KR101685366B1 - 무기박막의 고속 증착방법 - Google Patents

무기박막의 고속 증착방법 Download PDF

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Abstract

무기박막의 고속 증착 방법 및 상기 무기박막의 고속 증착을 위한 제조장치에 관한 것이다.

Description

무기박막의 고속 증착방법{HIGH-RATE DEPOSITING METHOD OF INORGANIC THIN FILM}
본원은, 무기박막의 고속 증착 방법 및 상기 무기박막의 고속 증착을 위한 제조장치에 관한 것이다.
화합물 박막은 반도체 소자 및 집적회로, 화합물 반도체, 태양전지, 액정표시장치(liquid crystal display, LCD) 및 유기발광다이오드(organic light emitting diode, OLED) 등의 게이트 유전막(gate dielectric) 또는 금속간의 분리막, 보호막, 및 주변으로부터의 화학반응을 방지하는 차폐막(masking film)으로서 다양하게 사용된다. 따라서 반도체 집적 소자의 크기가 점점 작아지고 형상이 복잡해짐에 따라 높은 단차 구조를 가지는 균일하고 얇은 두께의 박막을 도포할 수 있는 기술이 중요하게 대두되고 있다. 따라서 박막의 특성을 개선하는 원자층박막증착법(atomic layer deposition, ALD)이 최근 다양한 분야에 널리 사용되고 있다[US4,058,430호].
상기 ALD는 화학기상증착 반응을 이용하되, 전구체(precursor)와 반응체(reactant)를 시분할로 주입함으로써 기상반응을 억제하고, 기판의 표면에서 이루어지는 자기제어 반응(self-limited reaction)을 이용하여 박막의 두께를 정확히 조절하여 증착하는 공정 기술이다. 상기 ALD는 원자 단위의 두께 조절과 함께 자기제어 반응의 특성이 가지는 뛰어난 단차도포성(step coverage)과 두께 균일성(thickness uniformity)을 가지게 한다. 따라서, 구조의 단차가 큰 캐패시터 뿐 아니라 표면적이 넓고 구조가 복잡한 섬유의 내부 공간이나 미립자 구조의 표면 등에도 균일하게 박막을 형성할 수 있다. 또한, 기상반응(gas-phase reaction)을 최소화하기 때문에 핀홀 밀도가 매우 낮고, 박막 밀도가 높으며 증착 온도를 낮출 수 있는 특징을 갖는다.
그러나 ALD는 적절한 전구체와 반응체의 선택이 어렵고, 한 사이클(cycle) 당 증착되는 박막의 두께가 원자층 또는 그 이하로 증착되기 때문에 증착 속도가 매우 느리며, 잉여 탄소 및 수소에 의하여 박막의 특성이 크게 저하되는 문제점을 동시에 안고 있다.
한편, 열화학기상증착(thermal chemical vapor deposition, TCVD) 및 플라즈마화학기상증착(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)을 이용한 실리콘화합물 박막의 증착은 ALD에 비해 박막 증착 속도가 매우 빠르다. 그러나 박막에 핀홀이 많고 부산물(by-products) 및 입자(particle) 생성 등의 문제가 발생할 수 있어서 주로 고온에서 박막생성을 진행하기 때문에 플라스틱 필름 같은 기재에는 적용하기 어려운 단점이 있다.
본원은, 무기박막의 고속 증착 방법 및 상기 무기박막의 고속 증착을 위한 제조장치를 제공하고자 한다.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본원의 제 1 측면은, 기재를 소스가스 및 반응가스를 이용하여 각각 교대로 플라즈마 처리하는 것, 및 상기 소스가스 및 상기 반응가스가 상기 기재의 표면에서 반응하여 상기 기재 상에 무기박막을 형성하는 것을 포함하며, 상기 소스가스 및 상기 반응가스의 플라즈마 처리는 각각 독립된 플라즈마 모듈에서 수행되는 것이고, 상기 소스가스는 실리콘, 알루미늄, 아연, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속을 함유하는 전구체 및 불활성 기체를 포함하는 것인, 무기박막의 제조방법을 제공한다.
본원의 제 2 측면은, 기재가 로딩되는 기재 로딩부, 상기 기재 로딩부에 결합되어 상기 기재를 교번하며 이동시키는 기재 수송부, 상기 기재 수송부의 하단에 구비되어 상기 기재를 가열하는 기재 가열부, 및 상기 기재에 무기박막을 형성하는 무기박막 증착부를 포함하며, 상기 무기박막 증착부는 복수의 소스 플라즈마 모듈 및 복수의 반응 플라즈마 모듈을 포함하고, 상기 기재 수송부가 상기 소스 플라즈마 모듈 및 상기 반응 플라즈마 모듈을 교번하며 이동하여 상기 기재 상에 무기박막이 증착되는 것인, 무기박막의 제조장치를 제공한다.
본원의 일 구현예에 의하면, 기재에 소스 플라즈마와 반응 플라즈마를 분리하여 주입하고, 스캔방식의 CVD를 이용함으로써 약 400℃ 이하의 저온에서 낮은 수소량, 낮은 핀홀 밀도, 높은 박막 밀도 등의 우수한 특성을 나타내는 무기박막을 제조할 수 있으며, 상기 무기박막을 봉지막(encapsulation film) 또는 차단막(barrier film) 등에 응용할 수 있다. 더불어, 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 무기박막의 증착 속도는 약 5 Å/s 내지 약 10 Å/s의 고속 증착 속도를 가지므로 양산성이 우수하다. 더불어, 공정 중 파티클이 적어 균일한 박막을 제조할 수 있다.
또한, 다성분 금속-산화물 박막 및 금속-질화물 박막의 연속증착 및/또는 교열증착이 가능하다.
한편, 본원의 일 구현예에 따른 무기박막의 고속 증착 장치는 그 설비구성이 단순하고, 변형이 쉬워 적용범위가 넓으며, 롤투롤 및 대형 박막 증착설비에 적용이 가능하다는 이점이 있다.
도 1은 본원의 일 구현예에 따른 무기박막의 제조장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본원의 일 구현예에 따른 복수의 플라즈마 모듈을 포함하는 무기박막의 제조장치를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본원의 일 구현예에 따른 무기박막의 제조장치를 나타낸 개략도이다.
도 4는 본원의 일 구현예에 따른 무기박막의 제조장치를 나타낸 개략도이다.
도 5는 본원의 일 구현예에 따른 무기박막의 제조장치를 나타낸 개략도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함” 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~ 를 위한 단계”를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합(들)”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, “A 및/또는 B”의 기재는 “A 또는 B, 또는 A 및 B”를 의미한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 제 1 측면은, 기재를 소스가스 및 반응가스를 이용하여 각각 교대로 플라즈마 처리하는 것, 및 상기 소스가스 및 상기 반응가스가 상기 기재의 표면에서 반응하여 상기 기재 상에 무기박막을 형성하는 것을 포함하며, 상기 소스가스 및 상기 반응가스의 플라즈마 처리는 각각 독립된 플라즈마 모듈에서 수행되는 것이고, 상기 소스가스는 실리콘, 알루미늄, 아연, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속을 함유하는 전구체 및 불활성 기체를 포함하는 것인, 무기박막의 제조방법을 제공한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 소스가스 및 상기 반응가스의 플라즈마 처리를 각각 독립된 플라즈마 모듈에서 수행함으로써 상기 소스가스 및 상기 반응가스의 반응이 기상이 아닌 기재의 표면에서 일어나기 때문에, 반응 온도를 낮게 유지할 수 있고, 상기 소스가스 및 상기 반응가스가 직접적으로 반응하지 않아, 반응시 발생하는 부산물 및 UV에 따른 손상 문제를 감소시킬 수 있다. 더불어, 상기 소스가스 및 상기 반응가스의 플라즈마 처리를 각각 독립된 플라즈마 모듈에서 동시에 수행함으로써, 본원의 일 구현예에 따른 무기박막의 증착속도를 개선할 수 있다.
더불어, 상기 플라즈마 처리에 사용되는 파워를 낮추어 높은 파워에서 생기는 불순물 및/또는 전극 손상을 감소시킬 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 불활성 기체는 Ar, He, Ne, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 반응가스는 N2, H2, O2, N2O, NH3, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 기재를 약 400℃ 이하의 온도에서 가열하는 것을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 기재는 무기박막 제조 공정을 수행하는 동안 가열되는 것일 수 있으며, 상기 기재를 상기 실리콘 전구체, 알루미늄 전구체, 또는 아연 전구체의 열분해 온도 이하로 조절함으로써 상기 기재의 표면에서 상기 실리콘 전구체, 알루미늄 전구체, 또는 아연 전구체와 상기 반응가스의 화학 반응을 유도시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 기재를 약 400℃ 이하, 약 300℃ 이하, 약 200℃ 이하, 또는 약 100℃ 이하의 온도에서 가열하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 무기박막을 봉지막으로서 응용시, 상기 기재를 가열하는 것은 약 100℃ 이하에서 수행되는 것일 수 있으며, 상기 무기박막을 차단막으로서 응용시, 상기 기재를 가열하는 것은 약 100℃ 내지 약 400℃의 온도범위에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 기재를 상기 소스가스 및 상기 반응가스를 이용하여 각각 교대로 플라즈마 처리하는 것을 약 1 회 이상 반복하는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 소스가스 및 상기 반응가스를 이용하여 각각 교대로 플라즈마 처리하는 것을 제 1 플라즈마 처리, 상기 제 1 플라즈마 처리를 통해 상기 기재에 형성된 무기박막에 상기 소스가스 및 상기 반응가스를 이용하여 각각 교대로 플라즈마 처리하는 것을 제 2 플라즈마 처리라 할 수 있으며, 이를 약 n 회(n은 1 이상의 정수임) 반복하여 제 n 플라즈마 처리(n은 1 이상의 정수임)를 수행하는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 플라즈마 처리를 약 1 회 이상 반복함으로써 상기 기재 상에 무기/무기 구조를 갖는 무기박막을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 플라즈마 처리를 통해 기재 상에 형성된 제 1 무기박막 상에, 상기 제 2 플라즈마 처리를 수행함으로써 상기 제 1 무기박막 상에 제 2 무기박막을 형성할 수 있고, 이를 약 n 차(n은 1 이상의 정수임) 반복하여 상기 기재 상에 제 n 무기박막(n은 1 이상의 정수임)을 형성할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 소스가스 및 상기 반응가스의 플라즈마 처리는 각각 독립된 플라즈마 모듈에서 동시에 또는 교번하여 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 소스가스 및 상기 반응가스의 플라즈마 처리가 각각 독립된 플라즈마 모듈로부터 동시에 수행될 경우, 기재 상에 무기박막이 서로 혼합된 구조로 형성되고, 예를 들어, 상기 소스가스 및 상기 반응가스의 플라즈마 처리가 각각 독립된 플라즈마 모듈로부터 교번하여 수행될 경우, 기재 상에 무기박막이 적층된 구조로 형성된다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 기재 상에 상기 제 n 플라즈마 처리(n은 1 이상의 정수임)를 통해 형성된 상기 무기/무기 구조를 갖는 무기박막은 적층 구조 및/또는 혼합 구조를 나타낸다. 예를 들어, 상기 무기박막이 상기 기재 상에 층의 구분 없이 혼합되어(mixing) 형성될 경우, 우수한 차단 특성 및 우수한 유연성을 달성할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 기재 상에 상기 제 1 플라즈마 처리, 제 2 플라즈마 처리, …, 제 n 플라즈마 처리(n은 1 이상의 정수임)를 수행하는 동안, 상기 플라즈마 처리에 사용되는 상기 소스가스 및 상기 반응가스는 동일하거나 또는 상이할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 무기박막의 두께는 약 300Å 내지 약 2,000Å인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 무기박막의 두께는 약 300 Å 내지 약 2,000 Å, 약 300 Å 내지 약 1,800 Å, 약 300 Å 내지 약 1,600 Å, 약 300 Å 내지 약 1,400 Å, 약 300 Å 내지 약 1,200 Å, 약 300 Å 내지 약 1,000 Å, 약 300 Å 내지 약 800 Å, 약 300 Å 내지 약 600 Å, 또는 약 300 Å 내지 약 400 Å일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 무기박막을 형성하는 것은 화학기상증착 방법 또는 원자층증착 방법을 이용하여 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 제 2 측면은, 기재가 로딩되는 기재 로딩부, 상기 기재 로딩부에 결합되어 상기 기재를 교번하며 이동시키는 기재 수송부, 상기 기재 수송부의 하단에 구비되어 상기 기재를 가열하는 기재 가열부, 및 상기 기재에 무기박막을 형성하는 무기박막 증착부를 포함하며, 상기 무기박막 증착부는 복수의 소스 플라즈마 모듈 및 복수의 반응 플라즈마 모듈을 포함하고, 상기 기재 수송부가 상기 소스 플라즈마 모듈 및 상기 반응 플라즈마 모듈을 교번하며 이동하여 상기 기재 상에 무기박막이 증착되는 것인, 무기박막의 제조장치를 제공한다.
도 1은 본원의 일 구현예에 따른 무기박막의 제조장치를 나타낸 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본원의 일 구현예에 따른 무기박막의 제조장치는 기재 로딩부(100), 기재 수송부(200), 기재 가열부(300), 무기박막 증착부(400)를 포함한다.
먼저, 상기 기재 로딩부(100)에 기재(10)를 로딩시킨다. 상기 기재(10)는 일반적으로 반도체 소자용으로 사용되는 기재로서, 석영, 유리, 실리콘, 폴리머, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 기재 수송부(200)는 상기 기재 로딩부(100)에 결합되어 상기 기재(10)를 이동시키는 역할을 수행한다. 이때 상기 기재(10)의 이동 방향은 선형 또는 비선형의 경로로 교번 이동하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 기재(10)에 무기박막을 형성하는 무기박막 증착부(400)를 포함하며, 상기 무기박막 증착부(400)는 소스 플라즈마 모듈(410) 및 반응 플라즈마 모듈(420)을 포함할 수 있다. 상기 소스 플라즈마 모듈(410) 및 상기 반응 플라즈마 모듈(420)은 플라즈마를 발생시키기 위한 전극을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 소스 플라즈마 모듈(410) 및 반응 플라즈마 모듈(420)은 각각 소스가스 및 반응가스를 포함할 수 있으며, 상기 소스가스 및 상기 반응가스를 플라즈마 상태로 단시간 동안 기재(10) 상에 주입하고, 배기할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 소스 플라즈마 모듈에서 실리콘, 알루미늄, 아연, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속을 함유하는 전구체 및 불활성 기체를 플라즈마 처리하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 불활성 기체는 Ar, He, Ne, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 반응 플라즈마 모듈에서 N2, H2, O2, N2O, NH3, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 반응가스를 플라즈마 처리할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 각각 상기 소스 플라즈마 모듈(410) 및 상기 반응 플라즈마 모듈(420)에 의해 상기 기재(10)에 소스가스 및 반응가스가 공급될 경우, 상기 소스가스 및 상기 반응가스는 상기 기재(10)의 표면에서 물리적 또는 화학적 반응에 의하여 상기 기재(10) 상에 무기박막이 형성되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 기재 가열부(300)에 의해서 상기 기재(10)의 온도를 조절하여 상기 기재(10)의 표면에서 상기 소스가스와 상기 반응가스의 화학 반응을 유도시킬 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 무기박막 증착부(400)로부터 플라즈마 처리를 수행할 경우, 상기 플라즈마 처리는 소스 플라즈마(410) 모듈 및 반응 플라즈마 모듈(420)로부터 동시에 또는 교번하여 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 소스 플라즈마 처리 및 상기 반응 플라즈마 처리를 각각 독립된 반응기로부터 동시에 수행할 경우, 기재 상에 무기박막이 서로 혼합된 구조로 형성되고, 예를 들어, 상기 소스 플라즈마 처리 및 상기 반응 플라즈마 처리를 각각 독립된 반응기로부터 교번하여 수행할 경우, 기재 상에 무기박막이 적층된 구조로 형성된다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 기재 가열부(300)는 상기 기재(10)의 온도를 조절하여 상기 기재(10)의 표면에서 무기박막의 증착시, 상기 기재(10)를 상기 소스가스의 열분해 온도 이하로 유지시켜준다. 상기 소스가스의 열분해 온도 보다 기재의 온도가 낮을수록 상기 기재에 상기 소스가스가 더 많이 흡착되며, 예를 들어, 상기 소스가스는 약 100℃ 내지 약 700℃의 열분해 온도를 가진다. 그러나, 반도체 소자용 박막 증착의 경우, 기재 내 불순물 확산을 감소시키기 위하여, 약 400℃ 이하의 온도가 바람직하다. 예를 들어, 상기 기재 가열부(300)에 의해 조절되는 상기 기재(10)의 온도는 약 400℃ 이하, 약 300℃ 이하, 약 200℃, 또는 약 100℃ 이하일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 도 1의 장치를 이용하여 무기박막을 제조할 경우, 상기 무기박막은 상기 소스가스 및 상기 반응가스에 따라 기재 상에 약 500 Å 내지 약 2,000 Å의 무기박막이 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 무기박막 증착부(400)로서, 소스 플라즈마 모듈(410) 및 반응 플라즈마 모듈(420)을 각각 포함할 수 있으며, 상기 소스 플라즈마 모듈(410)에 소스가스로서 실리콘 전구체를 주입하고, 반응 플라즈마 모듈(420)에 반응가스로서 산소를 주입하여, 동시에 플라즈마 처리를 수행할 경우, 상기 기재(10) 상에 약 500 Å 내지 약 2,000 Å 두께를 갖는 SiO2 무기 박막이 형성된다.
본원의 일 구현예에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 무기박막 증착부(400)로서, 소스 플라즈마 모듈(410), 제 1 반응 플라즈마 모듈(421) 및 제 2 반응 플라즈마 모듈(422)을 포함하는 장치를 사용하여, 상기 소스 플라즈마 모듈(410), 제 1 반응 플라즈마 모듈(421) 및 제 2 반응 플라즈마 모듈(422)로부터 동시에 플라즈마 처리를 할 경우, 기재 상에 무기박막이 층의 구분 없이 혼합되어 형성된다. 예를 들어, 상기 소스 플라즈마 모듈(410)에 소스로서 실리콘 전구체를 주입하고, 상기 제 1 반응 플라즈마 모듈(421)에 반응가스로서 산소를 주입하고, 상기 제 2 반응 플라즈마 모듈(422)에 반응가스로서 질소를 주입하여 플라즈마 처리를 수행할 경우, 기재 상에 SiO2 및 SiN가 혼합된 무기박막이 형성된다.
본원의 일 구현예에 있어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 무기박막 증착부(400)로서, 제 1 반응 플라즈마 모듈(421), 제 1 소스 플라즈마 모듈(411), 제 2 소스 플라즈마 모듈(412), 및 제 2 반응 플라즈마 모듈(422)을 포함하는 장치를 사용하여, 동시에 플라즈마 처리를 수행할 경우, 기재 상에 무기박막이 층의 구분 없이 혼합되어 형성된다. 예를 들어, 상기 제 1 반응 플라즈마 모듈(421)에 반응가스로서 질소를 주입하고, 제 1 소스 플라즈마 모듈(411)에 소스가스로서 실리콘 전구체를 주입하고, 제 2 소스 플라즈마 모듈(412)에 소스가스로서 알루미늄 전구체를 주입하고, 및 제 2 반응 플라즈마 모듈(422)에 반응가스로서 질소를 주입하여 동시에 플라즈마 처리를 수행할 경우, 상기 기재 상에 SiN 및 AlN이 혼합된 무기박막이 형성된다.
본원의 일 구현예에 있어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 무기박막 증착부(400)로서, 제 1 반응 플라즈마 모듈(421), 제 1 소스 플라즈마 모듈(411), 및 제 2 소스 플라즈마 모듈(412), 제 2 반응 플라즈마 모듈(422)을 포함하는 장치를 사용하여, 상기 제 1 반응 플라즈마 모듈(421) 및 제 1 소스 플라즈마 모듈(411)을 사용하여 기재(10) 상에 제 1 플리즈마 처리를 수행한 후, 상기 제 2 소스 플라즈마 모듈(412) 및 제 2 반응 플라즈마 모듈(422)을 사용하여 제 2 플라즈마 처리를 교번하여 수행할 경우, 기재(10) 상에 무기박막이 적층되어 형성된다. 예를 들어, 상기 제 1 반응 플라즈마 모듈(421)에 반응가스로서 질소를 주입하고, 제 1 소스 플라즈마 모듈(411)에 소스가스로서 실리콘 전구체를 주입하여 제 1 플라즈마 처리를 수행한 후, 상기 제 2 소스 플라즈마 모듈(412)에 소스가스로서 실리콘 전구체를 주입하고, 제 2 반응 플라즈마 모듈(422)에 반응가스로서 산소를 주입하여 제 2 플라즈마 처리를 수행하며, 이를 교번하여 수행함으로써 기재 상에 SiN 박막 및 SiO2 박막이 적층되어 형성된다. 예를 들어, 상기 제 1 반응 플라즈마 모듈(421)에 반응가스로서 질소를 주입하고, 제 1 소스 플라즈마 모듈(411)에 소스가스로서 실리콘 전구체를 주입하여 제 1 플라즈마 처리를 수행한 후, 상기 제 2 소스 플라즈마 모듈(412)에 소스가스로서 알루미늄 전구체를 주입하고, 제 2 반응 플라즈마 모듈(422)에 반응가스로서 산소를 주입하여 제 2 플라즈마 처리를 수행하며, 이를 교번하여 수행함으로써 기재 상에 SiN 박막 및 Al2O3 박막이 적층되어 형성된다.
도 5는 본원의 일 구현예에 따른 복수의 플라즈마 모듈을 포함하는 무기박막의 제조장치를 나타낸 개략도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본원의 일 구현예에 따른 다층 무기봉지박막의 제조장치에 있어서, 무기박막 증착부(400)는 복수의 소스 플라즈마 모듈(410) 및 복수의 반응 플라즈마 모듈(420)을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 소스 플라즈마 모듈(410) 및 상기 반응 플라즈마 모듈(420)의 구성에 따라 무기박막은 나노 적층 구조 및/또는 혼합 구조를 나타낼 수 있다.
본원에 따른 무기박막의 고속 증착을 위한 제조장치는, 도 1 내지 도 5에 도시된 제조장치뿐만 아니라, 이를 변형 및/또는 혼합하여 적용 가능하며, 변형이 쉬워 적용범위가 넓고 롤투롤 및 대형 박막 증착설비에 적용이 가능하다.
또한, 도시되지는 않았지만, 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 다층 무기박막 제조장치는 제어부를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 제어부는 상기 다층 무기박막 제조장치의 기재 로딩부, 기재 수송부, 기재 가열부, 및 박막 증착부와 결합되어 상기 무기박막의 제조시 요구되는 조건을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부는 상기 무기박막의 증착시 반응 플라즈마 및 소스 플라즈마의 주입 시간, 강도, 파장, 및 듀티 사이클(duty cycle) 등의 조절이 가능할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 기재
100 : 기재 로딩부
200 : 기재 수송부
300 : 기재 가열부
400 : 무기박막 증착부
410 : 소스 플라즈마 모듈
411 : 제 1 소스 플라즈마 모듈
412 : 제 2 소스 플라즈마 모듈
420 : 반응 플라즈마 모듈
421 : 제 1 반응 플라즈마 모듈
422 : 제 2 반응 플라즈마 모듈

Claims (6)

  1. 기재가 로딩되는 기재 로딩부;
    상기 기재 로딩부에 결합되어 상기 기재를 교번하며 이동시키는 기재 수송부;
    상기 기재 수송부의 하단에 구비되어 상기 기재를 가열하는 기재 가열부; 및
    상기 기재에 무기박막을 형성하는 무기박막 증착부
    를 포함하는, 무기박막의 제조장치로서,
    상기 무기박막 증착부는 각각 독립된 복수의 소스 플라즈마 모듈 및 복수의 반응 플라즈마 모듈을 포함하고,
    상기 소스 플라즈마 모듈 및 상기 반응 플라즈마 모듈 각각은 소스 가스 및 반응 가스를 각각 플라즈마 처리하여 상기 소스 가스 및 상기 반응 가스를 각각 플라즈마 상태로 상기 기재 상에 주입하는 것이며,
    상기 기재 수송부가 상기 소스 플라즈마 모듈 및 상기 반응 플라즈마 모듈을 교번하며 이동하여 상기 기재 상에 무기박막이 증착되는 것인,
    무기박막의 제조장치를 이용하여,
    각각 교대로 위치하는 독립된 상기 복수의 소스 플라즈마 모듈 및 상기 복수의 반응 플라즈마 모듈 각각에서 상기 소스 가스 및 상기 반응 가스를 각각 플라즈마 처리하여, 상기 소스 가스 및 상기 반응 가스를 각각 플라즈마 상태로 상기 기재 상에 주입함으로써 상기 기재 상에 소스 플라즈마와 반응 플라즈마를 분리하여 주입하고; 및
    상기 기재를 상기 소스 가스의 열분해 온도 이하로서 100℃ 내지 400℃의 저온에서 가열함으로써 상기 기재의 표면에서 상기 소스 플라즈마 및 상기 반응 플라즈마가 화학 반응하여 상기 기재 상에 무기박막이 형성되는 것이며,
    상기 소스 가스는 실리콘, 알루미늄, 아연, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 2 개 이상의 금속을 함유하는 전구체 및 불활성 기체를 포함하는 것이며,
    상기 각각 교대로 위치하는 독립된 상기 복수의 소스 플라즈마 모듈 및 상기 복수의 반응 플라즈마 모듈 각각에서 상기 소스 가스 및 상기 반응 가스를 플라즈마 처리하는 것을 동시에 또는 교번하여 수행함으로써 상기 기재 상에 상기 무기박막이 혼합 또는 적층되어 형성되는 것이고,
    상기 무기박막의 증착 속도는 5 Å/s 내지 10 Å/s의 고속인 것인,
    무기박막의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 불활성 기체는 Ar, He, Ne, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 무기박막의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응 가스는 N2, H2, O2, N2O, NH3, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 무기박막의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 무기박막의 두께는 300 Å 내지 2,000 Å인 것인, 무기박막의 제조방법.
  6. 삭제
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