KR20200055611A - plasma chemical vapor deposition apparatus using laser and the method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 플라즈마 화학기상증착 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 화학기상 증착 시 저온에서도 고품질의 증착층을 형성할 수 있도록 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma chemical vapor deposition apparatus, and more particularly, to a laser plasma chemical vapor deposition apparatus and a method capable of forming a high-quality deposition layer at a low temperature during chemical vapor deposition.
CVD(chemical vapor deposition)법은, 화학기상증착법을 말하는 것으로서, 기판에 증착하고자 하는 물질의 가스 또는 액체를 분사하여 챔버 내의 기판 위에서 고온분해 또는 고온화학반응을 통해 박막을 증착하는 원리를 이용한다. 이 방법은 기판과 증착된 박막 사이의 접착력이 우수하며, 기판의 형상에 상관없이 균일한 박막을 제조할 수 있으며, 고 순도의 물질을 증착하기에 용이한 방법이다. The CVD (chemical vapor deposition) method refers to a chemical vapor deposition method, and uses a principle of depositing a thin film through high temperature decomposition or high temperature chemical reaction on a substrate in a chamber by spraying a gas or liquid of a material to be deposited on the substrate. This method has excellent adhesion between the substrate and the deposited thin film, can produce a uniform thin film regardless of the shape of the substrate, and is an easy method for depositing high purity materials.
이러한 이유로, 현재 반도체 제조공정, OLED 디스플레이 제조 등에서 가장 널리 사용되고 있는 방법이기도 하다.For this reason, it is currently the most widely used method in semiconductor manufacturing processes and OLED display manufacturing.
CVD법 중, CVD법 중 레이저 화학기상증착법(LACVD)은 기판이 위치되는 챔버 내부로 반응물질을 주입한 후 레이저를 조사하여 반응물질이 기판과 화학반응을 수행하여 기판에 증착되게 함으로써 박막을 형성하는 방법이다.Among CVD and CVD methods, laser chemical vapor deposition (LACVD) injects a reactant into a chamber where the substrate is located, and then irradiates a laser to perform a chemical reaction with the substrate to form a thin film by depositing it on the substrate. Is how to do it.
또한, 플라즈마 화학기상증착법(PECVD)은, 진공을 이루는 챔버 내부에 증착 시 필요한 반응가스 또는 반응물을 포함하는 액체 등의 반응물질을 주입하여 원하는 압력과 기판 온도가 설정되면 전원장치를 통해 전극에 초고주파를 인가함으로써 반응물질을 플라즈마 상태로 만들고, 반응물질 혹은 전구체를 이온화시켜 이온화된 전구체와 플라즈마 상태의 반응물질 중 일부가 물리적 또는 화학적 반응을 하여 기판에 증착되게 함으로써 박막을 형성하는 방법이다.In addition, plasma chemical vapor deposition (PECVD), when the desired pressure and substrate temperature are set by injecting a reactant such as a liquid containing a reaction gas or a reactant required for deposition inside a chamber forming a vacuum, the ultrahigh frequency is applied to the electrode through a power supply. It is a method of forming a thin film by making a reactant into a plasma state by applying, and ionizing the reactant or precursor to deposit a part of the ionized precursor and the reactant in a plasma state on a substrate by physical or chemical reaction.
이러한 플라즈마 화학기상증착법의 효율을 높이기 위해서, 레이저(Laser)를 병행하여 사용함으로써 증착을 수행하는 방법에 대한 연구가 다수 수행되고 있다. 이러한 연구의 결과로, 대한민국 공개특허 제2018-0068637호 및 대한민국 등록특허 제1243782호는 반응물질을 공급한 후 레이저를 조사하여 플라즈마화하여 기판에 박막을 형성하는 레이저를 이용한 화학기상증착 장치를 개시하고 있다.In order to increase the efficiency of such a plasma chemical vapor deposition method, a number of studies have been conducted on a method of performing deposition by using a laser in parallel. As a result of these studies, Korean Patent Publication No. 2018-0068637 and Korean Patent Registration No. 123782 disclose a chemical vapor deposition apparatus using a laser that forms a thin film on a substrate by irradiating a laser and then plasmaizing it after supplying a reactant. Doing.
그러나 상술한 레이저를 이용한 플라즈마 화학기상증착법은 기판의 증착 온도를 낮추는 경우 반응물질이 충분히 분해되지 않아 증착된 박막의 품질이 저하되어 증착온도를 낮추는 것에 한계를 가지는 문제점을 가진다.However, the plasma chemical vapor deposition method using the above-described laser has a problem in that when the deposition temperature of the substrate is lowered, the reactants are not sufficiently decomposed and the quality of the deposited thin film is lowered, thereby lowering the deposition temperature.
또한, 상술한 레이저 화학기상증착법의 경우에는 증착온도를 낮출 수는 있으나 증착속도가 느린 문제점 및 레이저의 균일한 조사가 어려운 문제점을 가지며, 이와 달리, 증착속도를 증가시키기 위해 레이저의 파워를 높이는 경우, 레이저가 기판을 향해 조사되기 때문에 레이저에 의해 기판이 손상될 수 있는 문제점을 가진다.In addition, in the case of the above-described laser chemical vapor deposition method, the deposition temperature may be lowered, but the deposition rate is slow and the laser is not uniformly irradiated. Alternatively, when the laser power is increased to increase the deposition rate , Since the laser is irradiated toward the substrate, there is a problem that the substrate may be damaged by the laser.
따라서 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 플라즈마 화학기상증착을 수행함에 있어, 반응물질 전체로 에너지가 균일하게 분산되도록 레이저를 조사하여 반응물질의 반응성을 향상시킴으로써 화학기상증착을 위한 증착 온도를 낮추면서도, 기판에의 증착속도를 향상시키고, 증착된 박막의 품질 또한 현저히 향상시킬 수 있도록 하는 유기소재 등을 포함하는 다양한 소재의 박막 증착에 적합한 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Therefore, in an embodiment of the present invention for solving the above-described problems of the prior art, in performing plasma chemical vapor deposition, by irradiating a laser so that the energy is uniformly dispersed throughout the reactant to improve the reactivity of the reactant chemistry Laser plasma chemical vapor deposition apparatus suitable for thin film deposition of various materials, including organic materials, etc., while lowering the deposition temperature for vapor deposition, improving the deposition rate on the substrate, and also significantly improving the quality of the deposited thin film. And an object thereof.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 레이저발생부; 상기 레이저발생부에서 발생된 레이저의 초점과 경로를 조절하는 광학계부; 및 상기 광학계부로부터 출력되는 레이저의 경로 상에 반응물질을 분사하여 반응물질 증착 대상 기판에 플라즈마 화학기상증착을 수행하는 챔버부;를 포함하며, 상기 광학계부에서 초점과 경로가 조절된 레이저가 상기 챔버부 내부로 조사되는 것을 특징으로하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치를 제공한다.One embodiment of the present invention for achieving the above object, a laser generator; An optical system unit that controls the focus and path of the laser generated by the laser generation unit; And a chamber unit that performs a plasma chemical vapor deposition on a substrate to which a reactant is deposited by spraying a reactant on a path of a laser output from the optical system unit. It provides a laser plasma chemical vapor deposition apparatus characterized in that it is irradiated into the chamber.
본 발명의 실시예에 따르는 상기 레이저는 상기 챔버부의 양측에서 상기 챔버부 내부로 조사되도록 구성될 수 있다.The laser according to an embodiment of the present invention may be configured to be irradiated into the chamber part from both sides of the chamber part.
본 발명의 실시예에 따르는 상기 레이저발생부에서 출력되는 레이저는, 150 내지 20,000 nm 범위의 파장을 가지는 것일 수 있다.The laser output from the laser generation unit according to an embodiment of the present invention may have a wavelength in the range of 150 to 20,000 nm.
본 발명의 실시예에 따르는 상기 레이저발생부에서 출력되는 레이저는, 상기 증착챔버 내 상기 기판 위에서 0.001 내지 100 W/mm2 범위의 파워밀도를 가지는 것일 수 있다.The laser output from the laser generation unit according to an embodiment of the present invention may have a power density in the range of 0.001 to 100 W / mm 2 on the substrate in the deposition chamber.
본 발명의 일 실시예에 따르는 상기 광학계부는, 상기 레이저를 상기 레이저 조사 방향의 측 방향으로 기 설정된 간격의 다수의 라인으로 분할하여 다중라인 레이저로 변환하는 다중분할렌즈를 구비한 다초점광학계를 포함하여 구성될 수 있다.The optical system according to an embodiment of the present invention includes a multifocal optical system having a multi-segmentation lens for dividing the laser into a plurality of lines at predetermined intervals in the lateral direction of the laser irradiation direction and converting it into a multi-line laser. Can be configured.
본 발명의 일 실시예에 따르는 상기 광학계부는, 상기 레이저를 상기 레이저 조사 방향에 수직인 z축, 상기 레이저 조사 방향인 y축 및 상기 레이저 조사 방향의 수평 방향인 x축으로 선택적으로 이동시켜 상기 레이저를 상기 챔버부의 내부로 스캔 또는 진동스캔 조사하는 레이저조사구동부를 포함하여 구성될 수 있다.The optical system according to an embodiment of the present invention, the laser by selectively moving the laser in the z-axis perpendicular to the laser irradiation direction, the y-axis the laser irradiation direction and the x-axis in the horizontal direction of the laser irradiation direction the laser It may be configured to include a laser irradiation driving unit for scanning or irradiating a scan into the interior of the chamber portion.
본 발명의 일 실시예에 따르는 상기 레이저조사구동부는, 상기 레이저의 스캔 조사 중에 상기 레이저를 x축 방향에서 진동 조사하도록 구성될 수도 있다.The laser irradiation driving unit according to an embodiment of the present invention may be configured to vibrate the laser in the x-axis direction during scan irradiation of the laser.
본 발명의 일 실시예에 따르는 상기 레이저조사구동부는, 상기 레이저의 스캔 조사 중에 상기 레이저를 z축 방향에서 진동 조사하도록 구성될 수도 있다.The laser irradiation driving unit according to an embodiment of the present invention may be configured to vibrate the laser in the z-axis direction during scan irradiation of the laser.
본 발명의 일 실시예에 따르는 상기 광학계부는, 상기 레이저를 상기 기판의 길이를 기 설정된 간격으로 분할한 영역에 대응하는 조사영역을 가지고, 상기 기판의 전체 길이를 상기 조사영역별로 스캔조사하도록 구성될 수 있다.The optical system according to an embodiment of the present invention, the laser has an irradiation area corresponding to an area in which the length of the substrate is divided at predetermined intervals, and is configured to scan and scan the entire length of the substrate for each irradiation area Can be.
본 발명의 일 실시예에 따르는 상기 챔버부는, 챔버; 상기 챔버의 상부에 반응물질을 상기 챔버의 내부로 반응물질을 공급하도록 형성되는 반응물질공급부; 상기 반응물질공급부의 하부에 설치되어, 음극을 가지며 반응물질을 고르게 분산시켜 기판측으로 분사하는 샤워헤드; 상기 챔버의 내부로 분사된 반응물질을 플라즈마화하기 위해 상기 챔버의 내부로 플라즈마 에너지를 공급하는 플라즈마 에너지 발생부; 및 상기 샤웨헤드의 하부에서 상기 기판을 지지하도록 배치되어 양극으로 작용하는 서셉터;를 포함하여 구성될 수 있다.The chamber portion according to an embodiment of the present invention, the chamber; A reactant supply unit formed to supply a reactant to the interior of the chamber on the upper portion of the chamber; A shower head installed on the lower portion of the reactant supply unit, having a cathode, and uniformly dispersing the reactant to spray the substrate; A plasma energy generator that supplies plasma energy to the interior of the chamber to plasma the reactants injected into the chamber; And a susceptor disposed to support the substrate under the shower head and serving as an anode.
본 발명의 일 실시예에 따르는 상기 플라즈마 에너지 발생부는, 상기 반응물질을 플라즈마화하기 위한 플라즈마 에너지 밀도가 0.01 W/cm2 ~ 10 W/cm2의 범위를 가지고 조사하도록 구성될 수 있다.The plasma energy generating unit according to an embodiment of the present invention may be configured to irradiate a plasma energy density for plasmaizing the reactant in a range of 0.01 W / cm 2 to 10 W / cm 2 .
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예는, 챔버부, 반응물질공급부, 샤워헤드, 플라즈마 에너지 발생부 및 상기 샤웨헤드의 하부에서 상기 기판을 지지하도록 배치되어 양극으로 작용하는 서셉터를 포함하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치에 의한 화학기상증착 방법에 있어서, 상기 반응물질공급부를 통해 챔버부의 내부로 반응물질을 분사하는 반응물질 분사단계; 상기 플라즈마 에너지 발생부를 통해 상기 챔버부의 내부로 플라즈마 에너지를 공급하여 상기 반응물질을 플라즈마화 하는 플라즈마화 단계; 및 상기 플라즈마화 단계와 동시에 상기 레이저발생부에서 출력되는 레이저를 상기 챔버부의 내부로 조사하여, 상기 챔버부의 내부로 공급된 상기 반응물질들의 플라즈마화 반응을 촉진시키는 레이저조사 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention for achieving the above object is, a chamber portion, a reactant supply unit, a shower head, a plasma energy generating unit and a susceptor that is disposed to support the substrate under the shower head to act as an anode. A chemical vapor deposition method using a laser plasma chemical vapor deposition apparatus comprising: a reactant injection step of injecting a reactant into a chamber portion through the reactant supply unit; Plasmaization step of supplying plasma energy to the interior of the chamber through the plasma energy generating unit to plasma the reactant; And a laser irradiation step of irradiating a laser output from the laser generation unit to the interior of the chamber unit at the same time as the plasmaization step to accelerate the plasma reaction of the reactants supplied into the chamber unit. Provided is a laser plasma chemical vapor deposition method.
본 발명의 다른 실시예에 따르는 상기 레이저조사 단계는, 상기 레이저를 상기 챔버의 양측방향에서 상기 챔버의 내부로 조사하는 단계일 수 있다.The laser irradiation step according to another embodiment of the present invention may be a step of irradiating the laser to the inside of the chamber from both sides of the chamber.
본 발명의 다른 실시예에 따르는 상기 레이저조사 단계는, 상기 광학계부에 구비되는 다중분할렌즈에 의해 상기 레이저를 상기 레이저 조사 방향의 측 방향으로 기 설정된 간격의 다수의 라인으로 분할하여 다중라인 레이저로 변환하여 조사하는 단계일 수 있다.In the laser irradiation step according to another embodiment of the present invention, the laser is divided into a plurality of lines at predetermined intervals in the lateral direction of the laser irradiation direction by a multi-segmentation lens provided in the optical system, thereby converting the laser into a multi-line laser. It may be a step of conversion and investigation.
본 발명의 다른 실시예에 따르는 상기 레이저 조사단계에서 조사되는 레이저는, 150 내지 20,000 nm의 범위의 파장을 가질 수 있다.The laser irradiated in the laser irradiation step according to another embodiment of the present invention may have a wavelength in the range of 150 to 20,000 nm.
본 발명의 다른 실시예에 따르는 상기 레이저 조사단계에서 조사되는 레이저는, 상기 챔버 내 상기 기판 위에서, 0.001 W/cm2 내지 100 W/mm2 범위 내의 파워를 가질 수 있다.The laser irradiated in the laser irradiation step according to another embodiment of the present invention, on the substrate in the chamber, may have a power in the range of 0.001 W / cm 2 to 100 W / mm 2 .
본 발명의 다른 실시예에 따르는 상기 플라즈마화 단계는, 상기 반응물질을 플라즈마화하기 위하여 플라즈마 에너지 밀도가 0.01 W/cm2 내지 100 W/cm2의 범위를 가지는 플라즈마 에너지를 공급하는 것일 수 있다. The plasmaization step according to another embodiment of the present invention may be to supply plasma energy having a plasma energy density in the range of 0.01 W / cm 2 to 100 W / cm 2 in order to plasma the reactant.
상술한 본 발명의 실시 예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치는, 플라즈마 화학기상증착 시 반응물질의 측 방향에서 레이저를 조사하는 것에 의해 반응물질의 플라즈마화를 가속화하여 미 반응 가스를 줄이는 것에 의해 플라즈마 화학기상증착 온도를 낮추면서도 기판 상에 고품질의 박막을 증착시킬 수 있도록 하는 효과를 제공한다.The laser plasma chemical vapor deposition apparatus according to the above-described embodiment of the present invention accelerates plasmaization of a reactant by irradiating a laser in a lateral direction of the reactant during plasma chemical vapor deposition, thereby reducing unreacted gas. It provides the effect of depositing a high-quality thin film on a substrate while lowering the chemical vapor deposition temperature.
상술한 본 발명의 실시 예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치는, 플라즈마 화학기상증착 시 반응물질의 양측 방향에서 레이저를 조사하는 것에 의해 반응물질의 플라즈마화를 더욱 가속화시켜 미 반응 가스를 더욱 줄이는 것에 의해 플라즈마 화학기상증착 온도를 낮추면서도 반응물질의 기판 증착 속도를 높이고, 더욱 균일한 고품질의 박막을 증착시킬 수 있도록 하는 효과를 제공한다.The laser plasma chemical vapor deposition apparatus according to the above-described embodiment of the present invention further accelerates plasmaization of the reactant by further irradiating lasers in both directions of the reactant during plasma chemical vapor deposition, thereby further reducing unreacted gas. By providing a plasma chemical vapor deposition temperature lowering, while increasing the substrate deposition rate of the reactant, it provides an effect to deposit a more uniform high-quality thin film.
상술한 본 발명의 실시 예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치는, 플라즈마 화학기상증착 온도를 낮추면서도 반응물질의 기판 증착 속도를 높이는 것에 의해 유기소재 등을 포함하는 다양한 소재의 박막 증착을 고효율 및 고품질로 수행할 수 있도록 하는 효과를 제공한다. The laser plasma chemical vapor deposition apparatus according to the above-described embodiment of the present invention is capable of depositing thin films of various materials including organic materials and the like by increasing the substrate deposition rate of a reactant while lowering the plasma chemical vapor deposition temperature. It provides an effect that can be performed as.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치(LAPECVD: Laser Assisted Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition)(1)의 부분 평면 단면도.
도 2는 레이저발생부(100)의 레이저를 챔버부(300)의 내부로 조사하기 위한 레이저발생부(100)와 광학계부(200) 및 챔버부(300)의 연결 구성을 나타내는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치의 일부 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따르는 다초점 광학계(220)에 구성을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저조사구동부(210)를 나타내기 위한 광학장치부(200)의 부분단면도.
도 5는 도 4의 레이저조사구동부(210)의 실제 구현 예를 나타내는 사진이다.
도 6은 다중레이저의 양방향 조사를 나타내는 도 1의 챔버부(300)의 평면 부분 단면도.
도 7은 도 1의 챔버부(300)의 양측의 레이저포트(350)를 가로지르는 방향으로 절단한 측단면도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD)과 종래기술의 플라즈마 화학기상증착(PECVD)에 의해 형성된 박막의 WVTR (water vapor transmission rate)특성 비교 그래프.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD) 시 레이저빔을 좌우로 스캔하면서 챔버(300)의 일 측면에서 조사하여 형성된 박막과 종래기술의 플라즈마 화학기상증착(PECVD)에 의해 형성된 박막의 균일도를 나타내는 그래프.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD) 시 레이저빔을 좌우로 스캔하면서 챔버(300)의 일 측면에서 조사하여 형성된 박막(TF)의 사진.
도 11 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD) 챔버(300)의 양 측면에서 동시에 양방향으로 조사하여 형성된 박막(TF)과 종래기술의 플라즈마 화학기상증착(PECVD)에 의해 형성된 박막(TF)의 위치별 두께 변화를 측정한 그래프.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD) 챔버(300)의 양 측면에서 동시에 양방향으로 조사하여 형성된 박막(TF) 의 사진.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예의 레이저 플라즈마 화학기상증착 방법의 처리과정을 나타내는 순서도.1 is a partial plan cross-sectional view of a laser assisted plasma enhanced chemical vapor deposition (LAPECVD) 1 according to an embodiment of the present invention.
2 is a laser plasma chemical vapor phase showing a connection configuration between the
3 is a view showing the configuration in a multifocal
4 is a partial cross-sectional view of an
5 is a photograph showing an actual implementation example of the laser
6 is a cross-sectional plan view of the
7 is a cross-sectional side view cut in a direction crossing the
8 is a comparison graph of water vapor transmission rate (WVTR) characteristics of a thin film formed by laser plasma chemical vapor deposition (LAPECVD) and prior art plasma chemical vapor deposition (PECVD) according to an embodiment of the present invention.
9 is a plasma plasma chemical vapor deposition (PECVD) of a thin film formed by irradiation from one side of the
10 is a photograph of a thin film (TF) formed by irradiating from one side of the
11 A thin film (TF) formed by irradiating in both directions simultaneously from both sides of a laser plasma chemical vapor deposition (LAPECVD)
12 is a photograph of a thin film (TF) formed by irradiating in both directions simultaneously from both sides of a laser plasma chemical vapor deposition (LAPECVD)
13 is a flow chart showing the processing of the laser plasma chemical vapor deposition method of another embodiment of the present invention.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In the following description of the present invention, when it is determined that a detailed description of related known functions or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the embodiment according to the concept of the present invention can be modified in various ways and have various forms, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the present specification or application. However, this is not intended to limit the embodiment according to the concept of the present invention to a specific disclosure form, and it should be understood that the present invention includes all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.When an element is said to be "connected" or "connected" to another component, it is understood that other components may be directly connected to or connected to the other component, but there may be other components in between. It should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that no other component exists in the middle. Other expressions that describe the relationship between the components, such as "between" and "immediately between" or "neighboring" and "directly neighboring to" should be interpreted as well.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, terms such as “include” or “have” are intended to indicate that a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described is present, and one or more other features or numbers. It should be understood that it does not preclude the presence or addition possibilities of, steps, actions, components, parts or combinations thereof.
이하, 본 발명의 실시 예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings showing an embodiment of the present invention will be described the present invention in more detail.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치(1)의 부분 평면 단면도이고, 도 2는 레이저발생부(100)의 레이저를 챔버부(300)의 내부로 조사하기 위한 레이저발생부(100)와 광학계부(200) 및 챔버부(300)의 연결 구성을 나타내는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치의 일부 사시도이다.1 is a partial planar cross-sectional view of a laser plasma chemical
도 1과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치(1)는, 레이저발생부(100)와 레이저발생부(100)의 출력 레이저(L)를 입력 받은 후, 초점조절 및 광경로 조절을 수행하여 챔버부(300)의 내부로 조사하는 광학계부(200) 및 상기 광학계부(200)로부터 출력되는 레이저(L)의 경로 상에 반응물질을 분사하여 기판에 플라즈마 화학기상증착을 수행하는 챔버부(300)를 포함하여 구성되어, 상기 챔버부(300)의 내부에서 플라즈마화된 반응 가스의 측방향으로 레이저를 조사하여 미 반응된 반응물질을 플라즈마화 하여 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD: Laser Assisted Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition)을 수행하는 것에 의해 챔버부(300)의 내부에 장입된 기판 상에 박막을 적층 형성한다.1, the laser plasma chemical
상기 레이저발생부(100)는 ArF(193nm) 레이저를 구비할 수 있다. 또한 상기 레이저발생부(10)에서 발생되는 레이저(L)의 파장은 150 내지 20,000nm의 범위를 가질 수 있다. 이는 상기 레이저(L)의 파장이 150 ㎚ 미만인 경우, 레이저(L) 자체의 비용이 너무 증가하여 생산비용이 증가하고 고출력을 형성하기가 힘들다는 단점이 있다. 그리고 레이저부(10)의 조사 파장이 20,000 ㎚ 초과인 경우, 저 에너지를 갖는 장파장의 레이저로 인해, 치밀한 박막(71)을 형성하기 위해 조사되는 레이저의 에너지가 부족할 수 있다. The
또한, 상기 레이저 발생부(100)에서 발생된 레이저(L)는 챔버 내부 기판 위에서 파워밀도가 0.001 W/cm2 내지 100 W/mm2 범위를 가지도록 조절되어 조사될 수 있다. 상기 레이저(L)의 파워가 0.001 W/mm2 미만인 경우, 레이저 에너지의 파워가 너무 낮아, 가스분해가 효과적으로 일어나지 않을 수 있다. 그리고 레이저부(10)에서 출력되는 레이저(L)의 파워가 100 W/mm2 초과인 경우, 레이저 비용증가로 생산원가가 증가할 수 있다.In addition, the laser (L) generated by the
상기 광학계부(200)는 레이저(L)의 경로 및 초점 조절을 위한 다수의 볼록, 오목 또는 플라이(Fly) 렌즈 등의 렌즈와 반사경들을 포함하여 구성되어, 상기 레이저발생부(100))에서 출력된 레이저(L)를 챔버부(300)의 측방향에서 챔버부(300)의 내부로 조사하도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 광학계부(200)는 상기 레이저(L)를 챔버부(300)의 양 측방향에서 챔버부(300) 내부로 동시에 조사되도록 2중 레이저 경로를 가지도록 구성될 수도 있다.The
상기 광학계부(200)는 상기 레이저를 다수의 레이저 라인을 가지는 다중라인 레이저(ML)로 변환하여 조사하고, 다중라인 레이저(ML)의 수직 수평 및 진행 방향에서의 조사 방향을 가변시키도록 구성될 수도 있다.The
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따르는 다초점 광학계(220)에 구성을 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저조사구동부(210)를 나타내기 위한 광학장치부(200)의 부분단면도이며, 도 5는 도 4의 레이저조사구동부(210)의 실제 구현 예를 나타내는 사진이다.3 is a view showing the configuration in a multi-focus
도 3에서 (a)는 다중레이저 조사 구동 상태를 나타내는 도면이고, (b)는 다초점 광학계(220)의 실제 구현 예의 사진이며, (c)는 다초점 광학계(220)에 의해 다중 분할된 다중레이저(ML)의 초점(LP) 사진을 나타낸다.In FIG. 3, (a) is a diagram showing a multi-laser irradiation driving state, (b) is a photograph of an actual implementation example of the multi-focus
도 3의 (b)와 같이, 상기 다초점 광학계(220)는, 상기 레이저(L)를 다수의 초점을 가지는 다중라인 레이저(ML)로 형성하기 위한 다중분할렌즈(230)와, 다중분할렌즈(230)를 고정하는 렌즈홀더(231)를 포함하여 구성된다. 이때, 상기 다중분할렌즈(230)는 다수의 초점을 가지는 렌즈들이 배열 구성되는 플라이(Fly) 렌즈 등일 수 있다.As shown in (b) of FIG. 3, the multifocal
상술한 구성을 가지는 상기 다초점 광학계(220)는 도 3의 (a)와 같이, 레이저발생부(100)에서 출력된 레이저(L)를 반사미러(201) 등을 통해 입력 받은 후, 서로 수평으로 진행하는 다수의 레이저 라인을 가지는 다중라인 레이저(ML)로 변환하여 출력한다. 이렇게 변환된 다중라인 레이저(ML)는 도 3의 (c)와 같이 레이저 플라즈마 화학기상증착이 수행될 기판면에 평행한 면 상에서 레이저 조사 방향의 수평 방향인 x축 방향을 따라 기 설정된 간격으로 분할된 다수의 초점(LP)을 가지게 된다. 이에 따라, 챔버부(300) 내부의 x축 방향에서 반응물질로의 레이저 조사 면적을 크게 하며, x축 방향으로 다중라인 레이저(ML)를 스캔 조사하는 것에 의해 분할된 폭의 영역에서 다중라인 레이저(ML)가 중첩 조사되어 반응물질의 플라즈마화 효율을 향상시킨다.The multi-focus
도 4와 같이, 상기 레이저조사구동부(210)는 단일초점광학계(미도시) 또는 상기 다초점광학계(220)가 장착되고, 상기 단일초점광학계 또는 다초점 광학계를 y축 방향을 따라 이동시키도록 구성되는 y축 구동부(ym), 상기 y축 구동부(ym)를 x축 방향으로 이동시키도록 상기 y축 구동부(y)의 하부에 설치되는 x축 구동부(xm) 및 상기 y축 구동부(yn)와 x축 구동부(xm)를 동시에 수직 방향으로 승하가 시키도록 상기 x축 구동부(xm)의 하부에 설치되는 z축 구동부(zm)를 포함하여 구성된다. 이때, x축은 상기 레이저(L) 또는 다중라인 레이저(ML) 조사 방향에 대한 수평 방향, y축은 상기 레이저(L) 또는 상기 다중라인 레이저(ML) 조사 방향, z축은 상기 레이저(L) 또는 상기 다중라인 레이저(ML) 조사 방향의 수직 방향으로 설정된다.As shown in FIG. 4, the laser
상술한 도 4의 구성을 가지는 상기 레이저조사구동부(210)는 상기 단일 초점광학계 또는 상기 다초점광학계(220)의 x, y, z 축의 3축 방향에서 선택적으로 이동시키는 것에 의해 상기 단일초점광학계 또는 상기 다초점광학계(220)를 통해 조사되는 단일초점 레이저 또는 다수의 라인으로 분할되어 조사되는 다중라인 레이저(ML)의 조사 방향, 스캔 방향 또는 수평-수직 진동의 조절을 수행한다.The laser
상술한 구성을 가지는 상기 레이저발생부(100)와 광학계부(200)는, 챔버부(300)의 내부에서 분사되는 반응물질의 플라즈마화 효율을 더욱 향상시키기 위해, 하기에 설명될 도 6과 같이 챔버부(300) 내부의 반응물질의 양측에서 단일초점을 가지는 레이저(L) 또는 다중라인 레이저(ML)를 동시에 조사할 수 있도록 도, 1과 같이 챔버부(300)의 양측에 이중으로 구성될 수도 있다. 이때 상기 양측에서 조사되는 레이저는 동일한 에너지를 가지고 양측에서 조사됨으로써, 챔버부(300) 내부에서 흡수되더라도 반응물질 전체에 가능한 균일한 에너지가 조사되도록 하여 반응물질들의 플라즈마화가 균일하게 이루어지도록 구성될 수 있다.The
그리고 상기 챔버부(300)의 양측에서 조사되는 레이저는 도 1의 구성과는 달리 하나의 레이저발생부(100)와 두 개의 광학계부(20))를 통해 하나의 레이저발생부(200)에서 발생된 레이저를 두 개의 광학계부(200)에 의해 2개의 경로로 분할하여 조사되도록 구성될 수도 있다. 이 경우, 레이저의 광경로가 큰 쪽의 레이저 에너지가 크도록 분할하여 조사하는 것에 의해 레이저가 지나는 광경로 상에서의 공기에 의한 레이저 에너지의 손실을 고려하여 챔버부(300)의 양측에서 조사되는 레이저가 서로 동일하거나 비슷한 세기를 가지고 중첩되도록 양방향에서 조사되도록 구성될 수 있다.And, the laser irradiated from both sides of the
상술한 바와 같이, 챔버부(300)의 양측면에서 레이저(L) 또는 다중라인 레이저(ML)를 챔버부(300)의 내부로 조사하는 경우, 상기 레이저(L) 또는 다중라인 레이저(ML)는 플라즈마화에 필요한 레이저 파워의 0.4 내지 0.6 범위의 크기를 가지도록 분할되는 것에 의해 반응물질로 과도한 레이저 에너지가 공급되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다.As described above, when irradiating a laser (L) or a multi-line laser (ML) to the interior of the
다음으로, 도 1의 챔버부(300)의 구성을 설명한다.Next, the configuration of the
도 6은 다중레이저의 양방향 조사를 나타내는 도 1의 챔버부(300)의 평면 부분 단면도이고, 도 7은 도 1의 챔버부(300)의 양측의 레이저포트(350)를 가로지르는 방향으로 절단한 측단면도이다.FIG. 6 is a cross-sectional partial plan view of the
도 6 및 도 7과 같이, 상기 챔버부(300)는 챔버(310)를 구성하는 상부의 반응물질공급부(320)와, 상기 반응물질공급부(320)의 하부에 설치되어, 음극을 가지며 반응물질을 고르게 분산시켜 분사하는 샤워헤드(330), 챔버(310)의 내부로 분사된 반응물질을 플라즈마화하기 위해 챔버(310)의 내부에 구성된 코일 등으로 플라즈마 에너지인 고주파를 공급하는 플라즈마 에너지 발생부(340), 상기 샤웨헤드(330)의 하부에서 기판(S)을 지지하도록 배치되어 양극으로 작용하는 서셉터(350) 및 챔버(310)의 레이저(L) 또는 다중라인 레이저(ML)가 조사되는 일측 또는 양측에 설치되는 하나 또는 한 쌍의 레이저포트(360)를 포함하여 구성된다.6 and 7, the
상기 반응물질공급부(320)는 상기 챔버(310) 내부의 레이저 플라즈마 화학기상증착을 수행하도록 하는 공간으로 반응물질을 공급하도록 구성된다. 상기 챔버부(300)의 내부로 분사되는 반응물질은 아르곤(Ar), 헬륨(He), 크립톤(Kr), 크세논(Xe), 네온(Ne), 수소화규소(SiH4, Si2H4), 산화질소(N2O), 산소(O2), 질소(N2), 암모니아(NH3) 등의 반응가스나 Trimethylaluminum(TMA), H2O 등의 액체를 포함할 수 있다.The reactant supply unit 320 is configured to supply a reactant to a space to perform chemical vapor deposition of laser plasma inside the
상기 샤워헤드(330)는 유입되는 반응물질들이 기판(S)의 상부에 균일하게 분사되도록 반응물질을 분산시켜 분사하도록 구성된다. 그리고 플라즈마화된 반응물질이 기판(S)으로 이동되어 박막을 형성한다.The
상기 플라즈마 에너지 발생부(340)는 챔버(310)의 내부에 구성되는 코일 등으로 고주파를 인가하는 것에 의해 챔버(310)의 내부로 플라즈마 에너지를 공급하도록 구성된다.The plasma energy generating unit 340 is configured to supply plasma energy to the interior of the
상기 플라즈마 에너지공급부(340)는 챔버(310)의 내부로 분사된 반응물질들을 플라즈마화 하기 위한 고주파 또는 전기장 등을 챔부(310)의 내부 공간에 형성시키는 RF부, 매치(match) 및 챔버(310)의 내부에 형성되는 안테나 또는 전극로드 등을 포함하여 구성될 수 있다. 이때 상기 플라즈마 에너지공급부(340)에서 공급되는 플라즈마 에너지 밀도는 0.01 W/cm2 ~ 10 W/cm2 범위를 가질 수 있다. 이는 플라즈마 에너지 밀도가 0.01 W/cm2 이하인 경우 충분한 플라즈마가 형성되지 않을 수도 있고, 플라즈마 에너지 밀도가 10 W/cm2 이상인 경우 과도한 플라즈마의 형성에 의해 박막의 균일성이 저하될 수 있기 때문이다.The plasma energy supply unit 340 is an RF unit, match, and
상기 서셉터(350)는 상기 샤워헤드(330)와 하부에서 샤워헤드(330)와 대향하도록 배치 형성되는 것으로서, 기판(S)을 지지하며, 양전위가 인가되어 플라즈마 중 음이온을 기판(S) 면에 증착시키도록 구성된다.The
상기 레이저포트(360)는 상기 광학계부(200)에서 조사되는 레이저(L) 또는 다중라인 레이저(ML)를 챔버부(300)의 내부로 입력받는 창의 기능을 수행한다. 이를 위해, 상기 레이저포트(350)는 내부의 상부측에 하나 이상의 에어커튼관을 구비하여 챔버부(300)의 레이저(L) 또는 다중라인 레이저(ML)가 입사되는 면에서 광학계부(200)로 돌출되게 장착되는 관형의 레이저포트케이스와, 레이저포트케이스의 단부 개구에 설치되는 레이저 조사창을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 상기 레이저 조사창은 기판의 상부 전체 영역에 대한 레이저(L) 또는 다중라인 레이저(ML)의 스캔 조사를 수행할 수 있도록 폭이 박막 형성 대상 기판의 폭보다 큰 폭을 가지도록 형성될 수 있다.The laser port 360 functions as a window that receives a laser L or a multi-line laser ML emitted from the
상기 에어커튼관은 플라즈마화된 반응물질이 조사창에 증착되는 방지하기 이해 질소 또는 아르곤 가스 등의 반응성이 없는 가스를 아래를 향하는 사선방향으로 조사창에 분사하여 플라즈마화된 반응물질이 조사창으로 이동하는 것을 방지하는 에어커튼을 형성하도록 구성될 수 있다.In order to prevent the plasma curtained reactant from being deposited on the irradiation window, the air curtain tube sprays a non-reactive gas such as nitrogen or argon gas onto the irradiation window in a downwardly downward direction, thereby causing the plasmad reactant to flow into the irradiation window. It can be configured to form an air curtain that prevents movement.
상술한 구성을 가지는 본 발명의 일 실시예의 레이저 플라즈마 화학기상증착장치(1)는, 챔버부(300)의 내부에 기판(S)을 장착한 후 반응물질을 분사한 후 플라즈마 에너지를 공급하여 플라즈마 화학기상증착을 수행하는 과정에서, 레이저발생부(100)에서 출력되는 레이저를 광학계부(200)를 통해 초점과 경로가 조절된 레이저(L) 또는 다중라인 레이저(ML)로 변환하여 챔버부(300)의 측 방향에서 챔버(310) 내부의 반응물질들에 조사하는 것에 의해 미 플라즈마화된 반응물질들을 플라즈마화시켜 반응물질의 플라즈마화 효율을 향상시키며, 이에 따라, 플라즈마 화학기상 증착의 효율을 향상시키는 효과를 제공한다.The laser plasma chemical
이때, 플라즈마 화학기상 증착의 효율을 향상시키기 위해, 레이저(L) 또는 다중라인 레이저(ML)는 광학계부(200)의 레이저조사구동부(210)에 의해 조사방향의 수평방향(x축)으로 스캔조사, 수직 방향(z축) 방향으로는 진동을 수행하며 수평방향(x축)으로는 스캔조사하거나, 수평방향(x축)으로는 스캔조사하며 수평방향(x축)에서의 진동조사를 병행하는 진동스캔조사를 수행하는 것에 의해 플라즈마화 온도를 낮추면서도 반응물질의 플라즈마화 효율을 더욱 현저히 향상시킬 수 있으며, 이에 의해, 플라즈마 화학기상증착의 효율을 더욱 현저히 향상시키는 효과 또한 제공한다.At this time, in order to improve the efficiency of plasma chemical vapor deposition, the laser L or the multi-line laser ML is scanned in the horizontal direction (x-axis) in the irradiation direction by the laser
이에 부가하여, 도 1 및 도 6과 같이, 챔버부(300)의 양측에서 초점조절된 레이저(L) 또는 다중라인 레이저(ML)를 좌우로 스캔하면서 조사하는 것에 의해 반응물질 전체에 균일한 레이저 에너지를 조사하도록 하여 반응물질의 플라즈마화 효율 및 플라즈마 화학기상 증착의 효율을 더욱 향상시키는 효과를 제공한다. 이때, 상기 기판이 대면적인 경우 레이저(L) 또는 다중라인 레이저(ML)를 좌우로 스캔하면서 단 방향으로 조사하는 경우 레이저의 흡수로 인하여 챔버 내에서 거리에 따라 레이저 에너지가 상이하게 되어 레이저 에너지의 균일성을 잃게 되어 균일한 박막 증착을 수행할 수 없게 된다. 따라서 단방향 조사로는 대면적 챔버 내부에서의 레이저 에너지의 균일성이 깨지는 크기의 이상의 대면적 기판에 대한 박막 증착 시에는 레이저를 양방향으로 조사하는 것이 바람직하다.In addition to this, as shown in FIGS. 1 and 6, a uniform laser is applied to the entire reactant by irradiating while scanning the laser L or the multi-line laser ML focused at both sides of the
<실험예><Experimental Example>
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD)과 종래기술의 플라즈마 화학기상증착(PECVD)에 의해 형성된 박막의 WVTR(water vapor transmission rate)특성 비교 그래프이다.8 is a comparison graph of water vapor transmission rate (WVTR) characteristics of a thin film formed by laser plasma chemical vapor deposition (LAPECVD) and prior art plasma chemical vapor deposition (PECVD) according to an embodiment of the present invention.
도 8의 WVTR (water vapor transmission rate) 특성의 측정은 하기의 <표 1>의 조건을 이용하여 레이저 파워 75mW/mm2, 80mm x 5mm로 빔사이즈를 바꾸는 광학계를 적용하여, 본 발명의 실시예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD)과 종래기술의 플라즈마 화학기상증착(PECVD)에 의해 형성된 박막을 가지는 기판들을 이용하여 수행하였다.The measurement of the water vapor transmission rate (WVTR) characteristic of FIG. 8 applies an optical system for changing the beam size to 75 mW / mm 2 , 80 mm x 5 mm of laser power using the conditions in Table 1 below, and an embodiment of the present invention It was performed using substrates having a thin film formed by laser plasma chemical vapor deposition (LAPECVD) and plasma chemical vapor deposition (PECVD) of the prior art.
<표 1><Table 1>
상술한 조건에 의해 박막이 증착된 기판 중 두께 300nm 박막이 형성된 기판에 대하여 WVTR을 측정하였으며, 도 8에서 (a), (b) 및 (c)는 종래기술의 플라즈마 화학기상증착(PECVD)에 의해 형성된 박막을 가지는 기판들의 WVTR 측정 결과를 나타내는 그래프이고, (d), (e) 및 (f)는 본 발명의 일 실시예의 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD)에 의해 형성된 박막을 가지는 기판들의 WVTR 측정 결과를 나타내는 그래프를 나타낸다.WVTR was measured on a substrate having a thin film thickness of 300 nm among the substrates on which the thin film was deposited under the above-described conditions, and in FIGS. 8 (a), (b) and (c), plasma chemical vapor deposition (PECVD) of the prior art was performed. A graph showing the results of WVTR measurement of substrates having a thin film formed therein, and (d), (e), and (f) are WVTRs of substrates having a thin film formed by laser plasma chemical vapor deposition (LAPECVD) of an embodiment of the present invention. A graph showing the measurement results is shown.
도 8의 그래프의 비교에서와 같이, 동일 조건 하에서 종래기술의 PECVD에 의해 박막이 형성된 (a)와 비교하였을 때, 본 발명의 실시예의 LAPECVD에 의해 박막이 형성(d)의 경우 약 53% 이상의 수분투과율 감소를 보였다. 또한, 동일 조건 하에서 종래기술의 PECVD에 의해 박막이 형성된 (b)와 비교하였을 때, 본 발명의 실시예의 LAPECVD에 의해 박막이 형성된 (e)의 경우 약 57% 이상의 수분투과율 감소를 보였다. 또한, 동일 조건 하에서 종래기술의 PECVD에 의해 박막이 형성된 (c)와 비교하였을 때, 본 발명의 실시예의 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD)에 의해 박막이 형성된 (f)의 경우 약 46% 이상의 수분투과율 감소를 보였다. 즉, 본 발명의 실시예의 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD)에 의해 형성된 박막들의 경우, 종래기술의 플라즈마 화학기상증착(PECVD)에 의해 형성된 박막들에 비해 약 45 % 내지 55 %의 수분 투과율 감소 효과를 보였다. 이는 플라즈마 에너지의 공급과 동시에 부가 조사된 레이저들이 부수적으로 반응가스를 분해하여 우수한 특성의 박막이 얻어진 결과이다.As in the comparison of the graph of FIG. 8, when compared with (a) in which the thin film was formed by PECVD of the prior art under the same conditions, when the thin film was formed by LAPECVD in the embodiment of the present invention (d), about 53% or more It showed a decrease in moisture permeability. In addition, when compared to (b) in which the thin film was formed by PECVD of the prior art under the same conditions, in the case of (e) in which the thin film was formed by LAPECVD in the embodiment of the present invention, a moisture permeability reduction of about 57% or more was exhibited. Further, when compared with (c) in which the thin film was formed by PECVD of the prior art under the same conditions, in the case of (f) in which the thin film was formed by laser plasma chemical vapor deposition (LAPECVD) of the embodiment of the present invention, about 46% or more moisture It showed a decrease in transmittance. That is, in the case of thin films formed by laser plasma chemical vapor deposition (LAPECVD) of the embodiment of the present invention, compared to thin films formed by plasma chemical vapor deposition (PECVD) of the prior art, the effect of reducing the water transmittance is about 45% to 55%. Showed. This is a result of obtaining a thin film with excellent properties by simultaneously discharging the reaction gas by lasers irradiated additionally with the supply of plasma energy.
도 9 및 도 10은 [표 2]의 조건으로 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD) 시 레이저빔을 좌우로 스캔하면서 챔버(300)의 일 측면에서 조사하여 형성된 박막과 종래기술의 플라즈마 화학기상증착(PECVD)에 의해 형성된 박막의 균일도를 나타내는 그래프 및 본 발명의 실시예에 의해 형성된 박막의 사진이다.9 and 10 are thin films formed by irradiating from one side of the
[표 2][Table 2]
도 9 및 도 10의 경우 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD) 시 파워 2 W/mm2, 스캔조사 속도 20 mm/s, 빔사이즈 5 x 3 mm2의 레이저를 챔버(300)의 일 측면에서 일방향 조사하여 박막을 증착하고, 증착된 박막을 180도 돌려 한번 더 증착하여 박막(TF)을 형성하였다.9 and 10 in the case of laser plasma chemical vapor deposition (LAPECVD) according to an embodiment of the present invention, the power 2 W / mm 2 , the
박막(TF)이 증착된 후 위치별 두께를 측정한 결과, 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD)에 의해 형성된 박막의 두께가 종래기술의 플라즈마 화학기상증착(PECVD)에 의해 형성된 박막의 두께보다 두꺼웠다. 다만, 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD)에 의해 형성된 박막의 경우에는 위치별 두께가 레이저포트(460)에서 멀어질수록 ±5.5 %까지 변화되는 것을 확인할 수 있었다. 이는 레이저 에너지가 반응물질에 흡수되어 레이저포트(460)로부터 멀어질수록 감소한 것에 기인한 것으로 검토되었다.As a result of measuring the thickness by position after the thin film TF is deposited, the thickness of the thin film formed by laser plasma chemical vapor deposition (LAPECVD) according to an embodiment of the present invention is applied to plasma chemical vapor deposition (PECVD) of the prior art. It was thicker than the thickness of the thin film formed by. However, in the case of a thin film formed by laser plasma chemical vapor deposition (LAPECVD) according to an embodiment of the present invention, it was confirmed that as the distance from the laser port 460 changes to ± 5.5%. This was considered to be due to the fact that the laser energy was absorbed by the reactant and decreased as it moved away from the laser port 460.
도 11 및 도 12는 [표 2]의 조건으로 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD) 챔버(300)의 양 측면에서 동시에 양방향으로 조사하여 형성된 박막(TF)과 종래기술의 플라즈마 화학기상증착(PECVD)에 의해 형성된 박막(TF)의 위치별 두께 변화를 측정한 그래프와 본 발명의 실시예에 의해 형성된 박막(TF)의 사진이다.11 and 12 are thin film (TF) formed in both directions of the laser plasma chemical vapor deposition (LAPECVD)
도 11 및 도 12의 경우 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD)에서는 파워 2 W/mm2, 스캔조사 속도 20 mm/s, 빔 사이즈 5 x 3 mm2의 레이저를 좌우로 스캔하면서 챔버(300)의 양 측면에서 동시에 양방향으로 조사하여 박막을 증착하고, 형성된 박막(TF)을 180도 돌려 한번 더 공정을 수행하여 박막(TF)을 증착하였다. 11 and 12, in the laser plasma chemical vapor deposition (LAPECVD) according to an embodiment of the present invention, power 2 W / mm 2 , scan
박막(TF)이 증착된 후 위치별 두께를 측정한 결과, 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD)에 의해 형성된 박막의 두께가 종래기술의 플라즈마 화학기상증착(PECVD)에 의해 형성된 박막의 두께보다 두꺼웠다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르는 레이저 플라즈마 화학기상증착(LAPECVD)에 의해 형성된 박막의 경우 위치별 두께가 레이저포트(460)에서 멀어지는 경우에도 두께의 변화가 ± 1.4 %로 균일한 것을 확인할 수 있었다. 이는 일 방향에서 조사되는 레이저 에너지가 반응물질에 흡수되어 레이저포트(460)로부터 멀어질수록 감소하나, 타 측 방향에서 조사된 레이저가 감소된 에너지를 보충하는 것에 의해 챔버(310) 내부 전체 영역에서 레이저 에너지의 균일성이 확보된 것에 기인한다.As a result of measuring the thickness by position after the thin film TF is deposited, the thickness of the thin film formed by laser plasma chemical vapor deposition (LAPECVD) according to an embodiment of the present invention is applied to plasma chemical vapor deposition (PECVD) of the prior art. It was thicker than the thickness of the thin film formed by. In addition, in the case of a thin film formed by laser plasma chemical vapor deposition (LAPECVD) according to an embodiment of the present invention, it can be confirmed that even if the thickness by position is far from the laser port 460, the change in thickness is uniform at ± 1.4%. there was. This decreases as the laser energy irradiated in one direction is absorbed by the reactant and moves away from the laser port 460, but in the entire area inside the
도 13은 본 발명의 레이저 플라즈마 화학기상증착 방법의 처리과정을 나타내는 순서도이다.13 is a flow chart showing the processing of the laser plasma chemical vapor deposition method of the present invention.
도 13과 같이, 상술한 레이즈 플라즈마 화학기상증착 방법은 상기 챔버부(300)의 내부로 반응물질을 분사하는 반응물질 분사단계(S10)를 수행하여, 증착 대상 기판(S)이 장착된 챔버부의 내부로 반응물질을 주입한다.As shown in FIG. 13, the above-described raised plasma chemical vapor deposition method performs a reaction material spraying step (S10) of spraying a reactant into the
이 후, 상기 챔버부(300) 내부의 플라즈마 에너지발생부(370)를 통해 고주파 등의 플라즈마 에너지를 공급하여 상기 반응물질을 플라즈마화 하는 플라즈마화 단계를 수행한다.Thereafter, a plasmaization step of plasmaizing the reactant by supplying plasma energy such as high frequency through the plasma energy generation unit 370 inside the
상기 플라즈마화 단계를 수행하는 경우에는 고주파 또는 전기장 등의 플라즈마 에너지를 공급함과 동시에, 상기 챔버부(300)의 내부에서 기판(S)과 수평 방향이 되도록 상기 레이저발생부(100)에서 출력되는 레이저를 광학계부(200)를 통해 상기 챔버부(300)의 내부로 조사하여 상기 반응물질의 플라즈마화 반응을 촉진시키는 레이저조사 단계(S30)를 수행하는 것에 의해, 상기 기판(S) 상에 반응물질을 레이저 플라즈마 화학기상증착에 의해 증착시킨다. In the case of performing the plasma-forming step, the laser is output from the
상술한 처리과정 중 상기 레이저조사 단계(S30)는, 상기 광학계부(200)에 구비되는 다중분할렌즈(230)에 의해 상기 레이저를 상기 레이저 조사 방향의 측 방향으로 기 설정된 간격의 다수의 라인으로 분할하여 다중라인 레이저(ML)로 변환하여 조사하는 단계일 수 있다.The laser irradiation step (S30) of the above-described processing process, by the
본 발명의 다른 실시예의, 상기 레이저조사 단계(S30)는, 상기 레이저발생부(100)와 상기 광학계부(200)를 이중으로 구비하여, 상기 챔버부(300)의 양측에서 상기 챔버부(300) 내부로 레이저를 조사하는 단계일 수 있다. 이때, 챔버부(300)의 양 측방향에서 레이저를 조사하는 경우의 레이저는 챔버부(300)의 일 측방향에서 레이저를 조사하는 경우의 레이저의 1/2의 파워를 가지도록 제어될 수 있다.In another embodiment of the present invention, the laser irradiation step (S30), the
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예는, 상기 레이저 플라즈마 화학기상증착 방법에 의해 레이저 플라즈마 화학기상증착 박막이 증착된 기판을 제공하는 것을 특징으로 한다.Another embodiment of the present invention for achieving the above object is to provide a substrate on which a laser plasma chemical vapor deposition thin film is deposited by the laser plasma chemical vapor deposition method.
상기 레이저 플라즈마 화학기상증착 박막이 증착된 기판은 WVTR(water vapor transmission rate) ≤ 0.5 mg/m2day 범위를 가지는 것일 수 있다.The substrate on which the laser plasma chemical vapor deposition thin film is deposited may have a water vapor transmission rate (WVTR) ≤ 0.5 mg / m 2 day.
본 발명의 실험예에서는 단일 라인 레이저 빔을 이용하여 실험을 수행하였다. 그러나 대면적 박막의 증착의 경우, 빠른 증착을 위해서는 다중 라인 레이저 빔이 적용될 수도 있다. 이 경우에는 다중 라인 레이저 빔을 구성하는 각각의 레이저 빔이 단일 라인 레이저 빔과 동일한 파워를 가질 수 있도록 레이저 빔의 출력을 증가시키는 것이 바람직하다. In the experimental example of the present invention, an experiment was performed using a single line laser beam. However, in the case of deposition of a large area thin film, a multi-line laser beam may be applied for rapid deposition. In this case, it is desirable to increase the output of the laser beam so that each laser beam constituting a multi-line laser beam has the same power as a single line laser beam.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시 예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.It should be noted that although the technical spirit of the present invention described above has been described in detail in a preferred embodiment, the above embodiment is for the purpose of explanation and not of limitation. In addition, a person having ordinary knowledge in the technical field of the present invention will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical spirit of the present invention. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the technical spirit of the appended claims.
1: 레이저 플라즈마 화학기상 증착 장치(LAPECVD: Laser Assisted Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)
100: 레이저발생부
200: 광학계부
201: 반사미러
210: 레이저조사구동부
220: 다초점광학계
230: 다중분할렌즈
231: 렌즈홀더
L: 레이저
ML: 다중라인 레이저
LP: 레이저조사점
300: 챔버부
310: 챔버
320: 반응물질공급부
330: 샤워헤드(음극)
340: 플라즈마 에너지발생부
350: 서셉터(양극)스테이지
360: 레이저포트(laser port)
S: 기판1: Laser Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (LAPECVD)
100: laser generator 200: optical system
201: reflective mirror
210: laser irradiation driving unit
220: multifocal optical system
230: multi-split lens
231: lens holder
L: laser
ML: Multi-line laser
LP: laser irradiation point
300: chamber
310: chamber
320: reactant supply unit
330: shower head (cathode)
340: plasma energy generating unit
350: Susceptor (anode) stage
360: laser port
S: Substrate
Claims (17)
상기 레이저발생부에서 발생된 레이저의 초점과 경로를 조절하는 광학계부; 및
상기 광학계부로부터 출력되는 레이저의 경로 상에 반응물질을 분사하여 반응물질 증착 대상 기판에 플라즈마 화학기상증착을 수행하는 챔버부;를 포함하며,
상기 광학계부에서 초점과 경로가 조절된 레이저가 상기 챔버의 측방향에서 상기 챔버부의 내부로 조사되는 것을 특징으로 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치.Laser generator;
An optical system unit that controls the focus and path of the laser generated by the laser generation unit; And
It includes; a chamber unit for performing plasma chemical vapor deposition on a substrate to which a reactant is deposited by spraying a reactant on a path of a laser output from the optical system;
A laser plasma chemical vapor deposition apparatus characterized in that a laser whose focus and path are adjusted in the optical system unit is irradiated from the lateral direction of the chamber into the chamber unit.
상기 챔버부의 양측에서 상기 챔버부 내부로 조사되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치.The method of claim 1, wherein the laser,
Laser plasma chemical vapor deposition apparatus, characterized in that configured to be irradiated into the chamber portion from both sides of the chamber portion.
150 내지 20,000 nm 범위의 파장을 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치.According to claim 1, The laser output from the laser generating unit,
Laser plasma chemical vapor deposition apparatus characterized in that it has a wavelength in the range of 150 to 20,000 nm.
상기 증착챔버 내 상기 기판 위에서 0.001 W/mm2 내지 100 W/mm2 범위의 파워밀도를 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치.According to claim 1, The laser output from the laser generating unit,
Laser plasma chemical vapor deposition apparatus characterized in that it has a power density in the range of 0.001 W / mm 2 to 100 W / mm 2 on the substrate in the deposition chamber.
상기 레이저를 상기 레이저 조사 방향의 측 방향으로 기 설정된 간격의 다수의 라인으로 분할하여 다중라인 레이저로 변환하는 다중분할렌즈를 구비한 다초점광학계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치.According to claim 1, The optical system unit,
Laser plasma chemical vapor deposition comprising a multifocal optical system having a multi-segmented lens that divides the laser into a plurality of lines at predetermined intervals in a lateral direction of the laser irradiation direction and converts it into a multi-line laser. Device.
상기 레이저를 상기 레이저 조사 방향에 수직인 z축, 상기 레이저 조사 방향인 y축 및 상기 레이저 조사 방향의 수평 방향인 x축으로 선택적으로 이동시켜 상기 레이저를 상기 챔버부의 내부로 스캔 또는 진동스캔 조사하는 레이저조사구동부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치.According to claim 1, The optical system unit,
The laser is selectively moved in the z-axis perpendicular to the laser irradiation direction, the y-axis in the laser irradiation direction, and the x-axis in the horizontal direction in the laser irradiation direction to scan or irradiate the laser into the chamber portion. A laser plasma chemical vapor deposition apparatus comprising a laser irradiation driving unit.
상기 레이저의 스캔 조사 중에 상기 레이저를 x축 방향에서 진동 조사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치.The method of claim 6, wherein the laser irradiation driving unit,
Laser plasma chemical vapor deposition apparatus, characterized in that configured to oscillate the laser in the x-axis direction during the scan irradiation of the laser.
상기 레이저의 스캔 조사 중에 상기 레이저를 z축 방향에서 진동 조사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치.The method of claim 6, wherein the laser irradiation driving unit,
A laser plasma chemical vapor deposition apparatus characterized in that it is configured to irradiate the laser in the z-axis direction during the scan irradiation of the laser.
상기 레이저를 상기 기판의 길이를 기 설정된 간격으로 분할한 영역에 대응하는 조사영역을 가지고, 상기 기판의 전체 길이를 상기 조사영역별로 순차적으로 스캔 조사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치.According to claim 1, The optical system unit,
A laser plasma chemical vapor deposition apparatus characterized in that the laser has an irradiation area corresponding to an area in which the length of the substrate is divided at predetermined intervals, and the entire length of the substrate is sequentially scanned and irradiated for each irradiation area. .
챔버;
상기 챔버의 상부에 반응물질을 상기 챔버의 내부로 반응물질을 공급하도록 형성되는 반응물질공급부;
상기 반응물질공급부의 하부에 설치되어, 음극을 가지며 반응물질을 고르게 분산시켜 기판측으로 분사하는 샤워헤드;
상기 챔버의 내부로 분사된 반응물질을 플라즈마화하기 위해 상기 챔버의 내부로 플라즈마 에너지를 공급하는 플라즈마 에너지 발생부; 및
상기 샤웨헤드의 하부에서 상기 기판을 지지하도록 배치되어 양극으로 작용하는 서셉터;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치.The method of claim 1, wherein the chamber portion,
chamber;
A reactant supply unit formed to supply a reactant to the interior of the chamber on the upper portion of the chamber;
A shower head installed on the lower portion of the reactant supply unit, having a cathode, and uniformly dispersing the reactant to spray the substrate;
A plasma energy generator that supplies plasma energy to the interior of the chamber to plasma the reactants injected into the chamber; And
And a susceptor disposed to support the substrate under the showerhead and acting as an anode.
상기 반응물질을 플라즈마화하기 위한 플라즈마 에너지 밀도가 0.01 ~ 10 W/cm2의 범위를 가지고 조사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 장치.The method of claim 10, wherein the plasma energy generating unit,
A laser plasma chemical vapor deposition apparatus, characterized in that the plasma energy density for plasmaizing the reactant is configured to be irradiated with a range of 0.01 to 10 W / cm 2 .
상기 반응물질공급부를 통해 챔버부의 내부로 반응물질을 분사하는 반응물질 분사단계;
상기 플라즈마 에너지 발생부를 통해 상기 챔버부의 내부로 플라즈마 에너지를 공급하여 상기 반응물질을 플라즈마화 하는 플라즈마화 단계; 및
상기 레이저발생부에서 출력되는 레이저를 상기 챔버부의 측방향에서 상기 챔버부의 내부로 조사하여, 상기 챔버부 내부로 공급된 상기 반응물질들의 플라즈마화 반응을 촉진시키는 레이저조사 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 방법.In the method of chemical vapor deposition by a laser plasma chemical vapor deposition apparatus including a chamber, a reactant supply unit, a shower head, a plasma energy generating unit, and a susceptor that is disposed to support the substrate under the shower head and acts as an anode. In,
A reactant injection step of spraying a reactant into the chamber portion through the reactant supply unit;
Plasmaization step of supplying plasma energy to the interior of the chamber through the plasma energy generating unit to plasma the reactant; And
And a laser irradiation step of irradiating a laser output from the laser generation unit to the inside of the chamber unit in a lateral direction of the chamber unit to promote a plasma reaction of the reactants supplied into the chamber unit. Characterized by a laser plasma chemical vapor deposition method.
상기 레이저를 상기 챔버부의 양측방향에서 상기 챔버부의 내부로 조사하는 단계인 것을 특징으로 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 방법.The method of claim 12, wherein the laser irradiation step,
Laser plasma chemical vapor deposition method characterized in that the step of irradiating the laser from both sides of the chamber portion to the interior of the chamber portion.
상기 광학계부에 구비되는 다중분할렌즈에 의해 상기 레이저를 상기 레이저 조사 방향의 측 방향으로 기 설정된 간격의 다수의 라인으로 분할하여 다중라인 레이저로 변환하여 조사하는 단계인 것을 특징으로 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 방법.The method of claim 12, wherein the laser irradiation step,
Laser plasma chemical vapor deposition, characterized in that the step of dividing the laser into a plurality of lines at predetermined intervals in the lateral direction of the laser irradiation direction by converting the laser into a multi-line laser by the multi-division lens provided in the optical system. Deposition method.
150 nm 내지 20,000 nm의 범위의 파장을 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 방법The method of claim 12, wherein the laser irradiated in the laser irradiation step,
Laser plasma chemical vapor deposition method characterized in that it has a wavelength in the range of 150 nm to 20,000 nm.
상기 챔버부 내부의 상기 기판 위에서, 0.001 W/mm2 내지 100 W/mm2 범위 내의 파워를 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 방법.The method of claim 12, wherein the laser irradiated in the laser irradiation step,
Laser plasma chemical vapor deposition method, characterized in that having a power in the range of 0.001 W / mm 2 to 100 W / mm 2 on the substrate inside the chamber portion.
상기 반응물질을 플라즈마화하기 위한 플라즈마 에너지 밀도가 0.01 내지 100 W/cm2의 범위를 가지는 플라즈마 에너지를 공급하는 것을 특징으로 하는 레이저 플라즈마 화학기상증착 방법.The method of claim 12, wherein the plasma forming step,
Laser plasma chemical vapor deposition method, characterized in that for supplying plasma energy having a plasma energy density in the range of 0.01 to 100 W / cm 2 to plasma the reactant.
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