KR101801386B1 - 레이저를 구비한 박막 증착장치 및 이를 이용한 증착방법 - Google Patents

레이저를 구비한 박막 증착장치 및 이를 이용한 증착방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시 예는 레이저와 기판의 상대적인 기울기의 제어를 위한 각도 조절이 수행될 수 있어, 레이저를 기판의 특정 영역에 조사하여 특정 형상의 박막을 형성할 수 있는 박막 증착장치를 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따른 레이저를 구비한 박막 증착장치는 증착챔버; 증착챔버와 결합하고, 증착물질의 가스를 분배하는 가스공급부; 증착챔버의 하단부에 설치되고, 증착의 대상이 되는 기판이 설치되는 지지판; 및 증착챔버의 내부 또는 외부에 설치되는 레이저부;를 포함한다.

Description

레이저를 구비한 박막 증착장치 및 이를 이용한 증착방법{Thin film deposition apparatus having a laser and a method for deposing thin film using the same}
본 발명은 레이저를 구비한 박막 증착장치 및 이를 이용한 증착방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저와 기판의 상대적인 기울기의 제어를 위한 각도 조절이 수행될 수 있어, 레이저를 기판의 특정 영역에 조사하여 특정 형상의 박막을 형성할 수 있는 박막 증착장치 및 이를 이용한 증착방법에 관한 것이다.
CVD법은, 화학기상증착법을 말하는 것으로서, 기판에 증착하고자 하는 물질의 가스 원료를 주입하고 챔버 내의 기판 위에서 고온분해 또는 고온화학반응을 통해 박막을 증착하는 원리를 이용한다. 이 방법은 기판과 증착된 박막 사이의 접착력이 우수하며, 기판의 형상에 상관없이 균일한 박막을 제조할 수 있으며, 고순도의 물질을 증착하기에 용이한 방법이다.
이러한 이유로, 현재 반도체 제조공정에서 가장 널리 사용되고 있는 방법이기도 하다.
CVD법 중, 플라즈마 화학기상증착법(PECVD)은, 진공을 이루는 챔버 내부에 증착시 필요한 반응가스를 주입하여 원하는 압력과 기판 온도가 설정되면 전원장치를 통해 전극에 초고주파를 인가함으로써 반응가스를 플라즈마 상태로 만들고, 반응가스 혹은 전구체를 이온화시켜 이온화된 전구체와 플라즈마 상태의 반응가스 중 일부가 물리적 또는 화학적 반응을 하여 기판에 증착되게 함으로써 박막을 형성하는 방법이다.
이러한 플라즈마 화학기상증착법의 효율을 높이기 위해서, 레이저(Laser)를 병행하여 사용함으로써 증착을 수행하는 방법에 대한 연구가 다수 수행되고 있다.
대한민국 공개특허 제10-2011-0048466호(발명의 명칭: 성막 장치, 성막 방법 및 기억 매체, 이하 종래기술1이라 한다.)에서는, 상기 진공 용기 내에 설치되어, 기판을 적재하기 위한 기판 적재 영역을 갖는 테이블과, 이 테이블 상의 상기 기판에 제1 반응가스를 공급하기 위한 제1 반응가스 공급부와, 상기 테이블 상의 상기 기판에 제2 반응가스를 공급하기 위한 제2 반응가스 공급부와, 상기 기판 적재 영역에 대향하도록, 또한 상기 기판 적재 영역 상의 기판에 있어서의 상기 테이블의 중심측의 단부와 상기 테이블의 외주측의 단부 사이에 걸쳐서 띠 형상으로 레이저광을 조사하도록 설치되는 레이저 조사부와, 상기 제1 반응가스 공급부, 상기 제2 반응가스 공급부 및 상기 레이저 조사부와 상기 테이블을 상대적으로 회전시키기 위한 회전 기구와, 상기 진공 용기 내를 배기하기 위한 진공 배기부를 구비하고, 상기 제1 반응가스 공급부, 상기 제2 반응가스 공급부 및 상기 레이저 조사부는, 상기 상대적인 회전 시에 상기 제1 반응가스가 공급되는 제1 처리 영역, 상기 제2 반응가스가 공급되는 제2 처리 영역 및 상기 레이저광이 조사되는 조사 영역의 순으로 기판이 위치하도록 배치되어 있는, 성막 장치를 개시한다.
상기 종래기술1은, 기판이 회전을 하며 레이저 조사 위치를 소폭 제어할 수 있으나, 레이저 또는 기판의 각도 조절 등이 수행되지 않아, 레이저를 기판의 특정 영역에 조사하여 박막을 형성하지 못한다는 문제점을 갖는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시 예는, 증착챔버; 상기 증착챔버와 결합하고, 증착물질의 가스를 분배하는 가스공급부; 상기 증착챔버의 하단부에 설치되고, 증착의 대상이 되는 기판이 설치되는 지지판; 및 상기 증착챔버의 내부 또는 외부에 설치되는 레이저부;를 포함하여 이루어지고, 상기 기판에 대한 레이저의 조사 각도 또는 위치가 변화되도록 상기 레이저부의 기울기 또는 상기 지지판의 기울기가 제어되어, 상기 기판 상의 상기 박막 형성 영역과 상기 박막 두께가 제어되는 것을 특징으로 하는 레이저를 구비한 박막 증착장치를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 레이저부와 상기 지지판의 상대적 기울기 또는 위치 변화에 의해, 상기 기판 상의 상기 박막 형성 영역과 상기 박막 특성이 제어되어, 상기 박막이 상기 기판 상에 국부적으로 다른 특성을 지니는 박막으로 패터닝(patterning)될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 레이저부는, CO2 레이저를 구비할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 레이저부의 조사 파장은, 100 내지 20,000 나노미터(㎚)일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 가스공급부에 구비된 전기장발생기에 의해 전기장이 형성되어, 상기 증착챔버 내에 플라즈마(plasma)가 생성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 전기장발생기에 인가되는 전원은, 교류 또는 직류일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 레이저부와 결합하여, 상기 레이저부를 구동시키는 레이저구동부, 상기 지지판과 결합하여, 상기 지지판을 구동시키는 지지판구동부, 및 상기 레이저구동부와 상기 지지판구동부를 제어하는 제어부,를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 증착챔버 내부는, 진공일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 증착물질은, 실리콘(Si), 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 탄화물(SiCx), 알루미늄 산화물(AlOx), 티타늄(Ti) 및 티타늄산화물(TiOx)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 화합물일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 증착물질은, ITO(Indium tin oxide), IZO(Indium zinc oxide), SnO2, ZnO, AZO(Aluminium zinc oxide), IGZO(Indium gallium zinc oxide), AZTO(Aluminium zinc tin oxide), GZO(Gallium zinc oxide), ATO(Antimony tin oxide), ATO(Antimony tin oxide), ZTO(zinc tin oxide) 및 FTO(Fluorine-doped tin oxide)로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 산화물반도체일 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시 예는, (ⅰ) 상기 증착챔버 내부로 상기 증착물질의 가스와 반응가스를 공급하는 단계; (ⅱ) 상기 전기장발생기에 전원을 인가하는 단계; (ⅲ) 상기 레이저부와 상기 지지판의 기울기와 위치를 제어하는 단계; (ⅳ) 상기 레이저부가 상기 기판으로 레이저를 조사하는 단계; 및 (ⅴ) 상기 (ⅲ)단계와 상기 (ⅳ)단계를 반복 수행하여 상기 박막을 소정의 형상으로 패터닝(patterning)하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저를 구비한 박막 증착장치를 이용한 증착방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 (ⅳ)단계는, 상기 레이저부에서 출력되는 레이저의 파워를 1 내지 3,000 W/cm2로 조절하여 수행될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 (ⅰ)단계의 상기 증착챔버는, 공정압력이 1 내지 3,000 밀리토르(mTorr)일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 (ⅲ)단계의 상기 레이저부 또는 상기 지지판은, 각도 조절 및 상하 좌우 이동이 가능할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시 예는, 디스플레이 소자에 대한 수분과 산소 투과를 방지하는 봉지막(Encapsulation Layer)에 있어서, 본 발명의 박막 증착장치를 이용한 증착방법에 의해 상기 디스플레이 소자에 코팅되는 것을 특징으로 하는 봉지막을 제공한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시 예는, 디스플레이 소자에 있어서, 본 발명의 박막 증착장치를 이용한 증착방법에 의해 코팅되는 박막을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 소자를 제공한다.
본 발명은, 레이저와 기판의 상대적인 기울기의 제어를 위한 각도 조절이 수행될 수 있어, 레이저를 기판의 특정 영역에 조사하여 국부적으로 다른 특성을 지니는 박막을 형성할 수 있다는 제1효과를 갖는다.
그리고, 본 발명은, 상대적으로 낮은 온도에서도 치밀한 박막을 형성할 수 있어, 플라스틱 기판 등과 같이 열안정성이 낮은 기판에 대해서도 증착을 수행할 수 있다는 제2효과를 갖는다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도1은 본 발명의 실시 예에 따른 박막 증착장치에 대한 모식도이다.
도2는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저가 조사된 박막의 표면에 대한 SEM 이미지이다.
도3은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저가 조사되지 않은 박막의 표면에 대한 SEM이미지이다.
도4는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저가 조사된 박막의 단면에 대한 SEM이미지이다.
도5는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저가 조사되지 않은 박막의 단면에 대한 SEM이미지이다.
도6은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저가 조사되지 않은 박막의 에칭비(Etching rate)에 대한 그래프이다.
도7은 본 발명의 실시 예에 따른 박막이 패터닝된 상태에 대한 평면도 및 단면도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 실시 예에 따른 박막 증착장치에 대한 모식도이다.
도1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 레이저를 구비한 박막 증착장치는, 증착챔버(60); 증착챔버(60)와 결합하고, 증착물질의 가스를 분배하는 가스공급부(50); 증착챔버(60)의 하단부에 설치되고, 증착의 대상이 되는 기판(70)이 설치되는 지지판(20); 및 증착챔버(60)의 내부 또는 외부에 설치되는 레이저부(10);를 포함하여 이루어질 수 있다.
그리고, 기판(70)에 대한 레이저의 조사 각도 또는 위치가 변화되도록 레이저부(10) 또는 지지판(20)의 기울기나 위치가 제어될 수 있다.
이에 따라, 레이저부(10)와 지지판(20)의 상대적 기울기 또는 위치 변화에 의해, 기판(70) 상의 박막(71) 형성 영역과 박막(71) 특성이 제어되어, 박막(71)이 기판(70) 상에 국부적으로 다른 특성을 지니는 박막으로 패터닝(patterning)될 수 있다. 구체적으로, 박막(71)의 형상, 굴절률, 두께, 치밀도 등이 제어될 수 있다.
본 발명은, 진공을 이루는 챔버 내부에 증착시 필요한 반응가스를 주입하여 원하는 압력과 기판(70) 온도가 설정되면 전원장치를 통해 전극에 초고주파를 인가함으로써 반응가스를 플라즈마 상태로 만들고, 증착물질을 이온화시켜 이온화된 증착물질과 플라즈마 상태의 반응가스 중 일부가 물리적 또는 화학적 반응을 하여 기판(70)에 증착되게 함으로써 박막(71)을 형성하는 플라즈마 화학기상증착법(PECVD)의 원리를 이용하여 증착을 수행할 수 있다.
이때, 레이저와 기판(70)의 상대적인 기울기의 제어를 위한 각도 조절이 수행될 수 있어, 레이저를 기판(70)의 특정 영역에 조사하여 특정 형상의 박막(71)을 형성할 수 있다.
레이저부(10)는, CO2 레이저를 구비할 수 있다.
CO2 레이저는, 파워대비 비용이 저렴하며 고효율이면서 대출력이 가능하므로, 반도체 소자나 디스플레이 소자에 형성된 박막(71)에 1,000 와트(W/cm2) 이상의 레이저를 조사하기에 적합할 수 있다.
그리고, CVD를 이용하여 목표하는 박막을 형성하기 위해, 아르곤(Ar), 헬륨(He), 크립톤(Kr), 크세논(Xe), 네온(Ne), 수소화규소(SiH4, Si2H4), 산화질소(N2O), 산소(O2), 질소(N2), 암모니아(NH3) 등의 가스나 Trimethylaluminum(TMA), H2O 등의 액체를 반응물로 사용할 수 있다.
레이저부(10)의 조사 파장은, 100 내지 20,000 나노미터(㎚)일 수 있다.
레이저부(10)의 조사 파장이 100 나노미터(㎚) 미만인 경우, 고에너지를 갖는 단파장의 레이저에 의해 박막(71)의 표면에 대해 열변형이 발생하거나 하부소자가 데미지(damage)를 받을 수 있다. 그리고, 레이저부(10)의 조사 파장이 20,000 나노미터(㎚) 초과인 경우, 저에너지를 갖는 장파장의 레이저로 인해, 치밀한 박막(71)을 형성하기 위해 조사되는 레이저의 에너지가 부족할 수 있다.
가스공급부(50)에 구비된 전기장발생기(51)에 의해 전기장이 형성되어, 증착챔버(60) 내에 플라즈마(plasma)가 생성될 수 있다.
여기서, 가스공급부(50)는 샤워헤드일 수 있다.
전기장발생기(51)에 인가되는 전원은, 교류 또는 직류일 수 있다.
이때, 증착챔버(60) 내부는, 아르곤(Ar), 헬륨(He), 크립톤(Kr), 크세논(Xe), 네온(Ne), 수소화규소(SiH4, Si2H4), 산화질소(N2O), 산소(O2), 질소(N2), 암모니아(NH3) 등의 가스나 Trimethylaluminum(TMA), H2O 등의 액체가 유입될 수 있다.
전기장발생기(51)에 의한 전기장은 교류, 직류 또는 초고주파 전원 등에 의해 분리된 반응가스로부터 발생되는 전자에 전기력을 가하여 전자가 운동하도록 할 수 있다. 이를 통해, 반응가스를 반복적으로 이온화시켜, 반응가스가 플라즈마 상태로 유지되도록 할 수 있다.
즉, 플라즈마는 직류, 교류, 초고주파 등에 의해 기체가 양이온과 전자로 분리됨으로써 생성되며, 전기장 등에 의해 유지될 수 있다.
본 발명의 레이저를 구비한 박막 증착장치는, 레이저부(10)와 결합하여 레이저부(10)를 구동시키는 레이저구동부(30), 지지판(20)과 결합하여 지지판(20)을 구동시키는 지지판구동부(40), 및 레이저구동부(30)와 지지판구동부(40)를 제어하는 제어부,를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
레이저부(10)와 지지판(20)은, 각각에 대해 레이저구동부(30) 및 지지판구동부(40)와 결합하여, 레이저부(10)와 지지판(20)의 상대적인 기울기뿐만 아니라, 상대적인 위치도 제어될 수 있다.
이를 위해, 레이저구동부(30)는, 레이저부(10)의 각도 조절 및 레이저부(10)의 상하 좌우 이동을 수행할 수 있다. 그리고, 지지판구동부(40)는, 지지판(20)의 각도 조절 및 지지판구동부(40)의 상하 좌우 이동을 수행할 수 있다.
레이저 또는 지지판(20)에 대한 기울기 및 상하 좌우 위치 제어가 가능하여, 박막(71)을 형성하고자 하는 특정 위치에 박막(71)의 특성을 조절하여 국부적으로 특성이 다른 박막(71)을 형성할 수 있다.
증착챔버(60) 내부는, 진공일 수 있다.
이때, 증착챔버(60) 내부의 공정압력은, 1 내지 3,000 밀리토르(mTorr)일 수 있다.
증착챔버(60) 내부의 공정압력이 1 밀리토르(mTorr) 미만인 경우, 증착물질의 가스 또는 반응가스의 양이 과소하여, 증착물질의 부족 또는 플라즈마 생성의 부족으로 증착이 제대로 수행되지 않을 수 있다. 그리고, 증착챔버(60) 내부의 공정압력이 3,000 밀리토르(mTorr) 초과인 경우, 반응가스의 양이 과대하여, 반응가스가 증착물질의 이동을 방해하므로, 증착 속도가 느려져 공정 시간이 증대되거나, 증착이 제대로 수행되지 않을 수 있다.
증착물질은, 실리콘(Si), 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 탄화물(SiCx), 알루미늄 산화물(AlOx), 티타늄(Ti) 및 티타늄산화물(TiOx)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 화합물일 수 있다.
그리고, 증착물질은, ITO(Indium tin oxide), IZO(Indium zinc oxide), SnO2, ZnO, AZO(Aluminium zinc oxide), IGZO(Indium gallium zinc oxide), AZTO(Aluminium zinc tin oxide), GZO(Gallium zinc oxide), ATO(Antimony tin oxide), ATO(Antimony tin oxide), ZTO(zinc tin oxide) 및 FTO(Fluorine-doped tin oxide)로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 산화물반도체일 수 있다.
이하, 본 발명의 레이저를 구비한 박막 증착장치를 이용한 증착방법에 대해 설명하기로 한다.
첫째 단계에서, 증착챔버(60) 내부로 증착물질의 가스와 반응가스를 공급할 수 있다.
여기서, 증착챔버(60)는, 공정압력이 1 내지 3,000 밀리토르(mTorr)일 수 있다.
이때, 아르곤(Ar), 헬륨(He), 크립톤(Kr), 크세논(Xe), 네온(Ne), 수소화규소(SiH4, Si2H4), 산화질소(N2O), 산소(O2), 질소(N2), 암모니아(NH3) 등의 가스나 Trimethylaluminum(TMA), H2O 등의 액체를 반응물로 증착챔버(60) 내부에 주입할 수 있다.
증착챔버(60) 내부 공정압력의 범위에 대한 임계적 의미는, 상기한 바와 동일할 수 있다.
둘째 단계에서, 전기장발생기(51)에 전원을 인가할 수 있다.
여기서, 전원 인가 시 전기장발생기(51)에 의해 전기장이 형성되어 플라즈마(plasma)가 생성될 수 있다.
셋째 단계에서, 레이저부(10)와 지지판(20)의 기울기와 위치를 제어할 수 있다.
구체적으로, 레이저부(10) 또는 지지판(20)은, 각도 조절 및 상하 좌우 이동이 가능할 수 있다.
이때, 제어부는, 기판(70)에 증착할 박판에 대한 형상, 치밀도 등이 입력될 수 있고, 이에 따라 제어부에서 레이저구동부(30) 또는 지지판구동부(40)에 제어신호를 전달하여, 제어부에 입력된 박판의 형상, 치밀도가 적용되도록 레이저 조사 각도 및 위치를 제어할 수 있다.
넷째 단계에서, 레이저부(10)가 기판(70)으로 레이저를 조사할 수 있다.
이때, 레이저부(10)에서 출력되는 레이저의 파워를 1 내지 3,000 W/cm2로 조절하여 넷째 단계가 수행될 수 있다.
레이저부(10)에서 출력되는 레이저의 파워가 1 W/cm2 미만인 경우, 레이저 에너지의 과소로 인하여, 플라즈마가 불안정하여 증착이 수행되지 않을 수 있다. 그리고, 레이저부(10)에서 출력되는 레이저의 파워가 3,000 W/cm2 초과인 경우, 레이저 에너지의 과대로 인하여, 레이저 조사 시 증착된 박막(71)에 열변형이 발생할 수 있다.
다섯째 단계에서, 셋째 단계와 넷째 단계를 반복 수행하여 박막(71)을 소정의 형상으로 패터닝(patterning)할 수 있다.
레이저는 국부적인 영역에 대해 조사가 되므로, 레이저부(10) 또는 지지판(20)의 각도 조절 및 상하 좌우 이동에 의해, 대면적에 대한 박막(71) 형성을 수행할 수 있다.
디스플레이 소자에 대한 수분과 산소 투과를 방지하는 봉지막(Encapsulation Layer)에 있어서, 본 발명의 레이저를 구비한 박막 증착장치를 이용한 증착방법에 의해 디스플레이 소자에 코팅되는 봉지막을 제조할 수 있다.
디스플레이 소자에 있어서, 본 발명의 레이저를 구비한 박막 증착장치를 이용한 증착방법에 의해 코팅되는 박막을 구비하는 디스플레이 소자를 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 레이저를 구비한 박막 증착장치에 의해 형성되는 박막에 대한 실시 예 및 실험 예에 대해 설명하기로 한다.
도2는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저가 조사된 박막(71)의 표면에 대한 SEM 이미지이고, 도3은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저가 조사되지 않은 박막(71)의 표면에 대한 SEM이미지이며, 도4는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저가 조사된 박막(71)의 단면에 대한 SEM이미지이다. 그리고, 도5는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저가 조사되지 않은 박막(71)의 단면에 대한 SEM이미지이다.
여기서, 도2의 (a)는 [실시 예 1]에 의해 형성된 박막(71)의 표면에 대한 SEM 이미지이고, 도2의 (b)는 [실시 예 2]에 의해 형성된 박막(71)의 표면에 대한 SEM 이미지이며, 도2의 (c)는 [실시 예 3]에 의해 형성된 박막(71)의 표면에 대한 SEM 이미지이다. 그리고, 도2의 (d)는 [실시 예 4]에 의해 형성된 박막(71)의 표면에 대한 SEM 이미지이다.
또한, 도3의 (a)는 [비교 예 1]에 의해 형성된 박막(71)의 표면에 대한 SEM 이미지이고, 도3의 (b)는 [비교 예 2]에 의해 형성된 박막(71)의 표면에 대한 SEM 이미지이며, 도3의 (c)는 [비교 예 3]에 의해 형성된 박막(71)의 표면에 대한 SEM 이미지이다. 그리고, 도3의 (d)는 [비교 예 4]에 의해 형성된 박막(71)의 표면에 대한 SEM 이미지이다.
또한, 도4의 (a)는 [실시 예 1]에 의해 형성된 박막(71)의 단면에 대한 SEM 이미지이고, 도4의 (b)는 [실시 예 2]에 의해 형성된 박막(71)의 단면에 대한 SEM 이미지이며, 도4의 (c)는 [실시 예 3]에 의해 형성된 박막(71)의 단면에 대한 SEM 이미지이다. 그리고, 도4의 (d)는 [실시 예 4]에 의해 형성된 박막(71)의 단면에 대한 SEM 이미지이다.
그리고, 도5의 (a)는 [비교 예 1]에 의해 형성된 박막(71)의 단면에 대한 SEM 이미지이고, 도5의 (b)는 [비교 예 2]에 의해 형성된 박막(71)의 단면에 대한 SEM 이미지이며, 도5의 (c)는 [비교 예 3]에 의해 형성된 박막(71)의 단면에 대한 SEM 이미지이다. 그리고, 도5의 (d)는 [비교 예 4]에 의해 형성된 박막(71)의 단면에 대한 SEM 이미지이다.
[실시 예 1]
증착물질로는 실리콘 질화물(SiNx)을 선택하고 증착물질의 반응가스로 실란(수소화규소, SiH4) 가스를 마련하고, 기판(70)으로는 유리판을 마련하였다. 증착챔버(60) 내부의 공정압력을 10 밀리토르(mTorr)로 하고, 반응가스로 질소(N2) 가스와 아르곤(Ar) 가스를 마련하였다. 이때, 주입되는 수소화규소(SiH4) 가스 : 질소(N2) 가스 : 아르곤(Ar) 가스는 1 : 5: 20 의 비율이 되도록 설정하였다. 그리고, 증착챔버(60)의 온도는 상온(25℃)으로 유지하고, 레이저의 파워는 250 와트(W/cm2)로 설정하였다. 그 후, 전기장발생기(51)에 전원을 인가하여 전기장이 형성되도록 하고, 가스공급부(50)로부터 증착챔버(60) 내로 반응가스 및 증착물질의 가스를 주입하여 플라즈마가 생성되도록 하였다. 그리고, 레이저부(10)와 지지판(20)을 제어해서, 레이저와 기판(70)의 상대적 기울기가 3도가 되도록 레이저가 조사되어 기판(70) 상에 규소(Si) 박막(71)이 형성되도록 하였다.
[실시 예 2]
증착챔버(60)의 온도는 100℃로 유지하였다. 그리고, 나머지에 대한 사항은 [실시 예 1]과 동일하게 하였다.
[실시 예 3]
증착챔버(60) 내부의 공정압력을 100 밀리토르(mTorr)로 하였다. 그리고, 나머지에 대한 사항은 [실시 예 1]과 동일하게 하였다.
[실시 예 4]
레이저의 파워는 50 와트(W/cm2)로 설정하였다. 그리고, 나머지에 대한 사항은 [실시 예 1]과 동일하게 하였다.
[비교 예 1]
증착물질로는 실리콘 질화물(SiNx)을 선택하고 증착물질의 반응가스로 실란(수소화규소, SiH4) 가스를 마련하고, 기판(70)으로는 유리판을 마련하였다. 증착챔버(60) 내부의 공정압력을 10 밀리토르(mTorr)로 하고, 반응가스로 질소(N2) 가스와 아르곤(Ar) 가스를 마련하였다. 이때, 주입되는 수소화규소(SiH4) 가스 : 질소(N2) 가스 : 아르곤(Ar) 가스는 1 : 5: 20 의 비율이 되도록 설정하였다. 그리고, 증착챔버(60)의 온도는 상온(25℃)으로 유지하였다. 그 후, 전기장발생기(51)에 전원을 인가하여 전기장이 형성되도록 하고, 가스공급부(50)로부터 증착챔버(60) 내로 반응가스 및 증착물질의 가스를 주입하여 플라즈마가 생성되도록 하였다. 그리고, 레이저를 사용하지 않고, 박막(71)이 형성되도록 하였다.
[비교 예 2]
증착챔버(60)의 온도는 100℃로 유지하였다. 그리고, 나머지에 대한 사항은 [비교 예 1]과 동일하게 하였다.
[비교 예 3]
증착챔버(60) 내부의 공정압력을 100 밀리토르(mTorr)로 하였다. 그리고, 나머지에 대한 사항은 [비교 예 1]과 동일하게 하였다.
[비교 예 4]
모든 사항을 [비교 예 1]과 동일하게 하였다. ([비교 예 1]과 동일함에도 불구하고, [실시 예 4]와의 비교가 편리하도록 [비교 예 4] 항목을 추가하였다.)
도2의 (a)와 도3의 (a)를 비교하고, 도2의 (b)와 도3의 (b)를 비교하며, 도2의 (c)와 도3의 (c)를 비교하고, 도2의 (d)와 도3의 (d)를 비교하면, 레이저가 조사된 박막(71)의 표면에서, 박막(71) 입자가 작아지고 박막(71)의 상태가 치밀해지는 것을 확인할 수 있었다.
도2의 (a)와 도2의 (b)를 비교해본 결과, 증착챔버(60) 내의 온도가 증가한 경우, 박막(71)의 입자가 더 작아져, 더 치밀해진 조직을 구비하는 박막(71)을 제조할 수 있음을 확인하였다.
도2의 (a)와 도2의 (c)를 비교해본 결과, 반응가스의 증가로 증착챔버(60) 내 공정압력이 증가한 경우, 박막(71) 조직이 치밀해짐을 확인할 수 있었다. 이는, 증착 속도가 느려져 증착 조직이 치밀해져 발생하는 현상일 수 있다.
도2의 (a)와 도2의 (d)를 비교해본 결과, 레이저의 파워가 증가하는 경우, 더 치밀해진 조직을 구비하는 박막(71)을 제조할 수 있음을 확인 하였다.
그리고, 도2의 (a), 도2의 (b), 도2의 (c) 및 도2의 (d)를 비교해본 결과, 도2의 (b)의 박막(71) 조직이 가장 치밀하므로, 박막(71) 조직의 치밀도는 온도의 영향보다는 레이저 조사에 의하여 증가한 것으로 판단된다.
[표 1]은, 각 실시 예 및 각 비교 예에 의해 제조된 박막(71) 두께를 측정한 값에 대한 표이다.
[표 1]
Figure 112016048374782-pat00001
도4의 (a)와 도5의 (a)를 비교하고, 도4의 (b)와 도5의 (b)를 비교하며, 도4의 (c)와 도5의 (c)를 비교하고, 도4의 (d)와 도5의 (d)를 비교하면, 레이저가 조사된 박막(71)의 단면에서, 박막(71)의 두께가 더 얇게 형성되어, 박막(71) 입자가 작아지고 박막(71)의 상태가 치밀해지는 것을 확인할 수 있었다.
도4의 (a), 도4의 (b), 도4의 (c) 및 도4의 (d)를 비교해본 결과, 두께의 크기는, [실시 예 4], [실시 예 1], [실시 예 3], 그리고 [실시 예 2] 순으로 작아지며, 박막(71) 조직은, [실시 예 2]에서 가장 치밀함을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 박막(71) 조직의 치밀도는 온도의 영향보다는 레이저 조사에 의하여 증가한 것으로 판단된다.
상기와 같은, 각 실시 예의 비교에 의해, 레이저로부터 박막(71) 생성층으로 투입되는 에너지의 양에 따라 박막(71)의 두께와 성질이 조절됨을 확인할 수 있었다. 레이저로부터 박막(71) 생성층으로 투입되는 에너지의 양은, 레이저의 출력뿐만이 아니라, 레이저와 기판(70)의 상대적 기울기 또는 상대적 위치로도 제어가 되므로, 본 발명의 박막 증착장치를 이용하는 경우, 특정의 위치에 특정 두께와 치밀도를 갖는 박막(71)을 형성할 수 있다.
또한, 레이저 출력, 레이저와 기판(70)의 상대적 기울기 또는 상대적 위치를 제어부에 의해 지속적으로 변화시키면서 증착을 수행할 수 있어, 소정의 형상을 갖는 박막(71)을 연속 공정에 의해 형성할 수 있다.
도6은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저가 조사되지 않은 박막의 에칭비(Etching rate)에 대한 그래프이다. 구체적으로, 도6은, 레이저가 조사되지 않고 박막(71)을 형성하는 경우, 박막(71) 형성 시 기판(70)의 온도 별 에칭비 그래프이다.
에칭비(Etching rate)는, 화학적 에칭 전후의 두께 비교를 통한 비율을 계산하여 획득되며, 박막(71) 조직의 치밀도를 판단하기 위한 기준이 될 수 있다.
구체적으로, 에칭비(Etching rate)가 낮아질수록 박막(71)이 더 치밀함을 의미할 수 있다.
[실험 예 1]
에칭 용액으로는, NH4F(Amonium Fluoriede)와 HF(Hydrofluoric Acid)가 7 : 1의 비율인 BOE(Buffered Oxide Etch) 용액 30㎖와 증류수(DI) 90㎖가 혼합된 용액을 마련하였다. 그리고, 증착챔버(60)의 온도를 35℃로 하고, 나머지는 [비교 예 1]과 동일한 과정에 의하며, 두께가 435나노미터(nm)로 형성된 박막을 에칭 대상으로 마련하였다. 그리고, 마련된 박막을 에칭용액에 담가 상온(25℃)에서 에칭을 30초간 수행하였다.
[실험 예 2]
에칭 용액으로는, NH4F(Amonium Fluoriede)와 HF(Hydrofluoric Acid)가 7 : 1의 비율인 BOE(Buffered Oxide Etch) 용액 30㎖와 증류수(DI) 90㎖가 혼합된 용액을 마련하였다. 그리고, 증착챔버(60)의 온도를 35℃로 하고, 나머지는 [실시 예 1]과 동일한 과정에 의하며, 두께가 364나노미터(nm)로 형성된 박막을 에칭 대상으로 마련하였다. 그리고, 마련된 박막을 에칭용액에 담가 상온(25℃)에서 에칭을 180초간 수행하였다.
[실험 예 3]
에칭 용액으로는, NH4F(Amonium Fluoriede)와 HF(Hydrofluoric Acid)가 7 : 1의 비율인 BOE(Buffered Oxide Etch) 용액 30㎖와 증류수(DI) 90㎖가 혼합된 용액을 마련하였다. 그리고, 증착챔버(60)의 온도를 35℃로 하고, 나머지는 [비교 예 1]과 동일한 과정에 의하며, 두께가 456나노미터(nm)로 형성된 박막을 에칭 대상으로 마련하였다. 그리고, 마련된 박막을 에칭용액에 담가 상온(25℃)에서 에칭을 30초간 수행하였다.
[실험 예 4]
에칭 용액으로는, NH4F(Amonium Fluoriede)와 HF(Hydrofluoric Acid)가 7 : 1의 비율인 BOE(Buffered Oxide Etch) 용액 30㎖와 증류수(DI) 90㎖가 혼합된 용액을 마련하였다. 그리고, 증착챔버(60)의 온도를 35℃로 하고, 나머지는 [실시 예 1]과 동일한 과정에 의하며, 두께가 488나노미터(nm)로 형성된 박막을 에칭 대상으로 마련하였다. 그리고, 마련된 박막을 에칭용액에 담가 상온(25℃)에서 에칭을 120초간 수행하였다.
[표2]는, [실험 예 1] 내지 [실험 예 4] 수행 시, 각각의 실험에 대한 각 박막의 에칭 전(Before Etch) 두께, 에칭 후(After Etch) 두께 및 에칭비(Etch Rate)를 나타낸 것이다.
[표2]
Figure 112016048374782-pat00002
도6에서 보는 바와 같이, 레이저를 조사하지 않는 경우, 증착온도가 150℃ 이상인 조건에서 박막이 형성될 때, 박막 조직이 치밀하여 에칭비가 1미만으로 될 수 있다.
그리고, [표2]의 [실험 예 1]과 [실험 예3]의 데이터에서 보는 바와 같이, 증착온도가 35℃인 경우, 에칭비가 6이상의 값을 갖는 것이 확인되었다.
반면에, [표2]의 [실험 예 2]와 [실험 예4]의 데이터에서 보는 바와 같이, 증착온도가 35℃인 경우에도, 레이저를 조사하면 박막 조직이 치밀해져 에칭비가 1미만이 됨이 확인되었다.
결론적으로, 박막에 레이저를 조사하면서 증착을 수행하는 경우, 고온에서 증착을 하여 치밀한 조직을 획득하는 것과 동일한 효과를 구현할 수 있음이 확인되었으며, 굴절률도 레이저가 조사된 샘플의 경우 더 높은 값을 지님을 확인하였다. 그리고, 더 나아가, 조사되는 레이저의 파워를 제어하여, 박막 조직의 치밀도와 같은 특성을 제어할 수 있음을 확인하였다. 또한, 고온에서의 증착을 하지 않고도 레이저를 통해 박막 특성을 제어할 수 있으므로, 에너지 효율면에서도 우수함을 확인하였다.
도7은 본 발명의 실시 예에 따른 박막이 패터닝된 상태에 대한 평면도 및 단면도이다.
도7의 (a)는 패터닝되어 형성된 박막의 평면도이다. 그리고, 도7의 (b)는, 패터닝되어 형성된 박막의 단면도이며, 도7의 (a)의 A와 A'를 잇는 일점쇄선을 기준으로 지면에 대해 수직 절단한 단면에 대한 것이다.
도7의 (a)의 박막 X, 박막 Y, 박막 Z를 보는 바와 같이, 본 발명의 레이저를 구비한 박막 증착장치를 이용하면, 특정 영역에 특정한 형상을 가지는 박막(71)을 형성할 수 있다.
도7의 (b)의 박막 X, 박막 Y, 박막 Z를 보는 바와 같이, 본 발명의 레이저를 구비한 박막 증착장치를 이용하면, 박막의 특성(치밀도, 두께, 굴절률 등)을 제어하면서 박막(71)을 형성할 수 있다. 그리고, 하나의 박막 내에서도 박막의 특성(치밀도, 두께, 굴절률 등)을 달리할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 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.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 레이저부
20 : 지지판
30 : 레이저구동부
40 : 지지판구동부
50 : 가스공급부
51 : 전기장발생기
60 : 증착챔버
70 : 기판
71 : 박막

Claims (16)

  1. 레이저를 구비한 박막 증착장치에 있어서,
    증착챔버;
    상기 증착챔버와 결합하고, 증착물질의 가스를 분배하며, 플라즈마 화학기상증착법(PECVD)의 수행을 위한 샤워헤드를 구비하며, 자기장을 형성하여 상기 증착챔버 내에 플라즈마를 생성시키는 전기장발생기를 구비하는 가스공급부;
    상기 증착챔버의 하단부에 설치되고, 증착의 대상이 되는 기판이 설치되는 지지판;
    상기 증착챔버의 내부 또는 외부에 설치되고, 조사 파장이 100 내지 20,000 나노미터(㎚)로 형성되어, 증착으로 형성된 박막의 표면에 대한 열변형을 방지하고, 상기 박막에 에너지를 공급하여 상기 박막이 치밀해지도록 하는 레이저부;
    상기 레이저부와 결합하여, 상기 레이저부를 구동시키고, 상기 지지판과 상기 레이저부의 상대적 기울기 또는 상대적 위치를 변경시키는 레이저구동부;
    상기 지지판과 결합하여, 상기 지지판을 구동시키고, 상기 레이저부와 상기 지지판의 상대적 기울기 또는 상대적 위치를 변경시키는 지지판구동부; 및
    상기 레이저구동부와 상기 지지판구동부를 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 기판에 대한 레이저의 조사 각도 또는 위치가 변화되도록 상기 레이저부 또는 상기 지지판의 기울기나 위치가 제어되고, 상기 레이저부로부터 상기 박막에 공급되는 에너지의 양이 조절되어, 상기 박막의 패터닝 형상이 제어되고 상기 박막의 각 부위의 굴절률, 두께 또는 치밀도가 조절되는 것을 특징으로 하는 레이저를 구비한 박막 증착장치.
  2. 삭제
  3. 청구항1에 있어서,
    상기 레이저부는, CO2 레이저를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저를 구비한 박막 증착장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항1에 있어서,
    상기 전기장발생기에 인가되는 전원은, 교류 또는 직류인 것을 특징으로 하는 레이저를 구비한 박막 증착장치.
  7. 삭제
  8. 청구항1에 있어서,
    상기 증착챔버 내부는, 진공인 것을 특징으로 하는 레이저를 구비한 박막 증착장치.
  9. 청구항1에 있어서,
    상기 증착물질은, 실리콘(Si), 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 탄화물(SiCx), 알루미늄 산화물(AlOx), 티타늄(Ti) 및 티타늄산화물(TiOx)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 레이저를 구비한 박막 증착장치.
  10. 청구항1에 있어서,
    상기 증착물질은, ITO(Indium tin oxide), IZO(Indium zinc oxide), SnO2, ZnO, AZO(Aluminium zinc oxide), IGZO(Indium gallium zinc oxide), AZTO(Aluminium zinc tin oxide), GZO(Gallium zinc oxide), ATO(Antimony tin oxide), ATO(Antimony tin oxide), ZTO(zinc tin oxide) 및 FTO(Fluorine-doped tin oxide)로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 산화물반도체인 것을 특징으로 하는 레이저를 구비한 박막 증착장치.
  11. 청구항1의 레이저를 구비한 박막 증착장치를 이용한 증착방법에 있어서,
    (ⅰ) 상기 증착챔버 내부로 상기 증착물질의 가스와 반응가스를 공급하는 단계;
    (ⅱ) 상기 전기장발생기에 전원을 인가하는 단계;
    (ⅲ) 상기 레이저부와 상기 지지판의 기울기와 위치를 제어하는 단계;
    (ⅳ) 상기 레이저부가 상기 기판으로 레이저를 조사하는 단계; 및
    (ⅴ) 상기 (ⅲ) 단계와 상기 (ⅳ) 단계를 반복 수행하여 상기 박막을 소정의 형상으로 패터닝(patterning)하는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저를 구비한 박막 증착장치를 이용한 증착방법.
  12. 청구항11에 있어서,
    상기 (ⅳ) 단계는, 상기 레이저부에서 출력되는 레이저의 파워를 1 내지 3,000 W/cm2로 조절하여 수행되는 것을 특징으로 하는 레이저를 구비한 박막 증착장치를 이용한 증착방법.
  13. 청구항11에 있어서,
    상기 (ⅰ) 단계의 상기 증착챔버는, 공정압력이 1 내지 3,000 밀리토르(mTorr)인 것을 특징으로 하는 레이저를 구비한 박막 증착장치를 이용한 증착방법.
  14. 청구항11에 있어서,
    상기 (ⅲ) 단계의 상기 레이저부 또는 상기 지지판은, 각도 조절 및 상하 좌우 이동이 가능한 것을 특징으로 하는 레이저를 구비한 박막 증착장치를 이용한 증착방법.
  15. 디스플레이 소자에 대한 수분과 산소 투과를 방지하는 봉지막(Encapsulation Layer)에 있어서,
    청구항11 내지 청구항14 중 선택되는 어느 하나의 항의 방법에 의해 상기 디스플레이 소자에 코팅되는 것을 특징으로 하는 봉지막.
  16. 디스플레이 소자에 있어서,
    청구항11 내지 청구항14 중 선택되는 어느 하나의 항의 방법에 의해 코팅되는 박막을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 소자.
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