KR20150023017A - 원자층 퇴적에 의한 기판 웹 코팅 - Google Patents

원자층 퇴적에 의한 기판 웹 코팅 Download PDF

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KR20150023017A
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피코순 오와이
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Abstract

본 발명은 원자층 퇴적(ALD) 반응기(100)의 반응 공간 내에서 이동하는 기판 웹(110)을 수용하고 처리하는 방법 및 그에 따른 장치에 관한 것이다. 이것은 또한 이러한 반응기를 포함하는 생산 라인을 포함한다. 상기 발명은 이동하는 기판 웹을 원자층 퇴적 반응기의 반응 공간(150) 내로 수용하는 단계, 상기 기판 웹을 위해 상기 반응 공간 내에서 반복하는 패턴(140)을 갖는 트랙을 제공하는 단계, 및 순차적인 자기-포화적 표면 반응들에 의해 상기 기판 웹 상에 물질을 퇴적하기 위해 상기 반응 공간을 전구체 펄스들에 노출시키는 단계를 포함한다. 상기 패턴은 상기 기판 웹의 전달 방향을 상기 반응 공간 내에서 복수 회 터닝함으로써 수행된다. 본 발명의 하나의 효과는 요구되는 생산 라인 기판 웹 속도로 ALD 반응기를 조정하는 것이다.

Description

원자층 퇴적에 의한 기판 웹 코팅{Coating a substrate web by atomic layer deposition}
본 발명은 일반적으로 퇴적 반응기들에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 물질이 순차적인 자기포화 표면 반응들(sequential self-saturating surface reactions)을 통해 표면들 상에 퇴적되는 원자층 퇴적 반응기들에 관한 것이다.
원자층 에피택시(Atomic Layer Epitaxy: ALE) 방법은 1970년대 초기에 Tuomo Suntola 박사에 의해 발명되었다. 상기 방법의 다른 일반적인 이름은 원자층 퇴적(atomic layer deposition: ALD)이며, 최근에는 이것이 ALE 대신 사용되고 있다. ALD는 적어도 하나 이상의 기판에 적어도 둘 이상의 반응성 전구체 종들(reactive precursor species)의 순차적 유입에 기초한 특별한 화학적 퇴적 방법이다.
ALD에 의해 성장된 박막들은 치밀하며, 핀홀(pinhole)이 없으며, 균일한 두께를 가진다. 예를 들어, 하나의 실험에서 알루미늄 옥사이드가 250 ~ 300 ℃에서 TMA라고도 지칭되는 트리메틸알루미늄((CH3)3Al)과 물로부터 열적 원자층 퇴적(thermal ALD) 방법에 의해 성장되어, 기판 웨이퍼 위로 단지 약 1% 의 불균일도(non-uniformity)의 결과를 가져온다.
현재까지 ALD 산업은 하나 이상의 강체 기판들(rigid substrates) 상에 물질을 퇴적하는 것에 주로 집중되어 있다. 그러나, 최근에는, 제1 롤(roll)로부터 풀리면서 퇴적 이후 제2 롤 주변에 감기는 기판 웹(substrate web)에 물질이 퇴적되는 롤투롤(roll-to-roll) 원자층 퇴적(ALD) 공정들을 향한 관심이 증가하고 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는 개선된 원자층 퇴적에 의한 기판 웹 코팅 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
동일 양수인의 동시 출원된 특허출원 PCT/FI2012/xxxxxx은 물질 성장이 웹의 속도에 의해 제어되는, 기판 웹 상에 물질을 퇴적하기 위한 ALD 반응기들을 개시한다. 상기 기판 웹은 처리 챔버를 통하여 일직선의 트랙을 따라 이동하며, 원하는 박막 코팅이 시간상으로 분할된 ALD 공정에 의해 상기 기판 표면상에서 성장한다.
생산 라인은, 기판 웹이 보통 예정된 일정한 속도로 이동되어야 한다고 알려진다. 그렇다면 상기 웹의 속도를 변화시킴으로써 퇴적되는 물질의 두께를 제어하는 것은 통상적으로 불가능하다.
각각의 퇴적 사이클은 전형적으로 하나의 코팅층을 생산한다. ALD 반응기의 처리 챔버의 크기와 같은 여러 가지 팩터들에 의존하여 퇴적 사이클은 최소 시간을 갖는다는 것이 관찰되었다. 나아가, 처리 챔버 내에서 원하는 코팅을 위해 상당한 양의 사이클들이 요구될 수 있다는 것이 관찰되었다. 인라인(in-line) ALD 반응기를 가지고 이것을 얻는다는 것은 매우 늦은 기판 웹의 속도를 요구한다(또는 매우 긴 처리 챔버, 이것은 실현 가능하지 않다). 낮은 속도에 대한 요구는 전형적으로 생산 라인의 높은 속도에 대한 지배적인 요구와는 대조를 보인다.
본 발명의 제1 예시적 태양에 따르면, 이동하는 기판 웹(substrate web)을 원자층 퇴적 반응기의 반응 공간 내로 수용하는 단계; 상기 기판 웹을 위해 상기 반응 공간 내에서 반복하는 패턴을 갖는 트랙을 제공하는 단계; 및 순차적인 자기-포화적 표면 반응들에 의해 상기 기판 웹 상에 물질을 퇴적하기 위해 상기 반응 공간 내에서 시간상으로 분리된 펄스들에 대해 상기 기판 웹을 노출시키는 단계;를 포함하는 방법이 제공된다.
어떠한 예시적 실시예들에서는, 상기 방법은 상기 반복하는 패턴을 형성하기 위해 상기 기판 웹의 전달 방향을 복수 회 터닝하는(turning) 단계를 포함한다.
상기 터닝하는 단계는 롤들과 같은 터닝 유닛들에 의해 구현될 수 있다. 상기 롤들(터닝 롤들)은 상기 반응 공간에 부착될 수 있다. 대안적으로, 상기 터닝 유닛들은 상기 반응 공간을 제공하는 처리 챔버 속에 위치할 수 있으며, 그러나 실제의 반응 공간의 외측에서 터닝 유닛 체적(또는 차폐 체적) 속에 위치할 수 있다. 이러한 실시예에서, 중간 평면이 상기 처리 챔버를 상기 반응 공간과 상기 터닝 유닛 체적(이것은 상기 반응 공간의 양측 모두에 존재할 수 있다)으로 나눌 수 있다. 상기 터닝 유닛 체적은 상기 반응 공간에서의 압력에 비하여 과잉 압력 체적일 수 있다.
상기 터닝은 정확히 180도 터닝들(turns) 또는 실질적으로 180도 터닝들에 의해 구현될 수 있다. 그래서 상기 반복하는 패턴은 기본적으로 하나의 방향을 향하는 트랙의 부분, 및 반대 방향(예를 들어, 상향 및 하향)으로 향하는 후속 부분을 포함한다. 대안적으로, 상기 터닝은 180도 보다 크거나 작을 수도 있다. 다른 실시예들에서는 더 복잡한 반복하는 패턴들이 존재할 수도 있다.
어떠한 예시적 실시예들에서는, 상기 방법은 가스들이 상기 반응 공간으로부터 빠져나오는 것을 방지하는 입력 게이트를 통해 상기 기판 웹을 수용하는 단계를 포함한다.
어떠한 예시적 실시예들에서는, 상기 입력 게이트는 상기 반응 공간과 슬릿의 다른 측 상의 과잉 압력 체적 사이에 압력차를 유지하는 슬릿에 의해 형성된다. 여기서 과잉 압력(excess pressure)은, 비록 상기 과잉 압력 체적에서의 압력이 주변(또는 룸(room)) 압력에 대하여는 감소된 압력이지만, 이것이 상기 반응 공간에서의 압력에 비하여 더 높은 압력이라는 것을 의미한다. 불활성 가스가 상기 압력차를 유지하기 위해 상기 과잉 압력 체적 속으로 투입될 수도 있다. 따라서, 어떠한 예시적 실시예들에서는, 상기 방법은 상기 과잉 압력 체적 속으로 불활성 가스를 투입하는 단계를 포함한다.
어떠한 예시적 실시예들에서는, 상기 슬릿(입력 슬릿)은 아주 얇아서(thin) 상기 기판 웹이 빠져나가기에 곤란할 정도로 딱 맞는다. 상기 과잉 압력 체적은 제1(또는 소오스) 롤이 거주하는 체적일 수 있다. 어떠한 예시적 실시예들에서는, 상기 제1 및 제2 롤 모두가 상기 과잉 압력 체적 내에 거주한다. 상기 과잉 압력 체적은 과잉 압력 공간 또는 칸으로 표시될 수도 있다. 상기 슬릿은, 불활성 가스가 상기 과잉 압력 체적으로부터 상기 반응 공간(또는 처리 챔버)으로 흐르게 해주지만, 실질적으로 다른 방향(즉, 반응 공간으로부터 상기 과잉 압력 체적으로)에서의 어떠한 흐름도 방지해주는 흐름 제한기(flow restrictor)로써 동작할 수도 있다. 상기 슬릿은 조절판(throttle)일 수도 있다. 상기 슬릿은 불활성 가스 흐름을 위한 압축으로써 동작할 수도 있다.
어떠한 예시적 실시예들에서는, 상기 반응기는 상기 슬릿을 형성하는 압축판들을 포함할 수 있다. 상기 압축판들은 상기 기판 웹이 통과하기가 곤란할 정도로 딱 맞도록 서로 나란히 위치하는 두 개의 판들일 수 있다. 상기 판들은 상기 판들 사이의 공간(슬릿 체적)이 상기 웹 이동 방향으로 연장되는 평행한 판들일 수 있다.
상기 기판 웹은 상기 제1 롤로부터 풀리고, 상기 반응 공간을 제공하는 처리 챔버에서 ALD 처리되고, 상기 제2 롤 상에 감길 수 있다.
상기 ALD 처리된 기판 웹은 출력 게이트를 경유해서 상기 반응 공간으로부터 출력될 수 있다. 어떠한 예시적 실시예들에서는, 상기 출력 게이트는 상기 반응 공간과 상기 슬릿의 다른 측 상의 과잉 압력 체적 사이에 압력차를 유지하는 제2 슬릿(출력 슬릿)에 의해 형성된다. 상기 제2 슬릿의 구조 및 기능은 언급된 상기 제1 슬릿의 것에 대응할 수 있다. 상기 제2 슬릿은 언급된 상기 제1 슬릿에 비하여 상기 반응 공간의 다른 측 상에 거주할 수 있다.
어떠한 예시적 실시예들에서는, 상기 입력 게이트는 입력 포트와 복도에 의해 연결된 입력 슬릿을 포함할 수 있다. 상기 복도는 상기 입력 게이트와 상기 반응 공간 사이에서 압력차를 유지하는 과잉 압력 복도일 수 있다. 따라서, 어떠한 예시적 실시예들에서는, 상기 방법은 과잉 압력의 복도를 통하여 상기 기판 웹을 수용하는 단계를 포함한다. 상기 과잉 압력 복도의 목적은 전구체 증기/반응성 가스들이 상기 기판 웹 노선을 경유하여 상기 반응 공간의 외측으로 흐르는 것을 방지하기 위한 것일 수 있다. 불활성 가스가 상기 과잉 압력 복도 속으로 투입될 수도 있다.
어떠한 예시적 실시예들에서는, 상기 출력 게이트는 출력 슬릿과 복도에 의해 연결된 출력 포트를 포함할 수 있다. 상기 복도는 과잉 압력의 복도일 수 있다. 불활성 가스가 상기 압력차를 유지하기 위해 상기 과잉 압력 복도 속으로 투입될 수도 있다.
어떠한 예시적 실시예들에서는, 상기 반복하는 패턴을 갖는 상기 트랙은 상기 반응 공간 내에서 흐름 채널들을 형성하며, 상기 방법은, 상기 흐름 채널들의 각각에 도달하기 위해 상기 전구체 펄스들을 위한 흐름 분류기를 사용하는 단계를 포함한다.
어떠한 예시적 실시예들에서는, 상기 흐름 분류기는 투입 헤드 개구부들(in-feed head openings)(구멍들)을 갖는 복수의 플로우 레이크들(flow rakes)을 구비하는 흐름 살포기를 포함한다. 상기 개구부들은 대응하는 흐름 채널들의 지점일 수 있다. 상기 흐름 살포기는 일직선의 채널들일 수 있다. 상기 플로우 레이크들은 상기 흐름 살포기와 유체 연통된다.
상기 흐름 분류기는 그것의 측 상에서 상기 트랙의 일측 상에 거주할 수 있으며, 상기 트랙의 타측 상에 배기 라인이 거주할 수 있다.
어떠한 예시적 실시예들에서는, 상기 방법은 트랙 패턴을 조절함으로써 상기 반응 공간 내에서 상기 트랙의 길이를 조정하는 단계를 포함한다. 이것은 어떠한 예시적 실시예들에서는 단지 상기 터닝 유닛들의 서브세트(subset)를 경유해서만 상기 기판 웹을 구동함으로써 달성될 수 있다. 환언하면, 어떠한 예시적 실시예들에서 상기 방법은 하나 이상의 터닝 유닛들을 뛰어넘는(skipping) 단계를 포함한다. 상기 트랙의 길이는 상기 코팅의 두께에 영향을 끼치기 때문에, 획득된 두께는 상기 트랙 패턴을 조절함으로써 조절될 수 있다.
어떠한 예시적 실시예들에서, 전체 반응 공간은 전구체 펄스들에 대해 교대로 노출된다. 따라서, 제1 전구체의 전구체 펄스에 대한 상기 반응 공간의 노출은 제2(다른) 전구체의 전구체 펄스에 대한 노출과 정확히 동일한 공간(또는 동일한 처리 챔버의 체적)에서 발생할 수 있다. 상기 반응 공간 내에서의 상기 ALD 공정은, 반응 공간이 공간적으로 분할되어 질 것이 요구되는 예를 들어 공간적 ALD에 대조적으로 시간상으로 분할된다(또는 시간-분할된). 상기 기판 웹은 상기 반응 공간을 통하여 계속적으로 이동하거나 또는 주기적으로 이동(예를 들어, 정지 및 진행 방식으로)할 수 있다. 물질 성장은 상기 기판 웹이 상기 반응 공간 내에 있으며, 순차적인 자기-포화적 표면 반응들이 상기 기판 웹 표면 상에서 발생하게 되도록 전구체 증기 펄스들에 대해 교대로 노출될 때 발생한다. 상기 기판 웹이 상기 반응기에서 상기 반응 공간 외측에 있을 때, 기판 웹 표면은 단지 불활성 가스에 노출되며 ALD 반응은 발생하지 않는다.
상기 반응기는 상기 반응 공간을 제공하는 단일의 처리 챔버를 포함할 수 있다. 어떠한 예시적 실시예들에서는, 상기 기판 웹은 소오스 롤과 같은 기판 웹 소오스로부터 상기 처리 챔버(또는 반응 공간) 속으로 이동된다. 상기 기판 웹은 상기 처리 챔버 내에서 ALD 반응들에 의해 처리되며, 상기 처리 챔버로부터 벗어나 목적지 롤과 같은 기판 웹 목적지로 이동된다. 상기 기판 웹 소오스 및 목적지는 롤들일 때, 롤투롤(roll-to-roll) 원자층 퇴적 방법이 존재한다. 상기 기판 웹은 제1 롤로부터 풀려질 수 있으며, 상기 처리 챔버로 이동되고, 퇴적 후에 제2 롤 주위로 감길 수 있다. 따라서, 상기 기판 웹은 제1 롤로부터 제2 롤까지 이동될 수 있으며, 그것의 진로에서 ALD 반응들에 노출된다. 상기 기판 웹은 구부러질 수 있다. 상기 기판 웹은 또한 말 수 있다(rollable). 상기 기판 웹은 금속 포일과 같은 포일일 수 있다.
상기 웹은 제1 롤로부터 상기 제2 롤 상으로 계속적으로 이동될 수 있다. 어떠한 예시적 실시예들에서는, 상기 웹은 일정한 속도로 계속적으로 이동된다. 어떠한 예시적 실시예들에서는, 상기 웹은 정지 및 진행 방식(stop and go fashion)으로 이동된다. 그래서 상기 기판 웹은 하나의 퇴적 사이클 동안 정지되고, 상기 사이클의 종료에 따라 이동되고, 다음 사이클 동안 정지되는 등으로 계속될 수 있다. 따라서, 상기 기판 웹은 예정된 시간 순간들에서 문득문득 이동될 수 있다.
본 발명의 제2 예시적 태양에 따르면, 이동하는 기판 웹을 원자층 퇴적 반응기의 반응 공간 내로 수용하도록 구성된 입력 게이트; 상기 기판 웹을 위해 상기 반응 공간 내에서 반복하는 패턴을 갖는 트랙을 제공하도록 구성된 트랙 형성 요소들; 및 순차적인 자기-포화적 표면 반응들에 의해 상기 기판 웹 상에 물질을 퇴적하기 위해 상기 반응 공간 내에서 시간상으로 분리된 펄스들에 대해 상기 기판 웹을 노출시키도록 구성된 전구체 증기 투입부를 포함하는 장치가 제공된다.
상기 장치는 원자층 퇴적(ALD) 반응기일 수 있다. 상기 ALD 반응기(또는 반응기 모듈)은 독립형(standalone) 장치 또는 생산 라인의 부분일 수 있다. 구동 유닛은 상기 기판 웹을 제1 롤부터 상기 반응 공간을 경유하여 제2 롤까지 구동하도록 구성될 수 있다. 상기 구동 유닛은 상기 제2(목적지) 롤에 연결될 수 있다. 어떠한 예시적 실시예들에서는, 상기 구동 유닛은 각각 상기 제1(소오스) 롤에 연결된 제1 드라이브 및 상기 제2(목적지) 롤에 연결된 제2 드라이브를 포함한다. 상기 구동 유닛은 원하는 속도로 상기 롤(들)을 회전시키도록 구성될 수 있다.
어떠한 예시적 실시예들에서는, 상기 장치는 상기 반복하는 패턴을 형성하기 위해 상기 기판 웹의 전달 방향을 복수 회 터닝하도록 구성된 터닝 유닛들을 포함한다.
어떠한 예시적 실시예들에서는, 상기 장치는 상기 기판 웹이 그것을 통해서 상기 반응 공간 속으로 수용되도록 구성된 입력 게이트를 포함하며, 상기 입력 게이트는 가스들이 상기 반응 공간으로부터 빠져나오는 것을 방지하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
어떠한 예시적 실시예들에서는, 상기 입력 게이트는 상기 기판 웹이 그것을 통해서 여행하도록 구성된 과잉 압력의 복도를 포함한다.
어떠한 예시적 실시예들에서는, 상기 반복하는 패턴을 갖는 상기 트랙은 상기 반응 공간 내에서 흐름 채널들을 형성하도록 구성되며, 상기 장치는, 상기 흐름 채널들의 각각에 도달하기 위해 상기 전구체 펄스들을 위한 흐름 분류기를 포함한다.
어떠한 예시적 실시예들에서는, 상기 흐름 분류기는 투입 헤드 개구부들을 갖는 복수의 플로우 레이크들을 구비하는 흐름 살포기를 포함한다.
본 발명의 제3 예시적 태양에 따르면, 상기 제1 태양에 따른 방법 또는 그것의 실시예들을 수행하도록 구성된, 상기 제2 태양에 따른 장치 또는 그것의 실시예들을 포함하는 생산 라인이 제공된다.
본 발명의 제4 예시적 태양에 따르면, 이동하는 기판 웹을 원자층 퇴적 반응기의 반응 공간 내로 수용하기 위한 입력 수단; 상기 기판 웹을 위해 상기 반응 공간 내에서 반복하는 패턴을 갖는 트랙을 제공하기 위한 트랙 형성 수단; 및 순차적인 자기-포화적 표면 반응들에 의해 상기 기판 웹 상에 물질을 퇴적하기 위해 상기 반응 공간 내에서 시간상으로 분리된 펄스들에 대해 상기 기판 웹을 노출시키기 위한 전구체 증기 투입 수단을 포함하는 장치가 제공된다.
본 발명의 구속력이 없는(non-binding) 상이한 예시적 태양들 및 실시예들이 앞에서 기술되었다. 앞에서의 실시예들은 본 발명의 구현들에서 활용될 수 있는 선택된 태양들 또는 단계들을 단순히 설명하기 위해 사용된다. 일부 실시예들은 단지 어떠한 예시적 태양들을 참조로 하여서 제시될 수 있다. 대응하는 실시예들이 또한 다른 예시적 태양들에 적용될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 상기 실시예들의 어떠한 적절한 조합들이 형성될 수도 있다.
본 발명에 따르면, 개선된 원자층 퇴적에 의한 기판 웹 코팅 방법 및 장치를 얻을 수 있다.
본 발명은 첨부하는 도면들을 참조하여, 단지 예시를 통해 기술될 것이다.
도 1은 예시적 실시예에 따른 모듈식 퇴적 반응기의 측면도이다.
도 2는 예시적 실시예에 따른 생산 라인의 측면도이다.
도 3은 예시적 실시예에 따른 다른 퇴적 반응기의 상면도이다.
도 4는 예시적 실시예에 따른 독립형 퇴적 반응기를 보여준다.
도 5는 예시적 실시예에 따른 다른 독립형 퇴적 반응기를 보여준다.
도 6은 예시적 실시예에 따른 퇴적 반응기 제어 시스템의 개략적인 블럭도를 보여준다.
이하의 설명에서, 원자층 퇴적(ALD) 기술은 예시로써 사용된다. ALD 성장 메카니즘의 기본들은 통상의 기술자들에게 알려져 있다. 본 특허출원의 도입부에서 언급한 바와 같이, ALD는 적어도 하나의 기판에 적어도 두 개의 반응성 전구체 종들의 순차적인 도입에 기반하는 특별한 화학적 퇴적 방법이다. 상기 기판, 또는 본 경우에서는 이동하는 기판 웹이 반응 공간 내에 위치한다. 상기 반응 공간은 전형적으로 가열된다. ALD의 기본적인 성장 메카니즘은 화학적 흡착(chemisorption)과 물리적 흡착(physisorption) 사이에서의 결합력 차이들에 의존한다. ALD는 퇴적 공정 동안에 화학적 흡착을 이용하고, 물리적 흡착을 제거한다. 화학적 흡착 동안에 강력한 화학적 결합이 고상(solid phase) 표면의 원자(들)와 가스상으로부터 도달되는 분자 사이에 형성된다. 물리적 흡착에 의한 결합은 단지 반데르바알스 힘들만이 관련되기 때문에 훨씬 약하다.
ALD 반응기의 반응 공간은 박막들 또는 코팅들의 퇴적을 위해 사용된 ALD 전구체의 각각에 교대로 그리고 순차적으로 노출될 수 있는 전형적으로 모든 가열된 표면들을 포함한다. 기본적인 ALD 퇴적 사이클은 4개의 순차적 단계들로 구성된다: 펄스A, 퍼지A, 펄스B, 및 퍼지B. 펄스A는 전형적으로 금속 전구체 증기로 구성되며, 펄스B는 비금속 전구체 증기, 특히 질소 또는 산소 전구체 증기로 구성된다. 질소 또는 아르곤과 같은 비활성 가스 및 진공 펌프가 퍼지A 및 퍼지B 동안에 상기 반응 공간으로부터 가스상의 반응 부산물들 및 잔류하는 반응 분자들을 퍼지하기 위해 사용된다. 퇴적 시퀀스는 적어도 하나의 퇴적 사이클을 포함한다. 상기 퇴적 시퀀스가 원하는 두께의 박막 또는 코팅을 생산할 때까지 퇴적 사이클들이 반복된다.
전형적인 ALD 공정에서, 전구체 종들은 화학적 흡착을 통하여 상기 가열된 표면들의 반응성 사이트들에 대해 화학적 결합을 형성한다. 전형적으로 하나보다 많지 않은 고체 물질의 분자 단층이 하나의 전구체 펄스 동안에 상기 표면들 상에 형성되는 방식으로 조건들이 마련된다. 따라서 상기 성장 공정은 자기-종결적(self-terminating) 또는 포화적이다. 예를 들어, 제1 전구체는 상기 흡착된 종들에 부착되어 잔류하며 상기 표면을 포화시키는 리간드들을 포함할 수 있으며, 이것은 추가적인 화학적 흡착을 방지한다. 반응 공간 온도는, 상기 전구체 분자 종들이 상기 기판(들) 상에 근본적으로 온전히 화학적 흡착이 되도록, 이용되고 있는 전구체들의 응결 온도들보다 높고 열분해 온도들보다 낮게 유지된다. 근본적으로 온전히(essentially intact)라는 것은, 상기 전구체 분자 종들이 상기 표면 상에 화학적 흡착을 할 때 휘발성 리간드들이 상기 전구체 분자를 떼어낼 수도 있다는 것을 의미한다. 상기 표면은 근본적으로 제1 형태의 반응성 사이트들, 즉 제1 전구체 분자들의 흡착된 종들로 포화된다. 이 화학적 흡착 단계는 전형적으로 제1 퍼지 단계(퍼지A)가 뒤따르며, 여기서 과잉의 제1 전구체 및 있을 수 있는 반응 부산물들이 상기 반응 공간으로부터 제거된다. 이어서 제2 전구체 증기가 상기 반응 공간 내로 유입된다. 전형적으로 제2 전구체 분자들은 상기 제1 전구체 분자들의 흡착된 종들과 반응하며, 그리하여 원하는 박막 물질 또는 코팅을 형성한다. 이 성장은 일단 흡착된 상기 제1 전구체의 전체 양이 소모되고, 상기 표면이 근본적으로 제2 형태의 반응성 사이트들로 포화되면 종료한다. 이어서 과잉의 제2 전구체 및 있을 수 있는 반응 부산물 증기들이 제2 퍼지 단계(퍼지B)에 의해 제거된다. 이어서 상기 박막 또는 코팅이 원하는 두께로 성장할 때까지 상기 사이클이 반복된다. 또한 퇴적 사이클들은 더 복잡할 수 있다. 예를 들어, 상기 사이클들은 퍼지 단계들에 의해 분리된 3개 이상의 반응물 증기 펄스들을 포함할 수 있다. 모든 이러한 퇴적 사이클들은 로직 유닛 또는 마이크로프로세서에 의해 제어되는 시간이 맞추어진 퇴적 시퀀스를 형성한다.
도 1은 하나의 예시적 실시예에 따른 모듈식(modular) 퇴적 반응기의 측면도이다. 상기 퇴적 반응기(100)는 생산 라인의 일부를 형성할 수 있다. 기판 웹(110)이 입력 포트(161)를 경유해서 상기 퇴적 반응기(100) 속으로 수용된다. 상기 기판 웹(110)의 노선은 복도(162)를 통과하고 제1 슬릿(163)을 경유하여 반응 공간(150)으로 계속된다. 상기 반응 공간(150)은 상기 기판 웹(110)을 위해 반복되는 패턴을 갖는 트랙(140)을 제공한다. 상기 반응 공간(150)은 상기 반응 공간(150)의 상부 부분에 제1 열의 롤들(141) 및 상기 반응 공간(150)의 하부 부분에 제2 열의 롤들(142)을 포함한다. 상기 기판 웹(110)의 전달 방향은 상기 반복되는 패턴을 형성하도록 상기 롤들(141,142)에 의해 터닝된다. 그래서 상기 반복되는 패턴은 한 방향으로 향하는 트랙의 부분과, 반대 방향으로 향하는 후속 부분(여기서는, 상향 및 하향)을 포함한다.
상기 퇴적 반응기(100)는 제1 전구체 소오스(111)(여기서는, DEZ, diethylzinc)와 제2 전구체 소오스(121)(여기서는, H2O, 물)을 포함한다. 본 또는 다른 실시예들에서, 상기 물 소오스는 오존 소오스로 대체될 수 있다. 제1 펄스 밸브(112)는 제1 전구체 투입 라인(113)으로의 상기 제1 전구체의 전구체 증기 흐름을 제어한다. 상기 제2 펄스 밸브(122)는 상기 제2 전구체 투입 라인(123)으로의 상기 제2 전구체의 전구체 증기 흐름을 제어한다. 상기 투입 라인(113)은 제1 흐름 분류기(114)로써 상기 반응 공간(15) 내로 계속되고, 투입 라인(123)은 제2 흐름 분류기(124)로써 계속된다. 본 예시적 실시예에서, 상기 퇴적 반응기(100)는 또한 제3 전구체 소오스(131)(여기서는, H2S, hydrogen sulfide)를 포함한다. 제3 펄스 밸브(132)는 제3 전구체 투입 라인(123)으로의 상기 제3 전구체의 전구체 증기의 흐름을 제어한다. 본 예시적 실시예에서, 상기 제3 및 제2 전구체는 동일한 투입 라인(123)을 공유한다.
상기 흐름 분류기(114)는 복수 개의 플로우 레이크들(flow rakes)과 유체 연통하는 수직적 살포기를 포함한다. 상기 플로우 레이크들은 구멍들을 갖는 일직선의 수평적 흐름 채널들일 수 있다. 각 플로우 레이크는 상기 (복수 개의) 구멍들을 통해 상기 반응 공간(15)과 유체 연통되어 있다. 상기 흐름 분류기(124)도 유사한 구조를 갖는다. 상기 제1 및 제2 흐름 분류기들(114,124)은 그들이 상기 반응 공간(150)의 한 측에서 동일한 수준으로 위치하도록 배치될 수 있다.
상기 반복되는 패턴을 갖는 트랙은 상기 반응 공간(150) 내에서 측면 흐름 채널들을 형성한다. 상기 흐름 채널들은 상기 굽어진 기판 웹 표면 사이에 형성된다. 상기 플로우 레이크들은 전구체 증기가 상기 구멍들을 경유하여 상기 흐름 채널들 속으로 흐르도록 상기 흐름 채널들의 지점들에서 구멍들을 포함한다. 상기 반응 공간(150)의 다른 측은 가스들을 수집하고 그들을 진공 펌프(182)로 하향하도록 안내하는 배기 라인(181)을 포함한다.
반응 공간에서, 상기 기판 웹은 ALD 반응들에 노출된다. 퇴적 시퀀스는 하나 이상의 연속적인 퇴적 사이클들로 형성되며, 각 사이클은 적어도 제1 전구체 노출 기간(펄스A), 이에 후행하는 제1 퍼지 단계(퍼지A), 이에 후행하는 제2 전구체 노출 기간(펄스B), 이에 후행하는 제2 퍼지 단계(퍼지B)로 구성된다. 3개의 전구체들의 경우에는, 퇴적 사이클은 제3 전구체 노출 기간(펄스C), 이에 후행하는 제3 퍼지 단계(퍼지C)를 더 포함할 수 있다. 또는 더 복잡한 경우에는, 퍼지B는 다른 제1 전구체 노출 기간에 의해 후행될 수 있으며, 이는 퍼지 단계에 의해 후행되고, 이는 제3 전구체 노출 기간에 의해 후행되며, 이는 퍼지 단계에 의해 후행될 수 있다.
전구체 노출 기간 동안에, 전구체 증기는 상기 흐름 분류기(114,124) 중의 하나를 경유하여 상기 반응 공간(150)으로 흘러들어가고, 남은 가스들은 상기 배기 가이드(181)를 경유하여 상기 반응 공간(150)을 떠난다. (질소와 같은)불활성 가스는 다른 흐름 분류기(들)를 경유하여 흐른다. 퍼지 단계들 동안에는 단지 불활성 가스만이 상기 반응 공간(150) 속으로 흘러들어간다.
상기 기판 웹은 상기 반응 공간(150)의 반대 측 상의 출력 슬릿(173)을 경유하여 상기 반응 공간(150)을 떠난다. 이것은 복도(172)를 통과하고 출력 포트(171)를 경유하여 생산 라인 공정의 다음 단계까지 계속된다.
입력 포트(161), 복도(162), 및 입력 슬릿(163)은 입력 게이트의 예시를 형성한다. 유사하게, 출력 슬릿(173), 복도(172) 및 출력 포트(171)는 출력 게이트의 예시를 형성한다. 상기 게이트들의 목적은 가스들이 상기 기판 웹 노선을 경유하여 상기 반응 공간(150)으로부터 벗어나는 것을 방지해준다.
어떠한 예시적 실시예들에서는, 상기 슬릿들(163,173)은 상기 반응 공간(150)과 상기 복도들(162,172) 사이에서 압력차를 유지하는 조절판들(throttles)로써 기능한다. 또한, 상기 압력차를 유지하기 위해 불활성 가스가 상기 복도들(162,172) 중의 하나 또는 양쪽 모두로 투입될 수 있다. 도 1은 불활성 가스 소오스(105)로부터 상기 복도(162)로 불활성 가스를 투입하는 것을 보여준다. 도 1에서 보여지는 퇴적 반응기에서, 상기 (과잉 압력의) 복도들(162,172) 내의 압력은 상기 반응 공간(150) 내의 압력보다 높다. 예시로써, 상기 반응 공간(150) 내의 압력은, 상기 복도들(162,172) 내의 압력이 예를 들어 5 mbar인 동안에 1 mbar일 수 있다. 상기 압력차는 상기 반응 공간(150)으로부터 상기 복도들(162,172)로의 흐름을 방지하는 장벽을 형성한다. 그러나, 상기 압력차에 기인하여 다른 방향으로부터의 흐름(즉, 상기 슬릿들(163,173)을 통하여 상기 복도들(162,172)로부터 상기 반응 공간(150)으로의 흐름)이 가능하다. (전구체 증기 펄스 기간 동안의 전구체 증기뿐만 아니라) 흐름 분류기들(114,124)로부터 흐르는 불활성 가스에 대해서와 같이, 따라서 이들은 실질적으로 단지 상기 진공 펌프(182)를 바라보고 흐른다.
도 2는 예시적 실시예에 따른 생산 라인의 측면도를 보여준다. 예시적 실시예에서, 상기 생산 라인은 예를 들어, 태양 전지 산업 용도들을 위한 스테인레스 스틸(SS) 포일(foil)을 코팅하기 위한 것이다. 상기 SS 포일은 소오스 롤 모듈(97)로부터 복수 개의 처리 모듈들(98-101)을 경유하여 목적지 롤 모듈(102)로 이동된다. 생산 라인의 제1 모듈(소오스 롤 모듈)(97)은 불활성 가스 체적 내에서 풀리어진 소오스 SS 포일 롤을 포함한다. 불활성 가스(여기서는, N2)는 불활성 가스 소오스로부터 상기 롤이 거주하는 공간으로 안내된다.
이어서 풀리어진 SS 포일이 상기 생산 라인의 다음 모듈(98)로 들어간다. 본 예시적 실시예에서, 상기 모듈(98)은 몰리브덴(Mo) 스퍼터링 모듈이다. 몰리브덴 처리/퇴적 후에 상기 SS 포일은 생산 라인의 다음 모듈(99)로 들어간다. 본 예시적 실시예에서, 상기 모듈(99)은 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(diselenide)(CIGS) 스퍼터링 모듈이다.
CIGS 처리/퇴적 후에, 상기 SS 포일은 상기 생산 라인의 다음 모듈(100)으로 들어간다. 본 예시적 실시예에서, 상기 모듈(100)은 도 1의 ALD 반응기 모듈이다. 본 모듈에서, 원하는 양의 ZnOS가 상기 SS 포일 상에 퇴적된다. 원한다면, 불활성 가스가, 가스가 상기 반응 공간으로부터 상기 복도들 중의 하나 또는 양쪽 모두로 흐르는 것을 방지하는 장벽을 강화하기 위해 상기 모듈(100)의 복도들로 안내될 수 있다. 상기 모듈(100)의 반응 공간 내의 트랙의 길이는, 원하는 두께의 코팅이 얻어질 수 있도록 마련된다. 이것은 상기 트랙이 주위로 터닝하는 적당한 양의 트랙 터닝 유닛들(여기서는, 롤들)을 사용하여 마련될 수 있다. 터닝의 수는 예를 들어, 하나 이상의 롤들을 건너 뜀으로써 조절될 수 있다. 이런 방식으로, 상기 ALD 반응기 모듈(100)은 상기 생산 라인의 미리 결정된 기판 웹 속도로 조절될 수 있다.
ZnOS 퇴적 후에, 상기 SS 포일은 생산 라인의 다음 모듈(101)로 들어간다. 본 예시적 실시예에서, 상기 모듈(101)은 다른 ALD 반응기 모듈이다. 상기 ALD 모듈(101)은 기본적으로 상기 ALD 공정에서 사용된 소오스들이 다르다는 것을 제외하고는 상기 모듈(100)에 상응한다. 본 모듈에서는, 원하는 양의 ZnO:Al이 상기 SS 포일 상에 퇴적된다. 원한다면, 불활성 가스가 상기 모듈(101)의 복도들 중의 하나 또는 양쪽 모두로 안내되고, 및/또는 상기 트랙 길이는 모듈(100)에서와 유사하게 조절된다.
모듈(101)로부터 코팅된 상기 SS 포일은 목적지 롤 모듈(102)로 들어간다. 상기 SS 포일은 목적지 롤 주위로 감긴다. 불활성 가스가, 불활성 가스 소오스로부터 상기 롤이 거주하는 공간으로 안내된다.
도 3은 예시적 실시예에 따른 다른 퇴적 반응기의 상부도를 보여준다. 상기 퇴적 반응기(300)는 본 실시예에서 실린더형의 진공 챔버(301) 내에 실린더형 반응 챔버(302)를 포함한다. 상기 반응 챔버(302) 주위는 열 반사기들(307) 및 반응 챔버 가열기(306)를 포함하는 중간 공간이다. 말릴 수 있는 기판 웹의 소오스 롤(321)의 회전축은 상기 반응 및 진공 챔버들의 하부 피드-스루(feed-through) (305)에 부착된다. 상기 말릴 수 있는 기판 웹의 목적지 롤(322)의 회전축은 상기 반응 및 진공 챔버들의 다른 하부 피드-스루(305)에 부착된다. 상기 기판 웹은 입력 슬릿(363)을 통해 상기 반응 챔버(302) 내의 처리 챔버(303) 속으로 입력된다. 상기 처리 챔버는 예를 들어, 직사각형 또는 정사각형 단면을 가질 수 있다. 상기 처리 챔버는 터닝 롤들의 제1 열(341) 및 제2 열(342) 주위로 상기 기판 웹을 터닝하는 것을 통하여 반복되는 패턴(340)을 갖는 트랙을 상기 기판 웹에 제공한다. 상기 반복하는 패턴은 실질적으로 상기 전체 처리 챔버를 채울 수 있다. 상기 처리 챔버(303)의 내부는 반응 공간(350)을 형성한다. 상기 반응 공간은 전구체들의 전구체 증기에 교대로 노출된다. 전구체들의 전구체 증기는 상기 처리 챔버(303)의 상부로부터 상기 반응 공간(350) 속으로 투입된다. 상기 기판 웹 표면을 따라 상부로부터 하부로의 상기 전구체 증기의 흐름은 상기 처리 챔버(303)의 하부에서 배기 라인(304)으로 들어간다. 코팅된 상기 기판 웹은 출력 슬릿(373)을 통하여 상기 반응 공간(350)으로부터 출력되고, 상기 목적지 롤(322) 주위로 감긴다.
상기 입력 및 출력 슬릿들(363,373)은 아주 얇아서 상기 전구체 증기가 상기 슬릿들을 통해 상기 반응 공간으로부터 배출되지 않지만, 상기 배기 라인 뒤의 진공 펌프가 이것을 상기 배기 라인(304)으로 뽑아낸다. 부가하여, 불활성 가스를 내부로 투입함에 의해 과잉 압력의 체적이 상기 처리 챔버(303) 주위로 상기 반응 챔버(302)까지 마련될 수 있다.
어떠한 예시적 실시예들에서, 상기 기판 웹은 계속적으로 이동된다. 다른 예시적 실시예들에서는, 상기 기판 웹은 정지 및 진행(stop and go) 방식으로 이동된다. 상기 기판 웹은 복수 개의 퇴적 사이클들 동안에 조용히 정지하였다가, 이어서 예정된 양만큼 이동하고, 이어서 다시 복수의 퇴적 사이클들 동안에 조용히 정지하는, 등등이다.
도 4는 예시적 실시예에 따른 독립형(standalone) 퇴적 반응기를 보여준다. 기판 웹(410)이 처리 챔버 벽체 속으로 마련된 입력 슬릿(463)을 경유하여 상기 퇴적 반응기의 반응 공간(430) 속으로 수용된다. 상기 반응 공간(430)은 기판 웹(410)을 위하여 반복되는 패턴(440)을 갖는 트랙을 제공한다. 상기 반응 공간(430)은 상기 반응 공간(430)의 제1 측부에 제1 열의 롤들(441)과, 상기 반응 공간(430)의 반대 측부에 제2 열의 롤들(442)을 포함한다. 상기 기판 웹(410)의 전달 방향은 상기 반복되는 패턴을 형성하도록 상기 롤들(441,442)에 의해 터닝된다. 그리하여 상기 반복되는 패턴은 하나의 방향을 향하는 트랙의 부분과, 반대 방향(여기서는, 측부에서 측부로)으로 향하는 후속 부분을 포함한다. 터닝의 수는 예를 들어, 다른 실시예들에서와 같이 하나 이상의 롤들을 뛰어넘음으로써 조절될 수 있다.
상기 퇴적 반응기는 제1 전구체 소오스(401)(여기서는, TMA, trimethylaluminum) 및 제2 전구체 소오스(402)(여기서는, H2O, 물)를 포함한다. 제1 펄스 밸브(411)는 제1 전구체 투입 라인(412)으로의 상기 제1 전구체의 전구체 증기 흐름을 제어한다. 제2 펄스 밸브(421)는 제2 전구체 투입 라인(422)으로의 상기 제2 전구체의 전구체 증기 흐름을 제어한다. 상기 투입 라인(412)은 제1 흐름 분류기(413)로써 상기 반응 공간(430) 내로 계속되고, 상기 투입 라인(422)은 제2 흐름 분류기(423)로써 계속된다.
상기 흐름 분류기(413)는 복수 개의 플로우 레이크들(flow rakes)과 유체 연통하는 수평적 살포기를 포함한다. 상기 플로우 레이크들은 구멍들을 갖는 일직선의 수평적 흐름 채널들일 수 있다. 각 플로우 레이크는 상기 (복수 개의) 구멍들을 통해 상기 반응 공간(430)과 유체 연통되어 있다. 상기 흐름 분류기(423)도 유사한 구조를 갖는다. 상기 제1 및 제2 흐름 분류기들(413,423)은 그들이 상기 반응 공간(430)의 상부 측에서 동일한 수준으로 위치하도록 배치될 수 있다.
상기 반복되는 패턴을 갖는 트랙은 상기 반응 공간(430) 내에서 수직적 흐름 채널들을 형성한다. 상기 흐름 채널들은 상기 굽어진 기판 웹 표면 사이에 형성된다. 상기 플로우 레이크들은 전구체 증기가 상기 구멍들을 경유하여 상기 흐름 채널들 속으로 흐르도록 상기 흐름 채널들의 지점들에서 구멍들을 포함한다. 상기 반응 공간의 바닥부의 다른 측은 가스들을 수집하고 그들을 진공 펌프(도시 안됨)로 향하도록 안내하는 배기 라인(481)을 포함한다.
반응 공간에서, 상기 기판 웹은 ALD 반응들에 노출된다. 퇴적 시퀀스는 하나 이상의 연속적인 퇴적 사이클들로 형성되며, 각 사이클은 적어도 제1 전구체 노출 기간(펄스A), 이에 후행하는 제1 퍼지 단계(퍼지A), 이에 후행하는 제2 전구체 노출 기간(펄스B), 이에 후행하는 제2 퍼지 단계(퍼지B)로 구성된다.
전구체 노출 기간 동안에, 전구체 증기는 상기 흐름 분류기(413,423) 중의 하나를 경유하여 상기 반응 공간(430)으로 흘러들어가고, 남은 가스들은 상기 배기 가이드(481)를 경유하여 상기 반응 공간(430)을 떠난다. (질소와 같은)불활성 가스는 다른 흐름 분류기(들)를 경유하여 흐른다. 퍼지 단계들 동안에는 단지 불활성 가스만이 상기 반응 공간(430) 속으로 흘러들어간다.
상기 기판 웹은 상기 반응 공간(430)의 반대 측 상의 출력 슬릿(473)을 경유하여 상기 반응 공간(430)을 떠난다.
상기 퇴적 반응기는 소오스 롤 체적(431), 목적지 롤 체적(432), 및 상기 소오스 및 목적지 롤 체적들 사이에서 상기 반응 공간(430)을 제공하는 처리 챔버를 포함한다. 상기 소오스 롤 체적(431) 내의 소오스 롤(491)은 하나의 예시적 실시예에서 구부러질 수 있는 기판 웹이 상기 소오스 롤로부터 풀려서 상기 반응 공간(430)으로 입력되도록 소오스 롤축(493) 주위로 회전가능하다. 유사하게, 상기 목적지 롤 체적(432) 내의 목적지 롤(492)은 예시적 실시예에서 상기 반응 공간을 빠져나오는 상기 구부러질 수 있는 기판 웹이 상기 목적지 롤(492) 주위로 감길 수 있도록 목적지 롤축(494) 주위로 회전가능하다.
상기 슬릿들(463,473)의 목적은 가스들이 상기 기판 웹 노선을 경유하여 상기 반응 공간(430)으로부터 벗어나는 것을 방지해준다.
어떠한 예시적 실시예들에서는, 상기 슬릿들(463,473)은 상기 반응 공간(430)과 상기 롤 체적들(431,432) 사이에서 압력차를 유지하는 조절판들(throttles)로써 기능한다. 또한, 상기 압력차를 유지하기 위해 불활성 가스가 각기 제1 및 제2 불활성 가스 소오스(403,404)로부터 상기 롤 체적들(431,432)로 투입될 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 불활성 가스 소오스들(403,404)은 단일의 불활성 가스 소오스에 의해 구현될 수도 있다. 도 4에서 보여지는 퇴적 반응기에서, 상기 (과잉 압력의) 롤 체적들(431,432) 내의 압력은 상기 반응 공간(430) 내의 압력보다 높다. 예시로써, 상기 반응 공간(430) 내의 압력은, 상기 롤 체적들(431,432) 내의 압력이 예를 들어 5 mbar인 동안에 0.5 mbar일 수 있다. 상기 압력차는 상기 반응 공간(430)으로부터 상기 롤 체적들(431,432)로의 흐름을 방지하는 장벽을 형성한다. 그러나, 상기 압력차에 기인하여 다른 방향으로부터의 흐름(즉, 상기 슬릿들(463,473)을 통하여 상기 롤 체적들(431,432)로부터 상기 반응 공간(430)으로의 흐름)이 가능하다. (전구체 증기 펄스 기간 동안의 전구체 증기뿐만 아니라) 흐름 분류기들(413,414)로부터 흐르는 불활성 가스에 대해서와 같이, 따라서 이들은 실질적으로 단지 상기 배기 라인(481) 뒤의 상기 진공 펌프를 바라보고 흐른다.
나아가, 도 4는 제1 전구체 노출 기간 동안의 퇴적 반응기를 보여준다. 제1 펄스 밸브(411)가 개방되고, 상기 제1 전구체의 전구체 증기가 상기 흐름 분류기(413)를 경유하고 그것의 구명들을 통하여 상기 반응 공간(430) 내로 흐른다. 불활성 가스는 다른 흐름 분류기를 경유하여 상기 반응 공간(430)으로 흐른다. ALD 반응들이 상기 기판 웹 표면들에서 발생한다. 남아있는 가스들은 상기 배기 라인(481)으로 배출된다.
도 5는 예시적 실시예에 따른 다른 독립형 퇴적 반응기를 보여준다. 도 5의 실시예는, 도 5의 실시예에서 상기 터닝 유닛들이 상기 반응 공간을 제공하는 처리 챔버 내에 위치하지만, 실제 반응 공간의 외측은 터닝 유닛 체적(또는 차폐 체적) 내에 위치한다는 것을 제외하고 도 4의 실시예에 상응한다. 상기 처리 챔버는 상기 처리 챔버를 상기 반응 공간(530)과 제1 터닝 유닛 체적(531)으로 나누는 제1 중간 평면(551)을 포함한다. 상기 처리 챔버는 상기 처리 챔버를 상기 반응 공간(530)과 제2 터닝 유닛 체적(532)으로 나누는 제2 중간 평면(552)을 더 포함한다. 따라서, 상기 반응 공간(530)은 상기 중간 평면들(551,552) 사이에 거주한다. 상기 터닝 유닛 체적들(531,532)은 상기 처리 챔버의 에지 영역들에서 상기 중간 평면들(551,552)의 다른 측 상에 거주한다.
상기 기판 웹(410)은 상기 중간 평면들(551,552)을 통하여 상기 터닝 유닛들(롤들(441,442))로 갈 수 있다. 상기 중간 평면들(551,552) 내에는 예를 들어, 슬릿들이 존재할 수 있다. 따라서 상기 기판 웹(410)의 트랙이 상기 터닝 유닛 체적들(531,532)에서 상기 반응 공간(540)과 상기 반응 공간의 외측(430) 모두에서 상기 처리 챔버 내를 여행한다. ALD 퇴적은 단지 상기 반응 공간(530) 내에서 발생하며, 다른 실시예들에서와 같이 상기 반복되는 패턴(540)은 상기 반응 공간(530)에서 나타난다.
상기 터닝 유닛 체적들(531,532)은 상기 반응 공간(530) 내의 압력에 비하여 과잉 압력 체적들일 수 있다. 도 5의 예시적 실시예에서, 불활성 가스가 화살표(564)로 묘사된 바와 같이, 상기 소오스 롤 체적(431)으로부터 상기 반응 챔버 벽체 속으로 마련된 슬릿(464)을 통하여 상기 제1 터닝 유닛 체적(531) 속으로 흐른다. 유사하게, 불활성 가스가 화살표(574)로 묘사된 바와 같이, 상기 목적지 롤 체적(432)으로부터 반대편의 반응 챔버 벽체 속으로 마련된 슬릿(474)을 통하여 상기 제1 터닝 유닛 체적(531) 속으로 흐른다. 불활성 가스가 화살표(563)로 묘사된 바와 같이, 상기 소오스 롤 체적(431)으로부터 상기 반응 챔버 벽체 속으로 마련된 처리 챔버 입력 슬릿(463)을 통하여 상기 제2 터닝 유닛 체적(532) 속으로 흐른다. 유사하게, 불활성 가스가 화살표(573)로 묘사된 바와 같이, 상기 목적지 롤 체적(432)으로부터 반대편의 반응 챔버 벽체 속으로 마련된 처리 챔버 출력 슬릿(473)을 통하여 상기 제2 터닝 유닛 체적(532) 속으로 흐른다. 터닝 유닛 체적들(531,532)의 과잉 압력 체적의 목적은 반응성 가스들이 상기 중간 평면들(551,552)을 경유하여 상기 처리 챔버(530)의 외측으로 흐르는 것을 방지하기 위한 것이다.
상기 기판 웹(410)은 상기 처리 챔버 입력 슬릿(463)을 경유하여 상기 제2 터닝 유닛 체적(532) 속으로 입력되고, 그것으로부터 상기 중간 평면(552)에 마련된 슬릿을 경유하여 상기 처리 챔버로 입력된다. ALD 처리 후에, 코팅된 상기 기판 웹(410)은 상기 반응 공간(530)으로부터 상기 중간 평면(552)에 마련된 슬릿을 경유하여 상기 제2 터닝 유닛 체적(532)으로 출력되고, 그것으로부터 상기 처리 챔버 출력 슬릿(473)을 경유하여 상기 목적지 롤 체적(432)으로 출력된다.
나아가, 도 5는 제2 전구체 노출 기간 동안의 퇴적 반응기를 보여준다. 제2 펄스 밸브(421)가 개방되고, 상기 제2 전구체의 전구체 증기가 상기 흐름 분류기(423)를 경유하고 그것의 구멍들을 통하여 상기 반응 공간(530) 내로 흐른다. 불활성 가스는 다른 흐름 분류기를 경유하여 상기 반응 공간(530)으로 흐른다. ALD 반응들이 상기 기판 웹 표면들에서 발생한다. 남아있는 가스들은 상기 배기 라인(481)으로 배출된다.
하나의 예시적 실시예에서, 여기에서 기술된 상기 퇴적 반응기(또는 반응기들)는 컴퓨터 제어 시스템(computer-controlled system)이다. 상기 시스템의 메모리 안에 저장된 컴퓨터 프로그램은 명령들을 포함하며, 이것들은 상기 시스템의 적어도 하나의 프로세서에 의한 실행(execution)에 따라 상기 퇴적 반응기가 명령된 대로 동작하도록 해준다. 상기 명령들은 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드(computer-readable program code)의 형식일 수 있다. 도 6은 퇴적 반응기 제어 시스템(600)의 개략적인 블럭도를 나타낸다. 기본적 시스템 셋업(setup)에서 공정 파라미터들은 소프트웨어의 도움으로 프로그램되고, 인간 기계 인터페이스(HMI, human machine interface) 터미널(606)을 이용하여 실행되며, 이더넷 버스(Ethernet bus) 또는 유사한 것들과 같은 통신 버스(604)를 통해 제어 박스(602)(제어 유닛)로 다운로드 된다. 일 실시예에서, 상기 제어 박스(602)는 범용 프로그램가능 논리 제어(programmable logic control: PLC) 유닛을 포함한다. 상기 제어 박스(602)는 메모리 안에 저장된 프로그램 코드를 포함하는 제어 박스 소프트웨어의 실행을 위한 적어도 하나의 마이크로프로세서, 동적(dynamic) 및 정적(static) 메모리들, I/O 모듈들, A/D 및 D/A컨버터들 및 전력 계전기들(power relays)을 포함한다. 상기 제어 박스(602)는 상기 퇴적 반응기의 적합한 밸브들의 공압식 제어기들(pneumatic controllers)에 전력을 전송한다. 상기 제어 박스는 상기 웹을 구동하는 드라이버(들), 상기 진공 펌프, 및 어떤 히터(들)의 동작을 제어한다. 상기 제어 박스(602)는 적합한 센서들로부터 정보를 받고, 일반적으로 상기 퇴적 반응기의 전체 동작을 제어한다. 어떠한 예시적 실시예들에서, 상기 제어 박스(602)는 원자층 퇴적 반응기 안에서 제1 롤로부터 반응 공간을 경유하여 제2 롤까지의 기판 웹의 구동을 제어한다. 상기 제어 박스(602)는 순차적 자기포화적 표면 반응들을 통해 상기 기판 웹 상에 물질을 퇴적하기 위해 시간상으로 분리된 전구체 펄스들에 대해 상기 반응 공간을 노출하는 것을 더 제어한다. 상기 제어 박스(602)는 상기 퇴적 반응기로부터 상기 HMI 터미널(606)로 프로브 측정값(probe readings)을 측정 및 전달할 수 있다. 점선(616)은 상기 퇴적 반응기 부분들과 상기 제어 박스(602) 사이의 인터페이스 라인을 나타낸다.
특허 청구항들의 범위 및 해석의 제한 없이, 여기에서 개시된 하나 이상의 상기 예시적 실시예들의 어떤 기술적 효과들은 다음에서 열거된다: 하나의 기술적 효과는 요구되는 생산 라인 기판 웹 속도로 ALD 반응기를 조절하는 것이다. 다른 기술적 효과는 예를 들어, 공간적 ALD 반응기들에 비하여 더 길어진 서비스 간격이다. 다른 기술적 효과는 상기 반응 공간의 외측의 기판 웹 터닝 유닛들을 상기 터닝 유닛들이 코팅되지 않도록 더 깨끗한 환경에 위치시키는 것이다.
앞의 설명은 본 발명의 특정한 구현들 및 실시예들의 비제한적인 예시들을 통하여, 본 발명을 수행하기 위해 발명자들에 의해 현재 고려된 최적의 방식(best mode)에 대한 완전하고 유익한 설명을 제공한다. 그러나 본 발명은 위에 제시된 상기 실시예들의 세부 사항들로 제한되지 않으며, 본 발명의 특징들로부터 벗어남이 없이 등가 수단들을 사용하여 다른 실시예들로 구현될 수 있음은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 명확하다.
게다가, 본 발명의 위에 개시된 실시예들의 특징들의 일부는 다른 특징들의 상응하는 사용 없이도 유리하게 사용될 수 있다. 그와 같이, 앞의 설명들은 단지 본 발명의 원리들의 예시로서 고려되어야 하며, 그것에 제한되지 않는다. 이러한 이유로, 본 발명의 범위는 첨부된 특허 청구항들에 의해서만 제한된다.

Claims (15)

  1. 이동하는 기판 웹(substrate web)을 원자층 퇴적 반응기의 반응 공간 내로 수용하는 단계;
    상기 기판 웹을 위해 상기 반응 공간 내에서 반복하는 패턴을 갖는 트랙을 제공하는 단계; 및
    순차적인 자기-포화적 표면 반응들에 의해 상기 기판 웹 상에 물질을 퇴적하기 위해 상기 반응 공간 내에서 시간상으로 분리된 펄스들에 대해 상기 기판 웹을 노출시키는 단계;를 포함하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 반복하는 패턴을 형성하기 위해 상기 기판 웹의 전달 방향을 복수 회 터닝하는 단계를 포함하는 방법.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    가스들이 상기 반응 공간으로부터 빠져나오는 것을 방지하는 입력 게이트를 통해 상기 기판 웹을 수용하는 단계를 포함하는 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 있어서,
    과잉 압력(excess pressure)의 복도를 통하여 상기 기판 웹을 수용하는 단계를 포함하는 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 반복하는 패턴을 갖는 상기 트랙은 상기 반응 공간 내에서 흐름 채널들을 형성하며, 상기 방법은,
    상기 흐름 채널들의 각각에 도달하기 위해 상기 전구체 펄스들을 위한 흐름 분류기를 사용하는 단계를 포함하는 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 흐름 분류기는 투입 헤드 개구부들(in-feed head openings)을 갖는 복수의 플로우 레이크들(flow rakes)을 구비하는 흐름 살포기를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    트랙 패턴을 조절함으로써 상기 반응 공간 내에서 상기 트랙의 길이를 조정하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 이동하는 기판 웹을 원자층 퇴적 반응기의 반응 공간 내로 수용하도록 구성된 입력 게이트;
    상기 기판 웹을 위해 상기 반응 공간 내에서 반복하는 패턴을 갖는 트랙을 제공하도록 구성된 트랙 형성 요소들; 및
    순차적인 자기-포화적 표면 반응들에 의해 상기 기판 웹 상에 물질을 퇴적하기 위해 상기 반응 공간 내에서 시간상으로 분리된 펄스들에 대해 상기 기판 웹을 노출시키도록 구성된 전구체 증기 투입부;를 포함하는 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 반복하는 패턴을 형성하기 위해 상기 기판 웹의 전달 방향을 복수 회 터닝하도록 구성된 터닝 유닛들을 포함하는 장치.
  10. 청구항 8 또는 9에 있어서,
    상기 기판 웹이 그것을 통해서 상기 반응 공간 속으로 수용되도록 구성된 입력 게이트를 포함하며, 상기 입력 게이트는 가스들이 상기 반응 공간으로부터 빠져나오는 것을 방지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 입력 게이트는 상기 기판 웹이 그것을 통해서 여행하도록 구성된 과잉 압력의 복도를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 청구항 8 내지 청구항 11 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 반복하는 패턴을 갖는 상기 트랙은 상기 반응 공간 내에서 흐름 채널들을 형성하도록 구성되며, 상기 장치는,
    상기 흐름 채널들의 각각에 도달하기 위해 상기 전구체 펄스들을 위한 흐름 분류기를 포함하는 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 흐름 분류기는 투입 헤드 개구부들을 갖는 복수의 플로우 레이크들을 구비하는 흐름 살포기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 청구항 1 내지 7 중의 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성된, 청구항 8 내지 14 중의 어느 한 항에 따른 장치를 포함하는 생산 라인.
  15. 이동하는 기판 웹을 원자층 퇴적 반응기의 반응 공간 내로 수용하기 위한 입력 수단;
    상기 기판 웹을 위해 상기 반응 공간 내에서 반복하는 패턴을 갖는 트랙을 제공하기 위한 트랙 형성 수단; 및
    순차적인 자기-포화적 표면 반응들에 의해 상기 기판 웹 상에 물질을 퇴적하기 위해 상기 반응 공간 내에서 시간상으로 분리된 펄스들에 대해 상기 기판 웹을 노출시키기 위한 전구체 증기 투입 수단;을 포함하는 장치.
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