KR101731567B1 - 인라인 코팅 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공정 챔버를 통과하는 기판의 이송 방향으로 연속적으로 배치된 적어도 2개의 플라즈마 소스를 가지는 적어도 하나의 공정 챔버를 포함한 인라인 코팅 장치에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 고품질의 다층막 및/또는 경사막의 연속적이고 광범위한 영역에서의 효과적인 증착을 가능하게 하는 인라인 플라즈마 코팅 장치를 제공하는 데에 있다. 이를 위해, 적어도 2개의 플라즈마 소스가 서로 다른 여기 주파수에서 작동되는 서로 다른 플라즈마 소스인 인라인 플라즈마 코팅 장치가 제공된다.

Description

인라인 코팅 장치{INLINE COATING INSTALLATION}

본 발명은 공정 챔버를 통과하여 기판이 이송되는 방향으로 연속적으로 배치된 적어도 2개의 플라즈마 소스를 가지는 적어도 하나의 공정 챔버를 포함한 플라즈마 강화 화학기상증착(PECVD)용 인라인 코팅 장치에 관한 것이다.

상술한 일반적인 유형의 장치는 마이크로 전자공학(microelectronics)에서, 예를 들어 기판의 코팅용으로 한동안 이미 사용되어 왔다. 이런 경우, 기판은 공정 챔버를 통과하게 되며 이때 균일한 품질과 특성을 가지는 동일하고 균질한 막이 기판에 증착되도록 각각의 경우에 있어서 고안되고 설정된 개개의 플라즈마 소스들을 지나가게 된다.

또한, 다층막을 증착하기 위한 장치 및 기판 상에 다층막을 광범위하게 증착하기 위한 인라인 장치도 종래기술에 알려져 있다. 지금까지 사용되고 있는 장치 기술은 다양한 응용 분야를 위해 매우 상이하고 전문화된 방향으로 발전되어 왔다. 예로써, 연구목적의 고유연성 실험실 코팅 장치, 마이크로 전자공학용의 고도로 전문화된 코팅 모듈을 포함하는 장치, 플라스틱 렌즈 및 안경 렌즈를 코팅하기 위한 장치, 및 건축용 유리 시트, 필름 또는 기타 태양전지의 대면적 코팅을 위한 특정한 장치가 있다. 이 경우, 단열성을 향상시키고 반사를 높이거나 낮추고, 또는 그 외에도 표면을 보호(passivation)하기 위해 개개의 박막 또는 다층막이 사용되고 있다.

다층막들의 생산적인 제조를 위해, 각각의 막에 대해 별도의 공정 챔버를 사용하거나, 막들을 하나의 공정 챔버에서 단속적인 배치(discontinuous batch) 방식으로 연속하여, 즉, 서로 다른 코팅 공정들을 시간적 순서에 따라 기판에 도포한다.

다수의 공정 챔버를 포함하는 인라인 플라즈마 코팅 장치를 이용하면 상이한 막 특성을 갖는 서로 다른 막들을 연속적으로 증착할 수 있다. 특정 가스 및 가스 혼합물과 특정한 전기적 작동 조건을 가지는 동일한 플라즈마 소스가 각각의 개별 공정 챔버에 사용된다. 이 경우, 각각의 개별 막에는 상기 막에 특히 최적화된 최적화 공정 조건을 가지는 공정 챔버가 요구된다. 공정 가스의 유입을 방지하기 위하여, 진공 분리를 위한 전용 펌프 시스템 및 진공 밸브를 가지는 분리 챔버가 개개의 공정 챔버 사이에 사용된다. 여기서 단점은 개개의 공정 챔버 사이에서 기판의 연속 이송이 가능하지 않다는 것이다. 후속 공정 챔버로의 이송을 위해 필요한 세정이 다 될 때까지 기판은 분리 챔버에서 대기해야만 한다. 그러나, 서로 간에 막 조성에 있어서의 작은 변화만을 가져야 하는 개개의 막들로 구성된 다층막들의 경우, 이러한 과정은 시간 소모가 많고 가능한 기판 처리량을 감소시킨다. 또한, 개별 공정 챔버들 사이에서의 불가피한 공정 중단의 결과, 추가 오염물질이 기 코팅된 기판에 이를 수도 있으며 막은, 예를 들어, 후속 공정 챔버에서 추가로 최종 처리되기 전에 막 내 또는 개개의 막 표면에서의 반응성 및 자유결합의 존재로 인하여, 변할 수 있다. 경사막(gradient layer)들은 이러한 공지의 장치 개념으로는 만들 수 없거나 힘들게 만들 수 있을 뿐이다.

CVD 장치에서 다층막을 만들기 위해서는 개개의 막들을 예를 들어 서로 다른 가스, 서로 다른 가스 혼합물 또는 적절한 다른 파라미터들에 의해 만든다. 물리적 기상 증착 (PVD) 장치에서는 서로 다른 물질로 이루어진 막들을 동일한 진공 또는 동일한 스퍼터링 가스를 이용하여 만들 수 있다. 따라서, PVD 장치의 경우 하나의 챔버 내에서 다수의 막을 보다 쉽게 만들 수 있다. 그래서, 예를 들어, 문헌 G 94 07 482.8에는 다수의 스퍼터링 음극이 하나의 공정 챔버에 배치된 PVD 장치가 기술되어 있다.

CVD 장치는 막 제조를 위해 증착될 막 물질의 화합물인 액체 또는 기체의 출발 물질을 이용한다. 화합물의 제공을 위해서는, 많은 종류의 구체적인 특성들을 고려해야 한다. 따라서, 특정막을 제조하기 위한 CVD 장치는 보통 특별하게 설계되고 구현된다. 다층막을 제조하기 위한 CVD 장치의 탄력적인 이용은 대개 기술적으로 복잡하다.

일례로서, 문헌 WO 2007/051457 A2에는 실리콘 태양전지 상에 이중막의 반사방지 코팅을 만들기 위한 인라인 장치가 기술되어 있다. 이 경우에 있어서, 분리 챔버는 보통 각각의 부분막의 제조에 사용된다. 그러나, 하나의 챔버에서 제1 부분막은 플라즈마 강화 CVD 기술에 의해 증착하고 제2 부분막은 진공 챔버의 추가부분에서 스퍼터링 방법(PVD)에 의해 제조하는 가능한 예시적인 일 실시예도 언급되고 있다. 그러나, CVD 증착과 PVD 증착에 필요한 작업가스가 서로 다르며 CVD 증착용 작업 가스가 PVD 증착 전에 완전히 펌프로 배출되야 하는데 이는 시간이 많이 소요되며 비용이 많이 들기 때문에, 하나의 챔버에서 스퍼터링 증착과 CVD 증착을 조합하는 것은 적합하지 않다. PVD 막 또한 CVD 막에 비해 몇 가지 근본적인 단점을 갖고 있는데; 예를 들어, 구조화된 기판의 경우나 쉐이딩(shading)에 의한 기판 상의 입자들의 경우에는 불충분한 코팅이 발생할 수 있다.

본 발명의 목적은 고품질의 다층막 및/또는 경사막의 연속적이고 광범위한 영역에서의 효과적인 증착을 가능하게 하는 상술한 일반적인 유형의 인라인 코팅 장치를 제공하는 데에 있다.

이와 같은 목적은 적어도 2개의 플라즈마 소스가 서로 다른 플라즈마 소스이며 적어도 2개의 플라즈마 소스는 서로 다른 여기 주파수에서 작동하는 플라즈마 소스인 상술한 일반 유형의 장치에 의해 본 발명에 따라 달성된다.

하나의 공정 챔버에서, 증착을 위한 중요한 공정 변수(process parameter)들은 전체 챔버에 대하여 전체적으로만 설정될 수 있는데, 이러한 것들의 예로서 압력 및, 한정적으로는, 또한 온도 및 가스 조성이 있다. 그러나, 상이한 플라즈마 변수를 갖는 서로 다른 플라즈마 소스를 이용함으로써, 본 발명에 따른 인라인 코팅 장치는 다수의 서로 다른 막들 또는 그 두께에 따라 변하는 막 특성을 가지는 막들, 예를 들어, 경사막들을 챔버 내의 지배적인 조건 하에서 동시에 증착하는 것이 가능하도록 한다. 이 경우, 본 발명에 따르면, 플라즈마 소스는 원하는 막 순서 및/또는 막 특성에 따라 선택되고 장치 내에 배치된다.

코팅을 위해서는 보통 많은 요건들이 있는데, 이러한 요건들은 종종 상충된다. 예로써, 고속의 코팅 속도에 대한 요건은 종종 높은 막질에 대한 요건과 상충된다. 오직 하나의 막을 만드는 경우 이러한 상충은 타협으로 해결되어야 한다. 하나의 후막 대신 다수의 박막을 제조하는 경우, 많은 요건 중 개개의 요건이 개개의 막들에 걸쳐 확산될 수 있으며 코팅을 위한 많은 요건이 다수의 부분막에 의해 전체적으로 보다 충족될 수 있다. 코팅을 위한 많은 요건들을 충족하기 위하여, 보통 서로간에 작은 변화만을 가지는 개개의 막들로 이루어진 다층막을 증착할 수 있다. 이러한 작은 변화는 예를 들어 막 조성, 화학양론, 밀도, 순도 혹은 조도에 있을 수 있다. 본 발명은 단일의 공정 챔버에서 서로 다른 플라즈마 소스의 특정한 배치를 통해 그리고 서로 다른 플라즈마 소스의 적절한 서로 다른 작동을 통해 다수의 서로 약간만 다른 막들을 제조하는 목적을 달성한다.

본 발명에 따르면, 두 개의 서로 다른 플라즈마 소스는 상이한 작동 주파수라는 측면에서 다르다. 서로 다른 플라즈마 주파수는 플라즈마 내 전하 캐리어의 에너지 분포에, 라디칼 형성에, 그리고 궁극적으로 플라즈마에 의해 제조되는 막의 특성에 상당한 영향을 미친다.

본 발명의 유리한 일 실시예에서, 적어도 둘 이상의 플라즈마 소스 중 적어도 하나는 펄스 여기 주파수로 작동하는 플라즈마 소스이다. 제조되는 막의 특성은 플라즈마 소스의 서로 다른 펄스 파라미터에 의해 상당히 영향을 받을 수 있다. 예로써, 서로 다른 펄스 주파수, 피크 전력 및/또는 펄스의 서로 다른 스위치-온 기간이 각각의 플라즈마 소스에 적용될 수 있다. 따라서, 본 실시예는 특히 다층막 및/또는 경사막을 제조하는 데 적합하다.

본 발명에 따른 인라인 코팅 장치의 편리한 일 실시예에서는, 적어도 두 가지의 플라즈마 소스가 사용되는데, 적어도 하나의 제1 플라즈마 소스는 저주파에서, 즉, 직류와 100 MHz 사이에서 작동하며, 적어도 하나의 제2 플라즈마 소스는 100 MHz와 수 GHz 사이에서, 즉 마이크로파(microwave) 범위에서 작동한다. 저주파를 가지는 플라즈마 소스는 최대 200 eV의 높은 운동 에너지의 이온을 발생할 수 있다. 상기 이온은 예를 들어 기판 상에서 막의 큰 접착력을 얻기 위해 또는 고밀도 막을 증착하기 위해 사용될 수 있다. 반면에, 마이크로파 플라즈마 증착 강도는 빠른 증착 속도와 함께 효과적인 전구체 활성화에 있다. 따라서, 마이크로파 플라즈마 소스는 강하게 부착되는 후막을 제조하는 데, 그리고 처리량 요구들을 충족시키는 데 특히 적절하다.

본 발명에 따른 인라인 코팅 장치의 특히 바람직한 일 실시예에서, 제1 플라즈마 소스는 50 KHz 내지 13.56 MHz의 범위에서 작동하는 플라즈마 소스이며, 제2 플라즈마 소스는 915 MHz 내지 2.45 GHz에서 작동하는 플라즈마 소스이다. 이러한 주파수 범위에서, 본 발명에 따른 인라인 코팅 장치를 고품질로 이용 가능하게 할 수 있는 충분히 발달되고 상업적으로 이용 가능한 기존의 플라즈마 소스들이 있다.

본 발명에 따른 인라인 코팅 장치의 편리한 일 변형에 따라, 저주파에서 작동하는 적어도 하나의 제1 플라즈마 소스는 공정 챔버를 통과하여 기판이 이송되는 방향으로 더 높은 주파수에서 작동하는 적어도 하나의 제2 플라즈마 소스의 전단에 배치된다. 고품질 막을 증착하기 위하여 보통 초기 코팅을 우선 형성하는 게 편리한데 고이온 에너지에 의해 양호한 접착력 또는 높은 막밀도가 형성된다. 추가 코팅 과정에서는 고이온 에너지가 더 이상 필요 없으며; 반면, 원하는 막 두께나 높은 증착 속도를 빨리 달성하는 것이 비용 때문에 중요하다.

본 발명에 따른 인라인 코팅 장치의 특별한 예시적인 일 실시예에서, 적어도 하나의 제1, 저주파 플라즈마 소스는 RF 플라즈마 소스 또는 ICP 플라즈마 소스이며, 적어도 하나의 제2, 고주파 플라즈마 소스는 마이크로파 플라즈마 소스이다. 메가 헤르쯔 영역에서 작동하는 이러한 RF 및 ICP 플라즈마 소스가 실제로 매우 가치가 있음이 밝혀졌다. 물론, 특정 주파수의 선택은 본질적으로 기술적인 목적을 위해 어떤 주파수가 법적으로 풀려있는지에 달려있다. 법적 상태의 변화를 고려할 때 요즘에는 통상적인 것과는 다른 주파수도 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 인라인 코팅 장치의 바람직한 일 실시예에서, 적어도 2개의 서로 다른 플라즈마 소스는 선형적으로 확장가능한(linearly scalable) 플라즈마 소스를 포함한다. 선형적 확장가능성으로 인해 장치는 상이한 폭으로 구성될 수 있는데 폭은 고객이 선호하는 기판 폭으로 맞춰지게 된다. 선형적 확장가능성으로 인해, 플라즈마 소스는 기판의 이송 방향에 대해 횡방향으로 폭으로만 변한다. 반면에, 기판의 이송 방향으로는, 선형적으로 확장가능한 플라즈마 소스가 동일한 치수를 가지고 동일하게 작동한다. 그 결과, 유사한 방식으로 기판의 이송 방향으로 서로 상이한 기판 폭을 위한 장치를 구현할 수 있으며 유사한 코팅 공정을 이용할 수 있다.

본 발명에 따른 인라인 코팅 장치의 편리한 일 실시예에서, 플라즈마 소스는 선형배열 방식으로 결합된 포인트 소스 또는 원-대칭(circle-symmetric) 소스이며, 상기 플라즈마 소스 간의 거리는 개개의 플라즈마가 기판 표면에서 중첩되어 공통 플라즈마를 형성하도록 선택된다. 이에 따라, 다수의 포인트 소스나 원-대칭 소스는 결합되어 선형 소스를 형성한다. 소스의 구성을 포인트로 제한함으로써, 특히 단순한 구조가 가능하다. 이러한 포인트 소스를 이용하여, 정확한 수의 포인트 소스를 선택함으로써 간단한 방식으로 선형 확장을 실현할 수 있다.

본 발명에 따른 인라인 코팅 장치의 선택적인 개발 예에서, 적어도 2개의 플라즈마 소스가 결합하여 적어도 하나의 플라즈마 소스 그룹을 형성한다. 그룹을 형성하기 위한 결합에 의하여, 플라즈마 소스의 균일한 기본 구성요소들로부터 대형 플라즈마 소스 그룹을 형성할 수 있는데, 플라즈마 소스 그룹은 대형 플라즈마 소스처럼 작용한다. 동일한 기본 소자를 결합하여 하나의 대형 소자를 형성하는 것이 정확한 크기가 요구되는 대형 플라즈마 소스를 새로이 구성하는 것보다 구성적인 측면에서 실현하기가 보다 더 간단하다. 게다가, 예비 부품을 한 가지 유형의 플라즈마 소스에 대해서만 재고로 보관해야 한다면 유지를 위해서 편리하다.

본 발명에 따른 인라인 코팅 장치의 또 다른 선택에 따라, 적어도 2개의 서로 다른 플라즈마 소스 및/또는 플라즈마 소스 그룹은 별도의 공급장치를 갖는다. 공정 가스가 하나의 공정 챔버에서 혼합되지만, 가스 유입구와 가스 유출구 사이에는 사실 기체 조성에 있어서 상당한 구배(gradient)가 발생할 수 있다. 따라서, 2개의 플라즈마 소스에 대해, 한도 내에서, 서로 다른 기체 조성이 하나의 챔버에서도 별도의 가스 공급부에 의해 제공될 수 있다. 별도의 가스 공급부는 공통의 가스 공급부 보다 막 특성을 더 크게 변동시킬 수 있다. 또한, 완전히 서로 다른 가스를 하나의 플라즈마 소스에 공급할 수 있다. 이에 따라 막 특성의 보다 더 큰 변동 범위가 얻어지게 된다. 플라즈마와 가스의 중첩에 따라, 막 특성을 어느 정도까지 서로에게로 융화되도록 할 수도 있고 소위 경사막을 만들 수도 있다.

본 발명에 따른 인라인 코팅 장치의 특히 편리한 일 변형에서, 각각의 적어도 2개의 서로 다른 플라즈마 소스 및/또는 플라즈마 소스 그룹은 별도의 가스 추출부를 가진다. 별도의 가스 추출부에 의해 적어도 2개의 플라즈마 소스 앞의 코팅 영역을 더욱 분리하게 된다. 또한, 제조된 막의 막 특성을 더욱 확산시키는 것이 그 결과 가능하다.

게다가, 별도의 가스 추출부는 발생하는 배기 가스의 흐름이 플라즈마 소스 각 측의 양면에서 흡입에 의해 추출될 수 있는 공간을 갖는 경우 유리하다는 것이 밝혀졌다. 기판의 균일한 코팅을 위해, 동일한 조건이 모든 코팅 위치에서 통용되게 할 필요가 있다. 그 중에서도, 사용된 가스가 모든 위치에서 균일하게 흡입에 의해 추출되는 것이 또한 필요하다. 펌프 접속부와 공정 챔버 간의 양호한 분리를 위해, 가스 추출부의 추가 공간을 통해 분리하는 것을 포함하는 것이 편리하다. 특히 균일한 배기 가스 배출은 각각의 개별 플라즈마 소스의 양측에서 배기 가스 흐름에 의해 구현되며; 또한, 양측에서 배기 가스가 안내되어 빠져나감으로 인해 플라즈마 소스는 인접한 플라즈마 소스와 더 잘 분리된다.

본 발명에 따른 인라인 코팅 장치의 가능한 다른 실시예에서, 컨덕턴스 스크린(baffle)이 개별 플라즈마 소스들 및/또는 플라즈마 소스 그룹들 사이에 배치된다. 게다가, 플라즈마 소스는 배플에 의해 서로 격리되어 서로 반응 공간의 추가적인 제한이 가능하다.

본 발명에 따른 인라인 코팅 장치가 기판의 이송 속도 및/또는 이송 방향에 대한 적어도 하나의 제어 모듈을 가지는 기판 이송 시스템을 포함하는 경우 더욱 유리하다. 가장 간단한 경우로, 기판은 인라인 코팅 장치를 통해 이송 방향으로 균일한 속도로 이송된다. 그러나, 상기 언급한 개발 예에서, 예를 들어 하나의 플라즈마 소스 아래에서 보다 긴 코팅을 달성하기 위하여 기판의 이송 속도를 국부적으로 감소시킬 수도 있다. 또한, 코팅 중 기판의 이송 방향을 변화시킬 수도 있다. 이송 방향을 변화시킴으로써, 공간적인 기판 진동을 구현할 수 있으며 이는 예를 들어, 막 균질성을 증가시키는 데 유리할 수 있다. 하지만, 예를 들어 서로 다른 플라즈마 소스의 순차적인 다중 코팅과 같은 다른 응용들도 가능하며 그 결과로 다중막 형성을 달성할 수 있다.

본 발명에 따른 인라인 코팅 장치의 편리한 일 개발 예에서, 코팅 장치는 적어도 하나의 가열 및/또는 냉각 장치를 포함하되, 기판 및/또는 기판 캐리어는 인라인 코팅 장치에서 그 위치에 따라 다르게 가열 및/또는 냉각될 수 있다. 기판 온도는 막 특성에 영향을 주는 코팅 파라미터이다. 가열 또는 냉각 장치를 사용하여 인라인 코팅 장치 내에서 기판 온도에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 최적의 온도 방향으로 각각의 플라즈마 소스나 플라즈마 소스 그룹에 대한 기판 온도를 조절할 수 있다.

본 발명에 따른 인라인 코팅 장치의 또 다른 실시예에 따르면, 서로 다른 플라즈마 소스는 공정 챔버 내에서 기판의 일면 및/또는 양면에 배치된다. 플라즈마 소스를 양면에 배치시키면 동일한 공정 챔버 내에서 기판의 양면을 을 코팅할 수 있다. 정면 및 후면 코팅을 위해 서로 다른 플라즈마 소스를 사용함으로써, 동일한 공정 챔버 내에서 기판의 양면을 추가로 다르게 코팅할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예, 그 구성, 기능 및 이점을 도면의 그림을 참조하여 보다 상세하게 이하에서 설명한다.
도 1은 서로 다른 공정 챔버를 포함하는 본 발명에 따른 인라인 코팅 장치의 일 실시예에 대한 개략적인 개요도를 보여준다.
도 2는 서로 다른 작동 파라미터를 가지는 4개의 플라즈마 소스를 포함하는 본 발명에 따른 인라인 코팅 장치의 공정 챔버의 변형예에 대한 개략도를 보여준다.
도 3은 서로 다른 2가지 유형의 플라즈마 소스를 포함하는 본 발명에 따른 인라인 코팅 장치의 다른 가능한 공정 챔버의 개략도를 보여준다.
도 4는 서로 다른 유형의 플라즈마 소스 및 각각의 유형의 플라즈마 소스에 대한 서로 다른 가스 공급부가 사용된 본 발명에 따른 인라인 코팅 장치의 또 다른 가능한 공정 챔버의 개략도를 보여준다.
도 5는 서로 다른 플라즈마 소스에 할당된 다수의 가스 추출부를 포함하는 본 발명에 따른 인라인 코팅 장치의 공정 챔버에 대한 다른 변형을 개략적으로 보여준다.
도 6은 플라즈마 소스가 기판 하부에 배치된 본 발명에 따른 인라인 코팅 장치의 가능한 공정 챔버 실시예를 개략적으로 보여준다.
도 7은 동일한 유형이나 서로 다른 작동 파라미터를 가지는 다수의 플라즈마 소스가 기판의 양면에 배치된 본 발명에 따른 인라인 코팅 장치의 공정 챔버의 다른 예시적인 실시예에 대한 개략적인 도면을 보여준다.
도 8은 서로 다른 유형의 플라즈마 소스가 기판의 양면에 배치된 본 발명에 따른 인라인 코팅 장치의 공정 챔버에 대한 예시적인 실시예를 보여준다.
도 9는 기판에 대해 양면에 배치되고 기판의 두 면을 코팅하는 역할을 하는 플라즈마 소스를 포함하는 본 발명에 따른 인라인 코팅 장치의 개략적인 개요도를 보여준다.

도 1은 기판(13) 상에 개개의 막들 및/또는 경사막들을 플라즈마 강화 화학기상증착(PECVD) 하기 위한 본 발명에 따른 인라인 코팅 장치의 일 실시예의 기본 구성을 개략적으로 보여준다. 보여진 예에서, 인라인 코팅 장치는 2개의 공정 챔버(1, 2)를 포함한다. 또한, 도시된 예는 공정 챔버(1)를 통해 기판(13)이 이송되는 방향(A)으로 제1 공정 챔버(1)의 전단에 배치된 락 입구(lock inlet) 챔버(4), 2개의 공정 챔버(1, 2) 사이에 배치된 분리 챔버(3), 및 제2 공정 챔버(2)의 후단에 배치된 락 출구(lock outlet) 챔버(5)를 포함한다. 본 발명에 따른 인라인 코팅 장치는 예시된 실시예에 한정되지 않으며, 오히려 다른 코팅 챔버, 조절(conditioning) 챔버, 에칭 챔버 또는 기타 챔버를 포함할 수도 있다. 도 1은 단지 설명을 위한 개략적인 도면으로서 이해해야 한다. 작동에 필요하지만 종래기술에 속하는 장치의 다양한 기술적인 상세 내용은 보다 명료함을 위해 별도로 나타내지 않았으며 이하에서 별도로 설명하지 않는다.

본 발명에 따른 인라인 코팅 장치의 개개의 챔버는 일반적으로 진공 또는 감압에서 작동하는 진공 챔버이다. 인라인 코팅 장치에서, 기판(13)은 공정 챔버(1, 2)를 관통하여 이송되면서, 공정 챔버(1, 2) 내에서 처리된다. 기판(13)의 이송 방향으로 챔버가 진공 밸브(8, 81, 82, 83, 84, 95)에 의해 제한된다. 진공 밸브는 예를 들어 기계적 밸브일 수 있으나 진공 분리를 위해 종래기술에 공지된 다른 해결수단들을 사용할 수도 있다. 각 챔버는 진공 펌프의 연결을 위해 적어도 하나의 흡입 연결부(11, 111, 112, 113, 114)를 갖는다.

이송 시스템은 인라인 코팅 장치를 통해 기판을 이송하기 위해 사용되는데, 상기 이송 시스템은 종래기술이며 간단히 하기 위해 나타내지 않았다. 적합한 이송 시스템은, 예를 들어, 롤러 이송 시스템 또는 선형 모터를 포함하는 이송 시스템이다. 연속 이송 이외에도, 이송 시스템의 구동으로 또한 기판(13)의 불연속 이송을 가능하게 할 수도 있다. 본 발명의 경우, 이송 방향과 속도는 기술적 요건에 맞춰질 수 있으나, 원하는 막의 특성 또는 제조될 막 순서에 맞춰질 수도 있다. 통상적인 직선 움직임 외에도, 표면 처리 분야에서는 본 발명에 따른 인라인 코팅 장치의 경우 양방향 진동 움직임을 구현할 수도 있다. 대면적 기판(13)은 인라인 코팅 장치를 통해 이송 시스템에 의해 직접 이동될 수 있다. 작은 치수의 기판(13)을 코팅하기 위해서는 다수의 기판(13)을 수용할 수 있는 기판 캐리어(10, 101)를 사용할 수도 있다. 또한, 이송 시스템은 코팅할 막을 이송시키기 위해 공지의 방식으로 구현할 수 있다.

본 발명에 따르면, 적어도 2개의 상이한 플라즈마 소스(6, 7)가 적어도 하나의 공정 챔버(1, 2) 내에 위치하며, 상기 플라즈마 소스는 이송 방향으로 연속적으로 배치되어 있다. 바람직하게는 선형적으로 확장가능한 플라즈마 소스가 플라즈마 소스(6, 7)에 이용된다. 그러나, 이른바 포인트 소스 혹은 원-대칭 플라즈마 소스를 사용할 수도 있는데, 이 경우 다수의 이러한 플라즈마 소스는 바람직하게는 직렬로 결합하여 각각의 새로운 직선 배열을 형성한다. 이 경우, 개개의 플라즈마 소스 간의 거리는 작게 선정하여 발생된 각각의 플라즈마가 기판(13)의 표면에서 중첩하여 공통의 선형 연장된 플라즈마를 형성하게 되고, 그 결과 요건들을 충족하는 동질의 표면처리를 얻을 수 있다. 도면은 선형 플라즈마 소스(6, 7)를 횡단면으로 보여준다. 선형적으로 확장가능한 치수는 도면의 평면을 벗어나서 연장된다.

공정 챔버(1)는 2개의 서로 다른 유형의 플라즈마 소스(6, 7) 혹은 구조적으로 서로 다른 플라즈마 소스(6, 7)를 가지는 데, 2개의 플라즈마 소스(6, 7)는 본원에서는 단지 예로써 나타낸 것이며 2개 보다 많은 플라즈마 소스나 플라즈마 소스 그룹을 사용할 수도 있다. 특히, 2개의 플라즈마 소스(6, 7)는 서로 다른 주파수에서 작동하는 플라즈마 소스이다. 예를 들어, 플라즈마 소스(6)는 상대적으로 저주파 전원을 공급받는 RF 플라즈마 소스이거나 ICP 플라즈마 소스인데, 저주파란 직류에서 100 MHz의 범위를 의미하는 것으로 이해해야 한다. 바람직하게는 플라즈마 소스(6)는 50 kHz 내지 13.56 MHz의 범위에서 허용된 주파수를 사용한다. 보여진 예에서, 플라즈마 소스(7)는 마이크로파 플라즈마 소스이며 100 MHz와 수 GHz 사이의 주파수에서 작동하는데, 특히 바람직한 주파수는 915 MHz 또는 2.45 GHz이다.

본 발명에 따른 인라인 코팅 장치의 공정 챔버 내에서 서로 다른 플라즈마 소스는 공정 챔버(1)에서 상술한 바와 같이 구조적으로, 즉, 그 유형에 관하여 다를 수 있다. 그러나, 공정 챔버(2)를 기초로 개략적으로 나타낸 바와 같이, 플라즈마 소스 사이에는 기능적인 차이 또는 다른 면에서는 플라즈마 소스의 구성이 동일하되 작동 모드나 작동 조건에 대한 차이가 있을 수도 있다. 이러한 공정 챔버(2)는 동일하게 설계된 4개의 플라즈마 소스(71, 72, 73, 74)를 사용하지만, 이들은 서로 다른 작동 파라미터를 갖는다.

전기적 작동 파라미터는 사용되는 플라즈마 주파수, 플라즈마에서 변환된 유효 전력, 그리고 플라즈마 소스의 펄스 전기 공급의 경우에는 예를 들어 피크 펄스 전력, 펄스 지속 시간(pulse on time) 및 펄스 휴지 시간(pulse off time), 플라즈마 소스의 동기화, 동상 속성(in-phase nature) 또는 위상 오프셋(offset)과 같은 펄스 파라미터를 포함한다. 이러한 파라미터의 도움으로 플라즈마에서 발생하는 가스 파편(fragment)에 영향을 주며, 플라즈마 조성을 제어하고, 가스 파편의 농도에 영향을 줄 가능성이 있다. 또한, 사용된 플라즈마 소스의 전기적 작동 조건으로, 기판 표면과의 플라즈마 상호작용에 영향을 줄 수 있다. 서로 다른 전기적 작동 조건은 이미 구조적으로 다른 상술한 플라즈마 소스 외에도 플라즈마 소스가 본 발명의 의미 내에서 서로 다른 플라즈마 소스인 효과를 가진다. 그 결과, 전체적으로 막 조성 및 박막의 특수한 막 성장 공정에 크게 영향을 미칠 수 있으며 이에 따라 제조된 막의 특성에도 영향을 줄 수 있다.

본 발명에 따른 인라인 코팅 장치의 개개의 플라즈마 소스(6, 7, 71, 72, 73, 74) 각각은 공정 가스를 공급하기 위한 적어도 하나의 가스 연결부(12, 121, 122, 123, 124, 125)를 가진다. 각각의 플라즈마 소스 내에서, 나타내지는 않았지만 적어도 하나의 가스 분무기가 가스 분배를 위해 제공될 수 있다. 각각의 플라즈마 소스(6, 7, 71, 72, 73, 74) 에 대해, 플라즈마 소스(6, 7, 71, 72, 73, 74)의 가스 유입 및 전기적 작동 조건은 별도로 설정되거나 조절될 수 있다.

본 발명에 따른 인라인 플라즈마 코팅 장치의 개개의 챔버는 가열 및/또는 냉각 장치(9, 91, 92, 93, 94)를 선택적으로 구비할 수 있다. 가열 및/또는 냉각 장치는 기판 캐리어(10, 101)나 기판(13)의 온도를 통상 20°C 내지 600°C로 온도 조절하기 위해 제공된다.

도 2는 도 1의 공정 챔버(2)를 확대하여 보다 상세하게 보여준다. 도 1에서 보여진 구성요소에 더하여, 여기서는 가스 분무기(14, 141, 142, 143)가 플라즈마 소스(71, 72, 73, 74)와 함께 보여지는 데, 가스 분무기는 공정 가스를 공정 챔버(2)로 공급하기 위하여 추가로 사용될 수 있다. 기판(13)은 기판 캐리어(101) 상에 위치하는 데, 기판은 장치를 통해 (화살표 A로 나타낸) 통로방향에 따라 상기 언급한 이송 시스템에 의해 인라인 코팅 장치를 통해 이송되며, 플라즈마 소스(71, 72, 73, 74) 하부를 통해 연속적으로 가이드되어 연속 코팅된다.

도 3은 본 발명에 따른 인라인 코팅 장치의 다른 가능한 변형에 따른 공정 챔버(21)인데, 2개의 플라즈마 소스(6, 61) 및 2개의 플라즈마 소스(7, 71)를 기초로 사용된 플라즈마 소스의 개수는 변하거나 증가할 수 있음을 개략적으로 나타내고 있다. 서로 동일한 플라즈마 소스들의 개수 및 배열은 기판(13)에 형성될 다층 배열의 전체적인 막 적층 설계에 의존하는 방식으로 정의된다.

도 4는 도 3의 공정 챔버(21)를 가능한 단순화한 것을 보여준다. 이 경우, 본원에서 동일하게 작동하는 플라즈마 소스(6, 61 및 7, 71)는 각각 결합되어 공통 가스 공급부(15, 16)를 가지는 그룹을 형성한다. 결합으로 그룹을 형성한 결과, 본 발명에 따른 장치를 제조하기 위한 비용을 줄일 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 인라인 코팅 장치의 공정 챔버(22)의 하나의 유리한 개발 예를 나타낸다. 공정 챔버(22)는 쌍으로 배치되어 그룹으로 작동하는 각각 서로 다른 유형의 2개의 플라즈마 소스(6, 61 및 7, 71)를 가진다. 이러한 유리한 개발 예에서, 플라즈마 소스 그룹의 처리 영역은 배플(17, 171, 172)에 의해 서로 제한된다. 보여진 예에서, 2개의 처리영역의 제한은 공정 챔버(22)의 상부 영역에 있는 각각의 처리 영역에 대한 별도의 가스 추출부(115a, 115b)에 의하여 달성된다. 유리한 일 실시예에서, 가스 추출부(115)는 발생되는 배기 가스 흐름이 개개의 플라즈마 소스(6, 61, 7, 71) 의 양측에서 흡입에 의해 추출될 수 있는 분리 공간(115c)을 형성하도록 형성될 수 있다. 분리 공간(115c)에서, 빠른 가스 유속에서 양호한 압력 평형이 일어나고, 그 결과 균일한 가스 추출과 그에 따른 양호한 막 균질성을 얻게 된다. 또한, 도 5는 화살표(A) 방향에 따라 플라즈마 소스(6, 61, 7, 71) 하부의 공정 챔버(22)를 통과하여 이동하는 기판(102)을 보여준다. 이 경우, 기판(102) 또는 기판 캐리어는 가열 및/또는 냉각 장치(95)에 의해 국부적으로 다르게 가열 및/또는 냉각될 수 있다.

도 6은 상기 언급한 예시적인 실시예들과는 달리 플라즈마 소스(62, 75, 76, 63)가 기판(103)의 제2 면 또는 후면에, 즉, 예시적인 도면에서 기판(103) 하부에 배치된, 본 발명에 따른 인라인 코팅 장치의 공정 챔버(23)의 대안적인 변형예를 보여준다. 다른 공정 챔버(미도시)에서, 기판은 수직으로 향하며 플라즈마 소스는 기판의 왼쪽 및 오른쪽에 위치한다. 도시된 예시적인 실시예는 일 유형의 플라즈마 소스(62, 63) 및 다른 유형의 플라즈마 소스(75, 76)를 포함한다. 또한, 기판 및/또는 기판 캐리어를 가열 및/또는 냉각하기 위한 가열 및/또는 냉각 장치(96)가 기판(103) 상에 또는 공정 챔버(23)를 통과한 기판 상에 제공된다.

도 6은 개개의 플라즈마 소스 유형의 배열 순서가 본 발명에 따른 원하는 방식으로 되어 있는 것을 예로써 보여주며 도면에서 보여지는 예시적 실시예는 형성될 원하는 막 적층을 고려하여 변형될 수 있다. 도 6에 도시된 예시적 실시예에서, 먼저 이온 보조 증착이 일어나며 2번째 단계로 저수준의 이온 보조 증착이, 그리고 3번째 단계로 고도의 이온 보조 증착(두 번째 증착)이 일어난다.

도 7은 본 발명에 따른 인라인 코팅 장치의 또 다른 가능한 공정 챔버(16)의 유리한 개발 예를 보여주는 데, 2개의 동일한 플라즈마 소스(77, 78) 및 가스 추출부(117)가 제1 기판면에 배치되며 가열 및/또는 냉각 장치(97)는 제2 기판면으로부터 플라즈마 소스(77, 78)에 의해 처리되는 동안 기판(104)을 가열한다. 또한, 예시적인 실시예에서 공정 챔버(26)는 구조적으로 다르거나 또는 작동 파라미터, 제2 기판면 상의 가스 추출부(118), 및 이와는 반대로 제1 기판면 상의 기판용 가열 및/또는 냉각 장치(98)에 관하여 플라즈마 소스(77, 78)와는 다른 2개의 플라즈마 소스(79, 80)를 포함한다.

도 8은 본 발명에 따른 인라인 코팅 장치의 공정 챔버(25)의 다른 가능한 실시예를 나타낸다. 공정 챔버(25)는 제1 기판면을 코팅하기 위한 일 유형의 플라즈마 소스(64, 65)와 가스 추출부(117) 및 대향하는 가열 및/또는 냉각 장치(97)를 가지는 제1 코팅 영역, 및 배플(173)에 의해 제1 코팅 영역과 분리되며 제2 기판면을 코팅하기 위한 제2 유형의 플라즈마 소스(79, 80), 가스 추출부(118) 및 대향하는 가열 및/또는 냉각 장치(98)를 가지는 제2 코팅 영역을 가진다.

도 9는 기판의 양면을 처리하기 위해 고안된 2개의 공정 챔버(1, 26)를 포함하는 본 발명에 따른 인라인 코팅 장치를 개요로서 개략적으로 나타낸다. 이 경우, 도 1 내지 도 8에 관해 이미 사용되었던 동일한 도면 부호는 상기에서 참조된 것에 대하여 동일하거나 유사한 구성요소를 나타낸다. 도 9는 상술한 것들과는 다른 결합 방식의 본 발명에 따른 인라인 코팅 장치의 요소를 한번 더 개요로서 보여주고 있는데, 서로 다른 유형의 플라즈마 소스 또는 서로 다른 구조적 및/또는 기능적 특성이나 작동 파라미터를 가지는 플라즈마 소스(6, 7, 71, 72, 66, 67)가 적어도 하나의 공정 챔버(1, 26)에 배치되고 플라즈마 소스의 설치 위치는 평면 기판의 양면에 놓일 수 있다. 본 발명에 따른 인라인 플라즈마 처리 장치는 공정 챔버들의 가열 및/또는 냉각 장치(9, 91, 92, 93, 94) 및 다른 챔버를 더 포함한다.

본 발명에 따른 인라인 코팅 장치의 기능을 도 9를 참조하여 예로써 이하 설명한다.

먼저, 기판 또는 기판을 포함한 기판 캐리어가 열린 제1 진공 밸브(8)를 통해 락 입구 챔버(4)로 이송된다. 이송 시스템은 기판의 이송을 위해 사용되는 데, 상기 이송 시스템은 본원에서는 나타내지 않았다. 보여진 예에서, 이송은 화살표(A)로 나타낸 이송 방향으로 일어난다. 그러나, 원칙적으로는, 이미 언급한 바와 같이, 기판은 적어도 부분적으로 이송 방향(A)과 반대 방향 또는 진동 방식으로 이송될 수도 있다. 적어도 하나의 기판이 락 입구 챔버(4)로 완전히 이송되면, 진공 밸브(8)가 대기에 대하여 닫히고 락 입구 챔버(4)는 진공 펌프(본원에서는 미도시)가 연결된 흡입 연결부(11)를 통하여 진공화된다(evacuated).

그런 다음, 제1 공정 챔버(1)에 대하여 진공 밸브(8)가 열리고 기판이 제1 공정 챔버(1)를 통해 이송 방향(A)으로 이송된다. 이 경우, 기판 가열은 가열 및/또는 냉각 장치에 의해 일어나며, 제1 막은 기판 상부에 배치된 플라즈마 소스(6)에 의해 제조되고, 이후 제2 막은 기판 상부 및 제1 플라즈마 소스(6)의 후단에 기판 통로 방향으로 배치되며 제1 플라즈마 소스(6)와는 상이한 제2 플라즈마 소스(7)에 의해 제조된다.

실리콘 태양전지의 코팅 시, 플라즈마 소스(6)는 예를 들어, 높은 비율의 수소와 수소가 투과할 수 있는 저밀도를 가지는 약 10 nm 두께의 실리콘 고함유(silicon-rich) 실리콘 질화막을 제조할 수 있다. 제2 플라즈마 소스(7)는 동일한 챔버에서 이후 곧바로 제1 실리콘 질화막의 3~4배 정도 두꺼운 제2 실리콘 질화막을 제조할 수 있다. 제2 실리콘 질화막은 반도체의 부피 보호를 위해 낮은 광학 손실 및 수소원(hydrogen source)으로 역할을 하는 높은 비율의 수소를 가지는 대략적인 화학양론이 Si₃N₄인 막이다.

플라즈마 소스(7)에 의한 제2 코팅 후, 가열 요소(91, 92)를 가지는 분리 챔버(3)로 추가 이송이 일어난다. 보여진 예에서, 가열 요소(91, 92)는 기판 또는 기판들을 가열하기 위해, 수소가 제2 실리콘 질화막에서 반도체 물질로 확산하도록 하기 위해, 그리고 이전에 된 코팅을 치밀화하기 위해 사용된다.

인라인 코팅 장치에서 기판의 후속 처리가 공정 챔버(26)에서 일어난다. 본원에서, 먼저 기판 정면은 플라즈마 소스(71, 72)의 도움으로 추가막으로 코팅되는데, 기판은 가열 및/또는 냉각 장치(93)로 가열된다. 추가막은 예를 들어 반사방지 코팅을 완성하기 위해 필요한 이산화 티타늄막일 수 있다. 이렇게 넓은 정면 코팅 후, 기판은 플라즈마 소스(66, 67) 및 가열 및/또는 냉각 장치(94)로 추가로 이송되고, 거기서 기판의 후면 코팅이 예를 들어 반사막을 제조하기 위해 일어난다. 마지막으로, 기판이 락 출구 챔버(5)로 이송되어, 거기서 기판은 최종적으로 세정되고 독성 반응 최종산물이 펌핑으로 제거되며 기판이 대기 중으로 다시 이송되기 전에 환기가 일어난다.

Claims (15)

1. 공정 챔버(1, 2)를 통과하여 기판(13)이 이송되는 방향으로 연속적으로 배치된 적어도 2개의 플라즈마 소스를 가지는 적어도 하나의 공정 챔버(1, 2)를 포함하는 플라즈마 강화 화학기상증착(PECVD)용 인라인 코팅 장치로서, 상기 적어도 2개의 플라즈마 소스는 서로 다른 플라즈마 소스(6, 7)이며, 상기 적어도 2개의 플라즈마 소스(6, 7)는 서로 다른 여기 주파수에서 작동하는 플라즈마 소스이며,
   상기 적어도 2개의 플라즈마 소스(6, 7)는 직류 내지 100 MHz의 범위에서 작동하는 적어도 하나의 제1 플라즈마 소스(6), 및 100 MHz 내지 2.45 GHz의 범위에서 작동하는 적어도 하나의 제2 플라즈마 소스(7)를 가지고,
   상기 적어도 하나의 제1 플라즈마 소스(6)는 RF 플라즈마 소스 또는 ICP 플라즈마 소스이며, 상기 적어도 하나의 제2 플라즈마 소스(7)는 마이크로파 플라즈마 소스인 것을 특징으로 하는, 인라인 코팅 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 적어도 2개의 플라즈마 소스(6, 7) 중 적어도 하나는 펄스 여기 주파수로 작동하는 플라즈마 소스인 것을 특징으로 하는 인라인 코팅 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 플라즈마 소스(6)는 50 KHz 내지 13.56 MHz의 범위에서 작동하는 플라즈마 소스이며, 상기 제2 플라즈마 소스(7)는 915 MHz 내지 2.45 GHz에서 작동하는 플라즈마 소스인 것을 특징으로 하는 인라인 코팅 장치.
4. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 제1 플라즈마 소스(6)는 기판(13)이 이송되는 방향에서 공정 챔버(1, 2)를 통과하여 상기 적어도 하나의 제2 플라즈마 소스(7)의 전단에 배치되는 것을 특징으로 하는 인라인 코팅 장치.
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6. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서,
   상기 적어도 2개의 플라즈마 소스(6, 7)는 선형적으로 확장가능한 (scalable) 플라즈마 소스인 것을 특징으로 하는 인라인 코팅 장치.
7. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서,
   상기 적어도 2개의 플라즈마 소스(6, 7)는 선형배열 방식으로 결합된 포인트 소스 또는 원-대칭 소스이며, 상기 플라즈마 소스 간의 거리는 개개의 플라즈마가 상기 기판(13) 표면에서 중첩되어 공통 플라즈마를 형성하도록 선정되는 것을 특징으로 하는 인라인 코팅 장치.
8. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서,
   상기 적어도 2개의 플라즈마 소스(6, 7)는 결합되어 적어도 하나의 그룹을 형성하는 것을 특징으로 하는 인라인 코팅 장치.
9. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서,
   상기 적어도 2개의 플라즈마 소스(6, 7)는 별도의 가스 공급부를 가지는 것을 특징으로 하는 인라인 코팅 장치.
10. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 상기 적어도 2개의 플라즈마 소스(6, 7)는 별도의 가스 추출부를 가지는 것을 특징으로 하는 인라인 코팅 장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 별도의 가스 추출부는 발생하는 배기 가스의 흐름이 플라즈마 소스 각 측의 양면에서 흡입에 의해 추출될 수 있는 공간을 가지는 것을 특징으로 하는 인라인 코팅 장치.
12. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서,
    배플 (baffle)은 상기 개개의 플라즈마 소스(6, 7) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 인라인 코팅 장치.
13. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인라인 코팅 장치는 상기 기판(13)의 이송 속도 및/또는 이송 방향을 위한 적어도 하나의 제어 모듈을 구비한 기판(13) 이송 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 인라인 코팅 장치.
14. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인라인 코팅 장치는 기판(13) 및/또는 기판 캐리어(10, 101)가 상기 인라인 코팅 장치 내에서 그 위치에 따라 다르게 가열 및/또는 냉각될 수 있도록 하는 적어도 하나의 가열 및/또는 냉각 장치(95, 96)를 포함하는 것을 특징으로 하는 인라인 코팅 장치.
15. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서로 다른 플라즈마 소스는 상기 공정 챔버(1, 2) 내에서 상기 기판(13)의 일면 및/또는 양면에 배치되는 것을 특징으로 하는 인라인 코팅 장치.

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