WO2017222348A1 - 유-무기 박막 증착 장치 및 유-무기 박막 증착 방법 - Google Patents

유-무기 박막 증착 장치 및 유-무기 박막 증착 방법 Download PDF

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Abstract

유-무기 박막 증착 장치가 제공된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 유-무기 박막 증착 장치는, 기판에 원자층을 증착하는 원자층 증착 모듈이 배치된 제1 서브 챔버, 상기 기판이 진입하도록 상기 제1 서브 챔버와 연통하며, 상기 기판에 분자층을 증착하는 분자층 증착 모듈이 배치된 제2 서브 챔버 및 상기 제1 서브 챔버의 기체와 상기 제2 서브 챔버의 기체 간의 혼입을 방지하는 차단부를 포함할 수 있다.

Description

유-무기 박막 증착 장치 및 유-무기 박막 증착 방법
본 발명은 유-무기 박막 증착 장치 및 유-무기 박막 증착 방법에 관련된 것으로 보다 구체적으로는, 단일의 챔버 내에서 유-무기 박막을 증착할 수 있는 유-무기 박막 증착 장치 및 유-무기 박막 증착 방법에 관련된 것이다.
원자층 증착 방법은 기체 분자들 간의 화학반응을 이용한다는 점에 있어서 일반적인 화학 기상 증착 방법과 유사하다. 하지만, 통상의 CVD가 복수의 기체 분자들을 동시에 프로세스 챔버 내로 주입하여 발생된 반응 생성물을 기판에 증착하는 것과 달리, 원자층 증착 방법은 하나의 소스 물질을 포함하는 가스를 프로세스 챔버 내로 주입하여 가열된 기판에 흡착시키고 이후 다른 소스 물질을 포함하는 가스를 프로세스 챔버에 주입함으로써 기판 표면에서 소스 물질 사이의 화학반응에 의한 생성물이 증착된다는 점에서 차이가 있다.
최근에는 OLED의 박막 봉지 재료로서, 실리콘 질화물 및 산화물, 알루미늄 산화물 등 다양한 재료의 단층 박막에 대한 연구가 진행되었으나, 단층 박막의 봉지 특성이 상용화 수준에 이르지 못하기 있기 때문에, 유기 박막 및 무기 박막이 적층된 유-무기 박막에 대한 연구가 이루어지고 있다. 이 때, 유-무기 박막의 무기 박막은 상술한 원자층 증착 방법으로 형성하고, 유기 박막은 원자층 증착 방법의 확장된 개념인 분자층 증착 방법을 사용하여 적층하려는 시도가 이루어지고 있다. 분자층 증착 방법이란, 원자층 증착법과 유사한, 가스-상 층상 성장 방법으로, 순차적인 포화 표면 반응에 의해 유기 박막 단층을 형성하는 방법을 말할 수 있다.
그러나, 현재까지는, 유-무기 박막을 함께 증착할 수 있는 장비의 개발이 이루어지지 못해, 우수한 특성을 가지는 유-무기 박막을 상용화하는 데 어려움이 있었다.
이에 본 발명자는, 유기 박막과 무기 박막을 동일한 챔버 내에서 in situ로 구성된 유-무기 박막 증착 장치 및 유-무기 박막 증착 방법을 발명하게 되었다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 동일 챔버 내에서 유-무기 박막을 증착할 수 있는 유-무기 박막 증착 장치 및 유-무기 박막 증착 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 높은 유-무기 박막 생산성을 제공하는 향상된 유-무기 박막 증착 장치 및 유-무기 박막 증착 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 장비의 소형화(foot print 감소)가 가능한 유-무기 박막 증착 장치 및 유-무기 박막 증착 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상기 언급한 과제에 의하여 제한되지 아니한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 유-무기 박막 증착 장치는, 기판에 원자층을 증착하는 원자층 증착 모듈이 배치된 제1 서브 챔버, 상기 기판이 진입하도록 상기 제1 서브 챔버와 연통하며, 상기 기판에 분자층을 증착하는 분자층 증착 모듈이 배치된 제2 서브 챔버 및 상기 제1 서브 챔버의 기체와 상기 제2 서브 챔버의 기체 간의 혼입을 방지하는 차단부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 차단부는, 상기 기판을 향하여 혼입 차단 기체를 분사하는 분사구를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 혼입 차단 기체는, 상기 원자층 증착 모듈 또는 상기 분자층 증착 모듈에서 상기 기판을 향하여 제공되는 퍼지 가스와 동일한 종류의 퍼지 가스일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 차단부는, 상기 제1 서브 챔버와 상기 제2 서브 챔버가 연통하는 공간을 좁히는 차단벽으로 이루어질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 원자층 증착 모듈 및 상기 분자층 증착 모듈 중 적어도 하나의 증착 모듈은 공간 분할 증착을 수행할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 원자층 증착 모듈이 공간 분할 증착을 수행하는 경우, 상기 원자층 증착 모듈을 통하여 원자층이 상기 기판에 증착되는 동안, 상기 기판의 적어도 일부가 상기 제2 서브 챔버로 진입할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 분자층 증착 모듈이 공간 분할 증착을 수행하는 경우, 상기 분자층 증착 모듈을 통하여 분자층이 상기 기판에 증착되는 동안, 상기 기판의 적어도 일부가 상기 제1 서브 챔버로 진입할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 유-무기 박막 증착 방법은, 원자층 증착 모듈이 배치된 제1 서브 챔버 및 상기 제1 서브 챔버와 연통하며, 분자층 증착 모듈이 배치된 제2 서브 챔버가 마련된 증착 챔버로 기판을 진입시키는 제1 단계, 상기 제1 또는 제2 서브 챔버 내에서 상기 기판에 원자층 또는 분자층 중 어느 한 종류의 박막을 형성시키는 제2 단계 및 상기 기판을 이송시켜, 상기 제1 또는 제2 서브 챔버 내에서 상기 형성된 박막과 다른 종류의 박막을 형성시키는 제3 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 단계 및 상기 제3 단계는, 상기 증착 챔버 내에서 연속적으로 수행될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 단계 및 상기 제3 단계는, 동시에 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 유-무기 박막 증착 장치는, 기판에 원자층을 증착하는 원자층 증착 모듈이 배치된 제1 서브 챔버, 상기 기판이 진입하도록 상기 제1 서브 챔버와 연통하며, 상기 기판에 분자층을 증착하는 분자층 증착 모듈이 배치된 제2 서브 챔버 및 상기 제1 서브 챔버의 기체와 상기 제2 서브 챔버의 기체 간의 혼입을 방지하는 차단부를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 유-무기 박막 증착 장치는, 원자층 증착 모듈과 분자층 증착 모듈이 서로 연통하는 제1 및 제2 서브 챔버 내에 마련되므로 유기 박막 및 무기 박막을 함께 증착하는 효과를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유-무기 박막 증착 장치는, 유기 박막과 무기 박막의 서로 연통하는 제1 및 제2 서브 챔버 내에서, 연속적으로 증착이 가능하므로 생산성을 향상시키는 효과를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유-무기 박막 증착 장치는 제2 서브 챔버는 제1 서브 챔버 내에서 원자층 증착 모듈을 통하여 박막 증착 시, 기판에게 공간을 제공할 수 있으므로 장비의 소형화가 가능하다는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른, 효과는 상술한 효과에 의하여 제한되지 아니한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유-무기 박막 증착 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 원자층 증착 모듈의 구동 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 분자층 증착 모듈의 구동 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유-무기 박막 증착 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유-무기 박막 증착 방법의 단계 S100을 상세하기 설명하기 위한 도면이다.
도 6 내지 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유-무기 박막 증착 방법의 단계 S110 및 단계 S120을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 형상 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유-무기 박막 증착 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유-무기 박막 증착 장치(10)는, 증착 챔버(50)를 포함하며, 상기 증착 챔버(50) 내에는 기판(S)에 원자층을 증착하는 원자층 증착 모듈(100)이 배치된 제1 서브 챔버(20), 상기 기판(S)이 진입하도록 상기 제1 서브 챔버(20)와 연통하며, 상기 기판(S)에 분자층을 증착하는 분자층 증착 모듈(200)이 배치된 제2 서브 챔버(30) 및 상기 제1 서브 챔버(20)의 기체와 상기 제2 서브 챔버(30)의 기체 간의 혼입을 방지하는 차단부를 포함할 수 있다. 이하 각 구성에 대하여 설명하기로 한다.
상기 증착 챔버(50)는, 상기 제1 서브 챔버(20) 및 상기 제2 서브 챔버(30)가 마련될 수 있도록 2 개의 서브 챔버로 구획될 수 있다. 이 때, 상기 제1 및 제2 서브 챔버(20, 30)는 상기 제1 서브 챔버(20)와 상기 제2 서브 챔버(30)가 서로 연통하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 상기 증착 챔버(50) 내에서 유-무기 박막이 증착되는 기판(S)은 상기 제1 서브 챔버(20)와 상기 제2 서브 챔버(30) 내에서 이송될 수 있다. 즉 상기 기판(S)은 상기 제1 서브 챔버(20)에서 상기 제2 서브 챔버(30)로 이송될 수 있고, 반대로 상기 제2 서브 챔버(30)에서 상기 제1 서브 챔버(20)로 이송될 수 있다.
상기 제1 서브 챔버(20) 내에는 원자층 증착 모듈(100)이 배치될 수 있다. 상기 원자층 증착 모듈(100)은 상기 기판(S)에 원자층 예를 들어, 무기막을 증착할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 원자층 증착 모듈은 다양한 박막층을 형성할 수 있다. 예를 들어, 금속 박막층, 산화물 박막층, 질화물 박막층, 탄화물 박막층, 황화물 박막층 중 적어도 하나의 박막층을 형성할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 금속 박막층을 형성하기 위한, 소스 가스는, TMA(Tri Methyl Aluminium), TEA(Tri Ethyl Aluminium) 및 DMACl(Di Methyl Aluminum Chloride) 중 하나이고, 반응 가스는, 산소 가스 및 오존 가스 중 하나일 수 있다. 이 때 퍼지 가스는, 아르곤(Ar)이나 질소(N2), 헬륨(He) 중 어느 하나의 가스 또는 둘 이상 혼합된 가스가 사용될 수 있다. 다른 실시 예에 따르면, 실리콘 박막층을 형성하기 위한, 소스 가스는, 리콘을 포함하는 실란(Silane, SiH4), 디실란(Disilane, Si2H6) 및 사불화 실리콘(SiF4) 중 하나일 수 있고, 반응 가스는, 산소 가스 및 오존 가스 중 하나일 수 있다. 이 때 퍼지 가스는, 아르곤(Ar)이나 질소(N2), 헬륨(He) 중 어느 하나의 가스 또는 둘 이상 혼합된 가스가 사용될 수 있다. 이 때, 소스 가스, 퍼지 가스, 반응 가스는 이에 한정되는 것은 아니며 당업자의 요구에 따라 변경될 수 있음은 물론이다.
상기 원자층 증착 모듈(100)은 시분할 방식 원자층 증착 모듈 또는 공간 분할 원자층 증착 모듈일 수 있다. 시분할 방식 원자층 증착이라 함은, 원자층 증착을 위하여 요구되는 소스 가스, 퍼지 가스, 반응 가스, 퍼지 가스를 순차적으로 기판에 공급하여 박막을 증착하는 방식을 말하고, 공간 분할 원자층 증착이라 함은, 원자층 증착을 위하여, 기판을 복수의 분할 영역으로 구획하고, 각 영역 마다 소스 가스, 퍼지 가스. 반응 가스, 퍼지 가스를 개별적으로 공급하고, 기판을 분할 영역 단위로 이송하고 각 분할 영역 마다 가스를 개별적으로 공급하는 방식으로 박막을 증착하는 방식을 말할 수 있다. 본 발명의 원자층 증착 모듈은, 시분할 방식 원자층 증착 모듈 및 공간 분할 원자층 증착 모듈이 모두 적용 가능하며, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 상기 원자층 증착 모듈(100)은 공간 분할 원자층 증착 모듈인 것을 상정하기로 한다.
상기 원자층 증착 모듈(100)은, 기판(S)을 향하여 가스를 제공하는, 소스 가스 공급부(130b), 제1 및 제2 퍼지 가스 공급부(110a, 110b), 제1 및 제2 반응 가스 공급부(130a, 130c)로 구성될 수 있다. 상기 소스 가스 공급부(130b), 퍼지 가스 공급부(110a, 110b), 반응 가스 공급부(130a, 130c)는 기판의 이송 방향으로 교대로 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(S)이 왼쪽에서 오른쪽으로 이송되는 경우, 제1 반응 가스 공급부(130a), 제1 퍼지 가스 공급부(110a), 소스 가스 공급부(130b), 제2 퍼지 가스 공급부(110b), 제2 반응 가스 공급부(130c) 순서로 각 가스 공급부가 배치될 수 있다.
이 때, 소스 가스 공급부(130b)는 소스 가스가 분사되는 소스 가스 공급구(132b) 및 상기 소스 가스 공급구(132b)의 양 측에 마련되어, 소스 가스가 기판의 특정 분할 영역에만 분사되도록 특정 분할 영역을 벗어난 소스 가스를 배기하는 배기구(134b, 136b)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 소스 가스 공급부(130b)의 배기구(134b, 136b)는 소스 가스가 상기 기판(S)의 원하는 분할 영역에 선택적으로 제공되고, 타 분할 영역으로 진입될 여지가 있는 가스를 배기할 수 있는 것이다.
또한, 제1 및 제2 반응 가스 공급부(130a, 130c)도 반응 가스가 분사되는 반응 가스 공급구(132a, 132c) 및 상기 반응 가스 공급구(132a, 132c)의 양 측에 마련되어, 반응 가스가 기판의 특정 분할 영역에만 분사되도록 특정 분할 영역을 벗어난 반응 가스를 배기하는 배기구(134a, 136a, 134c, 136c)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 반응 가스 공급구(132a) 및 반응 가스 공급구(132c)는 동일한 반응 가스를 기판을 향하여 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 배기구(134a, 136a, 134b, 136b, 134c, 136c)는 바 드라이 펌프(bar dry pump)와 연통하며, 상기 바 드라이 펌프의 구동에 의하여, 가스 공급구(132a, 132b, 132c)에 의하여 공급된 가스 중 기판의 해당 공간 분할 영역을 벗어나는 가스 및/또는 바이 프로덕트를 배기할 수 있다.
만약, 상기 원자층 증착 모듈(100)이 시분할 방식 원자층 증착 모듈인 경우, 적어도 하나의 가스 공급구를 포함하며, 가스 공급구는 소스 가스, 퍼지 가스, 반응 가스, 퍼지 가스를 순차적으로 정지된 기판을 향하여 제공할 수 있다.
상기 제2 서브 챔버(30) 내에는 분자층 증착 모듈(200)이 배치될 수 있다. 상기 분자층 증착 모듈(200)은 상기 기판(S)에 분자층 예를 들어, 유기막을 증착할 수 있다. 이 때, 상기 기판(S)에 형성되는 박막의 순서는 다양할 수 잇다. 즉, 유기 박막이 먼저 증착되고 무기 박막이 증착될 수도 있고, 무기 박막이 먼저 증착되고, 유기 박막이 증착될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 분자층 증착 모듈은 다양한 박막층을 형성할 수 있다. 예를 들어, 소스 가스는, DEZ(diethylzincl)이고, 반응 가스는, HDD(hexadiyne diol)일 수 있다. 이 때, 퍼지 가스는, 아르곤(Ar)이나 질소(N2), 헬륨(He) 중 어느 하나의 가스 또는 둘 이상 혼합된 가스가 사용될 수 있다. 이 경우, ZnOPDA(zinc oxide cross-linked polydiacetylene) 유기 박막이 형성될 수 있다. 이와 달리, 소스 가스는, TiCl4이고 반응 가스는, HDD(hexadiyne diol)일 수 있다. 이 때, 퍼지 가스는, 아르곤(Ar)이나 질소(N2), 헬륨(He) 중 어느 하나의 가스 또는 둘 이상 혼합된 가스가 사용될 수 있다. 이 경우, TiOPDA(titanium oxide crosslinked polydiacetylene) 유기 박막이 형성될 수 있다.
상기 분자층 증착 모듈(200)도 시분할 방식 분자층 증착 모듈 또는 공간 분할 분자층 증착 모듈로 구성될 수 있다. 본 발명의 분자층 증착 모듈은, 시분할 방식 분자층 증착 모듈 및 공간 분할 분자층 증착 모듈이 모두 적용 가능하며, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 상기 분자층 증착 모듈(200)은 공간 분할 분자층 증착 모듈인 것을 상정하기로 한다.
상기 분자층 증착 모듈(200)은, 기판(S)을 향하여 가스를 제공하는, 소스 가스 공급부(230b), 제1 및 제2 퍼지 가스 공급부(210a, 210b), 제1 및 제2 반응 가스 공급부(230a, 230c)로 구성될 수 있다. 상기 소스 가스 공급부(230b), 퍼지 가스 공급부(210a, 210b), 반응 가스 공급부(230a, 230c)는 기판의 이송 방향으로 교대로 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(S)이 왼쪽에서 오른쪽으로 이송되는 경우, 제1 반응 가스 공급부(230a), 제1 퍼지 가스 공급부(210a), 소스 가스 공급부(230b), 제2 퍼지 가스 공급부(210b), 제2 반응 가스 공급부(230c) 순서로 각 가스 공급부가 배치될 수 있다.
이 때, 소스 가스 공급부(230b)는 소스 가스가 분사되는 소스 가스 공급구(232b) 및 상기 소스 가스 공급구(232b)의 양 측에 마련되어, 소스 가스가 기판의 특정 분할 영역에만 분사되도록 특정 분할 영역을 벗어난 소스 가스를 배기하는 배기구(234b, 236b)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 소스 가스 공급부(230b)의 배기구(234b, 236b)는 소스 가스가 상기 기판(S)의 원하는 분할 영역에 선택적으로 제공되고, 타 분할 영역으로 진입될 여지가 있는 가스를 배기할 수 있는 것이다.
또한, 제1 및 제2 반응 가스 공급부(230a, 230c)도 반응 가스가 분사되는 반응 가스 공급구(232a, 232c) 및 상기 반응 가스 공급구(232a, 232c)의 양 측에 마련되어, 반응 가스가 기판의 특정 분할 영역에만 분사되도록 특정 분할 영역을 벗어난 반응 가스를 배기하는 배기구(234a, 236a, 234c, 236c)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 반응 가스 공급구(232a) 및 반응 가스 공급구(232c)는 동일한 반응 가스를 기판을 향하여 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 배기구(234a, 236a, 234b, 236b, 234c, 236c)는 바 드라이 펌프(bar dry pump)와 연통하며, 상기 바 드라이 펌프의 구동에 의하여, 가스 공급구(232a, 232b, 232c)에 의하여 공급된 가스 중 기판의 해당 공간 분할 영역을 벗어나는 가스 및/또는 바이 프로덕트를 배기할 수 있다.
만약, 상기 분자층 증착 모듈(200)이 시분할 방식 원자층 증착 모듈인 경우, 적어도 하나의 가스 공급구를 포함하며, 가스 공급구는 소스 가스, 퍼지 가스, 반응 가스, 퍼지 가스를 순차적으로 정지된 기판을 향하여 제공할 수 있다.
상기 차단부는 상기 제1 서브 챔버(20)와 상기 제2 서브 챔버(30) 내 기체 간의 혼입을 방지하는 기능을 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 차단부는, 상기 제1 서브 챔버(20) 내, 원자층 형성을 위한 소스 가스 및/또는 반응 가스가 상기 제2 서브 챔버(30)로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 차단부는, 상기 제2 서브 챔버(30) 내, 분자층 형성을 위한 소스 가스 및/또는 반응 가스가 상기 제1 서브 챔버(20)로 이동하는 것을 방지할 수 있다.
이를 위하여, 상기 차단부는 차단벽(300)을 포함할 수 있다. 상기 차단벽(300)은 상기 제1 서브 챔버(20)와 상기 제2 서브 챔버(30) 간의 연통로가 좁아지도록 구성함으로써, 각 서브 챔버 간의 기체 혼입을 방지할 수 있다.
또한, 상기 차단부는 상기 기판(S)을 향하여 혼입 차단 기체를 분사하는 분사구(310)를 포함할 수 있다. 상기 분사구(310)는 혼입 차단 기체를 상기 제1 서브 챔버(20)와 상기 제2 서브 챔버(30) 간의 연통로로 분사함으로써, 각 서브 챔버 간의 기체 혼입을 방지할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 분사구(310)는 혼입 차단 기체로서, 퍼지 가스를 분사할 수 있다. 이 때, 상기 분사구(310)가 분사하는 퍼지 가스는, 상기 원자층 증착 모듈(100) 및/또는 상기 분자층 증착 모듈(200)에서 상기 기판(S)을 향하여 분사되는 퍼지 가스와 동일한 종류일 수 있다. 이로써, 혼입 차단 기체 제어에 편의성이 도모될 수 잇다.
일 실시 예에 따르면, 상기 원자층 증착 모듈의 우측 끝단(원자층 증착 모듈의 제2 반응 가스 공급부의 우측 끝단)과 상기 분자층 증착 모듈의 좌측 끝단 (분자층 증착 모듈의 제1 반응 가스 공급부의 좌측 끝단) 사이의 간격은 후술할 기판의 단위 분할 영역 단위 길이와 동일할 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 원자층 증착 모듈의 구동 방법이 설명된다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 원자층 증착 모듈의 구동 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 원자층 증착 모듈(100) 아래로 진입한, 기판(S)은, 시간 구간 t1, t2, t3, t3, t4, t5, t6, t7, t8, t9, t11 동안 왼쪽에서 오른쪽으로 분할 영역 단위로 이동할 수 있다. 이에 따라, 상기 기판(S)의 가상의 분할 영역 A1, A2, A3, A4, A5는 공간 분할 방식으로 원자층이 순차적으로 증착될 수 있다.
보다 구체적으로 기판(S)의 A5를 기준으로 살펴보면, t2에서는, 기판(S)의 A5가 제1 반응 가스 공급부(130a)로부터, 반응 가스를 공급받고, t3에서는 기판(S)의 A5가 퍼지 가스 공급부(110a)로부터 퍼지 가스를 공급받고, t4에서는 기판(S)의 소스 가스 공급부(130b)로부터 소스 가스를 공급받고, t5에서는 제2 퍼지 가스 공급부(110b)로부터 퍼지 가스를 공급받고, t6에서는 제2 반응 가스 공급부(130c)로부터 반응 가스를 공급받을 수 있다. 이에 따라, 기판(S)의 A5 분할 영역에, 원자층 박막이 증착될 수 있다.
동일한 방식으로, 기판(S)의 분할 영역이 순차적으로 원자층 증착 모듈(100)의 제1 반응 가스 공급부(130a), 제1 퍼지 가스 공급부(110a), 소스 가스 공급부(130b), 제2 퍼지 가스 공급부(110b), 제2 반응 가스 공급부(130c)로부터 각각의 가스를 공급받음으로써, 기판(S)에 원자층 박막이 증착될 수 있는 것이다.
이 때, t7 내지 t11 구간 동안, 기판(S)의 우측 분할 영역이 제1 서브 챔버(20)에서 벗어나서, 제2 서브 챔버(30) 내 공간으로 진입할 수 있다. 즉, 상기 제2 서브 챔버(30)는 상기 제1 서브 챔버(20)에서 원자층이 증착되는 기판에 대하여 여유 공간을 제공할 수 있는 것이다.
한편, 일 실시 예에 따르면, t11 이후 기판이 다시 왼쪽으로 분할 영역 단위로 이송됨으로써, 추가적인 원자층 증착이 가능할 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 분자층 증착 모듈의 구동 방법이 설명된다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 분자층 증착 모듈의 구동 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 분자층 증착 모듈(200) 아래로 진입한, 기판(S)은, 시간 구간 t1, t2, t3, t3, t4, t5, t6, t7, t8, t9, t11 동안 왼쪽에서 오른쪽으로 분할 영역 단위로 이동할 수 있다. 이에 따라, 상기 기판(S)의 가상의 분할 영역 A1, A2, A3, A4, A5는 공간 분할 방식으로 분자층이 순차적으로 증착될 수 있다.
보다 구체적으로 기판(S)의 A5를 기준으로 살펴보면, t2에서는, 기판(S)의 A5가 제1 반응 가스 공급부(230a)로부터, 반응 가스를 공급받고, t3에서는 기판(S)의 A5가 퍼지 가스 공급부(210a)로부터 퍼지 가스를 공급받고, t4에서는 기판(S)의 소스 가스 공급부(230b)로부터 소스 가스를 공급받고, t5에서는 제2 퍼지 가스 공급부(210b)로부터 퍼지 가스를 공급받고, t6에서는 제2 반응 가스 공급부(230c)로부터 반응 가스를 공급받을 수 있다. 이에 따라, 기판(S)의 A5 분할 영역에, 분자층 박막이 증착될 수 있다.
동일한 방식으로, 기판(S)의 분할 영역이 순차적으로 분자층 증착 모듈(200)의 제1 반응 가스 공급부(230a), 제1 퍼지 가스 공급부(210a), 소스 가스 공급부(230b), 제2 퍼지 가스 공급부(210b), 제2 반응 가스 공급부(230c)로부터 각각의 가스를 공급받음으로써, 기판(S)에 원자층 박막이 증착될 수 있는 것이다.
이 때, t1 내지 t5 구간 동안, 기판(S)의 좌측 분할 영역이 분자층 증착 챔버가 아닌, 제1 서브 챔버(20)에 머무를 수 있다. 즉, 상기 제1 서브 챔버(20)는 상기 제2 서브 챔버(30)에서 분자층이 증착되는 기판에 대하여 여유 공간을 제공할 수 있는 것이다.
한편, 일 실시 예에 따르면, t11 이후 기판이 다시 왼쪽으로 분할 영역 단위로 이송됨으로써, 추가적인 분자층 증착이 가능할 수 있다. 또한, 제2 서브 챔버(30)의 공간에 따라, 분자층 증착은 t1 부터 t6까지 수행될 수도 있다.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유-무기 박막 증착 방법이 설명된다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유-무기 박막 증착 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유-무기 박막 증착 방법의 단계 S100을 상세하기 설명하기 위한 도면이고, 도 6 내지 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유-무기 박막 증착 방법의 단계 S110 및 단계 S120을 설명하기 위한 도면이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 유-무기 박막 증착 방법은, 앞서 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시 예에 따른 유-무기 박막 증착 장치에 의하여 구현될 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 에에 따른 유-무기 박막 증착 방법은, 원자층 증착 모듈이 배치된 제1 서브 챔버 및 상기 제1 서브 챔버와 연통하며, 분자층 증착 모듈이 배치된 제2 서브 챔버가 마련된 증착 챔버로 기판을 진입시키는 제1 단계(S100), 상기 제1 또는 제2 서브 챔버 내에서 상기 기판에 원자층 또는 분자층 중 어느 한 종류의 박막층을 형성시키는 제2 단계(S200), 상기 기판을 이송시켜, 상기 제1 또는 제2 서브 챔버 내에서 상기 박막층과 다른 종류의 박막층을 형성시키는 제3 단계(S120) 중 적어도 하나의 단계를 포함할 수 있다.
단계 S100에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 기판(S)이, 원자층 증착 모듈(100)이 배치된 제1 서브 챔버(20) 및 상기 제1 서브 챔버(20)와 연통하며, 분자층 증착 모듈(200)이 배치된 제2 서브 챔버(30)가 마련된 증착 챔버(50)로 진입할 수 있다.
상기 기판(S)이 상기 증착 챔버(50)로 진입한 경우, 상기 증착 챔버(50) 내 압력은, 챔버 펌프에 의하여 박막 증착에 요구되는 압력으로 설정될 수 있다.
단계 S110에서, 상기 제1 또는 제2 서브 챔버(20, 30) 내에서 상기 기판(S)에 원자층 또는 분자층 중 어느 한 종류의 박막층이 형성될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 단계 S100에서 증착 챔버(50)로 진입한 기판(S)에 원자층 박막이 형성되는 경우를 상정하기로 한다. 또한, 단계 S120에서, 상기 기판을 이송시켜, 상기 제1 또는 제2 서브 챔버 내에서 상기 박막층과 다른 종류의 박막층이 형성될 수 있다. 여기서도 설명의 편의를 위하여, 단계 S120에서 분자층 박막이 형성되는 경우를 상정하기로 한다. 일 실시 예에 따르면, 단계 S110과 단계 S120은 증착 챔버 내에서 연속적으로 수행될 수 있다. 또한, 단계 S110과 단계 S120은 동시에 수행될 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 기판(S)은 상기 기판(S)의 분할 영역 단위로, 왼쪽에서 오른쪽으로 이송될 수 있다. 상기 기판(S)이 이송됨에 따라, 상기 기판(S)의 분할 영역 들은, 상기 원자층 증착 모듈(100)로부터 분할 영역에 대응되는 가스를 제공받을 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 제1 서브 챔버(20)의 원자층 증착 모듈(100)로부터 원자층을 증착 받는 기판(S)의 우측 분할 영역이 상기 제2 서브 챔버(30)로 진입할 수 있다. 즉, 상기 제2 서브 챔버(30)는 상기 제1 서브 챔버(20)에서 원자층을 증착받는 기판(S)에 여유 공간을 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 도 8에 도시된 바와 같이 기판(S)의 우측 분할 영역이 제2 서브 챔버(30)의 분자층 증착 모듈(200)로 진입한 경우, 분자층 증착 공정이 추가적으로 수행될 수 있다. 즉, 기판(S)의 좌측 부분에 원자층이 증착되고 있는 중에, 기판(S)의 우측 부분에 분자층이 동시에 증착될 수 있다. 이에 따라, 생산성이 보다 향상될 수 있다. 또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 차단부가 제1 서브 챔버(20)와 제2 서브 챔버(30) 간의 기체 혼입을 방지하므로, 고 신뢰도의 박막이 증착될 수 있다.
이와 달리, 원자층 증착 공정이 모두 완료된 후에, 분자층 증착이 수행될 수도 있음은 물론이다.
도 9를 참조하면, 원자층 증착(L1)이 완료된 기판(S)은 상기 제2 서브 챔버(30) 내에 위치할 수 있다. 이 경우, 상기 분자층 증착 모듈(200)은 상기 기판(S)에 분자층 박막을 형성할 수 있다. 즉, 상기 분자층 증착 모듈(200)은 분할 영역 단위로 이송되는 기판에 대하여 분자층 박막 형성을 위한 소스 가스, 퍼지 가스, 반응 가스를 분할 영역 별로 제공할 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 제2 서브 챔버(30)의 분자층 증착 모듈(200)로부터 분자층을 증착 받는 기판(S)의 좌측 분할 영역이 상기 제1 서브 챔버(20)로 진입할 수 있다. 즉, 상기 제1 서브 챔버(20)는 상기 제2 서브 챔버(30)에서 분자층을 증착받는 기판(S)에 여유 공간을 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 도 10에 도시된 바와 같이 기판(S)의 좌측 분할 영역이 제1 서브 챔버(20)의 원자층 증착 모듈(100)로 진입한 경우, 원자층 증착 공정이 추가적으로 수행될 수 있다. 즉, 기판(S)의 우측 부분에 분자층이 증착되고 있는 중에, 기판(S)의 좌측 부분에 원자층이 동시에 증착될 수 있다. 이에 따라, 생산성이 보다 향상될 수 있다. 또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 차단부가 제1 서브 챔버(20)와 제2 서브 챔버(30) 간의 기체 혼입을 방지하므로, 고 신뢰도의 박막이 증착될 수 있다.
이와 달리, 분자층 증착 공정이 모두 완료된 후에, 원자층 증착이 수행될 수도 있음은 물론이다.
도 11을 참조하면, 상기 분자층 증착 모듈(200)을 통과한 기판 상에는 원자층(L1) 박막 상에 분자층(L2) 박막이 형성될 수 있다. 반복적으로 원자층 및 분자층을 증착함으로써, 다단 유-무기 박막 증착도 가능하다. 이 때, 원자층 박막을 수회 증착한 이후 분자층 박막이 증착될 수도 있고, 분자층 박막을 수회 증착한 이후 원자층 박막이 증착될 수도 있다.
이상 도 1 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유-무기 증착 장치 및 유-무기 증착 방법을 설명하였다. 본 발명의 일 실시 예를 설명함에 있어서, 원자층 증착 모듈 및 분자층 증착 모듈이 공간 분할 방식으로 박막을 증착하는 것을 상정하였으나 이와 달리, 원자층 증착 모듈 및 분자층 증착 모듈 중 적어도 하나의 증착 모듈이 공간 분할 방식으로 박막을 증착할 수 있다. 또한, 원자층 증착 모듈 및 분자층 증착 모듈 모두 시분할 방식으로 박막을 증착할 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유-무기 증착 장치 및 유-무기 증착 방법은 가요성 기판에 유-무기 박막을 증착할 수 있고, 이 때, 가요성 기판은 롤투롤 공정으로 이송될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 유기 박막을 증착하기 위한 서브 챔버와 무기 박막을 증착하기 위한 서브 챔버가 연통하도록 구성된다. 이에 따라, 공간 분할 방식 원자층/분자층 증착 공정이 수행되는 경우, 상대 챔버가 여유 공간을 제공할 수 있으므로 풋 프린트(foot print)가 비약적으로 감소된다는 효과를 제공할 수 있다.
또한, 유-무기 박막을 단일 증착 챔버 내에서 증착할 수 있으므로, 기판을 로딩/언로딩하는 불필요한 소요 시간이 감소되므로, 유-무기 박막 증착 생산성이 향상될 수 있다.
이상 도 1 내지 도 11을 참조하여 설명한 본 발명의 실시 예들에 따른 원자층 증착 가스 모듈, 원자층 증착 장비 및 원자층 증착 방법은, 장비의 소형화가 가능하면서도 증착률이 높은 원자층 박막층을 생산할 수 있으며, 이러한 박막층은 적어도 광/디스플레이 소자, 반도체 소자, 에너지 소자 등에 응용될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 기판에 원자층을 증착하는 원자층 증착 모듈이 배치된 제1 서브 챔버;
    상기 기판이 진입하도록 상기 제1 서브 챔버와 연통하며, 상기 기판에 분자층을 증착하는 분자층 증착 모듈이 배치된 제2 서브 챔버; 및
    상기 제1 서브 챔버의 기체와 상기 제2 서브 챔버의 기체 간의 혼입을 방지하는 차단부;를 포함하는 유-무기 박막 증착 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 차단부는, 상기 기판을 향하여 혼입 차단 기체를 분사하는 분사구를 포함하는 유-무기 박막 증착 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 혼입 차단 기체는, 상기 원자층 증착 모듈 또는 상기 분자층 증착 모듈에서 상기 기판을 향하여 제공되는 퍼지 가스와 동일한 종류의 퍼지 가스인 유-무기 박막 증착 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 차단부는, 상기 제1 서브 챔버와 상기 제2 서브 챔버가 연통하는 공간을 좁히는 차단벽으로 이루어진 유-무기 박막 증착 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 원자층 증착 모듈 및 상기 분자층 증착 모듈 중 적어도 하나의 증착 모듈은 공간 분할 증착을 수행하는 유-무기 박막 증착 장치.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 원자층 증착 모듈이 공간 분할 증착을 수행하는 경우, 상기 원자층 증착 모듈을 통하여 원자층이 상기 기판에 증착되는 동안, 상기 기판의 적어도 일부가 상기 제2 서브 챔버로 진입하는 유-무기 박막 증착 장치.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 분자층 증착 모듈이 공간 분할 증착을 수행하는 경우, 상기 분자층 증착 모듈을 통하여 분자층이 상기 기판에 증착되는 동안, 상기 기판의 적어도 일부가 상기 제1 서브 챔버로 진입하는 유-무기 박막 증착 장치.
  8. 원자층 증착 모듈이 배치된 제1 서브 챔버 및 상기 제1 서브 챔버와 연통하며, 분자층 증착 모듈이 배치된 제2 서브 챔버가 마련된 증착 챔버로 기판을 진입시키는 제1 단계;
    상기 제1 또는 제2 서브 챔버 내에서 상기 기판에 원자층 또는 분자층 중 어느 한 종류의 박막을 형성시키는 제2 단계; 및
    상기 기판을 이송시켜, 상기 제1 또는 제2 서브 챔버 내에서 상기 형성된 박막과 다른 종류의 박막을 형성시키는 제3 단계를 포함하는 유-무기 박막 증착 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 단계 및 상기 제3 단계는, 상기 증착 챔버 내에서 연속적으로 수행되는 유-무기 박막 증착 방법.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 단계 및 상기 제3 단계는, 동시에 수행되는 유-무기 박막 증착 방법.
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