KR20140070488A

KR20140070488A - 막 형성 장치

Info

Publication number: KR20140070488A
Application number: KR1020130148683A
Authority: KR
Inventors: 이성환; 김동렬; 황장연
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2013-12-02
Publication date: 2014-06-10
Also published as: CN104812937B; WO2014084698A1; CN104812937A; EP2930255A4; EP2930255B1; EP2930255A1; KR101632774B1; JP6122136B2; TW201432087A; US20150232989A1; US9631275B2; JP2016504497A; TWI548770B

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

막 형성 장치{Device for forming a layer}

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.

특허문헌 1: 미국공개특허 제2002-0170496호 특허문헌 2: 미국등록특허 제4692233호

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.

막 형성 장치는 기판을 이송할 수 있도록 설치된 하나 이상의 가이드롤을 포함하는 이송 시스템; 및 이송되는 상기 기판의 표면에 전구체의 층을 형성할 수 있도록 설치된 제 1 처리 영역을 포함할 수 있다.

상기 처리 영역은 제 1 챔버 및 상기 제 1 챔버의 상부 또는 하부에 배치된 제 2 챔버를 포함하고, 상기 제 1 챔버에는 상기 제 1 챔버의 상부 또는 하부측으로부터 기판이 상기 제 2 챔버로 도입될 수 있도록 관통부가 형성되어 있을 수 있다. 하나의 예시에서 상기 제 2 챔버는 상기 제 1 챔버의 상부 또는 하부에서 상기 제 1 챔버와 접촉한 상태로 배치되어 있을 수 있다.

이송 시스템의 상기 가이드롤은 상기 제 1 및 제 2 챔버 내에 각각 하나 이상 존재할 수 있다. 상기 가이드롤은 또한 상기 기판이 상기 제 1 챔버를 경유한 후에 상기 관통부를 통하여 상기 제 2 챔버를 경유할 수 있도록 하는 경로를 형성하도록 설치되어 있을 수 있다. 이 과정에서 상기 관통부를 통과하여 제 2 챔버로 도입된 기판이 다시 동일한 관통부를 통하여 제 2 챔버의 외부로 유출될 수 있다.

상기 제 1 또는 제 2 챔버에는 통로, 예를 들면 후술하는 흐름 제한 통로가 형성되어 있고, 기판이 상기 통로를 통해서 제 1 또는 제 2 챔버에 도입되거나 그로부터 유출될 수 있다.

하나의 예시에서 상기 막 형성 장치는 소위 원자층 증착(ALD; Atomic Layer Deposition) 방식에 의해 막을 형성하는 원자층 증착 장치, 예를 들면, 롤투롤(roll to roll) 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. 상기 장치에 의하면 다양한 종류의 전구체의 막을 기판에 형성할 수 있다.

도 1 내지 6은 예시적인 처리 영역 또는 막 형성 장치를 나타낸다.
도 7 내지 11은 예시적인 전구체 공급롤의 형태를 나타낸다.

본 출원의 막 형성 장치는 이송 시스템 및 상기 이송 시스템에 의해 이송되는 기판상에 막을 형성할 수 있는 적어도 처리 영역(이하, 후술하는 다른 처리 영역과의 구별을 위하여 제 1 처리 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 영역을 통과할 수 있도록 하는 경로를 형성하고 있을 수 있다.

제 1 처리 영역은 이송 시스템에 의해 기판이 도입되어 막을 형성하기 위한 처리가 수행되는 영역이다. 후술하는 바와 같이 처리 영역에서 기판의 표면에 전구체의 층이 형성되는 경우에 상기 처리 영역은 전구체가 수용될 수 있도록 형성되어 있을 수 있다. 본 명세서에서 용어 전구체는, 막을 형성할 수 있는 재료로서 상기 재료 그 자체가 상기 막을 형성하는 것이거나, 혹은 일단 기판의 표면에 형성된 상기 재료가 후속하는 자체적인 반응 혹은 다른 재료와의 반응을 통해 목적하는 재료의 막을 형성할 수 있는 재료가 모두 포함될 수 있다. 상기 전구체의 형태는 특별히 제한되지 않으며, 기체, 액체 또는 고체(예를 들면, 미세 분말상 등)일 수 있다.

처리 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, 처리 영역에서 막이 형성되는 메커니즘은 상기 방식 중에 어떤 방식이 채용되는 지에 따라서 해당 방식에서 적합한 메커니즘이 적용될 수 있다.

처리 영역은 제 1 챔버와 제 2 챔버를 포함할 수 있고, 각 챔버 내에 상기 전구체가 수용될 수 있다. 제 1 챔버와 제 2 챔버에 수용되는 전구체의 종류는 서로 동일하거나 또는 상이할 수 있다.

처리 영역에서 제 2 챔버는 제 1 챔버의 상부 또는 하부에 배치되어 있을 수 있다. 도 1은, 상기와 같은 제 1 챔버(101)와 제 2 챔버(201)가 적층되어 있는 형태를 예시적으로 표시한다. 도 1에서 제 2 챔버(201)와 제 1 챔버(101)는 서로 접촉되어 있으나, 상기 챔버(101, 201)는 서로 소정 간격 떨어져서 있을 수도 있다. 도 1은, 도 2의 구조의 처리 영역을 제 1 챔버(101)측에서 바라본 경우를 예시적으로 보여준다.

도면에서와 같이 제 1 챔버(101)에는 관통부(1011)가 형성되어 있고, 가이드롤(300)은, 기판을 제 1 챔버(101)를 경유시킨 후에 상기 관통부(1011)를 통하여 제 2 챔버(201)에 도입된 후에 유출될 수 있도록 하는 경로를 형성하도록 설치되어 있을 수 있다. 도 3은, 도 1의 구조를 상기와 같은 방식으로 기판(400)이 이동할 수 있도록 경로를 형성하고 있는 가이드롤(300)을 예시적으로 보여주고 있다.

막 형성 장치는 필요하다면 상기 제 1 처리 영역에 추가로 역시 제 2 처리 영역을 추가로 포함할 수 있다. 제 2 처리 영역은 제 1 처리 영역과 같이 기판상에 전구체의 막을 형성할 수 있는 영역이거나, 혹은 불활성 가스 등에 의해 기판을 퍼징(purging)하는 퍼징 영역일 수 있다. 제 2 처리 영역은 예를 들면, 통상적인 챔버로 형성되어 있을 수 있다. 이러한 경우 가이드롤은 제 1 챔버를 경유한 기판이 상기 제 2 처리 영역을 경유한 후 다시 상기 제 1 챔버의 관통부를 통하여 제 2 챔버를 경유할 수 있는 경로를 형성하도록 설치되어 있을 수 있다.

도 4는 상기와 같이 제 2 처리 영역(500)을 추가로 포함하는 장치의 예시이고, 가이드롤(300)은 제 1 챔버(101)를 경유한 기판(400)이 상기 제 2 처리 영역(500)을 경유한 후 다시 상기 제 1 챔버(101)의 관통부(1011)를 통하여 제 2 챔버(201)를 경유할 수 있는 경로를 형성하ㄱ 있다. 이러한 경우에 가이드롤은 제 2 처리 영역에도 존재할 수 있다.

막 처리 장치에서 상기 제 1 및 제 2 처리 영역은 다른 영역(이하, 제 3 처리 영역)에 의해 서로 분할되어 있을 수 있다. 제 3 처리 영역은 제 1 처리 영역과 같이 기판상에 전구체의 막을 형성할 수 있는 영역이거나, 혹은 불활성 가스 등에 의해 기판을 퍼징(purging)하는 퍼징 영역일 수 있다. 제 1, 제 2 및 제 3 처리 영역이 모두 전구체의 층을 형성하는 영역인 경우에 각 영역에 존재하는 전구체의 종류는 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 이러한 경우에 이송 시스템의 가이드롤은 기판을 제 1 챔버, 제 3 처리 영역, 제 2 처리 영역 및 제 2 챔버 또는 제 2 챔버, 제 3 처리 영역, 제 2 처리 영역 및 제 1 챔버를 상기 순서로 통과시킬 수 있도록 형성되어 있을 수 있다.

도 4는 상기와 같이 제 1 처리 영역(101, 201)과 제 2 처리 영역(500)이 제 3 처리 영역(600)에 의해 분할되어 있는 예시를 보여준다.

도 4에서와 같이 이송 시스템의 가이드롤(300)은 기판(400)을 제 1 챔버(101), 제 3 처리 영역(600), 제 2 처리 영역(500) 및 제 2 챔버(201) 또는 제 2 챔버(201), 제 3 처리 영역(600), 제 2 처리 영역(500) 및 제 1 챔버(101)를 상기 순서로 통과시킬 수 있도록 형성되어 있을 수 있다.

이상 설명한 구조에서 제 2 챔버는, 제 1 챔버의 방향으로 형성된 볼록부를 포함할 수 있다. 이와 같은 경우에 볼록부는 제 1 챔버의 상기 관통부에 삽입되어 있을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 이러한 구조에서 제 2 챔버의 가이드롤은 상기 제 2 챔버의 볼록부에 존재할 수 있지만, 반드시 볼록부에 가이드롤이 존재하여야 하는 것은 아니다.

도 5는 상기와 같이 볼록부(2011)가 형성된 제 2 챔버(201)를 예시적으로 보여주는 도면이고, 도 6은 도 4의 장치와 동일한 형태이나, 제 2 챔버(201)로서 볼록부(2011)가 형성된 형태의 챔버를 사용한 경우의 예시이다. 제 2 챔버(201)에 볼록부(2011)가 형성되어 있다는 점을 제외하면 상기 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.

상기 구조에서 제 1 챔버의 관통부는 제 2 챔버의 볼록부가 상기 관통부에 삽입되면, 상기 볼록부의 외부를 둘러쌀 수 있는 크기로 형성되어 있을 수 있다. 이러한 경우에 상기 관통부는 상기 볼록부와 대략 동일한 크기로 형성되거나, 혹은 그보다 더 큰 크기로 형성될 수 있다.

이상 설명한 구조는 적어도 2개의 챔버, 예를 들면 상기 제 1 및 제 2 챔버가 교차로 배치되고, 하나의 챔버, 예를 들면, 상기 제 1 챔버는 양 측면이 연결되어 있고, 다른 챔버, 예를 들면, 상기 제 2 챔버는 상부가 연결되어 있는 형태이다. 이러한 구조를 통해서 막의 형성 과정에서 보다 다양한 종류의 전구체를 공급할 수 있는 구조가 구현될 수 있다.

이러한 구조는 다양하게 응용되어 보다 다양한 종류의 전구체를 공급할 수 있는 구조로 활용될 수 있다. 예를 들면, 도 1 내지 6의 구조에서 제 2 챔버(201)가 수평 방향으로 2개 이상으로 분할되어 있거나, 동일한 형태의 제 2 챔버(201)를 제 1 챔버(101)의 상부 또는 하부에 2개 이상 복수개 배치하면, 보다 다양한 종류의 전구체의 공급이 가능하다.

다른 예시에서 도면에 나타난 제 2 처리 영역(500)도 두 개의 챔버를 사용하여 제 1 처리 영역과 같이 구현할 수 있다.

예를 들면, 상기 제 2 처리 영역은, 제 1 처리 영역과 같이 제 3 챔버 및 상기 제 3 챔버의 상부 또는 하부에 존재하는 제 4 챔버를 포함하고, 상기 제 3 챔버에는 상부 또는 하부로부터 기판이 상기 제 4 챔버로 도입될 수 있도록 관통부가 형성되어 있을 수 있다. 이러한 경우에 상기 가이드롤은 제 1 챔버를 경유한 기판이 상기 제 3 챔버를 경유한 후에 상기 제 1 챔버의 관통부를 통하여 상기 제 2 챔버를 경유하고, 다시 상기 제 3 챔버의 관통부를 통하여 상기 제 4 챔버를 경유할 수 있도록 하는 경로를 형성하도록 설치되어 있을 수 있다.

이미 기술한 바와 같이 이러한 경우에도 제 1 및 제 2 처리 영역은 제 3 처리 영역, 예를 들면, 불활성 가스를 수용할 수 있도록 형성된 퍼징 챔버에 의해 분할되어 있을 수 있다.

상기 제 3 및 제 4 챔버에 대한 구체적인 사항은, 이미 기술한 제 1 및 제 2 챔버에 대한 사항이 동일하게 적용될 수 있다.

제 1 처리 영역의 제 1 및 제 2 챔버, 상기 제 2 및 제 3 처리 영역, 제 3 및 제 4 챔버 등에는 각각 하나 이상의 통로가 형성되어 있다. 상기 통로를 통해 이송 시스템에 의해 이송되는 기판이 각 영역 또는 챔버로 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 챔버 내에 각각 적어도 하나 존재할 수 있다. 가이드롤은 제 2 처리 영역, 예를 들면 제 3 및 제 4 챔버에도 각각 하나 이상 존재할 수 있다. 이러한 가이드롤은 기판이 상기 통로, 예를 들면 흐름 제한 통로를 통해 상기 각 영역 또는 챔버를 각각 적어도 1회 통과할 수 있도록 하는 경로를 형성하고 있을 수 있다.

막 형성 장치에서 상기 영역 또는 챔버 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 챔버에 공급롤이 존재하면, 제 1 챔버를 경유하는 과정에서 기판에 제 1 전구체가 공급롤에 의해 공급되어 제 1 전구체의 층, 예를 들면 제 1 단층(monolayer)이 형성되고, 제 2 챔버에 공급롤이 존재하면, 제 2 챔버를 기판이 경유하는 과정에서 제 2 전구체의 층, 예를 들면, 제 2 단층(monolayer)이 형성될 수 있다. 공급롤은 제 1 및 제 2 챔버 등에 모두 존재할 수 있다. 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 장치의 제 2 또는 3 처리 영역에서는, 제 3 전구체에 의해 제 3 단층이 형성되거나 불활성 가스에 의한 퍼징(purging)이 수행될 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.

이송 시스템의 가이드롤 중 적어도 하나는 이송되는 기판을 향하여 전구체를 공급할 수 있도록 설치된 전구체 공급롤(이하, 단순히 공급롤이라 호칭할 수 있다.)일 수 있다.

즉, 가이드롤에는 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 7는, 가이드롤이 공급롤의 형태인 경우를 예시적으로 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 7에 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, 공급롤 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 7와 같이 공급롤의 중앙부(220)에 설치될 수도 있고, 도시하지는 않았으나 말단부(210)의 내측면에 설치될 수 있다. 도 7에서는 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. 또한, 상기 장치의 가이드롤이 반드시 공급롤이어야 하는 것은 아니며, 가이드롤이 모두 공급롤이 아닌 형태로 존재할 수도 있다. 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 8 내지 11은 상기와 같은 구조를 예시적으로 보여주는 도면이다.

도 8과 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 8과 같은 구조는 도 9에 나타난 바와 같이 중앙부(220)가 존재하는 공급롤에 대하여도 구현할 수 있다.

도 10은, 기판(101)에 장력을 인가하며 이송할 수 있는 다른 형태를 보여주는 도면이다. 도 10에서와 같이 돌출부(310)를 소정 패턴으로 형성함으로써 상기와 같은 구조를 구현할 수도 있다. 이 경우 돌출부(310)의 패턴의 형태는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 돌출 패턴은 기판의 진행 방향(이송 방향)과 0도를 초과하고, 90도 미만인 범위 내의 어느 한 각도를 형성하고 있는 선 형태를 포함할 수 있다. 이러한 형태는, 예를 들면, 빗살 형태, 즉 도 10에 나타난 바와 같은 형태일 수 있다. 이러한 형태에서 장력을 인가하면서 기판(101)을 이송할 수 있는 구조를 구현할 수 있다.

도 11은 공급롤의 다른 형태의 예시이다. 도 11과 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.

이상 막 형성 장치에 포함될 수 있는 가이드롤의 특이적인 형태에 대하여 기술하였으나, 상기 장치의 구현 양태가 상기에 제한되는 것은 아니며, 상기와 같은 특이적인 구조가 아닌 일반적인 형태의 롤에 의해서도 상기 장치는 구현될 수 있다.

막 형성 장치의 이송 시스템, 예를 들면 가이드롤은 기판을 상기 제 1 및 제 2 챔버 등을 복수 회 통과시킬 수 있도록 설치되어 있을 수 있다. 제 2 또는 제 3 처리 영역과 같은 다른 영역이 존재하는 경우에는 상기 이송 시스템, 예를 들면 가이드롤은, 기판을 상기 다른 영역을 매회 거치면서 제 1 및 제 2 챔버를 복수 회 통과시킬 수 있도록 설치되어 있을 수 있다.

이송 시스템은 제 1 챔버 내에 존재하는 복수의 제 1 가이드롤 및 제 2 챔버 내에 존재하는 복수의 제 2 가이드롤을 포함할 수 있다. 제 1 가이드롤 중 적어도 일부는 다른 영역쪽으로 기판의 경로를 변화시킬 수 있도록 형성되어 있고, 역시 제 2 가이드롤 중 적어도 일부는 다른 영역쪽으로 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 공급롤이나 다른 공급 수단에 의해 공급될 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, 배기 수단 및 다른 필요한 공지의 수단을 포함할 수 있다.

막 형성 장치에서 각 챔버 또는 영역 등은 상기한 배기 수단에 의한 배기 또는 전구체 또는 비활성 가스의 도입 압력 등을 통해 내부의 압력이 제어될 수 있다. 상기 챔버 등은 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 있다.

전구체의 혼합을 방지하기 위하여 각 영역의 사이에는 압력차가 존재할 수 있다. 예를 들어, 각 처리 영역이 다른 영역, 예를 들면, 상기 언급한 제 3 처리 영역 등으로 분할되는 경우에 처리 영역의 압력보다 더 큰 압력으로 비활성 가스를 상기 제 3 처리 영역에 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 방법은 장치의 이송 시스템의 가이드롤을 사용하여 제 1 챔버에 경유시켜서 제 1 전구체의 층을 형성하고, 다시 상기 기판을 제 1 챔버의 관통부를 통하여 제 2 챔버에 경유시켜서 제 2 전구체의 층을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 상기 과정은 원하는 두께를 얻기 위하여 2회 이상 반복될 수 있으며, 필요한 경우에 하나 이상의 다른 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 또는 제 1 챔버
201: 제 2 챔버
400: 기판
300: 가이드롤
500: 제 2 처리 영역
2011: 볼록부
1011: 관통부
600: 제 3 처리 영역
210: 롤의 말단부
220: 롤의 중앙부
230: 분사구

Claims

기판을 이송할 수 있도록 설치된 하나 이상의 가이드롤을 포함하는 이송 시스템; 및 이송되는 상기 기판의 표면에 전구체의 층을 형성할 수 있도록 설치된 제 1 처리 영역을 포함하며,
상기 처리 영역은 제 1 챔버 및 상기 제 1 챔버의 상부 또는 하부에 배치된 제 2 챔버를 포함하고, 상기 제 1 챔버에는 상기 제 1 챔버의 상부 또는 하부측으로부터 기판이 상기 제 2 챔버로 도입될 수 있도록 관통부가 형성되어 있으며,
상기 가이드롤은 상기 제 1 및 제 2 챔버 내에 각각 하나 이상 존재하고, 상기 기판이 상기 제 1 챔버를 경유한 후에 상기 관통부를 통하여 상기 제 2 챔버를 경유할 수 있도록 하는 경로를 형성하도록 설치되어 있는 막 형성 장치.
제 1 항에 있어서, 원자층 증착에 의해 막을 형성할 수 있도록 설치되어 있는 막 형성 장치.
제 1 항에 있어서, 제 2 챔버는 제 1 챔버의 상부 또는 하부에서 상기 제 1 챔버와 접촉한 상태로 배치되어 있는 막 형성 장치.
제 1 항에 있어서, 제 2 챔버는 제 1 챔버의 방향으로 형성된 볼록부를 포함하는 막 형성 장치.
제 4 항에 있어서, 제 2 챔버의 볼록부가 제 1 챔버의 관통부에 삽입되어 있는 막 형성 장치.
제 4 항에 있어서, 제 1 챔버의 관통부는 제 2 챔버의 볼록부가 상기 관통부에 삽입되면, 상기 볼록부의 외부를 둘러쌀 수 있는 크기로 형성되어 있는 막 형성 장치.
제 1 항에 있어서, 이송되는 기판상에 전구체의 층을 형성할 수 있거나, 혹은 불활성 가스에 의한 퍼징 공정을 수행할 수 있는 제 2 처리 영역을 추가로 포함하는 막 형성 장치.
제 7 항에 있어서, 가이드롤은 제 1 챔버를 경유한 기판이 상기 제 2 처리 영역을 경유한 후 다시 상기 제 1 챔버의 관통부를 통하여 제 2 챔버를 경유할 수 있는 경로를 형성하도록 설치되어 있는 막 형성 장치.
제 7 항에 있어서, 제 1 및 제 2 처리 영역은, 기판상에 전구체의 층을 형성할 수 있거나, 혹은 불활성 가스에 의한 퍼징 공정을 수행할 수 있는 제 3 처리 영역에 의해 분할되어 있는 막 형성 장치.
제 9 항에 있어서, 이송 시스템은 기판을 제 1 챔버, 제 3 처리 영역, 제 2 처리 영역 및 제 2 챔버 또는 제 2 챔버, 제 3 처리 영역, 제 2 처리 영역 및 제 1 챔버를 상기 순서로 통과시킬 수 있도록 형성되어 있는 막 형성 장치.
제 7 항에 있어서, 제 2 처리 영역은 제 3 챔버 및 상기 제 3 챔버의 상부 또는 하부에 존재하는 제 4 챔버를 포함하고, 상기 제 3 챔버에는 상부 또는 하부로부터 기판이 상기 제 4 챔버로 도입될 수 있도록 관통부가 형성되어 있는 막 형성 장치.
제 11 항에 있어서, 가이드롤은 제 1 챔버를 경유한 기판이 제 3 챔버를 경유한 후에 상기 제 1 챔버의 관통부를 통하여 상기 제 2 챔버를 경유하고, 다시 상기 제 3 챔버의 관통부를 통하여 상기 제 4 챔버를 경유할 수 있도록 하는 경로를 형성하도록 설치되어 있는 막 형성 장치.
제 1 항의 장치를 사용한 막 형성 방법이고, 이송 시스템을 사용하여 기판을 제 1 챔버에 경유시켜서 제 1 전구체의 층을 형성하고, 다시 상기 기판을 제 1 챔버의 관통부를 통하여 제 2 챔버에 경유시켜서 제 2 전구체의 층을 형성하는 것을 포함하는 막 형성 방법.
제 13 항에 있어서, 기판이 플라스틱 필름, 금속성 웹 또는 섬유성 필름인 막 형성 방법.
제 13 항에 있어서, 기판상에 배리어층, 도전층, 유전체층, 절연체층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층, 정공 주입층 또는 정공 수송층을 형성하기 위한 것인 막 형성 방법.