KR20140068014A - 장치 상에 코팅을 증착하기 위한 개선된 증착 기술 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 장치 상에 코팅을 증착하기에 적합한 증착 기술을 개시한다. 상기 방법은 마이크로 전자기계 구조(MEMS) 상에 자기조립 단층(SAM)을 증착하기에 특히 적합하다. 상기 방법은 내부에 장치가 배치되는 공정 챔버 내에 증착 증기를 형성하기 위해 캐리어 가스를 사용하며, 증착 증기는 제어된 양의 증기 전구체 물질과 증기 반응 물질을 포함한다. 개시된 기술의 이용은 전구체 물질에 대한 반응 물질의 부피비가 본 기술분야에서 이전에 이용된 부피비보다 상당히 큰 경우에도 장치의 입자 오염의 문제가 많은 효과를 방지한다. 증기 전구체 물질은 물을 포함하는 관련 증기 반응 물질로 형성된 점착 방지 코팅을 MEMS에 제공하는 유형의 것일 수 있다.
Description
본 발명은 코팅의 증착 분야에 관한 것이다. 특히, 마이크로 전자기계 구조(micro electro-mechanical structure, MEMS) 상에 자기조립 단층(self assembled monolayer, SAM) 코팅의 증착을 위한 특정 적용을 갖는, 장치 상에 박막 또는 코팅을 생성하기 위한, 개선된 증착 기술이 개시된다.
MEMS 생산 공정은 다양한 목적을 위해 기판 상에 증착되는 물질의 층 또는 코팅을 이용한다. 어떤 경우, 층이 패터닝된 마스크 재료로 사용되고 나서, 패턴이 하부층에 전사된 이후, 제거될 때와 같이, 층은 기판 상에 증착되고 이후 제거된다. 다른 경우, 층은 제작이 완료된 장치의 일부로서 소정의 기능을 수행하도록 증착된다. 이러한 박막 또는 코팅을 증착하기 위한 많은 방법이 본 기술분야의 숙련자에게 알려져 있으며, 그 예로는: 표적 물질(일반적으로 금속)로부터 원자를 스퍼터링하는데 플라즈마가 사용되고, 스퍼터링된 원자가 기판 상에 증착되는 스퍼터 증착; (예를 들어, 플라즈마, 방사선, 또는 온도 또는 이들의 조합에 의해) 활성화된 종(species)이 증기상에서 반응하거나(이후, 기판 상에 반응 생성물이 증착됨) 또는 기판의 표면에서 반응하여 기판 상에 반응 생성물을 형성하는 화학 기상 증착; 증발된 물질이 기판 상에 응축되어 층을 형성하는 증발 증착; 및 용매가 이후 증발되어 기판 상에 코팅재를 남기는, 통상적으로 코팅재의 용매 용액으로부터의 스핀-온(spin-on), 스프레이-온(spray-on), 또는 딥-온 (dip-on) 증착을 들 수 있다.
MEMS가 일반적으로 큰 단위 체적당 표면적 비율을 보이는 것을 고려하면, 이의 제조 공정에서 극복해야 할 가장 어려운 문제 중 하나는 점착(stiction)의 영향이다. 점착은, 복원력이 모세관, 반데르발스 및 정전기 인력과 같은 계면력(interfacial force)을 극복할 수 없는 경우 발생하는 순응하는 미세구조 표면의 비의도성 접착과 관련된다. 최종 희생층 식각 이후, 표면 MEMS의 하부 기판으로의 접착인 해제 점착(release stiction)은 주로 액체 모세관력에 의해 발생한다.
역사적으로, 점착의 문제를 완화하기 위해 공학적 해결책이 개발되어 왔다. 그러나, 대부분의 이러한 기술들은 MEMS의 정상 작동 시 접착이 발생하는 것을 방지하지 못한다. 예를 들면, MEMS 내의 표면들은 가속력 또는 정전기력으로 인해 사용시 비의도적으로 접촉할 수 있다. 그렇지 않으면, 표면들이 서로 충돌하거나 부딪히는 응용에서 일부 표면들이 의도적으로 접촉할 수 있다. 그러나, 접착 인력이 복원력을 초과하는 경우, 표면들은 영구적으로 서로를 밀착할 것이고 따라서 장치의 고장을 유발할 것이다. 이러한 현상은 본 기술분야에서 사용중 점착(in-use stiction)으로 알려져 있다.
따라서, 점착의 영향을 줄이기 위해, 접촉면의 지형 및/또는 화학 성분을 제어할 필요가 있다. 한 가지 알려진 해결책은 MEMS 상에 자기조립 단층(self assembled monolayer, SAM) 코팅의 증착을 포함한다. 수행해야 하는 기능에 따라 SAM 코팅을 형성하기 위해 많은 수의 다양한 화학 성분이 사용되어 왔다. 예를 들면, SAM 코팅은 MEMS의 영역에 소수성, 친수성 또는 생리활성 기능을 제공하도록 사용되어 왔다. 점착 방지 코팅을 제공하도록 사용되는 것이 바람직한 경우, 실리콘 및/또는 실리콘 이산화물 표면(예를 들어, 실란 화합물)에 잘 결합하는 무기 부분 및 장치에 소수성 기능(예를 들어, 장쇄 탄화불소)을 제공하는 유기 부분을 갖는 전구체 물질을 제공하는 것이 일반적인 관행이다.
이러한 전구체 물질은 상온(20℃)과 표준 대기압(760 Torr)에서 액상인 경향이 있다. 그 결과, MEMS용 SAM 점착 방지 코팅을 증착하기 위한 초기 기술들은 액상 또는 습식 증착을 사용했다. Ashurst 등의 논문, 즉 "MEMS용 점착 방지 단층으로서의 디클로로디메틸실란: 옥타데실트리클로로실란 자기조립 단층과의 비교(Dichlorodimethylsilane as an anti - stiction monolayer for MEMS : A comparison to the octadecyltrichlosilane self assembled monolayer )"(Journal of Microelectromechanical Systems, Vol. 10, No. 1, March (2001) 및 "폴리실리콘 MEMS용 점착 방지 코팅으로서의 알켄 기반 단층 필름(Alkene based monolayer films as anti - stiction coatings for polysilicon MEMS)"(Proceedings of Solid-state Sensor & Actuator Workshop, Hilton Head 2000, Hilton Head Island, SC, pp 320-323 (2000))에 두 가지 예가 제공되어 있다. 이들 논문 중 첫 번째 논문은 MEMS 상에서 점착 방지 단층으로 사용하기 위한 디클로로디메틸실란(dichlorodimethylsilane, DDMS)과 옥타데실트리클로로실란(octadecyltrichlosilane, OTS)의 비교를 제공하는 반면, 두 번째 논문은 1-옥타데켄(1-octadecene), 옥타데실트리클로로실란(OTS) 및 퍼플루오로데실트리클로로실란(perfluorodecyltrichlorosilane, FDTS)의 비교를 제공하고 있다.
액상 또는 습식 증착 기술에 의해 증착된 SAM 코팅은 많은 중대한 단점을 갖는다. 첫 번째 예에서, 이러한 기술은 복잡한 프로세스 제어 요건을 포함한다. 물(H2O)은 증착 반응을 촉진하는 반응 물질의 역할을 하는 것으로 알려져 있지만, 존재하는 너무 많은 물은 전구체 물질의 과도한 중합반응을 촉진하는 역할을 함으로써, 일반적으로 입자 오염이라 하는 물질의 큰 덩어리의 형성을 유발한다. 또한, 이러한 기술의 사용은 많은 양의 오염된 폐수를 생성하고, 불충분한 점착 방지를 자주 유발하며 높은 생산비를 수반한다.
액상 공정에 따른 알려진 문제 중 일부를 제거할 수 있는 대안적인 기술은 소위 기상 처리 기술이다. 일반적으로, 기상 처리는 반응 챔버 내에 존재하는 물질의 양을 강력하게 제어할 수 있게 한다. 이러한 기술은 또한 정확하고 일관성 있는 증기 전달을 보장하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들면, Ashurst 등은 "점착 방지 단층을 위한 개선된 기상 증착 기술(Improved vapour - phase deposition technique for anti - stiction monolayers)"(Proceedings of the SPIE: Photonics West 2004, Vol 5342, San Jose, CA. January 24-29, pp 204-211 (2004))에서 디클로로디메틸실란(DDMS), 테트라하이드로옥틸트리클로로실란(tetrahydrooctyltrichlorosilane, FOTS) 및 퍼플루오로데실트리클로로실란(FDTS)의 SAM을 증착하기 기상 증착 방법 및 장치를 교시하고; Zhuang 등은 "MEMS에서 점착 방지 응용을 위한 기상 자기조립 단층(Vapor - phase self - assembled monolayers for anti - stiction applications in MEMS)"(Journal of Microelectromechanical Systems, Vol 16, No 6, pp 1451-1460, December (2007))에서 테트라하이드로옥틸트리클로로실란(FOTS), 테트라하이드로옥틸트리에톡시실란(tetrahydrooctylTriethoxysilane, FOTES), 테트라하이드로옥틸메틸디클로로실란(tetrahydrooctylMethyldichlorosilane, FOMDS), 퍼플루로오데실트리클로로실란(FDTS) 및 옥타데실트리클로로실란(OTS)로부터 기상에서 성장한 SAM을 교시하고; Mayer 등은 "마이크로 전자기계 시스템에서 접착 제어를 위한 플루오로알킬실란 단층의 화학 기상 증착(Chemical vapor deposition of fluoroalkysilane monolayer films for adhesion control in microelectromechanical systems)"(J. Vac. Sci. Tecnol. B 18(5). (Sep/Oct 2000))에서 MEMS에 테트라하이드로옥틸트리클로로실란(FOTS)을 적용하기 위한 기상 증착 기술을 교시하며; 및 미국 특허공개 제 2005/0051086호는 MEM 상에 헥사메틸디실라잔(hexamethyldisalizane, HDMS)의 층을 증착하기 위한 장치를 교시한다.
그러나, 상기한 전구체 물질의 대부분은 매우 낮은 증기압을 가지며, 이는 표준 실온에서 매우 적은 증기가 생성되는 것을 의미한다. 따라서 이러한 전구체 물질을 이용한 기상 처리를 용이하게 하기 위해 많은 방법들이 개발되어 왔다.
미국 특허공개 제 2002/0164879호는 기상 알킬실란 함유 분자를 포함하는 전구체 물질의 이용을 개시하고 있다. 전구체 물질은 MEMS의 기판 표면 상에 코팅을 형성하기 위해 이용된다. 알킬실란 함유 분자는, 알킬실란 함유 분자의 액체 소스를 통해 무수, 불활성 가스를 버블링함으로써, 기판을 포함하는 반응 챔버 내에 도입되어 기상의 분자를 반응 챔버로 이송한다. 코팅의 형성은 대략 15℃ 내지 100℃ 범위의 온도 및 대기압 이하라 할 수 있지만 코팅의 신속한 형성을 위해 적당량의 알킬실란 함유 분자가 존재하기에 충분히 높은 반응 챔버 내의 압력에서 기판 표면 상에서 수행된다. 본 발명자들은, 코팅을 형성하기 위해 이용되는 알킬실란 함유 분자는 일반적으로 물에 대해 높은 반응성을 보이며, 따라서 전구체 물질의 도입 이전에 반응 챔버에서 조립체와 관련된 모든 물 잔류물(water residue)을 제거하는 것이 바람직하다고 명시한다.
미국 특허공개 제 2005/0051086호 및 제 2007/019694는, 기판이 적절한 전구체 물질의 화합물과 함께 오븐 또는 노(furnace) 내부에 배치된 MEMS 배치(batch)를 포함하는 기상 장치를 개시하고 있다. 이후 오븐 또는 노는, 예를 들어 300℃ 내지 500℃와 같이 전구체 물질을 증발시키는데 충분한 온도로 가열되어, MEMS 상에 점착 방지 코팅의 증착을 가능하게 한다. 상기한 바와 유사한 방식으로, 원하지 않는 중합반응을 제거할 수 있도록 기판과 오븐으로부터 수증기를 제거하기 위해 선증착(pre-deposition) 절차가 이용된다. 이러한 작동 변수의 결과, 상기한 증착 기술은, 예를 들어 일반적으로 대략 30 내지 40 분과 같이, 높은 작동 온도에서도, 완료하는데 비교적 긴 시간이 걸린다.
미국 특허 공개 제 2005/0109277호는, 내부에 MEMS가 위치한 공정 챔버 내로 전구체 물질 및 관련 반응 물질이 이송되기 전에 팽창 증기 저장소 내에서 처리되는 대안적인 전달 방법을 교시하고 있다. 본 발명자들은 디클로로디메틸실란(DDMS), 테트라하이드로옥틸트리클로로실란(FOTS) 및 퍼플루오로데실트리클로로실란(FDTS) 전구체 물질과 수증기 반응 물질의 이용을 교시한다. 공정 챔버는 100 mTorr 내지 10 mTorr 범위의 압력과 30℃ 내지 60℃ 범위의 온도에서 작동된다. 물의 양은 코팅되는 MEMS의 입자 오염을 유발하는 전구체 물질의 과도한 중합반응을 방지할 수 있도록 또 다시 신중하게 제어될 필요가 있다. 그러나, 상기한 종래 기술과는 다르게, 물은 제어 가능하게 공정 챔버 내로 이송된다. 반응 물질에 대한 전구체 물질의 부피비는 1:6 내지 6:1 범위로 설명된다. 이러한 조건에서 반응 시간은, Mayer 등의 교시에서 확인된 바와 같이, FOTS 또는 DDMS에 대해 5 분 내지 30 분에 이른다. 그러나 Mayer 등은, FDTS 전구체 물질을 증착하는 이러한 기술은 상당히 긴 시간이 걸린다고 명시한다.
따라서, 본 발명의 실시형태의 목적은, 종래 기술에서 언급한 방법의 단점을 제거하거나 또는 적어도 완화시키는, 예를 들어, MEMS와 같은 장치 상에 박막 또는 코팅을 생성하기 위한 증착 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 장치 구조 상에 코팅을 증착하기에 적합한 증착 방법이 제공되며, 상기 방법은,
내부에 코팅이 증착될 공정 챔버를 제공하는 단계;
상기 공정 챔버에 하나 이상의 전구체 물질의 증기를 제공하는 단계; 및
상기 공정 챔버에 하나 이상의 반응 물질의 증기를 제공하는 단계를 포함하고,
상기 공정 챔버 내에 증착 증기가 형성되고, 상기 증착 증기는 6:1 이상의 전구체 물질에 대한 반응 물질의 부피비를 갖는다.
상기한 방법은, 반응 물질과 전구체 물질 사이의 이러한 부피비에 대해 예상되는 바와 같이, 코팅될 장치의 입자 오염을 유발하는 전구체 물질의 과도한 중합반응 없이 코팅의 증가된 증착 속도가 달성되는 장점을 갖는다. 이러한 증가된 증착 속도는, 공정 챔버 내의 작동 압력이 또한 종래 기술의 시스템에서 사용되는 것보다 상당히 높게 설정될 수 있다. 현재 개시된 기술의 또 다른 장점은 증착이 수행되기 위해 필요한 전구체 증기압을 달성하기 위해 공정 챔버를 가열할 필요가 없다는 것이다.
상기 전구체 물질에 대한 반응 물질의 부피비는 10:1보다 크거나 같을 수 있다.
상기 전구체 물질에 대한 반응 물질의 부피비는 50:1보다 크거나 같을 수 있다.
상기 전구체 물질에 대한 반응 물질의 부피비는 100:1보다 크거나 같을 수 있다.
바람직하게, 상기 공정 챔버 내의 작동 압력은 10 Torr보다 크다. 작동 압력은 40 Torr보다 크거나 같을 수 있다. 작동 압력은 100 Torr보다 크거나 같을 수 있다.
가장 바람직하게, 상기 하나 이상의 전구체 물질의 증기는 공정 챔버의 외부로부터 하나 이상의 전구체 물질의 증기를 이송함으로써 공정 챔버로 제공된다. 하나 이상의 전구체 물질의 증기는 캐리어 가스를 하나의 이상의 버블 챔버에 통과시킴으로써 공정 챔버로 이송될 수 있다.
가장 바람직하게, 상기 하나 이상의 반응 물질의 증기는 공정 챔버의 외부로부터 상기 하나 이상의 반응 물질의 증기를 이송함으로써 공정 챔버로 제공된다. 하나 이상의 반응 물질의 증기는 캐리어 가스를 하나의 이상의 버블 챔버에 통과시킴으로써 공정 챔버로 이송될 수 있다.
캐리어 가스와 버블 챔버의 이용은 공정 챔버에 원하는 부피의 전구체 및 반응 물질 증기를 이송하기 위한 수단을 제공한다.
바람직하게, 상기 하나 이상의 전구체 물질은 퍼플루오로데실트리클로로실란(FDTS)을 포함한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 하나 이상의 전구체 물질은 디클로로디메틸실란(DDMS), 옥타데실트리클로로실란(OTS), 1-옥타데켄, 테트라하이드로옥틸트리클로로실란(FOTS), 테트라하이드로옥틸트리에톡시실란(FOTES), 테트라하이드로옥틸메틸디클로로실란(FOMDS) 및 헥사메틸디실라잔(HDMS)으로 이루어진 군에서 선택되는 전구체 물질을 포함할 수 있다.
대안적으로, 상기 하나 이상의 전구체 물질은 친수성 유기 부분 또는 생리활성 유기 부분을 갖는 전구체 물질을 포함하는 전구체 물질로 이루어진 군에서 선택되는 전구체 물질을 포함한다.
가장 바람직하게, 상기 하나 이상의 반응 물질은 물(H2O)을 포함한다.
바람직하게 상기 캐리어 가스는 질소 또는 질소 계열의 가스와 같은 불활성 기체이다. 대안적으로 캐리어 가스는 헬륨을 포함할 수 있다.
상기 방법은 마이크로 전자기계 구조(MEMS)를 청소 및/또는 이온화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 바람직하게, 마이크로 전자기계 구조(MEMS)의 청소 및/또는 이온화 단계는 공정 챔버로의 하나 이상의 전구체 물질의 증기의 제공 및 하나 이상의 반응 물질의 증기의 제공 이전에 공정 챔버 내에서 이루어진다.
선택적으로, 상기 방법은 하나 이상의 증기 공급 라인을 가열하는 단계를 더 포함한다. 증기 공급 라인의 가열은 내부에 전구체 증기의 응축이 없음을 보장한다.
가장 바람직하게, 상기 코팅은 자기조립 단층(SAM) 코팅을 포함한다.
가장 바람직하게, 상기 장치는 마이크로 전자기계 구조(MEMS)를 포함한다.
대안적으로 상기 장치는 반도체 구조를 포함할 수 있다.
또 다른 대안에서, 상기 장치는 예를 들어 휴대폰, 스마트 폰, 개인 정보 단말기, 태블릿 컴퓨터 또는 랩톱 컴퓨터와 같은 모바일 디바이스를 포함할 수 있다.
또 다른 대안에서, 상기 장치는 직물 또는 옷감을 포함할 수 있다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 마이크로 전자기계 구조(MEMS) 상에 코팅을 증착하는 방법이 제공되며, 상기 방법은,
내부에 코팅이 증착될 공정 챔버를 제공하는 단계;
상기 공정 챔버에 하나 이상의 전구체 물질의 증기를 제공하는 단계; 및
상기 공정 챔버에 하나 이상의 반응 물질의 증기를 제공하는 단계를 포함하고,
상기 공정 챔버 내에 증착 증기가 형성되고, 상기 증착 증기는 6:1 이상의 전구체 물질에 대한 반응 물질의 부피비를 갖는다.
바람직하게, 상기 코팅은 자기조립 단층(SAM) 코팅을 포함한다.
본 발명의 제 2 양태의 실시형태는 본 발명의 제 1 양태 또는 이의 실시형태 또는 그 반대의 하나 이상의 특징을 포함할 수 있다.
본 발명의 제 3 양태에 따르면, 마이크로 전자기계 구조(MEMS) 상에 코팅을 증착하는 방법이 제공되며, 상기 방법은,
내부에 코팅이 증착될 공정 챔버를 제공하는 단계;
상기 공정 챔버에 하나 이상의 전구체 물질의 증기를 제공하는 단계; 및
상기 공정 챔버에 하나 이상의 반응 물질의 증기를 제공하는 단계를 포함하고,
상기 공정 챔버 내에 증착 증기가 형성되고, 상기 증착 증기는 6:1 이상의 전구체 물질에 대한 반응 물질의 부피비를 갖는다.
바람직하게, 상기 코팅은 자기조립 단층(SAM) 코팅을 포함한다.
가장 바람직하게, 상기 하나 이상의 전구체 물질의 증기는 캐리어 가스를 하나의 이상의 버블 챔버에 통과시킴으로써 공정 챔버로 이송된다.
가장 바람직하게, 상기 하나 이상의 반응 물질의 증기는 캐리어 가스를 하나의 이상의 버블 챔버에 통과시킴으로써 공정 챔버로 이송된다.
본 발명의 제 3 양태의 실시형태는 본 발명의 제 1 또는 제 2 양태 또는 이의 실시형태 또는 그 반대의 하나 이상의 특징을 포함할 수 있다.
본 발명의 제 4 양태에 따르면, 마이크로 전자기계 구조(MEMS) 상에 자기조립 단층(SAM)을 증착하기에 적합한 증착 방법이 제공되며, 상기 방법은,
내부에 코팅이 증착될 공정 챔버를 제공하는 단계;
상기 공정 챔버에 하나 이상의 전구체 물질의 증기를 제공하는 단계; 및
상기 공정 챔버에 하나 이상의 반응 물질의 증기를 제공하는 단계를 포함하고,
상기 전구체 물질에 대한 반응 물질의 부피비는 6:1이다.
본 발명의 제 4 양태의 실시형태는 본 발명의 제 1, 제 2 또는 제 3 양태 또는 이의 실시형태 또는 그 반대의 하나 이상의 특징을 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시형태가 이제 도면을 참조로 단지 예로서 설명될 것이다. 도면에서:
도 1은 마이크로 전자기계 구조(MEMS) 상에 자기조립 단층(SAM) 코팅을 증착하기에 적합한 기상 증착 시스템을 나타내는 개략도이고; 및
도 2는 마이크로 전자기계 구조(MEMS) 상에 자기조립 단층(SAM) 코팅을 증착하는 방법을 도시한 순서도를 제공한다.
도 1은 마이크로 전자기계 구조(MEMS) 상에 자기조립 단층(SAM) 코팅을 증착하기에 적합한 기상 증착 시스템을 나타내는 개략도이고; 및
도 2는 마이크로 전자기계 구조(MEMS) 상에 자기조립 단층(SAM) 코팅을 증착하는 방법을 도시한 순서도를 제공한다.
도 1을 참조하면, 마이크로 전자기계 구조(MEMS, 2) 상에 자기조립 단층(SAM) 코팅을 증착하기에 적합한 기상 증착 시스템이 나타나 있다.
기상 증착 시스템(1)은 증기 공급 라인(4)을 통해 제 1 및 제 2 증기 소스(5, 6)가 연결된 공정 챔버(3)를 포함하는 것을 볼 수 있다. 압력계(7)는 공정 챔버(3) 내의 압력을 모니터링한다. 각각의 증기 소스(5, 6)는 관련된 버블 챔버(10)로 캐리어 가스를 제공하는 캐리어 가스 소스(8)를 포함하며, 캐리어 가스의 유량은 질량 유량 제어기(mass flow controller (MFC), 9)에 의해 결정된다. 현재 개시된 실시형태에서, 제 1 버블 챔버(10a)는 전구체 물질을 포함하는 반면, 제 2 버블 챔버(10b)는 공정 챔버(3) 내에서의 증착 반응을 돕기 위한 관련 반응 물질을 포함한다.
각각의 버블 챔버(10)는 캐리어 가스 유입구(11)와 캐리어 가스 배출구(12)를 포함한다. 캐리어 가스는 따라서 관련 버블 챔버(10)를 통해 증기 공급 라인(4)을 거쳐 공정 챔버(3)로 이동함으로써, 공정 챔버(3)에 원하는 부피의 전구체 및 반응 물질 증기를 이송하기 위한 수단을 제공한다. 캐리어 가스는 바람직하게 질소 또는 질소 계열의 가스와 같은 불활성 기체이다. 대안적으로, 캐리어 가스는 헬륨을 포함할 수 있다. 증기 공급 라인(4)은 전구체 증기의 응축이 없음을 보장하기 위해 가열될 수 있다.
받침대(13)는 증착 공정을 위해 MEMS(2)를 배치하기 위한 수단을 제공하도록 공정 챔버(3) 내에 배치된다. 받침대도 필요한 경우 가열될 수 있다.
펌핑 라인 및/또는 MFC(9) 에서, 적응식 압력 제어기(adaptive pressure controller (APC), 15)를 통해 공정 챔버(3)로 연결된 진공 펌프(14)의 펌핑 속도는 공정 챔버(3) 내의 작동 압력을 정확하게 제어하기 위한 수단을 제공하기 위해 이용될 수 있다.
또한 퍼지 증기 소스(17)에 연결된 챔버 퍼지 라인(16)이 공급 라인(4)에 연결(또는 대안적으로, 공정 챔버(3)에 직접 연결)된다. 캐리어 가스 라인과 비슷하게, 퍼지 증기의 유량은 질량 유량 제어기(MFC)에 의해 결정된다. 퍼지 증기는 바람직하게 질소 또는 질소 계열의 가스와 같은 불활성 기체이다. 대안적으로, 퍼지 가스는 헬륨을 포함할 수 있다.
하류의 RF 플라즈마 소스(18)도 플라즈마 제어 밸브(19)를 통해 공정 챔버(3)에 연결된다. RF 플라즈마 소스는 바람직하게 산소(O2) 플라즈마 소스이다.
다른 대안적인 실시형태에서, 공정 챔버(3)가 두 개 이상의 기상 전구체 물질 및/또는 두 개 이상의 대응하는 기상 반응 물질을 구비하도록 다수의 버블 챔버(10)가 이용될 수 있다.
자기조립 단층(
SAM
)을 증착하기 위한 방법
이제, 도 1의 기상 증착 시스템(1)을 이용하여 마이크로 전자기계 구조(MEMS, 2) 상에 자기조립 단층(SAM) 코팅을 증착하기 위한 방법이 도 2를 참조로 설명될 것이다.
본 기술분야에서 온도 성능과 결합된 최고의 점착 방지 성능을 제공하는 것으로 간주되는 전구체 물질은 퍼플루오로데실트리클로로실란(FDTS)이다, 그러나, 이러한 트리클로로실란은 입자 오염에 가장 취약하다는 것이 밝혀졌다. 시간이 적게 걸리고 입자 오염 문제가 적은 관점에서 증착하기에 더욱 용이한 다른 물질들이 따라서 대안적인 전구체 물질로 자주 이용되어 왔다. 따라서, 상기한 기술의 장점을 가장 잘 입증하기 위해, 아래에서 설명되는 실시형태는 전구체 물질로 퍼플루오로데실트리클로로실란(FDTS)을 이용하는 반면, 반응 물질은 물(H2O)이다.
첫 번째 예에서, MEMS(2)는 공정 챔버(3) 내에 배치된다. 이후 플라즈마 소스(18)는, 개시되는 SAM 코팅 증착 공정 이전에 MEMS(2)의 표면을 청소하기 위해 공정 챔버(3)로 도입된다. 플라즈마 처리 동안의 챔버 압력은 일반적으로 대략 0.5 Torr이고 RF 전력은 100 내지 300 와트의 범위이다. SAM 코팅의 증착 이전에, 그리고 이들 사이에 추가의 처리 단계가 발생하지 않고, 공정 챔버(3) 내에 배치되는 동안 MEMS(2)가 플라즈마 처리되는 것이 바람직하다. 대안적으로, MEMS(2)는 공정 챔버(3) 내에 배치되기 전에 원격 플라즈마 소스로 처리될 수 있다.
이후 SAM 증착 공정은, 공정 챔버(3)에 각각 소정량의 FDTS 증기와 수증기를 제공하기 위해 제 1 및 제 2 버블 챔버(10a, 10b)로 제공되는 질소 캐리어 가스로 개시된다. 따라서 FDTS 증기와 수증기는 공정 챔버(3) 내에 하나의 증착 증기를 형성한다. 공정 챔버로 제공되는 FDTS 증기와 수증기의 양은 캐리어 가스 유량, 버블 챔버(10a, 10b)와 공정 챔버(3)의 온도 및 압력에 따라 달라진다.
FDTS 전구체 물질의 가열이 없는 경우, 즉 일반적인 상온 20℃에서 전구체 증기는 증착 공정이 발생할 수 있게 하는 충분한 부피의 캐리어 가스에 의해 공정 챔버로 이송될 수 있다. 이 기술은 또한, 반응 조건이 정밀하게 제어되는 공정 챔버 내로 FDTS 전구체 증기가 계속해서 유입될 수 있게 한다.
예를 들면, 공정 챔버에 1 표준 입방 센티미티(standard cubic centimetre per minute, sccm)의 FDTS 전구체 물질을 제공하도록 질소 캐리어 가스의 30 sccm의 유량이 제 1 버블 챔버(10a)를 통해 유입되도록 설정된다. 동시에, 공정 챔버에 50 sccm의 수증기를 제공하도록 100 sccm의 질소 캐리어 가스의 유량이 제 2 버블 챔버(10b)를 통해 유입되도록 설정된다. 진공 펌프(14)와 적응식 압력 제어기(APC)가 사용되어 공정 챔버(3) 내의 증착 증기에 대해 40 T의 작동 압력을 유지한다. 압력 챔버(3)는 20℃ 이하의 상온에서 작동되었으나, 증기 공급 라인은 내부에 전구체 증기의 응축이 없음을 보장하기 위해 가열되었다.
숙련된 독자에 의해 인식될 수 있는 바와 같이, 형성된 증착 증기 내의 물 반응 물질에 대한 FDTS 전구체 물질의 부피비는 1:50이다. 이는, 이러한 조건에서 FDTS 전구체 물질의 과도한 중합반응이 발생하여 FDTS 물질의 큰 덩어리를 형성하고, 따라서 입자 오염을 유발한다는 것을 일관되게 교시하는 종래 기술의 교시보다 상당히 크다. 다소 놀랍게도, 상기한 증착 유량 기술과 정밀한 챔버 제어로 인해, 매우 빠른 FDTS 점착 방지 SAM 코팅이 원치 않는 기상 중합반응 없이 달성된다. 현재 설명되는 조건에서, FDTS SAM 코팅은 5 분 이내에 증착되었으며, 이는 이전에 보고된 결과에 비해 상당히 빠른 것이다.
SAM의 증착이 완료되면, MEMS(2)는 공정 챔버(3)에서 제거될 수 있다. 공정 챔버(3)는, MEMS(2)가 제거되기 전에 증착 증기를 제거하기 위해, 챔버 퍼지 라인(16)을 통해 퍼지될 수 있다.
본 발명자들은 증착 증기 내의 물 반응 물질에 대한 FDTS 전구체 물질의 부피비를 변화시킴으로써 FDTS 점착 방지 코팅의 제조를 재현할 수 있었다. 실제로, 6:1의 전구체 물질에 대한 반응 물질의 부피비의 제시된 상한치는 현재 개시되는 기술 내에서 전혀 제한적이지 않다, 즉, FDTS 전구체 물질에 대한 반응 물질의 부피비는 증착 증기 내에서 6:1 이상일 수 있고 실제로 100:1처럼 높게 증가될 수 있다.
공정 챔버(3)에 전구체 물질을 제공하기 위해 캐리어 가스와 버블 챔버(10a, 10 b)를 사용한 결과, 전구체 물질의 필요한 증기압을 얻기 위해 압력 챔버(3)는, 일반적으로 10 Torr 이하인, 종래 기술에서 보고된 정상 작동 압력으로 감소될 필요가 없다. 본 발명자들은 100 Torr 이상의 작동 압력에서 FDTS 점착 방지 코팅을 확실하게 제조할 수 있었다. 이러한 높은 압력은 증착 공정을 완료하는데 걸리는 시간을 감소하는데 도움을 주는 한 가지 요인이다.
입자 오염이 없는 상태에서 FDTS SAM 코팅의 빠른 증착 속도는 많은 요인의 결과로 생각된다. 전구체 증기의 낮은 유량은, 기체상 반응의 기회와 중합반응의 발생을 줄이고, 따라서 입자 오염이 발생하지 않는 것으로 생각된다. 이러한 낮은 유량은 또한 증착 공정이 높은 압력에서 수행될 수 있게 하고, 이는 표면 반응 속도를 높이고 따라서 SAM 코팅 증착 속도를 높인다.
본 발명자들은 상기한 유량의 증착 기술에서 전구체 물질로 디클로로디메틸실란(DDMS), 옥타데실트리클로로실란(OTS), 1-옥타데켄, 테트라하이드로옥틸트리클로로실란(FOTS), 테트라하이드로옥틸트리에톡시실란(FOTES), 테트라하이드로옥틸메틸디클로로실란(FOMDS) 및 헥사메틸디실라잔(HDMS)을 사용함으로써 MEMS 상에 점착 방지 코팅의 유사한 개선된 증착 속도를 관찰하였다.
본 발명자들은, 일부 전구체 물질에 있어서, 받침대(13)가 가열될 때 SAM 코팅의 균질 특성에 약간의 향상이 있는 것을 확인하였다. 이러한 공정에서 이용된 최대 온도는 40℃였으며, SAM 코팅의 균질 특성에 있어서의 유의한 차이는 이러한 온도 이상에서 관찰되지 않았다.
상기한 기술은 점착 방지 코팅의 증착에 제한되지 않는다. 예를 들면, 코팅이 증착될 예정인 MEMS의 입자 오염의 영향을 줄이기 위해 물 또는 신중하게 제어된 양의 물이 필요하지 않다고 생각되었던, 친수성 유기 부분 또는 생리활성 유기 부분을 갖는 전구체 물질의 응용에 상기한 기술이 동등하게 적합할 수 있다는 것이 예상된다.
또한, 상기한 기술은 MEMS 구조를 포함하는 장치에 제한되지 않는다. 본 발명자들은 또한 코팅을 반도체 구조에 적용하기 위해 이러한 기술을 응용하였다. 상기한 기술을 적용함으로써 모바일 디바이스(예를 들어, 휴대폰, 스마트 폰, 개인 정보 단말기, 태블릿 컴퓨터 또는 랩톱 컴퓨터), 직물 또는 옷감으로의 코팅의 적용이 또한 가능하다.
본 발명은 종래 기술에서 이전에 개시된 MEMS 상에 코팅 또는 박막을 증착하기 위한 기술에 대해 많은 장점을 보여준다. 첫 번째 예에서, 이전에 개시된 것보다 상당히 많은 양의 물이 공정 챔버에 도입될 수 있다. 이는, 코팅이 증착될 예정인 MEMS의 입자 오염을 방지하기 위해 개시된 기술에서 물을 제거하거나 또는 물의 양을 신중하게 제어하는 종래 기술의 교시의 수고를 고려할 때 다소 놀라운 것이다. 또한, 개시된 기술에서의 작동 압력은 종래 기술의 시스템에서 이용된 것보다 상당히 높을 수 있다. 이러한 두 가지 작동 변수의 조합은 전구체 물질의 증착 시간을 종래 기술에서 이전에 보고된 것보다 상당히 감소시킨다.
현재 개시된 기술의 또 다른 장점은 필요한 전구체 증기압을 달성하기 위해 공정 챔버를 가열할 필요가 없다는 것이다. 이는 공정 및 관련 구성을 덜 복잡하게 하고 전체 공정을 더욱 비용 효과적이게 함으로 분명히 이득이다.
본 발명은 장치 상에 코팅을 증착하기에 적합한 증착 방법을 개시한다. 상기 방법은 마이크로 전자기계 구조(MEMS) 상에 자기조립 단층(SAM)을 증착하기에 특히 적합하다. 상기 방법은 내부에 장치가 배치되는 공정 챔버 내에 증착 증기를 형성하기 위해 캐리어 가스를 사용하며, 증착 증기는 제어된 양의 증기 전구체 물질과 증기 반응 물질을 포함한다. 개시된 기술의 이용은 전구체 물질에 대한 반응 물질의 부피비가 본 기술분야에서 이전에 이용된 부피비보다 상당히 큰 경우에도 장치의 입자 오염의 문제가 많은 효과를 방지한다. 증기 전구체 물질은 물을 포함하는 관련 증기 반응 물질로 형성된 점착 방지 코팅을 MEMS에 제공하는 유형의 것일 수 있다.
본 발명의 전술한 설명은 예시와 설명의 목적으로 제시되었으며, 개시된 정확한 형태로 본 발명을 제한하려는 것은 아니다. 개시된 실시형태는 본 발명의 원리와 이의 실제 응용을 가장 잘 설명함으로써, 본 기술분야의 숙련자가, 고려되는 특정 용도에 적합한 다양한 변형으로 다양한 실시형태에서 본 발명을 가장 잘 활용할 수 있도록 선택되고 개시되었다. 따라서, 또 다른 변형 또는 개선이 첨부된 청구범위에 의해 정의된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 또 다른 변형 또는 개선이 도입될 수 있다.
Claims (25)
- 장치 구조 상에 코팅을 증착하기에 적합한 증착 방법에 있어서, 상기 방법은,
내부에 코팅이 증착될 공정 챔버를 제공하는 단계;
상기 공정 챔버에 하나 이상의 전구체 물질의 증기를 제공하는 단계; 및
상기 공정 챔버에 하나 이상의 반응 물질의 증기를 제공하는 단계를 포함하고,
상기 공정 챔버 내에 증착 증기가 형성되고, 상기 증착 증기는 6:1 이상의 전구체 물질에 대한 반응 물질의 부피비를 갖는 것을 특징으로 하는 증착 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 전구체 물질에 대한 반응 물질의 부피비는 10:1보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 증착 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 전구체 물질에 대한 반응 물질의 부피비는 50:1보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 증착 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 전구체 물질에 대한 반응 물질의 부피비는 100:1보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 증착 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공정 챔버 내의 작동 압력은 10 Torr보다 큰 것을 특징으로 하는 증착 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 작동 압력은 40 Torr보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 증착 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 작동 압력은 100 Torr보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 증착 방법.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전구체 물질의 증기는 공정 챔버의 외부로부터 상기 하나 이상의 전구체 물질의 증기를 이송함으로써 공정 챔버로 제공되는 것을 특징으로 하는 증착 방법.
- 제 8 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전구체 물질의 증기는 캐리어 가스를 하나의 이상의 버블 챔버에 통과시킴으로써 공정 챔버로 이송되는 것을 특징으로 하는 증착 방법.
- 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 반응 물질의 증기는 공정 챔버의 외부로부터 상기 하나 이상의 반응 물질의 증기를 이송함으로써 공정 챔버로 제공되는 것을 특징으로 하는 증착 방법.
- 제 10 항에 있어서,
상기 하나 이상의 반응 물질의 증기는 캐리어 가스를 하나의 이상의 버블 챔버에 통과시킴으로써 공정 챔버로 이송되는 것을 특징으로 하는 증착 방법.
- 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전구체 물질은 퍼플루오로데실트리클로로실란(perfluorodecyltrichlorosilane, FDTS)을 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 방법.
- 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전구체 물질은 디클로로디메틸실란(dichlorodimethylsilane, DDMS), 옥타데실트리클로로실란(octadecyltrichlosilane , OTS), 1-옥타데켄(1-octadecene), 테트라하이드로옥틸트리클로로실란(tetrahydrooctyltrichlorosilane, FOTS), 테트라하이드로옥틸트리에톡시실란(tetrahydrooctylTriethoxysilane, FOTES), 테트라하이드로옥틸메틸디클로로실란(tetrahydrooctylMethyldichlorosilane, FOMDS) 및 헥사메틸디실라잔(hexamethyldisalizane, HDMS)으로 이루어진 군에서 선택되는 전구체 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 방법.
- 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 전구체 물질은 친수성 유기 부분 또는 생리활성 유기 부분을 갖는 전구체 물질인 것을 특징으로 하는 증착 방법.
- 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 반응 물질은 물(H2O)을 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 방법.
- 제 9 항, 제 11 항, 또는 제 9항 또는 제 11 항에 종속하는 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 캐리어 가스는 질소 또는 질소 계열의 가스와 같은 불활성 기체인 것을 특징으로 하는 증착 방법.
- 제 9 항, 제 11 항, 또는 제 9항 또는 제 11 항에 종속하는 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 캐리어 가스는 헬륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 방법.
- 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
마이크로 전자기계 구조(micro electro-mechanical structure, MEMS)를 청소 및/또는 이온화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 방법.
- 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마이크로 전자기계 구조(MEMS)의 청소 및/또는 이온화 단계는 공정 챔버로의 하나 이상의 전구체 물질의 증기의 제공 및 하나 이상의 반응 물질의 증기의 제공 이전에 공정 챔버 내에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 증착 방법.
- 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
하나 이상의 증기 공급 라인을 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 방법.
- 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코팅은 자기조립 단층(self assembled monolayer, SAM) 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 방법.
- 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치는 마이크로 전자기계 구조(MEMS)를 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 방법.
- 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치는 반도체 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 방법.
- 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치는 모바일 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 방법.
- 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치는 직물 또는 옷감을 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 방법.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| AMND | Amendment | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment |