WO2009148284A2 - 기상 자기조립 단분자막 코팅장치 - Google Patents

기상 자기조립 단분자막 코팅장치 Download PDF

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WO2009148284A2
WO2009148284A2 PCT/KR2009/003000 KR2009003000W WO2009148284A2 WO 2009148284 A2 WO2009148284 A2 WO 2009148284A2 KR 2009003000 W KR2009003000 W KR 2009003000W WO 2009148284 A2 WO2009148284 A2 WO 2009148284A2
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vapor
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유연상
박성진
이준구
윤능구
박진구
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주식회사 소로나
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    • C30—CRYSTAL GROWTH
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    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
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    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/12—Organic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/18—Processes for applying liquids or other fluent materials performed by dipping
    • B05D1/185—Processes for applying liquids or other fluent materials performed by dipping applying monomolecular layers

Definitions

  • the present invention relates to a thin film coating apparatus, and more particularly, to an apparatus capable of evenly coating a polymer thin film of a single layer.
  • Self-Assembled Monolayers are organic monomolecular thin films (hereinafter referred to as self-assembled monolayers) spontaneously applied and regularly aligned on the surface of a given substrate.
  • self-assembly is a phenomenon in which unit molecules are spontaneously assembled through molecular interactions to make specific structures, and are formed through spontaneous reactions.
  • the molecules used to coat unit self-assembled monolayers consist of three parts. That is, it is divided into a reactor of the head portion that binds to the substrate, an alkane chain of the body portion that regularly forms the molecular membrane, and a functional group of the tail portion that influences a specific function on the molecular membrane.
  • Nano-imprinting lithography an example where SAM is applied, is known as a technique that can mass-produce nanopatterns at low cost in a single lithography process.
  • This transfers in the shape of a stamp in which a nanostructure is imprinted on a surface of a polymer resin such as a thermosetting or photocurable resin spin coated or dispensed onto a substrate.
  • the NIL technology induces a pattern of the same shape as the stamp to the polymer resin to be transferred through physical contact.
  • one method of preventing the resin from sticking to the stamp is to coat the stamp with a self-assembled monolayer having a low surface energy.
  • Methods of coating self-assembled monolayers include spin coating, liquid self-assembled monolayers, vapor phase self-assembled monolayers, and plasma polymerization.
  • the spin coating or the liquid self-assembled monolayer uses a liquid material.
  • the coating of the liquid self-assembled monomolecular film when a substrate such as silicon oxide, gold, or platinum is immersed in a solution in which the organic active material is dissolved, the organic active material may bind to the substrate to spontaneously form a nanometer monolayer. .
  • the precursor used to form the vapor phase self-assembled monolayer is a high molecular material and is present in a liquid state, so that it is difficult to uniformly coat a fine electronic device.
  • the liquid In order to coat by vapor phase self-assembled monolayer method, the liquid has to be vaporized.
  • the low vapor pressure of the precursor does not change easily to vapor, a separate device for vaporization is required.
  • a vapor phase self-assembled monolayer forming apparatus using a precursor.
  • the apparatus includes a heating (storage) vessel for creating a vapor phase of the precursor when the precursor is in the container.
  • Coating of vapor phase self-assembled monolayers requires one or more precursors and one or more catalysts and thus requires storage vessels to produce each vapor phase. Since 50-1000 cc of storage containers are required for the generation of the required amount of steam, the storage containers cause the size of the device to increase and the price increase.
  • the storage container has to be added a separate heating device for the production of steam, the volume of the storage container is larger and accordingly the cost increases.
  • coatings used for microelectronic devices such as nanoimprinting and MEMS require a plurality of vapor storage containers to accurately provide the amount of precursor required for the reaction, thereby increasing manufacturing costs.
  • a large volume of storage containers are mounted, the size of the thin film forming apparatus increases, which also takes up a lot of space.
  • the technical problem to be achieved by the present invention is to provide a coating apparatus for vapor-phase self-assembled monomolecular film that can take up less space and reduce manufacturing costs.
  • the coating apparatus of the vapor-phase self-assembled monomolecular film of the present invention for achieving the above technical problem is installed on one side of the chamber and a chamber providing a space for mounting the substrate, and includes one or a plurality of precursor injection device in the form of a syringe .
  • the precursor injector comprises one or a plurality of precursor supply unit for supplying a liquid precursor.
  • the precursor injection device comprises a syringe for receiving a liquid precursor, a needle for supplying the precursor contained in the syringe in a small amount to the chamber and a piston for pushing the liquid precursor in the direction of the needle It may include.
  • the amount of the liquid precursor contained in the syringe is preferably 5 ⁇ 50cc.
  • the precursor injection device including a needle may include a valve installed in the chamber and attached to the needle to continue or stop supplying the liquid precursor to the chamber.
  • the plurality of syringes may supply different precursors, and the plurality of syringes may supply the same precursors to each other.
  • the precursor injection device may include a driving unit for moving the piston in the direction of the needle.
  • the chamber may further include a vaporization unit for converting the precursor into a vapor state while receiving the precursor of the liquid phase supplied from the precursor injection device.
  • the vaporization unit may include a plurality of flow paths for transmitting the precursor converted into the vapor state to the chamber.
  • the chamber may further include a heater attached to the inner wall or the outer wall of the chamber to control the temperature of the chamber.
  • the chamber may further include a plasma apparatus for forming an OH-end group on the substrate.
  • the substrate may be a pattern for manufacturing a fine electronic device, in particular the substrate may be a stamp for nanoimprinting lithography.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a thin film coating apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a precursor injection device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a perspective view showing a vaporization unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a graph showing a change in contact angle according to the stabilization temperature according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a precursor injection device according to another embodiment of the present invention.
  • the vapor phase self-assembled monolayer of the present invention can be applied to a substrate on which a pattern for manufacturing an electronic device, particularly a microelectronic device, is formed.
  • the substrate may be applied to a stamp formed for nanoimprinting lithography or a diamond arranged on the substrate.
  • the precursor of the monomolecular film applied to the present invention will be described.
  • Precursors used in the embodiments of the present invention are useful organic precursor materials such as silane, chlorosilane, fluorosilane, methoxysilane, alkylsilane and aminosilane.
  • some of the trichlorosilane precursors commonly used among the precursors used for monolayer coating such as fluorodecyltrichlorosilane (FDTS), undecenyltrichlorosilane (UTS), vinyl-trichlorosilane (VTS), decyltrichlorosilane (DTS), octadecyltrichlorosilane (OTS), dimethyldichlorosilane (DDMS), dodecenyltrichlorosilane (DDTS), fluoro-tetrahydrodoctyltrimethylchlorosilane (FOTS) , Perfluorooctyldimethylchlorosilane, aminopropylmethoxysilane (AP), flu
  • the lower end of the precursor chain is a saturated hydrocarbon with OTS, DTS and UTS, contains vinyl functionalities in relation to VTS and DDTS, and contains fluorine atoms in relation to FDTS having fluorine atoms along most of the length of the chain. do.
  • Other useful precursors include 3-aminopropyltrimethoxysilane (APTMS) and 3-glyoxymethoxypropylmethoxysilane (GPTMS) that provide amino functionality.
  • APITMS 3-aminopropyltrimethoxysilane
  • GPSTMS 3-glyoxymethoxypropylmethoxysilane
  • One skilled in the art of organic chemistry will understand that such precursors can be adjusted to provide special properties to the surface of the vapor deposited coating.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a thin film coating apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the coating apparatus 100 includes a portion for supplying a precursor to the precursor injector 20, a precursor injector 20, and a portion for forming a thin film. At least one liquid precursor is supplied to the precursor injector 20 by a supply line 60 for supplying it, where the first, second and third precursor supply parts 51, 52, 53 are connected to each supply part. Second to fourth intermittent valves V2, V3, and V4 for regulating the supply of the precursors 51, 52, and 53, respectively, are provided.
  • the case of three precursor supply units has been described, but the number of supply units may be variously set as necessary.
  • a part for supplying purge gas may be separately installed.
  • Precursor injection device 20 is a part of the present invention, which will be described in detail with reference to FIG. Referring to FIG. 2, the precursor injector 20 is divided into a scanning part a for supplying a liquid precursor 25 to the chamber and a driving part b for driving the scanning part a.
  • the injection unit a supplies a syringe 21 and a precursor 25 for supplying a small amount of the precursor 21 in the syringe 21 and the precursor 25 in the syringe 21 to the chamber.
  • a piston 22 for imparting a driving force.
  • the syringe 21 is fixed by the syringe fixing part 23, and the precursor supplied to the chamber is stopped or continued by the fifth intermittent valve V5 attached to the end of the needle 24. .
  • the fifth intermittent valve V5 may be installed outside the chamber 10 between the heater 12 and the syringe 21.
  • the driving unit b includes a body 30 for supporting the driving unit, a motor 31 for providing a driving force, a transmission unit 32 for transmitting driving force by the motor 31, and a driving force transmitted by the transmission unit 32. And first and second drivers 33 and 35 which make linear movements. Specifically, the driving force generated in the motor 31 causes the first driver 33 to perform a linear movement along the guide 34 by the transmission unit 32. The movement of the first driver 33 is transmitted as it is to the second driver 35 connecting the first driver 33 and the piston 22 to cause the linear movement of the piston 22.
  • the transmission part 32 and the driving part b may be implemented in various ways by those skilled in the art. In some cases, the precursor 25 may be injected by hand without having a separate driver b.
  • the precursor 25 in the syringe 21 is injected into the chamber through the following process.
  • the liquid precursor 25 is supplied to the syringe 21 through the supply line 60 while the fifth intermittent valve V5 is closed. Opening the valve of V2 or V3 or V4 and moving the piston 22 in the opposite direction of the chamber until it stops at the jaw 26 of the syringe 21, the liquid precursor is filled into the syringe in a certain amount, and a certain amount is filled. Close the valve on ground V2 or V3 or V4. At this time, it may be made naturally by the driving force of the piston 22, it may proceed in the opposite direction of the piston by applying a predetermined pressure to the precursor supply (51, 52, 53).
  • the precursor 25 is injected into the chamber by moving the second supplier 35 toward the chamber.
  • one or a plurality of syringes 21 can be installed as needed.
  • the case where only one syringe 21 is installed may be used when continuously injecting one precursor. If necessary, one precursor may be supplied to one syringe 21 and then purged, and then another precursor may also be supplied to the one syringe 21.
  • the space occupied by the precursor injector 20 can be minimized in the coating apparatus of the present invention, and is particularly useful when the size of the chamber into which the precursor is injected is small.
  • various different precursors may be used to inject into the chamber, or one precursor may be injected through the plurality of syringes 21.
  • the internal volume of the syringe 21 of the present invention is preferably 5 to 50 cc. Accordingly, since the size of the syringe 21 of the present invention is very small as compared with the related art, the space occupied by the coating apparatus can be significantly reduced. In addition, since the amount of the precursor supplied to the chamber is very small compared to the conventional one, it is possible to easily convert the precursor of the liquid phase to the vapor state. However, since the amount of precursor in the case of forming a conventional vapor phase self-assembled monolayer is required about 5 to 50cc, the precursor is repeatedly injected by 0.01 to 1cc at a time for vaporization by the syringe 21 of the present invention. You can consume it. For example, after the precursor is filled in the syringe 21, it is possible to ensure the amount of precursor that can proceed at least about 50 times and up to about 5000 times.
  • the portion forming the thin film includes a substrate mounting portion 14 on which a substrate 16 on which a monomolecular film is formed is mounted in a chamber 10 that provides a space for forming the thin film.
  • the vaporization part 40 for vaporizing the precursor for forming a monomolecular film is provided on the substrate 16, the vaporization part 40 for vaporizing the precursor for forming a monomolecular film is provided.
  • the outer side of the chamber 10, the heater 12 is attached to the outer wall to adjust the temperature inside the chamber 10, the purge gas supply unit for supplying a purge gas, such as N 2 to purge the inside of the chamber 10
  • a first valve V1 for controlling supply of the 55 and the purge gas is provided.
  • the heater 12 may be installed on the inner wall of the chamber 10.
  • the vaporization part 40 is a part which vaporizes by the heat applied by the heater 12 after receiving the precursor injected by the precursor injection apparatus 20 once, referring FIG.
  • the precursor is vaporized in the vaporization part 40 and injected into the chamber 10 via the flow path 42.
  • the vaporization unit 40 prevents the precursor from directly contacting the substrate 16 and maintains a uniform vapor pressure in the chamber 10 so that the monomolecular film is uniformly applied to the substrate 16.
  • the shape and size of the vaporizer 40 may be set differently depending on the coating device. For example, when the chamber 10 is large, the size of the vaporizer 40 may also be increased, and when the chamber 10 is small, the size of the vaporizer 40 may also be reduced. In addition, the shape and number of the flow paths 42 may vary depending on the characteristics of the vaporization of the precursor.
  • Substrate 16 may have a variety of forms (eg, stamps used for nanoimprinting), depending on the application.
  • the OH-terminus is treated with a Piranah solution (Surfuric acid Peroxide Mixture (SPM) outside the chamber 10, purges H 2 O vapor inside the chamber 10, or O inside the chamber 10. Can be generated by treatment with 2 plasma or H 2 O plasma.
  • SPM Surfuric acid Peroxide Mixture
  • OH-end groups are mainly produced by treatment with O 2 plasma in the presence of moisture.
  • the plasma is produced by applying RF power to a shower head (not shown) to which oxygen is supplied. Therefore, the preliminary processing of the substrate 16 may be performed in the chamber 10 in which the substrate 16 of the present invention is mounted or generated in a separate chamber and then transferred to the chamber 10 of the present invention.
  • the pressure in the chamber 10 is typically maintained at 0.5 to 5 Torr while the substrate 16 is exposed to the oxygen plasma, and the flow rate of oxygen is maintained at 50 to 150 sccm. It is preferable.
  • the time for exposing the substrate 16 to the oxygen plasma is preferably about 1 to 5 minutes.
  • the heater 12 is for controlling the vapor pressure of the vaporized precursor in the vaporization unit 40 by maintaining a constant temperature in the chamber 10.
  • FOTS which is a chlorosilane precursor.
  • the process of forming the monomolecular film using FOTS requires a first precursor FOTS, which is a coating precursor, and a vapor precursor, which is a catalyst.
  • the first precursor is supplied from the first supply part 51 and the second precursor is supplied from the second supply part 52. Therefore, the third supply part 53 is not used here.
  • vaporization of vaporizing the precursor is necessary.
  • a method of heating and evaporating the precursor present in the liquid phase is mainly used. This method is effective for precursors that evaporate well, but the precursors of polymers are not effective due to the slow vaporization rate.
  • the precursor injection device 20 uses the precursor injection device 20.
  • the precursor injector 20 greatly reduces the amount of liquid precursor contained in the injector 21 to facilitate vaporization.
  • the rate of vaporization can be maximized by injecting a small amount of the precursor injected into the chamber 10 into the needle 24.
  • the sixth valve V6 is opened and the interior of the chamber 10 is vacuumed using the exhaust pump 70, and then the fifth valve V5 is opened to open the inside of the syringe 21. Set to vacuum.
  • the fifth and sixth valves V5 and V6 are closed, the second supply valve V2 connected to the first supply part 51 is opened to supply the first precursor FOTS into the syringe 21, and then the second supply. Close the valve (V2). At this time, the amount injected into the syringe 21 is about 5 ⁇ 50cc.
  • the inside of the chamber 10 is heated by the heater 12, and the temperature of the board
  • the fifth valve V6 is opened to send the liquid first precursor 25 to the vaporization unit 40 by 0.01 to 1 cc through the needle 24, and then the fifth valve V5 is closed to form the precursor.
  • the reaction state After making the vapor state to form a constant vapor pressure inside the chamber 10, and maintains the reaction state for a certain time so that the precursor vaporized at a constant pressure to form a monomolecular film evenly on the substrate 16.
  • the first valve and the sixth valves V1 and V6 are opened to supply water vapor, which is the second precursor, to purge the inside of the chamber 10. Thereafter, the first valve V1 and the sixth valve V6 are closed, and the third supply valve V3 is opened to supply the second precursor to the inside of the syringe 21. Subsequently, after injecting the second precursor into the chamber 10 in the same manner as the first precursor, the sixth valve V6 is closed, and then the first and second precursors are maintained for a predetermined time, preferably about 3 to 10 minutes. The reaction of the liver is induced to form a monomolecular film on the substrate 16.
  • One embodiment of the present invention has been described in the case of coating the vapor-phase self-assembled monolayer using two precursors, it may be coated using two or more precursors. At this time, the number of syringes 21 and the size of the vaporization portion 40 can be changed in accordance with the conditions for the optimum coating.
  • Coating is carried out at a pressure of about 0.1-10 Torr.
  • the temperature of the substrate 16 is generally about 20-200 ° C.
  • the temperature of the chamber 10 is maintained at about 20-200 ° C.
  • the time required for a continuous monolayer coating over the entire surface of the silicon substrate is about 3 minutes to several hours, depending on the precursor's chemical composition and substrate material. In the case of FOTS or DDMS, it is typically about 5-30 minutes.
  • the temperature and time of the stabilization treatment varies depending on the combination of precursors, and in the case of DDMS, it is preferable to perform the stabilization treatment for about 3 to 20 minutes at about 20 to 200 ° C. In the case of FOTS, it is preferable to perform stabilization for about 3 to 20 minutes at 20 to 200 ° C.
  • the contact angle refers to the aggregation state of water droplets according to the surface tension by dropping a fluid such as water droplets on the substrate.
  • the larger the contact angle the smaller the surface tension, preferably greater than at least 90 degrees.
  • the monomolecular film undergoing stabilization was found to have a contact angle greater than 100 ° at a stabilization temperature of about 50 to 180 ° C. If the contact angle is larger than 100 °, the likelihood of foreign matter adsorbed to the monomolecular film by surface tension is greatly reduced. Accordingly, the monomolecular film according to an embodiment of the present invention can be applied to the manufacture of the microelectronic device by preventing the polymer resin of the transfer object from sticking.
  • the coating apparatus 100 by vaporizing a small amount of the liquid precursor of about 0.01 ⁇ 1cc, the volume occupied in the coating apparatus compared to the conventional need for a storage container of 50 ⁇ 1000cc and required The cost can be drastically reduced.
  • the heating device added to the storage container to generate steam in the storage container and using a heater and a vaporizer to control the temperature in the chamber, the volume of vaporizing device and the cost of the coating device are greatly increased. Can be reduced.
  • FIG. 5 is a view schematically showing a thin film coating apparatus 200 according to another embodiment of the present invention.
  • the coating apparatus 200 is the same as the coating apparatus 100 described with reference to FIGS. 1 to 3 except that there are a plurality of substrates 16 mounted in the chamber 10. Therefore, since the same reference numerals have the same structure and function, description thereof will be omitted.
  • the characteristics of the contact angle of the monomolecular film formed on the substrate 16 are also the same as in the coating apparatus 100 described with reference to FIG. 4.
  • the substrates 16 are mounted on the plurality of substrate mounting units 14, respectively. At this time, it is preferable that the temperatures of the substrates 16 are the same. However, heating by the heater 12 may occur non-uniformly on the substrate 16. Accordingly, after connecting the temperature controller 80 and each of the substrates 16 using the electric wire 81, the temperature of each of the substrates 16 is equally adjusted using the temperature controller 80. As a result, monolayers can be formed on the plurality of substrates 16 at one time.
  • the coating apparatus of the present invention by vaporizing a liquid precursor of about 5 ⁇ 50cc to a trace amount of 0.01 ⁇ 1cc, it is possible to drastically reduce the volume and cost of the apparatus for vaporizing the precursor occupies the coating apparatus.
  • the heating device added to the storage container to generate steam in the storage container and using a heater and a vaporizer to control the temperature in the chamber, the volume of vaporizing device and the cost of the coating device are greatly increased. Can be reduced.

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Abstract

공간을 적게 차지하고 제조비용을 절감할 수 있는 기상 자기조립 단분자막의 코팅장치를 개시한다. 그 장치는 기판을 장착하기 위한 공간을 제공하는 챔버의 일측에 설치되고, 주사기 형태의 하나 또는 복수 개의 전구체 주입장치를 포함한다. 또한 전구체 주입장치에 액상의 전구체를 공급하는 하나 또는 복수 개의 전구체 공급부를 포함한다.

Description

기상 자기조립 단분자막 코팅장치
본 발명은 박막 코팅장치에 관한 것으로, 특히 단층의 고분자 박막을 고르게 코팅할 수 있는 장치에 관한 것이다.
자기조립 단분자막(Self-Assembled Monolayer; SAM)은 주어진 기판의 표면에 자발적으로 도포 되고 규칙적으로 정렬된 유기 단분자 박막(이하, 자기조립 단분자막이라고 함)이다. 구체적으로, 자기조립은 단위 분자들이 분자 간의 상호작용을 통하여 자발적으로(spontaneously) 조립되어 특정한 구조물이 만들어지는 현상으로, 자발적인 반응을 통하여 형성된다. 단위 자기조립 단분자막의 코팅에 이용되는 분자는 세 부분으로 이루어져 있다. 즉, 기판과 결합하는 머리 부분의 반응기, 규칙적으로 분자막을 형성하게 하는 몸통부분의 알칸사슬(alkane chain) 및 분자막에 특수한 기능을 좌우하는 꼬리부분의 작용기로 나누어진다.
SAM이 적용되는 예인 나노 임프린팅 리소그래피(Nano-Imprinting Lithography; NIL)는 한번의 리소그래피 공정으로 나노 패턴을 적은 비용으로 대량생산할 수 있는 기술로 알려져 있다. 이는 기판 위에 스핀코팅(spin coating) 또는 디스펜싱(dispensing)된 열경화성 또는 광경화성 수지와 같은 고분자 수지의 표면에 나노 구조물이 각인된 스탬프(stamp)의 형상대로 전사하는 것이다. 즉, NIL 기술은 물리적인 접촉을 통하여 스탬프와 동일한 형상의 패턴을 피전사체인 고분자 수지에 유도하는 것이다.
그런데 NIL 기술에 의해 서로 다른 물질이 접촉할 때, 두 물질의 계면 사이에는 서로 달라붙으려는 점착력이 존재한다. 이러한 점착력은 패턴의 형상이 조밀해지고 선 폭이 줄어들수록 커지므로 NIL 기술의 성공적인 수행에 중요한 변수로 작용한다. 다시 말해, 점착현상에 의해 스탬프에 고분자 수지의 일부가 잔류하게 되고, 잔류하는 수지로 인하여 패턴의 전사가 왜곡되어 피전사체에 정확한 패턴을 형성할 수 없게 된다. 이로 인해 스탬프의 수명이 단축되고 생산의 수율이 떨어진다. 따라서 성공적으로 NIL 공정을 수행하고 스탬프를 보호하기 위해서는, 수지가 스탬프에 달라붙지 않도록 해야 한다.
한편, 수지가 스탬프에 달라붙지 않도록 하는 방법 중의 하나는 낮은 표면에너지를 가지는 자기조립 단분자막을 스탬프에 코팅하는 것이다. 자기조립 단분자막을 코팅하는 방법은 크게 스핀코팅, 액상 자기조립 단분자막(liquid SAM), 기상 자기조립 단분자막, 플라즈마 중합(plasma polymerization) 등이 있다. 이때, 스핀코팅이나 액상 자기조립 단분자막은 액상의 물질을 활용한다. 특히 액상 자기조립 단분자막의 코팅에 따르면, 실리콘 산화물, 금 또는 백금 등의 기판을 유기 활성물질 등이 녹아 있는 용액에 담그면 기판 위에 유기 활성물질이 결합하여 나노미터 급의 단분자막을 자발적으로 형성할 수 있다.
그런데 스핀코팅이나 액상 자기조립 단분자막 방식의 코팅은, 코팅시 반응물의 양을 정밀하게 제어하기 어렵기 때문에, 동일한 조건으로 코팅을 하여도 신뢰성을 가지기 어렵다. 또한, 반도체 소자 등의 미세소자의 제조공정은 대부분 기상 공정으로 제작되고 있고, 액상이 가지고 있는 표면장력 등의 특성 때문에 미세소자에 액상 자기조립 단분자막의 제조공정을 적용하는 데에는 많은 문제점이 있다.
그런데 기상 자기조립 단분자막을 형성하는 데 사용되는 전구체는 고분자물질로 액체상태로 존재하여 미세한 전자소자에 균일한 코팅이 어렵다. 기상 자기조립 단분자막 방법으로 코팅하기 위해서는 액체를 증기상태로 만들어 주어야 하는 데, 전구체의 낮은 증기압으로 인해 쉽게 증기로 변화되지 않기 때문에 별도의 증기화를 위한 장치가 필요하다.
코브린과 보리스(Koblin, Boris) 등에게 허여된 2005년 1월 20일자 국제특허출원 제 WO 2005/006398 A2는 전구체(precursor)를 이용하는 기상 자기조립 단분자막 형성장치에 대해 개시하였다. 이 장치는 전구체가 컨테이너에 있을 때 전구체의 증기 상(vapor phase)을 생성하기 위한 가열(저장) 용기를 포함한다. 기상 자기조립 단분자막의 코팅은 하나 이상의 전구체와 하나 이상의 촉매가 필요하므로 각각의 증기 상을 생성하는 저장용기가 요구된다. 필요한 양의 증기의 생성을 위해서는 50~1000cc의 저장용기가 각각 요구되므로, 상기 저장용기는 장치를 대형화하고 가격을 상승시키는 원인이 되고 있다. 또한, 저장용기는 증기의 생성을 위해 별도의 가열장치가 부가되어야 하므로 저장용기의 부피는 더욱 커지고 이에 따라 비용이 증가한다.
특히 나노임프린팅, MEMS 등 미세전자소자에 이용되는 코팅은 반응에 필요한 전구체의 양을 정확하게 제공하기 위해서는 복수 개의 증기 저장용기가 필요하게 되어 제조비용이 증가한다. 또한, 큰 부피의 저장용기가 각각 장착되면 박막 형성장치의 크기가 커져서 공간을 많이 차지하는 문제점도 있다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 공간을 적게 차지하고 제조비용을 절감할 수 있는 기상 자기조립 단분자막의 코팅장치를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기상 자기조립 단분자막의 코팅장치는 기판을 장착하기 위한 공간을 제공하는 챔버와 상기 챔버의 일측에 설치되고, 주사기 형태의 하나 또는 복수 개의 전구체 주입장치를 포함한다. 또한, 상기 전구체 주입장치에 액상의 전구체를 공급하는 하나 또는 복수 개의 전구체 공급부를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 전구체 주입장치는 액상의 전구체를 수용하는 주사기와, 상기 주사기에 수용된 상기 전구체를 소량으로 상기 챔버에 공급하는 주사바늘 및 상기 액상의 전구체를 상기 주사바늘 방향으로 밀어내는 피스톤을 포함할 수 있다. 이때, 상기 주사기에 수용되는 상기 액상 전구체의 양은 5~50cc인 것이 바람직하다. 나아가, 주사바늘이 포함된 상기 전구체 주입장치는 상기 챔버에 설치되고 상기 주사바늘에 부착되어 상기 액상의 전구체를 상기 챔버에 공급을 계속하거나 중단하는 밸브를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 복수 개의 주사기는 서로 다른 전구체를 공급할 수 있고, 상기 복수 개의 주사기는 서로 동일한 전구체를 공급할 수 있다. 또한, 상기 전구체 주입장치는 상기 피스톤을 상기 주사바늘 방향으로 이동시키는 구동부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 챔버의 내부에는 상기 전구체 주입장치에서 공급된 상기 액상의 전구체를 수용하면서 상기 전구체를 증기상태로 변환시키는 기화부를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 기화부는 상기 증기상태로 변환된 전구체를 상기 챔버로 보내는 복수 개의 유로를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서, 상기 챔버의 내벽 또는 외벽에 부착되어 상기 챔버의 온도를 조절하는 히터를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 챔버 내에는 상기 기판에 OH- 말단기를 형성하기 위한 플라즈마 장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 코팅장치에 있어서, 상기 기판은 미세 전자소자를 제조하기 위한 패턴이 형성될 수 있고, 특히 상기 기판은 나노 임프린팅 리소그래피를 위한 스탬프가 형성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 코팅장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 전구체 주입장치를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 기화부를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 의한 안정화 온도에 따른 접촉각의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 전구체 주입장치를 나타내는 단면도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100, 200; 코팅장치 10; 챔버
12; 히터 14; 기판 장착부
16; 기판 20; 전구체 주입장치
21; 주사기 22; 피스톤
24; 주사바늘 33; 제1 구동자
35; 제2 구동자 40; 기화부
42; 유로
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술 되는 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시 예들은 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
이하 본 발명의 실시 예에서는 공간을 적게 차지하면서 비용을 절감할 수 있는 기상 자기조립 단분자막을 코팅하는 장치와 이를 이용한 단분자막의 제조방법으로 구분하여 설명될 것이다. 본 발명의 기상 자기조립 단분자막은 전자소자, 특히 미세전자소자를 제조하기 위한 패턴이 형성된 기판에 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판은 나노 임프린팅 리소그래피를 위한 스탬프가 형성된 것 또는 기판에 다이아몬드가 배열된 것에 적용될 수 있다. 그런데 위의 장치와 방법을 설명하기 이전에 본 발명에 적용되는 단분자막의 전구체에 대하여 살펴보기로 한다.
본 발명의 실시 예에 사용되는 전구체는 실란, 클로로실란, 플루오로실란, 메톡시실란, 알킬실란 및 아미노실란과 같은 유기 전구체물질이 유용하다. 바람직하게는, 단분자막 코팅에 이용되는 전구체들 중 일반적으로 사용되는 트리클로로실란 전구체 일부, 예를 들면, 플로오로데실트리클로로실란(FDTS), 운데세닐트리클로로실란(UTS), 비닐-트리클로로실란(VTS), 데실트리클로로실란(DTS), 옥타데실트리클로로실란(OTS), 디메틸디클로로실란(DDMS), 도데세닐트리클로로실란(DDTS), 플루오로-테트라히도로옥틸트리메틸클로로실란(FOTS), 퍼플루오로옥틸디메틸클로로실란, 아미노프로필메톡시실란(APTMS), 플루오로프로필메틸디클로로실란 및 퍼플루오로데실디메틸클로로실란이 있다. 이중에서 OTS, DTS, UTS, VTS, DDTS, FOTS 및 FDTS가 더욱 바람직하다.
전구체 사슬(chain)의 하단부는 OTS, DTS 및 UTS를 가지는 포화 탄화수소이며, VTS 및 DDTS와 관련하여 비닐 작용기를 포함하며, 체인의 길이의 대부분을 따라 불소원자를 가지는 FDTS와 관련하여 불소 원자를 포함한다. 다른 유용한 전구체는 아미노 작용성을 제공하는 3-아미노프로필트리메톡시실란(APTMS) 및 3-글리시톡시프로필메톡시실란(GPTMS)를 포함한다. 유기 화학분야의 당업자는 이러한 전구체들로부터 기상 증착된 코팅의 표면에 특별한 특성을 제공하도록 조절될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 코팅장치(100)를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 코팅장치(100)는 전구체를 전구체 주입장치(20)에 공급하는 부분, 전구체 주입장치(20) 및 박막을 형성하는 부분을 포함하여 구성된다. 적어도 하나 이상의 액상의 전구체는 이를 공급하기 위한 공급라인(60)에 의해 전구체 주입장치(20)에 공급되며, 여기에는 제 1, 2, 3 전구체 공급부(51, 52, 53)가 연결되고 각 공급부(51, 52, 53)와 전구체의 공급을 각각 단속하는 제 2 내지 제 4 단속밸브(V2, V3, V4)가 마련된다. 여기서는 전구체 공급부가 3개인 경우를 설명하였으나, 필요에 따라 공급부의 수를 다양하게 설정할 수 있다. 경우에 따라 도시하지는 않았지만 퍼지가스를 공급하는 부분을 별도로 설치할 수 있다.
전구체 주입장치(20)는 본 발명의 특징이 나타나는 부분이며, 이에 대해서는 도 2를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 도 2에 의하면, 전구체 주입장치(20)는 액상의 전구체(25)를 챔버로 공급하는 주사부(a)와 주사부(a)를 구동하기 위한 구동부(b)로 구분된다. 주사부(a)는 액상의 전구체(25)를 수용하는 주사기(21)와 주사기(21) 내의 전구체(25)를 소량으로 챔버로 공급하기 위한 주사바늘(24) 및 전구체(25)를 공급하는 구동력을 부여하는 피스톤(22)을 포함한다. 이때, 주사기(21)는 주사기 고정부(23)에 의해 고정되며, 챔버에 공급되는 전구체는 주사바늘(24) 끝부분에 부착된 제5 단속밸브(V5)에 의해 그 공급이 중단되거나 계속된다. 제5 단속밸브(V5)는 히터(12)와 주사기(21) 사이의 챔버(10) 바깥쪽에 설치할 수도 있다.
구동부(b)는 구동부를 지지하는 몸체(30), 구동력을 부여하는 모터(31), 모터(31)에 의한 구동력을 전달하는 전달부(32), 전달부(32)에 의해 전달된 구동력에 의해 직선운동을 하는 제 1 및 제 2 구동자(33, 35)를 포함한다. 구체적으로, 모터(31)에서 발생한 구동력은 전달부(32)에 의해 제 1 구동자(33)가 가이드(34)를 따라 직선운동을 하도록 한다. 제 1 구동자(33)의 운동은 제 1 구동자(33)와 피스톤(22)을 연결한 제 2 구동자(35)에 그대로 전달되어 피스톤(22)의 직선운동을 일으킨다. 전달부(32) 및 구동부(b)는 당업자에 의해 다양한 방법으로 구현할 수 있다. 경우에 따라 별도의 구동부(b)를 두지 않고 수작업에 의해 전구체(25)를 주입할 수 있다.
주사기(21) 내의 전구체(25)는 다음과 같은 과정을 통하여 챔버에 주입된다. 먼저, 제 5 단속밸브(V5)를 닫은 상태에서 공급라인(60)을 통하여 액상의 전구체(25)를 주사기(21)에 공급한다. V2 또는 V3 또는 V4의 밸브를 열고, 피스톤(22)이 챔버의 반대방향으로 이동하여 주사기(21)의 턱(26)에서 멈출 때까지 이동함으로써 액상의 전구체가 주사기에 일정량 충전되고, 일정량이 채워지면 V2 또는 V3 또는 V4의 밸브를 닫아준다. 이때, 피스톤(22)의 구동력에 의해 자연스럽게 이루어질 수 있고, 전구체 공급부(51, 52, 53)에 일정 압력을 가함으로서 피스톤의 반대 방향으로 진행될 수도 있다
이어서, 공급라인(60)을 닫고 제5 단속밸브(V5)를 개방한 상태에서 제2 공급자(35)를 챔버 방향으로 이동시켜 전구체(25)를 챔버로 주입한다.
한편 주사기(21)는 필요에 따라 하나 또는 복수로 설치할 수 있다. 예를 들어, 주사기(21)를 하나만 설치하는 경우는 하나의 전구체를 계속 주입할 때 사용될 수 있다. 필요한 경우, 하나의 전구체를 하나의 주사기(21)로 공급한 후 퍼지한 다음, 다른 전구체를 상기 하나의 주사기(21)로도 공급할 수 있다. 주사기(21)를 하나만 설치하는 경우에는 본 발명의 코팅장치에 전구체 주입장치(20)가 차지하는 공간을 최소화할 수 있다는 장점이 있으며, 전구체가 주입되는 챔버의 크기가 작은 경우에 특히 유용하다. 복수 개의 주사기(21)를 설치하는 경우는 서로 다른 여러 전구체를 각각 챔버에 주입하거나 하나의 전구체를 복수 개의 주사기(21)를 통하여 주입할 때 사용될 수 있다.
본 발명의 주사기(21)의 내부 용적은 5 ~ 50cc가 바람직하다. 이에 따라, 본 발명의 주사기(21)는 그 크기가 종래에 비해 매우 작으므로 코팅장치에서 차지하는 공간을 획기적으로 줄일 수 있다. 또한, 챔버에 공급되는 전구체의 양이 종래에 비해 매우 적은 양이므로 액상의 전구체를 용이하게 증기상태로 변환시킬 수 있다. 그런데, 통상적인 기상 자기조립 단분자막을 형성하는 경우의 전구체의 양은 약 5 ~ 50cc이 필요하므로, 본 발명의 주사기(21)에 의해 기화를 위하여 한번에 0.01 ~ 1cc씩 반복하여 여러 번 주입함으로써 상기 전구체를 소모할 수 있다. 예를 들어, 주사기(21)에 전구체가 충전된 후, 최소 약 50회 그리고 최대 약 5000회의 공정을 진행할 수 있는 전구체의 양을 확보할 수 있다.
박막을 형성하는 부분은 박막을 형성하기 위한 공간을 제공하는 챔버(10) 내에 단분자막이 형성되는 기판(16)이 장착되는 기판 장착부(14)를 포함한다. 기판(16) 상에는 단분자막을 형성하기 위한 전구체를 증기화하기 위한 기화부(40)가 설치되어 있다. 챔버(10)의 바깥쪽에는 챔버(10) 내부의 온도를 조절하도록 외벽에 히터(12)가 부착되고, 챔버(10) 내부를 퍼지할 수 있도록 N2와 같은 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스 공급부(55)와 퍼지가스의 공급을 단속하는 제1 밸브(V1)가 설치되어 있다. 히터(12)는 챔버(10)의 내벽에 설치될 수도 있다.
기화부(40)는 도 3을 참조하여 설명하면 전구체 주입장치(20)에 의해 주입된 전구체를 일단 수용한 후, 히터(12)에 의해 가해진 열에 의해 증기화를 시키는 부분이다. 구체적으로, 전구체는 기화부(40)에서 기화되어 유로(42)를 거쳐 챔버(10)에 주입된다. 기화부(40)는 전구체가 직접 기판(16)에 닿는 것을 방지하고, 챔버(10) 내에 균일한 증기압을 유지하여 기판(16)에 단분자막이 균일하게 도포되도록 한다.
기화부(40)의 모양과 크기 코팅장치에 따라 다르게 설정할 수 있다. 예를 들어, 챔버(10)가 크면 기화부(40)의 크기도 커질 수 있고, 작으면 기화부(40)의 크기도 작아질 수 있다. 또한 유로(42)의 형태와 개수는 전구체가 기화되는 특성에 따라 달리할 수도 있다.
기판(16)은 그 용도에 따라 다양한 형태(예컨대, 나노임프린팅에 사용되는 스탬프)를 가질 수 있다. 한편, 클로로-작용기를 기판(16)의 표면에 결합시키기 위하여 기판(16)의 표면에 OH- 말단기를 생성하는 것이 바람직하다. 이를 기판(16)의 예비처리 공정이라고 한다. OH- 말단기는 챔버(10)의 외부에서 Piranah 용액(Surfuric acid Peroxide Mixture; SPM)에 의해 처리하거나, 챔버(10)의 내부에서 H2O 증기를 퍼지하거나, 챔버(10)의 내부에서 O2 플라즈마 또는 H2O 플라즈마로 처리하여 생성시킬 수 있다.
일반적으로 OH- 말단기는 수분이 존재하는 분위기에서 O2 플라즈마로 처리하여 주로 생성한다. 이때 플라즈마는 산소가 공급되는 샤워헤드(도시하지 않음)에 RF 전원을 인가함으로써 만들어진다. 따라서 기판(16)의 예비 처리는 본 발명의 기판(16)이 장착되는 챔버(10)에서 실시하거나 별도의 챔버에서 생성한 후 본 발명의 챔버(10)로 이송할 수도 있다. 기판(16)의 예비처리 공정에서 기판(16)이 산소 플라즈마에 노출되는 동안 챔버(10) 내의 압력을 통상적으로 0.5~5 Torr로 유지하는 것이 바람직하고, 산소의 유량은 50 ~ 150sccm을 유지하는 것이 바람직하다. 또한 통상적으로 산소 플라즈마에 기판(16)이 노출되는 시간은 1~5분 정도가 바람직하다. 히터(12)는 챔버(10) 내의 온도를 일정하게 유지하여 기화부(40)에서 기화된 전구체의 증기압(vapor pressure)을 조절하기 위한 것이다.
이하에서는 클로로실란 전구체인 FOTS를 중심으로 기상 자기조립 단분자막을 형성하는 과정을 통하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다. FOTS를 이용한 단분자막을 형성하는 과정에는 코팅 전구체인 제1 전구체 FOTS와 촉매인 수증기 전구체가 필요하다. 제1 전구체는 제1 공급부(51)에서 공급되고 제2 전구체는 제2 공급부(52)에서 공급된다. 따라서 여기서는 제3 공급부(53)는 사용되지 않는다.
상기 기상 단분자막을 코팅하기 위해서는 전구체를 증기상태로 하는 증기화가 반드시 필요하다. 이를 위하여 액상으로 존재하는 전구체를 가열하여 증발시키는 방법이 주로 이용된다. 이러한 방법은 증기화가 잘 일어나는 전구체에서는 효과적이지만 고분자의 전구체는 증기화의 속도가 느려 효과적이지 않다. 이러한 단점을 극복하기 위해서는 본 발명의 일 실시 예에서는 전구체 주입장치(20)를 이용한다. 전구체 주입장치(20)는 주입기(21)에 수용되는 액상의 전구체의 양을 크게 줄여 증기화를 용이하게 한다. 또한 챔버(10)로 주입되는 전구체의 양을 주사바늘(24)로 소량으로 주입함으로써 증기화의 속도를 최대로 할 수 있다.
단분자막을 코팅하기 위하여, 먼저 제6 밸브(V6)를 열고 배기펌프(70)를 이용하여 챔버(10)의 내부를 진공상태로 한 후, 제 5 밸브(V5)를 열어 주사기(21) 내부를 진공상태로 한다. 제5 및 제6 밸브(V5, V6)를 닫고, 제 1 공급부(51)와 연결된 제 2 공급밸브(V2)를 개방하여 제1 전구체인 FOTS를 주사기(21) 내부로 공급한 후 제 2 공급밸브(V2)를 닫는다. 이때, 주사기(21)에 주입되는 양은 약 5~50cc로 한다.
이어서, 히터(12)에 의해 챔버(10)의 내부를 가열하여 기판(16)의 온도를 소정의 온도로 조절한다. 그리고 앞에서 설명한 바와 같이 제 5 밸브(V6)를 열어 액상의 제 1 전구체(25)를 주사바늘(24)을 통하여 0.01~1cc 만큼 기화부(40)로 보낸 다음 제 5 밸브(V5)를 닫고 전구체를 증기 상태로 만들어 챔버(10) 내부에 일정한 증기압력을 만든 다음, 일정한 압력에서 증기화된 전구체가 기판(16)에 고르게 단분자막을 형성할 수 있도록 일정한 시간 동안 반응상태를 유지한다.
한편 제 2 전구체인 수증기를 공급하기 위하여 제 1 밸브 및 제 6 밸브(V1, V6)를 열어 챔버(10) 내부를 퍼지한다. 그후, 제 1 밸브(V1)와 제 6 밸브(V6)를 닫고 제3 공급밸브(V3)를 열어 주사기(21) 내부에 제 2 전구체를 공급한다. 이어서, 제1 전구체와 동일한 방법으로 챔버(10) 내부에 제 2 전구체를 주입한 후에 제6 밸브(V6)를 잠근 후 일정시간 바람직하게는 약 3~10분 동안 유지하여 제1 및 제2 전구체간의 반응을 유도하여 기판(16)에 단분자막을 형성한다.
본 발명의 일 실시 예는 두 개의 전구체를 사용하여 기상 자기조립 단분자막을 코팅하는 경우를 설명하였으나, 둘 또는 그 이상의 전구체를 사용하여 코팅이 될 수도 있다. 이때, 주사기(21)의 개수와 기화부(40)의 크기를 최적의 코팅이 되는 조건에 맞추어 변경할 수 있다.
코팅은 약 0.1~10 Torr의 압력에서 실시된다. 코팅 전구체가 물 촉매와 함께 조합되어 사용되는 FOTS 또는 DDMS인 경우에, 기판(16)의 온도는 일반적으로 약 20~200℃이다. 반응에 앞서서 이러한 코팅 전구체를 증기 상태로 유지하기 위해, 챔버(10)의 온도는 약 20~200℃로 유지된다. 이러한 코팅 전구체들 및 특정 온도를 이용하여 실리콘 기판의 전체 표면에 걸쳐 연속적인 단일층 코팅을 하는 데 소요되는 시간은 전구체의 화학적 조성 및 기판 물질에 따라 약 3분 내지 수 시간인 데, 코팅 전구체가 FOTS 또는 DDMS인 경우는 통상적으로 약 5~30분이다.
또한 기상 자기조립 단분자막의 코팅이 이루어진 후, 코팅된 박막의 안정화를 위하여 일정한 시간 동안 일정한 온도에서 안정화처리를 하는 것이 바람직하다. 이때, 전구체의 조합에 따라 안정화 처리의 온도와 시간이 달라지고, DDMS의 경우 약 20~200℃에서 약 3~20분 정도 안정화 처리를 행하는 것이 바람직하다. FOTS의 경우 20~200℃에서 약 3~20분 정도 안정화 처리를 행하는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 의한 안정화 온도에 따른 접촉각의 변화를 나타낸 그래프이다. 여기서 접촉각이란 기판에 물방울 등의 유체를 떨어뜨려서 표면장력에 따른 물방울의 응집상태를 나타내는 것을 말한다. 접촉각이 클수록 표면장력이 작으며, 적어도 90°보다 큰 것이 바람직하다.
도시된 바와 같이, FOTS를 전구체로 사용하였을 때, 안정화 과정을 거친 단분자막은 안정화 온도가 약 50~180℃에서 접촉각이 100°보다 큰 것을 알 수 있었다. 접촉각이 100°보다 크면, 이물질이 단분자막에 표면장력에 의해 흡착될 가능성이 크게 줄어든다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 의한 단분자막은 피전사체의 고분자 수지가 달라붙는 것을 방지하여 미세 전자소자의 제조에 응용할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 코팅장치(100)에 따르면, 0.01~1cc 정도의 미량의 액상 전구체를 증기화함으로써, 50~1000cc의 저장용기가 필요한 종래에 비해 코팅장치에 차지하는 부피와 그에 소요되는 비용을 획기적으로 줄일 수 있다. 또한 저장용기에서 증기를 생성하기 위하여 저장용기에 부가되는 가열장치를 없애고 챔버 내의 온도를 조절하는 히터와 기화부를 이용함으로써, 전구체를 증기화하는 장치가 코팅장치에 차지하는 부피와 그에 소요되는 비용을 크게 줄일 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 박막 코팅장치(200)를 개략적으로 나타낸 도면이다. 여기서 코팅장치(200)는 챔버(10) 내부에 장착되는 기판(16)이 복수 개인 것을 제외하고 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 코팅장치(100)와 동일하다. 따라서 동일한 참조부호는 동일한 구조와 기능을 가지므로 이와 관련된 설명을 생략하기로 한다. 또한 기판(16)에 형성되는 단분자막의 접촉각의 특징도 도 4를 참조하여 설명한 코팅장치(100)에서와 동일하다.
도 5를 참조하면, 복수 개의 기판 장착부(14)에 기판(16)들이 각각 장착된다. 이때, 기판(16) 각각의 온도를 동일한 것이 바람직하다. 하지만, 히터(12)에 의한 가열이 기판(16)에 불균일하게 일어날 수 있다. 이에 따라, 온도조절기(80)와 기판(16) 각각을 전기선(81)을 이용하여 연결한 후, 기판(16) 각각의 온도를 온도조절기(80)를 이용하여 동일하게 조절한다. 이에 따라, 복수 개의 기판(16)에 단분자막을 한꺼번에 형성할 수 있다.
본 발명의 코팅장치에 따르면, 5~50cc 정도의 액상 전구체를 0.01~1cc의 미량으로 증기화함으로써, 전구체를 증기화하는 장치가 코팅장치에 차지하는 부피와 그에 소요되는 비용을 획기적으로 줄일 수 있다. 또한 저장용기에서 증기를 생성하기 위하여 저장용기에 부가되는 가열장치를 없애고 챔버 내의 온도를 조절하는 히터와 기화부를 이용함으로써, 전구체를 증기화하는 장치가 코팅장치에 차지하는 부피와 그에 소요되는 비용을 크게 줄일 수 있다.
이상, 본 발명은 바람직한 실시 예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (15)

  1. 하나 또는 복수 개의 기판을 장착하기 위한 공간을 제공하는 챔버;
    상기 챔버의 일측에 설치되고, 주사기 형태의 하나 또는 복수 개의 전구체 주입장치; 및
    상기 전구체 주입장치에 액상의 전구체를 공급하는 하나 또는 복수 개의 전구체 공급부를 포함하는 기상 자기조립 단분자막 코팅장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전구체 주입장치는,
    액상의 전구체를 수용하는 주사기;
    상기 주사기에 수용된 상기 전구체를 소량으로 상기 챔버에 공급하는 주사바늘; 및
    상기 액상의 전구체를 상기 주사바늘 방향으로 밀어내는 피스톤을 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 자기조립 단분자막 코팅장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 주사기에 수용되는 상기 액상 전구체의 양은 5~50cc인 것을 특징으로 하는 기상 자기조립 단분자막 코팅장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 전구체 주입장치는,
    상기 챔버에 설치되고 상기 주사바늘에 부착되어 상기 액상의 전구체를 상기 챔버에 공급을 계속하거나 중단하는 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 자기조립 단분자막 코팅장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 복수 개의 주사기는 서로 다른 전구체를 공급하는 것을 특징으로 하는 기상 자기조립 단분자막 코팅장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 복수 개의 주사기는 서로 동일한 전구체를 공급하는 것을 특징으로 하는 기상 자기조립 단분자막 코팅장치.
  7. 제2항에 있어서, 상기 전구체 주입장치는 상기 피스톤을 상기 주사바늘 방향으로 이동시키는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 자기조립 단분자막 코팅장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 챔버의 내부에는 상기 전구체 주입장치에서 공급된 상기 액상의 전구체를 수용하면서 상기 전구체를 증기상태로 변환시키는 기화부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 자기조립 단분자막 코팅장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 기화부는 상기 증기상태로 변환된 전구체를 상기 챔버로 보내는 복수 개의 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 자기조립 단분자막 코팅장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 챔버의 내벽 또는 외벽에 부착되어 상기 챔버의 온도를 조절하는 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 자기조립 단분자막 코팅장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 챔버 내에는 상기 기판에 OH- 말단기를 형성하기 위한 플라즈마 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 자기조립 단분자막 코팅장치.
  12. 제1항 내지 제11항의 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 미세 전자소자를 제조하기 위한 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 기상 자기조립 단분자막 코팅장치.
  13. 제1항 내지 제11항의 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 나노 임프린팅 리소그래피를 위한 스탬프가 형성된 것을 특징으로 하는 기상 자기조립 단분자막 코팅장치.
  14. 제1항 내지 제11항의 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 다이아몬드가 배열된 것을 특징으로 하는 기상 자기조립 단분자막 코팅장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 복수 개의 기판의 각각의 온도를 조절할 수 있는 온도조절기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 자기조립 단분자막 코팅장치.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130129922A1 (en) * 2011-11-21 2013-05-23 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Batch processing for electromechanical systems and equipment for same
KR20130081528A (ko) * 2012-01-09 2013-07-17 삼성디스플레이 주식회사 증착 마스크 및 이를 이용한 증착 설비
KR102040216B1 (ko) 2017-04-14 2019-11-06 한국기계연구원 나노구조물의 네트워크 구조를 갖는 가스센서 및 가스센서의 제조방법
KR20210041094A (ko) * 2018-09-04 2021-04-14 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 자기 조립 단분자층 코팅을 사용함으로써 금속 오염을 방지하기 위한 방법 및 시스템
US11823900B2 (en) 2018-10-10 2023-11-21 The Johns Hopkins University Method for printing wide bandgap semiconductor materials
US11056338B2 (en) 2018-10-10 2021-07-06 The Johns Hopkins University Method for printing wide bandgap semiconductor materials

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0163551B1 (ko) * 1995-09-23 1999-02-01 김광호 반도체소자 제조용 화학용액의 공급장치
US6689700B1 (en) * 1999-11-02 2004-02-10 University Of Massachusetts Chemical fluid deposition method for the formation of metal and metal alloy films on patterned and unpatterned substrates
KR20060093043A (ko) * 2005-02-18 2006-08-23 노드슨 코포레이션 열 제어 시스템을 갖는 증착 디바이스
KR100729975B1 (ko) * 1999-03-04 2007-06-20 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 증착 챔버로의 공정 재료의 흐름을 제어하기 위한 장치 및방법
KR100812182B1 (ko) * 2006-10-27 2008-03-12 한국기계연구원 나노임프린트에서 표면의 기능성 향상을 위한 자기조립단분자막의 기상증착방법

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5176646A (en) * 1991-02-19 1993-01-05 Takayuki Kuroda Motorized syringe pump
JP3222518B2 (ja) * 1991-12-26 2001-10-29 キヤノン株式会社 液体原料気化装置および薄膜形成装置
AU2914095A (en) * 1994-06-28 1996-01-25 Fei Company Charged particle deposition of electrically insulating films
JPH1192938A (ja) * 1997-09-19 1999-04-06 Shimadzu Corp 液体材料気化装置
US6913934B2 (en) * 1998-08-13 2005-07-05 Symyx Technologies, Inc. Apparatus and methods for parallel processing of multiple reaction mixtures
US6759014B2 (en) * 2001-01-26 2004-07-06 Symyx Technologies, Inc. Apparatus and methods for parallel processing of multiple reaction mixtures
US6228563B1 (en) * 1999-09-17 2001-05-08 Gasonics International Corporation Method and apparatus for removing post-etch residues and other adherent matrices
DE10007059A1 (de) * 2000-02-16 2001-08-23 Aixtron Ag Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von beschichteten Substraten mittels Kondensationsbeschichtung
US20040224504A1 (en) * 2000-06-23 2004-11-11 Gadgil Prasad N. Apparatus and method for plasma enhanced monolayer processing
JP3699993B2 (ja) * 2001-09-06 2005-09-28 独立行政法人産業技術総合研究所 有機薄膜及び有機薄膜の形成方法
JP3883918B2 (ja) * 2002-07-15 2007-02-21 日本エー・エス・エム株式会社 枚葉式ｃｖｄ装置及び枚葉式ｃｖｄ装置を用いた薄膜形成方法
KR101188977B1 (ko) * 2003-08-20 2012-10-08 비코 인스트루먼츠 인코포레이티드 수직 유동 회전 디스크 반응기용 알킬 압출 유동
US20070231485A1 (en) * 2003-09-05 2007-10-04 Moffat William A Silane process chamber with double door seal
US7727588B2 (en) * 2003-09-05 2010-06-01 Yield Engineering Systems, Inc. Apparatus for the efficient coating of substrates
JP5519105B2 (ja) * 2004-08-02 2014-06-11 ビーコ・インストゥルメンツ・インコーポレイテッド 化学気相成長の方法及び化学気相成長リアクタ用のガス供給システム
JP5198853B2 (ja) * 2005-03-18 2013-05-15 株式会社堀場製作所 成膜方法及び成膜装置
JP2008007838A (ja) * 2006-06-30 2008-01-17 Horiba Ltd 成膜装置及び成膜方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0163551B1 (ko) * 1995-09-23 1999-02-01 김광호 반도체소자 제조용 화학용액의 공급장치
KR100729975B1 (ko) * 1999-03-04 2007-06-20 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 증착 챔버로의 공정 재료의 흐름을 제어하기 위한 장치 및방법
US6689700B1 (en) * 1999-11-02 2004-02-10 University Of Massachusetts Chemical fluid deposition method for the formation of metal and metal alloy films on patterned and unpatterned substrates
KR20060093043A (ko) * 2005-02-18 2006-08-23 노드슨 코포레이션 열 제어 시스템을 갖는 증착 디바이스
KR100812182B1 (ko) * 2006-10-27 2008-03-12 한국기계연구원 나노임프린트에서 표면의 기능성 향상을 위한 자기조립단분자막의 기상증착방법

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