KR102165482B1 - plasma chemical vapor deposition apparatus using laser and the method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마 화학기상증착 장치에 관한 것으로서, 더욱 상하게는, 화학기상 증착 시 저온에서도 고품질의 증착층을 형성할 수 있도록 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예는, 레이저발생부; 상기 레이저발생부에서 발생된 레이저의 초점과 경로를 조절하는 광학계부; 및 상기 광학계부로부터 출력되는 레이저의 경로 상에 반응물질을 분사하여 반응물질 증착 대상 기판에 플라즈마 화학기상증착을 수행하는 챔버부;를 포함하며, 상기 레이저는 상기 챔버부의 내부에서 상기 기판과 수평 방향으로 조사되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치를 제공한다.
The present invention relates to a plasma chemical vapor deposition apparatus, and more particularly, to a laser plasma chemical vapor deposition apparatus capable of forming a high-quality deposition layer even at a low temperature during chemical vapor deposition.
An embodiment of the present invention, a laser generator; An optical system unit for adjusting the focus and path of the laser generated by the laser generating unit; And a chamber unit for performing plasma chemical vapor deposition on a substrate to be deposited with a reactive material by spraying a reactive material on a path of the laser output from the optical system unit, wherein the laser is in a horizontal direction with the substrate in the chamber unit It provides a laser plasma chemical vapor deposition apparatus, characterized in that configured to be irradiated.

Description

레이저 플라즈마 화학기상증착 장치 및 그 방법{plasma chemical vapor deposition apparatus using laser and the method thereof}TECHNICAL FIELD [0001] Plasma chemical vapor deposition apparatus using laser and the method thereof

본 발명은 플라즈마 화학기상증착 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 화학기상 증착 시 저온에서도 고품질의 증착층을 형성할 수 있도록 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma chemical vapor deposition apparatus, and more particularly, to a laser plasma chemical vapor deposition apparatus and method capable of forming a high-quality deposition layer even at a low temperature during chemical vapor deposition.

CVD(chemical vapor deposition)법은, 화학기상증착법을 말하는 것으로서, 기판에 증착하고자 하는 물질의 가스 또는 액체를 분사하여 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, 고 순도의 물질을 증착하기에 용이한 방법이다. The CVD (chemical vapor deposition) method refers to a chemical vapor deposition method and uses the principle of depositing a thin film on a substrate in a chamber through high-temperature decomposition or high-temperature chemical reaction by spraying a gas or liquid of a material to be deposited on a substrate. This method has excellent adhesion between the substrate and the deposited thin film, can produce a uniform thin film regardless of the shape of the substrate, and is an easy method for depositing a high-purity material.

이러한 이유로, 현재 반도체 제조공정, OLED 디스플레이 제조 등에서 가장 널리 사용되고 있는 방법이기도 하다.For this reason, it is also the most widely used method in the current semiconductor manufacturing process and OLED display manufacturing.

CVD법 중, CVD법 중 레이저 화학기상증착법(LACVD)은 기판이 위치되는 챔버 내부로 반응물질을 주입한 후 레이저를 조사하여 반응물질이 기판과 화학반응을 수행하여 기판에 증착되게 함으로써 박막을 형성하는 방법이다.Among the CVD methods, the laser chemical vapor deposition method (LACVD) among the CVD methods forms a thin film by injecting a reactant into the chamber where the substrate is located and then irradiating a laser to cause the reactant to undergo a chemical reaction with the substrate to be deposited on the substrate. That's how to do it.

또한, 플라즈마 화학기상증착법(PECVD)은, 진공을 이루는 챔버 내부에 증착 시 필요한 반응가스 또는 반응물을 포함하는 액체 등의 반응물질을 주입하여 원하는 압력과 기판 온도가 설정되면 전원장치를 통해 전극에 초고주파를 인가함으로써 반응물질을 플라즈마 상태로 만들고, 반응물질 혹은 전구체를 이온화시켜 이온화된 전구체와 플라즈마 상태의 반응물질 중 일부가 물리적 또는 화학적 반응을 하여 기판에 증착되게 함으로써 박막을 형성하는 방법이다.In addition, in the plasma chemical vapor deposition (PECVD), a reaction material such as a reaction gas required for deposition or a liquid containing a reactant is injected into a chamber that forms a vacuum, and when the desired pressure and substrate temperature are set, the electrode is at an ultra-high frequency. This is a method of forming a thin film by applying a reaction material to a plasma state by applying a reaction material or a precursor to ionize the ionized precursor and a part of the plasma state reaction material to be deposited on the substrate through a physical or chemical reaction.

이러한 플라즈마 화학기상증착법의 효율을 높이기 위해서, 레이저(Laser)를 병행하여 사용함으로써 증착을 수행하는 방법에 대한 연구가 다수 수행되고 있다. 이러한 연구의 결과로, 대한민국 공개특허 제2018-0068637호 및 대한민국 등록특허 제1243782호는 반응물질을 공급한 후 레이저를 조사하여 플라즈마화하여 기판에 박막을 형성하는 레이저를 이용한 화학기상증착 장치를 개시하고 있다.In order to increase the efficiency of the plasma chemical vapor deposition method, a number of studies have been conducted on a method of performing deposition by using a laser in parallel. As a result of these studies, Korean Patent Laid-Open No. 2018-0068637 and Korean Patent No. 1243782 disclose a chemical vapor deposition apparatus using a laser that forms a thin film on a substrate by irradiating a laser and forming a plasma after supplying a reactant. Are doing.

그러나 상술한 레이저를 이용한 플라즈마 화학기상증착법은 기판의 증착 온도를 낮추는 경우 반응물질이 충분히 분해되지 않아 증착된 박막의 품질이 저하되어 증착온도를 낮추는 것에 한계를 가지는 문제점을 가진다.However, the above-described plasma chemical vapor deposition method using a laser has a problem in that when the deposition temperature of the substrate is lowered, the reactant is not sufficiently decomposed, so that the quality of the deposited thin film is degraded, so that the deposition temperature is lowered.

또한, 상술한 레이저 화학기상증착법의 경우에는 증착온도를 낮출 수는 있으나 증착속도가 느린 문제점 및 레이저의 균일한 조사가 어려운 문제점을 가지며, 이와 달리, 증착속도를 증가시키기 위해 레이저의 파워를 높이는 경우, 레이저가 기판을 향해 조사되기 때문에 레이저에 의해 기판이 손상될 수 있는 문제점을 가진다.In addition, in the case of the above-described laser chemical vapor deposition method, the deposition temperature can be lowered, but the deposition rate is slow and it is difficult to uniformly irradiate the laser. On the contrary, when the laser power is increased to increase the deposition rate , Since the laser is irradiated toward the substrate, there is a problem that the substrate may be damaged by the laser.

대한민국 공개특허 제2018-0068637호Republic of Korea Patent Publication No. 2018-0068637 대한민국 등록특허 제1243782호Korean Registered Patent No. 12443782

따라서 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 플라즈마 화학기상증착을 수행함에 있어, 반응물질 전체로 에너지가 균일하게 분산되도록 레이저를 조사하여 반응물질의 반응성을 향상시킴으로써 화학기상증착을 위한 증착 온도를 낮추면서도, 기판에의 증착속도를 향상시키고, 증착된 박막의 품질 또한 현저히 향상시킬 수 있도록 하는 유기소재 등을 포함하는 다양한 소재의 박막 증착에 적합한 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an embodiment of the present invention for solving the problems of the prior art described above is, in performing plasma chemical vapor deposition, by irradiating a laser so that energy is uniformly dispersed throughout the reactant to improve the reactivity of the reactant. A laser plasma chemical vapor deposition device suitable for thin film deposition of various materials including organic materials, which improves the deposition rate on the substrate while lowering the deposition temperature for vapor deposition and significantly improves the quality of the deposited thin film. And to provide a method thereof.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 레이저발생부; 상기 레이저발생부에서 발생된 레이저의 초점과 경로를 조절하는 광학계부; 및 상기 광학계부로부터 출력되는 레이저의 경로 상에 반응물질을 분사하여 반응물질 증착 대상 기판에 플라즈마 화학기상증착을 수행하는 챔버부;를 포함하며, 상기 광학계부에서 초점과 경로가 조절된 레이저가 상기 챔버부 내부로 조사되는 것을 특징으로하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치를 제공한다.An embodiment of the present invention for achieving the above object, a laser generator; An optical system unit for adjusting the focus and path of the laser generated by the laser generating unit; And a chamber unit for performing plasma chemical vapor deposition on a substrate to be deposited with a reactive material by spraying a reactive material onto the path of the laser output from the optical system unit, wherein the laser whose focus and path are adjusted in the optical system unit is the It provides a laser plasma chemical vapor deposition apparatus, characterized in that irradiated into the interior of the chamber.

본 발명의 실시예에 따르는 상기 레이저는 상기 챔버부의 양측에서 상기 챔버부 내부로 조사되도록 구성될 수 있다.The laser according to an embodiment of the present invention may be configured to be irradiated into the chamber from both sides of the chamber.

본 발명의 실시예에 따르는 상기 레이저발생부에서 출력되는 레이저는, 150 내지 20,000 nm 범위의 파장을 가지는 것일 수 있다.The laser output from the laser generator according to an embodiment of the present invention may have a wavelength in the range of 150 to 20,000 nm.

본 발명의 실시예에 따르는 상기 레이저발생부에서 출력되는 레이저는, 상기 증착챔버 내 상기 기판 위에서 0.001 내지 100 W/mm2 범위의 파워밀도를 가지는 것일 수 있다.The laser output from the laser generator according to the embodiment of the present invention may have a power density in the range of 0.001 to 100 W/mm 2 on the substrate in the deposition chamber.

본 발명의 일 실시예에 따르는 상기 광학계부는, 상기 레이저를 상기 레이저 조사 방향의 측 방향으로 기 설정된 간격의 다수의 라인으로 분할하여 다중라인 레이저로 변환하는 다중분할렌즈를 구비한 다초점광학계를 포함하여 구성될 수 있다.The optical system unit according to an embodiment of the present invention includes a multifocal optical system having a multi-segment lens for converting the laser into a multi-line laser by dividing the laser into a plurality of lines at predetermined intervals in a lateral direction of the laser irradiation direction. It can be configured.

본 발명의 일 실시예에 따르는 상기 광학계부는, 상기 레이저를 상기 레이저 조사 방향에 수직인 z축, 상기 레이저 조사 방향인 y축 및 상기 레이저 조사 방향의 수평 방향인 x축으로 선택적으로 이동시켜 상기 레이저를 상기 챔버부의 내부로 스캔 또는 진동스캔 조사하는 레이저조사구동부를 포함하여 구성될 수 있다.The optical system unit according to an embodiment of the present invention selectively moves the laser to a z-axis perpendicular to the laser irradiation direction, a y-axis that is the laser irradiation direction, and an x-axis horizontal to the laser irradiation direction, It may be configured to include a laser irradiation driving unit for irradiating a scan or vibration into the interior of the chamber unit.

본 발명의 일 실시예에 따르는 상기 레이저조사구동부는, 상기 레이저의 스캔 조사 중에 상기 레이저를 x축 방향에서 진동 조사하도록 구성될 수도 있다.The laser irradiation driving unit according to an embodiment of the present invention may be configured to vibrate the laser in the x-axis direction during scan irradiation of the laser.

본 발명의 일 실시예에 따르는 상기 레이저조사구동부는, 상기 레이저의 스캔 조사 중에 상기 레이저를 z축 방향에서 진동 조사하도록 구성될 수도 있다.The laser irradiation driving unit according to an embodiment of the present invention may be configured to vibrate the laser in the z-axis direction during scan irradiation of the laser.

본 발명의 일 실시예에 따르는 상기 광학계부는, 상기 레이저를 상기 기판의 길이를 기 설정된 간격으로 분할한 영역에 대응하는 조사영역을 가지고, 상기 기판의 전체 길이를 상기 조사영역별로 스캔조사하도록 구성될 수 있다.The optical system unit according to an embodiment of the present invention may be configured to have an irradiation area corresponding to an area obtained by dividing the length of the substrate into a predetermined interval by dividing the laser, and scan and irradiate the entire length of the substrate for each irradiation area. I can.

본 발명의 일 실시예에 따르는 상기 챔버부는, 챔버; 상기 챔버의 상부에 반응물질을 상기 챔버의 내부로 반응물질을 공급하도록 형성되는 반응물질공급부; 상기 반응물질공급부의 하부에 설치되어, 음극을 가지며 반응물질을 고르게 분산시켜 기판측으로 분사하는 샤워헤드; 상기 챔버의 내부로 분사된 반응물질을 플라즈마화하기 위해 상기 챔버의 내부로 플라즈마 에너지를 공급하는 플라즈마 에너지 발생부; 및 상기 샤웨헤드의 하부에서 상기 기판을 지지하도록 배치되어 양극으로 작용하는 서셉터;를 포함하여 구성될 수 있다.The chamber unit according to an embodiment of the present invention includes: a chamber; A reaction material supply unit formed above the chamber to supply a reactant material into the chamber; A showerhead installed under the reactant supply unit, having a cathode, and spraying the reactant material evenly to the substrate side; A plasma energy generator for supplying plasma energy to the interior of the chamber to convert the reaction material injected into the chamber into plasma; And a susceptor disposed under the Shawe head to support the substrate and acting as an anode.

본 발명의 일 실시예에 따르는 상기 플라즈마 에너지 발생부는, 상기 반응물질을 플라즈마화하기 위한 플라즈마 에너지 밀도가 0.01 W/cm2 ~ 10 W/cm2의 범위를 가지고 조사하도록 구성될 수 있다.The plasma energy generator according to an embodiment of the present invention may be configured to irradiate the reaction material with a plasma energy density in the range of 0.01 W/cm 2 to 10 W/cm 2 .

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예는, 챔버부, 반응물질공급부, 샤워헤드, 플라즈마 에너지 발생부 및 상기 샤웨헤드의 하부에서 상기 기판을 지지하도록 배치되어 양극으로 작용하는 서셉터를 포함하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치에 의한 화학기상증착 방법에 있어서, 상기 반응물질공급부를 통해 챔버부의 내부로 반응물질을 분사하는 반응물질 분사단계; 상기 플라즈마 에너지 발생부를 통해 상기 챔버부의 내부로 플라즈마 에너지를 공급하여 상기 반응물질을 플라즈마화 하는 플라즈마화 단계; 및 상기 플라즈마화 단계와 동시에 상기 레이저발생부에서 출력되는 레이저를 상기 챔버부의 내부로 조사하여, 상기 챔버부의 내부로 공급된 상기 반응물질들의 플라즈마화 반응을 촉진시키는 레이저조사 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention for achieving the above object is a chamber unit, a reactant supply unit, a shower head, a plasma energy generation unit, and a susceptor that is disposed to support the substrate under the Shawe head and acts as an anode. A chemical vapor deposition method using a laser plasma chemical vapor deposition apparatus comprising: a reactant spraying step of injecting a reactant into a chamber through the reactant supply unit; Plasmaizing the reactant material into plasma by supplying plasma energy into the chamber through the plasma energy generator; And a laser irradiation step of irradiating a laser output from the laser generating unit into the interior of the chamber unit at the same time as the plasma forming step to promote a plasma reaction of the reactants supplied to the interior of the chamber unit. It provides a laser plasma chemical vapor deposition method.

본 발명의 다른 실시예에 따르는 상기 레이저조사 단계는, 상기 레이저를 상기 챔버의 양측방향에서 상기 챔버의 내부로 조사하는 단계일 수 있다.The laser irradiation step according to another embodiment of the present invention may be a step of irradiating the laser into the chamber from both sides of the chamber.

본 발명의 다른 실시예에 따르는 상기 레이저조사 단계는, 상기 광학계부에 구비되는 다중분할렌즈에 의해 상기 레이저를 상기 레이저 조사 방향의 측 방향으로 기 설정된 간격의 다수의 라인으로 분할하여 다중라인 레이저로 변환하여 조사하는 단계일 수 있다.In the laser irradiation step according to another embodiment of the present invention, the laser is divided into a plurality of lines at predetermined intervals in a lateral direction of the laser irradiation direction by a multi-segment lens provided in the optical system unit to form a multi-line laser. It may be a step of converting and investigating.

본 발명의 다른 실시예에 따르는 상기 레이저 조사단계에서 조사되는 레이저는, 150 내지 20,000 nm의 범위의 파장을 가질 수 있다.The laser irradiated in the laser irradiation step according to another embodiment of the present invention may have a wavelength in the range of 150 to 20,000 nm.

본 발명의 다른 실시예에 따르는 상기 레이저 조사단계에서 조사되는 레이저는, 상기 챔버 내 상기 기판 위에서, 0.001 W/cm2 내지 100 W/mm2 범위 내의 파워를 가질 수 있다.The laser irradiated in the laser irradiation step according to another embodiment of the present invention may have a power within a range of 0.001 W/cm 2 to 100 W/mm 2 on the substrate in the chamber.

본 발명의 다른 실시예에 따르는 상기 플라즈마화 단계는, 상기 반응물질을 플라즈마화하기 위하여 플라즈마 에너지 밀도가 0.01 W/cm2 내지 100 W/cm2의 범위를 가지는 플라즈마 에너지를 공급하는 것일 수 있다. The plasmaizing step according to another embodiment of the present invention may be to supply plasma energy having a plasma energy density of 0.01 W/cm 2 to 100 W/cm 2 in order to plasmaize the reactant.

상술한 본 발명의 실시 예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치는, 플라즈마 화학기상증착 시 반응물질의 측 방향에서 레이저를 조사하는 것에 의해 반응물질의 플라즈마화를 가속화하여 미 반응 가스를 줄이는 것에 의해 플라즈마 화학기상증착 온도를 낮추면서도 기판 상에 고품질의 박막을 증착시킬 수 있도록 하는 효과를 제공한다.The laser plasma chemical vapor deposition apparatus according to the above-described embodiment of the present invention accelerates plasma conversion of the reactant by irradiating a laser from the side direction of the reactant during plasma chemical vapor deposition to reduce unreacted gas. It provides the effect of allowing high-quality thin films to be deposited on a substrate while lowering the chemical vapor deposition temperature.

상술한 본 발명의 실시 예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치는, 플라즈마 화학기상증착 시 반응물질의 양측 방향에서 레이저를 조사하는 것에 의해 반응물질의 플라즈마화를 더욱 가속화시켜 미 반응 가스를 더욱 줄이는 것에 의해 플라즈마 화학기상증착 온도를 낮추면서도 반응물질의 기판 증착 속도를 높이고, 더욱 균일한 고품질의 박막을 증착시킬 수 있도록 하는 효과를 제공한다.The laser plasma chemical vapor deposition apparatus according to an embodiment of the present invention described above further accelerates the plasma conversion of the reactant by irradiating a laser from both directions of the reactant during the plasma chemical vapor deposition to further reduce unreacted gas. Accordingly, while lowering the plasma chemical vapor deposition temperature, the substrate deposition rate of the reactant material is increased, and a more uniform high-quality thin film can be deposited.

상술한 본 발명의 실시 예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치는, 플라즈마 화학기상증착 온도를 낮추면서도 반응물질의 기판 증착 속도를 높이는 것에 의해 유기소재 등을 포함하는 다양한 소재의 박막 증착을 고효율 및 고품질로 수행할 수 있도록 하는 효과를 제공한다. The laser plasma chemical vapor deposition apparatus according to an embodiment of the present invention described above provides high efficiency and high quality thin film deposition of various materials including organic materials by increasing the substrate deposition rate of reactants while lowering the plasma chemical vapor deposition temperature. It provides an effect that allows it to be performed with.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치(LAPECVD: Laser Assisted Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition)(1)의 부분 평면 단면도.
도 2는 레이저발생부(100)의 레이저를 챔버부(300)의 내부로 조사하기 위한 레이저발생부(100)와 광학계부(200) 및 챔버부(300)의 연결 구성을 나타내는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치의 일부 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따르는 다초점 광학계(220)에 구성을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저조사구동부(210)를 나타내기 위한 광학장치부(200)의 부분단면도.
도 5는 도 4의 레이저조사구동부(210)의 실제 구현 예를 나타내는 사진이다.
도 6은 다중레이저의 양방향 조사를 나타내는 도 1의 챔버부(300)의 평면 부분 단면도.
도 7은 도 1의 챔버부(300)의 양측의 레이저포트(350)를 가로지르는 방향으로 절단한 측단면도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD)과 종래기술의 플라즈마 화학기상증착(PECVD)에 의해 형성된 박막의 WVTR (water vapor transmission rate)특성 비교 그래프.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD) 시 레이저빔을 좌우로 스캔하면서 챔버(300)의 일 측면에서 조사하여 형성된 박막과 종래기술의 플라즈마 화학기상증착(PECVD)에 의해 형성된 박막의 균일도를 나타내는 그래프.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD) 시 레이저빔을 좌우로 스캔하면서 챔버(300)의 일 측면에서 조사하여 형성된 박막(TF)의 사진.
도 11 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD) 챔버(300)의 양 측면에서 동시에 양방향으로 조사하여 형성된 박막(TF)과 종래기술의 플라즈마 화학기상증착(PECVD)에 의해 형성된 박막(TF)의 위치별 두께 변화를 측정한 그래프.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD) 챔버(300)의 양 측면에서 동시에 양방향으로 조사하여 형성된 박막(TF) 의 사진.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예의 레이저 플라즈마 화학기상증착 방법의 처리과정을 나타내는 순서도.
1 is a partial plan sectional view of a LAPECVD: Laser Assisted Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (LAPECVD) 1 according to an embodiment of the present invention.
2 is a laser plasma chemical vapor phase showing a connection configuration between the laser generator 100, the optical system 200, and the chamber 300 for irradiating the laser of the laser generator 100 into the chamber 300 Partial perspective view of the deposition apparatus.
3 is a diagram showing the configuration of a multifocal optical system 220 according to an embodiment of the present invention.
4 is a partial cross-sectional view of an optical device unit 200 for showing the laser irradiation driving unit 210 according to an embodiment of the present invention.
5 is a photograph showing an actual implementation example of the laser irradiation driving unit 210 of FIG. 4.
6 is a plan partial cross-sectional view of the chamber unit 300 of FIG. 1 showing bidirectional irradiation of a multi-laser.
7 is a side cross-sectional view cut in a direction crossing the laser ports 350 on both sides of the chamber unit 300 of FIG. 1.
8 is a graph comparing water vapor transmission rate (WVTR) characteristics of a thin film formed by laser plasma chemical vapor deposition (LAPECVD) and plasma chemical vapor deposition (PECVD) according to an embodiment of the present invention.
9 is a thin film formed by irradiating from one side of the chamber 300 while scanning a laser beam from side to side during laser plasma chemical vapor deposition (LAPECVD) according to an embodiment of the present invention and plasma chemical vapor deposition (PECVD) of the prior art. A graph showing the uniformity of the thin film formed by
10 is a photograph of a thin film TF formed by irradiating from one side of the chamber 300 while scanning a laser beam from side to side during laser plasma chemical vapor deposition (LAPECVD) according to an embodiment of the present invention.
11 formed by a thin film (TF) formed by irradiating both sides of a laser plasma chemical vapor deposition (LAPECVD) chamber 300 simultaneously in both directions according to an embodiment of the present invention and a plasma chemical vapor deposition (PECVD) of the prior art A graph measuring the thickness change by location of the thin film (TF).
12 is a photograph of a thin film TF formed by simultaneously irradiating both sides of a laser plasma chemical vapor deposition (LAPECVD) chamber 300 according to an embodiment of the present invention in both directions.
13 is a flow chart showing a processing process of a laser plasma chemical vapor deposition method according to another embodiment of the present invention.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the embodiments according to the concept of the present invention can apply various changes and have various forms, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the present specification or application. However, this is not intended to limit the embodiments according to the concept of the present invention to a specific form of disclosure, and the present invention should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle. Should be. On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in the middle. Other expressions describing the relationship between components, such as "between" and "just between" or "adjacent to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.

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 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this specification are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of a set feature, number, step, action, component, part, or combination thereof, but one or more other features or numbers It is to be understood that the possibility of addition or presence of, steps, actions, components, parts, or combinations thereof is not preliminarily excluded.

이하, 본 발명의 실시 예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings showing embodiments of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치(1)의 부분 평면 단면도이고, 도 2는 레이저발생부(100)의 레이저를 챔버부(300)의 내부로 조사하기 위한 레이저발생부(100)와 광학계부(200) 및 챔버부(300)의 연결 구성을 나타내는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치의 일부 사시도이다.1 is a partial plan view of a laser plasma chemical vapor deposition apparatus 1 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a laser for irradiating the laser of the laser generating unit 100 into the interior of the chamber unit 300 It is a partial perspective view of a laser plasma chemical vapor deposition apparatus showing a connection configuration between the generation unit 100 and the optical system unit 200 and the chamber unit 300.

도 1과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치(1)는, 레이저발생부(100)와 레이저발생부(100)의 출력 레이저(L)를 입력 받은 후, 초점조절 및 광경로 조절을 수행하여 챔버부(300)의 내부로 조사하는 광학계부(200) 및 상기 광학계부(200)로부터 출력되는 레이저(L)의 경로 상에 반응물질을 분사하여 기판에 플라즈마 화학기상증착을 수행하는 챔버부(300)를 포함하여 구성되어, 상기 챔버부(300)의 내부에서 플라즈마화된 반응 가스의 측방향으로 레이저를 조사하여 미 반응된 반응물질을 플라즈마화 하여 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD: Laser Assisted Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition)을 수행하는 것에 의해 챔버부(300)의 내부에 장입된 기판 상에 박막을 적층 형성한다.As shown in FIG. 1, the laser plasma chemical vapor deposition apparatus 1 according to an embodiment of the present invention receives the output laser L of the laser generating unit 100 and the laser generating unit 100, and then adjusting the focus. And a plasma chemical vapor phase on the substrate by spraying a reactive material on the path of the optical system unit 200 that irradiates the interior of the chamber unit 300 by adjusting the optical path and the laser L output from the optical system unit 200. Consisting of a chamber unit 300 for performing deposition, the laser is irradiated in the lateral direction of the plasmad reaction gas inside the chamber unit 300 to convert the unreacted reaction material into plasma to form a laser plasma chemical vapor phase. A thin film is laminated on the substrate charged in the chamber unit 300 by performing laser assisted plasma enhanced chemical vapor deposition (LAPECVD).

상기 레이저발생부(100)는 ArF(193nm) 레이저를 구비할 수 있다. 또한 상기 레이저발생부(10)에서 발생되는 레이저(L)의 파장은 150 내지 20,000nm의 범위를 가질 수 있다. 이는 상기 레이저(L)의 파장이 150 ㎚ 미만인 경우, 레이저(L) 자체의 비용이 너무 증가하여 생산비용이 증가하고 고출력을 형성하기가 힘들다는 단점이 있다. 그리고 레이저부(10)의 조사 파장이 20,000 ㎚ 초과인 경우, 저 에너지를 갖는 장파장의 레이저로 인해, 치밀한 박막(71)을 형성하기 위해 조사되는 레이저의 에너지가 부족할 수 있다. The laser generator 100 is ArF (193 nm) A laser can be provided. In addition, the wavelength of the laser L generated by the laser generating unit 10 may have a range of 150 to 20,000 nm. This has a disadvantage in that when the wavelength of the laser L is less than 150 nm, the cost of the laser L itself increases too much, so that the production cost increases and it is difficult to form high power. In addition, when the irradiation wavelength of the laser unit 10 is more than 20,000 nm, energy of the laser irradiated to form the dense thin film 71 may be insufficient due to a long wavelength laser having low energy.

또한, 상기 레이저 발생부(100)에서 발생된 레이저(L)는 챔버 내부 기판 위에서 파워밀도가 0.001 W/cm2 내지 100 W/mm2 범위를 가지도록 조절되어 조사될 수 있다. 상기 레이저(L)의 파워가 0.001 W/mm2 미만인 경우, 레이저 에너지의 파워가 너무 낮아, 가스분해가 효과적으로 일어나지 않을 수 있다. 그리고 레이저부(10)에서 출력되는 레이저(L)의 파워가 100 W/mm2 초과인 경우, 레이저 비용증가로 생산원가가 증가할 수 있다.In addition, the laser L generated by the laser generator 100 may be irradiated by adjusting the power density on the substrate inside the chamber to have a range of 0.001 W/cm 2 to 100 W/mm 2 . When the power of the laser L is less than 0.001 W/mm 2 , the power of the laser energy is too low, and gas decomposition may not occur effectively. In addition, when the power of the laser L output from the laser unit 10 exceeds 100 W/mm 2 , the production cost may increase due to an increase in laser cost.

상기 광학계부(200)는 레이저(L)의 경로 및 초점 조절을 위한 다수의 볼록, 오목 또는 플라이(Fly) 렌즈 등의 렌즈와 반사경들을 포함하여 구성되어, 상기 레이저발생부(100))에서 출력된 레이저(L)를 챔버부(300)의 측방향에서 챔버부(300)의 내부로 조사하도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 광학계부(200)는 상기 레이저(L)를 챔버부(300)의 양 측방향에서 챔버부(300) 내부로 동시에 조사되도록 2중 레이저 경로를 가지도록 구성될 수도 있다.The optical system unit 200 is configured to include a plurality of convex, concave, or fly lenses and reflectors for adjusting the path and focus of the laser L, and output from the laser generating unit 100 It may be configured to irradiate the resulting laser (L) into the interior of the chamber 300 from the side direction of the chamber 300. In this case, the optical system unit 200 may be configured to have a double laser path so that the laser L is simultaneously irradiated into the chamber unit 300 from both sides of the chamber unit 300.

상기 광학계부(200)는 상기 레이저를 다수의 레이저 라인을 가지는 다중라인 레이저(ML)로 변환하여 조사하고, 다중라인 레이저(ML)의 수직 수평 및 진행 방향에서의 조사 방향을 가변시키도록 구성될 수도 있다.The optical system unit 200 is configured to convert the laser into a multi-line laser (ML) having a plurality of laser lines and irradiate it, and to change the irradiation direction in the vertical, horizontal and traveling direction of the multi-line laser (ML). May be.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따르는 다초점 광학계(220)에 구성을 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저조사구동부(210)를 나타내기 위한 광학장치부(200)의 부분단면도이며, 도 5는 도 4의 레이저조사구동부(210)의 실제 구현 예를 나타내는 사진이다.3 is a diagram showing the configuration of a multifocal optical system 220 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an optical device unit 200 for showing the laser irradiation driving unit 210 according to an embodiment of the present invention. ) Is a partial cross-sectional view, and FIG. 5 is a photograph showing an actual implementation example of the laser irradiation driving unit 210 of FIG. 4.

도 3에서 (a)는 다중레이저 조사 구동 상태를 나타내는 도면이고, (b)는 다초점 광학계(220)의 실제 구현 예의 사진이며, (c)는 다초점 광학계(220)에 의해 다중 분할된 다중레이저(ML)의 초점(LP) 사진을 나타낸다.In FIG. 3, (a) is a diagram showing a multi-laser irradiation driving state, (b) is a photograph of an actual implementation example of the multifocal optical system 220, and (c) is a multi-segmented multifocal optical system 220 The focus (LP) picture of the laser (ML) is shown.

도 3의 (b)와 같이, 상기 다초점 광학계(220)는, 상기 레이저(L)를 다수의 초점을 가지는 다중라인 레이저(ML)로 형성하기 위한 다중분할렌즈(230)와, 다중분할렌즈(230)를 고정하는 렌즈홀더(231)를 포함하여 구성된다. 이때, 상기 다중분할렌즈(230)는 다수의 초점을 가지는 렌즈들이 배열 구성되는 플라이(Fly) 렌즈 등일 수 있다.As shown in (b) of FIG. 3, the multifocal optical system 220 includes a multi-split lens 230 for forming the laser L into a multi-line laser ML having a plurality of focuses, and a multi-split lens It is configured to include a lens holder 231 for fixing the 230. In this case, the multi-split lens 230 may be a fly lens or the like in which lenses having a plurality of focal points are arranged.

상술한 구성을 가지는 상기 다초점 광학계(220)는 도 3의 (a)와 같이, 레이저발생부(100)에서 출력된 레이저(L)를 반사미러(201) 등을 통해 입력 받은 후, 서로 수평으로 진행하는 다수의 레이저 라인을 가지는 다중라인 레이저(ML)로 변환하여 출력한다. 이렇게 변환된 다중라인 레이저(ML)는 도 3의 (c)와 같이 레이저 플라즈마 화학기상증착이 수행될 기판면에 평행한 면 상에서 레이저 조사 방향의 수평 방향인 x축 방향을 따라 기 설정된 간격으로 분할된 다수의 초점(LP)을 가지게 된다. 이에 따라, 챔버부(300) 내부의 x축 방향에서 반응물질로의 레이저 조사 면적을 크게 하며, x축 방향으로 다중라인 레이저(ML)를 스캔 조사하는 것에 의해 분할된 폭의 영역에서 다중라인 레이저(ML)가 중첩 조사되어 반응물질의 플라즈마화 효율을 향상시킨다.The multifocal optical system 220 having the above-described configuration receives the laser L output from the laser generating unit 100 through the reflective mirror 201, as shown in FIG. It is converted into a multi-line laser (ML) having a plurality of laser lines going to and outputted. The multi-line laser (ML) converted in this way is divided at predetermined intervals along the x-axis direction, which is the horizontal direction of the laser irradiation direction, on a surface parallel to the substrate surface on which laser plasma chemical vapor deposition is to be performed, as shown in Fig. 3(c). It has a number of focal points (LP). Accordingly, the area of laser irradiation to the reactant material in the x-axis direction inside the chamber unit 300 is increased, and a multi-line laser in the divided width area by scanning and irradiating a multi-line laser (ML) in the x-axis direction (ML) is superimposed irradiation to improve the plasma conversion efficiency of the reactant.

도 4와 같이, 상기 레이저조사구동부(210)는 단일초점광학계(미도시) 또는 상기 다초점광학계(220)가 장착되고, 상기 단일초점광학계 또는 다초점 광학계를 y축 방향을 따라 이동시키도록 구성되는 y축 구동부(ym), 상기 y축 구동부(ym)를 x축 방향으로 이동시키도록 상기 y축 구동부(y)의 하부에 설치되는 x축 구동부(xm) 및 상기 y축 구동부(yn)와 x축 구동부(xm)를 동시에 수직 방향으로 승하가 시키도록 상기 x축 구동부(xm)의 하부에 설치되는 z축 구동부(zm)를 포함하여 구성된다. 이때, x축은 상기 레이저(L) 또는 다중라인 레이저(ML) 조사 방향에 대한 수평 방향, y축은 상기 레이저(L) 또는 상기 다중라인 레이저(ML) 조사 방향, z축은 상기 레이저(L) 또는 상기 다중라인 레이저(ML) 조사 방향의 수직 방향으로 설정된다.As shown in Figure 4, the laser irradiation driver 210 is equipped with a single focus optical system (not shown) or the multifocal optical system 220, and is configured to move the single focus optical system or the multifocal optical system along the y-axis direction. The y-axis driving unit (ym) and the y-axis driving unit (y) installed under the y-axis driving unit (y) to move the y-axis driving unit (ym) in the x-axis direction (xm) and the y-axis driving unit (yn) It is configured to include a z-axis driving unit (zm) installed below the x-axis driving unit (xm) so as to simultaneously elevate the x-axis driving unit (xm) in the vertical direction. At this time, the x-axis is a horizontal direction with respect to the irradiation direction of the laser (L) or multi-line laser (ML), the y-axis is the irradiation direction of the laser (L) or the multi-line laser (ML), and the z-axis is the laser (L) or the It is set in the vertical direction of the multi-line laser (ML) irradiation direction.

상술한 도 4의 구성을 가지는 상기 레이저조사구동부(210)는 상기 단일 초점광학계 또는 상기 다초점광학계(220)의 x, y, z 축의 3축 방향에서 선택적으로 이동시키는 것에 의해 상기 단일초점광학계 또는 상기 다초점광학계(220)를 통해 조사되는 단일초점 레이저 또는 다수의 라인으로 분할되어 조사되는 다중라인 레이저(ML)의 조사 방향, 스캔 방향 또는 수평-수직 진동의 조절을 수행한다.The laser irradiation driving unit 210 having the configuration of FIG. 4 described above is the single focus optical system or the single focus optical system by selectively moving in the three-axis directions of the x, y, and z axes of the single focus optical system or the multifocal optical system 220 The irradiation direction, scan direction, or horizontal-vertical vibration of the single-focus laser irradiated through the multifocal optical system 220 or the multi-line laser (ML) divided into a plurality of lines and irradiated is adjusted.

상술한 구성을 가지는 상기 레이저발생부(100)와 광학계부(200)는, 챔버부(300)의 내부에서 분사되는 반응물질의 플라즈마화 효율을 더욱 향상시키기 위해, 하기에 설명될 도 6과 같이 챔버부(300) 내부의 반응물질의 양측에서 단일초점을 가지는 레이저(L) 또는 다중라인 레이저(ML)를 동시에 조사할 수 있도록 도, 1과 같이 챔버부(300)의 양측에 이중으로 구성될 수도 있다. 이때 상기 양측에서 조사되는 레이저는 동일한 에너지를 가지고 양측에서 조사됨으로써, 챔버부(300) 내부에서 흡수되더라도 반응물질 전체에 가능한 균일한 에너지가 조사되도록 하여 반응물질들의 플라즈마화가 균일하게 이루어지도록 구성될 수 있다.The laser generating unit 100 and the optical system unit 200 having the above-described configuration, in order to further improve the plasma efficiency of the reaction material injected from the inside of the chamber unit 300, as shown in FIG. 6 to be described below. To be able to simultaneously irradiate the laser (L) or multi-line laser (ML) having a single focus from both sides of the reaction material inside the chamber unit 300, as shown in Figure 1, it will be configured double on both sides of the chamber unit 300 May be. At this time, the laser irradiated from both sides has the same energy and is irradiated from both sides, so that even if it is absorbed inside the chamber unit 300, the entire reactant is irradiated with as uniform energy as possible, so that plasma of the reactants is uniformly achieved. have.

그리고 상기 챔버부(300)의 양측에서 조사되는 레이저는 도 1의 구성과는 달리 하나의 레이저발생부(100)와 두 개의 광학계부(20))를 통해 하나의 레이저발생부(200)에서 발생된 레이저를 두 개의 광학계부(200)에 의해 2개의 경로로 분할하여 조사되도록 구성될 수도 있다. 이 경우, 레이저의 광경로가 큰 쪽의 레이저 에너지가 크도록 분할하여 조사하는 것에 의해 레이저가 지나는 광경로 상에서의 공기에 의한 레이저 에너지의 손실을 고려하여 챔버부(300)의 양측에서 조사되는 레이저가 서로 동일하거나 비슷한 세기를 가지고 중첩되도록 양방향에서 조사되도록 구성될 수 있다.And the laser irradiated from both sides of the chamber unit 300 is generated in one laser generating unit 200 through one laser generating unit 100 and two optical system units 20, unlike the configuration of FIG. The resulting laser may be divided into two paths by the two optical system units 200 to be irradiated. In this case, the laser irradiated from both sides of the chamber unit 300 in consideration of loss of laser energy due to air in the optical path through which the laser passes by dividing and irradiating the laser energy with the larger optical path Can be configured to be irradiated in both directions so that they overlap each other with the same or similar intensity.

상술한 바와 같이, 챔버부(300)의 양측면에서 레이저(L) 또는 다중라인 레이저(ML)를 챔버부(300)의 내부로 조사하는 경우, 상기 레이저(L) 또는 다중라인 레이저(ML)는 플라즈마화에 필요한 레이저 파워의 0.4 내지 0.6 범위의 크기를 가지도록 분할되는 것에 의해 반응물질로 과도한 레이저 에너지가 공급되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다.As described above, when a laser (L) or a multi-line laser (ML) is irradiated into the interior of the chamber part 300 from both sides of the chamber part 300, the laser (L) or the multi-line laser (ML) is It can be configured to prevent excessive laser energy from being supplied to the reactant by being divided to have a size in the range of 0.4 to 0.6 of the laser power required for plasmaization.

다음으로, 도 1의 챔버부(300)의 구성을 설명한다.Next, the configuration of the chamber unit 300 of FIG. 1 will be described.

도 6은 다중레이저의 양방향 조사를 나타내는 도 1의 챔버부(300)의 평면 부분 단면도이고, 도 7은 도 1의 챔버부(300)의 양측의 레이저포트(350)를 가로지르는 방향으로 절단한 측단면도이다.6 is a plan partial cross-sectional view of the chamber unit 300 of FIG. 1 showing bidirectional irradiation of a multi-laser, and FIG. 7 is cut in a direction crossing the laser ports 350 on both sides of the chamber unit 300 of FIG. 1 It is a side cross-sectional view.

도 6 및 도 7과 같이, 상기 챔버부(300)는 챔버(310)를 구성하는 상부의 반응물질공급부(320)와, 상기 반응물질공급부(320)의 하부에 설치되어, 음극을 가지며 반응물질을 고르게 분산시켜 분사하는 샤워헤드(330), 챔버(310)의 내부로 분사된 반응물질을 플라즈마화하기 위해 챔버(310)의 내부에 구성된 코일 등으로 플라즈마 에너지인 고주파를 공급하는 플라즈마 에너지 발생부(340), 상기 샤웨헤드(330)의 하부에서 기판(S)을 지지하도록 배치되어 양극으로 작용하는 서셉터(350) 및 챔버(310)의 레이저(L) 또는 다중라인 레이저(ML)가 조사되는 일측 또는 양측에 설치되는 하나 또는 한 쌍의 레이저포트(360)를 포함하여 구성된다.As shown in FIGS. 6 and 7, the chamber unit 300 is installed under the reaction material supply unit 320 at the upper portion and the reaction material supply unit 320 constituting the chamber 310, and has a cathode and has a reaction material. A plasma energy generator that supplies high frequency, which is plasma energy, to a showerhead 330 that evenly distributes and sprays the plasma, and a coil configured inside the chamber 310 to convert the reactant material injected into the chamber 310 into plasma. 340, the susceptor 350, which is disposed to support the substrate S under the Shawe head 330 and acts as an anode, and a laser L or a multi-line laser ML of the chamber 310 are irradiated. It is configured to include one or a pair of laser ports 360 installed on one or both sides.

상기 반응물질공급부(320)는 상기 챔버(310) 내부의 레이저 플라즈마 화학기상증착을 수행하도록 하는 공간으로 반응물질을 공급하도록 구성된다. 상기 챔버부(300)의 내부로 분사되는 반응물질은 아르곤(Ar), 헬륨(He), 크립톤(Kr), 크세논(Xe), 네온(Ne), 수소화규소(SiH4, Si2H4), 산화질소(N2O), 산소(O2), 질소(N2), 암모니아(NH3) 등의 반응가스나 Trimethylaluminum(TMA), H2O 등의 액체를 포함할 수 있다.The reactant supply unit 320 is configured to supply the reactant material to a space in the chamber 310 to perform laser plasma chemical vapor deposition. The reactants injected into the chamber part 300 are argon (Ar), helium (He), krypton (Kr), xenon (Xe), neon (Ne), silicon hydride (SiH 4 , Si 2 H 4 ) , Nitric oxide (N 2 O), oxygen (O 2 ), nitrogen (N 2 ), ammonia (NH 3 ) reaction gas, or a liquid such as Trimethylaluminum (TMA), H 2 O.

상기 샤워헤드(330)는 유입되는 반응물질들이 기판(S)의 상부에 균일하게 분사되도록 반응물질을 분산시켜 분사하도록 구성된다. 그리고 플라즈마화된 반응물질이 기판(S)으로 이동되어 박막을 형성한다.The showerhead 330 is configured to disperse and spray the reactants so that the incoming reactants are uniformly sprayed on the upper portion of the substrate S. Then, the plasma-generated reactant is transferred to the substrate S to form a thin film.

상기 플라즈마 에너지 발생부(340)는 챔버(310)의 내부에 구성되는 코일 등으로 고주파를 인가하는 것에 의해 챔버(310)의 내부로 플라즈마 에너지를 공급하도록 구성된다.The plasma energy generation unit 340 is configured to supply plasma energy into the chamber 310 by applying a high frequency to a coil or the like configured in the chamber 310.

상기 플라즈마 에너지공급부(340)는 챔버(310)의 내부로 분사된 반응물질들을 플라즈마화 하기 위한 고주파 또는 전기장 등을 챔부(310)의 내부 공간에 형성시키는 RF부, 매치(match) 및 챔버(310)의 내부에 형성되는 안테나 또는 전극로드 등을 포함하여 구성될 수 있다. 이때 상기 플라즈마 에너지공급부(340)에서 공급되는 플라즈마 에너지 밀도는 0.01 W/cm2 ~ 10 W/cm2 범위를 가질 수 있다. 이는 플라즈마 에너지 밀도가 0.01 W/cm2 이하인 경우 충분한 플라즈마가 형성되지 않을 수도 있고, 플라즈마 에너지 밀도가 10 W/cm2 이상인 경우 과도한 플라즈마의 형성에 의해 박막의 균일성이 저하될 수 있기 때문이다.The plasma energy supply unit 340 is an RF unit, a match, and a chamber 310 for forming a high frequency or electric field in the inner space of the chamber 310 for plasmaizing the reactants injected into the chamber 310. ) It may be configured to include an antenna or electrode rod formed inside. In this case, the plasma energy density supplied from the plasma energy supply unit 340 may have a range of 0.01 W/cm 2 to 10 W/cm 2 . This is because when the plasma energy density is 0.01 W/cm 2 or less, sufficient plasma may not be formed, and when the plasma energy density is 10 W/cm 2 or more, the uniformity of the thin film may be reduced due to excessive plasma formation.

상기 서셉터(350)는 상기 샤워헤드(330)와 하부에서 샤워헤드(330)와 대향하도록 배치 형성되는 것으로서, 기판(S)을 지지하며, 양전위가 인가되어 플라즈마 중 음이온을 기판(S) 면에 증착시키도록 구성된다.The susceptor 350 is disposed to face the shower head 330 at the bottom of the shower head 330 and supports the substrate S, and a positive potential is applied to transfer negative ions in the plasma to the substrate S. It is configured to deposit on the surface.

상기 레이저포트(360)는 상기 광학계부(200)에서 조사되는 레이저(L) 또는 다중라인 레이저(ML)를 챔버부(300)의 내부로 입력받는 창의 기능을 수행한다. 이를 위해, 상기 레이저포트(350)는 내부의 상부측에 하나 이상의 에어커튼관을 구비하여 챔버부(300)의 레이저(L) 또는 다중라인 레이저(ML)가 입사되는 면에서 광학계부(200)로 돌출되게 장착되는 관형의 레이저포트케이스와, 레이저포트케이스의 단부 개구에 설치되는 레이저 조사창을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 상기 레이저 조사창은 기판의 상부 전체 영역에 대한 레이저(L) 또는 다중라인 레이저(ML)의 스캔 조사를 수행할 수 있도록 폭이 박막 형성 대상 기판의 폭보다 큰 폭을 가지도록 형성될 수 있다.The laser port 360 functions as a window for receiving the laser L or the multi-line laser ML irradiated from the optical system unit 200 into the interior of the chamber unit 300. To this end, the laser port 350 is provided with one or more air curtain tubes on the upper side of the interior, so that the optical system unit 200 from the side where the laser (L) or multi-line laser (ML) of the chamber unit 300 is incident. It may be configured to include a tubular laser port case mounted to protrude into and a laser irradiation window installed at an end opening of the laser port case. In this case, the laser irradiation window may be formed to have a width greater than the width of the target substrate for thin film formation so that the laser (L) or the multi-line laser (ML) scan irradiation can be performed on the entire upper area of the substrate. have.

상기 에어커튼관은 플라즈마화된 반응물질이 조사창에 증착되는 방지하기 이해 질소 또는 아르곤 가스 등의 반응성이 없는 가스를 아래를 향하는 사선방향으로 조사창에 분사하여 플라즈마화된 반응물질이 조사창으로 이동하는 것을 방지하는 에어커튼을 형성하도록 구성될 수 있다.The air curtain tube prevents plasmaized reactants from depositing on the irradiation window. By spraying non-reactive gases such as nitrogen or argon gas into the irradiation window in a downward-facing diagonal direction, the plasmaized reactant material is transferred to the irradiation window. It may be configured to form an air curtain that prevents movement.

상술한 구성을 가지는 본 발명의 일 실시예의 레이저 플라즈마 화학기상증착장치(1)는, 챔버부(300)의 내부에 기판(S)을 장착한 후 반응물질을 분사한 후 플라즈마 에너지를 공급하여 플라즈마 화학기상증착을 수행하는 과정에서, 레이저발생부(100)에서 출력되는 레이저를 광학계부(200)를 통해 초점과 경로가 조절된 레이저(L) 또는 다중라인 레이저(ML)로 변환하여 챔버부(300)의 측 방향에서 챔버(310) 내부의 반응물질들에 조사하는 것에 의해 미 플라즈마화된 반응물질들을 플라즈마화시켜 반응물질의 플라즈마화 효율을 향상시키며, 이에 따라, 플라즈마 화학기상 증착의 효율을 향상시키는 효과를 제공한다.In the laser plasma chemical vapor deposition apparatus 1 according to an embodiment of the present invention having the above-described configuration, after mounting the substrate S inside the chamber unit 300, after spraying a reactant, plasma energy is supplied to the plasma. In the process of performing chemical vapor deposition, the laser output from the laser generating unit 100 is converted to a laser (L) or a multi-line laser (ML) whose focus and path are adjusted through the optical system unit 200 to convert the chamber unit ( By irradiating the reactants inside the chamber 310 from the side direction of 300), unplasmaized reactants are converted into plasma to improve the plasma efficiency of the reactants, thereby increasing the efficiency of plasma chemical vapor deposition. Provides an enhancing effect.

이때, 플라즈마 화학기상 증착의 효율을 향상시키기 위해, 레이저(L) 또는 다중라인 레이저(ML)는 광학계부(200)의 레이저조사구동부(210)에 의해 조사방향의 수평방향(x축)으로 스캔조사, 수직 방향(z축) 방향으로는 진동을 수행하며 수평방향(x축)으로는 스캔조사하거나, 수평방향(x축)으로는 스캔조사하며 수평방향(x축)에서의 진동조사를 병행하는 진동스캔조사를 수행하는 것에 의해 플라즈마화 온도를 낮추면서도 반응물질의 플라즈마화 효율을 더욱 현저히 향상시킬 수 있으며, 이에 의해, 플라즈마 화학기상증착의 효율을 더욱 현저히 향상시키는 효과 또한 제공한다.At this time, in order to improve the efficiency of plasma chemical vapor deposition, the laser (L) or the multi-line laser (ML) is scanned in the horizontal direction (x-axis) of the irradiation direction by the laser irradiation driver 210 of the optical system unit 200. Irradiation, vibration in the vertical direction (z-axis) direction, scan irradiation in the horizontal direction (x-axis), scan irradiation in the horizontal direction (x-axis), and vibration irradiation in the horizontal direction (x-axis) simultaneously By performing the vibrating scan irradiation, it is possible to further significantly improve the plasma conversion efficiency of the reactant material while lowering the plasma conversion temperature, thereby providing an effect of further remarkably improving the efficiency of plasma chemical vapor deposition.

이에 부가하여, 도 1 및 도 6과 같이, 챔버부(300)의 양측에서 초점조절된 레이저(L) 또는 다중라인 레이저(ML)를 좌우로 스캔하면서 조사하는 것에 의해 반응물질 전체에 균일한 레이저 에너지를 조사하도록 하여 반응물질의 플라즈마화 효율 및 플라즈마 화학기상 증착의 효율을 더욱 향상시키는 효과를 제공한다. 이때, 상기 기판이 대면적인 경우 레이저(L) 또는 다중라인 레이저(ML)를 좌우로 스캔하면서 단 방향으로 조사하는 경우 레이저의 흡수로 인하여 챔버 내에서 거리에 따라 레이저 에너지가 상이하게 되어 레이저 에너지의 균일성을 잃게 되어 균일한 박막 증착을 수행할 수 없게 된다. 따라서 단방향 조사로는 대면적 챔버 내부에서의 레이저 에너지의 균일성이 깨지는 크기의 이상의 대면적 기판에 대한 박막 증착 시에는 레이저를 양방향으로 조사하는 것이 바람직하다.In addition to this, as shown in FIGS. 1 and 6, by irradiating the focused laser (L) or multi-line laser (ML) from both sides of the chamber unit 300 while scanning left and right, a uniform laser is applied to the entire reaction material. By irradiating energy, it provides an effect of further improving the efficiency of plasmaization of the reactant and the efficiency of plasma chemical vapor deposition. In this case, when the substrate is large-area, when the laser (L) or multi-line laser (ML) is scanned left and right and irradiated in a single direction, the laser energy varies according to the distance within the chamber due to the absorption of the laser. Uniformity is lost, making it impossible to perform uniform thin film deposition. Therefore, it is preferable to irradiate the laser in both directions when depositing a thin film on a large-area substrate having a size larger than that in which the uniformity of laser energy in the large-area chamber is broken.

<실험예><Experimental Example>

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD)과 종래기술의 플라즈마 화학기상증착(PECVD)에 의해 형성된 박막의 WVTR(water vapor transmission rate)특성 비교 그래프이다.8 is a graph showing a comparison graph of water vapor transmission rate (WVTR) characteristics of a thin film formed by laser plasma chemical vapor deposition (LAPECVD) and plasma chemical vapor deposition (PECVD) according to an embodiment of the present invention.

도 8의 WVTR (water vapor transmission rate) 특성의 측정은 하기의 <표 1>의 조건을 이용하여 레이저 파워 75mW/mm2, 80mm x 5mm로 빔사이즈를 바꾸는 광학계를 적용하여, 본 발명의 실시예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD)과 종래기술의 플라즈마 화학기상증착(PECVD)에 의해 형성된 박막을 가지는 기판들을 이용하여 수행하였다.The measurement of the water vapor transmission rate (WVTR) characteristic of FIG. 8 is performed by applying an optical system that changes the beam size with a laser power of 75mW/mm 2 and 80mm x 5mm using the conditions of <Table 1> below. It was carried out using substrates having a thin film formed by laser plasma chemical vapor deposition (LAPECVD) and plasma chemical vapor deposition (PECVD) of the prior art.

<표 1><Table 1>

Figure 112018112897078-pat00001
Figure 112018112897078-pat00001

상술한 조건에 의해 박막이 증착된 기판 중 두께 300nm 박막이 형성된 기판에 대하여 WVTR을 측정하였으며, 도 8에서 (a), (b) 및 (c)는 종래기술의 플라즈마 화학기상증착(PECVD)에 의해 형성된 박막을 가지는 기판들의 WVTR 측정 결과를 나타내는 그래프이고, (d), (e) 및 (f)는 본 발명의 일 실시예의 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD)에 의해 형성된 박막을 가지는 기판들의 WVTR 측정 결과를 나타내는 그래프를 나타낸다.WVTR was measured for a substrate having a thickness of 300 nm among the substrates on which the thin film was deposited under the above-described conditions. In FIG. 8, (a), (b) and (c) are in the plasma chemical vapor deposition (PECVD) of the prior art. Is a graph showing the WVTR measurement results of substrates having a thin film formed by, (d), (e) and (f) are WVTR of substrates having a thin film formed by laser plasma chemical vapor deposition (LAPECVD) according to an embodiment of the present invention A graph showing the measurement result is shown.

도 8의 그래프의 비교에서와 같이, 동일 조건 하에서 종래기술의 PECVD에 의해 박막이 형성된 (a)와 비교하였을 때, 본 발명의 실시예의 LAPECVD에 의해 박막이 형성(d)의 경우 약 53% 이상의 수분투과율 감소를 보였다. 또한, 동일 조건 하에서 종래기술의 PECVD에 의해 박막이 형성된 (b)와 비교하였을 때, 본 발명의 실시예의 LAPECVD에 의해 박막이 형성된 (e)의 경우 약 57% 이상의 수분투과율 감소를 보였다. 또한, 동일 조건 하에서 종래기술의 PECVD에 의해 박막이 형성된 (c)와 비교하였을 때, 본 발명의 실시예의 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD)에 의해 박막이 형성된 (f)의 경우 약 46% 이상의 수분투과율 감소를 보였다. 즉, 본 발명의 실시예의 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD)에 의해 형성된 박막들의 경우, 종래기술의 플라즈마 화학기상증착(PECVD)에 의해 형성된 박막들에 비해 약 45 % 내지 55 %의 수분 투과율 감소 효과를 보였다. 이는 플라즈마 에너지의 공급과 동시에 부가 조사된 레이저들이 부수적으로 반응가스를 분해하여 우수한 특성의 박막이 얻어진 결과이다.As in the comparison of the graph of Fig. 8, when compared with (a), where the thin film was formed by PECVD of the prior art under the same conditions, about 53% or more in the case of (d) the thin film was formed by LAPECVD of the embodiment of the present invention. It showed a decrease in water permeability. In addition, when compared with (b) in which the thin film was formed by PECVD of the prior art under the same conditions, (e) in which the thin film was formed by LAPECVD of the embodiment of the present invention showed a decrease in water transmittance of about 57% or more. In addition, when compared to (c) in which the thin film was formed by PECVD of the prior art under the same conditions, in the case of (f) formed by laser plasma chemical vapor deposition (LAPECVD) of the embodiment of the present invention, about 46% or more moisture It showed a decrease in transmittance. That is, in the case of the thin films formed by laser plasma chemical vapor deposition (LAPECVD) of the embodiment of the present invention, compared to the thin films formed by plasma chemical vapor deposition (PECVD) of the prior art, the moisture transmittance is reduced by about 45% to 55%. Showed. This is a result of the supply of plasma energy and the additionally irradiated lasers incidentally decomposing the reaction gas to obtain a thin film with excellent properties.

도 9 및 도 10은 [표 2]의 조건으로 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD) 시 레이저빔을 좌우로 스캔하면서 챔버(300)의 일 측면에서 조사하여 형성된 박막과 종래기술의 플라즈마 화학기상증착(PECVD)에 의해 형성된 박막의 균일도를 나타내는 그래프 및 본 발명의 실시예에 의해 형성된 박막의 사진이다.9 and 10 show a thin film formed by irradiating from one side of the chamber 300 while scanning a laser beam from side to side during laser plasma chemical vapor deposition (LAPECVD) according to an embodiment of the present invention under the conditions of [Table 2]. A graph showing the uniformity of a thin film formed by plasma chemical vapor deposition (PECVD) of the prior art and a photograph of a thin film formed by an embodiment of the present invention.

[표 2][Table 2]

Figure 112018112897078-pat00002
Figure 112018112897078-pat00002

도 9 및 도 10의 경우 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD) 시 파워 2 W/mm2, 스캔조사 속도 20 mm/s, 빔사이즈 5 x 3 mm2의 레이저를 챔버(300)의 일 측면에서 일방향 조사하여 박막을 증착하고, 증착된 박막을 180도 돌려 한번 더 증착하여 박막(TF)을 형성하였다.9 and 10, a laser having a power of 2 W/mm 2 , a scanning irradiation speed of 20 mm/s, and a beam size of 5 x 3 mm 2 during laser plasma chemical vapor deposition (LAPECVD) according to an embodiment of the present invention is used in the chamber. One side of 300 was irradiated in one direction to deposit a thin film, and the deposited thin film was rotated 180 degrees to deposit once more to form a thin film (TF).

박막(TF)이 증착된 후 위치별 두께를 측정한 결과, 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD)에 의해 형성된 박막의 두께가 종래기술의 플라즈마 화학기상증착(PECVD)에 의해 형성된 박막의 두께보다 두꺼웠다. 다만, 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD)에 의해 형성된 박막의 경우에는 위치별 두께가 레이저포트(460)에서 멀어질수록 ±5.5 %까지 변화되는 것을 확인할 수 있었다. 이는 레이저 에너지가 반응물질에 흡수되어 레이저포트(460)로부터 멀어질수록 감소한 것에 기인한 것으로 검토되었다.As a result of measuring the thickness of each location after the thin film (TF) was deposited, the thickness of the thin film formed by laser plasma chemical vapor deposition (LAPECVD) according to an embodiment of the present invention was determined by the conventional plasma chemical vapor deposition (PECVD). It was thicker than the thickness of the thin film formed by However, in the case of a thin film formed by laser plasma chemical vapor deposition (LAPECVD) according to an embodiment of the present invention, it was confirmed that the thickness for each location was changed to ±5.5% as the distance from the laser port 460 increased. This is considered to be due to the fact that the laser energy is absorbed by the reactant and decreases as the distance from the laser port 460 increases.

도 11 및 도 12는 [표 2]의 조건으로 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD) 챔버(300)의 양 측면에서 동시에 양방향으로 조사하여 형성된 박막(TF)과 종래기술의 플라즈마 화학기상증착(PECVD)에 의해 형성된 박막(TF)의 위치별 두께 변화를 측정한 그래프와 본 발명의 실시예에 의해 형성된 박막(TF)의 사진이다.11 and 12 are a thin film (TF) formed by irradiating both sides simultaneously from both sides of a laser plasma chemical vapor deposition (LAPECVD) chamber 300 according to an embodiment of the present invention under the conditions of [Table 2] and the prior art. This is a graph measuring the thickness change of the thin film TF formed by the plasma chemical vapor deposition (PECVD) of each location and a photograph of the thin film TF formed according to the embodiment of the present invention.

도 11 및 도 12의 경우 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD)에서는 파워 2 W/mm2, 스캔조사 속도 20 mm/s, 빔 사이즈 5 x 3 mm2의 레이저를 좌우로 스캔하면서 챔버(300)의 양 측면에서 동시에 양방향으로 조사하여 박막을 증착하고, 형성된 박막(TF)을 180도 돌려 한번 더 공정을 수행하여 박막(TF)을 증착하였다. In the case of FIGS. 11 and 12, laser plasma chemical vapor deposition (LAPECVD) according to an embodiment of the present invention controls a laser with a power of 2 W/mm 2 , a scan irradiation speed of 20 mm/s, and a beam size of 5 x 3 mm 2 . A thin film was deposited by irradiating simultaneously in both directions from both sides of the chamber 300 while scanning with, and the formed thin film TF was rotated 180 degrees to perform another process to deposit the thin film TF.

박막(TF)이 증착된 후 위치별 두께를 측정한 결과, 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD)에 의해 형성된 박막의 두께가 종래기술의 플라즈마 화학기상증착(PECVD)에 의해 형성된 박막의 두께보다 두꺼웠다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD)에 의해 형성된 박막의 경우 위치별 두께가 레이저포트(460)에서 멀어지는 경우에도 두께의 변화가 ± 1.4 %로 균일한 것을 확인할 수 있었다. 이는 일 방향에서 조사되는 레이저 에너지가 반응물질에 흡수되어 레이저포트(460)로부터 멀어질수록 감소하나, 타 측 방향에서 조사된 레이저가 감소된 에너지를 보충하는 것에 의해 챔버(310) 내부 전체 영역에서 레이저 에너지의 균일성이 확보된 것에 기인한다.As a result of measuring the thickness of each location after the thin film (TF) was deposited, the thickness of the thin film formed by laser plasma chemical vapor deposition (LAPECVD) according to an embodiment of the present invention was determined by the conventional plasma chemical vapor deposition (PECVD). It was thicker than the thickness of the thin film formed by In addition, in the case of a thin film formed by laser plasma chemical vapor deposition (LAPECVD) according to an embodiment of the present invention, it can be confirmed that the change in thickness is uniform at ± 1.4% even when the thickness for each location is away from the laser port 460. there was. This is because the laser energy irradiated in one direction is absorbed by the reactant material and decreases as the distance from the laser port 460 increases, but the laser irradiated in the other direction supplements the reduced energy in the entire area inside the chamber 310. This is because the uniformity of laser energy is ensured.

도 13은 본 발명의 레이저 플라즈마 화학기상증착 방법의 처리과정을 나타내는 순서도이다.13 is a flow chart showing a processing process of the laser plasma chemical vapor deposition method of the present invention.

도 13과 같이, 상술한 레이즈 플라즈마 화학기상증착 방법은 상기 챔버부(300)의 내부로 반응물질을 분사하는 반응물질 분사단계(S10)를 수행하여, 증착 대상 기판(S)이 장착된 챔버부의 내부로 반응물질을 주입한다.As shown in FIG. 13, the above-described laser plasma chemical vapor deposition method performs a reactant spraying step (S10) of spraying a reactant into the interior of the chamber unit 300, so that the chamber portion in which the substrate to be deposited S is mounted. Inject a reactant inside.

이 후, 상기 챔버부(300) 내부의 플라즈마 에너지발생부(370)를 통해 고주파 등의 플라즈마 에너지를 공급하여 상기 반응물질을 플라즈마화 하는 플라즈마화 단계를 수행한다.Thereafter, plasma energy such as high frequency is supplied through the plasma energy generating unit 370 inside the chamber unit 300 to perform a plasma conversion step of converting the reaction material into plasma.

상기 플라즈마화 단계를 수행하는 경우에는 고주파 또는 전기장 등의 플라즈마 에너지를 공급함과 동시에, 상기 챔버부(300)의 내부에서 기판(S)과 수평 방향이 되도록 상기 레이저발생부(100)에서 출력되는 레이저를 광학계부(200)를 통해 상기 챔버부(300)의 내부로 조사하여 상기 반응물질의 플라즈마화 반응을 촉진시키는 레이저조사 단계(S30)를 수행하는 것에 의해, 상기 기판(S) 상에 반응물질을 레이저 플라즈마 화학기상증착에 의해 증착시킨다. In the case of performing the plasmaization step, plasma energy such as a high frequency or electric field is supplied and at the same time, a laser output from the laser generating unit 100 is in a horizontal direction with the substrate S inside the chamber unit 300. By performing a laser irradiation step (S30) of irradiating the inside of the chamber unit 300 through the optical system unit 200 to promote the plasma reaction of the reactive material, the reactive material on the substrate S Is deposited by laser plasma chemical vapor deposition.

상술한 처리과정 중 상기 레이저조사 단계(S30)는, 상기 광학계부(200)에 구비되는 다중분할렌즈(230)에 의해 상기 레이저를 상기 레이저 조사 방향의 측 방향으로 기 설정된 간격의 다수의 라인으로 분할하여 다중라인 레이저(ML)로 변환하여 조사하는 단계일 수 있다.During the above-described processing, the laser irradiation step (S30) is performed by the multi-segment lens 230 provided in the optical system unit 200 in a lateral direction of the laser irradiation direction to a plurality of lines at predetermined intervals. It may be a step of dividing and converting it to a multi-line laser (ML) for irradiation.

본 발명의 다른 실시예의, 상기 레이저조사 단계(S30)는, 상기 레이저발생부(100)와 상기 광학계부(200)를 이중으로 구비하여, 상기 챔버부(300)의 양측에서 상기 챔버부(300) 내부로 레이저를 조사하는 단계일 수 있다. 이때, 챔버부(300)의 양 측방향에서 레이저를 조사하는 경우의 레이저는 챔버부(300)의 일 측방향에서 레이저를 조사하는 경우의 레이저의 1/2의 파워를 가지도록 제어될 수 있다.In another embodiment of the present invention, the laser irradiation step (S30) includes the laser generating unit 100 and the optical system unit 200 in duplicate, so that the chamber unit 300 at both sides of the chamber unit 300 ) It may be a step of irradiating a laser inside. In this case, when the laser is irradiated from both sides of the chamber unit 300, the laser may be controlled to have a power of 1/2 of the laser when irradiating the laser from one side direction of the chamber unit 300. .

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예는, 상기 레이저 플라즈마 화학기상증착 방법에 의해 레이저 플라즈마 화학기상증착 박막이 증착된 기판을 제공하는 것을 특징으로 한다.Another embodiment of the present invention for achieving the above object is characterized in that it provides a substrate on which a laser plasma chemical vapor deposition thin film is deposited by the laser plasma chemical vapor deposition method.

상기 레이저 플라즈마 화학기상증착 박막이 증착된 기판은 WVTR(water vapor transmission rate) ≤ 0.5 mg/m2day 범위를 가지는 것일 수 있다.The substrate on which the laser plasma chemical vapor deposition thin film is deposited may have a water vapor transmission rate (WVTR) ≤ 0.5 mg/m 2 day.

본 발명의 실험예에서는 단일 라인 레이저 빔을 이용하여 실험을 수행하였다. 그러나 대면적 박막의 증착의 경우, 빠른 증착을 위해서는 다중 라인 레이저 빔이 적용될 수도 있다. 이 경우에는 다중 라인 레이저 빔을 구성하는 각각의 레이저 빔이 단일 라인 레이저 빔과 동일한 파워를 가질 수 있도록 레이저 빔의 출력을 증가시키는 것이 바람직하다. In the experimental example of the present invention, an experiment was performed using a single line laser beam. However, in the case of deposition of a large-area thin film, a multi-line laser beam may be applied for rapid deposition. In this case, it is preferable to increase the output of the laser beam so that each laser beam constituting the multi-line laser beam can have the same power as the single line laser beam.

상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시 예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the technical idea of the present invention described above has been described in detail in a preferred embodiment, it should be noted that the embodiment is for the purpose of explanation and not for the limitation thereof. In addition, those of ordinary skill in the technical field of the present invention will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

1: 레이저 플라즈마 화학기상 증착 장치(LAPECVD: Laser Assisted Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)
100: 레이저발생부 200: 광학계부
201: 반사미러
210: 레이저조사구동부
220: 다초점광학계
230: 다중분할렌즈
231: 렌즈홀더
L: 레이저
ML: 다중라인 레이저
LP: 레이저조사점
300: 챔버부
310: 챔버
320: 반응물질공급부
330: 샤워헤드(음극)
340: 플라즈마 에너지발생부
350: 서셉터(양극)스테이지
360: 레이저포트(laser port)
S: 기판
1: Laser Assisted Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (LAPECVD)
100: laser generating unit 200: optical system unit
201: reflective mirror
210: laser irradiation drive unit
220: multifocal optical system
230: multi-split lens
231: lens holder
L: laser
ML: Multiline laser
LP: laser irradiation point
300: chamber part
310: chamber
320: reaction material supply unit
330: shower head (cathode)
340: plasma energy generation unit
350: Susceptor (anode) stage
360: laser port
S: substrate

Claims (17)

레이저발생부;
상기 레이저발생부에서 발생된 레이저의 초점과 경로를 조절하는 광학계부; 및
상기 광학계부로부터 출력되는 레이저의 경로 상에 반응물질을 분사하여 반응물질 증착 대상 기판에 플라즈마 화학기상증착을 수행하는 챔버부;를 포함하며,
상기 광학계부에서 초점과 경로가 조절된 레이저가 상기 챔버의 측방향에서 상기 챔버부의 내부로 조사되는 것을 특징으로 하고,
상기 광학계부는, 상기 레이저를 상기 레이저 조사 방향의 측 방향으로 기 설정된 간격의 다수의 라인으로 분할하여 다중라인 레이저로 변환하는 다중분할렌즈를 구비한 다초점광학계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치.
Laser generator;
An optical system unit for adjusting the focus and path of the laser generated by the laser generating unit; And
Including; a chamber unit for performing plasma chemical vapor deposition on a substrate to be deposited with a reactive material by spraying a reactive material on the path of the laser output from the optical system unit,
In the optical system unit, a laser whose focus and path are adjusted is irradiated into the chamber unit from a side direction of the chamber,
The optical system unit comprises a multifocal optical system having a multi-segmenting lens for converting the laser into a multi-line laser by dividing the laser into a plurality of lines at predetermined intervals in a lateral direction of the laser irradiation direction. Plasma chemical vapor deposition device.
제 1 항에 있어서, 상기 레이저는,
상기 챔버부의 양측에서 상기 챔버부 내부로 조사되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치.
The method of claim 1, wherein the laser,
Laser plasma chemical vapor deposition apparatus, characterized in that configured to be irradiated into the chamber from both sides of the chamber.
제 1 항에 있어서, 상기 레이저발생부에서 출력되는 레이저는,
150 내지 20,000 nm 범위의 파장을 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치.
The method of claim 1, wherein the laser output from the laser generating unit,
Laser plasma chemical vapor deposition apparatus, characterized in that it has a wavelength in the range of 150 to 20,000 nm.
제 1 항에 있어서, 상기 레이저발생부에서 출력되는 레이저는,
상기 증착챔버 내 상기 기판 위에서 0.001 W/mm2 내지 100 W/mm2 범위의 파워밀도를 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치.
The method of claim 1, wherein the laser output from the laser generating unit,
Laser plasma chemical vapor deposition apparatus, characterized in that it has a power density in the range of 0.001 W / mm 2 to 100 W / mm 2 on the substrate in the deposition chamber.
삭제delete 레이저발생부;
상기 레이저발생부에서 발생된 레이저의 초점과 경로를 조절하는 광학계부; 및
상기 광학계부로부터 출력되는 레이저의 경로 상에 반응물질을 분사하여 반응물질 증착 대상 기판에 플라즈마 화학기상증착을 수행하는 챔버부;를 포함하며,
상기 광학계부에서 초점과 경로가 조절된 레이저가 상기 챔버의 측방향에서 상기 챔버부의 내부로 조사되는 것을 특징으로 하고,
상기 광학계부는, 상기 레이저를 상기 레이저 조사 방향에 수직인 z축, 상기 레이저 조사 방향인 y축 및 상기 레이저 조사 방향의 수평 방향인 x축으로 선택적으로 이동시켜 상기 레이저를 상기 챔버부의 내부로 스캔 또는 진동스캔 조사하는 레이저조사구동부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치.
Laser generator;
An optical system unit for adjusting the focus and path of the laser generated by the laser generating unit; And
Including; a chamber unit for performing plasma chemical vapor deposition on a substrate to be deposited with a reactive material by spraying a reactive material on the path of the laser output from the optical system unit,
In the optical system unit, a laser whose focus and path are adjusted is irradiated into the chamber unit from a side direction of the chamber,
The optical system unit selectively moves the laser in a z-axis perpendicular to the laser irradiation direction, a y-axis in the laser irradiation direction, and an x-axis horizontally in the laser irradiation direction to scan the laser into the chamber unit or A laser plasma chemical vapor deposition apparatus comprising: a laser irradiation driving unit that performs vibration scan and irradiation.
제 6 항에 있어서, 상기 레이저조사구동부는,
상기 레이저의 스캔 조사 중에 상기 레이저를 x축 방향에서 진동 조사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치.
The method of claim 6, wherein the laser irradiation driving unit,
The laser plasma chemical vapor deposition apparatus, characterized in that configured to vibrate the laser in the x-axis direction during scan irradiation of the laser.
제 6 항에 있어서, 상기 레이저조사구동부는,
상기 레이저의 스캔 조사 중에 상기 레이저를 z축 방향에서 진동 조사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치.
The method of claim 6, wherein the laser irradiation driving unit,
The laser plasma chemical vapor deposition apparatus, characterized in that configured to vibrate the laser in a z-axis direction during scan irradiation of the laser.
레이저발생부;
상기 레이저발생부에서 발생된 레이저의 초점과 경로를 조절하는 광학계부; 및
상기 광학계부로부터 출력되는 레이저의 경로 상에 반응물질을 분사하여 반응물질 증착 대상 기판에 플라즈마 화학기상증착을 수행하는 챔버부;를 포함하며,
상기 광학계부에서 초점과 경로가 조절된 레이저가 상기 챔버의 측방향에서 상기 챔버부의 내부로 조사되는 것을 특징으로 하고,
상기 광학계부는, 상기 레이저를 상기 기판의 길이를 기 설정된 간격으로 분할한 영역에 대응하는 조사영역을 가지고, 상기 기판의 전체 길이를 상기 조사영역별로 순차적으로 스캔 조사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치.
Laser generator;
An optical system unit for adjusting the focus and path of the laser generated by the laser generating unit; And
Including; a chamber unit for performing plasma chemical vapor deposition on a substrate to be deposited with a reactive material by spraying a reactive material on the path of the laser output from the optical system unit,
In the optical system unit, a laser whose focus and path are adjusted is irradiated into the chamber unit from a side direction of the chamber,
The optical system unit has an irradiation area corresponding to an area in which the length of the substrate is divided by a predetermined interval, and is configured to sequentially scan and irradiate the entire length of the substrate for each irradiation area. Chemical vapor deposition device.
제 1 항에 있어서, 상기 챔버부는,
챔버;
상기 챔버의 상부에 반응물질을 상기 챔버의 내부로 반응물질을 공급하도록 형성되는 반응물질공급부;
상기 반응물질공급부의 하부에 설치되어, 음극을 가지며 반응물질을 고르게 분산시켜 기판측으로 분사하는 샤워헤드;
상기 챔버의 내부로 분사된 반응물질을 플라즈마화하기 위해 상기 챔버의 내부로 플라즈마 에너지를 공급하는 플라즈마 에너지 발생부; 및
상기 샤웨헤드의 하부에서 상기 기판을 지지하도록 배치되어 양극으로 작용하는 서셉터;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치.
The method of claim 1, wherein the chamber unit,
chamber;
A reaction material supply unit formed above the chamber to supply a reactant material into the chamber;
A showerhead installed under the reactant supply unit, having a cathode, and spraying the reactant material evenly to the substrate side;
A plasma energy generator for supplying plasma energy to the interior of the chamber to convert the reaction material injected into the chamber into plasma; And
A laser plasma chemical vapor deposition apparatus comprising: a susceptor disposed under the Shawe head to support the substrate and acting as an anode.
제 10 항에 있어서, 상기 플라즈마 에너지 발생부는,
상기 반응물질을 플라즈마화하기 위한 플라즈마 에너지 밀도가 0.01 ~ 10 W/cm2의 범위를 가지고 조사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치.
The method of claim 10, wherein the plasma energy generating unit,
A laser plasma chemical vapor deposition apparatus, characterized in that it is configured to irradiate the reactant material to have a plasma energy density in the range of 0.01 to 10 W/cm 2 .
제1항의 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치에 의한 화학기상증착 방법에 있어서,
반응물질공급부를 통해 챔버부의 내부로 반응물질을 분사하는 반응물질 분사단계;
플라즈마 에너지 발생부를 통해 상기 챔버부의 내부로 플라즈마 에너지를 공급하여 상기 반응물질을 플라즈마화 하는 플라즈마화 단계; 및
상기 레이저발생부에서 출력되는 레이저를 상기 챔버부의 측방향에서 상기 챔버부의 내부로 조사하여, 상기 챔버부 내부로 공급된 상기 반응물질들의 플라즈마화 반응을 촉진시키는 레이저조사 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하고,
상기 레이저조사 단계는, 상기 광학계부에 구비되는 다중분할렌즈에 의해 상기 레이저를 상기 레이저 조사 방향의 측 방향으로 기 설정된 간격의 다수의 라인으로 분할하여 다중라인 레이저로 변환하여 조사하는 단계인 것을 특징으로 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 방법.
In the chemical vapor deposition method using the laser plasma chemical vapor deposition apparatus of claim 1,
A reaction material injection step of injecting a reaction material into the chamber unit through the reaction material supply unit;
Plasmaizing the reactant material into plasma by supplying plasma energy into the chamber through a plasma energy generator; And
And a laser irradiation step of irradiating the laser output from the laser generating unit into the chamber unit from a side direction of the chamber unit to promote a plasma reaction of the reactants supplied into the chamber unit. Characterized by,
The laser irradiation step is a step of dividing the laser into a plurality of lines at predetermined intervals in a lateral direction of the laser irradiation direction by a multi-segment lens provided in the optical system, converting it into a multi-line laser, and irradiating it. Laser plasma chemical vapor deposition method.
제 12항에 있어서, 상기 레이저조사 단계는,
상기 레이저를 상기 챔버부의 양측방향에서 상기 챔버부의 내부로 조사하는 단계인 것을 특징으로 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 방법.
The method of claim 12, wherein the laser irradiation step,
The laser plasma chemical vapor deposition method, characterized in that the step of irradiating the interior of the chamber from both sides of the chamber part.
삭제delete 제 12 항에 있어서, 상기 레이저 조사단계에서 조사되는 레이저는,
150 nm 내지 20,000 nm의 범위의 파장을 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 방법
The method of claim 12, wherein the laser irradiated in the laser irradiation step,
Laser plasma chemical vapor deposition method, characterized in that it has a wavelength in the range of 150 nm to 20,000 nm
제 12항에 있어서, 상기 레이저 조사단계에서 조사되는 레이저는,
상기 챔버부 내부의 상기 기판 위에서, 0.001 W/mm2 내지 100 W/mm2 범위 내의 파워를 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 방법.
The method of claim 12, wherein the laser irradiated in the laser irradiation step,
Laser plasma chemical vapor deposition method, characterized in that it has a power in the range of 0.001 W / mm 2 to 100 W / mm 2 on the substrate inside the chamber part.
제 12항에 있어서, 상기 플라즈마화 단계는,
상기 반응물질을 플라즈마화하기 위한 플라즈마 에너지 밀도가 0.01 내지 100 W/cm2의 범위를 가지는 플라즈마 에너지를 공급하는 것을 특징으로 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 방법.
The method of claim 12, wherein the plasmaizing step,
A laser plasma chemical vapor deposition method, characterized in that supplying plasma energy having a plasma energy density in the range of 0.01 to 100 W/cm 2 for plasmaizing the reactant.
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