨어지거나 균열이 발생하지 않도록 하며 다층복합막의 증착 이전에 기판 위에 미세 먼지나 불순물이 놓여 있더라도 균일하게 피복이 이루어지도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 다층복합막 형성장치의 원자층박막 층착장치의 구조를 도시한 평면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 다층복합막 형성장치의 유동성박막 증착장치의 구조를 도시한 평면도이며,
도 3은 본 발명에 따른 다층복합막 형성장치 전체의 제1실시예의 구조를 도시한 평면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 다층복합막 형성장치 전체의 제2실시예의 구조를 도시한 평면도이며,
도 5는 본 발명에 따른 다층복합막 형성장치 전체의 제3실시예의 구조를 도시한 평면도이고,
도 6은 본 발명에 따른 다층복합막 형성장치 전체의 제4실시예의 구조를 도시한 평면도이다.
이하에서 본 발명의 일 실시예에 따른 다층복합막 형성장치를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 다층복합막 형성장치의 원자층박막 증착장치의 구조를 도시한 평면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 다층복합막 형성장치의 유동성박막 증착장치의 구조를 도시한 평면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 다층복합막 형성장치 전체의 제1실시예의 구조를 도시한 평면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 다층복합막 형성장치 전체의 제2실시예의 구조를 도시한 평면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 다층복합막 형성장치 전체의 제3실시예의 구조를 도시한 평면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 다층복합막 형성장치 전체의 제4실시예의 구조를 도시한 평면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층복합막 형성장치은, 기판(1)을 정방향 또는 역방향으로 이송하는 하나 이상의 이송수단(100); 상기 이송수단(100)에 의하여 이송되는 기판(1) 상에 외부로부터 공급되는 반응가스를 포함한 다수개 가스 각각의 반응에 의하여 원자층박막을 형성하는 하나 이상의 원자층박막 증착장치; 및 상기 이송수단(100)에 의하여 이송되는 기판(1) 상에 외부로부터 공급되는 반응원료의 반응에 의하여 상기 원자층박막 상에 유동성박막을 형성하도록 상기 원자층박막 증착장치의 일측 또는 양측에 설치되는 하나 이상의 유동성박막 증착장치;를 포함하고, 상기 원자층박막 증착장치와 상기 유동성박막 증착장치가 1열로 인접하여 배치되어 있다.
원자층박막 증착장치의 이송수단(100)은 반응챔버(200)의 내부에 회전 가능하게 설치되는 복수의 회전구동축(110)과, 회전구동축(110)의 외면에 권취되어 기판(1)이 안착되는 이송밸트(120)를 포함하여 구성될 수 있다.
회전구동축(110)는 4개가 상호 대향되게 구비되어 회전 구동하며, 이송밸트(120)는 회전구동축(110)의 외면에 권취되어 직사각 형상으로 배치됨으로써 이송밸트(120)로 둘러싸이는 일정 공간을 마련하게 된다.
상기 일정 공간에는 후술할 기판가열히터(600)가 배치되어 기판(1)을 일정한 온도로 가열함으로써 박막의 증착이 신속하게 이루어질 수 있도록 하는 역할을 한다.
이러한 이송밸트(120)는 기판가열히터(600)로부터 열전도가 잘 이루어지기 위하여 금속판막으로 구성되는 것이 바람직하다.
이러한 이송수단(100)은 1열로 배치된 원자층박막 증착장치와 유동성박막 증착장치의 하면에 하나로 구성할 수도 있고, 각각의 원자층박막 증착장치와 유동성박막 증착장치의 하면에 각각 구비되어 복수로 구성될 수도 있음은 물론이다.
그리고, 제1챔버(210)의 일측에는 기판(1)이 상기 가스와 접촉되는 면의 외측으로 확산됨을 방지하기 위하여 제1챔버(210)의 내부로 비활성가스를 공급하는 비활성가스 공급관(212)이 연결될 수 있다.
비활성가스 공급관(212)은 기판(1)이 상기 가스와 접촉되는 면을 제외한 영역으로 가스가 확산됨을 방지할 수 있도록 후술할 가스배기수단(500)의 배기플레이트(520)와 제1챔버(210)의 내면으로 둘러싸이는 공간의 일측에 구비되는 것이 바람직하다.
제1챔버(210)의 내부에는 이송수단(100)이 구비되어 그 상면에 안착되는 기판(1)을 이송시키는 역할을 하는데, 이를 위하여 제1챔버(210)의 상호 대향되는 면에는 기판(1)이 제1챔버(210)의 내부를 통과할 수 있도록 개구 형성된 입구(230)와 출구(240)가 각각 구비될 수 있다.
박막이 형성되는 기판(1)이 경질로 형성된 경우에 입구(230)와 출구(240)는 상측에 상호 대향되게 배치되는 회전구동축(110)에 권취된 이송밸트(120)의 높이와 동일한 높이에 형성될 수 있다.
제1챔버(210)의 일측에는 제1챔버(210)의 내부로 유입된 상기 반응가스를 포함한 다수개의 가스의 반응이 완료된 후에 상기 가스를 제1챔버(210)의 외부로 펌핑하는 가스배기수단(500)이 더 구비되어 있다.
가스배기수단(500)은 제1챔버(210)의 일측이 절개되어 형성된 배기구(510)와, 상기 반응가스를 포함한 다수개의 가스를 배기구(510) 측으로 가이드함과 동시에 기판(1)이 가스와 접촉되는 면을 제한하도록 일정 길이로 연장 형성되어 기판(1)의 판면과 근접한 위치에 배치되는 배기플레이트(520)와, 제1챔버(210)의 하측에 단부가 배기플레이트(520)와 이격되게 형성되는 배기블럭(530)과, 배기구(510)와 연결되어 상기 반응가스를 포함한 다수개의 가스의 배기가 이루어지도록 하는 펌프(미도시)를 포함하여 구성된다.
배기구(510)는 제1챔버(210)의 상부 일측에 형성되어 반응이 완료된 후의 잉여 가스를 펌프(미도시)에 의하여 배출하게 된다.
배기플레이트(520)는 가스와 반응하여 박막이 형성되는 기판(1)의 면적을 제한할 수 있도록 일정 길이 연장 형성되어 그 판면이 기판(1)과 근접한 위치에 배치되도록 하여 제1챔버(210)의 내부로 분사된 반응가스를 포함한 다수의 가스가 제1챔버(210) 내부의 다른 공간으로 확산됨을 방지하는 역할을 한다.
배기블럭(530)은 그 단부가 배기플레이트(520)의 단부와 일정 간격 이격되도록 돌출 형성됨으로써 반응이 완료된 후에 잉여 가스가 배기구(510)를 통하여 제1챔버(210)의 외부로 배출되는 입구를 형성하게 된다.
가스공급수단(300)은 원통 형상의 회전체(310)로 구성되며, 그 내부에는 방사상으로 배치되는 복수의 격벽(320)에 의하여 상호 구획되는 복수의 가스저장셀(311)이 구비되어 있다.
이러한 각각의 가스저장셀(311)에는 반응가스를 포함한 다수개의 가스가 교번적으로 충전됨으로써 회전체(310)가 회전하면서 제1챔버(210)에 형성된 개구면(210)과 순차적으로 연통될 경우에 반응가스를 포함한 다수개의 가스를 기판(1) 측으로 순차적으로 분사하게 된다.
그리고, 가스공급수단(300)에 충전되는 가스가 반응가스와 퍼지가스로 구성될 경우에는 기판(1)에 원자층 박막 증착이 이루어지도록 할 수 있다.
회전체(310)의 가스저장셀(311)에서 기판(1)으로의 가스 분사는, 가스저장셀(311) 내부의 압력과 상대적으로 낮은 개구면(210) 사이의 압력 차이에 의하여 발생하게 된다.
즉, 각각의 가스저장셀(311)의 외부에서 각각의 가스가 지속적으로 공급됨에 따라 가스저장셀(311) 내부의 압력은 높아지고 배기구(510)와 연결된 펌프(미도시)에 의하여 지속적으로 가스가 외부로 배기되므로 개구면을 기판(1) 사이의 연동공간 사이의 압력은 낮아지게 되므로 가스저장셀(311) 내부의 가스가 기판(1) 측으로 분사되는 것이다.
이러한 가스의 분사를 통한 가스 배열의 조합에 의하여 박막이 기판(1)의 표면에 형성될 수 있는 증착 반응이 일어나게 되므로 회전체(310)의 회전 구동이 반복되고 기판(1)이 제1챔버(210)의 내부를 통과하는 이송 속도를 제어함으로써 증착하고자 하는 박막의 두께를 조절할 수 있게 된다.
한편, 회전체(310)의 내부에 구비되는 가스저장셀(311)의 외곽면에는 가스저장셀(311)에 충전된 상기 가스를 개구면(211)을 통하여 제1챔버(210)의 내부로 분사할 수 있는 복수의 분사공(331)이 형성된 샤워헤드(330)가 구비되어 있다.
샤워헤드(330)는 각각의 가스저장셀(311)마다 독립적으로 구비되므로 원호 형상을 갖도록 형성되어 있으며, 그 판면에는 복수개의 가스저장셀(311, 312, 313, 314)의 내부에 충전되는 반응가스를 포함한 다수개의 가스를 각각 가스저장셀(311)의 외부로 분사할 수 있는 복수의 분사공(331)이 행과 열을 이루도록 배치되어 있다.
제1챔버(210)의 일측에는 가스공급수단(300)을 수용하는 내부공간이 형성되고 일측에 개구면(210)과 연통되는 절개면(410)이 구비된 수용몸체(400)가 구비되어 있으며, 가스공급수단(300)은 수용몸체(400)에 회전 가능하게 설치되는 것이 바람직하다.
그리고, 수용몸체(400)의 내면과 수용몸체(400)의 내부공간에 수용된 가스공급수단(300)의 외면 사이에는 가압공간부(420)가 구비되는데, 가압공간부(420)는 가스저장셀(311)의 내부에 충전된 반응가스를 포함한 다수개의 가스가 수용몸체(400)의 내벽 측으로 분사됨으로써 상호 반응이 일어나서 수용몸체(400)의 내벽에 박막을 형성함을 방지하는 역할을 한다.
가압공간부(420)에 의하여 가스공급수단(300)의 회전체(310)의 외면으로 균일하게 압력을 가할 수 있도록 가스공급수단(300)의 둘레면에는 다수의 가압공(431)이 형성된 균일가압부재(430)가 구비되며, 균일가압부재(430)의 단부는 절개면(410)의 양측에 고정 결합되어 있다. 이때, 가스공급수단(300)의 둘레면과 가압공간부(420) 부재와의 간격은 5mm 이하로 하는 것이 바람직하다.
균일가압부재(430)는 가스저장셀(311) 내부의 압력보다 가압공간부(420) 내부의 압력이 더 높은 압력을 유지할 수 있도록 그 단부는 절개면(410)의 양측에 고정됨으로써 균일가압부재(430)와 수용홈체(400) 사이에 폐쇄된 공간이 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
그리고, 균일가압부재(430)의 판면에는 회전체(310) 측으로 가압되는 압력이 균일하게 분배되도록 하기 위하여 일정한 크기를 갖는 가압공(431)이 균일한 이격 거리를 갖도록 관통 형성되는 것이 효과적이다.
유동성박막 증착장치의 반응원료 공급수단(700)을 제외한 다른 구성은 모두 원자층박막 증착장치의 구성과 동일하므로 그에 따른 상세한 설명은 생략하기로 하며, 도면의 220은 유동성박막 증착장치의 제2챔버를 도시한 구성이며 221은 제2챔버에 형성된 개구면을 도시한 구성이다.
유동성박막을 형성하는 증착 메카니즘은, 실리콘을 포함한 반응원료와 산소를 포함한 반응원료을 이중샤워헤드(710) 내부로 개별적으로 공급하고, 이중샤워헤드(710) 내부로 개별 공급된 반응원료는 각각의 노즐을 통해 분사되되, 분사에 의해 두 반응원료가 만나게 되면, 화학반응이 일어나 유동성박막의 반응물이 형성된다.
이때의 유동성 박막 반응물은 기체상태의 반응물로써, 기판과 접촉되는 기체상태의 반응물은 응집에 의해 Gel Phase의 박막으로 형성되고, 이때, 산소성분을 공급하기 위한 샤워헤드 내부에는 플라즈마를 형성시켜 래디칼을 만들고, 노즐을 통해서 래디칼이 분사되도록 하는 것이며, 이중샤워헤드(710)를 통해 분사되는 노즐은 기판 이동방향의 수직방향으로 배열 시키되, 각각의 반응원료를 교번적으로 분사될 수 있도록 한다.
유동성박막 증착장치의 반응원료 공급수단(700)은 반응원료가 기판(1)에 도달하기 전에 상호 접촉되어 화학기상반응이 일어나도록 하는 이중샤워헤드(710)와, 이중샤워헤드(710)를 지지하도록 상기 개구면의 상측에 구비되는 지지부재(720)로 구성되어 있다.
이는 증착반응이 기판(1)위에서 발생되어야 하므로 반응연료가 기판(1)에 도달되기 전에 상호 접촉되지 않도록 하기 위하여 별도의 이중샤워헤드(710)를 이용하게 되는 것이다.
그리고, 다층복합막 형성장치의 양단에는 각각 원자층박막 증착장치와 유동성박막 증착장치와 연결되어 상기 기판(1)을 적재하는 기판적재부(800)와, 상기 기판(1)을 보관하는 기판버퍼부(900)가 구비됨으로써 원자층박막과 유동성박막의 적층으로 형성되는 다층복합막을 형성할 수 있게 된다.
이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 다층복합막 형성장치에 의하여 기판에 박막이 증착되는 과정은 다음과 같다.
상기 기판이 원자층박막 증착장치로 투입되는 투입단계와, 상기 반응챔버 내부에 공급되는 가스 별로 상기 가스를 구획 수용하는 가스공급수단을 회전시키는 회전구동단계와, 상기 가스공급수단에 의하여 상기 반응챔버 내부로 2 이상의 반응가스(제1반응가스, 제2반응가스, ..., 제n반응가스)와 퍼지가스가 순차적으로 공급되는 가스공급단계와, 순차적으로 공급되는 상기 반응가스와 퍼지가스에 기판이 노출되면서 기판상에 원자층을 형성시키는 박막증착단계와, 상기 기판에 노출되었던 가스 중 잉여가스를 외부로 배기하는 가스배기단계와, 원자층박막의 증착이 완료된 기판이 상기 유동성박막 증착장치로 이송되어 투입되는 투입단계와, 상기 반응원료 공급수단에서 반응원료를 투입하고 일개의 반응원료를 수용하는 샤워헤드 내부에서 플라즈마로 여기하여 상기 반응챔버로 분사하는 분사단계를 수행하며, 이러한 방법을 반복 수행함으로써 다층복합막이 형성된다.
이러한 과정을 좀더 상세하게 살펴보면 다음과 같다.
우선, 다층복합막은 유기물 소자의 산소 및 수분의 침투로 소자 특성이 열화 되는 것을 막기 위하여 보호막을 다층으로 적층하여 구성한다.
이러한 다층복합막은 세라믹 원자층박막과 실리콘기반 유동성박막을 반복 적층하여 구성하며, 세라믹 원자층박막은 Al2O3, ZrO2, HfO2, TiO2, Si3N4등을 사용하며, 산소 및 수분의 침투를 억제하는 특성이 우수하여 방지막으로 사용한다.
특히, 박막으로 형성할 때, 유기물이 130℃ 이상의 고온에서 특성이 열화됨에 따라, 저온에서 박막 증착이 가능하고 저온에서 증착된 박막의 박막 피복성과 박막 치밀성을 높이기 위해 원자층박막 증착법을 사용하여 박막을 증착한다.
실리콘기반 유동성 박막은 실리콘(Silicon)을 포함한 반응원료와 활성산소(O2 radical) 혹은 과산화수소(H2O2), NH3 Radical을 반응가스로 하여 100℃ 이하의 저온에서 화학기상 증착반응으로 박막을 형성할 수 있는 것으로써, 증착온도 대역에서 액체와 고체의 중간상태인 젤상태(Gel-phase)를 유지함으로써, 국부적 유동이 일어나는 특성을 갖는 박막이다.
국부적 유동 특성을 갖는 박막은 외부의 힘에 의해 소자를 포함한 기판이 구부러지거나 충격을 받을 때, 힘을 분산시키거나 수용함으로써 세라믹 박막의 깨짐이나 균열등과 같은 취성 특성을 개선할 수 있고, 소자 제조공정시 패턴 형성에 따른 단차 형성 및 하부층의 표면이 울퉁불퉁한 표면상태의 불균일한 막을 평탄화시킬 수 있다.
또한, 보호막 증착 이전에 파티클과 같은 미세입자가 기판 위에 올려줘 있어 하부층과 미세입자 사이에 형성되는 불연속 경계면을 연속적으로 이어주거나 채워주는 역할을 하도록 하여 세라믹 박막이 연속적으로 증착되도록 기여하도록 한다.
아울러, 실리콘 기반 유동성박막은 산소 및 수분의 침투 억제 효과는 작지만, 박막내 비정질의 결정구조와 다수의 CxHy, Si-CxHy, Si-OH, Si-NxHy 등과 같은 반응성분을 포함함에 따라, 외부에서 침투해 오는 산소 혹은 수분을 포획하는 반응을 하여 실리콘산화막 (SiO2)으로 변함에 따라, 산소 및 수분의 흡습제 역할을 할 수 있도록 한다.
이와 같은 특성의 세라믹 원자층박막과 실리콘기반 유동성박막은 상호 교번되는 형태로 적층 하도록 하여 외부 환경에 의해 침투되는 산소와 수분의 경로 증가 및 농도 감소로 유기물 소자를 보호하는 보호막으로 사용하게 된다.
상기 원자층박막 증착장치를 이용하여 세라믹 원자층박막을 증착하는 방법은 다음과 같다.
산소 및 수분의 침투로 소자의 특성이 열화 되는 것을 막기 위해서는 산소 또는 수분의 투과도 작은 치밀한 박막을 보호막으로 사용하여야 한다. 산소 및 수분의 투과도가 적은 박막으로는, Al2O3, ZrO2, HfO2, TiO2, Si3N4와 같은 세라믹계열을 박막화 하여 사용한다.
이러한 세라믹 박막 형성하는 방법도 다양하지만, 저온에서도 치밀한 박막을 형성하고 균일한 피복특성을 달성하기 위한 방법으로, 이미 주지하는 바이지만, 원자층박막 증착 방법이 있으며, 이를 달성하기 위한 반응가스 공급 과정은 [반응가스 A 공급, 퍼지, 반응가스 B 공급, 퍼지]와 같은 순서로, 기판위에 연속적 반복 공급에 의해 원자층박막 증착방법이 달성 되어진다.
기판이 이송벨트에 의해 연통공간을 일정한 속도로 이동하면서 가스회전체에 의해 순차적 가스노출에 의해 원자층박막 증착이 일어난다. 이때, 기판이 일방향으로 이동하기 위해 원자층박막증착모듈의 인입구를 통해 연통공간으로 이동되고, 연통공간을 경유한 기판은 원자층박막증착모듈의 출입구를 통해서 인접한 화학기상증착모듈을 통해 이송되도록 한다.
또한, 반응가스들이 인접한 증착모듈로 확산되는 것을 방지하기 위해 인입구와 출입구의 높이를 작게 하거나 비활성가스를 분사하도록 하여 반응가스가 인접모듈로 확산해가는 것을 억제할 수 있다.
상기 반응가스는 TrimethylAluminum(Al2(CH3)6), Tetrakis(EthylMethylAmino), Zirconium(Zr[N(CH3)(C2H5)]4), Titanium isopropoxide(Ti(OCH(CH3)2)4), HexaChloroDisilane(Si2Cl6), TiCl4, SiCl4 중 어느 하나와 O2, N2O, O3, H2O, NH3 중 어느 하나로 구성되고, 상기 퍼지가스는 N2, Ar, He, Ne 중 어느 하나로 구성할 수 있다.
가장 우수한 치밀성, 산소 및 수분에 대한 내투과성, 광투과성을 갖고 있는 대표적 예로써, Al2O3 세라믹박막을 원자층박막 증착방법으로 증착하기 위해서는, Aluminum 공급원으로 TrimethylAluminum(Al2(CH3)6)을 기화시켜서 가스회전체를 통해 일정한 순서로 기판위에 공급하도록 하고, 산화(Oxidation) 시키기 위한 산소의 공급원으로는 H2O, Ozone(O3) 및 O2 혹은 N2O를 플라즈마화 시켜 래디칼로 공급할 수 있도록 한다.
또한, TMA(혹은 이에 대응하는 반응원료)와 Ozone(혹은 이에 대응한 반응원료) 사이에는 두 반응원료가 직접 만나지 않고, 이전의 반응원료를 제거하기 위한 퍼지가스로 N2, Ar등과 같은 불활성가스를 두 반응원료 사이에 공급되도록 한다.
원자층박막 증착방법으로 박막을 형성시키기 위한 공정 조건은 유기물 소자의 열화를 방지하기 위해 증착 온도는 기판이 130℃ 이하의 온도를 유지하도록 하고, 약 0.5Torr에서 100Torr의 압력을 유지하도록 하며, 가스회전체의 회전 속도를 조절하여 가스가 노출되는 시간을 조절하도록 하며, 원자층박막 증착반응이 일어나도록 반응가스를 순차적으로 기판에 공급하도록 한다.
세라믹원자층 박막의 증착 두께는 가스저장셀(311)의 회전에 의해 원자층이 형성되는 증착 두께와 개구면(211)과 연통되는 지체 시간을 산정하여 기판의 이동속도를 제어함으로써 달성할 수 있다.
유동성박막 증착장치에 의하여 실리콘 기반 유동성박막을 증착하는 방법은 다음과 같다.
산소 및 수분의 침투로 소자의 특성이 열화 되는 것을 막기 위한 다층의 보호막 형성에 있어서, 산소 및 수분의 내투과성이 우수한 세라믹박막만을 기판에 증착하게 되면 기판이 휘어지거나 구부러질 때나 기판에 충격이 가해지면 취성 특성을 갖는 세라믹은 깨지거나 균열이 가게 된다.
이러한 취성 특성의 세라믹 박막에 실리콘기반의 유동성박막을 교번적으로 적층하여 세라믹 원자층박막의 취성을 완화하거나 보호하고자 한다.
실리콘기반 유동성박막은 유기물이 열화되지 않는 저온에서 증착이 가능하며, 액체와 고체의 중간상태인 젤상태(Gel-phase)로 화학기상박막으로 증착이 가능하여 국부적 유동성을 갖도록 한다. 본 발명에 사용되는 실리콘기반 유동성박막은 TEOS(Tetraethylorthosilicate, Si(OC2H5)4), TMDSO(Tetramethyldisiloxane, ((CH3)2HSi)2O) 또는 HMDSO(Hexamethyldisiloxane, (Si(CH3)3)2O), PDMS (Polydimethylsiloxane, Si(CH3)3O-(H(CH3)SiO)n-Si(CH3)3) 와 같이 실리콘을 포함한 반응원료에 O2 혹은 N2O 가스를 (Remote) 플라즈마로 여기하여 발생하는 산소 래디칼을 이중샤워헤드와 기판의 반응공간에 분사될 수 있도록 한다.
그리고, 기판의 온도를 0~100℃의 온도 대역과 0.5torr~100torr의 압력 범위를 유지하여 실리콘기반유동성박막을 성막할 수 있다. 이러한 반응에 의해 형성된 박막은 SiOxCyHy 의 복합적 성분, 즉 Silicon Oxide에 수소 혹은 hydrocarbon기가 포함되는 실록산(Siloxane)의 특성을 갖는다.
다른 실리콘기반 유동성박막은 TSA(TriSilylAmine, (SiH3)3N)와 NH3 반응원료를 이용하여, NH3 가스만을 (Remote) 플라즈마로 여기하여 발생하는 암모니아 래디칼을 이중샤워헤드와 기판의 반응공간에 분사될 수 있도록 하고, 기판의 온도를 0~100℃의 온도 대역과 0.5 torr ~ 100 torr의 압력 범위를 유지하여 실리콘기반유동성박막을 성막할 수 있다.
이러한 반응에 의해 형성된 박막은 SixNyHz 의 복합적 성분으로 이루어지며 폴리실라젠(PolySilazane)의 특성을 갖는다.
또 다른 실리콘기반유동성 박막은 SiH4, TSA(TriSilylAmine, (SiH3)3N)와 과산화수소(H2O2)를 이중샤워헤드를 경유하여 기판의 반응공간에 분사될 수 있도록 하고, 기판의 온도를 0~100℃의 온도 대역과 0.5 torr ~ 100 torr의 압력 범위를 유지하여 실리콘기반 유동성박막을 성막할 수 있다.
이러한 반응에 의해 형성된 박막은 SiOxHy 의 복합적 성분으로 이루어져, 실리카(Silica)의 특성을 나타낸다.
상기에서 언급된 3가지 종류 모두는 실리콘기반 유동성박막의 한 종류로 사용할 수 있다. 여기에서, 첫 번째의 실리콘기반 유동성박막 증착을 위한 방법으로 기판 이송방향의 수직방향으로 이중 샤워헤드를 배치하고, 이중샤워헤드의 한쪽 샤워헤드에는 Silicon을 포함하는 반응원료인 TEOS(Tetraethylorthosilicate, Si(OC2H5)4), TMDSO(Tetramethyldisiloxane, ((CH3)2HSi)2O) 또는 HMDSO(Hexamethyldisiloxane, (Si(CH3)3)2O), PDMS (Polydimethylsiloxane, Si(CH3)3O-(H(CH3)SiO)n-Si(CH3)3) 등과 유기소스 만을 공급하도록 하고, 다른 한쪽의 샤워헤드에는 O2 혹은 N2O 반응가스를 플라즈마 형성반응에 의해 형성된 산소 래디칼을 공급하도록 하고, 각각 분리된 가스 노즐을 통하여 기판 위에 분사되도록 하여 실리콘이 포함된 실리콘기반 유동성박막이 기판이전에 화학기상반응이 일어나도록 하되, 기체상태를 유지하도록 한다. 기판에서는 기상 응축에 의한 유동이 발생하도록 한다.
실리콘기반 유동성박막은 그물망 결정구조와 유기물성분이 불순물로 존재하도록 힘으로써 증착된 박막은 유동성을 갖는 젤상태(Gel Phase) 박막으로 기판에 증착하게 된다.
젤상태의 실리콘기반 유동성박막은 하부층이 굴곡으로 형성되어 있을 때, 골짜기는 봉우리는 흘러내리려는 특성으로 인해 평탄화를 이루려 한다.
실리콘기반 유동성박막 증착에 있어, 증착반응이 기판위에서 일어나야 됨에 따라, 반응원료가 기판에 도달되기 전에 서로 만나지 않도록 이중샤워헤드(710)를 이용하여 반응원료를 기판에 공급하도록 하여야 한다.
또한, 기판 위에서의 증착 반응이 고체상태가 아닌 젤상태(Gel-Phase)를 유지하기 위해 100℃ 이하의 온도를 유지하여야 하고, 기판외의 주변에서는 100℃ 이상의 온도를 유지하도록 한다.
아울러, 반응원료중 실리콘 반응원료와 반응을 위해 공급되는 반응원료(예를 들어, 산소 혹은 암모니아)를 샤워헤드 내부에서 플라즈마를 발생시키는 방법(예를 들어, 리모트 플라즈마)으로 래디칼을 만들어 샤워헤드를 통해 기판에 공급하도록 한다.
이중샤워헤드(710)는 기판과 적정거리를 유지하여 샤워헤드 노즐을 통해 공급된 반응원료가 기판도달 전에 서로 만나 화학기상반응이 일어나도록 하고, 이때는 기체 상태이고 화학반응이 일어난 실리콘기반 유동성박막은 낮은 온도의 기판에 젤상태(Gep-phase)로 증착이 일어나게 된다. 일정한 속도로 이송되는 기판에서의 실리콘기반 유동성박막은 기판의 이송속도를 제어하여 증착 두께를 달성할 수 있다.
예를 들어, TMDSO와 O2를 반응원료로 하여 실리콘기반 유동성박막을 증착하기 위한를 이용한 공정조건을 살펴보면 다음과 같다.
TMDSO의 반응원료 공급을 위해서는 20 ~ 50℃의 일정한 온도를 유지하고 100 ~ 500 sccm 정도 공급하며, 산소는 500 ~ 2000 sccm 공급하도록 한다.
이때, 가스공급라인 및 이중샤워헤드는 100 ~ 150℃ 고온으로 유지하도록 한다. 그리고, 기판의 온도는 0 ~ 50℃의 온도를 유지하도록 한다. 이러한 공정조건에서의 실리콘기반 유동성박막의 증착 속도는 100nm ~ 500nm/min 의 높은 증착속도를 달성할 수 있다.
또한, 굴절률은 1.40 ~ 1.44 정도의 값을 가짐을 알 수 있었으며, 이로 인해 그물망 구조 및 다량의 hydrocarbon 기를 포함하는 것을 FTIR 및 굴절률에서 알 수 있다. 이러한 공정조건에서의 경향은 TMDSO의 유량이 증가하거나, 기판의 온도가 낮아지면 유동특성이 더욱 잘 일어나게 되는 것을 알 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 기판적재부(800)와 원자층박막 증착장치, 유동성박막 증착장치 및 기판버퍼부(900)가 선형으로 배치된 경우에는 기판적재부(800)에 적재된 기판(1)이 원자층박막 증착장치로 이송되어 제1원자층박막이 증착된 후에 기판버퍼부(900)로 이동하고, 다시 유동성박막 증착장치로 이동하여 제1유동성박막이 증착된 후에 기판적재부(800)로 이송된 후에 원자층박막 증착장치로 이송되어 제2원자층박막이 증착됨으로써 다층복합막이 형성된다.
도 4에 도시한 바와 같은 경우는 기판적재부(800), 원자층박막 증착장치, 유동성박막 증착장치, 원자층박막 증착장치 및 기판버퍼부(900)가 선형으로 배치된 형태이다.
이러한 경우는 기판적재부(800)에서 적재된 기판(1)이 원자층박막 증착장치로 이송되어 제1원자층박막이 증착된 후에 유동성박막 증착장치로 이송되어 제1유동성박막이 증착되고, 기판버퍼부(900)로 이동된 후에 원자층박막 증착장치로 이송되어 제2원자층박막이 증착되고 그 후, 유동성박막 층착장치로 이송되어 제2유동성박막이 증착된 후에 기판적재부(800)로 이송됨으로써 다층복합막이 형성된다.
도 5에 도시한 바와 같은 경우는 기판적재부(800), 유동성박막 증착장치, 원자층박막 증착장치, 유동성박막 증착장치 및 기판버퍼부(900)가 선형으로 배치된 형태이다.
이러한 경우는 기판적재부(800)에서 적재된 기판(1)이 원자층박막 증착장치로 이송되어 제1원자층박막이 증착된 후에 유동성박막 증착장치로 이송되어 제1유동성박막이 증착되고, 기판버퍼부(900)로 이동된 후에 원자층박막 증착장치로 이송되어 제2원자층박막이 증착되고 그 후, 유동성박막 증착장치로 이송되어 제2유동성박막이 증착된 후에 기판적재부(800)로 이송됨으로써 다층복합막이 형성된다.
도 6은 기판적재부(800), 원자층박막 증착장치, 유동성박막 증착장치 3쌍이 교번적으로 배치되고 말단에 기판버퍼부(900)가 배치된 구조로서, 이러한 형태의 경우에는 순차적으로 기판(1)이 이송되면서 제1, 2원자층박막과 제1, 2유동성박막이 교번적으로 적층되어 다층복합막을 형성한 후에 기판(1)이 기판버퍼부(900)로 이송됨으로써 다층복합막의 형성이 완료된다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 일 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 일 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
1 : 기판 100 : 이송수단
110 : 회전구동축 120 : 이송밸트
130 : 보조회전구동축 210 : 제1챔버
211 : 개구면 212 : 비활성가스 공급관
230 : 입구 240 : 출구
300 : 가스공급수단 310 : 회전체
311 : 가스저장셀 320 : 격벽
330 : 샤워헤드 400 : 수용몸체
410 : 절개면 420 : 가압공간부
430 : 균일가압부재 431 : 가압공
500 : 가스배기수단 510 : 배기구
520 : 배기플레이트 530 : 배기블럭
600 : 기판가열수단 700 : 반응원료 공급수단
710 : 이중샤워헤드 720 : 지지부재
800 : 기판적재부 900 : 기판버퍼부

Claims (21)

  1. 기판(1)을 정방향 또는 역방향으로 이송하는 하나 이상의 이송수단(100); 상기 이송수단(100)에 의하여 이송되는 기판(1) 상에 외부로부터 공급되는 반응가스를 포함한 다수개 가스 각각의 반응에 의하여 원자층박막을 형성하는 하나 이상의 원자층박막 증착장치; 및 상기 이송수단(100)에 의하여 이송되는 기판(1) 상에 외부로부터 공급되는 반응원료의 반응에 의하여 상기 원자층박막 상에 유동성박막을 형성하도록 상기 원자층박막 증착장치의 일측 또는 양측에 설치되는 하나 이상의 유동성박막 증착장치;를 포함하고, 상기 원자층박막 증착장치와 상기 유동성박막 증착장치가 1열로 인접하여 배치되며,
    상기 원자층박막 증착장치는 일측에 상기 기판(1)이 외부로 노출될 수 있는 개구면(211)을 구비한 제1챔버(210) 및 외부로부터 공급되는 반응가스를 포함한 다수개 가스 각각이 체류하는 복수의 가스저장셀(311)이 상기 개구면(211)과 순차적으로 연통될 때 상기 기판(1)에 상기 가스를 공급하도록, 상기 기판(1)의 폭 방향을 따라 배치되어 회전 구동하는 가스공급수단(300)을 포함하고,
    상기 제1챔버(210)의 일측에는 상기 가스공급수단(300)을 수용하는 내부공간이 형성되며, 일측에 상기 개구면(211)과 연통되는 절개면(410)이 구비된 수용몸체(400)가 구비되고, 상기 가스저장셀(311)에 충전된 가스가 상기 수용몸체(400) 내면으로 유출되지 않도록 상기 수용몸체(400)의 내면과 상기 수용몸체(400)의 내부공간에 수용된 가스공급수단(300)의 둘레면 사이에는 가압공간부(420)가 구비된 것을 특징으로 하는 다층복합막 형성장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가스공급수단(300)은 원통 형상의 회전체(310)로 구성되며, 상기 가스저장셀(311)은 방사상으로 배치되는 복수의 격벽(320)에 의하여 상호 구획된 것을 특징으로 하는 다층복합막 형성장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가스저장셀(311)에는 각각 하나 이상의 반응가스와 하나 이상의 퍼지가스가 교번적으로 충전되며, 상기 반응가스와 퍼지가스의 공급에 의하여 상기 기판(1)에 원자층 박막 증착이 이루어지는 것을 특징으로 하는 다층복합막 형성장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가스저장셀(311)의 외곽면에는 상기 가스저장셀(311)에 충전된 상기 가스를 상기 개구면(211)을 통하여 상기 제1챔버(210)의 내부로 분사할 수 있는 복수의 분사공(331)이 형성된 샤워헤드(330)가 구비된 것을 특징으로 하는 다층복합막 형성장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가스공급수단(300)의 둘레면에는 가압공간부(420)에 의하여 상기 가스공급수단(300) 측으로 균일하게 압력을 가할 수 있도록 다수의 가압공(431)이 형성된 균일가압부재(430)가 구비된 것을 특징으로 하는 다층복합막 형성장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 유동성박막 증착장치는 상기 이송수단(100)에 의하여 이송되는 기판(1)상에 박막을 형성할 수 있도록 일측에 상기 기판(1)이 외부로 노출될 수 있는 개구면(221)을 구비한 제2챔버(220) 및 상기 개구면(221)을 통하여 반응원료를 상기 기판(1)에 공급하여 증착반응이 발생하도록 하는 반응원료 공급수단(700)을 포함한 것을 특징으로 하는 다층복합막 형성장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 반응원료 공급수단(700)은 상기 반응원료가 상기 기판(1)에 도달하기 전에 상호 접촉되어 화학기상반응이 일어나도록 하는 이중샤워헤드(710)와, 상기 이중샤워헤드(710)를 지지하도록 상기 개구면의 상측에 구비되는 지지부재(720)로 구성된 것을 특징으로 하는 다층복합막 형성장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1챔버(210)와 제2챔버(220)의 일측에는 상기 제1챔버(210)와 제2챔버(220)의 내부로 유입된 상기 반응가스를 포함한 다수개의 가스 및 반응원료의 반응이 완료된 후에 발생하는 가스를 상기 제1챔버(210) 및 제2챔버(220)의 외부로 펌핑하는 가스배기수단(500)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 다층복합막 형성장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 이송수단(100)은 회전 가능하게 설치되는 복수의 회전구동축(110)과, 상기 회전구동축(110)의 외면에 권취되어 상기 기판(1)이 안착되는 이송밸트(120)를 포함한 것을 특징으로 하는 다층복합막 형성장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 이송밸트(120)의 하측에는 상기 기판(1) 측으로 열을 가할 수 있는 별도의 기판가열히터(600)가 구비된 것을 특징으로 하는 다층복합막 형성장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 이송수단(100)의 최전방에 배치되어 다수개의 상기 기판(1)을 적재하는 기판적재부(800)가 더 포함된 것을 특징으로 하는 다층복합막 형성장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 이송수단(100)의 최후방에 배치되어 다수개의 상기 기판(1)을 보관하는 기판버퍼부(900)가 더 포함된 것을 특징으로 하는 다층복합막 형성장치.
  16. 제15항에 따른 다층복합막 형성장치를 이용하여 기판에 다층복합막을 증착시키는 방법으로서,
    상기 기판(1)에 상기 원자층박막 증착장치를 이용하여 제1원자층박막을 형성하는 단계와;
    상기 제1원자층박막의 상면에 상기 유동성박막 증착장치를 이용하여 제1유동성박막을 형성하는 단계를;
    포함한 것을 특징으로 하는 다층복합막 형성장치를 이용한 다층복합막 형성방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1유동성박막의 상면에 상기 원자층박막 증착장치를 이용하여 제2원자층박막을 형성하는 단계를 더 포함한 것을 특징으로 하는 다층복합막 형성장치을 이용한 다층복합막 형성방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제1유동성박막의 형성 이후에 상기 기판(1)이 상기 기판적재부(800) 또는 기판버퍼부(900)로 투입된 후에 상기 원자층박막 증착장치로 이송되어 제2원자층박막을 형성하는 단계를 더 포함한 것을 특징으로 하는 다층복합막 형성장치을 이용한 다층복합막 형성방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제2원자층박막의 상면에 상기 유동성박막 증착장치를 이용하여 제2유동성박막을 형성하는 단계를 더 포함한 것을 특징으로 하는 다층복합막 형성장치을 이용한 다층복합막 형성방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 제1원자층박막 또는 제2원자층박막을 증착하는 과정은,
    상기 기판이 원자층박막 증착장치로 투입되는 투입단계;
    상기 제1챔버 및 제2챔버 내부에 공급되는 가스 별로 상기 가스를 구획 수용하는 가스공급수단을 회전시키는 회전구동단계;
    상기 가스공급수단에 의하여 상기 상기 제1챔버 및 제2챔버 내부로 2 이상의 반응가스(제1반응가스, 제2반응가스, ..., 제n반응가스)와 퍼지가스가 순차적으로 공급되는 가스공급단계;
    순차적으로 공급되는 상기 반응가스와 퍼지가스에 기판이 노출되면서 기판상에 원자층박막을 형성시키는 박막증착단계를;
    포함한 것을 특징으로 하는 다층복합막 형성장치를 이용한 다층복합막 형성방법.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 제1유동성박막을 증착하는 과정은,
    상기 기판이 유동성박막 증착장치로 투입되는 투입단계;
    상기 반응원료 공급수단에서 반응원료가 공급되는 반응원료 공급단계;
    공급된 반응원료의 반응에 의하여 기판상에 유동성박막을 형성시키는 박막증착단계를;
    포함한 것을 특징으로 하는 다층복합막 형성장치을 이용한 다층복합막 형성방법.
KR1020130062474A 2013-05-31 2013-05-31 다층복합막 형성장치 및 이를 이용한 다층복합막 형성방법 KR101550775B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130062474A KR101550775B1 (ko) 2013-05-31 2013-05-31 다층복합막 형성장치 및 이를 이용한 다층복합막 형성방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130062474A KR101550775B1 (ko) 2013-05-31 2013-05-31 다층복합막 형성장치 및 이를 이용한 다층복합막 형성방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140141125A KR20140141125A (ko) 2014-12-10
KR101550775B1 true KR101550775B1 (ko) 2015-09-08

Family

ID=52458723

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130062474A KR101550775B1 (ko) 2013-05-31 2013-05-31 다층복합막 형성장치 및 이를 이용한 다층복합막 형성방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101550775B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024111505A1 (ja) * 2022-11-25 2024-05-30 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電解コンデンサ用の電極箔の製造装置および製造方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100832929B1 (ko) * 2004-03-31 2008-05-27 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 금속 실리케이트막의 성막 방법 및 장치, 그리고 반도체장치의 제조 방법
JP2012201900A (ja) * 2011-03-23 2012-10-22 Toppan Printing Co Ltd 成膜装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100832929B1 (ko) * 2004-03-31 2008-05-27 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 금속 실리케이트막의 성막 방법 및 장치, 그리고 반도체장치의 제조 방법
JP2012201900A (ja) * 2011-03-23 2012-10-22 Toppan Printing Co Ltd 成膜装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140141125A (ko) 2014-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102608699B1 (ko) 열적 ald 및 peald로 산화막을 증착하기 위한 방법
JP5674794B2 (ja) 曲面上に薄膜を形成するための蒸着反応器
US11453943B2 (en) Method for forming carbon-containing silicon/metal oxide or nitride film by ALD using silicon precursor and hydrocarbon precursor
US20130084714A1 (en) Method for Forming Single-Phase Multi-Element Film by PEALD
TWI625878B (zh) 用於有機發光二極體之混合封裝的方法
KR101324367B1 (ko) 성막 장치, 성막 방법 및 컴퓨터 판독 가능 기억 매체
CN102639749B (zh) 在原子层沉积系统中抑制过量前体在单独前体区之间运送
US20120119337A1 (en) Substrate processing apparatus, method of manufacturing semiconductor device and semiconductor device
KR101497811B1 (ko) 성막 방법
US10457828B2 (en) Laminate and gas barrier film
TW201402856A (zh) 用於腔室ａｌｄ系統中腔室的氮淨化ｏ形環
US20080166882A1 (en) Substrate Processing Apparatus and Producing Method of Semiconductor Device
KR102164942B1 (ko) 가스 공급부, 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법
EP1889947A1 (en) Method and device for forming vapor deposition film by surface liquid plasma
KR101409890B1 (ko) 가스공급장치, 이를 구비한 박막증착장치 및 이를 이용한박막증착방법
WO2014203892A1 (ja) ガスバリア性フィルム、およびその製造方法
JP2007038445A (ja) ガスバリア性薄膜積層体、ガスバリア性樹脂基材及び有機エレクトロルミネッセンスデバイス
US11158838B2 (en) Flexible organic-inorganic passivation layer and method of fabricating the same
KR101550775B1 (ko) 다층복합막 형성장치 및 이를 이용한 다층복합막 형성방법
JP4899863B2 (ja) 薄膜形成装置及び薄膜形成方法
US10573518B2 (en) Film forming method and vertical thermal processing apparatus
KR20170137855A (ko) 적층체 및 그 제조 방법
KR101777689B1 (ko) 복합막 증착장치 및 증착방법
JP6442874B2 (ja) 積層体の製造方法、及び積層体製造装置
KR101994896B1 (ko) 복합막 증착장치, 복합막 증착방법 및 하이브리드 봉지막 증착장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee