KR20200089232A - 원자층 증착 장치 - Google Patents

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KR20200089232A
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박상준
김기환
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 원자층 증착장치에 관한 것으로, 특히 롤투롤(roll to roll) 공정을 통해 기재를 주행 시, 가스 노출 시간을 충분히 확보함과 동시에 가스 소모량을 줄일 수 있으며, 기재의 양면에 각각 이종 소재를 증착시킬 수 있는 원자층 증착장치에 관한 것이다.

Description

원자층 증착 장치{Apparatus of Atomic Layer Deposition}
본 발명은 원자층 증착 장치에 관한 것으로, 기류의 형성에 의해 증착이 이루어지는 다양한 증착법, 예를 들어, 화학적 기상 증착, 분자층 증착, 또는 이들의 조합에 의한 증착에도 적용될 수 있다.
기재 상에 막을 형성하는 방법으로, 예를 들어 원자층 증착 방법이 있다.
원자층 증착(ALD: Atomic Layer Deposition)은, 통상적으로 기상(gas phase)인 화학물질의 순차적인 공급에 기반하여 기재 상에 막을 형성하는 기술로서, 다양한 분야에 적용되고 있다.
롤투롤(Roll to roll) 원자층 증착법에서 전구체 가스 및 퍼지 가스의 공급 형태는 노즐 방식과, 영역 분할 방식으로 구분할 수 있다.
노즐 방식은 공간 내에 일정하게 반복 배열된 노즐을 통해 전구체 가스 및 퍼지 가스를 공급하는 형태이다.
도 1은 노즐 타입의 원자층 증착 장치(1)를 나타내는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 원자층 증착장치(1)는 복수 개의 공급 포트(11, 12, 13)을 갖는 노즐(10) 및 기재(20)을 이송하기 위한 이송장치를 포함한다. 상기 노즐(10)은 기재(20) 상에 하나 이상의 전구체 가스(precursor A, B)를 공급하기 위한 전구체 가스 공급 포트(11, 12) 및 불활성 가스 등의 퍼지(purge) 가스를 공급하기 위한 퍼지 가스 공급 포트(13)를 갖는다.
노즐 방식은 가스 소모량은 작지만, 기재의 주행속도가 빨라질 경우, 가스 노출 시간이 부족하게 되는 단점이 있다.
이와는 다르게, 영역 분할 방식은 원자층 증착장치를 전구체 가스 공간 및 퍼지 가스 공간으로 구분한 뒤, 각각의 공간 전체를 전구체 가스 및 퍼지 가스로 채우는 방식이다. 영역 분할 방식은 영역 폭에 따라 충분한 가스 노출 시간을 확보할 수 있으나, 가스 소모량이 많은 단점이 있다.
따라서 충분한 가스 노출 시간을 확보함과 동시에 가스 소모량을 줄일 수 있는 원자층 증착장치의 개발이 요구된다.
본 발명은 가스 노출 시간을 충분히 확보함과 동시에 가스 소모량을 줄일 수 있으며, 기재의 양면에 각각 이종 소재를 증착시킬 수 있는 원자층 증착 장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 기재가 주행할 때, 기재 상에 1종 이상의 전구체 가스가 공급되도록 마련된 제1 전구체 공급영역, 제1 전구체 공급영역을 통과한 기재 상에 퍼지 가스를 공급하도록 마련된 제1 퍼지 가스 공급영역, 및 제1 퍼지 가스 공급영역을 통과한 기재 상에 1종 이상의 전구체 가스를 공급하도록 마련된 제2 전구체 공급영역 및 제2 전구체 공급영역을 통과한 기재 상에 퍼지 가스를 공급하도록 마련된 제2 퍼지 가스 공급영역을 포함하는 증착부, 증착부를 통과하도록 기재를 주행시키기 위한 이송부, 제1 전구체 공급영역에, 기재의 제1 면 및 제1 면의 반대방향의 제2 면을 향하여 각각 제1 전구체 가스를 공급하도록 마련된 한 쌍의 제1 가스 공급 노즐, 및 각각의 제1 가스 공급 노즐과 연결되는 제1 및 제2 공급원을 포함하며, 제1 및 제2 공급원에는 서로 다른 전구체가 각각 수용된 원자층 증착 장치가 제공된다.
또한, 제1 가스 공급 노즐은, 기재의 주행 방향을 따라 차례로 배열된 복수 개의 전구체 가스 공급 포트 및 기재의 주행 방향을 기준으로 양 측에 위치한 제1 및 제2 가스 커튼 포트를 갖는다.
또한, 제1 및 제2 가스 커튼 포트 중 하나 이상의 가스 커튼 포트는 가스의 유출방향을 따라 적어도 일부 영역에서 가스가 통과하는 유동 단면적이 달라지도록 마련된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 적어도 일 실시예와 관련된 원자층 증착 장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.
롤투롤 공정을 통해 기재를 주행 시, 가스 노출 시간을 충분히 확보함과 동시에 가스 소모량을 줄일 수 있으며, 기재의 양면에 각각 이종 소재를 증착시킬 수 있다.
도 1은 노즐 타입의 원자층 증착 장치를 나타내는 개략도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 원자층 증착 장치를 나타내는 개략도들이다.
도 4는 도 3의 원자층 증착 장치를 통과한 기재를 설명하기 위한 개략도이다.
도 5는 제1 가스 공급 노즐의 평면도이다.
도 6은 한 쌍의 제1 가스 공급 노즐을 나타내는 개략도이다.
도 7은 제1 가스 공급 노즐의 단면도이다.
도 8은 기재의 평면도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 원자층 증착 장치(100)를 나타내는 개략도들이고, 도 4는 도 3의 원자층 증착 장치를 통과한 기재를 설명하기 위한 개략도이다.
또한, 도 5는 제1 가스 공급 노즐(300)의 평면도이고, 도 6은 한 쌍의 제1 가스 공급 노즐을 나타내는 개략도이며, 도 7은 제1 가스 공급 노즐의 단면도이고, 도 8은 기재의 평면도이다.
또한, 도 5 및 도 8에서, x축 방향은 기재(110)의 주행방향을 나타내고, y축 방향은 기재(110)의 폭 방향을 나타낸다.
상기 원자층 증착 장치(100)는 증착부(200), 및 이송부(120), 한 쌍의 제1 가스 공급 노즐(300), 및 각각의 제1 가스 공급 노즐(300)과 연결된 제1 및 제2 공급원을 포함한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 원자층 증착장치(1)는 기재(110)가 주행할 때, 기재(110) 상에 1종 이상의 전구체 가스가 공급되도록 마련된 제1 전구체 공급영역(210), 제1 전구체 공급영역(210)을 통과한 기재(110) 상에 퍼지 가스를 공급하도록 마련된 제1 퍼지 가스 공급영역(240), 제1 퍼지 가스 공급영역(240)을 통과한 기재(110) 상에 1종 이상의 전구체 가스를 공급하도록 마련된 제2 전구체 공급영역(220), 및 제2 전구체 공급영역(220)을 통과한 기재(110) 상에 퍼지 가스를 공급하도록 마련된 제2 퍼지 가스 공급영역(250)을 포함하는 증착부(200)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예와 관련된 원자층 증착장치(100)는 롤투롤 원자층 증착장치(100)이고, 특히, 제1 전구체 공급영역(210), 제1 및 제2 퍼지가스 공급영역(240, 250) 및 제2 전구체 공급영역(120)이 공간적으로 분할된 원자층 증착장치(100)이며, 구체적으로, 제1 전구체 및 제2 전구체 공급영역 중 적어도 하나의 공급영역의 전구체 공급 방식은 노즐 방식으로 구현되고, 제1 및 제2 퍼지가스 공급방식은, 종래 공간분할 원자층 증착장치에서와 같이, 퍼지가스 공급영역 내 퍼지 가스가 채워진 상태로 구현될 수 있다.
각각의 공급영역(210, 220, 240, 250)은 기재(110) 상에 1종 이상의 전구체 가스가 증착되어 막이 형성되거나, 퍼지가스가 공급되는 처리 영역을 제공한다. 또한, 각각의 공급영역(210, 220, 240, 250)은 공정 온도 및 공정 압력이 조절 가능하게 마련된다.
또한, 증착부(200)는 제1 전구체 공급영역(110) 전단에 증착부(200)로 공급되는 기재(110) 상에 퍼지 가스를 공급하기 위한 제3 퍼지 가스 공급영역(230)을 포함할 수 있다.
본 문서에서, 전구체 가스는 트리메틸 알루미늄(TMA) 및 H2O를 포함할 수 있으며, 하나의 전구체 공급영역에서, 1종 이상의 전구체 가스가 공급될 수 있고, 특히, 2종 이상의 전구체 가스가 공급될 수 있다. 이때, 2종 이상의 전구체 가스가 기재로 분사될 경우, 기재의 양면에 각각 서로 다른 종의 전구체 가스가 분사되어 증착될 수 있다. 예를 들어, 산화물, 질화물, 칼코게나이드, 할라이드, 금속 단일 원소 등의 조합이 가능하다.
또한, 상기 기재(110)는 전극 기재로서, 특히 자동차용 리튬이온 이차전지의 양극 또는 음극일 수 있으며, 상기 기재(110)는 제1 면(111)과 제1 면(111)의 반대방향의 제2 면(112)을 가질 수 있고, 제1 면(111)과 제2 면(112)에는 각각 전극층이 형성되어 있을 수 있다.
또한, 상기 기재(110)는 가이드 롤을 따라 주행 할 때, 직선 구간뿐만 아니라 방향 전환 구간에도 대응할 수 있도록 유연한 재질로 형성된 기재일 수 있다.
한편, 상기 기재(110)의 활물질 코팅층의 박리를 방지하기 위하여, 증착부(200)는 이송부(120)에서 기재(110)의 직선 주행 구간에 배치될 수 있다. 즉, 각각의 공급영역(210, 220, 240, 250)은 기재(110)의 직선 주행 구간에 차례로 배치될 수 있다. 구체적으로, 증착부(200)는 제1 전구체 공급영역(210), 제1 퍼지 가스 공급영역(230), 제2 전구체 공급영역(240), 및 제2 퍼지 가스 공급영역(250)이 기재(110)의 직선 주행 구간에 배치되도록 마련된다.
또한, 증착부(200)에서, 제1 전구체 공급영역(210), 제1 퍼지가스 공급영역(240), 제2 전구체 공급영역(220) 및 제2 퍼지가스 공급영역(250)은 하나의 증착 사이클을 구성할 수 있다. 본 발명에서는, 복수 회(예를 들어, 2회 내지 50회)의 증착 사이클이 연속적으로 이루어질 수 있도록 증착부(200)가 구성될 수도 있다. 하나의 증착 사이클이 완료되고, 차례로 연속하여, 제1 전구체 공급 영역, 제1 퍼지 가스 공급영역, 제2 전구체 공급영역, 및 제2 퍼지가스 공급영역(140)이 차례로 배열될 수 있다.
인접하는 공급 영역(210, 220, 240, 250) 사이에는 격벽이 마련될 수 있다. 상기 격벽은 인접하는 공급 영역(210, 220, 240, 250)을 구획하여, 영역 간 가스 혼합을 방지하는 기능을 수행한다. 이때, 격벽에는 기재(110)를 통과시키기 위한 슬릿이 마련된다.
한편, 이송부(120)는 증착부(200) 외부 또는 내부에 각각 배치되며 증착부(200)로 기재를 공급시키기 위한 권출롤(121) 및 증착부(200)를 통과한 기재(110)를 회수하기 위한 권취롤(122)을 포함할 수 있다. 한편, 권출롤(121) 및 권취롤(122)은 각각 정/역 회전이 가능하도록 마련되며, 기재(110)가 증착부(200)를 왕복하여 주행하도록 마련될 수도 있다.
또한, 본 발명의 원자층 증착장치(100)는 기재(110)의 제1 면(111)과 제2 면(112) 각각의 전극층에 막을 형성하도록 양면 동시 증착이 가능한 구조를 갖는다. 또한, 양면 증착 시, 서로 다른 종의 전구체 가스가 각각 증착될 수 있는 구조를 갖는다.
도 4를 참조하면, 기재(110)의 양면(111, 112)에 각각 제1 증착막(113) 및 제2 증착막(114)이 증착될 수 있다. 이때, 제1 증착막(113) 및 제2 증착막(114)은 동일한 물질(전구체)로 형성된 증착막(또는, '증착층'이라고도 함)일 수도 있고, 서로 다른 물질(전구체)로 형성된 증착막일 수도 있다. 즉, 기재(110)의 양면에 서로 다른 소재의 2종 증착이 가능할 수 있다.
원자층 증착장치(100)는 기재(110)가 주행할 때, 기재(110) 상에 1종 이상의 전구체 가스를 공급하도록 마련된 제1 가스 공급 노즐(300)이 배치된 제1 전구체 공급영역(101)을 포함한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 원자층 증착장치(100)는 제1 전구체 공급영역(210)에, 기재(110)의 제1 면(111) 및 제1 면의 반대방향의 제2 면(112)을 향하여 각각 제1 전구체 가스를 공급하도록 마련된 한 쌍의 제1 가스 공급 노즐(300)을 포함한다.
즉, 제1 전구체 공급영역(210)에는, 노즐 방식으로 전구체가 기재 측으로 공급되도록 제1 가스 공급 노즐(300)이 기재의 제1 면 및 제2 면 측에 각각 배치된다. 이때, 제1 가스 공급 노즐(300)은, 제1 전구체 공급영역에서, 기재(110)의 직선 주행 구간에 배치될 수 있다. 또한, 제1 전구체 공급영역(101)에는 기재의 주행 방향을 따라 복수 개의 제1 가스 공급 노즐(300)이 배치될 수도 있다.
특히, 제1 전구체 공급영역(101)에는, 기재(110)의 제1 면(111) 및 제1 면(111)의 반대방향의 제2 면(112)을 향하여 각각 제1 전구체 가스를 공급하도록 마련된 한 쌍의 제1 가스 공급 노즐(300)이 배치된다. 이러한 구조를 통해, 기재의 주행 중, 양면(제1 면 및 제2 면) 동시 증착이 가능해진다.
또한, 원자층 증착장치는 각각의 제1 가스 공급 노즐과 연결되며, 서로 다른 전구체가 각각 수용된 제1 및 제2 공급원을 포함한다. 즉, 도 3을 참조하면, 기재(110)의 제1 면(111) 측으로 전구체 가스를 분사하도록 배치된 제1 가스 분사 노즐(211)은 제1 공급원과 연결되어 전구체 가스를 공급받고, 기재(110)의 제2 면(112) 측으로 전구체 가스를 분사하도록 배치된 제1 가스 분사 노즐(212)은 제2 공급원과 연결되어, 전구체 가스를 공급받는다. 또한, 제1 가스 공급 노즐(211, 212)은 기재와의 간격이 조절 가능하게 마련될 수 있다. 또한, 제1 가스 공급 노즐은 전구체 가스의 공급량, 및 분사속도 중 적어도 하나가 조절 가능하게 마련될 수 있다. 또한, 제1 가스 공급 노즐(211, 212)은 복수 개의 전구체 가스 공급 포트 중 하나 이상의 전구체 가스 공급 포트를 통해 전구체 가스를 공급하도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 반복 배열된 전구체 가스 공급 포트 일부에 전구체 가스 대신 불활성 기체만 공급함으로써, 전구체 가스 공급 영역을 지날 때의 가스 공급량을 조절할 수도 있다. 또한, 기재 주행 방향을 따라 반복 배열된 가스 공급 노즐 중 일부 노즐에는 불활성 가스만을 공급함으로써 기재 주행 중 증착 사이클을 조정하여 두께를 조절할 수도 있습니다. 이를 통해, 기재의 일면에 증착되는 증착두께를 조절할 수 있다.
도 3에 도시된 제1 가스 공급 노즐(211, 212)의 세부 구조는 도 4에 도시되어 있다. 한 쌍의 제1 가스 공급 노즐은 동일한 구조를 가지며, 이하, 하나의 제1 가스 공급 노즐을 예로 들어 설명하여, 도면부호는 300으로 지칭한다. 도 5를 참조하면, 제1 가스 공급 노즐(300)은, 기재(110)의 주행 방향을 따라 차례로 배열된 복수 개의 전구체 가스 공급 포트(304) 및 기재의 주행 방향을 기준으로 양 측에 위치한 제1 및 제2 가스 커튼 포트(305)를 가질 수 있다(도 5에는 왼편에 제1 가스커튼포트만 도시됨). 제1 전구체 가스 공급 포트(304)는 기재의 폭 방향을 따라 배열된 복수 개의 전구체 가스 공급 홀(301)을 포함한다.
도 5, 도 7 및 도 8을 참조하면, 제1 및 제2 가스 커튼 포트(305, 305')는 기재(110)의 주행방향을 기준으로 양 측에 각각 주행방향을 따라 전구체 가스의 미증착 영역(110b)이 발생하도록 가스 공급 영역의 경계를 형성하는 기능을 수행한다. 각각의 가스 커튼 포트는 복수 개의 가스 분사홀(303)을 가질 수 있다. 가스 분사홀(303)은 기재의 주행 방향을 따라 배열될 수 있으며, 가스 분사홀(303)을 통해 불활성 가스(예를 들어, N2)가 분사될 수 있다.
또한, 제1 가스 공급 노즐에서, 인접하는 2개의 전구체 가스 공급 포트(304) 사이에는 진공 포트(302)가 마련된다.
전구체 가스 공급 포트(304)는 해당 전구체 가스 공급원(제1 또는 제2 공급원)과 연결되어, 기재(110)을 향하여 전구체 가스를 분사하도록 마련되며, 이에 따라 기재(110) 상에 막이 형성된다. 이때, 설명의 편의 상, 본 문서에서 전구체 가스 공급 포트(304)를 통해 기재(110) 상에 제1 전구체 가스가 도포되는 영역을 '가스 공급 영역'이라 지칭할 수 있다.
한편, 제1 및 제2 가스 커튼 포트(305, 305')는 기재(110)의 주행 방향(x축 방향)을 기준으로 양 측, 즉 제1 가스 공급 노즐(300)의 폭 방향의 양 가장자리에 각각 위치한다. 각각의 가스 커튼 포트(305, 305')는 불활성 가스(예를 들어, N2) 공급원과 연결되며, 가스 커튼 포트(305, 305')를 통해 불활성 가스가 기재(110) 측으로 분사된다. 이때, 각각의 가스 커튼 포트(305, 305')는 기재의 주행방향을 따라 연장된 채널 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 각각의 가스 커튼 포트(305, 305')는 전구체 가스 공급 포트(304)와 직교한 상태로 배열될 수 있다.
본 발명에서, 제1 및 제2 가스 커튼 포트(305, 305')는 기재(110)의 주행방향을 기준으로 양 측(폭 방향 양 가장자리)에 각각 주행방향을 따라 전구체 가스 미증착 영역(110b)이 발생하도록 가스 공급 영역의 경계를 형성한다. 즉, 제1 및 제2 가스 커튼 포트(305)는 기재(110)의 폭 방향 양 측 가장자리로 불활성 가스를 분사하도록 마련된다. 즉, 제1 및 제2 가스 커튼 포트(305, 305')에 의해, 가스 공급 영역(증착 영역)의 폭 및 미증착 영역(110b)의 폭이 결정될 수 있다.
구체적으로, 전구체 가스 공급 포트(304)를 통해 전구체 가스가 분사될 때, 제1 및 제2 가스 커튼 포트(305, 305')을 통해 불활성 가스가 분사된다. 이때, 전구체 가스 공급 포트(304)를 통해 기재(110) 상으로 분사된 전구체 가스는 제1 및 제2 가스 커튼 포트(305)에서 분사된 불활성 가스에 의해, 기재(110)의 폭 방향 양 측 가장자리에 도포되지 않는다. 따라서, 기재(110)는 중앙부의 증착 영역(110a)과 폭 방향 양 측 가장자리의 미증착 영역(110b)으로 구분된다(도 8 참조).
도 7을 참조하면, 제1 및 제2 가스 커튼 포트(305, 305') 중 하나 이상의 가스 커튼 포트는 가스의 유출방향(화살표 참조)을 따라 적어도 일부 영역에서 가스가 통과하는 유동 단면적이 달라지도록 마련된다.
전술한 바와 같이, 제1 및 제2 가스 커튼 포트(305, 305')는 가스가 기재 측으로 분사되는 가스 분사홀(303)을 갖고, 제1 및 제2 가스 커튼 포트(305, 305') 중 하나 이상의 가스 커튼 포트는 가스의 유출방향을 따라 적어도 일부 영역이 가스 분사홀(303)의 직경보다 큰 직경을 갖는 버퍼 영역(310)을 가질 수 있다.
상기 버퍼 영역(310)은 가스 공급원과 가스 분사홀(303) 사이에 위치할 수 있으며, 가스가 통과하는 유동 단면적은 특정 형상에 제한되지 않으나, 대략 원형인 것이 바람직하다.
상기 버퍼 영역(310)을 통해, 가스 분사홀(303)과 버퍼 영역(310) 간의 압력차를 형성하여, 가스 분사속도(v1, v2) 및 분사압력이 조절될 수 있다.
또한, 제1 및 제2 가스 커튼 포트(305, 305') 중 하나 이상의 가스 커튼 포트는 가스의 분사각도가 조절되도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 가스 커튼 포트(305, 305') 중 하나 이상의 가스 커튼 포트는 기재(110) 표면에 직교하는 방향을 따라 가스가 분출되도록 분사각도가 조절될 수도 있고, 기재(110) 표면에 소정 각도로 경사진 방향을 따라 가스가 분출되도록 분사각도가 조절될 수도 있다.
또한, 제1 및 제2 가스 커튼 포트(305, 305')을 통해 각각 분사되는 가스의 분사속도(v1, v2) 및 분사량은 개별적으로 조절되도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 가스 커튼 포트(305, 305')을 통해 각각 분사되는 가스의 분사속도(v1, v2) 및 분사량을 조절하여 기재(110) 양측에 미증착 영역의 폭을 상이하게 형성할 수도 있다.
또한, 미증착 영역(110b)의 폭에 기초하여, 제1 및 제2 가스 커튼 포트(305, 305')을 통해 각각 분사되는 가스의 분사속도 및 분사량 중 적어도 하나가 조절되도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 공정 중 미증착 영역의 폭을 실시간으로 감지하여, 제1 및 제2 가스 커튼 포트(305, 305')을 통해 각각 분사되는 가스의 분사속도 및 분사량 중 적어도 하나를 조절하여 미증착 영역의 폭을 목표값에 도달하도록 용이하게 조절할 수 있다.
또한, 제1 및 제2 가스 커튼 포트(305)는 복수 개의 전구체 가스 공급 포트(304)에 대하여 가스 공급 영역의 경계를 형성하도록 마련될 수 있다. 이와는 다르게, 제1 및 제2 가스 커튼 포트(305)는 복수 개의 전구체 가스 공급 포트(304) 중 일부에 대하여 가스 공급 영역의 경계를 형성하도록 마련될 수도 있다.
예를 들어, 기재(110)의 미증착 영역(110b)의 폭(w2)은 0.5mm 내지 20mm 일 수 있다.
또한, 기재의 주행속도는 0.5 내지 60m/min일 수 있고, 예를 들어, 주행속도 12m/min에서 증착속도는 18nm/min일 수 있다.
또한, 원자층 증착장치(100)는 기재(110)가 주행할 때, 기재(110) 상에 1종 이상의 전구체 가스를 공급하도록 마련된 제2 전구체 공급영역(220)을 포함한다.
제2 전구체 공급 영역(102)은, 종래 공간 분할 방식과 같이, 제2 전구체 가스로 해당 영역이 채워지도록 마련될 수도 있다. 이와는 다르게, 제2 전구체 공급영역(102)에는, 기재(110) 상에 전구체 가스를 공급하도록 마련된 제2 가스 공급 노즐이 배치될 수 있다.
이때, 상기 원자층 증착장치(100)는 제2 전구체 공급영역에, 기재의 제1 면 및 제1 면의 반대방향의 제2 면을 향하여 각각 전구체 가스를 공급하도록 마련된 한 쌍의 제2 가스 공급 노즐을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 제2 가스 공급 노즐은, 제2 전구체 공급영역에서, 기재(110)의 직선 주행 구간에 배치될 수 있다. 또한, 제2 전구체 공급영역(220)에는 기재의 주행 방향을 따라 복수 개의 제2 가스 공급 노즐이 배치될 수도 있다. 특히, 제2 전구체 공급영역에는, 기재(110)의 제1 면(111) 및 제1 면(111)의 반대방향의 제2 면(112)을 향하여 각각 전구체 가스를 공급하도록 마련된 한 쌍의 제2 가스 공급 노즐(221, 222)이 배치될 수 있다. 이러한 구조를 통해, 기재의 주행 중, 양면(제1 면 및 제2 면) 동시 증착이 가능해진다. 또한, 원자층 증착장치는 각각의 제2 가스 공급 노즐(221, 222)과 연결되며, 서로 다른 전구체가 각각 수용된 제1 및 제2 공급원을 포함한다. 즉, 기재(110)의 제1 면(111) 측으로 전구체 가스를 분사하도록 배치된 제2 가스 분사 노즐(221)은 제1 공급원과 연결되어 전구체 가스를 공급받고, 기재(110)의 제2 면(112) 측으로 전구체 가스를 분사하도록 배치된 제2 가스 분사 노즐(222)은 제2 공급원과 연결되어, 전구체 가스를 공급받는다.
제2 가스 공급 노즐(221, 222)은 제1 가스 공급 노즐(211, 212)과 동일한 구조를 갖는다. 간략히 설명하면, 기재의 주행 방향을 따라 차례로 배열된 복수 개의 전구체 가스 공급 포트 및 기재의 주행 방향을 기준으로 양 측에 위치한 제1 및 제2 가스 커튼 포트를 갖는다.
또한, 제1 및 제2 가스 커튼 포트는 기재의 주행방향을 기준으로 양 측에 각각 주행방향을 따라 제2 전구체 가스 미증착 영역이 발생하도록 가스 공급 영역의 경계를 형성한다.
또한, 인접하는 2개의 전구체 가스 공급 포트 사이에는 진공 포트가 마련된다.
또한, 제2 가스 공급 노즐(221, 222)은 기재(110)와의 간격이 조절 가능하게 마련될 수 있다. 또한, 제2 가스 공급 노즐(221, 222)은 전구체 가스의 공급량, 및 분사속도 중 적어도 하나가 조절 가능하게 마련될 수 있다. 또한, 제2 가스 공급 노즐(221, 222)은 복수 개의 전구체 가스 공급 포트 중 하나 이상의 전구체 가스 공급 포트를 통해 전구체 가스를 공급하도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 반복 배열된 전구체 가스 공급 포트 일부에 전구체 가스 대신 불활성 기체만 공급함으로써, 전구체 가스 공급 영역을 지날 때의 가스 공급량을 조절할 수도 있다. 또한, 기재 주행 방향을 따라 반복 배열된 가스 공급 노즐 중 일부 노즐에는 불활성 가스만을 공급함으로써 기재 주행 중 증착 사이클을 조정하여 두께를 조절할 수도 있습니다. 이를 통해, 기재(110)의 일면에 증착되는 증착두께를 조절할 수 있다.
위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100: 원자층 증착 장치
110: 기재
120: 이송부
200: 증착부
210: 제1 전구체 공급영역
220: 제2 전구체 공급영역
230: 제3 퍼지가스 공급영역
240: 제1 퍼지가스 공급영역
250: 제2 퍼지가스 공급영역
300: 제1 가스 공급 노즐

Claims (20)

  1. 기재가 주행할 때, 기재 상에 1종 이상의 전구체 가스가 공급되도록 마련된 제1 전구체 공급영역, 제1 전구체 공급영역을 통과한 기재 상에 퍼지 가스를 공급하도록 마련된 제1 퍼지 가스 공급영역, 제1 퍼지 가스 공급영역을 통과한 기재 상에 1종 이상의 전구체 가스를 공급하도록 마련된 제2 전구체 공급영역 및 제2 전구체 공급영역을 통과한 기재 상에 퍼지 가스를 공급하도록 마련된 제2 퍼지 가스 공급영역을 포함하는 증착부;
    증착부를 통과하도록 기재를 주행시키기 위한 이송부;
    제1 전구체 공급영역에, 기재의 제1 면 및 제1 면의 반대방향의 제2 면을 향하여 각각 전구체 가스를 공급하도록 마련된 한 쌍의 제1 가스 공급 노즐; 및
    각각의 제1 가스 공급 노즐과 연결되며, 서로 다른 전구체가 각각 수용된 제1 및 제2 공급원을 포함하며,
    제1 가스 공급 노즐은, 기재의 주행 방향을 따라 차례로 배열된 복수 개의 전구체 가스 공급 포트 및 기재의 주행 방향을 기준으로 양 측에 위치한 제1 및 제2 가스 커튼 포트를 갖고,
    제1 및 제2 가스 커튼 포트 중 하나 이상의 가스 커튼 포트는 가스의 유출방향을 따라 적어도 일부 영역에서 가스가 통과하는 유동 단면적이 달라지도록 마련된 원자층 증착 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제1 및 제2 가스 커튼 포트는 가스가 기재 측으로 분사되는 가스 분사홀을 갖고,
    제1 및 제2 가스 커튼 포트 중 하나 이상의 가스 커튼 포트는 가스의 유출방향을 따라 적어도 일부 영역이 가스 분사홀의 직경보다 큰 직경을 갖는 버퍼 영역을 갖는 원자층 증착장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    제1 및 제2 가스 커튼 포트는 기재의 주행방향을 기준으로 양 측에 각각 주행방향을 따라 전구체 가스의 미증착 영역이 발생하도록 가스 공급 영역의 경계를 형성하는 원자층 증착 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    제1 및 제2 가스 커튼 포트 중 하나 이상의 가스 커튼 포트는 가스의 분사각도가 조절되도록 마련된, 원자층 증착장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    제1 및 제2 가스 커튼 포트을 통해 각각 분사되는 가스의 분사속도 및 분사량은 개별적으로 조절되도록 마련된 원자층 증착장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    미증착 영역의 폭에 기초하여, 제1 및 제2 가스 커튼 포트을 통해 각각 분사되는 가스의 분사속도 및 분사량 중 적어도 하나가 조절되도록 마련된, 원자층 증착장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    인접하는 2개의 전구체 가스 공급 포트 사이에는 진공 포트가 마련된 원자층 증착 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    미증착 영역의 폭은 0.5mm 내지 20mm 인 원자층 증착 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    제1 가스 공급 노즐은 기재와의 간격이 조절 가능하게 마련된 원자층 증착 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    제1 가스 공급 노즐은 전구체 가스의 공급량, 및 분사속도 중 적어도 하나가 조절 가능하게 마련되며,
    복수 개의 전구체 가스 공급 포트 중 하나 이상의 전구체 가스 공급 포트를 통해 전구체 가스를 공급하도록 마련된 원자층 증착 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    제2 전구체 공급영역에, 기재의 제1 면 및 제1 면의 반대방향의 제2 면을 향하여 각각 전구체 가스를 공급하도록 마련된 한 쌍의 제2 가스 공급 노즐을 추가로 포함하는 원자층 증착 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    제2 가스 공급 노즐은, 기재의 주행 방향을 따라 차례로 배열된 복수 개의 전구체 가스 공급 포트 및 기재의 주행 방향을 기준으로 양 측에 위치한 제1 및 제2 가스 커튼 포트를 갖는 원자층 증착 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    제1 및 제2 가스 커튼 포트는 기재의 주행방향을 기준으로 양 측에 각각 주행방향을 따라 전구체 가스의 미증착 영역이 발생하도록 가스 공급 영역의 경계를 형성하는 원자층 증착 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    인접하는 2개의 전구체 가스 공급 포트 사이에는 진공 포트가 마련된 원자층 증착 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    미증착 영역의 폭은 0.5mm 내지 20mm 인 원자층 증착 장치.
  16. 제 11 항에 있어서,
    제2 가스 공급 노즐은 기재와의 간격이 조절 가능하게 마련된 원자층 증착 장치.
  17. 제 12 항에 있어서,
    제2 가스 공급 노즐은 전구체 가스의 공급량, 및 분사속도 중 적어도 하나가 조절 가능하게 마련되고,
    복수 개의 전구체 가스 공급 포트 중 하나 이상의 전구체 가스 공급 포트를 통해 전구체 가스를 공급하도록 마련된 원자층 증착 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    인접하는 공급 영역 사이에는 격벽이 마련된 원자층 증착장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    격벽에는 기재를 통과시키기 위한 슬릿이 마련된 원자층 증착장치.
  20. 제 1 항에 있어서,
    증착부에서 각각의 공급영역은 기재의 직선 주행 구간에 차례로 배치된 원자층 증착장치.
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