KR20160146634A - 금속산화물 박막의 증착 방법 및 이를 위한 제조 장치 - Google Patents

금속산화물 박막의 증착 방법 및 이를 위한 제조 장치 Download PDF

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조성민
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

금속산화물 박막의 증착 방법, 및 상기 금속산화물 박막의 제조 장치에 관한 것이다.

Description

금속산화물 박막의 증착 방법 및 이를 위한 제조 장치{DEPOSITING METHOD OF METAL OXIDE THIN FILM, AND PREPARING APPARATUS THEREFOR}
본원은, 금속산화물 박막의 증착 방법, 및 상기 금속산화물 박막의 제조 장치에 관한 것이다.
박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 구비한 유기 발광 디스플레이 장치(organic light emitting display device, OLED)는 스마트 폰, 태블릿 퍼스널 컴퓨터, 초슬림 노트북, 디지털 카메라, 비디오 카메라, 휴대 정보 단말기와 같은 모바일 기기용 디스플레이 장치 또는, 초박형 텔레비전과 같은 전자기기 제품 등에 다양하게 사용된다. 따라서 반도체 제조 공정에서 반도체 집적 소자의 크기가 점점 작아지고 형상이 복잡해짐에 따라 미세가공의 요구가 증가하고 있다. 즉, 미세 패턴을 형성하고, 하나의 칩 상에 셀들을 고도로 집적시키기 위해서는 박막 두께 감소 및 고유전율을 갖는 새로운 물질개발 등의 기술이 중요하게 대두되고 있다.
특히, 웨이퍼 표면에 단차가 형성되어 있는 경우, 표면을 원만하게 덮어주는 단차 도포성(step coverage)과 웨이퍼 내 균일성(within wafer uniformity)의 확보가 매우 중요한데, 이와 같은 요구사항을 충족시키기 위해서 원자층 단위의 미소한 두께를 가지는 박막을 형성하는 방법인 원자층증착(atomic layer deposition, ALD)방법이 널리 사용되고 있다. 또한, 상기 원자층증착방법은 기상반응(gas-phase reaction)을 최소화하기 때문에 핀홀 밀도가 매우 낮고, 박막 밀도가 높으며 증착 온도를 낮출 수 있는 특징이 있다.
상기 원자층증착방법은 웨이퍼 표면에서 반응물질의 표면 포화 반응(surface saturated reaction)에 의한 화학적 흡착과 탈착 과정을 이용하여 단원자층을 형성하는 방법으로서, 원자층 수준에서 막 두께의 제어가 가능한 박막 증착 방법이다.
그러나 이러한 원자층증착방법의 경우, 적절한 전구체와 반응체의 선택이 어렵고, 소스가스들의 공급과, 퍼지 및 배기 시간 등에 의해 공정속도가 현저하게 느려지기 때문에 생산성이 저하되며, 잉여 탄소 및 수소에 의하여 박막의 특성이 크게 저하되는 문제점이 있다.
상기 원자층증착방법과 달리, 열화학기상증착(thermal chemical vapor deposition, TCVD) 및 플라즈마화학기상증착(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)을 이용한 실리콘화합물 박막의 증착은 원자층증착방법에 비해 박막 증착 속도가 매우 빠르다. 그러나 박막에 핀홀이 많고 부산물(by-products) 및 입자(particle) 생성 등의 문제가 발생할 수 있어서 주로 고온에서 박막생성을 진행하기 때문에 플라스틱 필름 같은 기재에는 적용하기 어려운 단점이 있다.
이와 관련하여, 대한민국 공개특허 제10-2014-0140524호에는, 원자층증착공정을 이용하여 기판에 박막을 형성할 때 소스가스의 배기를 위한 노즐부를 더 구비함으로써 입자 생성을 최소화하여 양질의 박막을 증착할 수 있는 박막증착장치에 관하여 개시하고 있다.
본원은 금속산화물 박막의 증착 방법, 및 상기 금속산화물 박막의 제조 장치를 제공하고자 한다.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본원의 제 1 측면은, 기재를 다성분의 소스가스 및 반응가스를 이용하여 플라즈마 처리하는 것; 및, 상기 다성분의 소스가스 및 상기 반응가스가 상기 기재의 표면에서 반응하여 상기 기재 상에 금속산화물 박막을 형성하는 것을 포함하며, 상기 다성분의 소스가스 및 상기 반응가스의 플라즈마 처리는 각각 독립된 플라즈마 모듈에서 수행되는 것이고, 상기 다성분의 소스가스는 상기 소스가스의 성분에 따라 각각 독립된 플라즈마 모듈에서 플라즈마 처리가 수행되는 것인, 금속산화물 박막의 증착 방법을 제공한다.
본원의 제 2 측면은, 기재가 로딩되는 기재 로딩부; 상기 기재 로딩부에 결합되어 상기 기재를 교번하며 이동시키는 기재 수송부; 상기 기재 수송부의 하단에 구비되어 상기 기재를 가열하는 기재 가열부; 및, 상기 기재에 금속산화물 박막을 형성하는 금속산화물 박막 증착부를 포함하며, 상기 금속산화물 박막 증착부는 소스가스의 성분마다 각각 독립된 복수의 소스 플라즈마 모듈 및 복수의 반응 플라즈마 모듈을 포함하고, 상기 기재 수송부가 상기 소스 플라즈마 모듈 및 상기 반응 플라즈마 모듈을 교번하며 이동하여 상기 기재 상에 금속산화물 박막이 증착되는 것인, 금속산화물 박막의 제조 장치를 제공한다.
전술한 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 기재 상에 소스가스의 종류에 따라 각각 분리된 플라즈마 모듈을 이용하여 플라즈마 처리를 수행함으로써 3 성분 이상의 금속산화물 박막의 제조 시 조성비의 제어가 용이하다. 또한, 본원의 일 구현예에 따른 증착 방법 및 제조 장치는, 스캔방식의 화학증착방법(CVD)을 이용함으로써 약 350℃ 이하 저온의 공정 온도에서 낮은 수소량, 낮은 핀홀 밀도, 높은 박막 밀도 등의 우수한 특성을 나타내는 금속산화물 박막을 제조할 수 있고, 공정 중 파티클이 적어 균일한 박막을 제조할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따른 금속산화물 박막의 증착 방법 및 제조 장치는, 3 성분 이상의 다성분 금속산화물 및 금속질화물 박막의 연속 증착 및/또는 교열 증착이 가능하다. 더불어, 본원의 일 구현예에 따른 금속산화물 박막의 증착 방법 및 제조 장치는 그 설비구성이 단순하고, 변형이 쉬워 적용범위가 넓으며, 롤투롤 및 대형 박막 증착 설비에 적용이 가능하다.
도 1은 본원의 일 구현예에 따른 금속산화물 박막의 제조 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본원의 일 구현예에 따른 금속산화물 박막의 제조 장치를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본원의 일 구현예에 따른 금속산화물 박막의 제조 장치를 나타낸 개략도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~ 를 위한 단계”를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합(들)”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, “A 및/또는 B”의 기재는 “A 또는 B, 또는 A 및 B”를 의미한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 제 1 측면은, 기재를 다성분의 소스가스 및 반응가스를 이용하여 플라즈마 처리하는 것; 및, 상기 다성분의 소스가스 및 상기 반응가스가 상기 기재의 표면에서 반응하여 상기 기재 상에 금속산화물 박막을 형성하는 것을 포함하며, 상기 다성분의 소스가스 및 상기 반응가스의 플라즈마 처리는 각각 독립된 플라즈마 모듈에서 수행되는 것이고, 상기 다성분의 소스가스는 상기 소스가스의 성분에 따라 각각 독립된 플라즈마 모듈에서 플라즈마 처리가 수행되는 것인, 금속산화물 박막의 증착 방법을 제공한다.
본원의 일 구현예에 따른 금속산화물 박막의 증착 방법은 상기 소스가스의 종류에 따라 분리된 플라즈마 모듈을 사용함으로써 3 성분 이상의 금속산화물 박막의 증착 시, 각각의 소스가스의 조성비를 제어할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 다성분의 소스가스는 Ga, In, Zn, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 3 성분 이상의 금속을 함유하는 전구체를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 다성분의 소스가스는 불활성 기체를 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 불활성 기체는 Ar, He, Ne, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 기재를 플라즈마 처리하는 것은, 상기 다성분의 소스가스의 성분에 따른 각각의 상기 소스가스 및 상기 반응가스의 플라즈마 모듈에서 상기 플라즈마 처리가 동시에 또는 교번하여 약 1 회 이상 반복되어 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 플라즈마 처리를 각각의 소스가스 성분마다 약 1 회 이상 반복함으로써 상기 기재 상에 금속산화물 박막을 형성할 수 있고, 예를 들어, 약 n 회(n은 1 이상의 정수임)이상 반복하여 상기 플라즈마 처리를 수행할 경우, n 층의 금속산화물 박막을 형성할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 다성분의 소스가스 및 상기 반응가스의 플라즈마 처리는 상기 소스가스의 성분마다 독립된 플라즈마 모듈에서 동시에 또는 교번하여 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 다성분의 소스가스 및 상기 반응가스의 플라즈마 처리가 상기 소스가스의 성분마다 독립된 플라즈마 모듈에서 동시에 수행될 경우, 기재 상에 금속산화물이 혼합된 구조로서 박막이 형성되고, 상기 다성분의 소스가스 및 상기 반응가스의 플라즈마 처리가 상기 소스가스의 성분마다 독립된 플라즈마 모듈에서 교번하여 수행될 경우, 기재 상에 각각의 소스가스에 해당되는 금속 산화물 박막이 적층 또는 혼합된 구조로 형성된다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 기재 상에 상기 플라즈마 처리를 약 n 회 이상 반복하여 수행하는 동안, 상기 플라즈마 처리에 사용되는 상기 소스가스 및 상기 반응가스는 박막을 증착하기 전에 각각의 상기 소스가스 성분에 따른 플라즈마 모듈에서 각각의 조성비를 제어하기 때문에 증착 과정에서 별도의 소스가스의 종류 및 조성비를 조절할 필요가 없이 원하는 조성비의 금속산화물 박막을 증착시킴으로써 증착 속도를 개선할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 반응가스는 N2, H2, O2, N2O, NH3, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 기재를 약 350℃ 이하의 온도에서 가열하는 것을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 기재를 약 350℃ 이하, 약 300℃ 이하, 약 200℃ 이하, 또는 약 100℃ 이하의 온도에서 가열하는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속산화물 박막의 두께는 약 5 nm 내지 약 1,000 nm인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 금속산화물 박막의 두께는 약 5 nm 내지 약 1,000 nm, 약 5 nm 내지 약 900 nm, 약 5 nm 내지 약 800 nm, 약 5 nm 내지 약 700 nm, 약 5 nm 내지 약 600 nm, 약 5 nm 내지 약 500 nm, 약 5 nm 내지 약 400 nm, 약 5 nm 내지 약 300 nm, 약 5 nm 내지 약 200 nm, 약 5 nm 내지 약 100 nm, 약 100 nm 내지 약 1,000 nm, 약 200 nm 내지 약 1,000 nm, 약 300 nm 내지 약 1,000 nm, 약 400 nm 내지 약 1,000 nm, 약 500 nm 내지 약 1,000 nm, 약 600 nm 내지 약 1,000 nm, 약 700 nm 내지 약 1,000 nm, 약 800 nm 내지 약 1,000 nm, 또는 약 900 nm 내지 약 1,000 nm인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속산화물 박막의 최적의 두께는 약 10 nm 내지 약 20 nm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 제 2 측면은, 기재가 로딩되는 기재 로딩부; 상기 기재 로딩부에 결합되어 상기 기재를 교번하며 이동시키는 기재 수송부; 상기 기재 수송부의 하단에 구비되어 상기 기재를 가열하는 기재 가열부; 및, 상기 기재에 금속산화물 박막을 형성하는 금속산화물 박막 증착부를 포함하며, 상기 금속산화물 박막 증착부는 소스가스의 성분마다 각각 독립된 복수의 소스 플라즈마 모듈 및 복수의 반응 플라즈마 모듈을 포함하고, 상기 기재 수송부가 상기 소스 플라즈마 모듈 및 상기 반응 플라즈마 모듈을 교번하며 이동하여 상기 기재 상에 금속산화물 박막이 증착되는 것인, 금속산화물 박막의 제조 장치를 제공한다.
도 1은 본원의 일 구현예에 따른 금속산화물 박막의 제조 장치를 나타낸 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본원의 일 구현예에 따른 금속산화물 박막의 제조 장치는 기재(10), 기재 로딩부(100), 기재 수송부(200), 기재 가열부(300), 박막 증착부(400)를 포함한다.
먼저, 상기 기재 로딩부(100)에 기재(10)를 로딩시킨다. 상기 기재(10)는 일반적으로 반도체 소자용으로 사용되는 기재로서, 석영, 유리, 실리콘, 폴리머, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 기재 수송부(200)는 상기 기재 로딩부(100)에 결합되어 상기 기재(10)를 이동시킨다. 이때 상기 기재(10)의 이동 방향은 선형 또는 비선형의 경로로 교번 이동하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 기재(10)에 금속산화물 박막을 형성하는 박막 증착부(400)를 포함하며, 상기 박막 증착부(400)는 복수의 플라즈마 모듈을 포함한다. 상기 각각의 플라즈마 모듈은 반응 플라즈마 모듈 및 소스 플라즈마 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 각각 다른 소스가스인 소스 1, 소스 2, 소스 3이 상기 각각의 플라즈마 모듈에 따른 상기 소스 플라즈마 모듈에 분리되어 주입될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 금속산화물 박막의 형성 시 사용되는 소스가스의 종류가 n 개일 경우, 상기 플라즈마 모듈 또한 n 개의 플라즈마 모듈을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 소스 플라즈마 모듈 및 상기 반응 플라즈마 모듈은 플라즈마를 발생시키기 위한 전극을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 소스 플라즈마 모듈 및 반응 플라즈마 모듈은 각각 상이한 소스가스 및 상이한 반응가스를 포함할 수 있으며, 상기 소스가스 및 상기 반응가스를 플라즈마 상태로 단시간 동안 기재(10) 상에 주입하고, 배기할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 소스 플라즈마 모듈에서 Ga, In, Zn, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 3 성분 이상의 금속을 함유하는 전구체 및 불활성 기체를 플라즈마 처리하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 반응 플라즈마 모듈에서 N2, H2, O2, N2O, NH3, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 반응가스를 플라즈마 처리하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 각각 상기 소스 플라즈마 모듈 및 상기 반응 플라즈마 모듈에 의해 상기 기재에 소스가스 및 반응가스가 공급될 경우, 각각의 성분마다 조절된 조성비에 따른 상기 소스가스 및 상기 반응가스는 상기 기재의 표면에서 물리적 또는 화학적 반응에 의하여 상기 기재 상에 금속산화물 박막이 형성되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 기재 가열부에 의해서 상기 기재의 온도를 조절하여 상기 기재의 표면에서 상기 소스가스와 상기 반응가스의 화학 반응을 유도시킬 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 박막 증착부로부터 플라즈마 처리를 수행할 경우, 상기 플라즈마 처리는 소스 플라즈마 모듈 및 반응 플라즈마 모듈로부터 동시에 또는 교번하여 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 소스 플라즈마 처리 및 상기 반응 플라즈마 처리를 각각 독립된 반응기로부터 동시에 수행할 경우, 기재 상에 금속산화물 박막이 서로 혼합된 구조로 형성되고, 예를 들어, 상기 소스 플라즈마 처리 및 상기 반응 플라즈마 처리를 각각 독립된 반응기로부터 교번하여 수행할 경우, 기재 상에 무기박막이 적층된 구조로 형성된다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 기재 가열부(300)는 상기 기재(10)의 온도를 조절하여 상기 기재(10)의 표면에서 금속산화물 박막의 증착 시, 상기 기재(10) 온도를 상기 소스가스의 열분해 온도 이하로 유지시켜준다. 상기 소스가스의 열분해 온도 보다 기재의 온도가 낮을수록 상기 기재에 상기 소스가스가 더 많이 흡착될 수 있으며, 예를 들어, 상기 소스가스는 약 100℃ 내지 약 700℃의 열분해 온도를 가진다. 그러나, 반도체 소자용 박막 증착의 경우, 기재 내 불순물 확산을 감소시키기 위하여, 약 350℃ 이하의 온도가 바람직하다. 예를 들어, 상기 기재 가열부(300)에 의해 조절되는 상기 기재(10)의 온도는 약 350℃ 이하, 약 300℃ 이하, 약 200℃, 또는 약 100℃ 이하일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속산화물 박막의 제조 장치에 의해 증착된 금속산화물 박막의 두께는 약 5 nm 내지 약 1,000 nm인 금속산화물 박막이 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 금속산화물 박막의 두께는 약 5 nm 내지 약 1,000 nm, 약 5 nm 내지 약 900 nm, 약 5 nm 내지 약 800 nm, 약 5 nm 내지 약 700 nm, 약 5 nm 내지 약 600 nm, 약 5 nm 내지 약 500 nm, 약 5 nm 내지 약 400 nm, 약 5 nm 내지 약 300 nm, 약 5 nm 내지 약 200 nm, 약 5 nm 내지 약 100 nm, 약 100 nm 내지 약 1,000 nm, 약 200 nm 내지 약 1,000 nm, 약 300 nm 내지 약 1,000 nm, 약 400 nm 내지 약 1,000 nm, 약 500 nm 내지 약 1,000 nm, 약 600 nm 내지 약 1,000 nm, 약 700 nm 내지 약 1,000 nm, 약 800 nm 내지 약 1,000 nm, 또는 약 900 nm 내지 약 1,000 nm인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속산화물 박막의 최적의 두께는 약 10 nm 내지 약 20 nm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 도 2에 나타낸 바와 같이, 금속산화물 박막의 제조 장치의 박막 증착부(400)로서, 예를 들어, 소스가스가 3 성분을 포함하는 경우, 각각의 소스가스의 성분에 따라 분리된 제 1 소스 플라즈마 모듈(421), 제 1 반응 플라즈마 모듈(411), 제 2 소스 플라즈마 모듈(422), 제 2 반응 플라즈마 모듈(412), 제 3 소스 플라즈마 모듈(423), 및 제 3 반응 플라즈마 모듈(413)을 포함하며, 하나의 반응 플라즈마 모듈의 양측에 동일한 소스가스를 사용하는 두 개의 소스 플라즈마 모듈을 포함한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 도 3에 나타낸 바와 같이, 금속산화물 박막의 제조 장치의 박막 증착부(400)로서, 예를 들어, 소스가스가 3 성분을 포함하는 경우, 상기 도 2의 장치와 같이, 각각의 소스가스의 성분에 따라 분리된 제 1 소스 플라즈마 모듈(421), 제 1 반응 플라즈마 모듈(411), 제 2 소스 플라즈마 모듈(422), 제 2 반응 플라즈마 모듈(412), 제 3 소스 플라즈마 모듈(423), 및 제 3 반응 플라즈마 모듈(413)을 포함하며, 하나의 소스 플라즈마 모듈의 양측에 동일한 반응가스를 사용하는 두 개의 반응 플라즈마 모듈을 포함한다.
상기 도 2 또는 도 3의 제조 장치에 의해 금속산화물 박막을 증착할 경우, 플라스틱 또는 유리 기재(10) 상에 제 1 소스 플라즈마 모듈(421), 제 2 소스 플라즈마 모듈(422), 및 제 3 소스 플라즈마 모듈(423)에는 소스가스로서 각각 Ga, In, 및 Zn 전구체를 주입하고, 상기 제 1 반응 플라즈마 모듈(411), 제 2 반응 플라즈마 모듈(412), 및 제 3 반응 플라즈마 모듈(413)에는 반응가스로서 각각 N2O 또는 O2를 주입하여 기재 수송부(200)에 의해 기재를 이동시키며 플라즈마 처리를 수행함으로써 상기 기재(10) 상에 Ga:In:Zn 산화물 박막이 형성된다. 이때 상기 소스가스는 각 성분마다 제어된 조성비로서 증착시킬 수 있다.
본원에 따른 금속산화물 박막의 제조 장치는, 도 1 내지 도 3에 도시된 제조 장치뿐만 아니라, 이를 변형 및/또는 혼합하여 적용 가능하며, 소스가스의 종류에 따른 각각의 분리된 소스 플라즈마 모듈을 이용하여 기재 상에 플라즈마 처리를 수행함으로써 3 성분 이상의 금속산화물 박막의 제조 시 조성비의 제어가 용이하다.
또한, 도시되지는 않았지만, 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속산화물 박막의 제조 장치는 제어부를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 제어부는 상기 초슬림 구조의 박막 증착 장치의 기재 로딩부, 기재 수송부, 기재 가열부, 및 박막 증착부와 결합되어 상기 박막의 제조 시 요구되는 조건을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부는 상기 박막의 증착 시 반응 플라즈마 및 소스 플라즈마의 주입 시간, 강도, 파장, 및 듀티 사이클(duty cycle) 등의 조절이 가능할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 기재
100: 기재 로딩부
200: 기재 수송부
300: 기재 가열부
400: 박막 증착부
411: 제 1 반응 플라즈마 모듈
412: 제 2 반응 플라즈마 모듈
413: 제 3 반응 플라즈마 모듈
421: 제 1 소스 플라즈마 모듈
422: 제 2 소스 플라즈마 모듈
423: 제 3 소스 플라즈마 모듈

Claims (4)

  1. 기재가 로딩되는 기재 로딩부;
    상기 기재 로딩부에 결합되어 상기 기재를 교번하며 이동시키는 기재 수송부;
    상기 기재 수송부의 하단에 구비되어 상기 기재를 가열하는 기재 가열부; 및
    상기 기재에 금속산화물 박막을 형성하는 금속산화물 박막 증착부를 포함하며,
    상기 금속산화물 박막 증착부는 소스가스의 성분마다 각각 독립된 복수의 소스 플라즈마 모듈 및 복수의 반응 플라즈마 모듈을 포함하고,
    상기 소스 플라즈마 모듈 및 상기 반응 플라즈마 모듈은 각각 소스가스 및 반응가스를 포함하고, 상기 소스가스 및 상기 반응가스를 플라즈마 상태로 상기 기재 상에 주입하는 것이며,
    상기 기재 수송부가 상기 소스 플라즈마 모듈 및 상기 반응 플라즈마 모듈을 교번하며 이동하여 상기 기재 상에 금속산화물 박막이 증착되는 것인, 금속산화물 박막의 제조 장치를 이용하여,
    상기 기재를 상기 다성분의 소스가스 및 상기 반응가스를 이용하여 플라즈마 처리하는 것; 및,
    상기 다성분의 소스가스 및 상기 반응가스가 상기 기재의 표면에서 반응하여 상기 기재 상에 금속산화물 박막을 형성하는 것
    을 포함하며,
    상기 다성분의 소스가스 및 상기 반응가스의 플라즈마 처리는 각각 독립된 플라즈마 모듈에서 수행되는 것이고,
    상기 다성분의 소스가스는 상기 소스가스의 성분에 따라 각각 상기 독립된 소스 플라즈마 모듈에서 플라즈마 처리가 수행되는 것이고,
    상기 기재가 상기 독립된 플라즈마 모듈 사이를 교번하여 이동하면서 상기 다성분의 소스가스에 의해 상기 금속산화물 박막이 형성되는 것이고,
    상기 다성분의 소스가스는 Ga, In, 및 Zn을 포함하는 3 성분의 금속을 함유하는 전구체를 포함하는 것이고,
    상기 기재를 플라즈마 처리하는 것은, 상기 다성분의 소스가스의 성분에 따른 각각의 상기 소스가스 및 상기 반응가스의 플라즈마 모듈에서 상기 플라즈마 처리가 동시에 또는 교번하여 1 회 이상 반복되어 수행되는 것이고,
    상기 다성분의 소스가스는 각각의 성분에 따른 상기 소스 플라즈마 모듈에서 각각의 조성비를 제어하는 것이며, 및
    상기 다성분의 소스가스는 불활성 기체를 추가 포함하는 것이고,
    상기 금속산화물 박막의 두께는 5 nm 내지 1,000 nm인 것인,
    금속산화물 박막의 증착 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 불활성 기체는 Ar, He, Ne, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 금속산화물 박막의 증착 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응가스는 N2, H2, O2, N2O, NH3, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 금속산화물 박막의 증착 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기재를 350℃ 이하의 온도에서 가열하는 것을 추가 포함하는, 금속산화물 박막의 증착 방법.
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