KR20190015702A - 박막 제조 방법, 박막 제조 장치, 광전 변환 소자의 제조 방법, 논리 회로의 제조 방법, 발광 소자의 제조 방법 및 조광 소자의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

층수 제어 및 이종 적층 성막이 가능한 박막 제조 방법, 박막 제조 장치, 광전 변환 소자의 제조 방법, 논리 회로의 제조 방법, 발광 소자의 제조 방법 및 조광 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 기술에 관한 박막 제조 방법은, 도전성을 갖는 성막 대상물을 제1 단자와 제2 단자에 맞닿게 하고, 제1 단자와 제2 단자 사이에 전압을 인가하여, 성막 대상물의 제1 단자와 제2 단자 사이의 영역인 제1 영역을 가열하고, 제1 영역에 성막 원료를 공급하고, 원하는 층수를 갖는 박막이 성막되도록 반응 시간을 제어하여 제1 영역에 박막을 성막한다.

Description

박막 제조 방법, 박막 제조 장치, 광전 변환 소자의 제조 방법, 논리 회로의 제조 방법, 발광 소자의 제조 방법 및 조광 소자의 제조 방법
본 기술은, 반도체 디바이스나 광학 디바이스에 이용 가능한 박막을 제조하기 위한 박막 제조 방법, 박막 제조 장치, 광전 변환 소자의 제조 방법, 논리 회로의 제조 방법, 발광 소자의 제조 방법 및 조광 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스나 광학 디바이스에 있어서의 박막의 이용이 진행되고 있다. 종래는, 기재를 전기로 등에 의해 가열하면서 성막 원료(반응 생성물의 전구체 등)를 기재에 공급하여, 기재 표면에 성막 재료를 침전시키는 배치식의 성막 방법이 많이 사용되었다(참고 : G. A. Matthew, Proquest LLC, A Layered Chalcogenide Phase Change Memory Device 2008).
또한, 기재에 전류를 인가하고, 저항 가열에 의해 기재를 가열하면서 기재 표면에 성막 원료를 공급하여, 성막을 행하는 성막 방법도 개발되어 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에는, 저항 가열에 의해 가열한 성막 대상물에 탄소원 물질을 공급하여, 성막 대상물의 표면에 그래핀을 포함하는 박막을 성막하는 그래핀의 제조 방법이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2013-14484호 공보
그러나, 배치식의 성막 방법에서는, 성막 재료의 대부분이 고온 시의 환경 안정성이 낮고, 노 내의 분위기나 체류에 따라서는, 박리되기 쉬운 박막이 된다. 또한, 박막으로 구성되는 소자를 형성하는 데 있어서, 원하는 박막 층수를 과부족 없이 얻는 것은, 소자의 물성을 제어하는 데 있어서 매우 중요하다. 그러나, 전기로 등의 노 내 환경은 장시간에 걸쳐 고온이 되기 때문에, 반응 시간이 장시간화되고, 특히 1 내지 100층의 원자층 박막의 층수를 제어하여 성막하는 것은 곤란하였다(참고 : ACS Nano, 2010, 4(5), 2695 DOI : 10.1021/nn1003937).
또한, 특허문헌 1에 기재된 성막 방법에서는 단층의 그래핀의 제조 방법은 기재되어 있지만, 다른 성막 재료나 층수 제어, 이종 재료의 적층 성막에 대해서는 기재되어 있지 않다.
이상과 같은 사정을 감안하여, 본 기술의 목적은, 층수 제어 및 이종 적층 성막이 가능한 박막 제조 방법, 박막 제조 장치, 광전 변환 소자의 제조 방법, 논리 회로의 제조 방법, 발광 소자의 제조 방법 및 조광 소자의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 기술의 일 형태에 관한 박막 제조 방법은, 도전성을 갖는 성막 대상물을 제1 단자와 제2 단자에 맞닿게 하고, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 전압을 인가하여, 상기 성막 대상물의 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이의 영역인 제1 영역을 가열하고, 상기 제1 영역에 성막 원료를 공급하고, 원하는 층수를 갖는 박막이 성막되도록 반응 시간을 제어하여 상기 제1 영역에 박막을 성막한다.
이 제조 방법에 따르면, 제1 단자와 제2 단자에 전압을 인가하여, 성막 대상물을 통해 제1 단자와 제2 단자 사이에 전류를 흘림으로써, 성막 대상물에 있어서 전기 저항에 의한 가열(통전 가열)이 발생한다. 통전 가열은, 다른 가열 방법에 비해 급속 가열 및 급속 냉각이 가능하고, 반응 시간(성막이 진행되는 시간)을 고정밀도로 제어할 수 있다. 여기서, 성막 재료에는, 1초당 수십층이 형성되는 것도 있고, 일반적인 가열 방법에서는 층수를 제어하는 것이 곤란하지만, 통전 가열에서는 반응 시간을 고정밀도로 제어하여, 임의의 층수가 형성된 시점에서 가열을 정지할 수 있다. 즉, 이 제조 방법에 따르면, 층수 제어된 박막을 제조하는 것이 가능하다.
상기 박막은, 이종 재료가 적층된 적층막이어도 된다.
상기 제조 방법에서는, 제1 영역에 공급되는 성막 원료를 변경함으로써, 이종 재료가 적층된 적층막을 제조하는 것도 가능하다.
상기 박막 제조 방법에서는, 상기 성막 대상물을 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자에 대하여 이동시키면서, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 전압을 인가하고, 상기 성막 대상물의 이동 속도에 의해 상기 반응 시간을 제어해도 된다.
이 제조 방법에 따르면, 성막 대상물의 이동 속도에 의해 성막 대상물 상의 1점이 제1 영역을 통과하는 시간을 조절할 수 있어, 당해 1점이 가열되는 시간, 즉 반응 시간을 제어하는 것이 가능하다.
상기 박막 제조 방법에서는, 롤 투 롤에 의해 상기 성막 대상물을 반송하고, 상기 성막 대상물을 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자에 대하여 이동시켜도 된다.
롤 투 롤에 의해 성막 대상물을 반송함으로써, 대면적의 성막 대상물에 성막할 수 있어, 박막을 양산하는 것이 가능해진다.
상기 제조 방법에서는, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자에의 전압의 인가 시간에 의해 상기 반응 시간을 제어해도 된다.
상술한 바와 같이, 통전 가열에서는 전압의 인가와 그 정지에 의해 급속 가열 및 급속 냉각이 가능하고, 전압의 인가 시간에 의해 반응 시간을 고정밀도로 제어할 수 있다.
상기 제조 방법에서는, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이의 전압 인가를 정지하고, 상기 제1 영역을 냉각하고, 원하는 층수를 갖는 박막이 성막되도록 반응 시간을 제어해도 된다.
제1 단자와 제2 단자 사이의 전압 인가를 정지함으로써, 박막의 층수를 제어할 수 있다.
상기 성막 대상물을 또한 제3 단자와 제4 단자에 맞닿게 하고, 상기 제3 단자와 상기 제4 단자 사이에 전압을 인가하여, 상기 성막 대상물의 상기 제3 단자와 상기 제4 단자 사이의 영역인 제2 영역을 가열하고, 상기 성막 대상물에 부착시킨 성막 원료를 상기 제2 영역에서 기화시켜, 상기 제1 영역에 공급해도 된다.
이 제조 방법에 따르면, 성막이 진행되는 제1 영역에의 성막 원료의 공급을, 제2 영역에 있어서의 통전 가열에 의해 행하는 것이 가능하고, 성막에 적합한 양의 성막 원료를 제2 영역에 있어서 기화시켜, 제1 영역에 공급시키는 것이 가능하다.
상기 박막 제조 방법에서는, 상기 성막 대상물을 또한, 제5 단자와 제6 단자에 맞닿게 하고, 상기 제5 단자와 상기 제6 단자 사이에 전압을 인가하여, 상기 성막 대상물의 상기 제5 단자와 상기 제6 단자 사이의 영역인 제3 영역을 가열하고, 상기 제3 영역에 성막 원료를 공급하고, 반응 시간을 제어함으로써 상기 제3 영역에 박막을 적층해도 된다.
이 제조 방법에 따르면, 제1 영역과 제3 영역에서 모두 통전 가열에 의해 성막이 이루어지기 때문에, 이종 재료가 적층되고, 각 재료의 층수가 제어된 적층막을 제조하는 것이 가능하다.
상기 박막 제조 방법에서는, 성막 대상물을 또한 제7 단자와 제8 단자에 맞닿게 하고, 상기 제7 단자와 상기 제8 단자 사이에 전압을 인가하여, 상기 성막 대상물의 상기 제7 단자와 상기 제8 단자 사이의 영역인 제4 영역을 가열하고, 상기 성막 대상물에 부착시킨 성막 원료를 상기 제4 영역에서 기화시켜, 상기 제3 영역에 공급해도 된다.
이 제조 방법에 따르면, 제3 영역에의 성막 원료의 공급도, 제4 영역에 있어서의 통전 가열에 의해 행하는 것이 가능하고, 성막에 적합한 양의 성막 원료를 제4 영역에 있어서 기화시켜, 제3 영역에 공급시키는 것이 가능하다.
상기 반응 시간은 10분 이하여도 된다.
상기 박막 제조 방법에서는, 상기 반응 시간이 10분 이하가 되는 속도로 상기 성막 대상물을 이동시켜도 된다.
상기 박막 제조 방법에서는, 상기 성막 대상물의 이동 속도는 분속 10m 이하여도 된다.
상기 박막 제조 방법에서는, 상기 제1 영역의 가열 온도는 300K 이상이어도 된다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 기술의 일 형태에 관한 박막 제조 장치는, 제1 단자와, 제2 단자와, 제1 전원과, 제3 단자와, 제4 단자와, 반송 기구를 구비한다.
상기 제1 전원은, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 전압을 인가한다.
상기 제2 전원은, 상기 제3 단자와 상기 제4 단자 사이에 전압을 인가한다.
상기 반송 기구는, 성막 대상물을 상기 제1 단자, 상기 제2 단자, 상기 제3 단자 및 상기 제4 단자에 맞닿게 하면서 반송한다.
상기 제1 단자, 상기 제2 단자, 상기 제3 단자 및 상기 제4 단자는, 상기 성막 대상물의 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이의 영역인 제1 영역이, 상기 성막 대상물의 상기 제3 단자와 상기 제4 단자 사이의 영역인 제2 영역과 대향하도록 형성되어 있다.
이 구성에 따르면, 성막 대상물에 성막 원료를 부착시켜 둠으로써, 통전 가열에 의해 가열된 제2 영역으로부터 성막 원료를 기화시켜, 제1 영역에 공급하고, 제1 영역에서 성막을 행하는 것이 가능해진다.
상기 박막 제조 장치는, 제5 단자와, 제6 단자와, 제3 전원과, 제7 단자와, 제8 단자와, 제4 전원을 더 구비해도 된다.
상기 제3 전원은, 상기 제5 단자와 상기 제6 단자 사이에 전압을 인가한다.
상기 제4 전원은, 상기 제7 단자와 상기 제8 단자 사이에 전압을 인가한다.
상기 반송 기구는, 상기 성막 대상물을, 상기 제1 단자, 상기 제2 단자, 상기 제3 단자, 상기 제4 단자, 상기 제5 단자, 상기 제6 단자, 상기 제7 단자 및 상기 제8 단자에 맞닿게 하면서 반송한다.
상기 제5 단자, 상기 제6 단자, 상기 제7 단자 및 상기 제8 단자는, 상기 성막 대상물의 상기 제5 단자와 상기 제6 단자 사이의 영역인 제3 영역이, 상기 성막 대상물의 상기 제7 단자와 상기 제8 단자 사이의 영역인 제4 영역과 대향하도록 형성되어 있다.
이 구성에 따르면, 제1 영역에 있어서 박막을 성막한 후, 성막 대상물에 성막 원료를 부착시켜 둠으로써, 통전 가열에 의해 가열된 제4 영역으로부터 성막 원료를 기화시켜, 제3 영역에 공급하고, 제3 영역에서 성막을 행하는 것이 가능해진다.
상기 박막 제조 장치는, 챔버를 더 구비해도 된다.
상기 챔버는, 상기 제1 단자, 상기 제2 단자, 상기 제3 단자, 상기 제4 단자, 상기 제5 단자, 상기 제6 단자, 상기 제7 단자 및 상기 제8 단자를 수용한다.
이 구성에 따르면, 제1 영역에 있어서의 성막과 제3 영역에 있어서의 성막이 하나의 챔버 내에서 연속적으로 실시되기 때문에, 박막에 불순물이 혼입되는 것을 방지하는 것이 가능하다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 기술의 일 형태에 관한 박막을 갖는 광전 변환막 및 투명 전극층과 전하 축적 회로를 구비한 광전 변환 소자의 제조 방법에 있어서의, 상기 박막을 제조하는 공정은, 도전성을 갖는 성막 대상물을 제1 단자와 제2 단자에 맞닿게 하고, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 전압을 인가하여, 상기 성막 대상물의 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이의 영역인 제1 영역을 가열하고, 상기 제1 영역에 성막 원료를 공급하고, 원하는 층수를 갖는 박막이 성막되도록 반응 시간을 제어하여 상기 제1 영역에 박막을 성막하는 공정을 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 기술의 일 형태에 관한 박막을 갖는 트랜지스터 및 배선 전극을 구비한 논리 회로의 제조 방법에 있어서의, 상기 박막을 제조하는 공정은, 도전성을 갖는 성막 대상물을 제1 단자와 제2 단자에 맞닿게 하고, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 전압을 인가하여, 상기 성막 대상물의 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이의 영역인 제1 영역을 가열하고, 상기 제1 영역에 성막 원료를 공급하고, 원하는 층수를 갖는 박막이 성막되도록 반응 시간을 제어하여 상기 제1 영역에 박막을 성막하는 공정을 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 기술의 일 형태에 관한 박막을 갖는 발광층 및 버퍼층 및 투명 전극층과 박막 트랜지스터를 구비한 발광 소자의 제조 방법에 있어서의, 상기 박막을 제조하는 공정은, 도전성을 갖는 성막 대상물을 제1 단자와 제2 단자에 맞닿게 하고, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 전압을 인가하여, 상기 성막 대상물의 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이의 영역인 제1 영역을 가열하고, 상기 제1 영역에 성막 원료를 공급하고, 원하는 층수를 갖는 박막이 성막되도록 반응 시간을 제어하여 상기 제1 영역에 박막을 성막하는 공정을 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 기술의 일 형태에 관한 박막을 갖는 조광층 및 투명 전극층을 구비한 조광 소자의 제조 방법에 있어서의, 상기 박막을 제조하는 공정은, 도전성을 갖는 성막 대상물을 제1 단자와 제2 단자에 맞닿게 하고, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 전압을 인가하여, 상기 성막 대상물의 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이의 영역인 제1 영역을 가열하고, 상기 제1 영역에 성막 원료를 공급하고, 원하는 층수를 갖는 박막이 성막되도록 반응 시간을 제어하여 상기 제1 영역에 박막을 성막하는 공정을 포함한다.
이상과 같이, 본 기술에 따르면, 층수 제어 및 이종 적층 성막이 가능한 박막 제조 방법, 박막 제조 장치, 광전 변환 소자의 제조 방법, 논리 회로의 제조 방법, 발광 소자의 제조 방법 및 조광 소자의 제조 방법을 제공하는 것이 가능하다. 또한, 여기에 기재된 효과는 반드시 한정되는 것은 아니고, 본 개시 중에 기재된 어느 효과여도 된다.
도 1은 본 기술의 제1 실시 형태에 관한 박막 제조 장치를 도시하는 모식도이다.
도 2는 본 기술의 제2 실시 형태에 관한 박막 제조 장치를 도시하는 모식도이다.
도 3은 상기 박막 제조 장치를 사용한 박막 제조 방법을 도시하는 모식도이다.
도 4는 롤 투 롤의 반송 속도와 성막되는 육방정 질화보론의 층수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 기술의 제3 실시 형태에 관한 박막 제조 장치를 도시하는 모식도이다.
도 6은 상기 박막 제조 장치를 사용한 박막 제조 방법을 도시하는 모식도이다.
도 7은 본 기술의 제4 실시 형태에 관한 박막 제조 장치를 도시하는 모식도이다.
도 8은 상기 박막 제조 장치를 사용한 박막 제조 방법을 도시하는 모식도이다.
도 9는 본 기술의 제5 실시 형태에 관한 박막 제조 장치를 도시하는 모식도이다.
도 10은 상기 박막 제조 장치를 사용한 박막 제조 방법을 도시하는 모식도이다.
(제1 실시 형태)
본 기술의 제1 실시 형태에 대하여 설명한다.
[박막 제조 장치의 구성에 대하여]
도 1은 본 실시 형태에 관한 박막 제조 장치(100)의 모식도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 박막 제조 장치(100)는 챔버(101), 제1 단자(102), 제2 단자(103), 전원(104) 및 가스 공급부(105)를 구비한다. 제1 단자(102)와 제2 단자(103)에는, 성막 대상물 S가 세트되어 있다.
제1 단자(102) 및 제2 단자(103)는 챔버(101)에 수용되며, 각각 전원(104)에 접속되어 있다. 가스 공급부(105)는 챔버(101)에 접속되어 있다.
챔버(101)는 내부를 소정 압력으로 유지한다. 챔버(101)에는 진공 펌프 등의 배기 기구가 접속되어 있어도 된다. 챔버(101)는 진공 챔버로 할 수 있지만, 진공 챔버보다 강도가 작은 챔버여도 되고, 성막의 프로세스에 필요한 진공도(또는 양압)를 유지할 수 있는 것이면 된다. 또한, 챔버(101)는 높은 내열성이 요구되지 않기 때문에, 내열성을 갖지 않는 챔버를 사용하는 것이 가능하다.
제1 단자(102) 및 제2 단자(103)는 챔버(101) 내에 서로 이격하여 배치되고, 각각이 성막 대상물 S에 접촉한다. 제1 단자(102) 및 제2 단자(103)는 전원(104)으로부터 공급되는 전류를 성막 대상물 S에 흘리기 위한 것이며, 성막 대상물 S를 지지하기 위한 것이기도 하다.
이와 같은 제1 단자(102) 및 제2 단자(103)에 의해, 성막 대상물 S는 챔버(101) 내에 있어서 지지된다. 여기서, 박막 제조 장치(100)는 제1 단자(102) 및 제2 단자(103)에 의해 성막 대상물 S를 지지하는 것에 한정되지 않고, 지지용 부재에 의해 성막 대상물 S를 지지하는 것으로 하는 것도 가능하다. 지지용 부재는, 열 전도성이 낮고, 내열성이 높으며, 절연성이 좋은 재료, 예를 들어 석영 등이 적합하다.
전원(104)은 제1 단자(102)와 제2 단자(103) 사이에 전압을 인가한다. 전원(104)은 직류 전원이어도 되고, 교류 전원이어도 된다. 전원(104)은 챔버(101) 내에 배치되어도 되고, 챔버(101) 외부에 배치되어도 된다.
가스 공급부(105)는, 챔버(101) 내에 성막 원료의 가스(이하, 원료 가스)를 도입한다. 성막 원료는 반응 전구체 등이며, 성막 대상물 S 상에 있어서 반응을 발생시켜, 박막을 형성하는 것이면 된다. 가스 공급부(105)로부터 도입되는 원료 가스의 공급을 제한함으로써 성막이 행해지는 반응 공간을 제어하는 것이 가능하다. 원료 가스는, 1종 또는 복수종의 가스로 할 수 있다. 박막 제조 장치(100)에는 복수의 가스 공급부(105)가 설치되어도 된다.
또한, 성막 원료는 가스에 한정되지 않고, 상온 상압 환경에서 고체 또는 액체가 되는 물질이어도 된다. 성막 원료는 예를 들어, 고체 또는 액체의 상태로 챔버(101)에 수용되고, 챔버(101) 내의 진공 또는 가열 수단에 의한 가열 등에 의해 기화(승화 또는 증발)하는 것이어도 된다. 즉, 성막 원료는, 기상의 상태로 성막 대상물 S에 공급할 수 있는 물질이면 된다.
박막 제조 장치(100)는 이상과 같은 구성을 갖는 것으로 할 수 있다. 박막 제조 장치(100)에 있어서는 저항 가열에 의해 성막 대상물 S를 가열하는 것이며, 성막 대상물 S 이외의 부분은 그다지 고온이 되지 않는다. 따라서, 박막 제조 장치(100)는 내열성에 상관없이 선택된 재료를 포함하는 것으로 할 수 있다.
[성막 대상물에 대하여]
본 실시 형태에 있어서 제조되는 박막은 성막 대상물 S 상에 성막됨으로써 생성된다. 성막 대상물 S는, 도전성을 갖고, 또한 플렉시블한 것으로 할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 본 기술에 있어서는 성막 대상물 S에 전류를 인가하고, 그것에 의해 성막 대상물 S를 가열(저항 가열)하는 것이기 때문에, 성막 대상물 S는 도전성을 갖는 것일 필요가 있다.
또한, 성막 대상물 S는, 플렉시블한(유연성을 갖는) 것으로 할 수 있다. 성막 대상물 S를 플렉시블한 것으로 함으로써 취급이 용이해져, 박막의 제조에 적합하다. 특히, 성막 대상물 S를 플렉시블한 것으로 함으로써, 후술하는 롤 투 롤을 적용할 수 있는 점이 적합하다.
성막 대상물 S는, 전형적으로는 철이나 구리 등의 금속을 포함하는 금속박으로 할 수 있다. 또한, 성막 대상물 S는, 금속을 포함하는 선이나 메쉬 등이어도 된다. 이 밖에도, 성막 대상물 S는, 금속 상에 그래핀 등의 도전성 물질을 사전에 적층한 것이어도 되고, 절연성 재료를 포함하는 기재에, 도전성 재료를 적층한 것이어도 된다. 즉, 성막 대상물 S는, 제1 단자(102)와 제2 단자(103) 사이에 전압을 인가함으로써 저항 가열이 가능한 것이면 된다.
[박막 제조 방법에 대하여]
박막 제조 장치(100)를 이용한 박막의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 성막 대상물 S를 제1 단자(102)와 제2 단자(103)에 맞닿게 하고, 제1 단자(102)와 제2 단자(103) 사이에서 중공에 매단 상태로 한다.
챔버(101) 내를 진공 배기한 후, 가스 공급부(105)로부터 원료 가스를 챔버(101) 내에 도입한다. 원료 가스는 일정한 유량으로 챔버(101) 내에 도입할 수 있다. 또한, 사전에 고체 또는 액체의 성막 원료를 챔버(101)에 수용하고, 기화시켜도 된다.
계속해서, 전원(104)에 의해 제1 단자(102)와 제2 단자(103) 사이에 전압을 인가한다. 그렇게 하면, 제1 단자(102)와 제2 단자(103) 사이에서 성막 대상물 S를 통해 전류가 흐르고, 전기 저항에 의해 성막 대상물 S가 가열(통전 가열)된다.
성막 대상물 S에 있어서 통전 가열에 의해 고온이 되는 영역(이하, 가열 영역 H)을 도 1에 도시한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 가열 영역 H는 비교적 좁고, 제1 단자(102)와 제2 단자(103)가 대향하는 방향을 따라서 수㎝ 정도의 영역이다. 이 때문에, 박막이 형성되는 반응 공간은 10㎤ 이하가 된다. 가열 영역 H의 온도는 300K 이상이 적합하다.
성막 원료가 가열 영역 H에 도달하면, 그 열에 의해 성막 원료의 상태가 변화되고 성막 대상물 S 상에 퇴적되어, 성막 재료를 포함하는 박막 L이 성막된다. 성막 원료의 상태의 변화는 어떤 것이어도 되고, 화학 반응이나 침전, 결정화, 결정 성장 등의 성막 대상물 S 상에 박막이 성막되는 것이면 된다.
히터에 의한 복사 가열 등의 다른 가열 방법에서는, 가열과 냉각에는 일정 시간을 요하지만, 통전 가열에서는 전압의 인가와 정지에 의해 급속 가열 및 급속 냉각이 가능하다. 이 때문에, 전압의 인가 시간에 의해 가열 영역 H에서 성막이 진행되는 반응 시간을 제어하는 것이 가능하다.
구체적으로는, 제1 단자(102) 및 제2 단자(103)에의 전압의 인가 시간을, 원하는 층수를 갖는 박막이 형성되는 시간으로 함으로써, 층수를 제어하는 것이 가능해진다. 또한, 반응 시간은 10분 이하가 적합하다.
또한, 특정한 성막 재료를 포함하는 층이 형성된 후, 성막 대상물 S에 공급하는 성막 원료를 변경하는 것도 가능하다. 이에 의해, 성막 대상물 S 상에 이종의 성막 재료를 포함하는 층이 복수층 적층된 박막(적층막)을 형성하는 것도 가능하다.
[적용예]
박막 제조 장치(100)를 이용하여 철박 상에 육방정 질화보론을 포함하는 박막을 성막하는 방법에 대하여 설명한다.
철박을 성막 대상물 S로 하여 제1 단자(102)와 제2 단자(103) 사이에서 중공에 매단 상태로 한다. 철박은 예를 들어 두께 50㎛, 폭 30㎝, 길이 30m로 할 수 있다.
가스 공급부(105)로부터 챔버(101) 내에 원료 가스를 도입한다. 원료 가스는 BCl3와 NH3이며, 혼합비 1 : 1, 유량은 합계로 5slm으로 할 수 있다.
제1 단자(102)와 제2 단자(103) 사이에 4V 이상의 전압을 인가하면, 통전 가열에 의해, 1500℃의 가열 영역 H가 형성된다. 가열 영역 H는 약 20㎜의 범위가 된다.
원료 가스(BCl3 및 NH3)는, 가열 영역 H에 있어서 화학 반응을 발생시켜, 육방정 질화보론이 생성된다. 육방정 질화보론은 철박 상에 퇴적되어, 육방정 질화보론을 포함하는 박막이 형성된다. 여기서, 육방정 질화보론은, 1층의 두께가 1㎚ 정도인 층이 다수 적층된 다층 구조를 형성한다. 육방정 질화보론의 성막 속도는 조건에 따라 상이하지만, 3㎛/min으로 하면, 1초당에서는 50층이 형성된다.
이 때문에, 종래의 성막 방법(플라즈마 제트법 등)을 이용한 경우에는 급속하게 가열을 정지하는 것이 곤란하여, 원하는 층수에서 성막을 정지하는 것은 실질적으로 불가능하다. 이에 반해, 본 실시 형태에 관한 박막 제조 방법에서는, 급속 가열 및 급속 냉각이 가능하여, 원하는 층수를 갖는 육방정 질화보론을 포함하는 박막을 성막하는 것이 가능하다.
예를 들어, 상기 조건에 있어서 가열 개시로부터 40초 후에 통전 가열 및 원료 가스의 공급을 정지하면 10층의 육방정 질화보론을 포함하는 박막을 성막할 수 있다. 또한, 육방정 질화보론이 성막되어 있는 것은 라만 분광이나 전자 에너지 손실 분광을 이용하여 동정할 수 있다. 또한, 육방정 질화보론의 층수는 투과형 전자 현미경 또는 전자 에너지 손실 분광에 의해 확인할 수 있다.
(제2 실시 형태)
본 기술의 제2 실시 형태에 대하여 설명한다.
도 2는 본 실시 형태에 관한 박막 제조 장치(200)를 도시하는 모식도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 박막 제조 장치(200)는 챔버(201), 제1 단자(202), 제2 단자(203), 전원(204), 가스 공급부(205), 권취 롤(206) 및 권출 롤(207)을 갖는다.
권취 롤(206) 및 권출 롤(207)에는 성막 대상물 S가 세트되어 있다. 제1 단자(202), 제2 단자(203), 권취 롤(206) 및 권출 롤(207)은 챔버(201)에 수용되어 있다. 제1 단자(202) 및 제2 단자(203)는 각각 전원(204)에 접속되어 있다. 가스 공급부(205)는 챔버(201)에 접속되어 있다.
성막 대상물 S는, 제1 실시 형태와 마찬가지로 통전 가열이 가능하고, 롤 형상으로 권회할 수 있을 정도의 길이를 갖는 것이다.
권취 롤(206) 및 권출 롤(207)은 롤 투 롤(roll-to-roll) 기구를 구성한다. 구체적으로는, 롤 형상의 성막 대상물 S가 권출 롤(207)에 세트되고, 그 일단이 권취 롤(206)에 접속된다.
권취 롤(206)이 회전 동력에 의해 회전하면, 권취 롤(206)에 성막 대상물 S가 권회됨으로써, 권출 롤(207)이 종동적으로 회전하여, 성막 대상물 S가 권출 롤(207)로부터 권취 롤(206)로 반송되는 것으로 할 수 있다. 또한, 성막 대상물 S는, 롤 투 롤 기구 이외의 반송 기구에 의해 반송되어도 된다.
챔버(201)는 내부를 소정 압력으로 유지한다. 챔버(201)에는 진공 펌프 등의 배기 기구가 접속되어 있어도 된다. 챔버(201)는 진공 챔버로 할 수 있지만, 진공 챔버보다 강도가 작은 챔버여도 되고, 성막의 프로세스에 필요한 진공도(또는 양압)를 유지할 수 있는 것이면 된다.
또한, 챔버(201)는 높은 내열성이 요구되지 않기 때문에, 내열성을 갖지 않는 챔버를 사용하는 것이 가능하다. 또한, 권취 롤(206) 및 권출 롤(207)은 챔버(201)의 외부에 배치되고, 성막 대상물 S가 챔버(201)의 격벽을 관통하여 챔버(201) 내에 도입되어도 된다.
제1 단자(202) 및 제2 단자(203)는 각각 성막 대상물 S에 접촉한다. 여기서, 본 실시 형태에 있어서는, 상기 롤 투 롤 기구에 의해 성막 대상물 S가 반송되기 때문에, 제1 단자(202) 및 제2 단자(203)는 이동하는 성막 대상물 S에 안정적으로 접촉 가능한 것일 필요가 있다.
구체적으로는, 제1 단자(202) 및 제2 단자(203)는 카본이나 각종 금속 등의 도전성 재료를 포함하고, 적어도 성막 대상물 S와 접촉하는 부분이 원호 형상인 것으로 할 수 있다. 또한, 제1 단자(202) 및 제2 단자(203)는, 상기와 같은 도전성 재료를 포함하는 회전 가능한 롤인 것으로 할 수도 있다.
전원(204)은 제1 단자(202)와 제2 단자(203) 사이에 전압을 인가한다. 전원(204)은 직류 전원이어도 되고, 교류 전원이어도 된다. 전원(204)은 챔버(201) 내에 배치되어도 되고, 챔버(201) 외부에 배치되어도 된다.
가스 공급부(205)는 챔버(201) 내에 성막 원료의 가스(원료 가스)를 도입한다. 성막 원료는 반응 전구체 등이며, 성막 대상물 S 상에 있어서 반응을 발생시켜, 성막 재료를 포함하는 박막을 형성하는 것이면 된다. 가스 공급부(205)로부터 도입되는 원료 가스의 공급을 제한함으로써 성막이 행해지는 반응 공간을 제어하는 것이 가능하다. 원료 가스는, 1종 또는 복수종의 가스로 할 수 있다.
또한, 성막 원료는 가스에 한정되지 않고, 상온 상압 환경에서 고체 또는 액체가 되는 물질이어도 된다. 성막 원료는 예를 들어, 고체 또는 액체의 상태로 챔버(201)에 수용되고, 챔버(201) 내의 진공 또는 가열 수단에 의한 가열 등에 의해 기화(승화 또는 증발)되는 것이어도 된다. 즉, 성막 원료는, 기상의 상태로 성막 대상물 S에 공급할 수 있는 물질이면 된다.
박막 제조 장치(200)는 이상과 같은 구성을 갖는 것으로 할 수 있다. 박막 제조 장치(200)에 있어서는 저항 가열에 의해 성막 대상물 S를 가열하는 것이며, 성막 대상물 S 이외의 부분은 그다지 고온이 되지 않는다. 따라서, 박막 제조 장치(200)는 내열성에 상관없이 선택된 재료를 포함하는 것으로 할 수 있다.
[박막 제조 방법에 대하여]
박막 제조 장치(200)를 이용한 박막의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 3은 박막의 제조 방법을 도시하는 모식도이며, 챔버(201)의 도시는 생략한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 권출 롤(207)에 성막 대상물 S의 롤을 세트하고, 성막 대상물 S의 일단을 권취 롤(206)에 접속한다. 이에 의해 성막 대상물 S가 제1 단자(202) 및 제2 단자(203)에 맞닿고, 제1 단자(202)와 제2 단자(203) 사이에서 중공에 매단 상태로 된다.
챔버(201) 내를 진공 배기한 후, 권취 롤(206)을 회전시켜, 권출 롤(207)로부터 권취 롤(206)로 성막 대상물 S를 송출한다. 동시에, 전원(204)에 의해 제1 단자(202)와 제2 단자(203) 사이에 전압을 인가한다. 그렇게 하면, 제1 단자(102)와 제2 단자(103) 사이에서 성막 대상물 S를 통해 전류가 흐르고, 전기 저항에 의해 성막 대상물 S가 가열(통전 가열)된다.
도 2 및 도 3에, 성막 대상물 S에 있어서 통전 가열에 의해 고온이 되는 영역(이하, 가열 영역 H)을 도시한다. 이들 도면에 도시한 바와 같이, 가열 영역 H는 비교적 좁고, 제1 단자(202)와 제2 단자(203)가 대향하는 방향을 따라서 수㎝ 정도의 영역이다. 이 때문에, 박막이 형성되는 반응 공간은 10㎤ 이하가 된다. 가열 영역 H의 온도는 300K 이상이 적합하다.
계속해서, 가스 공급부(205)로부터 가스 상태의 성막 원료 G를 가열 영역 H에 공급한다. 성막 원료 G는 일정한 유량으로 챔버(201) 내에 도입할 수 있다. 또한, 사전에 고체 또는 액체의 성막 원료를 챔버(201)에 수용하고, 기화시켜도 된다.
성막 원료 G가 가열 영역 H에 도달하면, 그 열에 의해 성막 원료 G의 상태가 변화되고 성막 대상물 S 상에 퇴적되어, 도 3에 도시한 바와 같이 박막 L이 성막된다. 성막 원료 G의 상태의 변화는 어떤 것이어도 되고, 화학 반응이나 침전, 결정화, 결정 성장 등의 성막 대상물 S 상에 박막이 성막되는 것이면 된다.
가열 영역 H는 제1 단자(202)와 제2 단자(203) 사이에 형성되지만, 롤 투 롤에 의해 성막 대상물 S를 반송하면서 통전 가열을 행함으로써, 가열 영역 H는 성막 대상물 S 상에서 이동한다. 따라서, 성막 대상물 S 상의 1점은, 가열 영역 H를 단시간에 통과하고, 성막 대상물 S 상의 1점에서는 급속 가열 및 급속 냉각이 발생한다.
성막 대상물 S 상의 1점이 가열되는 시간, 즉 성막이 진행되는 반응 시간은, 성막 대상물 S의 반송 속도에 의해 제어할 수 있다. 구체적으로는, 성막 대상물 S의 반송 속도를 원하는 층수를 갖는 박막이 형성되는 시간으로 함으로써, 층수를 제어하는 것이 가능해진다. 반응 시간은 10분 이하가 적합하고, 성막 대상물 S의 반송 속도는 분속 10m 이하가 적합하다.
또한, 성막 대상물 S 상에 박막이 형성된 후, 롤 투 롤의 반송 방향을 역전시키면서 통전 가열을 행함으로써, 박막 상에 박막을 더 적층시켜도 된다. 또한, 특정한 성막 재료를 포함하는 층이 형성된 후, 가열 영역 H에 공급하는 성막 원료를 변경하여, 성막 대상물 S 상에 이종의 성막 재료를 포함하는 층이 복수층 적층된 박막을 형성하는 것도 가능하다.
[적용예]
박막 제조 장치(200)를 이용하여 철박 상에 육방정 질화보론(hBN)을 포함하는 박막을 성막하는 방법에 대하여 설명한다.
철박을 성막 대상물 S로 하여, 권출 롤(207)에 세트하고, 성막 대상물 S의 일단을 권취 롤(206)에 접속한다. 철박은 예를 들어 두께 50㎛, 폭 30㎝, 길이 30m로 할 수 있다.
성막 대상물 S를 권출 롤(207)로부터 권취 롤(206)로 송출한다. 송출 속도는 예를 들어 0.56㎜/sec로 할 수 있다. 제1 단자(202)와 제2 단자(203) 사이에 4V 이상의 전압을 인가하면, 통전 가열에 의해, 1500℃의 가열 영역이 형성된다. 가열 영역은 약 20㎜의 범위가 된다.
가스 공급부(205)로부터 가열 영역 H에 원료 가스를 도입한다. 원료 가스는 BCl3와 NH3이며, 혼합비 1 : 1, 유량은 합계로 5slm으로 할 수 있다.
원료 가스(BCl3 및 NH3)는, 가열 영역 H에 있어서 화학 반응을 발생시켜, 육방정 질화보론이 생성된다. 육방정 질화보론은 철박 상에 퇴적되어, 육방정 질화보론을 포함하는 박막이 형성된다. 상술한 바와 같이 육방정 질화보론의 성막 속도는 조건에 따라 상이하지만, 3㎛/min으로 하면, 1초당에서는 50층이 형성된다.
이 때문에, 육방정 질화보론의 층수 제어에는 급속 가열 및 급속 냉각이 필요해지지만, 본 실시 형태에 관한 박막 제조 방법에서는 급속 가열 및 급속 냉각이 가능하다. 또한, 롤 투 롤의 반송 속도에 의해, 성막 대상물 S 상의 1점이 가열 영역 H를 통과하는 시간을 조정하는 것이 가능하여, 임의의 층수의 육방정 질화보론 박막을 성막하는 것이 가능하다.
도 4는 롤 투 롤의 반송 속도와 육방정 질화보론의 층수의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 롤 투 롤의 반송 속도에 따라 육방정 질화보론의 층수가 상이하여, 반송 속도에 따라서 층수가 크게 변화되는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 성막 방법에 의해 임의의 층수의 육방정 질화보론 박막을 성막하는 것이 가능하다. 예를 들어, 성막 대상물 S의 반송 속도를 0.57mm/sec로 한 경우에는 약 10층의 육방정 질화보론이 성막된다.
임의의 길이의 성막 대상물 S를 권취한 후, 원료 가스의 공급 및 전압의 인가를 정지한다. 또한, 육방정 질화보론이 성막되어 있는 것은 라만 분광이나 전자 에너지 손실 분광을 이용하여 동정할 수 있다. 또한, 육방정 질화보론의 층수는 투과형 전자 현미경 또는 전자 에너지 손실 분광에 의해 확인할 수 있다.
(제3 실시 형태)
본 기술의 제3 실시 형태에 대하여 설명한다.
도 5는 본 실시 형태에 관한 박막 제조 장치(300)를 도시하는 모식도이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 박막 제조 장치(300)는 챔버(301), 제1 단자(302), 제2 단자(303), 제3 단자(304), 제4 단자(305), 제1 전원(306), 제2 전원(307), 도가니(308), 권취 롤(309) 및 권출 롤(310)을 갖는다.
권취 롤(309) 및 권출 롤(310)에는 성막 대상물 S가 세트되어 있다. 제1 단자(302), 제2 단자(303), 제3 단자(304), 제4 단자(305), 도가니(308), 권취 롤(309) 및 권출 롤(310)은 챔버(301)에 수용되어 있다. 제1 단자(302) 및 제2 단자(303)는 각각 제1 전원(306)에 접속되고, 제3 단자(304) 및 제4 단자(305)는 각각 제2 전원(307)에 접속되어 있다.
성막 대상물 S는, 제1 실시 형태와 마찬가지로 통전 가열이 가능하고, 롤 형상으로 권회할 수 있을 정도의 길이를 갖는 것이다.
권취 롤(309) 및 권출 롤(310)은 롤 투 롤(roll-to-roll) 기구를 구성한다. 구체적으로는, 롤 형상의 성막 대상물 S가 권출 롤(310)에 세트되고, 그 일단이 권취 롤(309)에 접속된다. 권취 롤(309)이 회전 동력에 의해 회전하면, 권취 롤(309)에 성막 대상물 S가 권회됨으로써, 권출 롤(310)이 종동적으로 회전하여, 성막 대상물 S가 권출 롤(310)로부터 권취 롤(309)로 반송되는 것으로 할 수 있다. 또한, 성막 대상물 S는, 롤 투 롤 기구 이외의 반송 기구에 의해 반송되어도 된다.
챔버(301)는 내부를 소정 압력으로 유지한다. 챔버(301)에는 진공 펌프 등의 배기 기구가 접속되어 있어도 된다. 챔버(301)는 진공 챔버로 할 수 있지만, 진공 챔버보다 강도가 작은 챔버여도 되고, 성막의 프로세스에 필요한 진공도(또는 양압)를 유지할 수 있는 것이면 된다.
또한, 챔버(301)는 높은 내열성이 요구되지 않기 때문에, 내열성을 갖지 않는 챔버를 사용하는 것이 가능하다. 또한, 권취 롤(309) 및 권출 롤(310)은 챔버(301)의 외부에 배치되고, 성막 대상물 S가 챔버(301)의 격벽을 관통하여 챔버(301) 내에 도입되어도 된다.
제1 단자(302), 제2 단자(303), 제3 단자(304) 및 제4 단자(305)는 각각 성막 대상물 S에 접촉한다. 여기서, 본 실시 형태에 있어서는, 상기 롤 투 롤 기구에 의해 성막 대상물 S가 반송되기 때문에, 제1 단자(302), 제2 단자(303), 제3 단자(304) 및 제4 단자(305)는 이동하는 성막 대상물 S에 안정적으로 접촉 가능한 것일 필요가 있다.
구체적으로는, 이들 단자는, 카본이나 각종 금속 등의 도전성 재료를 포함하고, 적어도 성막 대상물 S와 접촉하는 부분이 원호 형상인 것으로 할 수 있다. 또한, 이들 단자는, 상기와 같은 도전성 재료를 포함하는 회전 가능한 롤인 것으로 할 수도 있다.
각 단자는, 성막 대상물 S가 권출 롤(310)측으로부터 제3 단자(304), 제4 단자(305), 제1 단자(302), 제2 단자(303)의 순으로 맞닿도록 배치되어 있다. 각 단자의 배치는 특별히 한정되지 않지만, 도 5에 도시한 바와 같이, 제3 단자(304)와 제4 단자(305) 사이의 성막 대상물 S가 제1 단자(302)와 제2 단자(303) 사이의 성막 대상물 S와 대향하는 배치가 적합하다.
제1 전원(306)은 제1 단자(302)와 제2 단자(303) 사이에 전압을 인가하고, 제2 전원(307)은 제3 단자(304)와 제4 단자(305) 사이에 전압을 인가한다. 제1 전원(306)과 제2 전원(307)은 직류 전원이어도 되고, 교류 전원이어도 된다. 또한, 제1 전원(306) 및 제2 전원(307)은 챔버(301) 내에 배치되어도 되고, 챔버(301) 외부에 배치되어도 된다.
도가니(308)는 성막 원료를 수용하고, 가열함으로써 성막 원료의 가스(이하, 원료 가스)를 발생시킨다. 성막 원료는 반응 전구체 등이며, 성막 대상물 S 상에 있어서 반응을 발생시켜, 성막 재료를 포함하는 박막을 형성하는 것이면 된다. 또한, 박막 제조 장치(300)는, 도가니(308) 대신에 챔버(301) 내에 가스를 도입하는 것이 가능한 가스 공급부를 구비하고 있어도 된다.
박막 제조 장치(300)는 이상과 같은 구성을 갖는 것으로 할 수 있다. 박막 제조 장치(300)에 있어서는 저항 가열에 의해 성막 대상물 S를 가열하는 것이며, 성막 대상물 S 이외의 부분은 그다지 고온이 되지 않는다. 따라서, 박막 제조 장치(300)는 내열성에 상관없이 선택된 재료를 포함하는 것으로 할 수 있다.
[박막 제조 방법에 대하여]
박막 제조 장치(300)를 이용한 박막의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 6은 박막의 제조 방법을 도시하는 모식도이며, 챔버(301)의 도시는 생략한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 권출 롤(310)에 성막 대상물 S의 롤을 세트하고, 성막 대상물 S의 일단을 권취 롤(309)에 접속한다. 이에 의해 성막 대상물 S가 제1 단자(302), 제2 단자(303), 제3 단자(304) 및 제4 단자(305)에 맞닿는다.
성막 대상물 S에는, 사전에 성막 원료(이하, 성막 원료 G1)를 부착시킨다. 성막 원료 G1은 액체 또는 고체이며, 예를 들어 분말을 액체에 분산시킨 분산액이어도 된다. 성막 원료 G1은, 스프레이, 침지 또는 스크린 코트 등의 임의의 방법에 의해 성막 대상물 S에 부착시킬 수 있다.
챔버(301) 내를 진공 배기한 후, 권취 롤(309)을 회전시켜, 권출 롤(310)로부터 권취 롤(309)로 성막 대상물 S를 송출한다. 동시에, 제1 전원(306)에 의해 제1 단자(302)와 제2 단자(303) 사이에 전압을 인가한다. 그렇게 하면, 제1 단자(302)와 제2 단자(303) 사이에서 성막 대상물 S를 통해 전류가 흐르고, 전기 저항에 의해 성막 대상물 S가 가열(통전 가열)된다.
도 5 및 도 6에, 성막 대상물 S에 있어서, 제1 단자(302)와 제2 단자(303) 사이에서 통전 가열에 의해 고온이 되는 영역(이하, 가열 영역 H1)을 도시하다. 이들 도면에 도시한 바와 같이, 가열 영역 H1은 비교적 좁고, 제1 단자(302)와 제2 단자(303)가 대향하는 방향을 따라서 수㎝ 정도의 영역이다. 이 때문에, 박막이 형성되는 반응 공간은 10㎤ 이하가 된다. 가열 영역 H1의 온도는 300K 이상이 적합하다.
또한, 제2 전원(307)에 의해 제3 단자(304)와 제4 단자(305) 사이에 전압을 인가한다. 그렇게 하면, 제3 단자(304)와 제4 단자(305) 사이에서 성막 대상물 S를 통해 전류가 흐르고, 전기 저항에 의해 성막 대상물 S가 가열(통전 가열)된다.
도 5 및 도 6에, 성막 대상물 S에 있어서 제3 단자(304)와 제4 단자(305) 사이에서 통전 가열에 의해 고온이 되는 영역(이하, 가열 영역 H2)을 도시한다. 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 가열 영역 H2는 비교적 좁고, 제3 단자(304)와 제4 단자(305)가 대향하는 방향을 따라서 수㎝ 정도의 영역이다. 가열 영역 H2의 온도는 300K 이상이 적합하다.
또한, 도가니(308)에 의해, 도가니(308)에 수용되어 있는 성막 원료(이하, 성막 원료 G2)를 가열하여, 성막 원료 G2를 기화시킨다. 또한, 가스 공급부에 의해 원료 가스를 챔버(301) 내에 도입해도 된다.
성막 원료 G1은, 가열 영역 H2에 있어서 가열되어, 기화된다. 기화된 성막 원료 G1은, 도가니(308)로부터 공급된 성막 원료 G2와 혼합되어, 가열 영역 H1에 도달한다. 성막 원료 G1과 성막 원료 G2의 혼합물은, 가열 영역 H1의 열에 의해 상태가 변화되고 성막 대상물 S 상에 퇴적되어, 성막된다.
성막 원료의 상태의 변화는 어떤 것이어도 되고, 화학 반응이나 침전, 결정화, 결정 성장 등의 성막 대상물 S 상에 박막이 성막되는 것이면 된다. 이와 같이, 성막 원료 G1은 가열 영역 H2로부터 가열 영역 H1에 공급되기 때문에, 가열 영역 H1과 가열 영역 H2는 서로 대향하는 위치 관계에 있는 것이 적합하다.
또한, 성막 원료 G2는 성막 원료 G1에 혼합되어 가열 영역 H1에 공급되기 때문에, 도가니(308)는 성막 원료 G2를 가열 영역 H1과 가열 영역 H2 사이의 공간에 공급하는 위치에 설치되는 것이 적합하다.
롤 투 롤에 의해 성막 대상물 S를 반송하면서 통전 가열을 행함으로써, 가열 영역 H2는 성막 대상물 S 상에서 이동한다. 따라서, 성막 대상물 S 상의 1점은, 가열 영역 H2를 단시간에 통과하고, 성막 대상물 S 상의 1점에서는 급속 가열 및 급속 냉각이 발생한다.
이 때문에, 성막 원료 G1은, 가열 영역 H2에 있어서 일정량씩 기화되어, 가열 영역 H1에 일정량씩 공급된다. 이에 의해, 가열 영역 H1에 성막 원료 G1의 필요량, 예를 들어 가열 영역 H1에 있어서 발생하는 화학 반응에서의 이상적인 조성비가 되는 양을 공급하는 것이 가능하다.
또한, 롤 투 롤에 의해 성막 대상물 S를 반송하면서 통전 가열을 행함으로써, 가열 영역 H1도 성막 대상물 S 상에서 이동한다. 따라서, 성막 대상물 S 상의 1점은, 가열 영역 H1을 단시간에 통과하고, 성막 대상물 S 상의 1점에서는 급속 가열 및 급속 냉각이 발생한다.
성막 대상물 S 상의 1점이 가열되는 시간, 즉 성막이 진행되는 반응 시간은, 성막 대상물 S의 반송 속도에 의해 제어할 수 있다. 구체적으로는, 성막 재료가 층 형상으로 성장하는 재료인 경우에는, 성막 대상물 S의 반송 속도를 원하는 층수를 갖는 박막이 형성되는 시간으로 함으로써, 층수를 제어하는 것이 가능해진다. 반응 시간은 10분 이하가 적합하고, 성막 대상물 S의 반송 속도는 분속 10m 이하가 적합하다.
또한, 성막 대상물 S 상에 박막이 형성된 후, 롤 투 롤의 반송 방향을 역전시키면서 통전 가열을 행함으로써, 박막 상에 박막을 더 적층시켜도 된다. 또한, 특정한 성막 재료를 포함하는 층이 형성된 후, 가열 영역 H1 내에 공급하는 성막 원료를 변경하여, 성막 대상물 S 상에 이종의 성막 재료를 포함하는 층이 복수층 적층된 박막을 형성하는 것도 가능하다.
[적용예]
박막 제조 장치(300)를 이용하여 금박 혹은 철박 상에 이황화몰리브덴(MOS2)을 포함하는 박막을 성막하는 방법에 대하여 설명한다.
금박 혹은 철박을 성막 대상물 S로 하여, 권출 롤(310)에 세트하고, 성막 대상물 S의 일단을 권취 롤(309)에 접속한다. 성막 대상물 S는, 제1 단자(302), 제2 단자(303), 제3 단자(304) 및 제4 단자(305)에 맞닿게 한다.
성막 대상물 S에는 사전에 성막 원료 G1로서 염화몰리브덴(V)(MoCl5)을 도포한다. 염화몰리브덴(V) 분말을 분산시킨 분산액을 스프레이, 침지 또는 스크린 코트 등에 의해 성막 대상물 S에 도포할 수 있다. 이 도포는, 사전에 행해도 되고, 챔버(301) 내에서 행해도 된다.
제1 단자(302)와 제2 단자(303) 사이에 전압을 인가하고, 제3 단자(304)와 제4 단자(305) 사이에도 전압을 인가한다. 또한, 도가니(308)에 성막 원료 G2로서 황(S)을 수용하고, 450℃ 이상으로 가열한다. 이 상태에서 롤 투 롤에 의해 성막 대상물 S를 반송한다.
제3 단자(304)와 제4 단자(305) 사이에서의 통전 가열에 의해 가열 영역 H2가 형성되고, 염화몰리브덴(V)은 가열 영역 H2에 있어서 승화된다. 가열 영역 H2의 온도는 약 300℃가 적합하다.
또한, 도가니(308)로부터는 승화된 황이 공급되어, 염화몰리브덴(V)과 혼합된다. 황과 염화몰리브덴(V)의 혼합물은, 제1 단자(302)와 제2 단자(303) 사이에서의 통전 가열에 의해 형성된 가열 영역 H1에 도달하여, 이황화몰리브덴이 형성된다. 가열 영역 H1의 온도는 약 850℃가 적합하다.
이황화몰리브덴은, 성막 대상물 S 상에 침전되어, 결정 성장을 발생시킨다. 가열 영역 H1의 가열 범위는 2㎝ 정도가 되고, 그 전후의 영역에서는 급속하게 실온까지 냉각된다. 롤 투 롤의 반송 속도는 ㎝/초의 오더로 제어하여, 이황화몰리브덴의 반응 시간을 초 오더로 함으로써, 이황화몰리브덴의 2차원 박막의 총수를 1 내지 10층 이상의 범위에서 제어하는 것이 가능해진다.
(제4 실시 형태)
본 기술의 제4 실시 형태에 대하여 설명한다.
도 7은 본 실시 형태에 관한 박막 제조 장치(400)를 도시하는 모식도이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 박막 제조 장치(400)는 챔버(401), 제1 단자(402), 제2 단자(403), 제3 단자(404), 제4 단자(405), 제1 전원(406), 제2 전원(407), 가스 공급부(408), 권취 롤(409), 권출 롤(410) 및 가이드 롤(411)을 갖는다.
권취 롤(409) 및 권출 롤(410)에는 성막 대상물 S가 세트되어 있다. 제1 단자(402), 제2 단자(403), 제3 단자(404), 제4 단자(405), 권취 롤(409) 및 권출 롤(410)은 챔버(201)에 수용되어 있다. 제1 단자(402) 및 제2 단자(403)는 각각 제1 전원(406)에 접속되고, 제3 단자(404) 및 제4 단자(405)는 각각 제2 전원(407)에 접속되어 있다. 가스 공급부(408)는 챔버(401)에 접속되어 있다.
성막 대상물 S는, 제1 실시 형태와 마찬가지로 통전 가열이 가능하고, 롤 형상으로 권회할 수 있을 정도의 길이를 갖는 것이다.
권취 롤(409) 및 권출 롤(410)은 롤 투 롤(roll-to-roll) 기구를 구성한다. 구체적으로는, 롤 형상의 성막 대상물 S가 권출 롤(410)에 세트되고, 그 일단이 권취 롤(409)에 접속된다. 권취 롤(409)이 회전 동력에 의해 회전하면, 권취 롤(409)에 성막 대상물 S가 권회됨으로써, 권출 롤(410)이 종동적으로 회전하여, 성막 대상물 S가 권출 롤(410)로부터 권취 롤(409)에 반송되는 것으로 할 수 있다. 또한, 성막 대상물 S는, 롤 투 롤 기구 이외의 반송 기구에 의해 반송되어도 된다.
챔버(401)는 내부를 소정 압력으로 유지한다. 챔버(401)에는 진공 펌프 등의 배기 기구가 접속되어 있어도 된다. 챔버(401)는 진공 챔버로 할 수 있지만, 진공 챔버보다 강도가 작은 챔버여도 되고, 성막의 프로세스에 필요한 진공도(또는 양압)를 유지할 수 있는 것이면 된다.
또한, 챔버(401)는 높은 내열성이 요구되지 않기 때문에, 내열성을 갖지 않는 챔버를 사용하는 것이 가능하다. 또한, 권취 롤(409) 및 권출 롤(410)은 챔버(401)의 외부에 배치되고, 성막 대상물 S가 챔버(401)의 격벽을 관통하여 챔버(401) 내에 도입되어도 된다.
제1 단자(402), 제2 단자(403), 제3 단자(404) 및 제4 단자(405)는 각각 성막 대상물 S에 접촉한다. 여기서, 본 실시 형태에 있어서는, 상기 롤 투 롤 기구에 의해 성막 대상물 S가 반송되기 때문에, 제1 단자(402), 제2 단자(403), 제3 단자(404) 및 제4 단자(405)는 이동하는 성막 대상물 S에 안정적으로 접촉 가능한 것일 필요가 있다.
구체적으로는, 이들 단자는, 카본이나 각종 금속 등의 도전성 재료를 포함하고, 적어도 성막 대상물 S와 접촉하는 부분이 원호 형상인 것으로 할 수 있다. 또한, 이들 단자는, 상기와 같은 도전성 재료를 포함하는 회전 가능한 롤인 것으로 할 수도 있다.
각 단자는, 성막 대상물 S가 권출 롤(410)측으로부터 제3 단자(404), 제4 단자(405), 제1 단자(402), 제2 단자(403)의 순으로 맞닿도록 배치되어 있다. 각 단자의 배치는 특별히 한정되지 않지만, 도 7에 도시한 바와 같이, 제3 단자(404)와 제4 단자(405) 사이의 성막 대상물 S가 제1 단자(402)와 제2 단자(403) 사이의 성막 대상물 S와 대향하는 배치가 적합하다.
제1 전원(406)은 제1 단자(402)와 제2 단자(403) 사이에 전압을 인가하고, 제2 전원(407)은 제3 단자(404)와 제4 단자(405) 사이에 전압을 인가한다. 제1 전원(406)과 제2 전원(407)은 직류 전원이어도 되고, 교류 전원이어도 된다. 또한, 제1 전원(406) 및 제2 전원(407)은 챔버(401) 내에 배치되어도 되고, 챔버(401) 외부에 배치되어도 된다.
가스 공급부(408)는 챔버(401) 내에 성막 원료의 가스(이하, 원료 가스)를 도입한다. 성막 원료는 반응 전구체 등이며, 성막 대상물 S 상에 있어서 반응을 발생시켜, 성막 재료를 포함하는 박막을 형성하는 것이면 된다. 원료 가스는, 1종 또는 복수종의 가스로 할 수 있다.
박막 제조 장치(400)는 이상과 같은 구성을 갖는 것으로 할 수 있다. 박막 제조 장치(400)에 있어서는 저항 가열에 의해 성막 대상물 S를 가열하는 것이며, 성막 대상물 S 이외의 부분은 그다지 고온이 되지 않는다. 따라서, 박막 제조 장치(400)는 내열성에 상관없이 선택된 재료를 포함하는 것으로 할 수 있다.
[박막 제조 방법에 대하여]
박막 제조 장치(400)를 이용한 박막의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 8은 박막의 제조 방법을 도시하는 모식도이며, 챔버(401)의 도시는 생략한다.
도 8에 도시한 바와 같이, 권출 롤(410)에 성막 대상물 S의 롤을 세트하고, 성막 대상물 S의 일단을 권취 롤(409)에 접속한다. 이에 의해 성막 대상물 S가 제1 단자(402), 제2 단자(403), 제3 단자(404) 및 제4 단자(405)에 맞닿는다.
성막 대상물 S는, 금속박 S1 상에 도전층 S2를 적층한 것으로 할 수 있다. 금속박 S1은 예를 들어 구리박이며, 도전층 S2는 예를 들어 그래핀이다.
도전층 S2 상에는, 사전에 성막 원료(이하, 성막 원료 G1)를 부착시킨다. 성막 원료 G1은 액체 또는 고체이며, 예를 들어 분말을 액체에 분산시킨 분산액이어도 된다. 성막 원료 G1은, 스프레이, 침지 또는 스크린 코트 등의 임의의 방법에 의해 성막 대상물 S에 부착시킬 수 있다.
챔버(401) 내를 진공 배기한 후, 권취 롤(409)을 회전시켜, 권출 롤(410)로부터 권취 롤(409)로 성막 대상물 S를 송출한다. 동시에, 제1 전원(406)에 의해 제1 단자(402)와 제2 단자(403) 사이에 전압을 인가한다. 그렇게 하면, 제1 단자(402)와 제2 단자(403) 사이에서 성막 대상물 S를 통해 전류가 흐르고, 전기 저항에 의해 성막 대상물 S가 가열(통전 가열)된다.
도 7 및 도 8에, 성막 대상물 S에 있어서, 제1 단자(402)와 제2 단자(403) 사이에서 통전 가열에 의해 고온이 되는 영역(이하, 가열 영역 H1)을 도시한다. 이들 도면에 도시한 바와 같이, 가열 영역 H1은 비교적 좁고, 제1 단자(402)와 제2 단자(403)가 대향하는 방향을 따라서 수㎝ 정도의 영역이다. 이 때문에, 박막이 형성되는 반응 공간은 10㎤ 이하가 된다. 가열 영역 H1의 온도는 300K 이상이 적합하다.
또한, 제2 전원(407)에 의해 제3 단자(404)와 제4 단자(405) 사이에 전압을 인가한다. 그렇게 하면, 제3 단자(404)와 제4 단자(405) 사이에서 성막 대상물 S를 통해 전류가 흐르고, 전기 저항에 의해 성막 대상물 S가 가열(통전 가열)된다.
도 7 및 도 8에, 성막 대상물 S에 있어서 제3 단자(404)와 제4 단자(405) 사이에서 통전 가열에 의해 고온이 되는 영역(이하, 가열 영역 H2)을 도시한다. 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 가열 영역 H2는 비교적 좁고, 제3 단자(404)와 제4 단자(405)가 대향하는 방향을 따라서 수㎝ 정도의 영역이다. 가열 영역 H2의 온도는 300K 이상이 적합하다.
또한, 가스 공급부(408)로부터 성막 원료(이하, 성막 원료 G2)로서 원료 가스를 챔버(401) 내에 도입한다. 원료 가스는 일정한 유량으로 챔버(401) 내에 도입할 수 있다. 또한, 사전에 고체 또는 액체의 성막 원료를 챔버(401)에 수용하고, 기화시켜도 된다.
성막 원료 G1은, 가열 영역 H2에 있어서 가열되어, 기화된다. 기화된 성막 원료 G1은, 가스 공급부(408)로부터 공급된 성막 원료 G2와 혼합되어, 가열 영역 H1에 도달한다. 성막 원료 G1과 성막 원료 G2의 혼합물은, 가열 영역 H1의 열에 의해 상태가 변화되고 성막 대상물 S 상에 퇴적되어, 박막 L이 성막된다.
성막 원료의 상태의 변화는 어떤 것이어도 되고, 화학 반응이나 침전, 결정화 등의 성막 대상물 S 상에 박막이 성막되는 것이면 된다. 이와 같이, 성막 원료 G1은 가열 영역 H2로부터 가열 영역 H1에 공급되기 때문에, 가열 영역 H1과 가열 영역 H2는 서로 대향하는 위치 관계에 있는 것이 적합하다.
또한, 성막 원료 G2는 성막 원료 G1에 혼합되어 가열 영역 H1에 공급되기 때문에, 가스 공급부(408)는 성막 원료 G2를 가열 영역 H1과 가열 영역 H2 사이의 공간에 공급하는 위치에 설치되는 것이 적합하다.
롤 투 롤에 의해 성막 대상물 S를 반송하면서 통전 가열을 행함으로써, 가열 영역 H2는 성막 대상물 S 상에서 이동한다. 따라서, 성막 대상물 S 상의 1점은, 가열 영역 H2를 단시간에 통과하고, 성막 대상물 S 상의 1점에서는 급속 가열 및 급속 냉각이 발생한다.
이 때문에, 성막 원료 G1은, 가열 영역 H2에 있어서 일정량씩 기화되어, 가열 영역 H1에 일정량씩 공급된다. 이에 의해, 가열 영역 H1에 성막 원료 G1의 필요량, 예를 들어 가열 영역 H1에 있어서 발생하는 화학 반응에서의 이상적인 조성비가 되는 양을 공급하는 것이 가능하다.
또한, 롤 투 롤에 의해 성막 대상물 S를 반송하면서 통전 가열을 행함으로써, 가열 영역 H1도 성막 대상물 S 상에서 이동한다. 따라서, 성막 대상물 S 상의 1점은, 가열 영역 H1을 단시간에 통과하고, 성막 대상물 S 상의 1점에서는 급속 가열 및 급속 냉각이 발생한다.
성막 대상물 S 상의 1점이 가열되는 시간, 즉 성막이 진행되는 반응 시간은, 성막 대상물 S의 반송 속도에 의해 제어할 수 있다. 구체적으로는, 성막 대상물 S의 반송 속도를 원하는 층수를 갖는 박막이 형성되는 시간으로 함으로써, 층수를 제어하는 것이 가능해진다. 반응 시간은 10분 이하가 적합하고, 성막 대상물 S의 반송 속도는 분속 10m 이하가 적합하다.
또한, 성막 대상물 S 상에 박막이 형성된 후, 롤 투 롤의 반송 방향을 역전시키면서 통전 가열을 행함으로써, 박막 상에 박막을 더 적층시켜도 된다. 또한, 특정한 성막 재료를 포함하는 층이 형성된 후, 챔버(401) 내에 도입하는 성막 원료를 변경하여, 성막 대상물 S 상에 이종의 성막 재료를 포함하는 층이 복수층 적층된 박막을 형성하는 것도 가능하다.
[적용예]
박막 제조 장치(400)를 이용하여 구리박 상에 그래핀 및 육방정 질화보론(hBN)을 포함하는 박막을 성막하는 방법에 대하여 설명한다.
구리박 상에 그래핀을 성막한 것을 성막 대상물 S로 하여, 권출 롤(410)에 세트하고, 성막 대상물 S의 일단을 권취 롤(409)에 접속한다. 성막 대상물 S는, 제1 단자(402), 제2 단자(403), 제3 단자(404) 및 제4 단자(405)에 맞닿게 한다.
그래핀은, 사전에 구리박 상에 성막해도 되고, 챔버(401) 내에서 성막해도 된다. 챔버(401) 내에서 성막하는 경우, 구리박을 통전 가열에 의해 가열하고, 탄소원 가스를 공급함으로써 성막할 수 있다. 탄소원 가스는, 일산화탄소, 메탄, 에탄 등의 탄소 원자를 포함하는 가스이다.
그래핀(도전층 S2)에는 사전에 성막 원료 G1로서 액체 유기 금속 트리메틸보레이트를 도포한다. 유기 금속 트리메틸보레이트는 스프레이, 침지 또는 스크린 코트 등에 의해 그래핀에 도포할 수 있다. 이 도포는, 사전에 행해도 되고, 챔버(401) 내에서 행해도 된다.
제1 단자(402)와 제2 단자(403) 사이에 전압을 인가하고, 제3 단자(404)와 제4 단자(405) 사이에도 전압을 인가한다. 또한, 가스 공급부(408)로부터 챔버 내에 성막 원료 G2로서 질소 가스를 도입한다. 이 상태에서 롤 투 롤에 의해 성막 대상물 S를 반송한다.
제3 단자(404)와 제4 단자(405) 사이에서의 통전 가열에 의해 가열 영역 H2가 형성되고, 유기 금속 트리메틸보레이트는 가열 영역 H2에 있어서 승화된다. 가열 영역 H2의 온도는 약 80℃가 적합하다.
가스 공급부(408)로부터 공급된 질소와 유기 금속 트리메틸보레이트는 혼합된다. 이 혼합물은, 제1 단자(402)와 제2 단자(403) 사이에서의 통전 가열에 의해 형성된 가열 영역 H1에 도달하여, 육방정 질화보론이 형성된다. 가열 영역 H1의 온도는 약 1800℃가 적합하다.
육방정 질화보론은 그래핀 상에 퇴적되어, 결정 성장을 발생시킨다. 가열 영역 H1의 가열 범위는 2㎝ 정도가 되고, 그 전후의 영역에서는 급속하게 실온까지 냉각된다. 롤 투 롤의 반송 속도는 ㎝/초의 오더로 제어하여, 육방정 질화보론의 반응 시간을 초 오더로 함으로써, 육방정 질화보론의 2차원 박막의 총수를 1 내지 10층 이상의 범위에서 제어하는 것이 가능해진다.
이상과 같이, 구리박 상에 그래핀 및 육방정 질화보론을 포함하는 이종 적층막을 성막할 수 있다. 이와 같은 이종 적층막은, 층간에서 헤테로 접합을 형성하고 있다.
(제5 실시 형태)
본 기술의 제5 실시 형태에 대하여 설명한다.
도 9는 본 실시 형태에 관한 박막 제조 장치(500)를 도시하는 모식도이다. 도 9에 도시한 바와 같이, 박막 제조 장치(500)는 챔버(501), 제1 단자(502), 제2 단자(503), 제3 단자(504), 제4 단자(505), 제5 단자(506), 제6 단자(507), 제7 단자(508), 제8 단자(509), 제1 전원(510), 제2 전원(511), 제3 전원(512), 제4 전원(513), 도가니(514), 가스 공급부(515), 권취 롤(516), 권출 롤(517) 및 가이드 롤(518)을 갖는다.
또한, 제1 단자(502), 제2 단자(503), 제3 단자(504), 제4 단자(505), 제2 전원(511) 및 제3 전원(512)으로 구성되는 부분을 제1 성막부(531)라 하고, 제5 단자(506), 제6 단자(507), 제7 단자(508), 제8 단자(509), 제3 전원(512) 및 제4 전원(513)으로 구성되는 부분을 제2 성막부(532)라 한다.
권취 롤(516) 및 권출 롤(517)에는 성막 대상물 S가 세트되어 있다. 제1 단자(502), 제2 단자(503), 제3 단자(504), 제4 단자(505), 제5 단자(506), 제6 단자(507), 제7 단자(508) 및 제8 단자(509)는 챔버(501)에 수용되어 있다.
제1 단자(502) 및 제2 단자(503)는 각각 제1 전원(510)에 접속되고, 제3 단자(504) 및 제4 단자(505)는 각각 제2 전원(511)에 접속되어 있다. 제5 단자(506) 및 제6 단자(507)는 각각 제3 전원(512)에 접속되고, 제7 단자(508) 및 제8 단자(509)는 각각 제4 전원(513)에 접속되어 있다. 가스 공급부(515)는 챔버(501)에 접속되어 있다.
성막 대상물 S는, 제1 실시 형태와 마찬가지로 통전 가열이 가능하고, 롤 형상으로 권회할 수 있을 정도의 길이를 갖는 것이다.
권취 롤(516) 및 권출 롤(517)은 롤 투 롤(roll-to-roll) 기구를 구성한다. 구체적으로는, 롤 형상의 성막 대상물 S가 권출 롤(517)에 세트되고, 그 일단이 권취 롤(516)에 접속된다. 권취 롤(516)이 회전 동력에 의해 회전하면, 권취 롤(516)에 성막 대상물 S가 권회됨으로써, 권출 롤(517)이 종동적으로 회전하여, 성막 대상물 S가 권출 롤(517)로부터 권취 롤(516)로 반송되는 것으로 할 수 있다. 또한, 성막 대상물 S는, 롤 투 롤 기구 이외의 반송 기구에 의해 반송되어도 된다.
챔버(501)는 내부를 소정 압력으로 유지한다. 챔버(501)에는 진공 펌프 등의 배기 기구가 접속되어 있어도 된다. 챔버(501)는 진공 챔버로 할 수 있지만, 진공 챔버보다 강도가 작은 챔버여도 되고, 성막의 프로세스에 필요한 진공도(또는 양압)를 유지할 수 있는 것이면 된다.
또한, 챔버(501)는 높은 내열성이 요구되지 않기 때문에, 내열성을 갖지 않는 챔버를 사용하는 것이 가능하다. 또한, 권취 롤(516) 및 권출 롤(517)은 챔버(501)의 외부에 배치되고, 성막 대상물 S가 챔버(501)의 격벽을 관통하여 챔버(501) 내에 도입되어도 된다. 또한, 제1 성막부(531)와 제2 성막부(531)는 각각 다른 챔버에 수용되고, 성막 대상물 S는 제1 성막부(531)와 제2 성막부(531) 사이에서 챔버(501) 외부에 노출되어 있어도 된다.
제1 단자(502), 제2 단자(503), 제3 단자(504), 제4 단자(505), 제5 단자(506), 제6 단자(507), 제7 단자(508) 및 제8 단자(509)는 각각 성막 대상물 S에 접촉한다. 여기서, 본 실시 형태에 있어서는, 상기 롤 투 롤 기구에 의해 성막 대상물 S가 반송되기 때문에, 각 단자는 이동하는 성막 대상물 S에 안정적으로 접촉 가능한 것일 필요가 있다.
구체적으로는, 이들 단자는, 카본이나 각종 금속 등의 도전성 재료를 포함하고, 적어도 성막 대상물 S와 접촉하는 부분이 원호 형상인 것으로 할 수 있다. 또한, 이들 단자는, 상기와 같은 도전성 재료를 포함하는 회전 가능한 롤인 것으로 할 수도 있다.
각 단자는, 성막 대상물 S가 권출 롤(517)측으로부터 제3 단자(504), 제4 단자(505), 제1 단자(502), 제2 단자(503), 제7 단자(508), 제8 단자(509), 제5 단자(506), 제6 단자(507)의 순으로 맞닿도록 배치되어 있다. 각 단자의 배치는 특별히 한정되지 않지만, 도 9에 도시한 바와 같이, 제3 단자(504)와 제4 단자(505) 사이의 성막 대상물 S가 제1 단자(502)와 제2 단자(503) 사이의 성막 대상물 S와 대향하고, 제7 단자(508)와 제8 단자(509) 사이의 성막 대상물 S가 제5 단자(506)와 제6 단자(507) 사이의 성막 대상물 S와 대향하는 배치가 적합하다.
제1 전원(510)은 제1 단자(502)와 제2 단자(503) 사이에 전압을 인가하고, 제2 전원(511)은 제3 단자(504)와 제4 단자(505) 사이에 전압을 인가한다. 또한, 제3 전원(512)은 제5 단자(506)와 제6 단자(507) 사이에 전압을 인가하고, 제4 전원(513)은 제7 단자(508)와 제8 단자 사이에 전압을 인가한다. 이들 전원은 직류 전원이어도 되고, 교류 전원이어도 된다. 또한, 각 전원은 챔버(501) 내에 배치되어도 되고, 챔버(501) 외부에 배치되어도 된다.
도가니(514)는 제1 성막부(531)에 설치되며, 성막 원료를 수용하고, 가열함으로써 성막 원료의 가스(이하, 원료 가스)를 발생시킨다. 가스 공급부(515)는 제2 성막부(532)에 설치되며, 챔버(501) 내에 원료 가스를 도입한다. 성막 원료는 반응 전구체 등이며, 성막 대상물 S 상에 있어서 반응을 발생시켜, 성막 재료를 포함하는 박막을 형성하는 것이면 된다. 또한, 박막 제조 장치(500)는 도가니(514) 및 가스 공급부(515) 대신에, 제1 성막부(531) 및 제2 성막부(532)에 성막 원료를 공급 가능한 구성을 갖고 있어도 된다.
박막 제조 장치(500)는 이상과 같은 구성을 갖는 것으로 할 수 있다. 박막 제조 장치(500)에 있어서는 저항 가열에 의해 성막 대상물 S를 가열하는 것이며, 성막 대상물 S 이외의 부분은 그다지 고온이 되지 않는다. 따라서, 박막 제조 장치(500)는 내열성에 상관없이 선택된 재료를 포함하는 것으로 할 수 있다.
[박막 제조 방법에 대하여]
박막 제조 장치(500)를 이용한 박막의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 10은, 박막의 제조 방법을 도시하는 모식도이며, 챔버(501)의 도시는 생략한다.
도 10에 도시한 바와 같이, 권출 롤(517)에 성막 대상물 S의 롤을 세트하고, 성막 대상물 S의 일단을 권취 롤(516)에 접속한다. 이에 의해 성막 대상물 S가 제1 단자(502), 제2 단자(503), 제3 단자(504), 제4 단자(505), 제5 단자(506), 제6 단자(507), 제7 단자(508) 및 제8 단자(509)에 맞닿는다.
성막 대상물 S는, 금속박 S1 상에 도전층 S2를 적층한 것으로 할 수 있다. 금속박 S1은 예를 들어 구리박이며, 도전층 S2는 예를 들어 그래핀이다.
먼저, 제1 성막부(531)에서의 성막에 대하여 설명한다.
도전층 S2 상에는, 사전에 성막 원료(이하, 성막 원료 G1)를 부착시킨다. 성막 원료 G1은 액체 또는 고체이며, 예를 들어 분말을 액체에 분산시킨 분산액이어도 된다. 성막 원료 G1은, 스프레이, 침지 또는 스크린 코트 등의 임의의 방법에 의해 성막 대상물 S에 부착시킬 수 있다.
챔버(501) 내를 진공 배기한 후, 권취 롤(516)을 회전시켜, 권출 롤(517)로부터 권취 롤(516)로 성막 대상물 S를 송출한다. 동시에, 제1 전원(510)에 의해 제1 단자(502)와 제2 단자(503) 사이에 전압을 인가한다. 그렇게 하면, 제1 단자(502)와 제2 단자(503) 사이에서 성막 대상물 S를 통해 전류가 흐르고, 전기 저항에 의해 성막 대상물 S가 가열(통전 가열)된다.
도 9 및 도 10에, 성막 대상물 S에 있어서, 제1 단자(502)와 제2 단자(503) 사이에서 통전 가열에 의해 고온이 되는 영역(이하, 가열 영역 H1)을 도시한다. 이들 도면에 도시한 바와 같이, 가열 영역 H1은 비교적 좁고, 제1 단자(502)와 제2 단자(503)가 대향하는 방향을 따라서 수㎝ 정도의 영역이다. 이 때문에, 박막이 형성되는 반응 공간은 10㎤ 이하가 된다. 가열 영역 H1의 온도는 300K 이상이 적합하다.
또한, 제2 전원(511)에 의해 제3 단자(504)와 제4 단자(505) 사이에 전압을 인가한다. 그렇게 하면, 제3 단자(504)와 제4 단자(505) 사이에서 성막 대상물 S를 통해 전류가 흐르고, 전기 저항에 의해 성막 대상물 S가 가열(통전 가열)된다.
도 9 및 도 10에, 성막 대상물 S에 있어서 제3 단자(504)와 제4 단자(505) 사이에서 통전 가열에 의해 고온이 되는 영역(이하, 가열 영역 H2)을 도시한다. 도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이, 가열 영역 H2는 비교적 좁고, 제3 단자(504)와 제4 단자(505)가 대향하는 방향을 따라서 수㎝ 정도의 영역이다. 가열 영역 H2의 온도는 300K 이상이 적합하다.
또한, 도가니(514)에 의해 도가니(514)에 수용되어 있는 성막 원료(이하, 성막 원료 G2)를 가열하여, 성막 원료 G2를 기화시킨다. 또한, 가스 공급부에 의해 원료 가스를 제1 성막부(531)에 도입해도 된다.
성막 원료 G1은, 가열 영역 H2에 있어서 가열되어, 기화된다. 기화된 성막 원료 G1은, 도가니(514)로부터 공급된 성막 원료 G2와 혼합되어, 가열 영역 H1에 도달한다. 성막 원료 G1과 성막 원료 G2의 혼합물은, 가열 영역 H1의 열에 의해 상태가 변화되고 성막 대상물 S 상에 퇴적되어, 박막 L1이 성막된다.
성막 원료의 상태의 변화는 어떤 것이어도 되고, 화학 반응이나 침전, 결정화, 결정 성장 등의 성막 대상물 S 상에 박막이 성막되는 것이면 된다. 이와 같이, 성막 원료 G1은 가열 영역 H2로부터 가열 영역 H1에 공급되기 때문에, 가열 영역 H1과 가열 영역 H2는 서로 대향하는 위치 관계에 있는 것이 적합하다.
또한, 성막 원료 G2는 성막 원료 G1에 혼합되어 가열 영역 H1에 공급되기 때문에, 도가니(514)는 성막 원료 G2를 가열 영역 H1과 가열 영역 H2 사이의 공간에 공급하는 위치에 설치되는 것이 적합하다.
롤 투 롤에 의해 성막 대상물 S를 반송하면서 통전 가열을 행함으로써, 가열 영역 H2는 성막 대상물 S 상에서 이동한다. 따라서, 성막 대상물 S 상의 1점은, 가열 영역 H2를 단시간에 통과하고, 성막 대상물 S 상의 1점에서는 급속 가열 및 급속 냉각이 발생한다.
이 때문에, 성막 원료 G1은, 가열 영역 H2에 있어서 일정량씩 기화되어, 가열 영역 H1에 일정량씩 공급된다. 이에 의해, 가열 영역 H1에 성막 원료 G1의 필요량, 예를 들어 가열 영역 H1에 있어서 발생하는 화학 반응에서의 이상적인 조성비가 되는 양을 공급하는 것이 가능하다.
또한, 롤 투 롤에 의해 성막 대상물 S를 반송하면서 통전 가열을 행함으로써, 가열 영역 H1도 성막 대상물 S 상에서 이동한다. 따라서, 성막 대상물 S 상의 1점은, 가열 영역 H1을 단시간에 통과하고, 성막 대상물 S 상의 1점에서는 급속 가열 및 급속 냉각이 발생한다.
성막 대상물 S 상의 1점이 가열되는 시간, 즉 성막이 진행되는 반응 시간은, 성막 대상물 S의 반송 속도에 의해 제어할 수 있다. 구체적으로는, 성막 대상물 S의 반송 속도를 원하는 층수를 갖는 박막이 형성되는 시간으로 함으로써, 층수를 제어하는 것이 가능해진다. 반응 시간은 10분 이하가 적합하고, 성막 대상물 S의 반송 속도는 분속 10m 이하가 적합하다.
이와 같이 하여, 성막 대상물 S 상에 박막 L1이 성막된다. 박막 L1이 성막된 성막 대상물 S는, 롤 투 롤에 의해 제2 성막부(532)에 반송된다. 계속해서, 제2 성막부(532)에서의 성막에 대하여 설명한다.
성막 대상물 S 상에 성막된 박막 L1 상에 성막 원료(이하, 성막 원료 G3)를 부착시킨다. 성막 원료 G3은 액체 또는 고체이며, 예를 들어 분말을 액체에 분산시킨 분산액이어도 된다. 성막 원료 G3은, 스프레이, 침지 또는 스크린 코트 등의 임의의 방법에 의해 성막 대상물 S에 부착시킬 수 있다.
롤 투 롤에 의해 성막 대상물 S를 반송하면서, 제3 전원(512)에 의해 제5 단자(506)와 제6 단자(507) 사이에 전압을 인가한다. 그렇게 하면, 제5 단자(506)와 제6 단자(507) 사이에서 성막 대상물 S를 통해 전류가 흐르고, 전기 저항에 의해 성막 대상물 S가 가열(통전 가열)된다.
도 9 및 도 10에, 성막 대상물 S에 있어서, 제5 단자(506)와 제6 단자(507) 사이에서 통전 가열에 의해 고온이 되는 영역(이하, 가열 영역 H3)을 도시한다. 이들 도면에 도시한 바와 같이, 가열 영역 H3은 비교적 좁고, 제5 단자(506)와 제6 단자(507)가 대향하는 방향을 따라서 수㎝ 정도의 영역이다. 이 때문에, 박막이 형성되는 반응 공간은 10㎤ 이하가 된다.
또한, 제4 전원(513)에 의해 제7 단자(508)와 제8 단자(509) 사이에 전압을 인가한다. 그렇게 하면, 제7 단자(508)와 제8 단자(509) 사이에서 성막 대상물 S를 통해 전류가 흐르고, 전기 저항에 의해 성막 대상물 S가 가열(통전 가열)된다.
도 9 및 도 10에, 성막 대상물 S에 있어서 제7 단자(508)와 제8 단자(509) 사이에서 통전 가열에 의해 고온이 되는 영역(이하, 가열 영역 H4)을 도시한다. 도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이, 가열 영역 H4는 비교적 좁고, 제7 단자(508)와 제8 단자(509)가 대향하는 방향을 따라서 수㎝ 정도의 영역이다. 가열 영역 H4의 온도는 300K 이상이 적합하다.
또한, 가스 공급부(515)로부터 성막 원료(이하, 성막 원료 G4)로서 원료 가스를 제2 성막부(532)에 도입한다. 원료 가스는 일정한 유량으로 제2 성막부(532) 내에 도입할 수 있다. 또한, 사전에 고체 또는 액체의 성막 원료를 제2 성막부(532)에 배치하고, 기화시켜도 된다.
성막 원료 G3은, 가열 영역 H4에 있어서 가열되어, 기화된다. 기화된 성막 원료 G3은, 가스 공급부(515)로부터 공급된 성막 원료 G4와 혼합되어, 가열 영역 H3에 도달한다. 성막 원료 G3과 성막 원료 G4의 혼합물은, 가열 영역 H3의 열에 의해 상태가 변화되고 성막 대상물 S 상에 퇴적되어, 박막 L2가 성막된다.
성막 원료의 상태의 변화는 어떤 것이어도 되고, 화학 반응이나 침전, 결정화 등의 박막 L1 상에 박막이 성막되는 것이면 된다. 이와 같이, 성막 원료 G3은 가열 영역 H4로부터 가열 영역 H3에 공급되기 때문에, 가열 영역 H3과 가열 영역 H4는 서로 대향하는 위치 관계에 있는 것이 적합하다.
또한, 성막 원료 G4는 성막 원료 G3에 혼합되어 가열 영역 H3에 공급되기 때문에, 가스 공급부(515)는 성막 원료 G4를 가열 영역 H3과 가열 영역 H4 사이의 공간에 공급하는 위치에 설치되는 것이 적합하다
롤 투 롤에 의해 성막 대상물 S를 반송하면서 통전 가열을 행함으로써, 가열 영역 H4는 성막 대상물 S 상에서 이동한다. 따라서, 성막 대상물 S 상의 1점은, 가열 영역 H4를 단시간에 통과하고, 성막 대상물 S 상의 1점에서는 급속 가열 및 급속 냉각이 발생한다.
이 때문에, 성막 원료 G3은, 가열 영역 H4에 있어서 일정량씩 기화되어, 가열 영역 H3에 일정량씩 공급된다. 이에 의해, 가열 영역 H3에 성막 원료 G3의 필요량, 예를 들어 가열 영역 H3에 있어서 발생하는 화학 반응에서의 이상적인 조성비가 되는 양을 공급하는 것이 가능하다.
또한, 롤 투 롤에 의해 성막 대상물 S를 반송하면서 통전 가열을 행함으로써, 가열 영역 H3도 성막 대상물 S 상에서 이동한다. 따라서, 성막 대상물 S 상의 1점은, 가열 영역 H3을 단시간에 통과하고, 성막 대상물 S 상의 1점에서는 급속 가열 및 급속 냉각이 발생한다.
성막 대상물 S 상의 1점이 가열되는 시간, 즉 성막이 진행되는 반응 시간은, 성막 대상물 S의 반송 속도에 의해 제어할 수 있다. 구체적으로는, 성막 재료가 층 형상으로 성장하는 재료인 경우에는, 성막 대상물 S의 반송 속도를 원하는 층수를 갖는 박막이 형성되는 시간으로 함으로써, 층수를 제어하는 것이 가능해진다. 반응 시간은 10분 이하가 적합하고, 성막 대상물 S의 반송 속도는 분속 10m 이하가 적합하다.
또한, 성막 대상물 S 상에 박막이 형성된 후, 롤 투 롤의 반송 방향을 역전시키면서 통전 가열을 행함으로써, 박막 상에 박막을 더 적층시켜도 된다. 또한, 특정한 성막 재료를 포함하는 층이 형성된 후, 챔버(501) 내에 도입하는 성막 원료를 변경하여, 성막 대상물 S 상에 이종의 성막 재료를 포함하는 층이 복수층 적층된 박막을 형성하는 것도 가능하다.
이상과 같이 하여 성막 대상물 S 상에 제1 성막 재료를 포함하는 박막 L1과, 제2 성막 재료를 포함하는 박막 L2가 성막된다. 또한, 박막 제조 장치(500)는, 제1 성막부(531)와 제2 성막부(532)를 구비하는 것으로 하였지만, 3개 이상의 성막부를 구비하는 것으로 하는 것도 가능하다.
[적용예]
박막 제조 장치(500)를 이용하여 구리박 상에 그래핀, 이황화몰리브덴 및 육방정 질화보론(hBN)을 포함하는 박막을 성막하는 방법에 대하여 설명한다.
구리박 상에 그래핀을 성막한 것을 성막 대상물 S로 하여, 권출 롤(517)에 세트하고, 성막 대상물 S의 일단을 권취 롤(516)에 접속한다. 성막 대상물 S는, 제1 단자(502), 제2 단자(503), 제3 단자(504), 제4 단자(505), 제5 단자(506), 제6 단자(507), 제7 단자(508) 및 제8 단자(509)에 맞닿게 한다.
그래핀은, 사전에 구리박 상에 성막해도 되고, 챔버(501) 내에서 성막해도 된다. 챔버(501) 내에서 성막하는 경우, 구리박을 통전 가열에 의해 가열하고, 탄소원 가스를 공급함으로써 성막할 수 있다. 탄소원 가스는, 일산화탄소, 메탄, 에탄 등의 탄소 원자를 포함하는 가스이다.
도전층 S2(그래핀)에는 사전에 성막 원료 G1로서 염화몰리브덴(V)(MoCl5)을 도포한다. 염화몰리브덴(V) 분말을 분산시킨 분산액을 스프레이, 침지 또는 스크린 코트 등에 의해 성막 대상물 S에 도포할 수 있다. 이 도포는, 사전에 행해도 되고, 챔버(501) 내에서 행해도 된다.
제1 단자(502)와 제2 단자(503) 사이에 전압을 인가하고, 제3 단자(504)와 제4 단자(505) 사이에도 전압을 인가한다. 또한, 도가니(514)에 성막 원료 G2로서 황(S)을 수용하고, 450℃ 이상으로 가열한다. 이 상태에서 롤 투 롤에 의해 성막 대상물 S를 반송한다.
제3 단자(504)와 제4 단자(505) 사이에서의 통전 가열에 의해 가열 영역 H2가 형성되고, 염화몰리브덴(V)은 가열 영역 H2에 있어서 승화된다. 가열 영역 H2의 온도는 약 300℃가 적합하다.
또한, 도가니(514)로부터는 승화된 황이 공급되어, 염화몰리브덴(V)과 혼합된다. 황과 염화몰리브덴(V)의 혼합물은, 제1 단자(502)와 제2 단자(503) 사이에서의 통전 가열에 의해 형성된 가열 영역 H1에 도달하여, 이황화몰리브덴이 형성된다. 가열 영역 H1의 온도는 약 850℃가 적합하다.
이황화몰리브덴은, 성막 대상물 S 상에 침전되어, 결정 성장을 발생시킨다. 가열 영역 H1의 가열 범위는 2㎝ 정도가 되고, 그 전후의 영역에서는 급속하게 실온까지 냉각된다. 롤 투 롤의 반송 속도는 ㎝/초의 오더로 제어하여, 이황화몰리브덴의 반응 시간을 초 오더로 함으로써, 이황화몰리브덴의 2차원 박막의 총수를 1 내지 10층 이상의 범위에서 제어하는 것이 가능해진다. 이와 같이 하여, 그래핀을 포함하는 도전층 S2 상에 이황화몰리브덴을 포함하는 박막 L1이 성막된다.
또한, 박막 L1 상에 성막 원료 G3으로서 액체 유기 금속 트리메틸보레이트를 도포한다. 유기 금속 트리메틸보레이트는 스프레이, 침지 또는 스크린 코트 등에 의해 그래핀에 도포할 수 있다.
제5 단자(506)와 제6 단자(507) 사이에 전압을 인가하고, 제7 단자(508)와 제8 단자(509) 사이에도 전압을 인가한다. 또한, 가스 공급부(515)로부터 제2 성막부(532)에 성막 원료 G4로서 질소 가스를 도입한다. 이 상태에서 롤 투 롤에 의해 성막 대상물 S를 반송한다.
제7 단자(508)와 제8 단자(509) 사이에서의 통전 가열에 의해 가열 영역 H4가 형성되고, 유기 금속 트리메틸보레이트는 가열 영역 H4에 있어서 증발된다. 가열 영역 H4의 온도는 약 80℃가 적합하다.
가스 공급부(515)로부터 공급된 질소와 유기 금속 트리메틸보레이트는 혼합된다. 이 혼합물은, 제5 단자(506)와 제6 단자(507) 사이에서의 통전 가열에 의해 형성된 가열 영역 H3에 도달하여, 육방정 질화보론이 형성된다. 가열 영역 H3의 온도는 약 1800℃가 적합하다.
육방정 질화보론은 이황화몰리브덴을 포함하는 박막 L1 상에 퇴적되어, 결정 성장을 발생시킴으로써 박막 L2가 성막된다. 가열 영역 H1의 가열 범위는 2㎝ 정도가 되고, 그 전후의 영역에서는 급속하게 실온까지 냉각된다. 롤 투 롤의 반송 속도는 ㎝/초의 오더로 제어하여, 육방정 질화보론의 반응 시간을 초 오더로 함으로써, 육방정 질화보론의 2차원 박막의 총수를 1 내지 10층 이상의 범위에서 제어하는 것이 가능해진다.
이상과 같이, 구리박 상에 그래핀, 이황화몰리브덴 및 육방정 질화보론을 포함하는 이종 적층막을 성막할 수 있다.
(응용예)
상기 각 실시 형태에 관한 박막의 제조 방법은, 다양한 소자의 제조 방법에 응용할 수 있다. 구체적으로는, 박막을 갖는 광전 변환막 및 투명 전극층과 전하 축적 회로를 구비한 광전 변환 소자, 박막을 갖는 트랜지스터 및 배선 전극을 구비한 논리 회로, 박막을 갖는 발광층 및 버퍼층 및 투명 전극층과 박막 트랜지스터를 구비한 발광 소자, 박막을 갖는 조광층 및 투명 전극층을 구비한 조광 소자 등의 각 소자에 있어서 박막을 제조하는 공정에서 상기 각 실시 형태에 관한 박막의 제조 방법을 이용할 수 있다.
(성막 재료에 대하여)
본 기술을 적용하여 성막 가능한 성막 재료는 특별히 한정되지 않는다. 본 기술은 층수 제어된 2차원 박막, 특히 질화보론, 칼코게나이드, 흑인, 그래핀 또는 실리센 등의 성막에 적합하게 이용하는 것이 가능하다. 이 밖에도, 본 기술은, 프랭크 반 데르 메르(FM) 양식이나 스트란스키 크라스타노프 양식으로 성장하는 각종 성막 재료에 적용 가능하다.
(본 기술의 효과에 대하여)
본 기술에 의한 효과의 예를 이하에 나타낸다.
ㆍ층수가 제어된 층 형상 화합물을 성막할 수 있다.
ㆍ원하는 이종 재료가 헤테로 접합된 적층 화합물을 성막할 수 있다.
ㆍ박막 계면이 제어된 소자 형성 2차원 재료를 포함하는 소자를 양산할 수 있다.
ㆍ계면의 접합에 의한 박막의 열화가 억제된다.
ㆍ계면 산란이 적은 접촉 계면이 얻어진다.
ㆍ효율적인 광 흡수를 위한, 적절한 막 두께의 2차원 박막 소자가 얻어진다.
ㆍ터널형의 트랜지스터를 얻기 위한, 적절한 계면을 갖는 3차원 박막 소자가 얻어진다.
ㆍ광학 특성을 액티브하게 변화시킬 수 있는, 2차원 박막 소자가 얻어진다.
ㆍ전기 특성을 액티브하게 변화시킬 수 있는, 2차원 박막 소자가 얻어진다.
ㆍ화학적 안정성이 높은 2차원 박막 소자가 얻어진다.
ㆍ기계적 안정성이 높은 2차원 박막 소자가 얻어진다.
ㆍ투명성이 높은 2차원 박막 전극이 얻어진다.
ㆍ2차원 박막을 포함하는 초격자 구조가 얻어진다.
ㆍ2차원 박막에 의한 양자 가둠 효과를 만들어 낼 수 있다.
또한, 본 기술은 이하와 같은 구성도 취할 수 있다.
(1)
도전성을 갖는 성막 대상물을 제1 단자와 제2 단자에 맞닿게 하고, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 전압을 인가하여, 상기 성막 대상물의 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이의 영역인 제1 영역을 가열하고, 원하는 층수를 갖는 박막이 성막되도록 반응 시간을 제어하여 상기 제1 영역에 박막을 성막하는 박막 제조 방법.
(2)
상기 (1)에 기재된 박막 제조 방법이며,
상기 박막은, 이종 재료가 적층된 적층막인 박막 제조 방법.
(3)
상기 (1) 또는 (2)에 기재된 박막 제조 방법이며,
상기 성막 대상물을 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자에 대하여 이동시키면서, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 전압을 인가하고, 상기 성막 대상물의 이동 속도에 의해 상기 반응 시간을 제어하는 박막 제조 방법.
(4)
상기 (3)에 기재된 박막 제조 방법이며,
롤 투 롤에 의해 상기 성막 대상물을 반송하고, 상기 성막 대상물을 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자에 대하여 이동시키는 박막 제조 방법.
(5)
상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 박막 제조 방법이며,
상기 제1 단자와 상기 제2 단자에의 전압의 인가 시간에 의해 상기 반응 시간을 제어하는 박막 제조 방법.
(6)
상기 (5)에 기재된 박막 제조 방법이며,
상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이의 전압 인가를 정지하고, 상기 제1 영역을 냉각하고, 원하는 층수를 갖는 박막이 성막되도록 반응 시간을 제어하는 박막 제조 방법.
(7)
상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 박막 제조 방법으로서,
상기 1에 기재된 박막 제조 방법이며,
상기 성막 대상물을 또한 제3 단자와 제4 단자에 맞닿게 하고, 상기 제3 단자와 상기 제4 단자 사이에 전압을 인가하여, 상기 성막 대상물의 상기 제3 단자와 상기 제4 단자 사이의 영역인 제2 영역을 가열하고, 상기 성막 대상물에 부착시킨 성막 원료를 상기 제2 영역에서 기화시켜, 상기 제1 영역에 공급하는 박막 제조 방법.
(8)
상기 (7)에 기재된 박막 제조 방법이며,
상기 성막 대상물을 또한, 제5 단자와 제6 단자에 맞닿게 하고, 상기 제5 단자와 상기 제6 단자 사이에 전압을 인가하여, 상기 성막 대상물의 상기 제5 단자와 상기 제6 단자 사이의 영역인 제3 영역을 가열하고, 상기 제3 영역에 성막 원료를 공급하고, 반응 시간을 제어함으로써 상기 제3 영역에 박막을 적층하는 박막 제조 방법.
(9)
상기 (8)에 기재된 박막 제조 방법이며,
상기 성막 대상물을 또한 제7 단자와 제8 단자에 맞닿게 하고, 상기 제7 단자와 상기 제8 단자 사이에 전압을 인가하여, 상기 성막 대상물의 상기 제7 단자와 상기 제8 단자 사이의 영역인 제4 영역을 가열하고, 상기 성막 대상물에 부착시킨 성막 원료를 상기 제4 영역에서 기화시켜, 상기 제3 영역에 공급하는 박막 제조 방법.
(10)
상기 (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 박막 제조 방법이며,
상기 반응 시간은 10분 이하인 박막 제조 방법.
(11)
상기 (3)에 기재된 박막 제조 방법이며,
상기 반응 시간이 10분 이하가 되는 속도로 상기 성막 대상물을 이동시키는 박막 제조 방법.
(12)
상기 (3)에 기재된 박막 제조 방법이며,
상기 성막 대상물의 이동 속도는 분속 10m 이하인 박막 제조 방법.
(13)
상기 (1) 내지 (12) 중 어느 하나에 기재된 박막 제조 방법이며,
상기 제1 영역의 가열 온도는 300K 이상인 박막 제조 방법.
(14)
제1 단자와,
제2 단자와,
상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 전압을 인가하는 제1 전원과,
제3 단자와,
제4 단자와,
상기 제3 단자와 상기 제4 단자 사이에 전압을 인가하는 제2 전원과,
성막 대상물을 상기 제1 단자, 상기 제2 단자, 상기 제3 단자 및 상기 제4 단자에 맞닿게 하면서 반송하는 반송 기구를 구비하고,
상기 제1 단자, 상기 제2 단자, 상기 제3 단자 및 상기 제4 단자는, 상기 성막 대상물의 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이의 영역인 제1 영역이, 상기 성막 대상물의 상기 제3 단자와 상기 제4 단자 사이의 영역인 제2 영역과 대향하도록 형성되어 있는 박막 제조 장치.
(15)
상기 (14)에 기재된 박막 제조 방법이며,
제5 단자와,
제6 단자와,
상기 제5 단자와 상기 제6 단자 사이에 전압을 인가하는 제3 전원과,
제7 단자와,
제8 단자와,
상기 제7 단자와 상기 제8 단자 사이에 전압을 인가하는 제4 전원을 더 구비하고,
상기 반송 기구는, 상기 성막 대상물을, 상기 제1 단자, 상기 제2 단자, 상기 제3 단자, 상기 제4 단자, 상기 제5 단자, 상기 제6 단자, 상기 제7 단자 및 상기 제8 단자에 맞닿게 하면서 반송하고,
상기 제5 단자, 상기 제6 단자, 상기 제7 단자 및 상기 제8 단자는, 상기 성막 대상물의 상기 제5 단자와 상기 제6 단자 사이의 영역인 제3 영역이, 상기 성막 대상물의 상기 제7 단자와 상기 제8 단자 사이의 영역인 제4 영역과 대향하도록 형성되어 있는 박막 제조 장치.
(16)
상기 (15)에 기재된 박막 제조 방법이며,
상기 제1 단자, 상기 제2 단자, 상기 제3 단자, 상기 제4 단자, 상기 제5 단자, 상기 제6 단자, 상기 제7 단자 및 상기 제8 단자를 수용하는 챔버를 더 구비하는 박막 제조 장치.
(17)
박막을 갖는 광전 변환막 및 투명 전극층과 전하 축적 회로를 구비한 광전 변환 소자에 있어서의, 상기 박막을 제조하는 공정은,
도전성을 갖는 성막 대상물을 제1 단자와 제2 단자에 맞닿게 하고, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 전압을 인가하여, 상기 성막 대상물의 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이의 영역인 제1 영역을 가열하고, 상기 제1 영역에 성막 원료를 공급하고, 원하는 층수를 갖는 박막이 성막되도록 반응 시간을 제어하여 상기 제1 영역에 박막을 성막하는 공정을 포함하는 광전 변환 소자의 제조 방법.
(18)
박막을 갖는 트랜지스터 및 배선 전극을 구비한 논리 회로에 있어서의, 상기 박막을 제조하는 공정은,
도전성을 갖는 성막 대상물을 제1 단자와 제2 단자에 맞닿게 하고, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 전압을 인가하여, 상기 성막 대상물의 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이의 영역인 제1 영역을 가열하고, 상기 제1 영역에 성막 원료를 공급하고, 원하는 층수를 갖는 박막이 성막되도록 반응 시간을 제어하여 상기 제1 영역에 박막을 성막하는 공정을 포함하는 논리 회로의 제조 방법.
(19)
박막을 갖는 발광층 및 버퍼층 및 투명 전극층과 박막 트랜지스터를 구비한 발광 소자에 있어서의, 상기 박막을 제조하는 공정은,
도전성을 갖는 성막 대상물을 제1 단자와 제2 단자에 맞닿게 하고, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 전압을 인가하여, 상기 성막 대상물의 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이의 영역인 제1 영역을 가열하고, 상기 제1 영역에 성막 원료를 공급하고, 원하는 층수를 갖는 박막이 성막되도록 반응 시간을 제어하여 상기 제1 영역에 박막을 성막하는 공정을 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
(20)
박막을 갖는 조광층 및 투명 전극층을 구비한 조광 소자에 있어서의, 상기 박막을 제조하는 공정은,
도전성을 갖는 성막 대상물을 제1 단자와 제2 단자에 맞닿게 하고, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 전압을 인가하여, 상기 성막 대상물의 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이의 영역인 제1 영역을 가열하고, 상기 제1 영역에 성막 원료를 공급하고, 원하는 층수를 갖는 박막이 성막되도록 반응 시간을 제어하여 상기 제1 영역에 박막을 성막하는 공정을 포함하는 조광 소자의 제조 방법.
100, 200, 300, 400, 500 : 박막 제조 장치
101, 201, 301, 401, 501 : 챔버
102, 202, 302, 402, 502 : 제1 단자
103, 203, 303, 403, 503 : 제2 단자
404, 504 : 제3 단자
405, 505 : 제4 단자
506 : 제5 단자
507 : 제6 단자
508 : 제7 단자
509 : 제8 단자

Claims (20)

  1. 도전성을 갖는 성막 대상물을 제1 단자와 제2 단자에 맞닿게 하고, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 전압을 인가하여, 상기 성막 대상물의 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이의 영역인 제1 영역을 가열하고, 상기 제1 영역에 성막 원료를 공급하고, 원하는 층수를 갖는 박막이 성막되도록 반응 시간을 제어하여 상기 제1 영역에 박막을 성막하는 박막 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 박막은, 이종 재료가 적층된 적층막인 박막 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 성막 대상물을 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자에 대하여 이동시키면서, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 전압을 인가하고, 상기 성막 대상물의 이동 속도에 의해 상기 반응 시간을 제어하는 박막 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    롤 투 롤에 의해 상기 성막 대상물을 반송하고, 상기 성막 대상물을 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자에 대하여 이동시키는 박막 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단자와 상기 제2 단자에의 전압의 인가 시간에 의해 상기 반응 시간을 제어하는 박막 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이의 전압 인가를 정지하고, 상기 제1 영역을 냉각하고, 원하는 층수를 갖는 박막이 성막되도록 반응 시간을 제어하는 박막 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 성막 대상물을 또한 제3 단자와 제4 단자에 맞닿게 하고, 상기 제3 단자와 상기 제4 단자 사이에 전압을 인가하여, 상기 성막 대상물의 상기 제3 단자와 상기 제4 단자 사이의 영역인 제2 영역을 가열하고, 상기 성막 대상물에 부착시킨 성막 원료를 상기 제2 영역에서 기화시켜, 상기 제1 영역에 공급하는 박막 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 성막 대상물을 또한, 제5 단자와 제6 단자에 맞닿게 하고, 상기 제5 단자와 상기 제6 단자 사이에 전압을 인가하여, 상기 성막 대상물의 상기 제5 단자와 상기 제6 단자 사이의 영역인 제3 영역을 가열하고, 상기 제3 영역에 성막 원료를 공급하고, 반응 시간을 제어함으로써 상기 제3 영역에 박막을 적층하는 박막 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 성막 대상물을 또한 제7 단자와 제8 단자에 맞닿게 하고, 상기 제7 단자와 상기 제8 단자 사이에 전압을 인가하여, 상기 성막 대상물의 상기 제7 단자와 상기 제8 단자 사이의 영역인 제4 영역을 가열하고, 상기 성막 대상물에 부착시킨 성막 원료를 상기 제4 영역에서 기화시켜, 상기 제3 영역에 공급하는 박막 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 반응 시간은 10분 이하인 박막 제조 방법.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 반응 시간이 10분 이하가 되는 속도로 상기 성막 대상물을 이동시키는 박막 제조 방법.
  12. 제3항에 있어서,
    상기 성막 대상물의 이동 속도는 분속 10m 이하인 박막 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영역의 가열 온도는 300K 이상인 박막 제조 방법.
  14. 제1 단자와,
    제2 단자와,
    상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 전압을 인가하는 제1 전원과,
    제3 단자와,
    제4 단자와,
    상기 제3 단자와 상기 제4 단자 사이에 전압을 인가하는 제2 전원과,
    성막 대상물을 상기 제1 단자, 상기 제2 단자, 상기 제3 단자 및 상기 제4 단자에 맞닿게 하면서 반송하는 반송 기구를 구비하고,
    상기 제1 단자, 상기 제2 단자, 상기 제3 단자 및 상기 제4 단자는, 상기 성막 대상물의 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이의 영역인 제1 영역이, 상기 성막 대상물의 상기 제3 단자와 상기 제4 단자 사이의 영역인 제2 영역과 대향하도록 형성되어 있는 박막 제조 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    제5 단자와,
    제6 단자와,
    상기 제5 단자와 상기 제6 단자 사이에 전압을 인가하는 제3 전원과,
    제7 단자와,
    제8 단자와,
    상기 제7 단자와 상기 제8 단자 사이에 전압을 인가하는 제4 전원을 더 구비하고,
    상기 반송 기구는, 상기 성막 대상물을, 상기 제1 단자, 상기 제2 단자, 상기 제3 단자, 상기 제4 단자, 상기 제5 단자, 상기 제6 단자, 상기 제7 단자 및 상기 제8 단자에 맞닿게 하면서 반송하고,
    상기 제5 단자, 상기 제6 단자, 상기 제7 단자 및 상기 제8 단자는, 상기 성막 대상물의 상기 제5 단자와 상기 제6 단자 사이의 영역인 제3 영역이, 상기 성막 대상물의 상기 제7 단자와 상기 제8 단자 사이의 영역인 제4 영역과 대향하도록 형성되어 있는 박막 제조 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 단자, 상기 제2 단자, 상기 제3 단자, 상기 제4 단자, 상기 제5 단자, 상기 제6 단자, 상기 제7 단자 및 상기 제8 단자를 수용하는 챔버를 더 구비하는 박막 제조 장치.
  17. 박막을 갖는 광전 변환막 및 투명 전극층과 전하 축적 회로를 구비한 광전 변환 소자에 있어서의, 상기 박막을 제조하는 공정은,
    도전성을 갖는 성막 대상물을 제1 단자와 제2 단자에 맞닿게 하고, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 전압을 인가하여, 상기 성막 대상물의 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이의 영역인 제1 영역을 가열하고, 상기 제1 영역에 성막 원료를 공급하고, 원하는 층수를 갖는 박막이 성막되도록 반응 시간을 제어하여 상기 제1 영역에 박막을 성막하는 공정을 포함하는 광전 변환 소자의 제조 방법.
  18. 박막을 갖는 트랜지스터 및 배선 전극을 구비한 논리 회로에 있어서의, 상기 박막을 제조하는 공정은,
    도전성을 갖는 성막 대상물을 제1 단자와 제2 단자에 맞닿게 하고, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 전압을 인가하여, 상기 성막 대상물의 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이의 영역인 제1 영역을 가열하고, 상기 제1 영역에 성막 원료를 공급하고, 원하는 층수를 갖는 박막이 성막되도록 반응 시간을 제어하여 상기 제1 영역에 박막을 성막하는 공정을 포함하는 논리 회로의 제조 방법.
  19. 박막을 갖는 발광층 및 버퍼층 및 투명 전극층과 박막 트랜지스터를 구비한 발광 소자에 있어서의, 상기 박막을 제조하는 공정은,
    도전성을 갖는 성막 대상물을 제1 단자와 제2 단자에 맞닿게 하고, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 전압을 인가하여, 상기 성막 대상물의 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이의 영역인 제1 영역을 가열하고, 상기 제1 영역에 성막 원료를 공급하고, 원하는 층수를 갖는 박막이 성막되도록 반응 시간을 제어하여 상기 제1 영역에 박막을 성막하는 공정을 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
  20. 박막을 갖는 조광층 및 투명 전극층을 구비한 조광 소자에 있어서의, 상기 박막을 제조하는 공정은,
    도전성을 갖는 성막 대상물을 제1 단자와 제2 단자에 맞닿게 하고, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 전압을 인가하여, 상기 성막 대상물의 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이의 영역인 제1 영역을 가열하고, 상기 제1 영역에 성막 원료를 공급하고, 원하는 층수를 갖는 박막이 성막되도록 반응 시간을 제어하여 상기 제1 영역에 박막을 성막하는 공정을 포함하는 조광 소자의 제조 방법.
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