KR102185735B1 - 파릴렌 증착 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예는 파릴렌(Parylene)을 열 분해하여 단량체(monomer)를 생성시키는 열 분해 유닛; 상기 열 분해 유닛에 연결되고, 대상물이 안착되는 내부공간이 형성되며, 상기 열 분해 유닛에서 공급된 파릴렌 단량체를 폴리머로 변환하여 상기 대상물에 증착하는 챔버 유닛; 및 상기 챔버 유닛의 일측에 설치되어 상기 챔버 유닛의 내부공간으로 파릴렌과 반응하는 가스를 이용한 플라즈마를 공급하여 상기 챔버 유닛 내부에 잔류하는 파릴렌을 제거하는 적어도 하나의 클리닝 유닛을 포함하는 파릴렌 증착 장치를 제공한다.

Description

파릴렌 증착 장치 및 방법{Parylene deposition apparatus and method}
본 발명은 파릴렌 증착 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대상물에 파릴렌 박막을 형성하는데 사용될 수 있는 파릴렌 증착 장치 및 방법에 관한 것이다.
파릴렌(parylene: poly-p-xylene)은 2개의 수소 원자가 메틸렌 계로 치환된 벤젠 고리의 체인으로 이루어진 폴리머이다. 파릴렌은 증착에 의해 기판 등에 코팅할 수 있는 재료로서, 핀-홀(pin-hole)이 없이 기밀성이 우수하고 균일한 박막을 얻을 수 있다. 또한 휘발성 유기 화합물질을 포함하고 있지 않은 친환경적인 소재이기도 하다. 파릴렌은 신용카드나 주민등록카드 등의 코팅 소재로 사용되며, 그 외에 각종 의료장비, 전자 장비 등에 사용되어 왔다.
파릴렌은 진공 증착에 의해 기판 등의 소재에 코팅될 수 있다. 그러나, 소재에 파릴렌을 증착하는 공정 이후 증착 장비의 챔버 내부에 파릴렌이 잔류할 수 있다. 잔류하는 파릴렌은 챔버 내에 강하게 증착된 상태이므로 제거가 어려울 수 있다. 또한, 잔류하는 파릴렌은 챔버를 개방하여 작업자가 직접 제거해야 함으로써, 제거 작업이 실시되는 동안 증착 공정을 실시할 수 없어서 생산성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 다량의 대상물에 파릴렌을 반복적으로 증착하더라도 파릴렌의 잔류량을 최소화할 수 있는 파릴렌 증착 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 파릴렌(Parylene)을 열 분해하여 단량체(monomer)를 생성시키는 열 분해 유닛; 상기 열 분해 유닛에 연결되고, 대상물이 안착되는 내부공간이 형성되며, 상기 열 분해 유닛에서 공급된 파릴렌 단량체를 폴리머로 변환하여 상기 대상물에 증착하는 챔버 유닛; 및 상기 챔버 유닛의 일측에 설치되어 상기 챔버 유닛의 내부공간으로 파릴렌과 반응하는 가스를 이용한 플라즈마를 공급하여 상기 챔버 유닛 내부에 잔류하는 파릴렌을 제거하는 적어도 하나의 클리닝 유닛을 포함하는 파릴렌 증착 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 챔버 유닛 내부에 잔류하는 파릴렌의 두께가 목표 두께에 도달하면 클리닝 유닛의 동작을 실시할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 대상물에 파릴렌 단량체를 증착시키는 횟수가 목표 횟수에 도달하면 클리닝 유닛의 동작을 실시할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 챔버 유닛의 내부가 영하인 상태에서 상기 대상물에 파릴렌 단량체를 증착시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 챔버 유닛의 내부에 플라즈마를 발생시키지 않은 상태에서 상기 대상물에 파릴렌 단량체를 증착시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 챔버 유닛과 클리닝 유닛 사이에 설치되어 상기 챔버 유닛과 클리닝 유닛 사이를 개방하거나 폐쇄하는 개폐 유닛을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 두께를 갖도록 이루어져서 상기 챔버 유닛 내부공간에 위치되어 상기 클리닝 유닛에서 방출되는 플라즈마를 확산시키는 확산 부재;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 대상물은, 반도체 또는 유기발광 다이오드(OLED) 제조에 사용되는 기판 및 유기전계발광 표시 장치의 제조에 사용되는 글라스 중 선택된 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 파릴렌과 반응하는 가스는 산소, 아르곤, 질소, 수소, 염소, CF4, CF6, NF3 가스 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 파릴렌은 파릴렌 N, C, D, VT4, AF4 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 파릴렌의 증착시 상기 기판 또는 상기 글라스의 온도는 상온보다 낮게 유지될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 파릴렌의 증착시 상기 챔버 유닛의 유닛벽의 온도는 상기 기판 또는 상기 글라스의 온도 보다 높게 유지될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 클리닝 유닛의 플라즈마는 MF(Middle Frequency) 플라즈마, RF(Radio Frequency) 플라즈마, MW(Microwave) 플라즈마 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 클리닝 유닛에서 상기 파릴렌과 반응하는 가스의 유입로는 상기 파릴렌 단량체의 유입로와 별개로 설치될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 파릴렌 증착 장치를 사용하여 파릴렌을 대상물에 증착하는 파릴렌 증착 방법에 있어서, 대상물을 준비하는 대상물 준비 단계; 파릴렌을 열 분해하여 단량체를 생성시키는 열 분해 단계; 상기 열 분해 단계에서 생성된 파릴렌 단량체를 폴리머로 변환하여 상기 대상물에 증착하는 증착 단계; 및 상기 증착 단계 이후에 챔버 유닛에 잔류하는 파릴렌의 두께가 목표 두께가 되거나, 또는 파릴렌을 상기 대상물에 증착한 횟수가 목표 횟수에 도달하면 파릴렌과 반응하는 가스를 이용한 플라즈마로 상기 챔버 유닛에 잔류하는 파릴렌을 제거하는 클리닝 단계;를 포함하는 파릴렌 증착 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 대상물 준비 단계, 열 분해 단계 및 증착 단계는 반복적으로 실시될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 클리닝 단계는, 대상물의 종류, 클리닝 유닛이 단위 시간당 제거할 수 있는 파릴렌의 두께 및 파릴렌 증착 횟수에 따라 클리닝 시간이 설정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 증착 단계 이후에 파릴렌이 증착된 기판을 챔버 유닛으로부터 배출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 증착 단계는 영하 분위기에서 실시될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 증착 단계는 플라즈마가 형성되지 않은 분위기에서 실시될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 챔버 유닛을 분해하지 않고 클리닝 유닛으로 챔버 유닛에 잔류하는 파릴렌을 주기적으로 제거할 수 있으므로, 메인터넌스 주기를 증가시킬 수 있다. 이에 따라 유기전계발광 표시 장치 제조시 메인터넌스 횟수를 최소화하여 글라스에 파릴렌을 증착하지 못하는 시간을 최소화 함으로써, 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 파릴렌 증착 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 파릴렌 증착 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 파릴렌 증착 방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 파릴렌 증착 방법을 이용한 실험결과를 정리한 표이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 파릴렌 증착 장치(100)는 열 분해 유닛(120), 챔버 유닛(130), 클리닝 유닛(140) 및 제어 유닛(미도시)을 포함한다. 또한, 파릴렌 증착 장치(100)는 기화 유닛(110)을 더 포함할 수 있다.
기화 유닛(110)은 고체 상태의 파릴렌 이합체(dimer)를 가열하여 기화시킬 수 있다. 기화 유닛(110)은 일례로 내부공간에 파이프 형상의 몸체와 상기 몸체의 내벽에 가열 코일이 나선형으로 설치된 것일 수 있으나, 이에 한정하지는 않으며 파릴렌 이합체를 가열할 수 있는 것이면 어느 것이든 무방할 수 있다.
열 분해 유닛(120)은 상기 기화 유닛(110)에 연결될 수 있다. 열 분해 유닛(120)은 상기 기화 유닛(110)에서 공급된 기체 상태의 파릴렌(Parylene)을 열 분해하여 단량체(monomer)로 변화시킬 수 있다.
본 발명에 있어서 파릴렌은 파릴렌 N, C, D, VT4, AF4 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
챔버 유닛(130)은 상기 열 분해 유닛(120)에 연결되며, 대상물이 안착되는 내부공간이 형성될 수 있다. 챔버 유닛(130)은 상기 열 분해 유닛(120)에서 공급된 파릴렌 단량체를 상기 대상물에 증착할 수 있다.
이러한 챔버 유닛(130)은 상하로 분리된 상부 챔버(미도시)와 하부 챔버(미도시)를 포함할 수 있다. 그리고, 챔버 유닛(130)은 도면에 도시하지는 않았으나 상기 대상물이 공급되는 출입구(미도시)와 대상물이 배출되는 출입구가 각각 형성될 수 있다. 이와 다르게, 하나의 출입구를 통하여 대상물의 공급과 배출이 이루어지는 것도 가능할 수 있다.
챔버 유닛(130)은 미도시된 홀더를 포함할 수 있다. 홀더는 챔버 유닛(130)의 내부공간의 바닥면에 위치될 수 있으며, 대상물을 파지할 수 있다. 홀더는 일례로, 전기장으로 대상물을 파지하는 정전 척(Electrostatic Chuck)일 수도 있고, 기계적인 밀착에 의하여 대상물을 파지할 수도 있으며, 진공 방식으로 대상물을 흡착하는 것일 수도 있다.
아울러, 도면 상에 도시되지는 않았으나, 냉각 트랩(chiller trap)이나 진공 펌프(vacuum pump) 등이 본 발명에 따른 파릴렌 증착 장치(100)에 적용됨은 당연할 수 있다. 이때, 냉각 트랩은 챔버 유닛(130)의 내부공간의 온도를 제어하고, 진공 펌프는 챔버 유닛(130)의 내부공간의 압력을 제어할 수 있으며, 챔버 유닛(130)의 내부공간에 잔류하는 파릴렌이 대기중으로 확산되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 챔버 유닛(130)에서 처리되는 대상물은 반도체 제조에 사용되는 웨이퍼(wafer) 및 유기전계발광 표시 장치의 제조에 사용되는 글라스(glass) 중 선택된 어느 하나일 수 있다. 즉, 본 발명의 일실시예에 따른 파릴렌 증착 장치(100)는 반도체 제조 공정에도 사용될 수 있을 뿐만 아니라 유기전계발광 표시 장치에 포함된 적어도 하나의 파릴렌계 유기 박막을 형성하는데 사용될 수 있다.
여기서, 유기전계발광 표시장치는 한 쌍의 전극과 한쌍의 전극 사이에 개재된 기능층을 포함할 수 있다. 여기서, 유기전계발광 표시장치는 기능층에서 한쌍의 전극에서 각각 제공된 전자와 정공의 재결합을 통해서 광을 발생하는 원리를 이용하여 영상을 표시할 수 있다.
대상물에 증착된 파릴렌 박막은 투명하며, 내화학성 및 내식성이 우수할 수 있다. 또한, 파릴렌 박막은 균질하고 치밀하여 우수한 방수 기능 및 전기절연성을 갖는다. 따라서, 파릴렌 박막이 감싸고 있는 다른 박막 또는 부품을 더욱 안정적으로 보호할 수 있다. 그리고, 본 발명의 일실시예에 따른 파릴렌 증착 장치(100)에서 대상물의 표면에 증착하는데 사용되는 파릴렌은 내열성을 강화하기 위하여 일반적인 파릴렌에 불소를 첨가한 파릴렌 VT4 또는 파릴렌 AF4일 수 있다. 이와 같은 파릴렌 박막은 유기전계발광 표시 장치 제조에 사용되어 주변 박막을 외부의 이물질이나 자극으로부터 보호할 수 있다. 따라서, 유기전계발광 표시 장치의 수명을 더욱 향상시킬 수 있다.
클리닝 유닛(140)은 상기 챔버 유닛(130)의 일측에 설치될 수 있다. 클리닝 유닛(140)은 파릴렌과 반응하는 가스를 이용한 플라즈마를 생성할 수 있다. 여기서, 파릴렌과 반응하는 가스는 산소, 아르곤, 질소, 수소, 염소, CF4, CF6, NF3 가스 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
클리닝 유닛(140)은 상기 챔버 유닛(130)의 내부공간으로 플라즈마를 공급하여 상기 챔버 유닛(130) 내부에 잔류하는 파릴렌을 제거할 수 있다. 클리닝 유닛(140)은 일례로 플라즈마 생성 장치일 수 있다.
이러한 클리닝 유닛(140)은 하나 또는 복수개일 수 있다. 클리닝 유닛(140)은 챔버 유닛(130)의 상측에 연결된 것도 가능할 수 있고, 측면에 연결될 것도 가능할 수 있다.
제어 유닛은 상기 기화 유닛(110), 열 분해 유닛(120), 챔버 유닛(130) 및 클리닝 유닛(140)의 동작을 제어할 수 있다.
상기 제어 유닛은 일례로 상기 챔버 유닛(130)의 내부가 영하인 상태에서 상기 대상물에 파릴렌 단량체를 증착시킬 수 있다. 이에 따라, 대상물이 대략 -50℃ 이하의 저온으로 유지될 수 있고, 파릴렌 단량체가 저온 상태에서 폴리머(polymer) 상태로 변환되면서 대상물의 저온 부위에 신속하게 증착될 수 있다.
달리 말해, 파릴렌의 증착시 대상물인 기판 또는 글라스의 온도는 상온보다 낮게 유지될 수 있다. 또한, 파릴렌의 증착시 챔버 유닛(130)의 유닛벽의 온도는 대상물인 기판 또는 글라스의 온도 보다 높게 유지될 수 있다
그리고, 제어 유닛은 상기 챔버 유닛(130)의 내부에 플라즈마를 발생시키지 않은 상태에서 상기 대상물에 파릴렌 단량체를 증착시킬 수 있다. 즉, 클리닝 유닛(140)과 챔버 유닛(130) 사이가 차단된 상태에서 열 분해 유닛(120)에서 공급된 파릴렌 단량체가 폴리머로 변형되어 대상물에 증착될 수 있다.
이를 위한 본 발명의 일실시예에 따른 파릴렌 증착 장치(100)는 개폐 유닛(150)을 포함할 수 있다.
개폐 유닛(150)은 상기 챔버 유닛(130)과 클리닝 유닛(140) 사이에 설치되어 상기 챔버 유닛(130)과 클리닝 유닛(140) 사이를 개방하거나 폐쇄할 수 있다. 개폐 유닛(150)은 챔버 유닛(130)과 클리닝 유닛(140) 사이를 차단하여 대상물에 대한 파릴렌의 증착시 발생된 열 분해 유닛(120)으로부터 공급된 파릴렌 단량체가 클리닝 유닛(140) 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 이를 위한 개폐 유닛(150)은 일례로 밸브 또는 셔터일 수 있으나, 이에 한정하지는 않으며, 공간을 개방하거나 폐쇄할 수 있는 것이면 어느 것이든 무방할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 파릴렌 증착 장치(200)는 확산 부재를 더 포함할 수 있다.
확산 부재는 두께를 갖도록 이루어져서 상기 챔버 유닛(130) 내부공간에 위치되어 상기 클리닝 유닛(140)에서 방출되는 플라즈마를 확산시킬 수 있다. 즉, 확산 부재는 플라즈마의 확산 방향을 제어하여 챔버 유닛(130)의 내부공간에 잔류하는 파릴렌을 균일하게 제거할 수 있다.
따라서, 챔버 유닛(130)의 내부공간에 잔류하는 파릴렌이 전체적으로 균일한 두께만큼 제거될 수 있을 뿐만 아니라, 챔버 유닛(130)의 내벽 및 내부에 설치된 부품이 플라즈마에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.
이를 위한 확산 부재는 일례로 길이를 갖도록 이루어져서 일단이 챔버 유닛(130)의 천정에 연결된 복수의 연결부, 판형상으로 이루져서 각 모서리가 상기 복수의 연결부에 연결되며, 복수의 관통홀이 패턴 형성된 확산부를 포함할 수 있다. 확산부의 일면 챔버 유닛(130)에서 클리닝 유닛(140)이 연통되어 플라즈마가 방출되는 부분과 마주하도록 형성될 수 있다. 클리닝 유닛(140)에서 방출된 플라즈마가 확산 부재에 의하여 다방향으로 확산될 수 있다. 이를 위한 확산부의 형상 및 관통홀의 패턴은 설계에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
그리고, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 파릴렌 증착 장치(200)에서 클리닝 유닛(140)은 두 개일 수 있으며, 두 개의 클리닝 유닛(140)은 챔버 유닛(130)의 상측에 일정 거리 이격되도록 위치될 수 있다. 두 개의 클리닝 유닛(140a, 140b)에서 어느 하나의 클리닝 유닛(140a)은 챔버 유닛(130)의 내부공간의 도면상에서 바라보는 방향을 기준으로 좌측 부분으로 플라즈마를 방출하고, 나머지 하나의 클리닝 유닛(140b)은 우측 부분으로 플라즈마를 방출할 수 있다. 이에 따라, 플라즈마가 챔버 유닛(130)의 내부공간에 더욱 균일하게 확산될 수 있다. 그러므로, 챔버 유닛(130)에 잔류하는 파릴렌이 전체적으로 균일한 두께로 제거될 수 있다. 따라서, 파릴렌이 챔버 유닛(130)에 잔류하지 않고 깔끔하게 제거될 수 있다.
한편, 클리닝 유닛(140)의 플라즈마는 MF(Middle Frequency) 플라즈마, RF(Radio Frequency) 플라즈마, MW(Microwave) 플라즈마 중 어느 하나일 수 있다. 또한 클리닝 유닛(140)에서 파릴렌과 반응하는 가스의 유입로는 파릴렌 단량체의 유입로와 별개로 설치될 수 있다.
상기 제어 유닛은 상기 챔버 유닛(130) 내부에 잔류하는 파릴렌의 두께가 목표 두께에 도달하면, 클리닝 유닛(140)의 동작을 실시할 수 있다. 또는, 제어 유닛은 상기 대상물에 파릴렌 단량체를 증착시키는 횟수가 목표 횟수에 도달하면, 클리닝 유닛(140)의 동작을 실시할 수 있다.
예를 들어, 목표 횟수가 100으로 설정된 상태에서, 파릴렌 증착이 99회 실시되면, 클리닝을 실시하지 않고 재차 새로운 대상물에 파릴렌을 증착할 수 있다. 그리고, 파릴렌 증착이 100회 실시되면, 대상물이 챔버 유닛(130)으로부터 배출되고나서 클리닝을 실시하여 챔버 유닛(130) 내부에 잔류하는 파릴렌이 제거될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일실시예에 따른 파릴렌 증착 장치(100)는 챔버 유닛(130)을 분해하지 않고 클리닝 유닛(140)으로 챔버 유닛(130)에 잔류하는 파릴렌을 주기적으로 제거할 수 있으므로, 메인터넌스 주기를 증가시킬 수 있다. 이에 따라 유기전계발광 표시 장치 제조시 메인터넌스 횟수를 최소화하여 글라스에 파릴렌을 증착하지 못하는 시간을 최소화 함으로써, 생산성을 향상시킬 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 파릴렌 증착 장치를 사용하여 파릴렌을 대상물에 증착하는 파릴렌 증착 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 파릴렌 증착 방법(S10)은 대상물을 준비하는 대상물 준비 단계(S11), 고체 상태의 파릴렌 이합체를 가열하여 기화시키는 기화 단계(S12), 상기 기체 상태의 파릴렌 이합체를 열 분해하여 파릴렌 단량체로 변화시키는 열 분해 단계(S13), 상기 열 분해 단계에서 생성된 파릴렌 단량체를 폴리머로 변환하여 상기 대상물에 증착하는 증착 단계(S14) 및 상기 증착 단계 이후에 챔버 유닛에 잔류하는 파릴렌의 두께가 목표 두께가 되거나, 또는 상기 대상물에 파릴렌을 증착한 횟수가 목표 횟수에 도달하면 플라즈마로 상기 챔버 유닛에 잔류하는 파릴렌을 제거하는 클리닝 단계(S15)를 포함한다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 파릴렌 증착 방법(S10)을 구성하는 각 단계를 상세하게 설명하기로 한다.
상기 대상물 준비 단계(S11)에서는 대상물이 챔버 유닛의 내부공간으로 공급되면, 대상물이 홀더에 위치될 수 있다.
상기 기화 단계(S12)는 기화 유닛에서 실시될 수 있으며, 대략 150도의 온도와 1.0 토르의 압력에서 실시될 수 있다.
상기 열 분해 단계(S13)는 열 분해 유닛에서 실시되며, 대략 650도의 온도와 0.5토르의 압력에서 실시될 수 있다.
상기 증착 단계(S14)는 챔버 유닛에서 실시될 수 있다. 그리고, 상기 증착 단계는 영하 분위기에서 실시될 수 있고, 상기 증착 단계는 플라즈마가 형성되지 않은 분위기에서 실시될 수 있다. 이에 대한 설명은 파릴렌 증착 장치를 설명하면서 상세하게 설명하였으므로 생략하기로 한다.
한편, 기화 단계(S12), 열 분해 단계(S13) 및 증착 단계(S14)에서의 압력과 온도를 전술한 값으로 한정하지는 않는다.
클리닝 단계(S15)에서는 상기 증착 단계 이후에 챔버 유닛에 잔류하는 파릴렌의 두께가 목표 두께가 되거나, 또는 상기 대상물에 파릴렌을 증착한 횟수가 목표 횟수에 도달하면 플라즈마로 상기 챔버 유닛에 잔류하는 파릴렌을 제거할 수 있다. 클리닝 유닛에서 발생된 플라즈마가 파릴렌 잔여물을 일정 두께만큼 제거할 수 있다. 이때, 개폐 유닛은 상기 챔버 유닛과 클리닝 유닛 사이를 개방할 수 있다.
그리고, 상기 증착 단계 이후에 상기 챔버 유닛에 잔류하는 파릴렌의 두께가 목표 두께보다 얇으면, 상기 기판 준비 단계를 재차 실시할 수 있다. 또한, 상기 증착 단계 이후에 상기 대상물에 파릴렌을 증착한 횟수가 목표 횟수 미만이면, 상기 기판 준비 단계를 재차 실시할 수 있다. 즉, 상기 대상물 준비 단계(S11), 기화 단계(S12), 열 분해 단계(S13) 및 증착 단계(S14)는 반복적으로 실시될 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 파릴렌 증착 방법(S10)은 상기 증착 단계(S14) 이후에 파릴렌이 증착된 기판을 챔버 유닛으로부터 배출하는 단계를 포함할 수 있다. 파릴렌 박막이 형성 기판은 로봇 팔이나 기판 배출 유닛 등에 의하여 챔버 유닛으로부터 배출되어 다른 공정으로 공급될 수 있다. 다음으로, 클리닝 단계(S15)가 실시되거나 대상물 준비 단계(S11)가 실시될 수 있다.
그리고, 전술한 클리닝 단계(S15)는 대상물의 종류, 클리닝 유닛이 단위 시간당 제거할 수 있는 파릴렌의 두께 및 파릴렌 증착 횟수에 따라서 클리닝 시간이 설정될 수 있다. 예를 들어, 클리닝 유닛이 단위 시간당 제거할 수 있는 파릴렌의 두께 수치가 크면 클리닝 시간이 감소될 수 있다. 또한, 파릴렌 증착 횟수와 비례하여 클리닝 시간이 설정될 수 있다. 이는, 챔버 유닛에 잔류하는 파릴렌이 모두 제거될 수 있게 하기 위함이다. 이에 대한 상세한 설명은 표2를 참고하여 후술하기로 한다.
다음의 표 1은 소정의 두께의 대상물에 파릴렌 박막을 증착한 다음, 비교예1, 비교예2 및 실시예에 따른 조건에서 파릴렌 박막을 제거한 결과를 비교한 표이다. 비교예 및 실시예 모두 180초 동안 90mTorr의 압력에서 실시하였으며, RF power및 가스를 다르게 하여 실시하였다. 여기서, RF power는 플라즈마를 생성하는 클리닝 유닛의 RF power이고, 기체는 플라즈마 생성시 사용하는 기체이다.
구 분 실시예1 실시예2 비교예
기체 종류 산소(O2) 산소(O2) 사불화탄소(CF4)
RF power(W) 500 1500 500
시간(min) 3 3 3
압력(mTorr) 90 90 90
클리닝 전 파릴렌 두께(Å) 10234 10234 10234
클리닝 후 패를린 두께(Å) 7016 0 9148
제거된 파릴렌 두께(Å) 3218 10234 1086
상기 표 1에서와 같이, 실시예1에서는 파릴렌이 3218Å 제거되었고, 비교예에서는 파릴렌이 1086Å만큼 제거되었다. 즉, 실시예1은 비교예와 대비하여 파릴렌이 2132Å만큼 더 제거되었음으로 확인할 수 있다. 그리고, 실시예1보다 더욱 높은 RF power을 사용하여 플라즈마를 생성한 실시예2에서는 파릴렌이 10234 Å만큼 제거되었음을 확인할 수 있다. 이와 같이 실시예 1 및 실시예 2가 비교예보다 파릴렌 제거 성능이 우수함을 알 수 있다.
이를 통하여, 사불화탄소 플라즈마를 사용하여 파릴렌을 제거하는 것보다 플라즈마를 사용하여 파릴렌을 제거하는 것이 효과적임을 확인할 수 있다. 그리고 더욱 높은 RF power로 플라즈마를 생성하면 파릴렌 제거에 더욱 효과적임을 확인할 수 있다. 여기서, 분당 제거가능한 파릴렌의 두께는 RF power와 비례하므로, RF power를 조절하여 클리닝 유닛의 스펙을 설계에 따라 임의로 설정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 파릴렌 증착 방법을 이용한 실험결과를 정리한 표이다. 이 표는 RF power가 200 W이고, 압력은 100 mTorr인 조건에서 플라즈마용 기체를 다양하게 하며 파릴렌 박막을 제거(에칭)한 결과를 나타낸다.
다음의 표 2는 웨이퍼에 파릴렌을 증착한 다음, 플라즈마를 사용하여 파릴렌을 제거한 실험예이다.
No. 사용 기판 1회 증착시
두께(Å)
클리닝시 누적 두께(㎛) 클리닝시 누적 증착 횟수
(cycle)
분당 파릴렌 제거 가능 두께(Å /min) 클리닝 시간
(min)
1 300mm 웨이퍼 5000 10 20 5000 20
2 300mm 웨이퍼 10000 10 10 5000 20
3 300mm 웨이퍼 10000 10 10 10000 10
상기 표 2의 첫번째 실험(No.1)에서와 같이, 파릴렌 증착 공정에서 300mm웨이퍼에 파릴렌을 1회 증착하는 경우의 웨이퍼에 증착된 파릴렌 박막의 두께는 5000 ÅA이다. 그리고, 100개의 웨이퍼에 파릴렌을 한번씩 증착한 후 챔버 유닛에 잔류하는 파릴렌의 총 두께는 대략 10㎛이다. 클리닝 유닛이 분당 제거할 수 있는 파릴렌의 두께는 5000Å이므로, 클리닝 유닛이 20분간 동작하여 잔류하는 파릴렌을 대부분 제거할 수 있다. 여기서, 클리닝 유닛이 분당 제거할 수 있는 파릴렌의 두께가 5000Å보다 낮으면 클리닝 시간을 증가시키고, 클리닝 유닛이 분당 제거할 수 있는 파릴렌의 두께가 5000Å보다 높으면 클리닝 시간을 감소시킬 수 있다. 상기 표 2의 나머지 실험(No.2 및 No.3)도 동일하게 해석할 수 있다.
한편, 전술한 바와 상이하게, 잔류하는 파릴렌의 두께와 분당 제거할 수 있는 클리닝 유닛의 성능을 전혀 고려하지 않고, 잔류하는 파릴렌을 플라즈마로 장시간 과도하게 제거하는 경우, 파릴렌이 모두 제거된 이후에도 플라즈마가 지속적으로 방출되어 챔버 유닛 내부에 설치된 부품이 손상될 수 있다.
또한, 잔류하는 파릴렌의 두께와 분당 제거할 수 있는 클리닝 유닛의 성능을 전혀 고려하지 않고, 잔류하는 파릴렌을 플라즈마로 짧은 시간 동안만 제거하는 경우, 파릴렌이 적절하게 제거되지 않고 잔류하게 됨으로써, 파릴렌이 챔버 유닛 내부에 설치된 부품의 동작에 영향을 끼칠 수도 있다. 뿐만 아니라, 파릴렌을 별도로 제거해야 하는 추가 과정을 거쳐야 함으로써, 파릴렌을 제거하는 동안 증착 공정을 실시하지 못할 수 있다.
그러나, 본 발명의 일실시예에 따른 파릴렌 증착 방법은 웨이퍼나 글라스 같은 대상물에 기 설정된 횟수만큼 파릴렌 증착 공정이 실시되면, 챔버를 개방하지 않고 클리닝 단계(S15)를 실시하여 챔버 유닛 내부에 잔류하는 파릴렌을 모두 제거할 수 있다. 뿐만 아니라, 클리닝 유닛은 잔류하는 파릴렌이 제거될 수 있을 정도만큼만 챔버 유닛 내부로 플라즈마를 공급함으로써, 챔버 유닛 내부에 설치된 홀더와 같은 장치들이 플라즈마에 의하여 손상되는 것을 최소화할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 파릴렌 증착 장치
110: 기화 유닛
120: 열 분해 유닛
130: 챔버 유닛
140: 클리닝 유닛
150: 개폐 유닛

Claims (20)

  1. 파릴렌(Parylene)을 열 분해하여 단량체(monomer)를 생성시키는 열 분해 유닛;
    상기 열 분해 유닛에 연결되고, 대상물이 안착되는 내부공간이 형성되며, 상기 열 분해 유닛에서 공급된 파릴렌 단량체를 폴리머로 변환하여 상기 대상물에 증착하는 챔버 유닛;
    상기 챔버 유닛의 일측에 결합되고, 상기 챔버 유닛의 내부공간으로 파릴렌과 반응하는 가스를 이용한 플라즈마를 공급하여 상기 챔버 유닛 내부에 잔류하는 파릴렌을 제거하는 적어도 하나의 클리닝 유닛;
    상기 챔버 유닛의 내부에 설치되고, 상기 클리닝 유닛에서 제공하는 상기 플라즈마를 상기 챔버 유닛의 내부로 확산시키며, 상기 적어도 하나의 클리닝 유닛을 마주하는 판(plate)의 형상을 가지고, 복수 개의 관통홀이 형성된 확산부를 포함하는 확산 부재; 및
    상기 열 분해 유닛, 상기 챔버 유닛 및 상기 클리닝 유닛의 동작을 제어하도록 구성되고, 상기 대상물에 파릴렌 단량체를 증착시키는 횟수가 목표 횟수에 도달하면 상기 클리닝 유닛의 동작을 실시하는 제어 유닛을 포함하며,
    상기 클리닝 유닛은 상기 대상물의 종류, 단위 시간당 제거할 수 있는 파릴렌의 두께 및 파릴렌 증착 횟수에 따라 동작 시간이 설정되는 파릴렌 증착 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 유닛 내부에 잔류하는 파릴렌의 두께가 목표 두께에 도달하면 클리닝 유닛의 동작을 실시하는 파릴렌 증착 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 유닛의 내부가 영하인 상태에서 상기 대상물에 파릴렌 단량체를 증착시키는 파릴렌 증착 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 유닛의 내부에 플라즈마를 발생시키지 않은 상태에서 상기 대상물에 파릴렌 단량체를 증착시키는 파릴렌 증착 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 유닛과 클리닝 유닛 사이에 설치되어 상기 챔버 유닛과 클리닝 유닛 사이를 개방하거나 폐쇄하는 개폐 유닛을 포함하는 파릴렌 증착 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 확산 부재는,
    상기 챔버 유닛의 내부에 위치하며, 상기 챔버 유닛과 상기 확산부를 결합시키는, 연결부를 더 포함하는,
    파릴렌 증착 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 대상물은,
    반도체 또는 유기발광 다이오드(OLED) 제조에 사용되는 기판 및 유기전계발광 표시 장치의 제조에 사용되는 글라스 중 선택된 어느 하나인 파릴렌 증착 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 파릴렌과 반응하는 가스는 산소, 아르곤, 질소, 수소, 염소, CF4, CF6, NF3 가스 중 어느 하나를 포함하는 것인 파릴렌 증착 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 파릴렌은 파릴렌 N, C, D, VT4, AF4 중 어느 하나인 것인 파릴렌 증착 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 파릴렌의 증착시 상기 기판 또는 상기 글라스의 온도는 상온보다 낮게 유지되는 것인 파릴렌 증착 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 파릴렌의 증착시 상기 챔버 유닛의 유닛벽의 온도는 상기 기판 또는 상기 글라스의 온도 보다 높게 유지되는 것인 파릴렌 증착 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 클리닝 유닛의 플라즈마는 MF(Middle Frequency) 플라즈마, RF(Radio Frequency) 플라즈마, MW(Microwave) 플라즈마 중 어느 하나인 것인 파릴렌 증착 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 클리닝 유닛에서 상기 파릴렌과 반응하는 가스의 유입로는 상기 파릴렌 단량체의 유입로와 별개로 설치되는 것인 파릴렌 증착 장치.
  15. 제1항, 제2항 및 제4항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 파릴렌 증착 장치를 사용하여 파릴렌을 대상물에 증착하는 파릴렌 증착 방법에 있어서,
    대상물을 준비하는 대상물 준비 단계;
    파릴렌을 열 분해하여 단량체를 생성시키는 열 분해 단계;
    상기 열 분해 단계에서 생성된 파릴렌 단량체를 폴리머로 변환하여 상기 대상물에 증착하는 증착 단계; 및
    상기 대상물에 파릴렌을 증착한 횟수가 목표 횟수에 도달하면 파릴렌과 반응하는 가스를 이용한 플라즈마로 상기 챔버 유닛에 잔류하는 파릴렌을 제거하는 클리닝 단계를 포함하고,
    상기 대상물에 파릴렌을 증착한 횟수가 목표 횟수 미만이면, 상기 대상물 준비 단계, 상기 열 분해 단계 및 상기 증착 단계를 재차 실시하며,
    상기 클리닝 단계는,
    대상물의 종류, 클리닝 유닛이 단위 시간당 제거할 수 있는 파릴렌의 두께 및 파릴렌 증착 횟수에 따라 클리닝 시간이 설정될 수 있는 파릴렌 증착 방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제15항에 있어서,
    상기 증착 단계 이후에 파릴렌이 증착된 기판을 챔버 유닛으로부터 배출하는 단계를 포함하는 파릴렌 증착 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 증착 단계는 영하 분위기에서 실시되는 파릴렌 증착 방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 증착 단계는 플라즈마가 형성되지 않은 분위기에서 실시되는 파릴렌 증착 방법.
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