KR101887192B1

KR101887192B1 - 롤투롤 원자층 증착장치

Info

Publication number: KR101887192B1
Application number: KR1020160139042A
Authority: KR
Inventors: 신웅철; 양철훈; 최규정
Original assignee: 주식회사 엔씨디
Priority date: 2016-10-25
Filing date: 2016-10-25
Publication date: 2018-08-10
Also published as: KR20180045200A

Abstract

본 발명은 하나의 공정 챔버 내에 소스 증착 블럭과 반응 증착 블럭을 각각 구비하고 필름을 일측에서 타측으로 이동시켜 한 번의 이동으로 한 싸이클의 원자층 증착 공정이 완료되는 고생산성의 롤투롤 원자층 증착장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 롤투롤 원자층 증착장치는, 밀폐된 내부 공간을 가지며, 상기 내부 공간이 불활성 기체에 의하여 채워진 상태에서 일정한 내부 압력을 가지는 공정 챔버; 상기 공정 챔버의 내부 양측에 이격되어 각각 설치되며, 원자층 증착 공정이 이루어질 필름을 양측에서 권취하는 제1, 2 권취롤러; 상기 공정 챔버의 외측에서 설치되며, 상기 제1, 2 권취롤러를 상기 필름이 제1 권취롤러에서 제2 권취롤러 방향 또는 제2 권취롤러에서 제1 권취롤러 방향으로 이동하도록 상기 제1, 2권취롤러를 회전시키는 롤러 회전부; 상기 공정 챔버 내부 중 상기 제1, 2 권취롤러 사이에 상기 제1, 2 권취롤러에 의하여 이동되는 필름을 상하 방향에서 감싸도록 설치되며, 이동되는 필름 표면에 원자층 증착 공정의 전반부인 소스 가스를 증착하는 소스 증착 공정을 수행하는 소스 증착 블럭; 상기 공정 챔버 내부 중 상기 소스 증착 블럭과 인접한 위치에 상기 제1, 2 권취롤러에 의하여 이동되는 필름을 상하 방향에서 감싸도록 설치되며, 이동되는 필름 표면에 원자층 증착 공정의 후반부인 반응 가스를 증착하는 반층 증착 공정을 수행하는 반응 증착 블럭;을 포함한다.

Description

롤투롤 원자층 증착장치{A ROLL-TO-ROLL TYPE APPARATUS FOR DEPOSITING A ATOMIC LAYER}

본 발명은 롤투롤 원자층 증착장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하나의 공정 챔버 내에 소스 증착 블럭과 반응 증착 블럭을 각각 구비하고 필름을 일측에서 타측으로 이동시켜 한 번의 이동으로 한 싸이클의 원자층 증착 공정이 완료되는 고생산성의 롤투롤 원자층 증착장치에 관한 것이다.

다양한 박막 증착 기술 중에서 원자층 증착(ALD: Atomic Layer Deposition)의 경우에는 기판 표면에서 전구체들의 화학적인 반응에 의해서 박막이 형성되므로, 넓은 기판에 뛰어난 두께 균일도를 가지는 나노 박막의 증착이 가능하다. 또한 원자층 증착은 복잡한 형상의 3차원 구조에서도 우수한 conformal한 박막의 증착이 가능하므로, 나노급 반도체 소자, 대면적 디스플레이 및 태양전지소자, 복잡한 구조의 나노급 광전자 소자 등의 제조에 필수적인 증착 기술로 주목받고 있다.

그런데 이러한 원자층 증착은 우수한 단차 피복성과 고품질의 박막의 성장이 가능하다는 장점을 갖는 반면, 낮은 생산성이라는 한계를 가지고 있다. 원자층 증착의 낮은 생산성이라는 한계를 극복하기 위해 사이클릭(Cyclic) CVD, PEALD(Plasma Enhanced ALD), 배치타입(Batch Type) ALD, 롤투롤(Roll-to-Roll) ALD 등 많은 연구가 진행되고 있다.

이러한 많은 연구들 중 롤투롤 ALD는 롤에서 롤로 이동되는 증착 대상물(통상적으로 예를 들면, 연성의 기판)의 안정적인 이동을 통하여 연성 기판 위에 연속적인 공정을 통하여 박막을 성장시킴으로써 대량의 박막을 성장시키는 방법이다.

일반적으로 ALD의 성장되는 박막의 두께는 공정이 진행되는 사이클(cycle)에 따라 두께가 결정된다. 사이클은 주기라는 뜻 그대로 ALD 공정이 주기적으로 반복되는 것을 일컫는 말이다. ALD는 주기적으로 소스/퍼지/반응/퍼지(source/purge/reactant/purge)의 4 공정이 주기적으로 반복되는 이러한 4공정을 1주기의 사이클이라고 한다. 이러한 사이클의 주기를 컨트롤하는 방법은 시간적인 측면과 공간적인 측면으로 나눠진다.

시간분할적인 ALD 시스템은 동일한 공간 영역 하에 펄스(pulse) 시간과 퍼지(purge) 시간의 조정을 통하여 시간적인 분할로써 사이클을 컨트롤하여 성장되는 박막의 두께를 조절할 수 있다. 시간분할적인 ALD 시스템은 대부분의 보통의 ALD 시스템에서 사용되어 진다.

반면에 공간분할적인 ALD 시스템은 소스와 반응 그리고 퍼지의 공정이 일어나는 공간을 분할하여 주기적으로 공간의 이동에 의해 사이클이 컨트롤 되어 박막의 두께를 조절하는 방법을 말한다. 이러한 공간분할적인 ALD 시스템은 보통 롤투롤 ALD 시스템에서 사용되어 진다. 그 이유는 롤투롤 ALD 시스템의 특성 상(이동되는 연성 기판의 동일한 이동도가 요구됨) 시간적인 분할을 통하여 사이클을 컨트롤하는데 다소 어려움이 존재한다. 이 때문에 펄스 공정의 공간과 퍼지 공정의 공간을 분할함(unit)으로써 사이클을 컨트롤하는 방법을 사용하게 된다.

도 1은 종래 기술의 일 실시 형태에 따른 롤투롤 방식의 원자층 증착 장비를 개략적으로 도시한 구성도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 종래 기술의 롤투롤 방식의 원자층 증착 장비는, 구획 수단(20)에 의해 구획된 공정 공간(30) 내에 복수의 회전 롤러 부재(40)가 양측에 일렬로 배열되고, 공정 공간(30) 외부에 설치되는 권출 롤러(50)로부터 출발한 필름(F)이 공정 공간(30) 내로 진입하여 상기 다수개의 회전 롤러 부재(40)를 타고 이동하면서 시간분할 방식으로 원자층 증착 공정이 이루어지고, 권취 롤러(60)에 감겨서 배출되는 방식을 가진다. 이때 상기 권출 롤러(50)와 권취 롤러(60)가 설치되는 공간은 공정 공간(30)과 구획되며, 퍼지 가스로 채워진다.

그런데 이러한 구조의 롤투롤 원자층 증착 장비에서는 도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 회전 롤러 부재(40)가 증착 공간(30)에 그대로 노출되는 구조이므로, 이 보조 롤러 부재 표면에 박막이 증착되고 이렇게 증착된 박막은 파티클 발생 원인이 되어 장치의 실용화에 치명적인 문제점을 발생시킨다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 하나의 공정 챔버 내에 소스 증착 블럭과 반응 증착 블럭을 각각 구비하고 필름을 일측에서 타측으로 이동시켜 한 번의 이동으로 한 싸이클의 원자층 증착 공정이 완료되는 고생산성의 롤투롤 원자층 증착장치를 제공하는 것이다.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 롤투롤 원자층 증착장치는, 밀폐된 내부 공간을 가지며, 상기 내부 공간이 불활성 기체에 의하여 채워진 상태에서 일정한 내부 압력을 가지는 공정 챔버; 상기 공정 챔버의 내부 양측에 이격되어 각각 설치되며, 원자층 증착 공정이 이루어질 필름을 양측에서 권취하는 제1, 2 권취롤러; 상기 공정 챔버의 외측에서 설치되며, 상기 제1, 2 권취롤러를 상기 필름이 제1 권취롤러에서 제2 권취롤러 방향 또는 제2 권취롤러에서 제1 권취롤러 방향으로 이동하도록 상기 제1, 2권취롤러를 회전시키는 롤러 회전부; 상기 공정 챔버 내부 중 상기 제1, 2 권취롤러 사이에 상기 제1, 2 권취롤러에 의하여 이동되는 필름을 상하 방향에서 감싸도록 설치되며, 이동되는 필름 표면에 원자층 증착 공정의 전반부인 소스 가스를 증착하는 소스 증착 공정을 수행하는 소스 증착 블럭; 상기 공정 챔버 내부 중 상기 소스 증착 블럭과 인접한 위치에 상기 제1, 2 권취롤러에 의하여 이동되는 필름을 상하 방향에서 감싸도록 설치되며, 이동되는 필름 표면에 원자층 증착 공정의 후반부인 반응 가스를 증착하는 반응 증착 공정을 수행하는 반응 증착 블럭; 상기 공정 챔버 내부 또는 외부에 설치되며, 상기 공정 챔버 내부의 온도를 공정 온도로 유지하는 히터부;를 포함한다.

그리고 본 발명에 따른 롤투롤 원자층 증착장치에서는, 상기 공정 챔버 내부의 압력을 상기 소스 증착 블럭 및 반응 증착 블럭 내부 공간의 압력보다 높은 압력으로 유지하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 공정 챔버에는, 상기 공정 챔버 내부로 불활성 기체를 공급하는 불활성 기체 공급부;와 상기 공정 챔버 내부의 기체를 배기하는 배기부;가 구비되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 소스 증착 블럭은, 중앙에 일정한 반응 공간을 가지며, 양측으로 상기 필름이 통과하는 한 쌍의 슬릿부를 구비하는 제1 블럭 본체; 상기 제1 블럭 본체의 반응 공간 중앙에 연결되어 설치되며, 상기 반응 공간에 소스 가스를 공급하는 소스 가스 공급부; 상기 제1 블럭 본체 양측 말단에 설치되며, 상기 반응 공간 내에 존재하는 소스 가스를 배출하는 한 쌍의 제1 배기부; 상기 한 쌍의 슬릿부에 각각 설치되며, 상기 슬릿부 사이의 공간으로 퍼지 가스를 공급하는 제1 퍼지부;를 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 반응 증착 블럭은, 중앙에 일정한 반응 공간을 가지며, 양측으로 상기 필름이 통과하는 한 쌍의 슬릿부를 구비하는 제2 블럭 본체; 상기 제2 블럭 본체의 반응 공간 중앙에 연결되어 설치되며, 상기 반응 공간에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부; 상기 제2 블럭 본체 양측 말단에 설치되며, 상기 반응 공간 내에 존재하는 반응 가스를 배출하는 한 쌍의 제2 배기부; 상기 한 쌍의 슬릿부에 각각 설치되며, 상기 슬릿부 사이의 공간으로 퍼지 가스를 공급하는 제2 퍼지부;를 포함하는 것이 바람직하다.

그리고 본 발명에서 상기 공정 챔버에는, 상기 소스 증착 블럭으로 진입하거나 소스 증착 블럭으로부터 배출되는 상기 필름의 이동 경로가 동일하도록 상기 필름의 이동 경로를 안내하는 제1 추가 롤러가 더 구비되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 공정 챔버에는, 상기 반응 증착 블럭으로 진입하거나 반응 증착 블럭으로부터 배출되는 상기 필름의 이동 경로가 동일하도록 상기 필름의 이동 경로를 안내하는 제2 추가 롤러가 더 구비되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 공정 챔버에는, 상기 소스 증착 블럭 또는 반응 증착 블럭이 복수개 구비되거나, 상기 소스 증착 블럭과 반응 증착 블럭이 다수 세트로 구비되는 것이 바람직하다.

본 발명의 롤투롤 원자층 증착장치에 의하면 하나의 공정 챔버 내에 소스 증착 블럭과 반응 증착 블럭을 각각 구비하고 필름을 공정 챔버 내에서 일측에서 타측으로 이동시켜 한 번의 이동으로 한 싸이클의 원자층 증착 공정이 완료되는 간단한 구성을 가지며, 고속으로 필름을 이동시키면서 공정을 수행할 수 있으므로 생산성이 아주 높은 현저한 효과를 달성한다.

또한 하나의 공정 챔버에 다수세트의 블럭을 설치하면 생산성을 더욱 향상시킬 수 있는 장점도 있다.

도 1은 종래의 롤투롤 원자층 증착장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2, 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤투롤 원자층 증착장치의 구성을 도시하는 도면들이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 소스 증착 블럭의 구조를 도시하는 횡단면도이다.
도 5는 발명의 일 실시예에 따른 반응 증착 블럭의 구조를 도시하는 횡단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 소스 증착 블럭의 구조를 도시하는 종단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 소스 증착 블럭의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 8, 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 롤투롤 원자층 증착장치의 구성을 도시하는 도면들이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 롤투롤 원자층 증착장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 롤투롤 원자층 증착장치의 구성을 도시하는 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예들을 상세하게 설명한다.

< 실시예 1 >

본 실시예에 따른 롤투롤 원자층 증착장치(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 공정 챔버(110), 제1, 2 권취 롤러(120, 130), 롤러 회전부(140), 소스 증착 블럭(150), 반응 증착 블럭(160) 및 히터부(도면에 미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.

먼저 상기 공정 챔버(110)는 도 2에 도시된 바와 같이, 일정한 밀폐된 내부 공간을 가지며, 상기 내부 공간이 불활성 기체에 의하여 채워진 상태에서 일정한 내부 압력을 유지하는 구성요소이다. 이 공정 챔버(110)에 의하여 다른 구성요소들이 설치될 수 있는 안정적인 설치 공간이 제공되는 것이다.

본 실시예에서는 상기 소스 증착 블럭(150)이나 반응 증착 블럭(160)에서 소스 가스나 반응 가스가 외부로 유출되지 않도록 상기 공정 챔버(110) 내부의 압력을 상기 소스 증착 블럭(150) 및 반응 증착 블럭(160) 내부 공간의 압력보다 높은 압력으로 유지하는 것이 바람직하다.

이를 위하여 상기 공정 챔버(110)에는 도 2에 도시된 바와 같이, 불활성 기체 공급부(112)와 배기부(114)가 구비되는 것이 바람직하다. 상기 불활성 기체 공급부(112)는 상기 공정 챔버(110)의 일측에 설치되어, 상기 공정 챔버(110) 내부로 질소(N₂)와 같은 불활성 기체를 공급하는 구성요소이다. 그리고 상기 배기부(114)는 상기 공정 챔버(110)의 타측에 설치되어, 상기 공정 챔버(110) 내부의 기체를 배기하는 구성요소이다.

따라서 상기 불활성 기체 공급부(112)와 배기부(114)를 적절하게 제어하여 상기 공정 챔버(110) 내부가 불활성 기체로 채워진 상태에서 상기 소스 증착 블럭(150) 및 반응 증착 블럭(160) 내부 공간의 압력보다 높은 압력을 유지하도록 제어하는 것이다.

다음으로 상기 제1, 2 권취 롤러(120, 130)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 공정 챔버(110)의 내부 양측에 이격되어 각각 설치되며, 원자층 증착 공정이 이루어질 필름(F)을 양측에서 권취하고 정방향 또는 역방향으로 회전하는 구성요소이다. 즉, 상기 제1, 2 권취롤러(120, 130)는 정방향으로 회전하면서 상기 필름(F)을 도면상에서 좌측에서 우측으로 이동시킨다. 이렇게 이동되는 필름(F)은 이동 과정에서 상기 소스 증착 블럭(150)과 반응 증착 블럭(160)을 각각 통과하면서 소스-퍼지 단계와 반응-퍼지 단계를 수행하여 한 싸이클의 원자층 증착 공정이 완료되는 것이다.

필요에 따라서 더 두꺼운 박막을 증착시키기 위하여 반대 방향으로 제1, 2 권취 롤러(120, 130)를 회전시켜 필름을 처음 상태로 권취시킨 상태에서 다시 상기 제1, 2 권취 롤러(120, 130)를 정방향으로 회전키면서 한 싸이클의 원자층 증착 공정을 더 수행할 수도 있으며, 이러한 과정을 반복하면 원하는 두께의 박막을 얻을 수 있을 것이다.

다음으로 상기 롤러 회전부(140)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 공정 챔버(110)의 외측에서 설치되며, 상기 제1, 2 권취롤러(120, 130)를 상기 필름(F)이 제1 권취 롤러(120)에서 제2 권취롤러(130) 방향 또는 제2 권취롤러(130)에서 제1 권취롤러(120) 방향으로 이동하도록 상기 제1, 2 권취 롤러(120, 130)를 정방향 또는 역방향으로 회전시키는 구성요소이다.

한편 상기 공정 챔버(110)에는, 도 2, 3에 도시된 바와 같이, 제1, 2 추가 롤러(116, 118)가 구비되는 것이 바람직하다. 여기에서 상기 제1 추가 롤러(118)는 상기 제1 권취 롤러(120)와 소스 증착 블럭(150) 사이에 설치되어, 상기 소스 증착 블럭(150)으로 진입하거나 소스 증착 블럭(150)으로부터 배출되는 상기 필름(F)의 이동 경로가 동일하도록 상기 필름의 이동 경로를 안내하는 구성요소이다.

그리고 제2 추가 롤러(118)는 상기 제2 권취 롤러(130)와 반응 증착 블럭(160) 사이에 설치되어, 상기 반응 증착 블럭(160)으로 진입하거나 반응 증착 블럭(160)으로부터 배출되는 상기 필름(F)의 이동 경로가 동일하도록 상기 필름의 이동 경로를 안내하는 구성요소이다.

이러한 추가 롤러는 필요에 따라 다른 위치에도 더 설치될 수 있으며, 이렇게 설치되는 추가 롤러들에 의하여 필름의 이동 경로가 동일하게 유지될 수 있다.

다음으로 상기 소스 증착 블럭(150)은 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 공정 챔버(110) 내부 중 상기 제1, 2 권취 롤러(120, 130) 사이에 상기 제1, 2 권취 롤러(120, 130)에 의하여 이동되는 필름(F)을 상하 방향에서 감싸도록 설치되며, 이동되는 필름 표면에 원자층 증착 공정의 전반부인 소스 가스를 증착하는 소스 증착 공정을 수행하는 구성요소이다.

이를 위하여 본 실시예에서는 상기 소스 증착 블럭(150)을 구체적으로 도 2, 4에 도시된 바와 같이, 제1 블럭 본체(151), 소스 가스 공급부(152), 제1 배기부(153) 및 제1 퍼지부(154)를 포함하여 구성할 수 있다.

먼저 상기 제1 블럭 본체(151)는 도 2, 4에 도시된 바와 같이, 중앙에 일정한 반응 공간(R)을 가지며, 양측으로 상기 필름(F)이 통과하는 한 쌍의 슬릿부(155)를 구비하는 구성요소이다. 이 슬릿부(155)는 필름이 통과할 수 있도록 필름 두께보다 큰 폭을 가지지만, 필름이 최소한의 이격 공간을 가지고 통과하도록 매우 좁은 폭을 가진다.

그리고 본 실시예에서 상기 슬릿부(155)에는 도 2, 4에 도시된 바와 같이, 제1 퍼지가스 분사로(156)가 형성된다. 이 제1 퍼지가스 분사로(156)는 상기 슬릿부(155)의 길이 방향으로 일렬로 형성되며, 상기 슬릿부(155) 사이의 공간으로 퍼지 가스를 분사하여, 상기 슬릿부(155) 사이를 통과하는 필름(F)과 슬릿부 사이의 공간으로 소스 가스가 유출되는 것을 차단한다.

이때 상기 제1 퍼지가스 분사로(155)는 직하방으로 퍼지 가스를 분사시키는 구조를 가질 수도 있고, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 반응 공간(R) 방향으로 퍼지 가스를 분사시키는 구조를 가질 수도 있다. 이렇게 반응 공간(R) 방향으로 퍼지 가스를 분사하면 반응 공간(R)에서 유출되는 소스 가스를 더욱 효과적으로 차단할 수 있는 장점이 있다.

그리고 상기 제1 퍼지부(154)는 상기 퍼지가스 분사로(156)에 연통되도록 설치되어, 상기 퍼지가스 분사로(156)에 퍼지가스를 공급하는 구성요소이다. 본 실시예에서 상기 제1 퍼지부(154)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상하 양측으로 설치된다.

그리고 상기 제1 블럭 본체(151)는 전체적으로 긴 막대 형상을 가지되, 중앙에는 길이 방향으로 반응 공간(R)이 형성된다. 이때 반응 공간(R)이 형성되는 영역은 상기 제1 블럭 본체(151)를 통과하는 필름(F)의 폭보다 크게 형성되는 것이 바람직하다. 또한 상기 제1 블럭 본체(151)에는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제1 블럭 본체의 하부를 관통하여 가스 공급공(157)이 형성된다.

다음으로 상기 소스 가스 공급부(152)는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제1 블럭 본체(151)의 반응 공간(R) 중앙 하부에 형성되는 가스 공급공(157)에 연통되도록 설치되며, 상기 반응 공간(R)에 소스 가스를 공급하는 구성요소이다. 이 소스 가스 공급부(152)를 통하여 상기 반응 공간으로 공급된 소스 가스는 반응 공간(R)을 통과하는 필름(F)에 증착된다. 또한 상기 가그 공급공(157)을 상기 반응 공간(R)의 중앙 상부에도 형성하여 필름의 상하면에서 소스 가스를 공급하면 증착 효율을 향상시킬 수 있다.

다음으로 상기 제1 배기부(153)는 도 4, 6에 도시된 바와 같이, 상기 제1 블럭 본체(151) 양측 말단에 설치되며, 상기 반응 공간(R) 내에 존재하는 소스 가스를 배출하는 구성요소이다. 본 실시예에서 상기 제1 배기부(153)는 상기 제1 블럭 본체(151)의 양측에 한 쌍으로 설치되며, 상기 반응 공간(R)과 연통되도록 설치되어 상기 반응 공간(R) 내에 존재하는 반응 가스를 효과적으로 흡입하여 배기한다.

다음으로 상기 반응 증착 블럭(160)은 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 공정 챔버(110) 내부 중 상기 소스 증착 블럭(150)과 인접한 위치에 상기 소스 증착 블럭(150)과 일정 간격 이격되어 설치된다. 이 반응 증착 블럭(160)은 상기 제1, 2 권취롤러(120, 130)에 의하여 이동되는 필름(F)을 상하 방향에서 감싸도록 설치되며, 이동되는 필름 표면에 원자층 증착 공정의 후반부인 반응 가스를 증착하는 구성요소이다.

이렇게 상기 소스 증착 블럭(150)과 반응 증착 블럭(160)이 일정 간격 이격되어 설치되므로, 소스 증착 블럭(150)을 통과한 필름(F)은 불활성 기체로 가득한 공정 챔버(110)를 이동하면서 충분하게 퍼지되는 것이다.

본 실시예에서 상기 반응 증착 블럭(160)은 구체적으로 도 2, 3에 도시된 바와 같이, 제2 블럭 본체(161), 반응 가스 공급부(162), 제2 배기부(163) 및 제2 퍼지부(164)를 포함하여 구성된다. 여기에서 상기 제2 블럭 본체(161), 반응 가스 공급부(162), 제2 배기부(163) 및 제2 퍼지부(164)는 제1 블럭 본체(151), 소스 가스 공급부(152), 제1 배기부(153) 및 제1 퍼지부(154)와 실질적으로 동일한 구성을 가지므로 이에 대한 반복 설명은 생략한다.

다만, 상기 공정 가스 공급부(162)는 소스 가스 공급부(150)와 달리 반응 가스를 제2 블럭 본체(161)로 공급하여 이를 통과하는 필름 상에 반응 가스를 증착한다.

다음으로 상기 히터부는 상기 공정 챔버(110)의 내부 또는 외부에 설치되며, 상기 소스 증착 블럭(150)과 반응 증착 블럭(160)의 온도를 공정 온도로 맞추는 역할을 한다. 여기에서 '공정 온도'라 함은 원자층 증착 온도에 적합한 온도를 말하는 것이며, 예를 들어 50℃ 정도일 수 있다.

< 실시예 2 >

본 실시예에 따른 롤투롤 원자층 증착장치(200)는, 도 8, 9에 도시된 바와 같이, 공정 챔버(210), 제1, 2 권취 롤러(220, 230), 롤러 회전부(240), 제1, 2 소스 증착 블럭(250, 270), 반응 증착 블럭(260) 및 히터부(도면에 미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기에서 상기 공정 챔버(210), 제1, 2 권취 롤러(220, 230), 롤러 회전부(240), 제1, 2 소스 증착 블럭(250, 270) 및 반응 증착 블럭(260)은 실시예 1의 그것들과 실질적으로 동일한 구조 및 기능을 가지므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

다만, 본 실시예에서는 도 8, 9에 도시된 바와 같이, 상기 반응 증착 블럭(260)을 사이에 두고, 양 측에 각각 제1, 2 소스 증착 블럭(250, 270)이 설치된다. 따라서 필름(F)이 좌측에서 우측으로 이동하는 과정에서는 제1 소스 증착 블럭(250)과 반응 증착 블럭(260)을 이용하여 원자층 증착 공정을 진행하고, 제2 소스 증착 블럭(270)은 소스 가스를 공급하지 않아서 퍼지 동작만을 수행하도록 제어한다.

한편 필름(F)이 우측에서 좌측으로 이동하는 과정에서는 제2 소스 증착 블럭(270)과 반응 증착 블럭(260)을 이용하여 원자층 증착 공정을 진행하고, 제1 소스 증착 블럭(250)은 소스 가스를 공급하지 않아서 퍼지 동작만을 수행하도록 제어한다.

이렇게 상기 반응 증착 블럭(260)을 사이에 두고, 양 측에 각각 제1, 2 소스 증착 블럭(250, 270)이 설치되는 구조를 가지면, 필름(F)을 좌우 방향으로 반복하여 이동시키면서 짧은 공정 시간 동안에 원자층 증착 공정을 반복적으로 수행할 수 있는 장점이 있다.

< 실시예 3 >

본 실시예에 따른 롤투롤 원자층 증착장치(300)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 공정 챔버(310), 제1, 2 권취 롤러(320, 330), 롤러 회전부(340), 소스 증착 블럭(360), 제1, 2 반응 증착 블럭(350, 370) 및 히터부(도면에 미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.

이렇게 상기 소스 증착 블럭(360)을 사이에 두고, 양 측에 각각 제1, 2 반응 증착 블럭(350, 370)이 설치되는 구조를 가지면, 필름(F)을 좌우 방향으로 반복하여 이동시키면서 짧은 공정 시간 동안에 원자층 증착 공정을 더 효율적으로 수행할 수 있는 장점이 있다.

< 실시예 4 >

본 실시예에 따른 롤투롤 원자층 증착장치(400)는, 도 11에 도시된 바와 같이, 공정 챔버(410), 제1, 2 권취 롤러(420, 430), 롤러 회전부(440), 제1, 2 소스 증착 블럭(450, 470), 제1, 2 반응 증착 블럭(460, 480) 및 히터부(도면에 미도시)를 포함하여 구성될 수 있다. 물론 소스 증착 블럭과 반응 증착 블럭으로 이루어지는 세트는 더 추가될 수도 있을 것이다.

이러한 구조를 가지는 롤투롤 원자층 증착장치(400)는 한 싸이클의 원자층 증착 공정을 수행할 수 있는 한 세트의 소스 증착 블럭과 반응 증착 블럭이 다수 세트가 하나의 공정 챔버 내에 설치되므로, 필름을 챔버 내부에서 한 번 이동시키는 동작으로 다수 싸이클의 원자층 증착 공정을 수행하여 원하는 두께의 박막을 고속으로 얻을 수 있는 장점이 있다.

100 : 본 발명의 일 실시예에 따른 롤투롤 원자층 증착장치
110 : 공정 챔버 120 : 제1 권취 롤러
130 : 제2 권취 롤러 140 : 롤러 회전부
150 : 소스 증착 블럭 160 : 반응 증착 블럭

Claims

밀폐된 내부 공간을 가지며, 상기 내부 공간이 불활성 기체에 의하여 채워진 상태에서 일정한 내부 압력을 가지는 공정 챔버;
상기 공정 챔버의 내부 양측에 이격되어 각각 설치되며, 원자층 증착 공정이 이루어질 필름을 양측에서 권취하는 제1, 2 권취롤러;
상기 공정 챔버의 외측에서 설치되며, 상기 제1, 2 권취롤러를 상기 필름이 제1 권취롤러에서 제2 권취롤러 방향 또는 제2 권취롤러에서 제1 권취롤러 방향으로 이동하도록 상기 제1, 2권취롤러를 회전시키는 롤러 회전부;
상기 공정 챔버 내부 중 상기 제1, 2 권취롤러 사이에 상기 제1, 2 권취롤러에 의하여 이동되는 필름을 상하 방향에서 감싸도록 설치되며, 이동되는 필름 표면에 원자층 증착 공정의 전반부인 소스 가스를 증착하는 소스 증착 공정을 수행하는 소스 증착 블럭;
상기 공정 챔버 내부 중 상기 소스 증착 블럭과 인접한 위치에 상기 제1, 2 권취롤러에 의하여 이동되는 필름을 상하 방향에서 감싸도록 설치되며, 이동되는 필름 표면에 원자층 증착 공정의 후반부인 반응 가스를 증착하는 반응 증착 공정을 수행하는 반응 증착 블럭;
상기 공정 챔버 내부 또는 외부에 설치되며, 상기 공정 챔버 내부의 온도를 공정 온도로 유지하는 히터부;를 포함하며,
상기 소스 증착 블럭은,
중앙에 일정한 반응 공간을 가지며, 양측으로 상기 필름이 통과하는 한 쌍의 슬릿부를 구비하는 제1 블럭 본체;
상기 제1 블럭 본체의 반응 공간 중앙에 연결되어 설치되며, 상기 반응 공간에 소스 가스를 공급하는 소스 가스 공급부;
상기 제1 블럭 본체 양측 말단에 설치되며, 상기 반응 공간 내에 존재하는 소스 가스를 배출하는 한 쌍의 제1 배기부;
상기 한 쌍의 슬릿부에 각각 설치되며, 상기 슬릿부 사이의 공간으로 퍼지 가스를 공급하는 제1 퍼지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 원자층 증착장치.
제1항에 있어서,
상기 소스 증착 블럭 및 반응 증착 블럭 내부 공간의 압력은 상기 공정 챔버의 내부 압력보다 낮게 유지하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 원자층 증착장치.
제1항에 있어서, 상기 공정 챔버에는,
상기 공정 챔버 내부로 불활성 기체를 공급하는 불활성 기체 공급부;와
상기 공정 챔버 내부의 기체를 배기하는 배기부;가 구비되는 것을 특징으로 하는 롤투롤 원자층 증착장치.
삭제
제1항에 있어서, 상기 반응 증착 블럭은,
중앙에 일정한 반응 공간을 가지며, 양측으로 상기 필름이 통과하는 한 쌍의 슬릿부를 구비하는 제2 블럭 본체;
상기 제2 블럭 본체의 반응 공간 중앙에 연결되어 설치되며, 상기 반응 공간에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부;
상기 제2 블럭 본체 양측 말단에 설치되며, 상기 반응 공간 내에 존재하는 반응 가스를 배출하는 한 쌍의 제2 배기부;
상기 한 쌍의 슬릿부에 각각 설치되며, 상기 슬릿부 사이의 공간으로 퍼지 가스를 공급하는 제2 퍼지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 원자층 증착장치.
제1항에 있어서, 상기 공정 챔버에는,
상기 소스 증착 블럭으로 진입하거나 소스 증착 블럭으로부터 배출되는 상기 필름의 이동 경로가 동일하도록 상기 필름의 이동 경로를 안내하는 제1 추가 롤러가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 롤투롤 원자층 증착장치.
제1항에 있어서, 상기 공정 챔버에는,
상기 반응 증착 블럭으로 진입하거나 반응 증착 블럭으로부터 배출되는 상기 필름의 이동 경로가 동일하도록 상기 필름의 이동 경로를 안내하는 제2 추가 롤러가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 롤투롤 원자층 증착장치.
제1항에 있어서, 상기 공정 챔버에는,
상기 소스 증착 블럭 또는 반응 증착 블럭이 복수개 구비되거나, 상기 소스 증착 블럭과 반응 증착 블럭이 다수 세트로 구비되는 것을 특징으로 하는 롤투롤 원자층 증착장치.