KR20130126709A - 투과성 기판상의 얇은 물질 층 증착 - Google Patents

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Abstract

실시예들은 투과성 기판(permeable substrate)을 반응기들의 세트 사이로 통과시킴으로써 투과성 기판상에 물질 층을 증착하는 것에 대한 것이다. 반응기들은, 투과성 기판이 반응기들 사이를 통과하는 동안 원료 전구체(source precursor), 반응 전구체(reactant precursor), 퍼지(purge) 기체 또는 이들의 조합을 투과성 기판상에 주입할 수 있다. 반응기에 의해 주입된 기체의 일부는 투과성 기판을 통과하여 다른 반응기에 의해 배출된다. 반응기에 의해 주입된 남아 있는 기체는 투과성 기판의 표면에 평행하게 이동하여 동일한 반응기에 형성된 배기부를 통하여 배출된다.

Description

투과성 기판상의 얇은 물질 층 증착{DEPOSITING THIN LAYER OF MATERIAL ON PERMEABLE SUBSTRATE}
본 명세서는 투과성 기판(permeable substrate)상에 전구체(precursor)를 주입함으로써 투과성 기판상에 하나 이상의 물질 층을 증착하는 것에 대한 것이다.
막(membrane) 또는 직조물(fabric)과 같은 투과성 기판(permeable substrate)은 다양하게 응용될 수 있다. 투과성 기판에는 다양한 특성을 변화시키거나 증진하기 위한 물질이 증착될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 응용예에서는 투과성 기판이 높은 용융점 및 높은 강도를 가질 것이 요구된다. 요구되는 특성을 얻기 위하여, 투과성 기판에 투과성 기판보다 높은 용융점 및 강도를 갖는 물질이 증착될 수 있다.
투과성 기판의 응용예로는, 이를 충전지(예컨대, 리튬-이온 배터리)의 분리막(separator)으로 사용하는 것이 있다. 이러한 분리막은 종종 다공성 폴리에틸렌(polyethylene) 막상에 파우더(powder)를 증착함으로써 형성된다. 폴리에틸렌 막은 일반적으로 약 25 ㎛ 이하의 두께, 1 ㎛ 미만의 기공(pore) 크기 및 약 40% 이하의 공극율(porosity)을 갖는다. 폴리에틸렌 막상에 파우더(예컨대, Al2O3)를 증착함으로써, 폴리에틸렌 막이 높은 온도에서도 형상을 유지할 수 있다. 코팅이 부족하여 폴리에틸렌 막이 너무 일찍 용융되는 것을 방지하기 위하여, 폴리에틸렌 막상에 파우더가 상당한 두께로 코팅된다. 막의 두께로 인하여, 충전지의 패킹 밀도(packing density)가 감소된다(즉, 전지 크기가 증가된다).
화장용 티슈(facial tissue) 또는 기저귀와 같은 다른 응용예에서는, 높은 강도 및 용융점에 더하여 내수성(water resistant)이 요구된다. 이러한 특성은 Al2O3 또는 TiO2와 같은 산화물, SiN과 같은 질화물 및 그래핀(graphene)과 같은 탄소 물질을 종이상에 수십 옹스트롬(anstrom) 또는 수백 옹스트롬 범위의 두께로 증착함으로써 얻어질 수 있다.
기판상에 물질을 증착하는 데에 관련된 비용 및 시간은 상당할 수 있고, 이는 투과성 기판의 제작에 관련된 전반적인 비용 및 시간을 증가시킨다. 나아가, 증착된 물질의 품질이 필요한 것보다 낮을 수 있으며, 이는 제품의 품질을 저하시키거나 제품 내에 필요한 투과성 기판의 양을 증가시킨다.
투과성 기판(permeable substrate)상에 전구체(precursor)를 주입함으로써 투과성 기판상에 하나 이상의 물질 층을 증착한다.
실시예들은 서로 대향하는 두 반응기를 포함하는 증착 장치를 이용하여 투과성 기판(permeable substrate)상에 물질 층을 증착하는 것에 대한 것이다. 일 반응기는 투과성 기판의 일 표면과 대향하며 투과성 기판의 표면상에 전구체(precursor)를 주입한다. 다른 반응기는 투과성 기판의 또 다른 표면과 대향하며 투과성 기판의 다른 표면상에 동일 또는 상이한 전구체를 주입한다. 제1 반응기 또는 제2 반응기에 의해 주입된 전구체의 적어도 일부는, 투과성 기판을 통과하여 제2 반응기 또는 제1 반응기에 의하여 배출된다.
일 실시예에서, 증착 장치는 투과성 기판과 제1 및 제2 반응기 사이의 상대적인 이동을 야기하는 메커니즘을 더 포함한다.
일 실시예에서, 반응기는 표면상에 전구체를 주입하도록 구성된 제1 주입기를 포함하며, 다른 반응기는 투과성 기판의 다른 표면상에 또 다른 유형의 전구체를 주입하도록 구성된 제2 주입기를 포함한다. 제1 및 제2 주입기 각각은 투과성 기판과 대향하는 반응 챔버가 형성된 몸체를 포함한다.
일 실시예에서, 몸체에는 전구체의 과잉 부분을 배출하기 위한 배기부, 및 배기부와 반응 챔버를 연결하는 협착(constriction) 영역이 더 형성된다. 협착 영역의 높이는 반응 챔버의 2/3 미만일 수 있다.
일 실시예에서, 반응기는 투과성 기판의 표면상에 전구체를 주입하도록 구성된 제3 주입기를 더 포함한다. 다른 반응기는, 투과성 기판의 다른 표면상에 동일 또는 상이한 주입기를 주입하도록 구성된 제4 주입기를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 장치는 전구체를 주입함으로써 원자층 증착(atomic layer deposition; ALD) 또는 분자층 증착(molecular layer deposition; MLD)을 수행한다.
실시예들은 또한 투과성 기판 상에 물질을 증착하는 방법에 대한 것이다. 투과성 기판의 표면과 대항하는 제1 반응기에 의해, 제1 전구체가 투과성 기판의 표면상에 주입된다. 투과성 기판의 또 다른 표면과 대향하는 제2 반응기에 의해, 투과성 기판의 다른 표면상에 제2 전구체가 주입된다. 투과성 기판을 통과한 제1 전구체의 적어도 일부는 제2 반응기에 의하여 배출된다.
투과성 기판(permeable substrate)을 반응기들의 세트 사이로 통과시킴으로써 투과성 기판상에 물질 층을 증착할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 증착 장치의 사시도이다.
도 2는, 일 실시예에 따른, 도 1의 증착 장치의 A-B를 잇는 직선을 따른 단면도이다.
도 3은, 일 실시예에 따른, 도 1의 증착 장치를 반으로 자른 사시도이다.
도 4는 일 실시예에 따라 원료 주입기의 아래에서 전구체(precursor) 물질의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 5a는, 일 실시예에 따른, 라디칼(radical) 반응기를 포함하는 증착 장치의 단면도이다.
도 5b는, 또 다른 실시예에 따른, 라디칼 반응기를 포함하는 증착 장치의 단면도이다.
도 6은 일 실시예에 따라 증착을 수행하는 공정을 나타내는 순서도이다.
본 명세서에서 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여 설명된다. 그러나, 여기서 개시된 원칙들은 많은 다른 형태로 구현될 수 있고, 여기서 기술된 실시 예에 한정되는 것으로 이해되지 않아야 한다. 본 명세서에서, 실시 예의 특징들을 필요이상으로 모호하게 하는 것을 피하기 위해 잘 알려진 특징들 및 기술들에 대한 상세한 설명은 생략될 수 있다.
도면들에서, 도면들에 있는 유사한 참조 번호들은 유사한 구성 요소를 나타낸다. 도면의 모양, 크기 및 영역, 그리고 유사한 것들은 명확성을 위해 과장될 수 있다.
실시예들은 투과성 기판(permeable substrate)을 반응기들의 세트 사이로 통과시킴으로써 투과성 기판상에 물질 층을 증착하는 것에 대한 것이다. 반응기들은, 투과성 기판이 반응기들 사이를 통과하는 동안 원료 전구체(source precursor), 반응 전구체(reactant precursor), 퍼지(purge) 기체 또는 이들의 조합을 투과성 기판상에 주입할 수 있다. 반응기에 의해 주입된 기체의 일부는 투과성 기판을 통과하여 다른 반응기에 의해 배출된다. 반응기에 의해 주입된 남아 있는 기체는 투과성 기판의 표면에 평행하게 이동하여 동일한 반응기에 형성된 배기부를 통하여 배출된다. 기판을 통과하거나 표면에 평행하게 이동하는 동안, 원료 전구체 또는 반응 전구체가 기판상에 흡착되거나 기판상에 사전에 존재하는 전구체와 반응한다.
본 명세서에서 기술되는 투과성 기판은, 평탄한 구조를 가지며 적어도 기판의 일 측면에 주입된 기체 또는 액체의 적어도 일부가 기판의 다른 측면으로 통과할 수 있는 기판을 지칭한다. 투과성 기판에는, 직물(textile), 막(membrane), 직조물(fabric) 및 망(web)이 포함되나 이에 한정되는 것은 아니다. 투과성 기판은 종이, 폴리에틸렌(polyethylene), 다공질 금속(porous metal), 모직(wool), 면(cotton) 및 아마(flax)를 포함하나 이에 한정되지 않는 다양한 물질로 이루어질 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 증착 장치(100)의 사시도이다. 증착 장치(100)는, 다른 구성 요소 중, 상부 반응기(130A) 및 하부 반응기(130B)를 포함할 수 있다. 투과성 기판(120)은 (화살표(114)로 표시된 것과 같이) 좌측으로부터 우측으로 이동하여, 상부 및 하부 반응기(130A, 130B) 사이를 통과하고, 투과성 기판(120)에는 물질 층(140)이 증착된다. 전체 증착 장치(100)는 진공 또는 가압된 용기(pressurized vessel)로 에워싸일 수 있다. 증착 장치(100)는 기판이 수평 이동함에 따라 기판(120)상에 물질을 증착하는 것으로 도시되나, 증착 장치(100)는 기판(120)이 수직 또는 상이한 방향으로 이동함에 따라 층(140)이 증착되는 방향으로 배치될 수도 있다.
상부 반응기(130A)는 전구체, 퍼지 기체 및 이들의 조합을 상부 반응기(130A) 내로 공급하는 파이프(142A, 146A, 148A)에 연결된다. 배기 파이프(152A, 154A) 또한 과잉 전구체 및 퍼지 기체를 상부 반응기(130A) 내부로부터 배출하기 위하여 연결된다. 상부 반응기(130A)의 하부 표면은 기판(120)과 대향한다.
하부 반응기(130B) 또한 전구체, 퍼지 기체 및 이들의 조합을 받기 위하여 파이프(142B, 146B, 148B)에 연결된다. 배기 파이프(예컨대, 파이프(154B)) 또한 과잉 전구체 및 퍼지 기체를 하부 반응기(130B) 내부로부터 배출하기 위해 하부 반응기(130B)에 연결된다. 하부 반응기(130B)의 상부 표면은 기판(120)과 대향한다.
증착 장치는, 기판(120)이 상부 반응기(130A)의 하부 표면과 하부 반응기(130B)의 상부 표면 사이를 좌측으로부터 우측으로 이동함에 따라 기판(120)상에 원자층 증착(atomic layer deposition; ALD), 분자층 증착(molecular layer deposition; MLD) 또는 화학 기상 증착(chemical vapor deposition; CVD)을 수행할 수 있다. ALD는 기판상에 원료 전구체(source precursor)를 주입하고 이후 반응 전구체(reactant precursor)를 주입함으로써 수행된다. MLD는 기판상에 하이브리드 폴리머(hybrid polymer)가 형성되는 점을 제외하면 실질적으로 ALD와 동일하다. CVD에서는, 원료 전구체 및 반응 전구체가 기판(120)상에 주입되기 전에 혼합된다. 증착 장치(100)는 반응기(130A, 130B)에 공급된 기체 및 다른 동작 조건에 기초하여 ALD, MLD 또는 CVD 중 하나 이상을 수행할 수 있다.
도 2는, 일 실시예에 따른, 도 1의 A-B를 잇는 직선을 따른 증착 장치(100)의 단면도이다. 상부 반응기(130A)는, 다른 구성 요소 중, 원료 주입기(202) 및 반응제 주입기(204)를 포함할 수 있다. 원료 주입기(202)는 원료 전구체를 (아르곤과 같은 캐리어(carrier) 기체와 함께) 받기 위해 파이프(142A)에 연결되고, 반응제 주입기(204)는 반응 전구체를 (아르곤과 같은 캐리어 기체와 함께) 받기 위해 파이프(148A)에 연결된다. 캐리어 기체는 별도의 파이프(예컨대, 파이프(146A))를 통해 주입되거나, 또는 원료 또는 반응 전구체를 공급하는 파이프를 통하여 주입될 수 있다.
원료 주입기(202)의 몸체(210)에는 채널(242), 천공(perforation)(예컨대, 홀(hole) 또는 슬릿(slit))(244), 반응 챔버(234), 협착 영역(260) 및 배기부(262)가 형성된다. 원료 전구체는 채널(242) 및 천공(244)을 통해 반응 챔버(234) 내로 흐르고, 투과성 기판(120)과 반응한다. 원료 전구체의 일부는 기판(120)을 통과하여 하부 반응기(130B)에 형성된 배기부(268)를 통해 배출된다. 남아 있는 원료 전구체는 기판(120)의 표면과 평행하게 협착 영역(260)을 통해 흘러 배기부(262)로 배출된다. 배기부는 파이프(152A)에 연결되며 과잉 원료 전구체를 주입기(202) 밖으로 배출한다.
원료 전구체가 협착 영역(260)을 통해 흐를 때, 협착 영역(260) 내의 원료 전구체의 빠른 속도로 인하여 과잉 원료 전구체가 기판(120)의 표면으로부터 제거된다. 일 실시예에서, 협착 영역(260)의 높이(M)는 반응 챔버(234)의 높이(Z)의 2/3 미만이다. 원료 전구체를 기판(120)의 표면으로부터 제거하기 위해 이러한 높이(M)가 바람직하다.
반응제 주입기(204)는 원료 주입기(202)와 유사한 구조를 갖는다. 반응제 주입기(204)는 반응 전구체를 받고 반응 전구체를 기판(120)상에 주입한다. 원료 주입기(204)는, 채널(246), 천공(248), 반응 챔버(236), 협착 영역(264) 및 배기부(266)가 형성된 몸체(214)를 갖는다. 반응제 주입기(204)의 이들 부분의 기능 및 구조는 원료 주입기(202)의 대응하는 부분과 실질적으로 동일하다. 배기부(266)는 파이프(154B)에 연결된다.
하부 반응기(130B)는 상부 반응기(130A)와 유사한 구조를 갖되 상부 표면이 상부 반응기(130A)와 반대 방향을 향한다. 하부 반응기(130B)는 원료 주입기(206) 및 반응제 주입기(208)를 포함할 수 있다. 원료 주입기(206)는 파이프(142B)를 통해 원료 전구체를 받고 원료 전구체를 기판(120)의 후면상에 주입한다. 원료 전구체의 일부는 기판(120)을 통과하여 배기부(262)를 통해 배출된다. 남아 있는 원료 전구체는 기판(120)의 표면과 평행하게 배기부(268) 내로 흘러 원료 주입기로부터 배출된다.
반응제 주입기(208)의 구조는 반응제 주입기(204)와 실질적으로 동일하므로, 설명의 간소화를 위하여 상세한 설명은 생략한다.
증착 장치(100)는 또한 기판(120)을 이동시키기 위한 메커니즘(280)을 포함할 수 있다. 메커니즘(280)은 기판(120)을 도 2에 도시된 우측 방향으로 밀거나 당기는 모터(motor) 또는 구동기(actuator)를 포함할 수 있다. 기판(120)이 점진적으로 우측으로 이동함에 따라, 기판(120)의 실질적으로 전체 표면이 원료 전구체 및 반응 전구체에 노출되어, 그 결과 기판(120)상에 물질이 증착된다.
마주보는 반응기들의 세트에 의해, 원료 전구체 및 반응 전구체가 기판(120)의 표면과 수직한 방향 및 기판(120)의 표면과 평행한 방향으로 흐르게 된다. 따라서, 기판(120)에서 평평한 표면뿐만 아니라 기공(pore) 또는 홀(hole)에도 균일한(conformal) 물질 층이 증착된다. 그러므로, 기판(120)상에 물질이 보다 고르고 완전하게 증착된다.
증착 장치로부터 새어나가는 전구체를 줄이기 위해, 기판(120)과 상부/하부 반응기(130A, 130B) 사이의 거리(H)는 작게 유지된다. 일 실시예에서, 상기 거리(H)는 1mm 미만이며, 보다 바람직하게는 수십 ㎛ 미만이다.
도 3은, 일 실시예에 따른, 도 1의 증착 장치(100)를 반으로 자른 사시도이다. 도 3에 도시되는 것과 같이, 배기부(262, 266, 268, 272)는 굴곡진 내부 표면을 가져 과잉 원료 전구체 및 과잉 반응 전구체가 증착 장치(100)의 실질적으로 전체 길이에 걸쳐 수용된다. 상부 반응기(130A) 및 하부 반응기(130B)는 거리(G)만큼 이격된다. 거리(G)는 기판(120)이 통과할 수 있을 정도로 충분하나, 전구체가 기판(120)과 반응기(130A, 130B) 사이의 간격 사이로 새어날 정도로 과도하게 크지는 않다.
도 4는 일 실시예에 따른 원료 주입기(202) 아래의 원료 전구체의 흐름을 나타내는 도면이다. 원료 전구체는 화살표(410, 412)로 도시된 것과 같이 천공(244)에 의해 아래로 주입된다. 원료 전구체의 일부는 화살표(410)로 도시된 것과 같이 기판(120)의 상부 표면을 따라 평행 이동하여, 화살표(420)로 도시된 것과 같이 배기부(262)를 통해 배출된다. 나머지 원료 전구체는 화살표(412)로 도시된 것과 같이 아래로 흘러, 기판(120)을 통과하고 원료 주입기(206)의 배기부(268)를 통해 아래로 흐른다. 도 4에 도시된 것과 같이, 주입된 원료 전구체는 부분적으로 기판을 통과하는 한편 나머지 원료 전구체는 기판(120)을 따라 흐른다. 이 방법에 의해, 전체 기판(120)에 원료 주입기가 흡착된다. 도시하지는 않았으나, 전구체 주입기 또한 기판(120)을 통해 흐르거나 기판(120)의 표면을 따라 흐른다.
일 실시예에서, 트리메틸알루미늄(trimethylaluminum; TMA)이 원료 전구체로 사용되며 O3가 반응 전구체로 사용되어 기판(120)상에 Al2O3를 증착한다. 다른 실시예에서, TMA가 원료 전구체로 사용되며 NH3가 반응 전구체로 사용되어 기판(120)상에 AlN을 증착한다. 기판(120)상에 상이한 물질을 증착하기 위한 다양한 다른 원료 전구체 및 반응 전구체의 조합이 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 퍼지 기체(예컨대, 아르곤 기체)를 주입하기 위한 퍼지 주입기가 원료 주입기 및 반응제 주입기 사이에 제공된다. 퍼지 주입기는 과잉 원료 전구체를 기판으로부터 제거하고 기판의 표면 및 기판의 기공상에 균일하게 층이 증착되도록 한다. 퍼지 주입기는 또한 반응제 주입기 옆에 제공되어 과잉 반응 전구체를 기판으로부터 제거할 수도 있다.
일 실시예에서, 상부 및 하부 반응기에 라디칼(radical) 반응기가 제공되어 기체 라디칼을 반응 전구체로서 기판상에 주입할 수 있다. 도 5a는 일 실시예에 따라 라디칼 반응기(504, 508A)를 포함하는 증착 장치(500)의 단면도이다. 증착 장치(500)는 주입기(204, 208)가 라디칼 반응기(504, 508A)로 대체된 점을 제외하면 증착 장치(100)와 실질적으로 동일하다.
증착 장치(500)는 원료 주입기(502, 506A) 및 라디칼 반응기(504, 508A)를 포함한다. 원료 주입기(502, 506A)의 구조 및 기능은 원료 주입기(202, 206)와 동일하므로, 설명의 간소화를 위하여 자세한 설명은 생략한다. 투과성 기판(120)은 도 5a에 화살표(511)로 도시된 것과 같이 좌측으로부터 우측으로 이동하여, 투과성 기판(120)은 먼저 (원료 주입기(502, 506A에 의한) 원료 전구체에 노출되고 이후 (라디칼 반응기(504, 508A))에 의한 라디칼에 노출된다.
라디칼 반응기(504)는, 다른 구성 요소 중, 내부 전극(514) 및 몸체(520)를 포함할 수 있다. 몸체(520)에는, 다른 구조 중, 채널(522), 천공(예컨대, 홀 또는 슬릿(518), 플라즈마 챔버(512), 주입구(526), 반응 챔버(5240 및 배기부(532)가 형성될 수 있다. 플라즈마 챔버(512)에는 채널(522) 및 천공(518)을 통하여 기체가 공급된다. 라디칼 반응기(504)의 내부 전극(514) 및 몸체(520) 사이에 전압차가 인가되어, 플라즈마 챔버(512) 내에 플라즈마를 생성한다. 라디칼 반응기(504)의 몸체(520)는 외부 전극의 기능을 한다. 다른 실시예에서는, 몸체(520)와 별개로 플라즈마 챔버(512)를 에워싸도록 외부 전극이 제공될 수도 있다. 플라즈마를 생성한 결과, 기체의 라디칼이 플라즈마 챔버(512) 내에 형성되며 주입구(526)를 통해 반응 챔버(524) 내로 주입된다.
도 4를 참조하여 전술한 것과 같이, 라디칼 반응기(504, 508A)에 의하여 생성된 라디칼의 일부는 기판을 통과하여 반대 편 라디칼 반응기에 제공된 배기부에 의해 배출된다. 다른 라디칼은 기판(120)의 표면과 평행하게 흘러 라디칼을 생성한 라디칼 반응기의 배기부에 의해 배출된다.
도 5b는 또 다른 실시예에 따라 라디칼 반응기(520, 508B)를 포함하는 증착 장치(501)의 단면도이다. 증착 장치(501)는 원료 주입기(506B) 및 라디칼 주입기(508B)의 방향이 증착 장치(500)의 대응 구성 요소와 반대인 점을 제외하면 증착 장치(500)와 실질적으로 동일하다.
일 실시예에서, 원료 주입기(502, 506A 또는 506B)에 의하여 주입되는 원료 전구체는 트리메틸알루미늄(trimethylaluminum; TMA)이며 라디칼 반응기(504, 508A 또는 508B)에 의하여 주입되는 반응 전구체는 O* 라디칼이다. 증착되는 물질은 Al2O3이며, 이는 투과성 기판에 내수성(water resistant)을 부여한다.
또 다른 실시예에서, 원료 주입기(502, 506A 또는 506B)에 의하여 주입되는 원료 전구체는 트리메틸알루미늄(trimethylaluminum; TMA)이며 라디칼 반응기(504, 508A 또는 508B)에 의하여 주입되는 반응 전구체는 O* 라디칼이다. 증착되는 물질은 AlN 또는 AlON이다.
또 다른 실시예에서, 공지된 원료 전구체 및 반응 전구체의 조합을 사용하여 기판상에 유전체 물질(예컨대, SiN) 또는 금속(예컨대, TiN) 층이 증착된다. SiN 또는 TiN 층은 바람직하게는 기판에 내수 또는 방수(water repellent) 특성을 부여한다.
또 다른 실시예에서, 공지된 원료 전구체 및 반응 전구체의 조합을 이용하여 투과성 기판상에 Ag 또는 AgO가 증착된다. Ag 또는 AgO 층은 기판에 항균(anti-microbial) 특성을 부여한다.
또 다른 실시예에서, 기판의 강도를 높이면서 기판에 상이한 기능을 부여하기 위하여 그래핀(graphene), 비정질 탄소, 다이아몬드상 탄소(diamond like carbon; DLC) 또는 이들의 조합이 기판상에 증착될 수 있다.
다른 실시예에서, 하이브리드 유기-무기층(예컨대, (Al-O-R-O)n 구조를 갖는 알루콘(alucon))이 친수성 기판상에 증착되어 방수 특성을 부여할 수 있다. 전도성 시트(sheet)를 제조하거나 전자 장치에서 정전기 쇼크로 인한 피해를 줄이기 위해, Al, Cu, TiN 또는 인듐주석산화물(Indium tin oxide; ITO)과 같은 도전 물질이 투과성 기판상에 증착될 수도 있다.
도 6은 일 실시예에 따라 투과성 기판상에 물질을 증착하는 공정의 순서도이다. 투과성 기판은 제1 반응기(예컨대, 상부 반응기(130A))와 제2 반응기(예컨대, 하부 반응기(130B)) 사이에 위치된다(602). 제1 반응기, 제2 반응기 또는 이들 양 반응기 모두는 기판(120)상에 원료 전구체를 주입한다(606). 기판(120)에 의해 흡착된 후 남아 있는 과잉 원료 전구체는 제1 반응기 및 제2 반응기에 의하여 배출된다(610). 제1 반응기, 제2 반응기 또는 양 반응기 모두는 과잉 원료 전구체를 기판(120)으로부터 배출하기 위한 퍼지 기체를 주입할 수도 있다.
이후, 원료 전구체가 이전에 주입된 기판(120) 부분을 제1 반응기, 제2 반응기 또는 양 반응기 모두에 의해 반응 전구체를 주입하기 위한 위치로 이동시키도록 기판(120)이 이동된다(614). 제1 반응기, 제2 반응기 또는 양 반응기 모두는 기판(120)상에 반응 전구체를 주입하여(618), 기판(120)의 표면 및 기판(120)의 기공 내에 물질 층을 증착한다.
제1 반응기, 제2 반응기 또는 양 반응기 모두는 또한 퍼지 기체를 주입하여 과잉 반응 전구체를 투과성 기판으로부터 배출할 수 있다(622).
602 내지 622의 공정은 미리 결정된 회수만큼 반복되어, 미리 결정된 두께의 물질 층을 증착할 수 있다.
이상의 실시예에서, 상부 및 하부 반응기는 기판상에 동일 물질을 증착한다. 그러나, 다른 실시예에서, 상부 반응기 및 하부 반응기 각각은 상이한 물질을 주입하여 기판의 양 표면상에 상이한 물질을 증착할 수도 있다.
하나 이상의 실시예에서, 물질이 증착된 기판은 자외선(UV ray)에 노출되거나, 전구체 분자에의 노출 동안 또는 노출 전후에 마이크로파 또는 자기장에 노출되는 등의 추가 공정을 거칠 수도 있다.
투과성 기판상에 물질을 증착하는 것은, 다른 이유 중에서도, (i) 공정이 저온(예컨대, 150℃ 미만)에서 수행될 수 있고, (ii) 증착된 물질이 기판과 강한 접착력을 가지며, (iii) 기판을 상이한 장치로 이동시키지 않고 다양한 공정(예컨대, 라디칼 표면 처리)이 인시추(in-situ)로 수행될 수 있는 이점이 있다.
본 명세서에서 기술한 실시예들을 이용하여 물질이 증착된 기판은 보다 높은 용융점을 갖거나 고온에서도 형상을 유지할 수 있다. 또한 실시예들에 의하면, 균일한 층을 갖는 기판이 얻어져, 높은 패킹 밀도(packing density)를 갖는 충전지의 분리막(separator)으로 기판을 사용할 수 있다. 나아가, 실시예들에 의하면 더 적은 전구체 물질을 사용하여 기판상에 물질을 증착할 수 있어, 생산 비용이 감소되는 결과가 된다.
비록 본 발명이 앞서 몇몇 실시 예들에 대해서 설명되었지만, 다양한 변경들이 본 발명의 범위 내에서 행해질 수 있다. 따라서, 본 발명의 개시된 내용은 예시적인 것이며, 발명의 범위를 한정하기 위한 것이 아닌 것으로 의도되고, 발명의 범위는 이후의 청구항들에서 제시된다.

Claims (20)

  1. 투과성 기판상에 물질을 증착하기 위한 증착 장치로서,
    상기 투과성 기판의 일 표면과 대향하며 상기 투과성 기판의 상기 표면상에 제1 전구체를 주입하도록 구성된 제1 반응기;
    상기 투과성 기판의 다른 표면과 대향하며 상기 투과성 기판의 상기 다른 표면상에 제2 전구체를 주입하도록 구성된 제2 반응기로서, 상기 제1 전구체의 적어도 일부는 상기 투과성 기판을 통과하여 상기 제2 반응기에 의해 배출되는, 상기 제2 반응기; 및
    상기 투과성 기판과 상기 제1 및 제2 반응기 사이의 상대적인 이동을 야기하는 메커니즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 반응기는 상기 표면상에 상기 제1 전구체를 주입하도록 구성된 제1 주입기를 포함하며,
    상기 제2 반응기는 상기 다른 표면상에 상기 제2 전구체를 주입하도록 구성된 제2 주입기를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 주입기 각각은 상기 투과성 기판과 대향하는 반응 챔버가 형성된 몸체를 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 몸체에는, 배기부 및 상기 배기부와 상기 반응 챔버를 연결하는 협착 영역이 더 형성되며,
    상기 배기부는 상기 제1 전구체의 과잉 부분 또는 상기 제2 전구체의 과잉 부분을 배출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 협착 영역의 높이는 상기 반응 챔버의 2/3 미만인 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 반응기는 상기 투과성 기판의 상기 표면상에 제3 전구체를 주입하도록 구성된 제3 주입기를 더 포함하며,
    상기 제2 주입기는 상기 투과성 기판의 상기 다른 표면상에 제4 전구체를 주입하도록 구성된 제4 주입기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제1 전구체 및 상기 제2 전구체는 원자층 증착(ALD) 또는 분자층 증착(MLD)을 수행하기 위한 원료 전구체이며,
    상기 제3 전구체 및 상기 제4 전구체는 상기 ALD 또는 상기 MLD를 수행하기 위한 반응 전구체인 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 전구체 및 상기 제2 전구체는 동일한 물질인 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 반응기는 상기 표면상에 제1 라디칼을 주입하도록 구성된 제1 라디칼 반응기를 포함하며,
    상기 제2 반응기는 상기 다른 표면상에 제2 라디칼을 주입하도록 구성된 제2 라디칼 반응기를 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 라디칼 반응기 각각은, 라디칼 챔버 및 상기 라디칼 챔버 내에서 연장되는 전극이 형성된 몸체를 포함하며,
    상기 라디칼 챔버 내에 플라즈마를 생성하기 위해 상기 몸체 및 상기 전극 사이에 전압차가 인가되는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 몸체에는 상기 기판상에 상기 라디칼을 주입하기 위해 상기 라디칼 챔버에 연결된 하나 이상의 주입구가 형성된 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  11. 투과성 기판의 표면과 대향하는 제1 반응기에 의해, 상기 투과성 기판의 상기 표면상에 제1 전구체를 주입하는 단계;
    상기 투과성 기판의 다른 표면과 대향하는 제2 반응기에 의해, 상기 투과성 기판의 상기 다른 표면상에 제2 전구체를 주입하는 단계;
    상기 투과성 기판을 통과한 상기 제1 전구체의 적어도 일부를 상기 제2 반응기에 의해 배출하는 단계; 및
    상기 투과성 기판과 상기 제1 및 제2 반응기 사이의 상대적인 이동을 야기하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 투과성 기판상에 물질을 증착하는 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제1 반응기에 의해 상기 기판상에 주입된 후 남아 있는 상기 제1 전구체의 과잉 부분을 배출하는 단계; 및
    상기 제2 반응기에 의해 상기 기판상에 주입된 후 남아 있는 상기 제2 전구체의 과잉 부분을 배출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 투과성 기판상에 물질을 증착하는 방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 투과성 기판을 통과한 상기 제2 전구체의 적어도 일부를 상기 제1 반응기에 의해 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 투과성 기판상에 물질을 증착하는 방법.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 제1 반응기에 의해 상기 투과성 기판의 상기 표면에 제3 전구체를 주입하는 단계; 및
    상기 제2 반응기에 의해 상기 투과성 기판의 상기 다른 표면에 제4 전구체를 주입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 투과성 기판상에 물질을 증착하는 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 제1 전구체 및 상기 제2 전구체는 원자층 증착(ALD) 또는 분자층 증착(MLD)을 수행하기 위한 원료 전구체이며,
    상기 제3 전구체 및 상기 제4 전구체는 상기 ALD 또는 상기 MLD를 수행하기 위한 반응 전구체인 것을 특징으로 하는, 투과성 기판상에 물질을 증착하는 방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 제1 전구체 및 상기 제2 전구체는 트리메틸알루미늄(TMA)을 포함하며, 상기 제3 전구체 및 상기 제4 전구체는 오존을 포함하는 것을 특징으로 하는, 투과성 기판상에 물질을 증착하는 방법.
  17. 제 11항에 있어서,
    상기 제1 전구체 및 상기 제2 전구체는 동일한 물질인 것을 특징으로 하는, 투과성 기판상에 물질을 증착하는 방법.
  18. 제 11항에 있어서,
    상기 제1 반응기에 의해 상기 투과성 기판의 상기 표면에 제1 라디칼을 주입하는 단계; 및
    상기 제2 반응기에 의해 상기 투과성 기판의 상기 다른 표면에 제2 라디칼을 주입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 투과성 기판상에 물질을 증착하는 방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 제1 라디칼을 생성하기 위해, 상기 제1 반응기의 몸체와, 상기 제1 반응기에 형성된 라디칼 챔버를 가로질러 연장되는 전극 사이에 전압차를 인가하는 단계; 및
    상기 제2 라디칼을 생성하기 위해, 상기 제2 반응기의 몸체와, 상기 제2 반응기에 형성된 라디칼 챔버를 가로질러 연장되는 전극 사이에 전압차를 인가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 투과성 기판상에 물질을 증착하는 방법.
  20. 제 11항에 있어서,
    상기 제1 전구체의 과잉 부분 또는 상기 제2 전구체의 과잉 부분을 상기 투과성 기판으로부터 제거하기 위해 퍼지 기체를 주입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 투과성 기판상에 물질을 증착하는 방법.
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