KR20140070487A - 막 형성 장치 - Google Patents
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Abstract
본 출원은 막 형성 장치, 원자층 증착 방법 또는 막의 형성 방법에 대한 것이다. 본 출원에 따르면 연속적인 원자층 증착에 의해 목적하는 막을 효과적으로 형성할 수 있는 막 형성 장치 및 그것을 이용하는 원자층 증착 방법 또는 막의 형성 방법이 제공될 수 있다.
Description
본 출원은 막 형성 장치 및 막 형성 방법에 관한 것이다.
예를 들면, 배리어층(barrier layer)과 같은 등각 코팅(conformal coating)의 형성이나, 전계 발광 디스플레이, LCD(Liquid Crystal Display) 또는 전기 영동 등에서 요구될 수 있는 가요성 디스플레이 코팅, RFID(radio frequency identification), MEMS(micro electro mechanical systems), 광학 코팅, 가요성 기판상의 전자 부품, 가요성 기판상의 박막, 일렉트로크로믹스 및 광전기력 분야 등을 포함한 다양한 분야에서는 다양한 종류의 막을 형성하는 기술이 요구될 수 있다.
본 출원은 막 형성 방법 및 막 형성 방법을 제공한다.
본 출원은, 이송되는 기판상에 막을 형성할 수 있도록 구성된 막 형성 장치에 대한 것이다. 상기 장치는, 소위 롤 투 롤(roll to roll) 막 형성 장치로 호칭되는 장치일 수 있다.
상기 장치는 기판, 예를 들면, 가요성 기판을 이송할 수 있도록 설치된 하나 이상의 가이드롤을 포함하는 이송 시스템과 하나 이상의 흐름 제한 통로가 형성되어 있고, 상기 흐름 제한 통로로 도입되는 상기 기판의 표면에 전구체의 층을 형성할 수 있도록 설치된 제 1 및 제 2 영역을 포함할 수 있다.
상기 장치에서 상기 가이드롤은 상기 제 1 및 제 2 영역 내에 각각 하나 이상 존재하고, 상기 흐름 제한 통로는 상기 기판이 상기 제 1 및 제 2 영역을 순차 통과할 수 있도록 하는 경로를 형성하도록 설치되어 있을 수 있다.
상기 장치에서 제 1 및 제 2 영역 내의 가이드롤 중 적어도 하나는 상기 기판을 향하여 상기 전구체를 공급할 수 있는 전구체 공급롤일 수 있다.
하나의 예시에서 상기 막 형성 장치는 소위 원자층 증착(ALD; Atomic Layer Deposition) 방식에 의해 막을 형성하는 원자층 증착 장치일 수 있다.
본 출원은 막 형성 방법, 예를 들면 상기 막 형성 장치를 사용하여 막을 형성하는 방법에 대한 것이다.
본 출원에서는, 기판, 예를 들면, 플라스틱 필름, 섬유성 또는 금속성 웹이나 필름과 같은 가요성 기판을 이송하면서 상기 기판의 표면에 막을 형성할 수 있는 장치 또는 그 장치를 사용한 막 형성 방법이 제공된다.
도 1은 예시적인 막 형성 장치를 나타낸다.
도 2 내지 6은 예시적인 전구체 공급롤의 형태를 나타낸다.
도 7 내지 12는 예시적인 막 형성 장치의 구성을 나타낸다.
도 2 내지 6은 예시적인 전구체 공급롤의 형태를 나타낸다.
도 7 내지 12는 예시적인 막 형성 장치의 구성을 나타낸다.
본 출원의 막 형성 장치는 이송 시스템 및 상기 이송 시스템에 의해 이송되는 기판상에 막을 형성할 수 있는 적어도 2개의 영역(이하, 각각 제 1 및 제 2 영역으로 호칭할 수 있다.)을 포함할 수 있다.
이송 시스템은 기판을 이송시킬 수 있도록 형성되어 있고, 기판의 이송이 가능하다면 어떠한 형태로도 형성될 수 있다. 하나의 예시에서 상기 막 형성 장치는 소위 롤투롤(roll to roll) 장치일 수 있고, 이러한 경우에 상기 이송 시스템은 가이드롤을 하나 이상 포함할 수 있다. 이송 시스템의 가이드롤은 기판이 처리 영역, 예를 들면 상기 제 1 및 제 2 영역을 순차 통과할 수 있도록 하는 경로를 형성하고 있을 수 있다.
제 1 및 제 2 영역은 이송 시스템에 의해 기판이 도입되어 막을 형성하기 위한 처리가 수행되는 영역이다. 예를 들면, 처리 영역은 통상적인 챔버로 형성되어 있을 수 있다. 후술하는 바와 같이 제 1 및 제 2 영역에서 기판의 표면에 전구체의 층이 형성되는 경우에 상기 제 1 및 제 2 영역은 전구체가 수용될 수 있도록 형성되어 있을 수 있다. 본 명세서에서 용어 전구체는, 막을 형성할 수 있는 재료로서 그 재료 자체가 상기 막을 형성하는 것이거나, 혹은 일단 기판의 표면에 형성된 후에 자체적으로 혹은 다른 재료와의 반응을 통해 목적하는 재료의 막을 형성할 수 있는 재료가 모두 포함될 수 있다. 전구체의 형태는 특별히 제한되지 않으며, 기체, 액체 또는 고체(예를 들면, 미세 분말상)일 수 있다.
제 1 및 제 2 영역에서 상기 전구체의 층이 형성되는 메커니즘은 특별히 제한되지 않는다. 막을 형성하는 방법은, 예를 들면, ALD(Atomic Layer Deposition), CVD 또는 스퍼터링(sputtering) 등 다양하게 알려져 있고, 제 1 및 제 2 영역에서 막이 형성되는 메커니즘은 상기 방식 중에 어떤 방식이 채용되는 지에 따라서 해당 방식에서 적합한 메커니즘이 적용될 수 있다.
제 1 및 제 2 영역에는 각각 하나 이상의 통로가 형성되어 있다. 상기 통로를 통해 이송 시스템에 의해 이송되는 기판이 각 영역으로 도입되거나 빠져 나올 수 있다. 상기 통로는 하나의 예시에서 흐름 제한 통로일 수 있다. 본 명세서에서 용어 흐름 제한 통로는 그 통로를 통해 기판은 이동할 수 있고, 외부로의 유출이 적절하지 못한 물질, 예를 들면, 전구체는 누출되지 않을 수 있도록 형성된 모든 종류의 통로를 포함하는 개념으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 각 영역은 상기 흐름 제한 통로를 통해 도입되는 상기 기판의 표면에 전구체를 증착시켜 층을 형성할 수 있도록 설치되어 있다.
이송 시스템의 가이드롤은 제 1 및 제 2 영역 내에 각각 적어도 하나 존재한다. 이러한 가이드롤은 기판이 상기 통로, 예를 들면 흐름 제한 통로를 통해 상기 제 1 및 제 2 영역을 각각 적어도 1회 통과할 수 있도록 하는 경로를 형성하고 있을 수 있다.
막 형성 장치에서 상기 제 1 및 제 2 영역 내에 각각 적어도 하나 존재하는 가이드롤 중 적어도 하나는 상기 기판을 향하여 상기 전구체를 공급할 수 있도록 설치된 전구체 공급롤일 수 있다. 예를 들면, 제 1 영역에 공급롤이 존재하면, 제 1 영역을 경유하는 과정에서 기판에 제 1 전구체가 공급롤에 의해 공급되어 제 1 전구체의 층, 예를 들면 제 1 단층(monolayer)이 형성되고, 제 2 영역에 공급롤이 존재하면, 제 2 영역을 기판이 경유하는 과정에서 그 표면에 제 2 전구체의 층, 예를 들면, 제 2 단층(monolayer)이 형성될 수 있다. 공급롤은 제 1 및 제 2 영역에 모두 존재할 수 있다. 또한, 공급롤이 없는 영역에는 해당 영역에 전구체를 공급할 수 있는 공지의 다른 수단이 존재할 수 있다. 이러한 방식은, 예를 들면, 원자층 증착 방식에 적합할 수 있는데, 이와 같이 공급롤 또는 다른 수단에 의해 기판상에 제 1 및 제 2 단층, 혹은 추가적인 다른 단층이 반복해서 형성되는 과정을 거쳐 목적하는 막이 기판에 형성될 수 있다. 제 1 및 제 2 전구체는 서로 동일하거나 혹은 상이한 종류일 수 있고, 필요한 경우에 목적하는 두께를 고려하여 상기 제 1 및 제 2 단층의 형성 과정이 복수회 반복될 수 있다. 또한, 상기 장치는, 후술하는 바와 같이 제 3 전구체에 의해 제 3 단층을 형성하거나 불활성 가스에 의한 퍼징(purging)이 수행되는 제 3 영역이 장치에 또한 포함될 수 있다.
막 형성 장치에서 이송 시스템은 기판을 장치로 공급하는 입력 수단을 추가로 포함할 수 있다. 이송 시스템은 처리가 종료된 기판을 회수하는 회수 수단을 추가로 포함할 수 있다. 상기 입력 수단과 회수 수단의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 입력 수단으로는 롤 형태로 감겨져 있는 기판을 풀면서 공급할 수 있도록 설치된 권출롤일 수 있고, 회수 수단은 기판을 감아서 회수하는 권취롤일 수 있다.
도 1은 예시적인 막 형성 장치의 모식도이다.
도 1과 같이 막 형성 장치는 제 1 영역(131) 및 제 2 영역(132)을 포함할 수 있다. 이송 시스템은 제 1 영역(131) 및 제 2 영역(132) 내에 각각 적어도 하나 존재하는 가이드롤(120)을 포함하고, 기판(101)을 공급하는 입력 수단(110) 및 처리가 종료된 기판(101)을 회수하는 회수 수단(140)을 포함할 수 있다. 도면에서는 입력 수단(110)과 회수 수단(140)이 영역(131, 132)의 내부에 존재하는 경우가 도시되어 있으나, 필요한 경우 상기 수단(110, 140) 중 하나 이상은 영역(131, 132)의 외부에 존재할 수도 있다. 제 1 영역(131) 및 제 2 영역(132)은 각 영역에 존재하는 전구체가 다른 영역으로 확산되거나 누출되지 않도록 벽(150)에 의해 구분되고, 벽(150)에는 통로(160), 예를 들면, 흐름 제한 통로가 형성되어, 그 통로(160)를 통해 기판(101)이 이동할 수 있다. 각 영역(131, 132)에는 배기 수단(170)이 존재할 수 있고, 그 수단(170)에 의해서 도입된 전구체가 배기될 수 있다.
막 형성 장치에서 입력 수단(110)은 기판(101)을 장치로 도입하는 역할을 수행할 수 있다. 입력 수단(110)은, 예를 들면, 권출롤일 수 있다. 입력 수단(110)에 의해 도입된 기판(101)은 각 영역(131, 132)을 순차 이동하여 처리된 후에 회수 수단(140), 예를 들면, 권취롤에 의해 회수될 수 있다.
이송 시스템의 가이드롤(120) 중 적어도 하나는 이송되는 기판을 향하여 전구체를 공급할 수 있도록 설치된 전구체 공급롤(이하, 단순히 공급롤이라 호칭할 수 있다.)일 수 있다.
공급롤에는 전구체의 공급을 위한 전구체 공급 수단이 도입되어 있을 수 있다. 후술하는 바와 같이 전구체 공급롤은 중앙부의 지름에 비하여 말단부의 지름이 크거나, 혹은 중앙부가 없는 구조를 가질 수 있다. 이러한 구조에서 전구체 공급 수단의 형성 위치는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 롤의 중앙부로부터 전구체가 공급되도록 중앙부에 위치되거나, 말단부의 내부 측면에 형성될 수 있다.
하나의 예시에서 공급롤은 양 말단부 및 중앙부를 포함하고, 상기 양 말단부는 기판과 접촉되어 상기 기판을 이송시킬 수 있도록 설치되어 있으며, 상기 중앙부는 기판의 이송 과정에서 기판과 접촉하지 않도록 상기 양 말단부에 비하여 작은 직경을 가지거나, 존재하지 않을 수 있다.
도 2는, 예시적인 공급롤을 보여주고, 도면과 같이 공급롤은 기판(101)과 접촉되는 양 말단부(210)와 기판(101)과 접촉되지 않는 중앙부(220)를 포함할 수 있다. 공급롤에서 중앙부(220)의 지름(Rc) 대비 말단부(210)의 지름(Re)의 비율(Rc/Re)은 특별히 제한되지 않으며, 적절한 기판 이송이 가능하고, 공급되는 전구체가 효율적으로 기판(101)상에 단층(monolayer)을 형성할 수 있을 정도의 거리가 확보되도록 조절되면 된다. 예를 들면, 상기 비율(Rc/Re)은 0.9 이하 정도일 수 있다. 중앙부가 존재하지 않는 경우 상기 비율(Rc/Re)은 0이다.
기판의 이송 방향과 수직하는 방향으로 측정되는 공급롤의 길이(L) 및 중앙부(22)의 길이(Lc), 중앙부(22)가 없는 경우 말단부간의 간격(Lc)의 비율(Lc/L)도 이송 과정에서 기판이 적절하게 고정될 수 있을 정도의 말단부(210)가 확보되는 한 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 비율(Lc/L)은 0.7 내지 0.9 정도일 수 있다.
전구체가 액체 또는 기체인 경우에 도 2에 나타난 바와 같이 공급롤의 중앙부(220)에는, 상기 공급 수단으로서, 기판(101)을 향하여 전구체를 분사할 수 있도록 설치된 분사구(230)가 존재할 수 있다. 예를 들면, 공급롤의 측면에서 전구체가 주입되고, 주입된 전구체가 분사구(230)를 통해 기판(101)을 향하여 분사될 수 있도록 설치될 수 있다. 도면에서는 도시하지 않았으나, 상기 분사구는, 예를 들면, 말단부(210)의 내부 측벽, 즉 중앙부(220)를 향한 말단부(210)의 측벽에 형성되어 있을 수 있다.
공급롤의 분사구(230)는, 특별한 제한 없이 공지의 방식으로 형성될 수 있고, 예를 들면, 분사 노즐 등으로 형성될 수 있다. 분사구는, 예를 들면, 도 2와 같이 공급롤의 중앙부(220)에 설치될 수도 있고, 도시하지는 않았으나 말단부(210)의 내측면에 설치될 수 있다. 도 2에서는 돌출된 구조의 분사구(230)가 도시되었으나, 상기 분사구는 함몰된 구조로 형성될 수도 있다. 분사구의 수는 공급롤의 길이 및 처리면의 정도에 따라 적절하게 조절될 수 있다.
공급롤이 아닌 가이드롤도 분사구(230)가 형성되지 않은 것을 제외하고는, 상기 공급롤과 동일한 형상을 가질 수 있다. 즉, 본 명세서에서 기술하는 공급롤의 구조에 대한 사항 중에서 분사구의 설치에 관한 사항을 제외한 사항은 공급롤이 아닌 가이드롤이나, 상기 입력 및 회수 수단에 대하여도 적용될 수 있다.
하나의 예시에서 공급롤의 말단부에는 이송 과정에서 기판을 고정할 수 있도록 형성된 돌출부가 존재할 수 있다. 돌출부에 의해 이송 과정에서 기판이 고정되어, 기판의 이탈이나 미끄러짐 등이 방지될 수 있다.
공급롤은 중앙부는 존재하지 않고, 양 말단부만이 존재하는 형태를 가지는 경우에 전구체 공급 수단은 말단부의 두 개의 내부 측면 중 어느 하나에 형성되거나, 혹은 두 측면 모두에서 서로 마주보도록 형성될 수 있다.
공급롤의 양 말단부는, 예를 들면, 기판의 이송 과정에서 상기 이송 방향과 약 70도 내지 110도의 범위 내의 어느 한 각도를 이루는 방향, 예를 들면, 수직하는 방향으로 기판에 장력을 인가하면서 기판을 고정할 수 있도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 말단부는 기판의 이송 방향과 약 70도 내지 110도의 범위 내의 어느 한 각도를 이루는 방향, 예를 들면, 수직하는 방향으로 상기 기판을 인장할 수 있도록 이동이 가능하게 형성될 수 있다. 다른 예시에서는 말단부 또는 그 말단부에 존재하는 돌출부의 패턴이 기판이 이송되면서 동시에 인장될 수 있도록 하는 형상을 가질 수 있다.
도 3 내지 6은 상기와 같은 구조를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 3과 같이, 공급롤은 양 말단부(210)만이 존재하는 형태를 가질 수 있다. 이러한 구조에서 양 말단부(210)의 돌출부(310)에 기판(101)을 고정하고, 상기 양 말단부(210)를 외측으로 수평 이동시켜서 기판(101)에 장력을 인가하면서 이송할 수 있다.
도 3과 같은 구조는 도 4에 나타난 바와 같이 중앙부(220)가 존재하는 공급롤에 대하여도 구현할 수 있다.
도 5는, 기판(101)에 장력을 인가하며 이송할 수 있는 다른 형태를 보여주는 도면이다. 도 5에서와 같이 돌출부(310)를 소정 패턴으로 형성함으로써 상기와 같은 구조를 구현할 수도 있다. 이 경우 돌출부(310)의 패턴의 형태는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 빗살 형태, 즉 도 5에 나타난 바와 같이 돌출부(310)가 기판(101)의 이송 방향과 공급롤의 외측 방향으로 0도를 초과하고, 90도 이하인 범위 내에서 어느 한 각도를 이루는 선 형상을 가지도록 형성할 경우에 장력을 인가하면서 기판(101)을 이송할 수 있는 구조를 구현할 수 있다.
도 6은 공급롤의 다른 형태의 예시이다. 도 6과 같이 말단부(210)를 테이퍼드(tapered)된 형태로 형성하는 경우에도 장력을 인가하면서 기판(101)을 이송할 수 있는 구조를 구현할 수 있다. 이러한 구조에 의해 기판(101) 이송 시에 말단부(210)가 기판을 양쪽으로 당겨주는 효과를 나타낼 수 있다.
도 7은 상기와 같은 롤에 의해 형성되는 막 형성 장치의 다른 예시를 보여주는 도면이다. 도 7의 상부 도면은 상기 장치를 측면에서 바라본 것이고, 하부 도면은 상기 장치를 정면에서 바라본 경우이다.
도 7의 예시에서는 제 1 영역(131)과 제 2 영역(132)이 일렬로 순차 배치되어 있고, 각 영역(131, 132) 내의 가이드롤(120)에 의해 기판(101)은 상기 영역(131, 132)의 상부를 경유하도록 설치되어 있다. 도면에 자세한 도시는 생략하였지만, 상기 기판(101)의 경로는 가이드롤에 의해 형성된 것으로 장치에 존재하는 통로, 예를 들면, 흐름 제한 통로를 통해 기판이 이동할 수 있도록 형성된 것일 수 있다. 이러한 구조에서는 도 7의 하부 도면에 나타난 바와 같이 각 영역(131, 132)의 측면에서 전구체가 배기될 수 있다. 도 7에서는 제 1 영역(131)과 제 2 영역(132)만이 순차 반복되는 형태를 도시하였으나, 기판(101)이 상기 제 1 영역(131)과 제 2 영역(132)을 순차 경유할 수 있도록 장치가 구성되는 한 상기 영역(131, 132)의 사이에는 후술하는 제 3 영역 등이 추가로 존재할 수 있다.
막 형성 장치는, 제 3 영역을 추가로 포함할 수 있다. 제 3 영역은, 예를 들면, 원자층 증착 공정의 퍼징(purging) 공정에서 요구되는 불활성 가스가 도입되는 영역이거나 혹은 제 1 및/또는 제 2 영역에서 도입되는 것과는 다르거나 혹은 동일한 전구체가 도입되는 영역일 수 있다. 제 3 영역이 존재하는 경우에 제 3 영역은 상기 제 1 및/또는 제 2 영역과 상기 흐름 제한 통로에 의해 연결되어 있을 수 있고, 이송 시스템은 기판을 상기 제 3 영역을 경유하여 제 1 및 제 2 영역을 순차 통과시킬 수 있도록 설치되어 있을 수 있다. 예를 들면, 이송 시스템에 의해 기판은 제 1 영역, 제 3 영역 및 제 2 영역을 상기 순서로 경유하거나, 혹은 제 2 영역, 제 3 영역 및 제 1 영역을 상기 순서로 경유할 수 있다.
도 8은 도 1의 장치의 구조에서 제 3 영역(701)이 추가로 존재하는 경우를 예시적으로 나타내고, 제 3 영역(701)이 존재하는 것 외에 다른 사항은 도 1에서 설명한 내용이 유사하게 적용될 수 있다. 도 8에서 제 3 영역(701) 내에는 별도의 롤이 존재하지 않으나, 필요한 경우에 도 10에 나타난 바와 같이 상기 영역(701) 내에도 공급롤 또는 가이드롤 등이 존재할 수 있다. 도 8에 나타난 예시에서 제 3 영역(701)은 복수 존재할 수도 있다. 제 1 영역(131)과 제 2 영역(132)의 사이에 제 3 영역(701)이 복수 개재되어 있을 수 있고, 이러한 복수의 제 3 영역은 각각 통로, 예를 들면, 흐름 제한 통로(160)가 존재하는 벽(150)에 의해 분할되어 있으며, 기판(101)이 제 1 영역(131)을 거쳐 복수의 제 3 영역을 흐름 제한 통로(160)를 통해 순차 경유한 후에 제 2 영역(132)으로 도입될 수 있다. 도 9는 상기와 같이 제 3 영역(701-1 내지 701-3)이 복수 존재하는 경우의 예시이다. 제 3 영역(701-1 내지 701-3)이 복수 존재하는 경우에 각 영역(701-1 내지 701-3)으로 도입되는 가스는 동일한 것이거나 혹은 상이한 것일 수 있다.
도 10은 도 1의 장치에서 제 3 영역(7011, 7012)이 2개 추가된 경우를 예시적으로 보여주는 도면이고, 상기 추가된 영역(7011, 7012)으로 도입되는 것은 전술한 불활성 가스이거나 혹은 제 1 및/또는 제 2 영역에서의 전구체와 동일 또는 상이한 전구체일 수 있고, 제 3 영역(7011, 7012) 각각에 도입되는 전구체 또는 불활성 가스의 종류도 동일하거나 상이할 수 있다.
막 형성 장치의 이송 시스템, 예를 들면 가이드롤은 기판을 상기 제 1 및 제 2 영역을 복수 회 통과시킬 수 있도록 설치되어 있을 수 있다. 제 3 영역이 존재하는 경우에는 상기 이송 시스템, 예를 들면 가이드롤은, 기판을 제 3 영역을 매회 거치면서 제 1 및 제 2 영역을 복수 회 통과시킬 수 있도록 설치되어 있을 수 있다. 도 11은 기판이 제 3 영역(701)을 매회 거치면서 제 1 영역(131)과 제 2 영역(132)을 복수 회 통과할 수 있도록 형성된 이송 시스템(즉, 제 1 영역→제 3 영역→제 2 영역→제 3 영역→제 1 영역→제 3 영역→제 2 영역의 순서)을 보여주는 예시이다. 도 11에서는 제 3 영역(701)이 존재하는 경우를 보여주지만, 이 영역(701)은 생략될 수 있으며, 다른 예시에서는 도 12에 나타난 바와 같이 복수의 제 3 영역(701-1 내지 701-3)이 존재할 수 있다.
도 11에 나타난 바와 같이 이송 시스템은 제 1 영역(131) 내에 존재하는 복수의 제 1 가이드롤(120-1 등) 및 제 2 영역(132) 내에 존재하는 복수의 제 2 가이드롤(120-2 등)을 포함할 수 있다. 제 1 가이드롤 중 적어도 일부(예를 들면, 도면의 120-1)는 제 2 영역(132)쪽으로 기판(101)의 경로를 변화시킬 수 있도록 형성되어 있고, 제 2 가이드롤 중 적어도 일부(예를 들면, 도면의 120-2)는 상기 제 1 영역(131)쪽으로 기판의 경로를 변화시킬 수 있도록 형성되어 있을 수 있다.
상기 기술한 장치에서는 이송 시스템에 의해 기판은 각 영역을 경유하고, 그 영역에서 전구체가 증착되어 단층이 형성되거나 혹은 퍼징(purging)될 수 있다. 전구체는 이미 기술한 전구체 공급롤에 의해 공급될 수 있다. 상기 장치는 또한 필요한 경우에 상기 전구체 공급롤 외에 다른 공급 수단을 포함할 수 있다. 따라서 전구체는 상기 공급롤 외의 다른 수단에 의해서도 각 영역으로 도입될 수 있다. 상기 다른 공급 수단은 각 영역의 내부 또는 외부에 설치되는 전구체 소스를 포함할 수 있으며, 추가적으로, 전구체를 영역으로 공급하기 위한 배관, 펌프, 밸브, 탱크 및 다른 필요한 공지의 수단을 포함할 수 있다. 또한, 예를 들어 제 1 및 제 2 영역 외에 제 3 영역 등 다른 영역이 존재하고, 그 영역에는 공급롤이 존재하지 않는 경우에 상기 영역으로는 상기 다른 공급 수단에 의해 전구체 또는 비활성 가스가 도입될 수 있다.
막 형성 장치에서 각 영역은 상기한 배기 수단에 의한 배기 또는 전구체 또는 비활성 가스의 도입 압력 등을 통해 내부의 압력이 제어될 수 있는 챔버일 수 있다. 상기 챔버는 공정의 진행의 제어 등을 위한 다른 처리 모듈 또는 장비 등과 인터페이스되어 있을 수 있다.
막 형성 장치에서는 각 영역에 존재하는 기판에 미흡착된 전구체가 다른 영역의 가스와 혼합되는 것 등에 의해 야기될 수 있는 적절하지 못한 반응, 예를 들면, 비-ALD 반응 등을 방지하기 위해 각 영역의 전구체가 다른 영역으로 이동하는 것을 억제할 필요가 있다. 이에 따라서 각 영역은 상기한 흐름 제한 통로에 의해서 연결되어 있거나 추가적으로 내부 압력이 조절될 수 있다. 흐름 제한 통로를 구성하는 방법은 특별히 제한되지 않으며 공지된 수법을 채용할 수 있다. 예를 들면 각 통로는 그 통로를 통과하는 기판의 두께 및 폭보다 약간만 더 두껍고 더 넣은 크기를 갖는 슬릿일 수 있다. 통로는 기판의 통과할 때에 매우 작은 여유 공간만을 허용하고, 기판이 통로의 각 면들과 긁힘 없이 통로를 통과할 수 있도록 설치될 수 있다. 예를 들면, 상기 여유 공간은 수 마이크론과 수 밀리미터 사이의 범위 내에서 규정될 수 있다. 통로는 또한 기판이 통과할 수 있는 가늘고 긴 터널을 포함하여 형성될 수 있고, 필요한 경우에는 통로를 통한 가스의 흐름을 추가로 제한하기 위한 와이퍼를 포함할 수 있다. 또한, 통로는 연장된 일련의 길고 협소한 통로로 형성될 수 있으며, 제 3 영역 등에 주입되는 비활성 가스는 제 1 및 제 2 영역의 중간에서 통로에 직접 주입되어 전구체의 이동 및 혼합을 방지하는 것을 도울 수 있다.
전구체의 혼합을 방지하기 위하여 각 영역의 사이에는 압력차가 존재할 수 있다. 예를 들어, 도 8 또는 11에서와 같이 영역(131, 132)의 사이에 제 3 영역(701)이 존재하는 경우에는 각 영역(131, 132)의 압력보다 더 큰 압력으로 비활성 가스 또는 전구체를 상기 제 3 영역을(701)에 주입함으로써 가스의 혼합 등을 방지할 수 있다. 예를 들어, 가스의 배출 흐름을 스로틀하거나 수동 배출하여 압력이 제어될 수 있다. 다른 예시에서는, 펌프 또는 다른 흡입 소스를 이용하여 영역으로 펌핑함으로써 압력차를 생성할 수 있다. 예를 들면, 펌프는 모든 영역에 연결되어 있고, 각 영역의 압력을 조절하여 압력차를 생성할 수 있도록 제어될 수 있다. 전구체의 이동은 또한 흐름 제어 밸브 또는 다른 흐름 제어 디바이스를 사용하여, 가스의 상대적 흐름속도 및 펌핑 속도를 제어함으로써 방지할 수 있다. 또한, 압력 센서에 응답하는 제어 장치를 사용하여 가스 주입 및 배출 흐름 속도를 제어함으로써 원하는 압력차를 유지하는 것을 보조할 수 있다.
본 출원은 또한 막의 형성 방법에 관한 것이다. 막 형성 방법은, 예를 들면, 원자층 증착 방법일 수 있다. 이러한 방법은, 예를 들면, 상기 기술한 막 형성 장치를 사용하여 수행할 수 있다. 예를 들면, 상기 장치의 가이드롤을 사용하여 기판을 통로에 의해 형성된 경로를 따라 이송시키면서 제 1 영역에서는 전구체 공급롤 또는 다른 공급 수단에 의해 전구체를 공급하여 기판상에 제 1 단층을 형성하고, 제 2 영역에서는 전구체 공급롤 또는 다른 공급 수단에 의해 전구체를 공급하여 기판상에 제 2 단층을 형성하는 방식으로 기판 상에 막을 형성할 수 있다. 상기 과정은 원하는 두께를 얻기 위하여 2회 이상 반복될 수 있으며, 필요한 경우에 하나 이상의 제 3 영역을 위에서 기술한 것과 같이 포함시켜서 제 1 및 제 2 단층의 형성 사이에 퍼징 공정을 수행하거나, 혹은 제 1 및 제 2 단층과는 다른 재질의 제 3 단층을 형성하는 것을 수행할 수 있다.
상기 방법에서 사용되는 기판의 종류는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 유리, 플라스틱 필름, 금속성 웹 또는 섬유성 필름 등일 수 있다. 또한, 상기 방법에 의해 기판에 형성될 수 있는 막의 종류에는 원자층 증착 방법 등에 의해 형성될 수 있는 것으로 공지되어 있거나, 예측될 수 있는 모든 종류의 막이 포함되고, 예를 들면, 배리어층, 도전층, 유전체층, 절연체층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층, 정공 주입층 또는 정공 수송층 등일 수 있다.
이러한 막을 형성하기 위해 사용할 수 있는 전구체의 종류도 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 원자층 증착에 적용되어 상기 기술한 각 종류의 막을 형성할 수 있는 것으로 공지된 모든 종류가 포함될 수 있다.
101: 기판
110: 입력 수단
120, 120-1, 120-2: 가이드롤 또는 전구체 공급롤
131: 제 1 영역
132: 제 2 영역
170: 배기 수단
150: 벽
160: 흐름 제한 통로
140: 회수 수단
701, 701-1, 701-2, 701-3, 7011, 7012: 제 3 영역
210: 롤의 말단부
220: 롤의 중앙부
230: 분사구
110: 입력 수단
120, 120-1, 120-2: 가이드롤 또는 전구체 공급롤
131: 제 1 영역
132: 제 2 영역
170: 배기 수단
150: 벽
160: 흐름 제한 통로
140: 회수 수단
701, 701-1, 701-2, 701-3, 7011, 7012: 제 3 영역
210: 롤의 말단부
220: 롤의 중앙부
230: 분사구
Claims (17)
- 이송되는 기판상에 막을 형성할 수 있도록 구성된 막 형성 장치이고,
기판을 이송할 수 있도록 설치된 하나 이상의 가이드롤을 포함하는 이송 시스템; 및 하나 이상의 통로가 형성되어 있고, 상기 통로로 도입되는 상기 기판의 표면에 전구체의 층을 형성할 수 있도록 설치된 제 1 및 제 2 영역을 포함하며,
상기 가이드롤은 상기 제 1 및 제 2 영역 내에 각각 하나 이상 존재하고, 상기 기판이 상기 통로를 통하여 상기 제 1 및 제 2 영역을 순차 통과할 수 있도록 하는 경로를 형성하도록 설치되어 있으며,
상기 제 1 및 제 2 영역 내의 가이드롤 중 적어도 하나는 상기 기판을 향하여 상기 전구체를 공급할 수 있는 전구체 공급롤인 막 형성 장치. - 제 1 항에 있어서, 원자층 증착에 의해 막을 형성할 수 있도록 설치되어 있는 막 형 성 장치.
- 제 1 항에 있어서, 전구체 공급롤의 양 말단부는 기판과 접촉되어 상기 기판을 이송시킬 수 있도록 설치되어 있고, 중앙부는 기판의 이송 과정에서 기판과 접촉하지 않도록 상기 양 말단부에 비하여 작은 직경을 가지거나 혹은 존재하지 않는 막 형성 장치.
- 제 3 항에 있어서, 전구체 공급롤의 중앙부 또는 말단부의 내측 측벽에는 기판을 향하여 전구체를 분사할 수 있도록 분사구가 형성되어 있는 막 형성 장치.
- 제 3 항에 있어서, 전구체 공급롤의 외부 측면에서 전구체가 주입되고, 주입된 전구체가 가스가 분사구에 의해 분사될 수 있도록 설치되어 있는 막 형성 장치.
- 제 3 항에 있어서, 가이드롤 또는 전구체 공급롤의 말단부는 기판 이송 과정에서 기판에 장력을 인가하면서 기판을 고정할 수 있도록 설치되어 있는 막 형성 장치.
- 제 6 항에 있어서, 가이드롤 또는 전구체 공급롤의 말단부는 기판의 이송 방향과 70도 내지 110도의 범위 내의 어느 한 각도를 이루는 방향으로 이동 가능하게 형성되어 있는 막 형성 장치.
- 제 6 항에 있어서, 가이드롤 또는 전구체 공급롤의 말단부에는 기판 이송 과정에서 기판에 장력이 인가될 수 있도록 형성되어 있는 돌출부의 패턴이 존재하는 막 형성 장치.
- 제 8 항에 있어서, 패턴은 빗살 패턴인 막 형성 장치.
- 제 1 항에 있어서, 제 1 또는 제 2 영역에 형성된 전구체를 배기할 수 있도록 설치된 배기 수단을 추가로 포함하는 막 형성 장치.
- 제 1 항에 있어서, 이송 시스템은 기판을 제 1 및 제 2 영역을 복수 회 통과시킬 수 있도록 설치되어 있는 막 형성 장치.
- 제 1 항에 있어서, 불활성 가스 또는 전구체가 공급될 수 있도록 설치된 제 3 영역을 추가로 포함하고, 상기 제 3 영역은 흐름 제한 통로에 의해 제 1 또는 제 2 영역과 연결되어 있으며, 이송 시스템은 기판을 제 1 영역, 제 3 영역 및 제 2 영역 또는 제 2 영역, 제 3 영역 및 제 1 영역을 상기 순서로 통과시킬 수 있도록 형성되어 있는 막 형성 장치.
- 제 12 항에 있어서, 이송 시스템은 기판을 제 3 영역을 매회 거치면서 제 1 및 제 2 영역을 복수 회 통과시킬 수 있도록 설치되어 있는 막 형성 장치.
- 제 1 항에 있어서, 이송 시스템은 제 1 영역 내에 존재하는 복수의 제 1 가이드롤 및 제 2 영역 내에 존재하는 복수의 제 2 가이드롤을 포함하고, 상기 제 1 가이드롤 중 적어도 일부는 상기 제 2 영역쪽으로 기판의 경로를 변화시킬 수 있도록 형성되어 있고, 상기 제 2 가이드롤 중 적어도 일부는 상기 제 1 영역쪽으로 기판의 경로를 변화시킬 수 있도록 형성되어 있는 막 형성 장치.
- 제 1 항의 장치를 사용한 막 형성 방법이고, 가이드롤을 사용하여 기판을 흐름 제한 통로에 의해 형성된 경로를 따라 이송시키면서 제 1 영역에서는 제 1 전구체를 공급하여 기판에 제 1 전구체의 층을 형성하고, 제 2 영역에서는 제 2 전구체를 공급하여 기판에 제 2 전구체의 층을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 제 1 또는 제 2 전구체가 전구체 공급롤에 의해 공급되는 막 형성 방법.
- 제 15 항에 있어서, 기판이 플라스틱 필름, 금속성 웹 또는 섬유성 필름인 막 형성 방법.
- 제 15 항에 있어서, 기판상에 배리어층, 도전층, 유전체층, 절연체층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층, 정공 주입층 또는 정공 수송층을 형성하기 위한 것인 막 형성 방법.
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