KR101879323B1 - 개선된 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 cvd 장치 - Google Patents

개선된 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 cvd 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치는 액적 형태의 미스트를 발생 및 공급하는 미스트 공급 장치; Ox를 공급하는 Ox 공급 장치; 내부 차단막 가스를 공급하는 내부 차단막 가스 공급 장치; 외부 차단막 가스를 공급하는 외부 차단막 가스 공급 장치; 상기 미스트 공급 장치, 상기 Ox 공급 장치, 상기 내부 차단막 가스 공급 장치, 및 상기 외부 차단막 공급 장치와 각각 연결되며, 상기 미스트, 상기 Ox, 및 상기 내부 차단막 가스, 및 상기 외부 차단막 가스가 각각 유입되는 가스 주입 부재; 일측 단부가 상기 가스 주입 부재와 연결되는 미세 채널 노즐; 상기 미세 채널 노즐의 타측 단부 측에 제공되는 배기구; 상기 미스트, 상기 Ox, 및 상기 내부 차단막 가스가 각각 층류를 형성하도록 상기 미세 채널 노즐에 제공되는 층류 유도 가이드; 상기 미세 채널 노즐의 상부에 제공되며, 상기 층류 유도 가이드를 통과하는 상기 Ox 및 상기 내부 차단막 가스를 조사하도록 UV를 방출하는 UV 조사 장치; 및 상기 층류 유도 가이드의 하부에서 상기 층류 유도 가이드와 수직한 방향으로 이동 가능하도록 제공되는 기판을 포함하고,상기 층류 유도 가이드의 양측면은 외부 에어 유입 차단 커튼을 형성하도록 사용되는 한 쌍의 외부 차단막 형성 가이드인 것을 특징으로 한다.

Description

개선된 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치{Improved In-Line Fine Channel Type Atmospheric Pressure and Low-Temperature Mist CVD Apparatus}
본 발명은 개선된 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 화학 기상 증착(CVD: Chemical Vapor Deposition) 장치에 관한 것이다.
좀 더 구체적으로, 본 발명은 종래 기술의 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치에 사용되는 미세 채널 노즐 상에 층류 가이드를 기판의 이동과 세로 방향 또는 가로 방향으로 제공함으로써, 미스트 및 Ox를 포함한 가스 흐름이 미세 채널 내에서 층류를 형성하여 균일한 박막 형성이 가능하고, 또한 박막 형성의 연속 공정이 가능한 개선된 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치에 관한 것이다.
미스트 CVD는 크게 미세 채널 타입, 선형 소스 타입, 및 핫월 타입의 3가지 타입이 존재한다. 이러한 3가지 타입 중에서, 미세 채널 타입의 미스트 CVD는 선형 소스 타입에 비해 증착 박막의 특성이 우수하다는 장점이 있는 것으로 알려져 있지만, 인라인 개념의 적용이 어렵다는 문제점을 노출되었다.
좀 더 구체적으로, 종래 기술의 미세 채널 타입의 미스트 CVD 장치 중의 하나가 Physics on development of open-air atmospheric pressure thin film fabrication technique using mist droplets: Control of precursor flow" [Japanese Journal of Applied Physics 53, 05FF08 (2014)](이하 "종래 기술 논문"이라 함)에 개시된 바 있다.
도 1a는 상기 종래 기술 논문에 따른 미세 채널 타입의 미스트 CVD 시스템의 개략도를 도시한 도면이고, 도 1b는 상기 종래 기술 논문에 따른 미세 채널 타입의 미스트 CVD 시스템의 실제 구현예를 도시한 사진이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 종래 기술 논문에 따른 미세 채널 타입의 미스트 CVD 시스템에서는, 초음파 발생기에 의해 용액 탱크 내에 함유된 용액을 진동시켜 미스트 액적(mist droplets)을 발생시킨다. 용액 탱크와 초음파 발생기는 미스트 공급 유닛으로 지칭될 수 있다. 그 후, 미스트 액적은 용액 탱크의 측면에서 제공되는 캐리어 가스(carrier gas) 및 용액 탱크와 반응 챔버를 연결하는 공급 유로 상에는 제공되는 희석 가스(dilution gas)에 의해 반응 유닛 내로 유입된다. 반응 유닛은 미스트 액적이 유입되어 혼합되는 미스트 혼합 풀(mist mixing pool), 미스트 혼합 풀과 이어지는 1mm 높이의 반응 공간을 구비한 미세 채널 노즐(FC nozzle), 및 미세 채널 하부에 제공되는 히터(heater)로 구성되어 있다.
도 1c는 상기 종래 기술 논문에 따른 미세 채널 타입의 미스트 CVD 시스템의 반응 유닛의 사시도를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1c를 도 1a와 함께 참조하면, 용액 탱크에서 미스트 혼합 풀 내로 서로 대향하는 양 방향 유입구(inlet)에서 유입된 미스트 액적은 미스트 혼합 풀 내에서 충돌한다. 또한, 좁은 유입구에서 넓은 미스트 혼합 풀 내로의 유입에 따른 급속한 부피 팽창으로 인하여 압력이 급격히 감소되어, 유입 방향의 미스트 액적의 흐름(flow) 속도가 거의 제로가 된다. 충돌에 의해 발생한 미스트 가스는 좁은 갭 타입의 반응 공간 내로 유입되면서 좁은 갭으로부터의 큰 압력 손실 대신에 균일한 흐름이 생성된다. 이 경우, 유체의 점도로 인하여 미세 채널 내에서 큰 속도 구배(gradient)가 유도되고, 흐름 속도는 미세 채널 중간에서 최대이고 벽 표면에서 제로가 된다. 이 경우, 미스트 액적은 미세 채널 하부에 제공되는 기판 쪽으로 향하는 힘을 받아 박막이 형성된다. 구체적으로 미세 채널 하부에 제공되는 히터에 의한 미세 채널 전체 영역의 가스 온도가 일정한 값에 도달하고, 미스트 액적의 증발 시간이 수백 밀리초로 현저하게 길어지며, 미스트 액적의 이동이 수백 밀리미터의 거리로 확장되어, 기판 전체 표면 상에 균일한 박막 형성이 달성된다.
그러나, 상술한 종래 기술 논문에 개시된 미세 채널 타입의 미스트 CVD 시스템은 다음과 같은 문제점을 갖는다.
1. 상기 종래 기술의 미세 채널 타입의 미스트 CVD 시스템을 인라인 타입으로 구현할 경우, 미스트와 Ox가 초기에 챔버 내로 유입되어 대기압 상태의 챔버 외부로 가스가 유출 및 유입되어 챔버의 측면 부분에 원활한 층류(Laminar Flow)의 형성이 어렵거나 불가능하게 되고, 또한 외부에서 에어(Air) 주입 시 Ox의 농도가 변화되어, 기판 상에 형성된 박막의 품질이 저하된다는 문제가 발생한다.
2. 층류가 형성되어 이를 유지하더라도, 미스트와 Ox를 챔버 내로 유입한 후, UV 경화 공정을 수행하여 양질의 박막을 얻기 위해서는 미스트와 Ox를 순차적으로 챔버 내로 유입하여야 한다. 그에 따라, 증착 효율이 저하되고 전체 공정 시간이 증가되는 문제가 발생한다.
3. 기판이 챔버 내에 제공되고, 증착 공정이 완료된 후 다시 새로운 기판으로 교체하여야 하므로, 기판의 연속적인 공급이 불가능하여 인라인 방식의 증착 공정 수행이 불가능하다. 그에 따라, 추가적으로 증착 효율이 저하되고 전체 공정 시간이 증가되는 문제가 발생한다.
4. 경화 공정을 위해 UV 램프를 사용한 열처리 진행 시 양질의 박막을 얻기 위해서는 박막의 두께에 따라 UV 파장을 다르게 구성하여야 한다. 즉, 박막 증착 후 UV 조사 시 박막 저항이 감소하는 효과는 널리 알려져 있으며, 이를 위해 각 박막의 두께에 따른 최적의 UV 파장이 알려져 있다(예를 들어, 주사용 최적 파장은 365nm 또는 254nm임). 이 경우, 종래 기술의 미세 채널 타입의 미스트 CVD 시스템에서 구현하기 위해서는 여러 개의 챔버의 사용이 요구되며, 그에 따라 전체 장비의 사이즈 및 제조 비용이 크게 증가하고 또한 전체 공정 시간이 추가적으로 증가하는 문제가 발생한다.
따라서, 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 새로운 방안이 요구된다.
일본 공개특허 특개2012-114424호
Physics on development of open-air atmospheric pressure thin film fabrication technique using mist droplets: Control of precursor flow" [Japanese Journal of Applied Physics 53, 05FF08 (2014)]
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래 기술의 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치에 사용되는 미세 채널 노즐 상에 층류 가이드를 기판의 이동과 세로 방향 또는 가로 방향으로 제공함으로써, 미스트 및 Ox를 포함한 가스 흐름이 미세 채널 내에서 층류를 형성하여 균일한 박막 형성이 가능하고, 또한 박막 형성의 연속 공정이 가능한 개선된 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 제 1 특징에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치는 액적 형태의 미스트를 발생 및 공급하는 미스트 공급 장치; Ox를 공급하는 Ox 공급 장치; 내부 차단막 가스를 공급하는 내부 차단막 가스 공급 장치; 외부 차단막 가스를 공급하는 외부 차단막 가스 공급 장치; 상기 미스트 공급 장치, 상기 Ox 공급 장치, 상기 내부 차단막 가스 공급 장치, 및 상기 외부 차단막 공급 장치와 각각 연결되며, 상기 미스트, 상기 Ox, 및 상기 내부 차단막 가스, 및 상기 외부 차단막 가스가 각각 유입되는 가스 주입 부재; 일측 단부가 상기 가스 주입 부재와 연결되는 미세 채널 노즐; 상기 미세 채널 노즐의 타측 단부 측에 제공되는 배기구; 상기 미스트, 상기 Ox, 및 상기 내부 차단막 가스가 각각 층류를 형성하도록 상기 미세 채널 노즐에 제공되는 층류 유도 가이드; 상기 미세 채널 노즐의 상부에 제공되며, 상기 층류 유도 가이드를 통과하는 상기 Ox 및 상기 내부 차단막 가스를 조사하도록 UV를 방출하는 UV 조사 장치; 및 상기 층류 유도 가이드의 하부에서 상기 층류 유도 가이드와 수직한 방향으로 이동 가능하도록 제공되는 기판을 포함하고,상기 층류 유도 가이드의 양측면은 외부 에어 유입 차단 커튼을 형성하도록 사용되는 한 쌍의 외부 차단막 형성 가이드인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 특징에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치는 액적 형태의 미스트를 발생 및 공급하는 미스트 공급 장치; Ox를 공급하는 Ox 공급 장치; 일측이 상기 미스트 공급 장치 및 상기 Ox 공급 장치와 각각 연결되며, 상기 미스트 및 상기 Ox가 각각 이격된 상태로 유입되어 미스트 층류 및 Ox 층류를 각각 형성하는 하부 층류 유도 가이드 및 상부 층류 유도 가이드로 구성되고, 타측이 상기 하부 층류 유도 가이드 및 상기 상부 층류 유도 가이드가 유체 연통되는 반응 공간을 구비하는 층류 유도 가이드; 상기 층류 유도 가이드의 상부에 제공되며, 상기 하부 층류 유도 가이드와 유체 연통되어 상기 미스트 중 미사용된 미스트를 배출하는 미스트 배기구; 상기 층류 유도 가이드의 상기 반응 공간의 전방 상부에 제공되며, 상기 반응 공간 내에서 미반응된 잔류 미스트 및 Ox를 배출하는 잔류 가스 배기구; 상기 반응 공간의 상부에 제공되며, 상기 반응 공간 내의 상기 Ox를 조사하도록 UV를 방출하는 UV 조사 장치; 및 상기 층류 유도 가이드의 하부에서 상기 층류 유도 가이드의 길이 방향과 평행한 방향으로 왕복 이동 가능하도록 제공되는 기판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 3 특징에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치는 액적 형태의 미스트를 발생 및 공급하는 미스트 공급 장치; Ox를 공급하는 Ox 공급 장치; 일측이 상기 미스트 공급 장치 및 상기 Ox 공급 장치와 각각 연결되며, 상기 미스트 및 상기 Ox가 각각 이격된 상태로 유입되어 미스트 층류 및 Ox 층류를 각각 형성하는 하부 층류 유도 가이드 및 상부 층류 유도 가이드로 구성되는 층류 유도 가이드; 상기 층류 유도 가이드의 전방 양측면에 제공되며, 상기 미스트 및 상기 Ox 중 미반응된 잔류 미스트 및 Ox를 배출하는 배기구; 상기 층류 유도 가이드의 상부에 제공되며, 상기 상부 층류 유도 가이드 내의 상기 Ox를 조사하도록 UV를 방출하는 UV 조사 장치; 및 상기 층류 유도 가이드의 하부에서 상기 층류 유도 가이드의 길이 방향과 평행한 방향으로 왕복 이동 가능하도록 제공되는 기판을 포함하고, 상기 하부 층류 유도 가이드 및 상기 상부 층류 유도 가이드는 각각 밀폐형 용기로 구성되며, 상기 하부 층류 유도 가이드의 하부면에는 상기 미스트가 분사되는 복수의 미스트 분사구가 일정 간격의 제 1 격자 패턴으로 형성되어 있고, 상기 상부 층류 유도 가이드의 하부면에는 상기 하부 층류 유도 가이드의 상기 하부면까지 수직으로 관통하며, 상기 Ox가 공급되는 복수의 Ox 분사 캐비티가 일정 간격의 제 2 격자 패턴으로 형성되어 있으며, 상기 하부 층류 유도 가이드의 하부면에서 상기 제 1 격자 패턴의 위치 및 상기 제 2 격자 패턴 위치가 서로 동일한 거리를 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 개선된 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치를 사용하면 다음과 같은 효과가 달성된다.
1. 층류 유도 가이드의 사용에 의해 각각의 층류 유도 가이드 내에서의 가스의 흐름 공간이 작아짐에 따라 각각의 층류 유도 가이드 내에서의 층류 형성이 현저하게 유리하고, 균일한 층류의 형성이 가능하다.
2. 층류 유도 가이드의 길이 방향의 양측 단부 부분에 에어를 공급하여, 형성된 층류의 양 측면에서 커튼 역할을 하도록 함으로써 가스가 외부로 유출되지 않고, 외부에서 유입되는 에어를 차단하여 층류 형성을 유지하며, 양질이 박막을 증착이 가능해진다.
3. 기판 상에 복수의 박막이 층별 적층 방식(layer by layer stack type)으로 증착될 수 있으므로, 원하는 막박의 두께를 임의로 조절할 수 있다.
4. 기판이 연속적으로 공급될 수 있으므로, 기판 상에 CVD를 이용한 박막 증착이 인라인(inline) 방식으로 수행이 가능해진다.
5. 층류 유도 가이드를 이용하여 현장에서(In-situ) 미스트와 Ox의 유입 공정 및 UV 경화 공정의 동시 수행이 가능하여, 증착 시간 및 그에 따른 전체 공정 시간(tact time)이 현저하게 감소된다.
6. 층류 유도 가이드 상부에 제공되는 UV 램프의 파장을 원하는 파장으로 변경함으로써, 요구되는 증착 박막의 두께 별로 양질의 박막을 얻기 위한 최적의 상이한 UV 파장의 변경 사용이 현장에서 매우 용이하고 간편하게 달성될 수 있다.
7. 층류 유도 가이드의 폭 넓이를 조절하여 미스트와 Ox 반응 시간 조절 및 UV 조사 시간의 조절이 가능하다.
8. UV 램프 대신 또는 UV 램프와 함께 플라즈마 장치의 변경 사용이 필요한 경우에도, 매우 간단하게 변경 사용이 가능하다.
본 발명의 추가적인 장점은 동일 또는 유사한 참조번호가 동일한 구성요소를 표시하는 첨부 도면을 참조하여 이하의 설명으로부터 명백히 이해될 수 있다.
도 1a는 종래 기술 논문에 따른 미세 채널 타입의 미스트 CVD 시스템의 개략도를 도시한 도면이다.
도 1b는 종래 기술 논문에 따른 미세 채널 타입의 미스트 CVD 시스템의 실제 구현예를 도시한 사진이다.
도 1c는 종래 기술 논문에 따른 미세 채널 타입의 미스트 CVD 시스템의 반응 유닛의 사시도를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치의 개략적인 사시도를 도시한 도면이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치의 가스 주입부의 개략적인 사시도를 도시한 도면이다.
도 2c는 도 2a에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치의 개략적인 상부 단면도를 도시한 도면이다.
도 2d는 도 2a 내지 도 2c에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치의 제 1 구현 예시의 개략적인 측단면도를 도시한 도면이다.
도 2e는 도 2a 내지 도 2c에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치의 제 2 구현 예시의 개략적인 측단면도를 도시한 도면이다.
도 2f는 도 2a 내지 도 2c에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치의 제 3 구현 예시의 개략적인 측단면도를 도시한 도면이다.
도 2g는 도 2a 내지 도 2c에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치를 사용하여 기판 상에 증착된 박막의 단면도를 도시한 도면이다.
도 2h는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치의 개략적인 측단면도를 도시한 도면이다.
도 2i는 도 2h에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치의 개략적인 상면도를 도시한 도면이다.
도 2j는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치의 개략적인 측단면도를 도시한 도면이다.
도 2k는 도 2j에 도시된 본 발명의 제 3 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치의 개략적인 상면도를 도시한 도면이다.
도 2l은 본 발명의 도 2a 내지 도 2g에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치를 사용하여 얻어진 InOx 박막의 면저항 측정 결과 그래프이다.
이하에서 본 발명의 실시예 및 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 기술한다.
도 2a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치의 개략적인 사시도를 도시한 도면이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치의 가스 주입부의 개략적인 사시도를 도시한 도면이며, 도 2c는 도 2a에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치의 개략적인 상부 단면도를 도시한 도면이고, 도 2d는 도 2a 내지 도 2c에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치의 제 1 구현 예시의 개략적인 측단면도를 도시한 도면이며, 도 2e는 도 2a 내지 도 2c에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치의 제 2 구현 예시의 개략적인 측단면도를 도시한 도면이고, 도 2f는 도 2a 내지 도 2c에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치의 제 3 구현 예시의 개략적인 측단면도를 도시한 도면이며, 도 2g는 도 2a 내지 도 2c에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치를 사용하여 기판 상에 증착된 박막의 단면도를 도시한 도면이다.
도 2a 내지 도 2g를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치(200)는 액적 형태의 미스트를 발생 및 공급하는 미스트 공급 장치(미도시); Ox를 공급하는 Ox 공급 장치(미도시); 내부 차단막 가스를 공급하는 내부 차단막 가스 공급 장치(미도시); 외부 차단막 가스를 공급하는 외부 차단막 가스 공급 장치(미도시); 상기 미스트 공급 장치, 상기 Ox 공급 장치, 상기 내부 차단막 가스 공급 장치, 및 상기 외부 차단막 공급 장치와 각각 연결되며, 상기 미스트, 상기 Ox, 및 상기 내부 차단막 가스, 및 상기 외부 차단막 가스가 각각 유입되는 가스 주입 부재(210); 일측 단부가 상기 가스 주입 부재(210)와 연결되는 미세 채널 노즐(220); 상기 미세 채널 노즐(220)의 타측 단부 측에 제공되는 배기구(240); 상기 미세 채널 노즐(220)의 상부에 제공되며, 상기 층류 유도 가이드(230)를 통과하는 상기 Ox 및 상기 내부 차단막 가스를 조사하도록 UV(자외선)를 방출하는 UV 조사 장치(250); 및 상기 층류 유도 가이드(230)의 하부에서 상기 층류 유도 가이드(230)와 수직한 방향으로 이동 가능하도록 제공되는 기판(260)을 포함하고, 상기 미세 채널 노즐(220)은 상기 미스트, 상기 Ox, 및 상기 내부 차단막 가스가 각각 층류를 형성하도록 제공되는 층류 유도 가이드(230)를 구비하되, 상기 층류 유도 가이드(230)의 양측면은 외부 에어 유입 차단 커튼을 형성하도록 사용되는 한 쌍의 외부 차단막 형성 가이드(232)인 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치(200)는 상기 미세 채널 노즐(220)의 하부에 제공되는 히터(222)를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 제 1 실시예에 사용되는 층류 유도 가이드(230)는 UV 조사 장치(250)에서 방출되는 UV(자외선)가 잘 투과될 수 있는 재질인 쿼츠(quartz) 또는 네오 세라믹(neo ceramic)으로 구현되는 것이 바람직하다.
또한, 본 명세서에서 용어 Ox는 산소(O2) 또는 오존(O3)을 의미하고, 내부 및 외부 차단막 가스는 각각, 예를 들어, 질소(N2), 아르콘(Ar), Ox, 및 에어 중 어느 하나를 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니라는 점에 유의하여야 한다.
이하에서는, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치(200)의 구체적인 구성 및 동작을 상세히 기술한다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치(200)는 미스트 공급 장치(미도시); Ox 공급 장치(미도시); 내부 차단막 가스 공급 장치(미도시); 외부 차단막 공급 장치(미도시)를 포함한다. 본 발명에 사용되는 미스트 공급 장치(미도시)는 초음파 발생기에 의해 용액 탱크 내에 함유된 용액을 진동시켜 미스트 액적(mist droplets)을 발생시킨 후 캐리어 가스(예를 들어, N2)를 이용하여 가스 주입 부재(210)을 통해 미세 채널 노즐(220)로 공급하는 장치로 상술한 종래 기술의 미스트 공급 유닛과 실질적으로 동일한 장치로 구현될 수 있다. 또한, Ox 공급 장치(미도시), 내부 차단막 가스 공급 장치(미도시), 및 외부 차단막 가스 공급 장치(미도시)도 각각, Ox, 내부 차단막 가스, 및 외부 차단막 가스를 공급하는 공지의 장치로 구성될 수 있다. 이 경우, 내부 차단막 가스와 외부 차단막 가스가 동일한 경우(예를 들어, Ox 또는 N2인 경우)에는 하나의 차단막 공급 장치를 사용할 수 있으며, 만일 내부 차단막 가스와 외부 차단막 가스가 상이한 경우에는 내부 차단막 가스 공급 장치 및 외부 차단막 가스 공급 장치가 별개의 장치로 제공될 수 있다.
상술한 미스트 공급 장치, Ox 공급 장치, 내부 차단막 가스 공급 장치, 및 외부 차단막 가스 공급 장치는 각각 예를 들어 각각의 공급 유로(미도시)를 통해 가스 주입 부재(210)와 연결된다. 본 명세서에서, 상술한 미스트, Ox, 내부 차단막 가스, 및 외부 차단막 가스의 각각 또는 임의의 조합은 필요에 따라 가스로 통칭하여 지칭될 수 있다는 점에 유의하여야 한다. 이를 위해, 가스 주입 부재(210)는 도 2a에 도시된 바와 같이, 각각의 가스에 대해 상이한 주입구와 연결되어야 한다. 즉, 미스트 공급 장치는 가스 주입 부재(210)의 전방에 제공되는 미스트 주입구(212)와 연결되고, Ox 공급 장치는 가스 주입 부재(210)의 전방에 제공되는 Ox 주입구(214)와 연결되며, 내부 차단막 가스 공급 장치는 가스 주입 부재(210)의 전방에 제공되는 내부 차단막 가스 주입구(216)와 연결되고, 외부 차단막 가스 공급 장치는 가스 주입 부재(210)의 전방에 제공되는 외부 차단막 가스 주입구(218)와 각각 연결된다.
다시 도 2a 내지 도 2g를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에서는, 가스 주입 부재(210)에는 그 길이 방향(즉, 가로 폭 방향)을 따라 기판(260)의 이동 방향(도 2b의 경우, 상부에서 하부 방향)을 기준으로 미스트 주입구(212), Ox 주입구(214), 및 내부 차단막 가스 주입구(216)가 각각 이들의 순서대로 복수개가 연속적으로 제공되어 있다. 또한, 도 2a에 도시된 본 발명의 실시예에서는, 미스트 주입구(212), Ox 주입구(214), 및 내부 차단막 가스 주입구(216)가 수직 방향으로 서로 단차(step)를 가지면 제공되는 것으로 예시되어 있지만, 이는 이들 미스트 주입구(212), Ox 주입구(214), 및 내부 차단막 가스 주입구(216)를 미스트 공급 장치, Ox 공급 장치, 및 내부 차단막 가스 공급 장치 각각과의 연결의 편의성을 고려하여 설계된 것이다. 따라서, 당업자라면 이들 미스트 주입구(212), Ox 주입구(214), 및 내부 차단막 가스 주입구(216)가 동일한 수직 높이에서 동일한 형태로 제공될 수 있다는 점을 충분히 이해할 수 있을 것이다. 또한, 외부 차단막 가스 에어 주입구(218)는 가스 주입 부재(210)의 양측 단부에 제공되어 있다.
상술한 바와 같이 미스트 공급 장치, Ox 공급 장치, 내부 차단막 가스 공급 장치, 및 외부 차단막 가스 공급 장치에서 공급되는 미스트, Ox, 내부 차단막 가스, 및 외부 차단막 가스는 각각 가스 주입 부재(210) 내에 제공되는 복수의 미스트 주입구(212), 복수의 Ox 주입구(214), 복수의 내부 차단막 가스 주입구(216), 및 한 쌍의 외부 차단막 가스 주입구(218)를 통해 일측 단부가 가스 주입 부재(210)와 연결되어 있는 미세 채널 노즐(220) 내로 주입된다. 그 후, 미스트, Ox, 및 내부 차단막 가스는 미세 채널 노즐(220) 내부에 제공되는 층류 유도 가이드(230)를 따라 이동하면서 각각의 층류(즉, 미스트 층류, Ox 층류, 및 내부 차단막 가스 층류)를 형성하고, 또한 외부 차단막 가스는 층류 유도 가이드(230)의 양 측면에 제공되는 한 쌍의 외부 차단막 형성 가이드(232)를 통해 외부 차단막 커튼을 형성한다. 이 경우, 층류 유도 가이드(230) 및 한 쌍의 외부 차단막 형성 가이드(232)의 양단 중 가스가 유입되는 유입구 부분의 압력(P1)이 가스가 유출되는 유출구 부분의 압력(P2)보다 높아, 가스는 유입구 부분에서 유출구 부분으로 이동한다.
그 후, 기판(260)이 가스 주입 부재(210)의 길이 방향을 따라 층류 유도 가이드(230) 하부에서 도 2b에 도시된 바와 같은 화살표 방향을 따라 이동한다. 그에 따라, 기판(260)의 상부면에 층류 유도 가이드(230)를 통해 미스트가 공급되어 기판(260) 상에 스프레이된다. 그 후, 기판(260)이 계속 이동하면서 기판의 상부면에 공급된 미스트 상에 Ox가 공급되고, 기판(260) 상에 스프레이된 미스트와 Ox가 반응하여 기판(260) 상에 미스트의 박막 증착 공정이 수행된다. 이 때, 미세 채널 노즐(220)의 상부에 제공되는 UV 조사 장치(250)로부터 방출되는 UV는 Ox 공급과 동시에 조사된다. 그에 따라 UV 조사가 박막 증착과 동시에 이루어지므로, 층류 유도 가이드(230)를 통해 공급되는 Ox가 분해됨으로써 기판(260) 상에 스프레이된 미스트와의 반응 효율이 높아지고, 궁극적으로 후술하는 도 2l에서 알 수 있는 바와 같이 기판(260) 상에 증착된 박막의 저항을 감소시킨다. 또한, 상술한 증착 공정이 진행되는 동안 내부 차단막 가스 주입구(216)로부터 층류 유도 가이드(230)를 통해 공급되는 내부 차단막 가스에 의해 증착 공정에 사용되는 미스트 및 Ox가 외부로 유출되지 않도록 차단한다. 이 경우, 내부 차단막 가스는 예를 들어, 질소(N2) 또는 Ox가 사용될 수 있으며, UV 조사 장치(250)에 의해 UV 조사가 이루어진다. 만일 내부 차단막 가스로 Ox가 사용되는 경우, Ox는 미스트 및 Ox가 외부로 유출되지 않도록 차단하는 내부 차단막 커튼을 형성할 뿐만 아니라, 동시에 UV 조사에 의해 미스트 및 Ox의 반응 효율을 추가적으로 제공하여, 신속한 박막 형성을 가능하게 할 수 있다.
그 후, 기판(260)이 계속 두 번째 내지 네 번째 미스트 주입구(212), 두 번째 내지 네 번째 Ox 주입구(214), 및 두 번째 내지 네 번째 내부 차단막 가스 주입구(216) 방향으로 이동함에 따라, 상술한 바와 같은 미스트 공급에 따른 기판(260) 상의 미스트 스프레이, Ox 공급, 기판(260) 상에 스프레이된 미스트 및 Ox 반응에 따른 두 번째 내지 네 번째 박막 증착 공정이 계속 수행된다. 그 결과, 도 2a 내지 도 2c에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에서는, 도 2g에 도시된 바와 같이 기판(260) 상에 4개의 박막(즉, 제 1 박막 내지 제 4 박막(262a,262b,262c,262d))이 층별 적층 방식(layer by layer stack type)으로 증착된다.
한편, 도 2a 및 도 2b의 경우, 층류 유도 가이드(230)가 각각 4개의 미스트 주입구(212), 4개의 Ox 주입구(214), 및 4개의 내부 차단막 가스 주입구(216)를 구비하여 4개의 박막이 증착되는 것으로 예시적으로 도시되어 있지만, 당업자라면 요구되는 박막의 두께에 따라 미스트 주입구, Ox 주입구, 및 내부 차단막 가스 주입구의 수의 증감이 가능하고 그에 따라 대응되는 층류 유도 가이드(230)의 사이즈도 가변적으로 제공될 수 있다는 점에 유의하여야 한다.
또한, 본 발명의 제 1 실시예에서는 후술하는 구체적인 예시에서 상세히 기술되는 바와 같이, 하나의 기판(260)에 대한 증착 공정이 완료되면 후속 기판(260)이 연속적으로 공급될 수 있으므로, 기판(260) 상에 CVD를 이용한 박막 증착이 인라인(inline) 방식으로 수행될 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 기판(260) 상에 박막 증착 공정이 수행되는 동안, 외부 차단막 가스 공급 장치로부터 외부 차단막 가스 주입구(218)를 통해 주입된 외부 차단막 가스가 한 쌍의 차단막 형성 가이드(232) 내에서 외부 차단막 커튼을 형성한다. 그에 따라, 외부 차단막 커튼은 박막 증착 공정 시에 가스(미스트 및 Ox)가 미세 채널 노즐(220)의 외부로 유출되지 않도록 방지함은 물론 미세 채널 노즐(220)의 외부에서 내부로 에어가 유입되는 것을 차단함으로써, 미스트 및 Ox의 양호한 층류 형성 및 안정된 반응 공정이 유지될 수 있고, 그에 따라 양질의 박막 형성이 가능해진다.
그 후, 박막 증착 공정이 완료되면 미세 채널 노즐(220)의 타측 단부 측에 제공되는 배기구(240)를 통해 미반응된 잔류 미스트 및 Ox와 사용된 내부 및 외부 차단막 가스가 배기된다.
상술한 본 발명의 제 1 실시예에서는, 미스트, Ox, 및 내부 차단막 가스의 흐름(flow)이 각각 층류 유도 가이드(230)를 구성하며, 각각이 좁은 공간을 구비한 복수의 가이드 부분 내에서 형성되므로, 종래 기술에 비해 층류 형성이 매우 용이하고 양호하게 이루어질 수 있으며, 그에 따라 양질의 박막 형성이 추가적으로 가능해진다.
이하에서는, 상술한 본 발명의 제 1 실시예의 구체적인 구현 예시를 상세히 설명한다.
먼저, 도 2d를 도 2a 내지 도 2c와 함께 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치(200)의 제 1 구현 예시에서는, 미세 채널 노즐(220)의 상부에 제공되는 UV 조사 장치(250)가 층류 유도 가이드(230) 중 Ox가 공급되는 가이드 부분 및 내부 차단막 가스가 공급되는 가이드 부분의 양자의 상부에 각각 복수개로 제공되고, 층류 유도 가이드(230)와 한 쌍의 외부 차단막 형성 가이드(232)가 일체형으로 구현되며, 기판(260)이, 예를 들어, 컨베이어 벨트와 같은 이송 장치(270)에 의해 이송될 수 있다.
또한, 도 2e를 도 2a 내지 도 2c와 함께 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치(200)의 제 2 구현 예시에서는, 미세 채널 노즐(220)의 상부에 제공되는 UV 조사 장치(250)가 한 쌍의 외부 차단막 형성 가이드(232)를 포함한 층류 유도 가이드(230)의 상부 전체에 걸쳐 하나의 UV 조사 장치(250)로 제공되되, UV 조사 장치(250)로부터 방출되는 UV가 층류 유도 가이드(230) 내를 통과하는 미스트 상에 조사되지 않도록 상기 층류 유도 가이드(230)와 상기 UV 조사 장치(250) 사이에 UV를 차단하기 위한 UV 차단 부재(252)를 추가로 포함한다. 또한, 층류 유도 가이드(230)와 한 쌍의 외부 차단막 형성 가이드(232)가 일체형으로 구현되고, 미세 채널 노즐(220)의 하부에는 히터(222)가 제공될 수 있다. 이러한 히터(222)는 상술한 바와 같은 미스트와 Ox의 증착 공정 후 열처리 공정에도 사용될 수 있다. 이러한 히터(222)에 의한 열처리 공정은 후술하는 도 2l에 도시된 바와 같이 형성된 박막의 저항 특성이 낮아지는 바람직한 결과를 보여준다. 이 경우, 기판(260)은, 예를 들어, 복수의 바 타입 롤(bar type roll)의 회전을 이용한 롤 컨베이어와 같은 이송 장치(미도시)에 의해 연속적으로 이송 및 공급될 수 있다.
또한, 도 2f를 도 2a 내지 도 2c와 함께 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치(200)의 제 3 구현 예시에서는, 미세 채널 노즐(220)의 상부에 제공되는 UV 조사 장치(250)가 층류 유도 가이드(230) 중 내부 차단막 가스가 공급되는 가이드 부분의 상부에 각각 복수개로 제공되고, Ox가 공급되는 가이드 부분의 상부에는 각각 복수개의 플라즈마 장치(251)가 제공된다. 또한, 층류 유도 가이드(230)가 Ox를 제외한 미스트 및 내부 차단막 가스가 공급되는 부분에만 제공된다. 이 경우, 기판(260)은, 예를 들어, 복수의 바 타입 롤(bar type roll)의 회전을 이용한 롤 컨베이어와 같은 이송 장치(미도시)에 의해 연속적으로 이송 및 공급될 수 있다. 즉, 상술한 도 2f에 도시된 제 3 예시에서는, Ox가 층류 유도 가이드(230) 내를 통과하면서, 도 2d 및 도 2e에 도시된 UV 조사 장치(250) 대신 플라즈마 장치(251)에 의해 Ox의 분해 효율이 더욱 높아져 더욱 양호한 증착 반응이 가능해지므로, 박막 형성 시간이 추가적으로 감소될 수 있다.
도 2h는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치의 개략적인 측단면도를 도시한 도면이고, 도 2i는 도 2h에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치의 개략적인 상면도를 도시한 도면이다.
도 2h 및 도 2i를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치(200)는 액적 형태의 미스트를 발생 및 공급하는 미스트 공급 장치(미도시); Ox를 공급하는 Ox 공급 장치(미도시); 일측이 상기 미스트 공급 장치 및 상기 Ox 공급 장치와 각각 연결되며, 상기 미스트 및 상기 Ox가 각각 이격된 상태로 유입되어 미스트 층류 및 Ox 층류를 각각 형성하는 하부 층류 유도 가이드(230a) 및 상부 층류 유도 가이드(230b)로 구성되고, 타측이 상기 하부 층류 유도 가이드(230a) 및 상기 상부 층류 유도 가이드(230b)가 유체 연통되는 반응 공간(230c)을 구비하는 층류 유도 가이드(230); 상기 층류 유도 가이드(230)의 상부에 제공되며, 상기 하부 층류 유도 가이드(230a)와 유체 연통되어 상기 미스트 중 미사용된 미스트를 배출하는 미스트 배기구(240a); 상기 층류 유도 가이드(230)의 상기 반응 공간(230c)의 전방 상부에 제공되며, 상기 반응 공간(230c) 내에서 미반응된 잔류 미스트 및 Ox를 배출하는 잔류 가스 배기구(240b); 상기 반응 공간(230c)의 상부에 제공되며, 상기 반응 공간(230c) 내의 상기 Ox를 조사하도록 UV를 방출하는 UV 조사 장치(250); 및 상기 층류 유도 가이드(230)의 하부에서 상기 층류 유도 가이드(230)의 길이 방향과 평행한 방향으로 왕복 이동 가능하도록 제공되는 기판(260)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 본 발명의 제 2 실시예에서는, 층류 유도 가이드(230)가 도 2a 내지 도 2c에 도시된 상술한 제 1 실시예의 층류 유도 가이드(230)의 기능과 함께 미세 채널 노즐(220) 자체의 기능을 갖는다는 점에 유의하여야 한다.
또한, 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치(200)는 상기 층류 유도 가이드(230)의 하부에 제공되는 히터(222)를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 제 2 실시예에 사용되는 층류 유도 가이드(230)는 UV 조사 장치(250)에서 방출되는 UV(자외선)가 잘 투과될 수 있는 재질인 쿼츠(quartz) 또는 네오 세라믹(neo ceramic)으로 구현되는 것이 바람직하다.
이하에서는, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치(200)의 구체적인 구성 및 동작을 상세히 기술한다.
도 2h 및 도 2i를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치(200)는 미스트 공급 장치(미도시) 및 Ox 공급 장치(미도시)를 포함한다. 본 발명에 사용되는 미스트 공급 장치(미도시)는 초음파 발생기에 의해 용액 탱크 내에 함유된 용액을 진동시켜 미스트 액적(mist droplets)을 발생시킨 후 캐리어 가스(예를 들어, N2)를 이용하여 가스 주입 부재(210)을 통해 미세 채널 노즐(220)로 공급하는 장치로 상술한 종래 기술의 미스트 공급 유닛과 실질적으로 동일한 장치로 구현될 수 있다. 또한, Ox 공급 장치(미도시)도 Ox를 공급하는 공지의 장치로 구성될 수 있다.
상술한 미스트 공급 장치 및 Ox 공급 장치는 각각 예를 들어 각각의 공급 유로(미도시)를 통해 하부 층류 유도 가이드(230a) 및 상부 층류 유도 가이드(230b)와 연결된다. 그에 따라, 미스트는 미스트 공급 장치로부터 캐리어 가스(예를 들어, N2)와 함께 하부 층류 유도 가이드(230a) 내로 직접 유입되고, Ox는 Ox 공급 장치로부터 상부 층류 유도 가이드(230b) 내로 직접 유입된다. 이와 동시에, 기판(260)이 층류 유도 가이드(230)의 하부에서 층류 유도 가이드(230)의 길이 방향(즉, 미스트 및 Ox 공급 방향과 평행한 방향으로, 도 2h의 경우, 좌측에서 우측 방향)을 따라 이동한다. 그에 따라, 하부 층류 유도 가이드(230a)를 따라 미스트 층류를 형성하도록 유입된 유입된 미스트가 기판(260) 상부에 스프레이되고, 기판(260) 상에 스프레이되지 않은 미스트는 미스트 배기구(240a)를 통해 배기된다.
그 후, 기판(260)이 계속 이동하여 반응 공간(230c) 내로 진입하면, 상부 층류 유도 가이드(230b)를 따라 Ox 층류를 형성하도록 유입된 Ox가 반응 공간(230c) 내로 이동한 후, 기판(260) 상에 스프레이된 미스트와 반응하여 기판(260) 상에서 미스트의 박막 증착 공정이 수행된다. 이 때, 반응 공간(230c)의 상부에 제공되는 UV 조사 장치(250)로부터 방출되는 UV는 Ox에 조사된다. 그에 따라, UV 조사가 박막 증착과 동시에 이루어져 반응 공간(230c) 내의 Ox가 분해됨으로써 미스트와의 반응 효율이 높아지므로 신속한 박막 형성을 가능하게 할 수 있다.
그 후, 박막 증착 공정이 완료되면 반응 공간(230c)의 전방 상부에 제공되는 잔류 가스 배기구(240b)를 통해 반응 공간(230c) 내에서 미반응된 미스트 및 Ox가 배출된다. 그 결과, 기판(260) 상에는, 예를 들어, 상술한 도 2g에 도시된 바와 같은 제 1 박막(262a)이 형성될 수 있다.
한편, 상기 본 발명의 제 2 실시예에서는, 층류 유도 가이드(230)의 하부에 히터(222)가 추가적으로 제공될 수 있다. 이러한 히터(222)는 반응 공간(230c) 내에서 기판(260) 상에 스프레이된 미스트와 Ox의 증착 공정 후 열처리 공정에 사용될 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 제 2 실시예에서, 기판(260)은, 예를 들어, 도 2d에 도시된 바와 같은 컨베이어 벨트(270)에 의해 또는 히터(222)를 사용하는 경우에는 복수의 바 타입 롤(bar type roll)의 회전을 이용한 롤 컨베이어와 같은 이송 장치(미도시)에 의해 연속적으로 이송 및 공급될 수 있다.
상술한 바와 같이, 기판(260) 상에 제 1 박막(262a)이 증착 형성된 후, 기판(260)이 역방향(도 2h의 경우, 우측에서 좌측 방향)으로 이동한다. 그에 따라, 기판(260)이 좌측 단부가 반응 공간(230c) 내로 진입하여 제 1 박막(262a) 상에 Ox가 먼저 공급되고, 하부 층류 유도 가이드(230a) 하부를 따라 계속 이동하면서 미스트가 스프레이된다.
그 후, 다시 기판(260)이 역방향(도 2h의 경우, 좌측에서 우측 방향)으로 이동한다. 그에 따라, 기판(260)이 우측 단부가 하부 층류 유도 가이드(230a)의 하부에서 반응 공간(230c)을 따라 계속 이동하면서, 상술한 제 1 박막(262a)의 증착 공정과 동일한 방식으로 제 2 박막(262b)(상기 도 2g 참조)의 증착 공정이 수행된다.
그 후, 상술한 동작을 반복함에 따라 도 2g에 도시된 바와 같이 기판(260) 상에 제 3 박막(262c) 및 제 4 박막(262d)이 순차적으로 적층되어, 기판(260)의 왕복 횟수에 대응하는 수의 박막(예를 들어, 기판(260)이 4회 왕복 시, 도 2g에 도시된 바와 같이 기판(260) 상에 4개의 박막(즉, 제 1 박막 내지 제 4 박막(262a,262b,262c,262d))이 층별 적층 방식(layer by layer stack type)으로 증착된다.
도 2j는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치의 개략적인 측단면도를 도시한 도면이고, 도 2k는 도 2j에 도시된 본 발명의 제 3 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치의 개략적인 상면도를 도시한 도면이다.
도 2j 및 도 2k를 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치(200)는 액적 형태의 미스트를 발생 및 공급하는 미스트 공급 장치(미도시); Ox를 공급하는 Ox 공급 장치(미도시); 일측이 상기 미스트 공급 장치 및 상기 Ox 공급 장치와 각각 연결되며, 상기 미스트 및 상기 Ox가 각각 이격된 상태로 유입되어 미스트 층류 및 Ox 층류를 각각 형성하는 하부 층류 유도 가이드(230a) 및 상부 층류 유도 가이드(230b)로 구성되는 층류 유도 가이드(230); 상기 층류 유도 가이드(230)의 전방 양측면에 제공되며, 상기 미스트 및 상기 Ox 중 미반응된 잔류 미스트 및 Ox를 배출하는 배기구(240); 상기 층류 유도 가이드(230)의 상부에 제공되며, 상기 상부 층류 유도 가이드(230b) 내의 상기 Ox를 조사하도록 UV를 방출하는 UV 조사 장치(250); 및 상기 층류 유도 가이드(230)의 하부에서 상기 층류 유도 가이드(230)의 길이 방향과 평행한 방향으로 왕복 이동 가능하도록 제공되는 기판(260)을 포함하고, 상기 하부 층류 유도 가이드(230a) 및 상부 층류 유도 가이드(230b)는 각각 밀폐형 용기로 구성되며, 상기 하부 층류 유도 가이드(230a)의 하부면에는 상기 미스트가 분사되는 복수의 미스트 분사구(234)가 일정 간격의 제 1 격자 패턴으로 형성되어 있고, 상기 상부 층류 유도 가이드(230b)의 하부면에는 상기 하부 층류 유도 가이드(230a)의 상기 하부면까지 수직으로 관통하며, 상기 Ox가 공급되는 복수의 Ox 분사 캐비티(236)가 일정 간격의 제 2 격자 패턴으로 형성되어 있으며, 상기 하부 층류 유도 가이드(230a)의 하부면에서 상기 제 1 격자 패턴의 위치 및 상기 제 2 격자 패턴 위치가 서로 동일한 거리를 유지하는 것을 특징으로 한다.
상술한 본 발명의 제 3 실시예에서는, 층류 유도 가이드(230)가 도 2a 내지 도 2c에 도시된 상술한 제 1 실시예의 층류 유도 가이드(230)의 기능과 함께 미세 채널 노즐(220) 자체의 기능을 갖는다는 점에 유의하여야 한다.
또한, 상기 본 발명의 제 3 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치(200)는 상기 층류 유도 가이드(230)의 하부에 제공되는 히터(222)를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 제 3 실시예에 사용되는 층류 유도 가이드(230)는 UV 조사 장치(250)에서 방출되는 UV(자외선)가 잘 투과될 수 있는 재질인 쿼츠(quartz) 또는 네오 세라믹(neo ceramic)으로 구현되는 것이 바람직하다.
이하에서는, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치(200)의 구체적인 구성 및 동작을 상세히 기술한다.
도 2j 및 도 2k를 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치(200)는 미스트 공급 장치(미도시) 및 Ox 공급 장치(미도시)를 포함한다. 본 발명에 사용되는 미스트 공급 장치(미도시)는 초음파 발생기에 의해 용액 탱크 내에 함유된 용액을 진동시켜 미스트 액적(mist droplets)을 발생시킨 후 캐리어 가스(예를 들어, N2)를 이용하여 가스 주입 부재(210)을 통해 미세 채널 노즐(220)로 공급하는 장치로 상술한 종래 기술의 미스트 공급 유닛과 실질적으로 동일한 장치로 구현될 수 있다. 또한, Ox 공급 장치(미도시)도 Ox를 공급하는 공지의 장치로 구성될 수 있다.
상술한 미스트 공급 장치 및 Ox 공급 장치는 각각 예를 들어 각각의 공급 유로(미도시)를 통해 하부 층류 유도 가이드(230a) 및 상부 층류 유도 가이드(230b)와 연결된다. 그에 따라, 미스트는 미스트 공급 장치로부터 캐리어 가스(예를 들어, N2)와 함께 하부 층류 유도 가이드(230a) 내로 직접 유입되고, Ox는 Ox 공급 장치로부터 상부 층류 유도 가이드(230b) 내로 직접 유입된다. 이와 동시에, 기판(260)이 층류 유도 가이드(230)의 하부에서 층류 유도 가이드(230)의 길이 방향(즉, 미스트 및 Ox 공급 방향과 평행한 방향으로, 도 2i의 경우, 좌측에서 우측 방향)을 따라 이동한다. 그에 따라, 하부 층류 유도 가이드(230a)를 따라 미스트 층류를 형성하도록 유입된 미스트가 하부 층류 유도 가이드(230a)의 하부면 상에 형성된 복수의 미스트 분사구(234)를 통해 기판(260) 상에 스프레이된다. 이와 동시에, 상부 층류 유도 가이드(230b)를 따라 Ox 층류를 형성하도록 유입된 Ox가 상부 층류 유도 가이드(230b)의 하부면까지 수직 방향으로 형성된 복수의 Ox 분사 캐비티(236)를 통해 기판(260) 상으로 공급되어, 기판(260) 상에 스프레이된 미스트와 반응하여 기판(260) 상에서 미스트의 박막 증착 공정이 수행된다. 이 때, 상부 층류 유도 가이드(230b)를 따라 공급되는 Ox에 UV 조사 장치(250)로부터 방출되는 UV가 조사된다. 그에 따라, UV 조사가 박막 증착과 동시에 이루어져 상부 층류 유도 가이드(230b) 내의 Ox가 분해됨으로써 미스트와의 반응 효율이 높아지므로 신속한 박막 형성을 가능하게 할 수 있다. 그 후, 박막 증착 공정이 완료되면 층류 유도 가이드(230)의 전방 양측면에 제공되는 배기구(240)를 통해 박막 증착 공정 도중 미반응된 미스트 및 Ox가 배출된다. 그 결과, 기판(260) 상에는, 예를 들어, 상술한 도 2g에 도시된 바와 같은 제 1 박막(262a)이 형성될 수 있다.
한편, 상기 본 발명의 제 3 실시예에서는, 층류 유도 가이드(230)의 하부에 히터(222)가 추가적으로 제공될 수 있다. 이러한 히터(222)는 하부 층류 유도 가이드(230a)의 하부에서 기판(260) 상에 스프레이된 미스트와 Ox의 증착 공정 후 열처리 공정에 사용될 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 제 3 실시예에서, 기판(260)은, 예를 들어, 도 2d에 도시된 바와 같은 컨베이어 벨트(270)에 의해 또는 히터(222)를 사용하는 경우에는 복수의 바 타입 롤(bar type roll)의 회전을 이용한 롤 컨베이어와 같은 이송 장치(미도시)에 의해 연속적으로 이송 및 공급될 수 있다.
상술한 바와 같이, 기판(260) 상에 제 1 박막(262a)이 증착 형성된 후, 기판(260)이 역방향(도 2i의 경우, 우측에서 좌측 방향)으로 이동한다. 그에 따라, 기판(260)이 좌측 단부가 하부 층류 유도 가이드(230a)의 하부에서 이동하면서, 제 1 박막(262a) 상에 Ox가 먼저 공급되고, 미스트가 스프레이된다.
그 후, 다시 기판(260)이 역방향(도 2i의 경우, 좌측에서 우측 방향)으로 이동한다. 그에 따라, 기판(260)이 우측 단부가 하부 층류 유도 가이드(230a)의 하부에서 계속 우측으로 이동하면서, 상술한 제 1 박막(262a)의 증착 공정과 동일한 방식으로 제 2 박막(262b)(상기 도 2g 참조)의 증착 공정이 수행된다.
그 후, 상술한 동작을 반복함에 따라 도 2g에 도시된 바와 같이 기판(260) 상에 제 3 박막(262c) 및 제 4 박막(262d)이 순차적으로 적층되어, 기판(260)의 왕복 횟수에 대응하는 수의 박막(예를 들어, 기판(260)이 4회 왕복 시, 도 2g에 도시된 바와 같이 기판(260) 상에 4개의 박막(즉, 제 1 박막 내지 제 4 박막(262a,262b,262c,262d))이 층별 적층 방식(layer by layer stack type)으로 증착된다.
도 2l은 본 발명의 도 2a 내지 도 2g에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치를 사용하여 얻어진 InOx 박막의 면저항 측정 결과 그래프이다.
도 2l을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치(200)를 사용하여 다양한 조건 하에서 InOx 박막을 형성한 후 얻어진 박막에 대한 면저항을 측정하였다.
도 2l에 도시된 그래프에서, 가로축은 AS 증착(아무런 처리를 하지 않은 조건하에서의 수행된 기준(reference) 증착), AS+UV 증착(미스트 증착 시 UV 조사를 수행한 증착), N2 증착(캐리어 가스로 N2를 사용하여 미스트를 공급하고 내부 차단막 가스로 N2를 사용하면서 AS 증착 후 히터(222)를 사용하여 열처리 수행), O2 증착(캐리어 가스로 O2를 사용하여 미스트를 공급하고 내부 차단막 가스로 N2를 사용하면서, AS 증착 후 히터(222)를 사용하여 열처리 수행), N2+UV 증착(캐리어 가스로 N2를 사용하여 미스트를 공급하고 내부 차단막 가스로 N2를 사용하면서, Ox에 UV를 조사하여 증착 후 UV를 계속 조사하면서 히터(222)를 사용하여 열처리 수행), 및 O2+UV 증착(캐리어 가스로 O2를 사용하여 미스트를 공급하고 내부 차단막 가스로 N2를 사용하면서, Ox에 UV를 조사하여 증착 후 UV를 계속 조사하면서 히터(222)를 사용하여 열처리 수행)에 의해 각각 얻어진 InOx 박막이 표시되어 있고, 세로축에는 가로축에서 각각의 조건하에서 얻어진 각각의 InOx 박막의 면저항 값이 표시되어 있다.
상기 도 2l에 도시된 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, As 증착에 비해, AS+UV 증착, N2 증착, O2 증착, N2+UV 증착, 및 O2+UV 증착의 각각의 조건 하에서 얻어진 InOx 박막의 면저항이 상당히 감소하였음을 확인할 수 있다. 특히, UV 조사가 증착과 동시에 이루어진 경우(AS+UV 증착의 경우)는 물론 UV 조사가 증착과 동시에 이루어진 후, UV를 계속 조사하면서 열처리 수행하는 경우(AN2+UV 증착 및 O2+UV 증착의 경우) 모두 면저항이 감소되었음을 알 수 있다. 또한, 열처리에 따른 면저항 감소 효과도 명확히 확인되었음을 알 수 있다.
다양한 변형예가 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 본 명세서에 기술되고 예시된 구성 및 방법으로 만들어질 수 있으므로, 상기 상세한 설명에 포함되거나 첨부 도면에 도시된 모든 사항은 예시적인 것으로 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술한 예시적인 실시예에 의해 제한되지 않으며, 이하의 청구범위 및 그 균등물에 따라서만 정해져야 한다.
200: CVD 장치 210: 가스 주입 부재 212: 미스트 주입구
214: Ox 주입구 216: 내부 차단막 가스 주입구
218: 외부 차단막 가스 주입구 220: 미세 채널 노즐 222: 히터
230: 층류 유도 가이드 230a,230b: 상부/하부 층류 유도 가이드
230c: 반응 공간 232: 외부 차단막 형성 가이드 234: 미스트 분사구
236: Ox 분사 캐비티 240: 배기구 240a: 미스트 배기구
240b: 잔류 가스 배기구 250: UV 조사 장치 251: 플라즈마 장치
252: UV 차단 부재 260: 기판 270: 컨베이어 벨트

Claims (20)

  1. 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치에 있어서,
    액적 형태의 미스트를 발생 및 공급하는 미스트 공급 장치;
    Ox를 공급하는 Ox 공급 장치;
    내부 차단막 가스를 공급하는 내부 차단막 가스 공급 장치;
    외부 차단막 가스를 공급하는 외부 차단막 가스 공급 장치;
    상기 미스트 공급 장치, 상기 Ox 공급 장치, 상기 내부 차단막 가스 공급 장치, 및 상기 외부 차단막 공급 장치와 각각 연결되며, 상기 미스트, 상기 Ox, 및 상기 내부 차단막 가스, 및 상기 외부 차단막 가스가 각각 유입되는 가스 주입 부재;
    일측 단부가 상기 가스 주입 부재와 연결되는 미세 채널 노즐;
    상기 미세 채널 노즐의 타측 단부 측에 제공되는 배기구;
    상기 미스트, 상기 Ox, 및 상기 내부 차단막 가스가 각각 층류를 형성하도록 상기 미세 채널 노즐에 제공되는 층류 유도 가이드;
    상기 미세 채널 노즐의 상부에 제공되며, 상기 층류 유도 가이드를 통과하는 상기 Ox 및 상기 내부 차단막 가스를 조사하도록 UV를 방출하는 UV 조사 장치; 및
    상기 층류 유도 가이드의 하부에서 상기 층류 유도 가이드와 수직한 방향으로 이동 가능하도록 제공되는 기판
    을 포함하고,
    상기 층류 유도 가이드의 양측면은 외부 에어 유입 차단 커튼을 형성하도록 사용되는 한 쌍의 외부 차단막 형성 가이드인
    인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치는 상기 미세 채널 노즐의 하부에 제공되는 히터를 추가로 포함하는 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 층류 유도 가이드는 쿼츠(quartz) 또는 네오 세라믹(neo ceramic)으로 구현되는 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 가스 주입 부재에는 그 길이 방향을 따라 상기 기판의 이동 방향을 기준으로 미스트 주입구, Ox 주입구, 및 내부 차단막 가스 주입구가 각각 이들의 순서대로 복수개가 연속적으로 제공되는 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 미스트 주입구, 상기 Ox 주입구, 및 상기 내부 차단막 가스 주입구는 각각 수직 방향으로 서로 단차(step)를 가지면서 제공되는 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 미스트 주입구, 상기 Ox 주입구, 및 상기 내부 차단막 가스 주입구는 각각 수직 방향으로 서로 단차(step)를 가지거나 또는 동일한 수직 높이에서 제공되는 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 UV 조사 장치로부터 방출되는 상기 UV는 상기 Ox의 공급과 동시에 조사되는 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치.
  8. 제 4항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 상에는 상기 미스트 주입구, 상기 Ox 주입구, 및 상기 내부 차단막 가스 주입구의 수에 대응되는 수의 미스트 증착 박막이 층별 적층 방식(layer by layer stack type)으로 증착되는 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치.
  9. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 층류 유도 가이드는 상기 한 쌍의 외부 차단막 형성 가이드와 일체형으로 구현되는 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치.
  10. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 UV 조사 장치는 상기 층류 유도 가이드 중 상기 내부 차단막 가스가 공급되는 가이드 부분의 상부에 각각 복수개로 제공되고,
    상기 Ox가 공급되는 가이드 부분의 상부에는 각각 복수개의 플라즈마 장치가 제공되며,
    상기 층류 유도 가이드는 상기 미스트 및 상기 내부 차단막 가스가 공급되는 부분에만 제공되는
    인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치.
  11. 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치에 있어서,
    액적 형태의 미스트를 발생 및 공급하는 미스트 공급 장치;
    Ox를 공급하는 Ox 공급 장치;
    일측이 상기 미스트 공급 장치 및 상기 Ox 공급 장치와 각각 연결되며, 상기 미스트 및 상기 Ox가 각각 이격된 상태로 유입되어 미스트 층류 및 Ox 층류를 각각 형성하는 하부 층류 유도 가이드 및 상부 층류 유도 가이드로 구성되고, 타측이 상기 하부 층류 유도 가이드 및 상기 상부 층류 유도 가이드가 유체 연통되는 반응 공간을 구비하는 층류 유도 가이드;
    상기 층류 유도 가이드의 상부에 제공되며, 상기 하부 층류 유도 가이드와 유체 연통되어 상기 미스트 중 미사용된 미스트를 배출하는 미스트 배기구;
    상기 층류 유도 가이드의 상기 반응 공간의 전방 상부에 제공되며, 상기 반응 공간 내에서 미반응된 잔류 미스트 및 Ox를 배출하는 잔류 가스 배기구;
    상기 반응 공간의 상부에 제공되며, 상기 반응 공간 내의 상기 Ox를 조사하도록 UV를 방출하는 UV 조사 장치; 및
    상기 층류 유도 가이드의 하부에서 상기 층류 유도 가이드의 길이 방향과 평행한 방향으로 왕복 이동 가능하도록 제공되는 기판
    을 포함하는 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치는 상기 층류 유도 가이드의 하부에 제공되는 히터를 추가로 포함하는 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 층류 유도 가이드는 쿼츠(quartz) 또는 네오 세라믹(neo ceramic)으로 구현되는 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치.
  14. 제 11항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 UV 조사 장치로부터 방출되는 상기 UV는 상기 Ox의 공급과 동시에 조사되는 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치.
  15. 제 11항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 상에는 상기 기판의 왕복 회수에 대응되는 수의 미스트 증착 박막이 층별 적층 방식(layer by layer stack type)으로 증착되는 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치.
  16. 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치에 있어서,
    액적 형태의 미스트를 발생 및 공급하는 미스트 공급 장치;
    Ox를 공급하는 Ox 공급 장치;
    일측이 상기 미스트 공급 장치 및 상기 Ox 공급 장치와 각각 연결되며, 상기 미스트 및 상기 Ox가 각각 이격된 상태로 유입되어 미스트 층류 및 Ox 층류를 각각 형성하는 하부 층류 유도 가이드 및 상부 층류 유도 가이드로 구성되는 층류 유도 가이드;
    상기 층류 유도 가이드의 전방 양측면에 제공되며, 상기 미스트 및 상기 Ox 중 미반응된 잔류 미스트 및 Ox를 배출하는 배기구;
    상기 층류 유도 가이드의 상부에 제공되며, 상기 상부 층류 유도 가이드 내의 상기 Ox를 조사하도록 UV를 방출하는 UV 조사 장치; 및
    상기 층류 유도 가이드의 하부에서 상기 층류 유도 가이드의 길이 방향과 평행한 방향으로 왕복 이동 가능하도록 제공되는 기판
    을 포함하고,
    상기 하부 층류 유도 가이드 및 상기 상부 층류 유도 가이드는 각각 밀폐형 용기로 구성되며,
    상기 하부 층류 유도 가이드의 하부면에는 상기 미스트가 분사되는 복수의 미스트 분사구가 일정 간격의 제 1 격자 패턴으로 형성되어 있고, 상기 상부 층류 유도 가이드의 하부면에는 상기 하부 층류 유도 가이드의 상기 하부면까지 수직으로 관통하며, 상기 Ox가 공급되는 복수의 Ox 분사 캐비티가 일정 간격의 제 2 격자 패턴으로 형성되어 있으며,
    상기 하부 층류 유도 가이드의 하부면에서 상기 제 1 격자 패턴의 위치 및 상기 제 2 격자 패턴 위치가 서로 동일한 거리를 유지하는
    인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치는 상기 층류 유도 가이드의 하부에 제공되는 히터를 추가로 포함하는 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 층류 유도 가이드는 쿼츠(quartz) 또는 네오 세라믹(neo ceramic)으로 구현되는 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치.
  19. 제 16항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 UV 조사 장치로부터 방출되는 상기 UV는 상기 Ox의 공급과 동시에 조사되는 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치.
  20. 제 16항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 상에는 상기 기판의 왕복 회수에 대응되는 수의 미스트 증착 박막이 층별 적층 방식(layer by layer stack type)으로 증착되는 인라인 미세 채널 타입 상압 저온 미스트 CVD 장치.

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