KR20170057350A

KR20170057350A - 성막 장치 및 성막 방법

Info

Publication number: KR20170057350A
Application number: KR1020177010174A
Authority: KR
Inventors: 마사토 곤
Original assignee: 도판 인사츠 가부시키가이샤
Priority date: 2014-09-19
Filing date: 2015-09-17
Publication date: 2017-05-24
Also published as: CN106715752A; WO2016043277A1; JP6669070B2; JPWO2016043277A1; TW201615885A; TWI667366B; EP3196337A1; US10422037B2; US20170183774A1; EP3196337A4; EP3196337B1; CN106715752B

Abstract

챔버 내의 각 존에 있어서 가스의 분포를 균일화하고, 성막 정밀도를 향상시킬 수 있는 성막 장치 및 성막 방법을 제공한다. 일 형태에 관한 성막 장치는 내부에 가스가 도입되는 복수의 존을 갖고, 적어도 어느 하나의 상기 존에 있어서의 상기 가스를 배출함과 함께 그 개구 상태가 개별로 조정 가능한 복수의 배기구를 구비하는 챔버와, 상기 챔버의 내부에서 기재를 이동시켜 복수의 상기 존을 통과시키는 반송부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

성막 장치 및 성막 방법 {FILM-FORMATION DEVICE AND FILM-FORMATION METHOD}

본 발명은 성막 장치 및 성막 방법에 관한 것이다.

성막 방법으로서, 예를 들어 원자층 퇴적법이 제안되어 있다. ALD(ALD: Atomic Layer Deposition)법이라고 불리는 원자층 퇴적법은 표면에 흡착한 물질을 표면에 있어서 화학 반응시킴으로써 원자 레벨로 1층씩 성막해 가는 방법이다. 전구체(프리커서라고도 함)라고 불리는 활성이 풍부한 가스와 반응성 가스를 교대로 사용하여, 기판 표면에 있어서의 흡착과 당해 흡착에 이어지는 화학 반응에 의해 원자 레벨로 1층씩 박막을 성장시켜 간다. 반응성 가스도 ALD법에서는 전구체라고 불린다.

구체적으로는, 표면 흡착에 있어서 표면이 어떤 종류의 가스로 덮이면 그 이상 그 가스의 흡착이 발생하지 않는 자기 제한(self-limiting) 효과를 이용하여, 표면이 전구체를 1층 흡착했을 즈음에 미반응의 전구체를 배기한다. 계속해서 반응성 가스를 도입하여 선행의 전구체를 산화 또는 환원하여 원하는 조성을 갖는 박막을 1층 얻은 후 반응성 가스를 배기한다. 이것을 1사이클로 하여 이 사이클을 반복하고, 1사이클에 1층씩 쌓아 올려, 박막을 성장시켜 간다. 따라서, ALD법에서는 박막은 이차원적으로 성장한다. ALD법에서는 성막 결함이 적은 것이 특징이고, 다양한 분야에 응용이 기대되고 있다.

이 ALD법에 있어서, 하나의 챔버에서 전구체의 공급과 배기를 반복하는 시간 분할형이라고 불리는 성막 장치 및 성막 방법이 제안되어 있다. 시간 분할형의 성막 장치 및 성막 방법에서는 1사이클에 1층씩 원자 레벨의 박막을 성장시켜 가는 점에서, 성막 속도가 느리다는 문제가 있다.

이로 인해, 챔버를 몇 개의 존(영역)으로 분할하여 각각의 존에는 단일의 전구체 또는 퍼지 가스를 공급하고, 각 존 사이에서 기판을 왕래시키는 타입의 공간 분할형이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1). 이 공간 분할형의 ALD법에 의해 성막 속도는 크게 개선된다.

공간 분할형의 ALD법에서는 일반적으로, 챔버의 내부에 있어서 플렉시블 기판을 소정의 반송로를 따라 반송하고, 각 존 사이를 왕래시키는 일이 행해진다. 챔버에는, 예를 들어 가스를 공급하기 위한 공급구와 가스를 배출하기 위한 배기구가 각각의 존에 적어도 하나씩 형성되고, 가스의 공급과 배기에 의해 챔버 내에 원하는 농도로 가스를 분포시키고 있다.

국제 공개 제2007/112370호

그러나, 챔버 내에 있어서 가스의 분포에 치우침이 발생하면, 챔버 내의 각 존에 있어서 가스의 공급 부족이 되는 영역이 생기므로, 기판 표면 전체에 걸쳐서 전구체를 포화 흡착시키는 것이 곤란해진다. 이로 인해, 기판의 부위에 따라 막 두께에 차가 발생하는 원인이 된다.

본 발명의 일 형태에 관한 성막 장치는 내부에 가스가 도입되는 복수의 존을 갖고, 적어도 어느 하나의 상기 존에 있어서의 상기 가스를 배출함과 함께 그 개구 상태가 개별로 조정 가능한 복수의 배기구를 구비하는 챔버와, 상기 챔버의 내부에서 기재를 이동시켜 복수의 상기 존을 통과시키는 반송부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 일 형태에 관한 성막 방법은 내부에 가스가 도입되는 복수의 존을 갖고, 적어도 어느 하나의 상기 존에 있어서의 상기 가스를 배출함과 함께 그 개구 상태가 개별로 조정 가능한 복수의 배기구를 구비하는 챔버에 있어서, 복수의 상기 존에 가스를 도입하는 것과, 상기 챔버 내에 있어서 상기 기재를 이동시켜 복수의 상기 존을 통과시키는 것을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치 및 성막 방법에 의하면, 챔버 내의 각 존에 있어서 가스의 분포를 균일화하여, 성막 정밀도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 단면도.
도 2는 상기 성막 장치의 도 1의 II-II'에 따르는 단면도.
도 3은 상기 성막 장치의 도 1의 III-III'에 따르는 단면도.
도 4는 상기 성막 장치의 개구 조정 기구를 도시하는 측면도.
도 5는 상기 개구 조정 기구의 단면도.

[실시 형태]

이하, 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치(1)에 대해, 도 1 내지 5를 참조하여 설명한다. 도 1은 제1 실시 형태에 관한 성막 장치(1)를 도시하는 단면도이고, 챔버(20) 내부의 정면에서 본 구성을 도시한다. 도 2는 도 1 중 II-II'선을 따르는 단면도이고 챔버(20) 내의 측면에서 본 구성을 도시한다. 도 3은 도 1의 III-III'선을 따르는 단면도이고, 챔버(20) 내부의 평면에서 본 구성을 도시한다. 도 4 및 도 5는 개구 조정 기구를 각각 도시하는 측면도 및 단면도이다. 도면 중 화살표 X, Y, Z는 서로 직교하는 3방향을 나타내고 있다. 각 도면에 있어서 설명을 위해, 적절히 구성을 확대, 축소 또는 생략하여 나타내고 있다.

도 1 내지 도 3에 도시하는 성막 장치(1)는 원자층 퇴적법(ALD: Atomic Layer Deposition)을 사용하여, 기재 상에 박막을 형성하는 ALD 성막 장치(1)이다. 성막 장치(1)는 챔버(20)의 내부가 복수로 분할되고, 각각의 존(Z1 내지 Z3)에 단일의 전구체 또는 퍼지 가스를 공급하여, 각 존(Z1 내지 Z3) 사이에 기판을 왕래시키는 타입의 공간 분할형이다.

본 실시 형태에서는 기재로서, 일정한 폭(Y방향 치수) W1 및 두께 t1을 갖는 플렉시블 기판(10)을 사용한다. 기재의 재료는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 플라스틱 필름, 플라스틱 시트, 금속박, 금속 시트, 종이, 부직포 등의 가요성의 재료에서 선택된다. 기재의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 10㎛ 이상 1000㎛ 이하의 두께를 갖는 기재가 사용된다.

플렉시블 기판(10)은 그 폭에 대해 두께가 작은 가요성을 갖는 시트이고, 챔버(20)의 일단부측에 설치된 공급실(41)로부터 공급되어, 챔버(20)의 타단부측에 설치된 회수실(42)을 향하여, 분할된 복수의 존(Z1, Z2, Z3) 사이를 복수회 왕복하는 주행 경로 P를 따라 이동한다. 반송의 방식으로서는, 롤 형상으로 권회된 시트 형상의 플렉시블 기판(10)을, 공급 롤(31)로부터 권출하고, 반송하면서 성막을 행하고, 별도의 회수 롤(34)에 권취하는, 소위 롤 투 롤 방식을 사용한다.

성막 장치(1)는 그 내부에 복수의 존(Z1, Z2, Z3)을 갖는 챔버(20)와, 소정의 주행 경로 P를 따라 플렉시블 기판(10)을 반송하는 반송부(30)와, 각 부의 동작을 제어하는 제어부(50)를 구비하고 있다.

챔버(20)는 각각 직사각 형상으로 형성된 상하벽(21a, 21b), 측벽(21c, 21d, 21e, 21f)을 구비하고, 이들 벽(21a 내지 21f)으로 둘러싸인 직육면체 형상의 내부 공간을 형성하고 있다. 챔버(20)의 하나의 측벽(21c)과 이것에 대향하는 측벽(21d)에 인접하여 공급실(41)과 회수실(42)이 설치되어 있다.

챔버(20) 내에는 Z방향에 있어서 2개소에, XY면을 따르는 면을 이루는 격벽(22, 23)이 각각 설치되어 있다. 한쪽 격벽(22)은 제1 존(Z1)과 제3 존(Z3)을 구획하고, 다른 쪽 격벽(23)은 제3 존(Z3)과 제2 존(Z2)을 구획한다. 이 격벽(22, 23)에 의해, 챔버(20) 내가 Z방향으로 3분할되어 있다.

챔버(20)는 제1 전구체 가스가 도입되는 제1 진공기실을 형성하는 제1 존(Z1)과, 제2 전구체 가스가 도입되는 제2 진공기실을 형성하는 제2 존(Z2)과, 제1 존(Z1)과 제2 존(Z2) 사이에 개재함과 함께 퍼지 가스가 도입되는 제3 진공기실을 형성하는 제3 존(Z3)으로 구획된다.

제1 존(Z1)에 도입되는 제1 전구체는 목적의 퇴적 재료에 맞추어 적절히 선택된다. 예를 들어, 플렉시블 기판(10)에 퇴적되는 재료(목적의 퇴적 재료)가 산화알루미늄인 경우는, 트리메틸알루미늄 등이 사용된다.

제2 존(Z2)에 도입되는 제2 전구체는 목적의 퇴적 재료에 맞추어 적절히 선택된다. 예를 들어, 목적의 퇴적 재료가 산화알루미늄인 경우는, 물, 오존, 과산화수소, 원자상 산소 등이 사용된다.

제3 존(Z3)에 도입되는 퍼지 가스로서, 불활성 가스를 사용한다. 불활성 가스로서는, 질소, 헬륨, 아르곤 등에서 적절히 선택된 가스가 사용된다.

격벽(22, 23)에는 플렉시블 기판(10)이 통과하기 위한 슬릿 형상의 통과구(22a, 23a)가 복수 형성되어 있다. 통과구(22a, 23a)는 격벽(22, 23)을 Z방향으로 관통한다. 본 실시 형태에서는 6왕복하는 주행 경로 P에 대응하여 11개의 통과구(22a, 23a)가 각각 형성되어 있다.

주행 경로 P는 제1 존(Z1)과 제2 존(Z2)에 있어서 각각 꺾이는 만곡 경로와, 제1 존(Z1)의 만곡 경로와 제2 존의 만곡 경로 사이를 접속함과 함께 Z방향을 따르는 직선 경로를, 각각 X방향으로 복수 병렬하여 구비하고, 지그재그 형상을 이루고 있다. 주행 경로 P는 제1 존(Z1)과 제2 존(Z2) 사이를 복수회 왕복함으로써, 제1 존(Z1), 제3 존(Z3), 제2 존(Z2)을 순서대로 통과한 후 다시 제3 존으로 복귀되는 1사이클을, 복수회 반복한다.

챔버(20)의 Y방향 일단부측의 측벽(21e)에는 공급구(24)가 형성되어 있다. 공급구(24)는 제1 존(Z1)에 형성된 제1 전구체 가스 공급용의 공급구(24a)와, 제2 존(Z2)에 형성된 제2 전구체 가스 공급용의 공급구(24b)를 구비한다. 공급구(24a, 24b)는 주행하는 플렉시블 기판(10)의 폭 방향에 있어서의 일방측에 위치한다. 공급구(24a, 24b)는 가스의 공급부인 공급실(29)에 연통하고 있다. 이 공급구(24a, 24b)로부터 챔버(20) 내에 가스가 공급된다. 공급구(24a, 24b)는 제1 존(Z1) 및 제2 존(Z2)에 있어서, 존(Z1, Z2)을 복수회 통과하는 주행 경로 P에 대응하여 복수 형성되어 있다.

본 실시 형태에서는, 공급구(24a, 24b)는 가이드 롤(32, 33) 사이에서 X방향으로 복수 병렬로 배치되는 직선 형상 경로에 있어서의 기재(10)의 양면(10a, 10b)에 대응하여 각각 형성되고, 총 12개의 공급구(24a, 24b)가 X방향으로 병렬로 배치되어 있다. 제1 존(Z1)의 공급구(24a)를 통해 제1 존(Z1)에 제1 전구체 가스가 도입되고, 제2 존(Z2)의 공급구(24b)를 통해 제2 존(Z2)에 제2 전구체 가스가 도입된다.

챔버(20)의 Y방향 타단부측의 측벽(21f)에는 복수의 배기구(25)가 형성되어 있다. 배기구(25)는, 제1 존(Z1)에 형성되어 제1 전구체 가스를 배출하는 배기구(25a)와, 제2 존(Z2)에 형성되어 제2 전구체 가스를 배출하는 배기구(25b)를 구비한다. 배기구(25)는 주행하는 플렉시블 기판(10)의 폭 방향(Y방향)에 있어서의 타방측에 위치한다. 배기구(25a, 25b)는 배기부인 진공 펌프(28)에 접속되어 있다. 진공 펌프(28)의 동작에 의해 배기구(25a, 25b)를 통해 챔버(20) 내의 가스가 챔버(20)의 외부로 배출된다. 배기구(25)는 제1 존(Z1) 및 제2 존(Z2)을 복수회 통과하는 주행 경로 P에 대응하여 복수 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 배기구(25)는 가이드 롤(32, 33) 사이에서 X방향으로 병렬로 배치되는 복수의 직선 경로에 있어서의 기재의 양면(10a, 10b)에 대응하여 각각 형성되고, 총 12개의 배기구(25)가 X방향으로 병렬로 배치되어 있다. 즉, 제1 존(Z1)의 배기구(25a)를 통해 제1 존(Z1)으로부터 제1 전구체 가스가 외부로 배출된다. 제2 존(Z2)의 배기구(25b)를 통해 제2 존(Z2)으로부터 제2 전구체 가스가 외부로 배출된다.

각 배기구(25a, 25b)는 개구 조정 기구(27)를 구비하고, 그 개구 상태가 각각 독립하여 조정 가능하게 구성되어 있다. 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 개구 조정 기구(27)는, 예를 들어 배기구(25a, 25b)의 개구의 일부를 차단함으로써 개구율을 가변하는 셔터(27a)를 갖는 셔터 기구를 갖고 있다. 이 외에, 개구 조정 기구(27)로서, 개폐에 의해 가스의 컨덕턴스를 바꾸는 나비 밸브 기구 등도 사용할 수 있다. 이 개구 조정 기구(27)에 의해 복수의 배기구(25a, 25b)의 개구율을 각각 독립하여 조정함으로써, 가스의 컨덕턴스를 조정하고, 가스의 흐름을 제어함으로써, 가스 농도를 조정할 수 있다.

또한, 제1 존(Z1) 및 제2 존(Z2)의 가스는 배기구(25a, 25b)를 통해 각각 진공 펌프(28)에 의해 배기된다. 제3 존(Z3) 내의 압력은 제1 존(Z1) 및 제2 존(Z2)의 압력보다 높게 유지되어 있다. 이로 인해, 제1 존(Z1) 및 제2 존(Z2)에 각각 도입되는 제1 전구체 가스 및 제2 전구체 가스는 제3 존(Z3)에 확산되기 어려운 조건 하에 유지되어 있다.

반송부(30)는 공급실(41)에 설치된 공급 롤(31)과, 챔버(20) 내의 제1 존(Z1)에 배열된 복수의 제1 가이드 롤(32)과, 챔버(20) 내의 제2 존에 배열된 복수의 제2 가이드 롤(33)과, 회수실(42)에 설치된 회수 롤(34)을 구비하고 있다.

공급 롤(31)은 원기둥 형상 또는 원통 형상이며, Y방향을 따르는 회전축(31a)을 갖고 있다. 공급 롤(31)의 외주면에는 성막 처리 전의 플렉시블 기판(10)이 권회되어 있다. 공급 롤(31)이 제어부(50)의 제어에 의해 회전함으로써, 도면 중 화살표 방향으로 플렉시블 기판(10)을 풀어낸다.

회수 롤(34)은 원기둥 형상 또는 원통 형상이며, Y방향을 따르는 회전축(34a)을 갖고 있다. 회수 롤(34)은 제어부(50)의 제어에 의해 축 주위로 회전함으로써, 성막 처리 후의 플렉시블 기판(10)을 그 외주면에 감아, 회수한다.

제1 가이드 롤(32) 및 제2 가이드 롤(33)은 원기둥 형상 또는 원통 형상이며, Y방향을 따르는 회전축(32a, 33a)을 갖고 있다. 제1 가이드 롤(32) 및 제2 가이드 롤(33)은 챔버(20) 내의 Z방향 양단부 부분에 있어서, 각각 X방향으로 복수 병렬로 배치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 제1 가이드 롤(32) 및 제2 가이드 롤(33)은 각각 6개씩 X방향으로 배열하여 설치되어 있다. 제1 가이드 롤(32) 및 제2 가이드 롤(33)의 회전축(32a, 33a)은 그 단부가 챔버(20)의 측벽(21e, 21f)에 회전 가능하게 지지되어 있다.

X방향에 있어서, 인접하는 제1 가이드 롤(32)의 중간 위치에 각각 대향하는 위치에, 제2 가이드 롤(33)이 배치되어 있다. 즉, X방향에 관하여, 제1 가이드 롤(32)과 제2 가이드 롤(33)은 교대로 위치하고 있다. 제1 가이드 롤(32) 및 제2 가이드 롤(33)에는 플렉시블 기판(10)의, 예를 들어 폭 방향의 양단부를 클립으로 끼움 지지하는 클립식 끼움 지지 기구가 각각 설치되어 있다.

Z방향에 있어서의 양단부에서, 제1 가이드 롤(32)과 제2 가이드 롤(33)의 외주면에 교대로 플렉시블 기판(10)이 권회됨으로써, 플렉시블 기판(10)의 진행 방향이 변환되고, 즉 플렉시블 기판(10)이 만곡하여 꺾인다. 따라서, X방향에 있어서 인접하는 주행 경로 P끼리의 진행 방향은 역방향이 된다. 플렉시블 기판(10)은 챔버(20) 내에 있어서, 제1 가이드 롤(32)과 제2 가이드 롤(33)의 외주면에 교대로 걸리고, 지그재그의 주행 경로 P를 따라 안내되고, 제1 존(Z1) 및 제2 존(Z2)을 각각 복수회 통과하도록 왕복하면서 반송된다.

플렉시블 기판(10)이 제1 및 제2 존(Z2)을 통과하는 횟수, 즉 왕복수는 원하는 막 두께를 얻기 위해 필요한 원자층을 플렉시블 기판(10)의 표면에 퇴적할 수 있는 사이클수와 동수로 설계되어 있다.

플렉시블 기판(10)은 X방향 일단부측의 공급 롤(31)로부터 권출되어, 제1 가이드 롤(32)과 제2 가이드 롤(33)에 안내되어 지그재그 형상의 주행 경로 P를 따라 진행되고, X방향 타단부측의 회수 롤(34)에 권취된다.

이하, 본 실시 형태에 관한 성막 장치(1)를 사용한 성막 방법에 대해 설명한다. 본 실시 형태에 관한 성막 방법은 공간 분할형의 ALD 성막 방법이며, 전구체 또는 프리커서라고 불리는 활성이 풍부한 가스와, 전구체라고 불리는 반응성 가스를 교대로 사용하여, 기판 표면에 있어서의 흡착과 이 흡착에 이어지는 화학 반응에 의해 원자 레벨로 1층씩 박막을 성장시켜 간다.

본 실시 형태에 관한 성막 방법은 배기구(25)의 개구 상태를 조정하는 조정 동작과, 챔버 내에 가스를 도입하는 도입 동작과, 소정의 주행 경로 P를 따라 플렉시블 기판(10)을 반송하는 반송 동작을 구비한다.

조정 동작으로서, 제어부(50)의 제어 혹은 수동에 의해, 개구 조정 기구(27)를 동작시킴으로써, 복수의 배기구(25)의 개구 상태를 개별적으로 조정한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 개구율을 증감시킴으로써, 가스의 컨덕턴스를 조정하고, 챔버(20) 내의 분포를 조정할 수 있다. 또한, 배기구(25a, 25b)의 컨덕턴스를 바꾸는 개구율은, 예를 들어 시뮬레이션에 의해, 혹은 성막과 평가를 반복함으로써 얻어지는 소정값으로 결정된다. 챔버(20)의 형상이나 존(Z1 내지 Z3)의 내부 구성, 또는 배기구(25a, 25b)의 위치에 따라 적절한 개구율은 각각의 배기구(25a, 25b)에 따라 바뀌므로, 각각 적절하게 조정된 개구율을 갖는 배기구(25a, 25b)를 사용한다. 이로 인해 제1 존(Z1)이라면 존 내의 각 부에 체류하는 전구체의 공간 분포를 균일화할 수 있고, 언더 도우즈에 의한 흡착량의 저하를 방지할 수 있다.

가스를 도입하는 동작으로서, 제어부(50) 또는 수동에 의해, 배기구(25)를 개방한 상태에서 진공 펌프(28)를 동작시켜 진공화를 행함과 함께, 공급구(24a, 24b)를 개방함으로써, 제1 가스를 제1 존(Z1)에, 제2 가스를 제2 존(Z2)에 각각 공급한다. 또한, 제3 존(Z3)에는 퍼지 가스를 공급한다.

이상에 의해, 제1 존(Z1) 내지 제3 존(Z3)에 가스가 도입됨과 함께, 각 존에 있어서의 가스의 농도, 압력 및 가스의 분포가 조정된다. 또한, 제3 존(Z3) 내의 압력은 제1 존(Z1) 내의 압력이나 제2 존(Z2) 내의 압력보다 높게 유지하도록 설정한다.

반송 동작으로서, 제어부(50)는 공급 롤(31), 회수 롤(34) 및 복수의 가이드 롤을 회전 동작시킨다. 플렉시블 기판(10)은 챔버(20)의 일단부측에 설치된 공급실(41)로부터 플렉시블 기판(10)을 공급하는 챔버(20)의 타단부측에 설치된 회수실(42)을 향하고, 분할된 복수의 존(Z1, Z2, Z3) 사이를 복수회 왕복하는 지그재그 형상의 주행 경로 P를 따라, 두께 방향으로 휨 변형시키면서 이동한다.

플렉시블 기판(10)의 반송 방향에 있어서의 일부분에 착안하면, 플렉시블 기판(10)은 공급 롤(31)로부터 권출되고, 먼저, 제1 존(Z1)으로 반송된다. 이때, 제1 전구체가 제1 존(Z1)에 도입되어 있으므로, 플렉시블 기판(10)이 제1 존(Z1)을 통과할 때에, 제1 전구체가 플렉시블 기판(10)의 양면에 흡착한다.

또한, 제1 존(Z1)에 있어서의 플렉시블 기판(10)의 반송 속도는 제1 존(Z1)을 플렉시블 기판(10)이 통과하는 시간이 포화 흡착 시간보다 길어지도록, 포화 흡착 시간과 통과 거리로부터 산출된다.

계속해서 플렉시블 기판(10)은 격벽(22)에 형성된 통과구(22a)를 통해 제3 존(Z3)으로 반송된다. 그리고, 주행 경로 P를 따라 제3 존(Z3)을 통과하는 동안에, 플렉시블 기판(10)에 흡착한 잉여의 제1 전구체는 기화되고, 퍼지된다. 제3 존(Z3)에 있어서의 플렉시블 기판(10)의 반송 속도는 충분한 퍼지 시간이 얻어지도록, 통과 거리로부터 산출된다.

그 후, 플렉시블 기판(10)은 제3 존(Z3)과 제2 존(Z2) 사이에 배치된 구획의 격벽(23)에 형성한 통과구(23a)를 통해, 제2 존(Z2)으로 반송된다.

제2 존(Z2)에는 제2 전구체가 도입되어 있고, 플렉시블 기판(10)이 제2 존(Z2)을 통과하는 동안에, 플렉시블 기판(10)의 양면에 흡착한 제1 전구체 흡착물은 제2 전구체와 반응하여, 목적의 박막이 생성된다. 제2 존(Z2)에서 제1 전구체 흡착물과 제2 전구체가 반응한 후, 플렉시블 기판(10)은 제2 존(Z2)과 제3 존(Z3) 사이에 배치된 구획의 격벽(23)에 형성한 별도의 통과구(23a)를 통해, 다시 제3 존(Z3)으로 반송된다.

제2 존(Z2)에 있어서의 플렉시블 기판(10)의 반송 속도는 제2 존(Z2)을 플렉시블 기판(10)이 통과하는 시간이 반응 시간보다 길어지도록, 반응 시간과 통과 거리로부터 산출된다.

그 후, 플렉시블 기판(10)은 제3 존(Z3)과 제1 존(Z1) 사이에 배치된 구획의 격벽(22)에 형성한 통과구(22a)를 통해, 다시 제1 존(Z1)으로 반송된다.

이상의 공정이 원자층 퇴적의 1사이클이고, 이 1사이클의 공정에 의해 하나의 원자층이 플렉시블 기판(10) 상에 퇴적된다. 이 1사이클을 복수회 반복함으로써, 플렉시블 기판(10)의 표면에 원하는 막 두께의 원자층 퇴적막을 형성할 수 있다. 플렉시블 기판(10)의 표면에 원하는 막 두께의 원자층 퇴적막이 형성된 후, 플렉시블 기판(10)은 회수 롤(34)에 의해 권취된다.

또한, 상기 1사이클을 복수회 반복할 때, 플렉시블 기판(10)의 반송 속도는 전술한 제1 존(Z1), 제2 존(Z2) 및 제3 존(Z3)에 플렉시블 기판(10)을 노출시키기 위해 필요한 시간과, 플렉시블 기판(10)이 각 존을 통과하는 통과 거리로부터 산출한 반송 속도 중에서 가장 낮은 속도로 설정된다.

본 실시 형태에 관한 성막 장치(1) 및 성막 방법에 의하면, 이하와 같은 효과가 얻어진다. 즉, 개별로 개구 상태를 조정 가능한 배기구(25)를 제1 존(Z1) 및 제2 존(Z2)에 복수개 형성함으로써, 공급측과 배출측의 균형을 잡을 수 있고, 가스의 흐름을 조정할 수 있다. 따라서, 가스 농도의 분포를 조정하는 것이 가능해지고, 전구체의 과잉 공급 및 공급 부족을 방지할 수 있다. 이로 인해, 전구체의 공급 부족에 의한 성막 불량을 저감하여, 막 두께의 균일화가 도모된다. 한편, 전구체의 과잉 공급을 방지함으로써, 사용하는 원재료의 양을 적정화하여 낭비를 저감시킬 수 있어, 비용면 및 환경면에서 바람직하다. 또한, 전구체의 과잉 공급을 방지함으로써, 인접하는 존으로 가스가 들어갈 가능성 혹은 그 양을 저감할 수 있어, 예기하지 않은 CVD 성장을 방지할 수 있다.

또한, 복수 병렬로 배치되는 플렉시블 기판(10)의 주행 경로 P 위 혹은 인접하는 주행 경로 P 사이에 대응하는 위치에 공급구(24) 및 배기구(25)를 배치함으로써, 가스 분포의 균일화/막 두께 분포의 균일화를, 보다 한층 도모할 수 있다.

또한, 공급구(24)의 수를 배기구(25)의 수와 일치시켜, 플렉시블 기판(10)의 폭 방향의 양측에 대향 배치한 것으로, 가스의 흐름을 적정화할 수 있으므로, 가스 분포의 균일화 및 막 두께 분포의 균일화를 도모하는 데 적합하다.

구체적으로는, 공간 분할형의 ALD법에서는 가스의 공급과 배기는 동시에 행해지고, 배기 속도가 크면 가스는 공급구(24)로부터 공급된 후 그다지 확산되지 않고 배기구(25)를 향하므로, 가스의 공급 부족이 되는 영역이 생기는 경우가 있지만, 상기 실시 형태에 따르면 공급구(24) 및 배기구(25)를 복수 배치하여 흐름을 조정하고, 가스의 분포를 조정함으로써, 가스의 공급 부족이나 과잉 공급을 방지할 수 있다. 또한, 각 존 내를 주행하는 플렉시블 기판(10)의 폭 방향 양측에 공급구(24) 및 배기구(25)를 대향 배치한 것으로, 기판이 흐름의 방해가 되는 것을 방지하고, 존(Z1, Z2) 내에 균일하게 가스를 분포시키는 것이 가능해진다. 또한, 가스의 흐름을 적정화할 수 있는 점에서, 챔버(20) 내의 공간을 유효 이용할 수 있고, 따라서 성막 장치(1)의 소형화를 도모할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시 형태에서는, 일례로서 웹 코팅 방식을 채용하고, 플렉시블 기판(10)을 대상으로 한 예를 나타냈지만, 이에 한정되는 것이 아니다. 예를 들어, 플렉시블 기판(10)뿐만 아니라, 성막 대상이 되는 기판을, 연속 반송할 수 있는 유연한 시트 또는 일부가 유연해지는 트레이에 적재하여 반송/연속 성막하는 방식이어도 된다.

상기 실시 형태에 있어서는, 제1 존(Z1) 및 제2 존(Z2)에 각각 복수의 배기구(25)를 형성했지만, 이에 한정되는 것이 아니다. 예를 들어, 사용하는 전구체의 종류에 따라서는 제1 존(Z1) 및 제2 존(Z2) 중 어느 하나에만 배기구(25)를 복수 형성해도 된다. 혹은, 제1 존(Z1) 및 제2 존(Z2)에 더하여, 제3 존(Z3)에 복수의 배기구를 형성해도, 상기 실시 형태와 동일한 효과가 얻어진다. 또한 사용하는 전구체의 종류에 따라서는 제3 존(Z3)에 진공 펌프를 접속하여 감압을 하는 것도 가능하다.

상기 실시 형태에 있어서는, 주행 경로 P 중 X방향으로 병렬하는 복수의 경로의 인접하는 경로 사이에 배기구(25)를 배치한 예를 나타냈지만, 이에 한정되는 것이 아니고, 이외에, 폭 방향에서 볼 때 플렉시블 기판(10)의 주행 경로 P 상에 겹치는 위치, 즉 기재가 통과하는 경로 상의 위치에 배치해도 된다. 이 경우라도, 복수회 통과하는 주행 경로 P에 대응하여 개구 조정 가능한 배기구(25)가 분배되어 있으므로, 가스의 흐름을 제어하여, 가스 농도를 균일화하기 쉽다.

또한, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변형 실시 가능하다. 또한, 각 부의 구체적 구성이나 재질 등은 상기 실시 형태에 예시한 것으로 한정되는 것이 아니고 적절히 변경 가능하다.

1 : ALD 성막 장치(성막 장치)
10 : 플렉시블 기판(기재)
20 : 챔버
24(24a, 24b) : 공급구
25(25a, 25b) : 배기구
27 : 개구 조정 기구
27a : 셔터
28 : 진공 펌프(배기부)
29 : 공급실(공급부)
30 : 반송부
31 : 공급 롤
32, 33 : 가이드 롤(가이드부)
34 : 회수 롤
41 : 공급실
42 : 회수실
50 : 제어부
Z1, Z2, Z3 : 존

Claims

내부에 가스가 도입되는 복수의 존을 갖고, 적어도 어느 하나의 상기 존에 있어서의 상기 가스를 배출함과 함께 그 개구 상태가 개별로 조정 가능한 복수의 배기구를 구비하는 챔버와,
상기 챔버의 내부에서 기재를 이동시켜 복수의 상기 존을 통과시키는 반송부를 구비하는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
제1항에 있어서, 상기 기재는 가요성의 시트이며,
상기 챔버는 감압 가능하며, 상이한 가스가 각각 도입되는 2 이상의 상기 존을 갖고,
상기 기재가 복수의 상기 존 사이에서 왕래하고 복수의 존을 교대로 복수회 통과함으로써, 상기 기재의 표면에 원자층을 퇴적시켜 원자층 퇴적막이 형성되고,
상기 배기구는 상기 기재가 통과하는 경로 상의 위치, 혹은 인접하는 경로 사이의 위치에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배기구의 수는 상기 존을 상기 기재가 통과하는 횟수에 대응하는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기재를 사이에 두고 상기 배기구에 대향하는 위치에, 상기 가스를 상기 존에 공급하는 복수의 공급구가 각각 형성되는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버 내에 있어서 복수의 존 사이를 복수회 왕복하는 지그재그 형상의 경로를 따라 상기 기재를 안내하는 가이드부를 구비하고,
상기 기재는 반송 방향과 직교하는 단면에 있어서 폭 치수에 비해 두께가 작은 가요성의 시트이며, 상기 챔버의 일단부측에 설치된 공급부로부터, 상기 챔버의 타단부측에 설치된 회수부를 향해, 상기 경로를 따라 이동하고,
상기 기재의 반송 방향과 직교하는 폭 방향에 있어서의 일방측에 공급구가 배치되고, 상기 폭 방향에 있어서의 타방측에 상기 배기구가 배치되는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
내부에 가스가 도입되는 복수의 존을 갖고, 적어도 어느 하나의 상기 존에 있어서의 상기 가스를 배출함과 함께 그 개구 상태가 개별로 조정 가능한 복수의 배기구를 구비하는, 챔버에 있어서,
복수의 상기 존에 가스를 도입하는 것과,
상기 챔버 내에 있어서 기재를 이동시켜 복수의 상기 존을 통과시키는 것을 구비하는 것을 특징으로 하는, 성막 방법.
제6항에 있어서, 상기 기재는 가요성의 시트이며,
상기 챔버는 감압 가능하고 상이한 가스가 각각 도입되는 2 이상의 존을 갖고,
상기 배기구는 상기 기재가 통과하는 경로 상의 위치, 혹은 인접하는 경로 사이 위치에 각각 배치되고,
상기 기재를 복수의 상기 존 사이에서 왕래시켜, 복수의 존을 교대로 복수회 통과시킴으로써, 상기 기재의 표면에 원자층을 퇴적시켜 원자층 퇴적막을 형성하는 것을 특징으로 하는, 성막 방법.
제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 배기구의 수는 상기 존을 상기 기재가 통과하는 횟수에 대응하는 것을 특징으로 하는, 성막 방법.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기재를 사이에 두고 상기 배기구에 대향하는 위치에 형성된 복수의 공급구로부터 상기 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는, 성막 방법.
제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 상기 배기구의 개구 상태를 개별로 조정하는 것을 특징으로 하는, 성막 방법.
제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버 내에 있어서 복수의 존 사이를 복수회 왕복하는 지그재그 형상의 경로를 따라 상기 기재를 안내하는 가이드부를 구비하고,
상기 기재는 반송 방향과 직교하는 단면에 있어서 폭 치수에 비해 두께가 작은 가요성의 시트이며, 상기 챔버의 일단부측에 설치된 공급부로부터, 상기 챔버의 타단부측에 설치된 회수부를 향해, 상기 경로를 따라 이동하고,
상기 기재의 반송 방향과 직교하는 폭 방향에 있어서의 일방측에 배치된 공급구로부터 상기 가스를 도입하고,
상기 폭 방향에 있어서의 타방측에 배치된 상기 배기구로부터 상기 가스를 배출하는 것을 특징으로 하는, 성막 방법.