WO2023106480A1 - 원자층을 증착하는 증착 장치 및 증착 방법 - Google Patents

원자층을 증착하는 증착 장치 및 증착 방법 Download PDF

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WO2023106480A1
WO2023106480A1 PCT/KR2021/018828 KR2021018828W WO2023106480A1 WO 2023106480 A1 WO2023106480 A1 WO 2023106480A1 KR 2021018828 W KR2021018828 W KR 2021018828W WO 2023106480 A1 WO2023106480 A1 WO 2023106480A1
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processing chamber
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ultraviolet rays
sample
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안지환
박건우
강연호
김진규
김수진
편소영
신정우
고도현
조성은
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서울과학기술대학교 산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to a deposition apparatus for depositing an atomic layer and a method for depositing an atomic layer using the deposition apparatus.
  • Atomic layer deposition is a technology capable of depositing thin films at the atomic level.
  • a sequential reaction of a precursor in the gaseous state and a reactant, an oxidizing agent, is applied to a material that requires deposition.
  • a thin film is deposited through the process.
  • the atomic layer deposition method is used not only in electronic engineering fields such as semiconductors, displays, and fuel cells, but also in bio fields.
  • the atomic layer deposition method uses heat or plasma as an energy source.
  • the plasma-based atomic layer deposition method uses a biasing technique to adjust plasma characteristics (ion density, ion flux) and set characteristics conditions of the deposited thin film. .
  • the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, a deposition apparatus and a deposition method that can additionally utilize ultraviolet energy to use energy lower than plasma energy or a relatively lower temperature environment than in the conventional atomic layer deposition method. want to provide
  • an embodiment of the present invention is a deposition apparatus for depositing an atomic layer, comprising: a processing chamber; a mounting table installed inside the processing chamber to place a deposited sample; a deposition unit depositing an atomic layer on the deposition sample; a chamber cover formed on an upper portion of the processing chamber; and a UV module attachable to and detachable from the processing chamber through a coupling groove formed in the chamber cover.
  • Another embodiment of the present invention is a processing chamber; a mounting table installed inside the processing chamber to place a deposited sample; deposition unit; a chamber cover formed on an upper portion of the processing chamber; and a UV module attachable to and detachable from the processing chamber through a coupling groove formed in the chamber cover, wherein the method of depositing an atomic layer is attached to the processing chamber through the coupling groove. ; depositing an atomic layer on the deposition sample; irradiating ultraviolet rays onto the deposition sample through the UV module; and detaching the UV module from the processing chamber.
  • any one of the above-mentioned problem solving means of the present invention it is possible to additionally utilize ultraviolet energy by attaching a UV module to a heat-based atomic layer deposition apparatus. Accordingly, it is possible to deposit a uniform high-quality atomic layer on a substrate even in a relatively low temperature environment or using less energy than plasma energy. Through this, it is possible to provide a deposition apparatus and a deposition method capable of preventing damage to the substrate.
  • the UV module can be used in addition to the existing atomic layer deposition apparatus with a detachable module type configuration, and can provide a deposition apparatus and deposition method that can be used in various fields.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a deposition apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 2 is an exemplary view for explaining a chamber cover according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is an exemplary diagram for explaining a UV module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 4 is an exemplary view for explaining a UV module detachable from a processing chamber according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an exemplary view for explaining a pneumatic cylinder and a shield according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an exemplary diagram for explaining a pneumatic cylinder connected to a pneumatic module of a processing chamber according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart of a method of depositing an atomic layer using a deposition apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the deposition apparatus 100 may include a processing chamber 110 , a mounting table 120 , a deposition unit 130 , a chamber cover 140 and a UV module 150 .
  • the above components 110 to 150 are merely examples of components that can be controlled by the deposition apparatus 100 .
  • the deposition apparatus 100 may additionally utilize ultraviolet energy by attaching the UV module 150 to the chamber cover 140 .
  • the deposition apparatus 100 may be a heat-based deposition apparatus or a deposition apparatus using plasma energy.
  • the UV module 150 is a detachable module type and can be applied to various fields by being additionally utilized to existing atomic layer deposition devices.
  • the deposition apparatus 100 may deposit a uniform high-quality atomic layer on a substrate even in a relatively low-temperature environment or using less energy than plasma energy. Through this, it is possible to prevent damage to the substrate.
  • the processing chamber 110 may have a high-vacuum internal reaction space in order to deposit a deposited sample by a chemical vapor deposition method such as an atomic layer deposition method.
  • a mounting table 120 may be installed inside the processing chamber 110 , and electrodes may be installed above and below the mounting table 120 .
  • the processing chamber 110 may have a mounting table 120 installed therein, and a heater installed therein.
  • the placement table 120 is installed inside the processing chamber 110 to place a substrate thereon.
  • the substrate is a member for depositing the deposition sample, for example, the deposition sample on the substrate processing surface, such as a liquid crystal display, a plasma display panel, and an organic light emitting diode. Any object can be used as long as it is a member capable of forming a thin film by evaporation of.
  • the deposition unit 130 may deposit an atomic layer on the deposition sample.
  • the deposition unit 130 may generate plasma by applying a bias voltage to an electrode, and may activate the deposited sample of the substrate placed on the mounting table 120 by using the generated plasma.
  • the deposition unit 130 may heat the deposition sample deposited on the substrate placed on the mounting table 120 through a heater.
  • the chamber cover 140 may be formed above the processing chamber 110 .
  • the chamber cover 140 may be designed from stainless steel and may be the cover of the processing chamber 110 .
  • a coupling groove may be formed in the center of the chamber cover 140 .
  • the chamber cover 140 may include a coupling groove having a predetermined height in a central portion.
  • the chamber cover 140 may be coupled to the UV module 150 through a coupling groove.
  • the UV module 150 may be detachable from the processing chamber 110 .
  • the UV module 150 may be detachable from the processing chamber 110 through a coupling groove formed in the chamber cover 140 .
  • the UV module 150 may include a module hole at the bottom.
  • the module hole is a hole that can correspond to the coupling groove of the chamber cover 140 .
  • the UV module 150 may be coupled to the chamber cover 140 of the processing chamber 110 through a module hole without a separate device or tool.
  • the UV module 150 may be attached to the processing chamber 110 by coupling the module hole to the coupling groove of the chamber cover 140, and release the module hole from the coupling groove of the chamber cover 140 for processing. It can be detached from the chamber 110.
  • the module hole may provide a path for irradiating ultraviolet rays toward the deposited sample.
  • a coupling groove 210 may be formed in a central portion of the chamber cover 200 .
  • the chamber cover 200 may be coupled to the UV module through a coupling groove 210 having a predetermined height.
  • the chamber cover 200 may transmit ultraviolet light emitted from the UV module into the processing chamber by fitting (sealing) the lens 213 to the coupling groove 210 .
  • a hole 211 may be formed in a central portion of the chamber cover 200 , and an O-ring 212 may be coupled to the hole 211 .
  • the chamber cover 200 may be coupled with the O-ring 212 after processing a hole 211 having a diameter of 25 mm in the central portion.
  • the O-ring 212 serves as a rubber stopper for sealing, and a Kalrez O-Ring may be used. Kalrez has excellent heat resistance.
  • a Kalrez O-ring may be selected for the chamber cover 200 in consideration of 250° C., which is the maximum allowable temperature inside the processing chamber.
  • the chamber cover 200 may fit a lens 213 through which ultraviolet rays can be transmitted to a central portion.
  • the chamber cover 200 may add the lens 213 on the O-ring.
  • the lens 213 may be a CaF 2 lens having an outer diameter of 30 mm and a thickness of 3 mm and transmittance of UV light of 200 to 400 nm wavelength of 90% or more.
  • the chamber cover 200 may be finished using a flange 214 and a bolt 215 .
  • lens fitting to the coupling groove 210 may be completed by tightening the flange 214 with six bolts 215 .
  • the UV module 300 may include a UV housing 310, a UV lamp module 320, a cooling fan 330, and a pneumatic cylinder 340.
  • the UV housing 310 may be designed with aluminum.
  • a UV lamp module 320 may be disposed inside the UV housing 310, and a cooling fan 330 and a pneumatic cylinder 340 may be disposed outside.
  • the two left and right sides of the UV housing 310 can be designed as a plate with a thickness of 10 mm, and the other side has a thickness of 3 mm. It can be designed as a thick plate.
  • the upper and lower two sides of the UV housing 310 may be designed as a plate having a thickness of 3 mm.
  • a lower surface of the UV housing 310 may include a module hole.
  • the module hole may be formed in the lower portion of the UV housing to correspond to the coupling groove of the chamber cover.
  • the UV module 300 and the processing chamber may be coupled through the module hole.
  • the UV lamp module 320 is a plastic material and may be installed inside the UV housing 310 .
  • the UV lamp module 320 may include a 300W Xenon lamp and a heat sink.
  • the UV lamp module 320 may include a cord, and may be connected to an external power supply through the cord to operate the UV lamp.
  • the cooling fan 330 is formed on the outer upper portion of the UV housing 310 to control the temperature of the UV lamp module 320 .
  • the cooling fan 330 may be attached to the top of the UV housing through a tab.
  • the pneumatic cylinder 340 is installed on one side of the outside of the UV housing 310 to adjust the moment of UV irradiation of the UV lamp module 320 toward the deposition sample.
  • FIG. 4 is an exemplary view for explaining a UV module detachable from a processing chamber according to an embodiment of the present invention.
  • the UV module 410 is attached to the processing chamber, and in (b) of FIG. 4, the UV module 410 is detached from the processing chamber.
  • the deposition apparatus 400 may attach a UV module 410 to a processing chamber through a coupling groove 421 .
  • the deposition apparatus 400 may be attached to the processing chamber by coupling the module hole 415 formed in the lower portion of the UV housing 411 to the coupling groove 421 of the chamber cover 420 . That is, through the combination of the module hole 415 of the UV module 410 and the coupling groove 421 of the chamber cover 420, the UV module 410 is freely attached to the upper part of the processing chamber without a separate device or tool. this could be possible
  • the deposition apparatus 400 to which the UV module 410 is attached may irradiate ultraviolet rays onto the deposition sample through the UV module 410 .
  • the deposition apparatus 400 may irradiate ultraviolet rays of the UV lamp module 412 toward the deposition sample in the processing chamber through the module hole 415 .
  • the light source of the UV lamp module 412, the module hole 415, and the coupling groove 421 of the chamber cover 420 may share concentric circles located on a straight line.
  • the deposition apparatus 400 may activate a reaction for depositing an atomic layer on the deposition sample in the processing chamber through ultraviolet rays of the UV lamp module 412 and may remove residual reactants on the deposition sample.
  • the deposition apparatus 400 does not irradiate ultraviolet rays toward the deposition sample through the UV module 410, at least a portion of the module hole 415 may be covered with a shielding film through the pneumatic cylinder 414.
  • the deposition apparatus 400 may detach the UV module 410 from the processing chamber. Specifically, the deposition apparatus 400 may detach the UV module 410 from the processing chamber by releasing the module hole 415 formed in the lower portion of the UV housing 411 from the coupling groove 421 of the chamber cover 420. there is. That is, the UV module 410 can be freely detached from the upper part of the processing chamber without a separate device or tool.
  • FIG. 5 is an exemplary view for explaining a pneumatic cylinder and a shield according to an embodiment of the present invention.
  • a pneumatic cylinder 530 may be used together with a shielding film 510 to control a moment when ultraviolet rays are radiated from a UV lamp module toward a deposition sample.
  • the shielding film 510 may be made of an aluminum material and may include a first groove 511 and a second groove 512 .
  • the shielding film 510 may be coupled to the I-shaped knuckle through the first groove 511 and the second groove 512 .
  • the shield 510 may be attached to one side of the pneumatic cylinder 530 .
  • the shield 510 may be coupled to the I-shaped knuckle 520 and attached to the front stroke of the pneumatic cylinder 530.
  • the shield 510 may be coupled to the I-shaped knuckle through the first groove and the second groove, and may be attached to the pneumatic cylinder 530 through the I-shaped knuckle 520.
  • the pneumatic cylinder 530 may be rod flanged.
  • the pneumatic cylinder 530 to which the shield 510 is attached through the I-shaped knuckle 520 may be installed on one side of the UV housing.
  • the shield 510 and the pneumatic cylinder 530 may be attached to one side of the UV housing using a tab.
  • the deposition apparatus may close or open at least a portion of the module hole of the UV module by controlling the shielding film 510 through the pneumatic cylinder 530 .
  • the deposition apparatus does not irradiate ultraviolet rays toward the deposition sample
  • at least a portion of the module hole of the UV module may be closed with the shielding film 510 through the pneumatic cylinder 530, and the ultraviolet rays may be directed toward the deposition sample.
  • all module holes of the UV module may be opened with the shielding film 510 through the pneumatic cylinder 530.
  • a pneumatic cylinder 622 may be connected to a pneumatic line 610 .
  • the pneumatic cylinder 622 can be connected to the pneumatic line 610 aft in a northeast fashion.
  • the deposition apparatus may control whether or not to irradiate ultraviolet light toward the deposition sample by opening and closing the valve of the pneumatic line 610 . That is, the deposition apparatus may adjust the moment when ultraviolet rays are irradiated from the UV module toward the deposition sample by controlling the pneumatic module in the processing chamber.
  • the deposition apparatus may open the module hole 613 of the UV housing from the shield 621 by closing the valve of the pneumatic line 610 of the processing chamber. Accordingly, the deposition apparatus may allow the UV lamp module to irradiate ultraviolet rays toward the deposition sample in the processing chamber through the module hole 613 .
  • the deposition apparatus may open the valve of the pneumatic line 610 of the processing chamber and close the module hole 613 of the UV housing with the shield 621 through the pneumatic cylinder 622 . Accordingly, the deposition apparatus may block ultraviolet rays emitted from the UV lamp module toward the deposition sample in the processing chamber through the module hole 613 with the shielding film 621 .
  • FIG. 7 is a flowchart of a method of depositing an atomic layer using a deposition apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the method of depositing an atomic layer shown in FIG. 7 includes steps processed sequentially according to the embodiment shown in FIGS. 1 to 6 . Therefore, even if the content is omitted below, it is also applied to the method of depositing an atomic layer in the deposition apparatus according to the embodiment shown in FIGS. 1 to 6 .
  • the deposition apparatus may attach the UV module to the processing chamber through the coupling groove.
  • the deposition apparatus may first remove impurities inside the processing chamber and prepare a vacuum state inside the processing chamber before performing the deposition process.
  • the deposition apparatus may deposit an atomic layer on the deposition sample.
  • the deposition apparatus may inject the TMA precursor into a processing chamber in a vacuum state and bond it to the surface of the Si substrate.
  • the deposition apparatus may irradiate ultraviolet rays onto the deposition sample through the UV module.
  • the deposition apparatus may remove residual reactants on the deposition sample through ultraviolet rays of a UV lamp module.
  • the deposition apparatus may activate a reaction of depositing an atomic layer on the deposition sample through ultraviolet rays of the UV lamp module.
  • the deposition apparatus may once again remove residual reactants on the deposition sample through ultraviolet rays of the UV lamp module.
  • the deposition apparatus may detach the UV module from the processing chamber.
  • the deposition apparatus can additionally utilize ultraviolet energy in the deposition process by attaching and detaching the UV module, and as the additionally utilizing ultraviolet energy, the substrate is damaged in a relatively low temperature environment or using energy that is relatively smaller than plasma energy. Without it, it is possible to deposit a uniform, high-quality thin film on the substrate surface.
  • steps S710 to S740 may be further divided into additional steps or combined into fewer steps, depending on an implementation example of the present invention. Also, some steps may be omitted as needed, and the order of steps may be switched.

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Abstract

원자층을 증착하는 증착 장치에 있어서, 처리 챔버; 상기 처리 챔버의 내부에 설치되어 증착 샘플을 재치하는 재치대; 상기 증착 샘플 상에 원자층을 증착하는 증착부; 상기 처리 챔버의 상부에 형성된 챔버 커버; 및 상기 챔버 커버에 형성된 결합홈을 통해 상기 처리 챔버에 탈부착 가능한 UV 모듈을 포함하는, 증착 장치를 포함한다.

Description

원자층을 증착하는 증착 장치 및 증착 방법
본 발명은 원자층을 증착하는 증착 장치 및 증착 장치를 통해 원자층을 증착하는 방법에 관한 것이다.
원자층 증착법(Atomic layer deposition, ALD)은 원자 수준의 얇은 박막을 증착할 수 있는 기술로, 증착을 필요로 하는 물질에 기체 상태의 전구체(Precursor)와 산화제인 반응제(Reactant)의 순차적인 반응 과정을 통하여 박막을 증착한다.
원자층 증착법은 반도체, 디스플레이 및 연료 전지 등 전자 공학 분야뿐만 아니라, 바이오 분야에서도 활용되고 있다.
종래 기술에 따른 원자층 증착법은 열 또는 플라즈마를 에너지원으로 사용한다. 예를 들어, 플라즈마 기반의 원자층 증착법은 바이어싱(Biasing) 기술을 이용하여 플라즈마의 특성(이온 밀도(Ion density), 이온 플럭스(Ion Flux))을 조절하고 증착되는 박막의 특성 조건을 설정한다.
그러나, 종래 기술에 따르면, 중합체(Polymer) 계열 기판의 경우, 녹는점이 낮아 열에 취약하고, 플라즈마 에너지원의 강한 에너지로 기판이 손상될 우려가 있다. 이러한 경우, 자외선 에너지를 활용하면 상대적으로 저온 또는 플라즈마 에너지보다 상대적으로 작은 에너지로 인해 기판의 손상을 줄일 수 있다. 특히, 비활성의 표면 특성을 가진 그래핀 기판에서도 자외선 에너지를 추가적으로 활용하면 상대적으로 저온에서도 균일한 고품질의 박막을 증착시킬 수 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 자외선 에너지를 추가적으로 활용하여 종래 원자층 증착법에서보다 상대적으로 낮은 온도의 환경 또는 플라즈마 에너지보다 작은 에너지를 이용하도록 할 수 있는 증착 장치 및 증착 방법을 제공하고자 한다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시예는, 원자층을 증착하는 증착 장치에 있어서, 처리 챔버; 상기 처리 챔버의 내부에 설치되어 증착 샘플을 재치하는 재치대; 상기 증착 샘플 상에 원자층을 증착하는 증착부; 상기 처리 챔버의 상부에 형성된 챔버 커버; 및 상기 챔버 커버에 형성된 결합홈을 통해 상기 처리 챔버에 탈부착 가능한 UV 모듈을 포함하는, 증착 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는, 처리 챔버; 상기 처리 챔버의 내부에 설치되어 증착 샘플을 재치하는 재치대; 증착부; 상기 처리 챔버의 상부에 형성된 챔버 커버; 및 상기 챔버 커버에 형성된 결합홈을 통해 상기 처리 챔버에 탈부착 가능한 UV 모듈을 포함하는 증착 장치를 통해 원자층을 증착하는 방법에 있어서, 상기 결합홈을 통해 상기 UV 모듈을 상기 처리 챔버에 부착하는 단계; 상기 증착 샘플 상에 원자층을 증착하는 단계; 상기 UV 모듈을 통해 상기 증착 샘플 상에 자외선을 조사하는 단계; 및 상기 처리 챔버로부터 상기 UV 모듈을 탈착하는 단계를 포함하는 것인, 증착 방법을 제공할 수 있다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본 발명을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 열 기반 원자층 증착 장치에 UV 모듈을 부착하여 자외선 에너지를 추가적으로 활용할 수 있다. 따라서, 상대적으로 낮은 온도의 환경이나, 플라즈마 에너지보다 작은 에너지를 통해서도 기판에 균일한 고품질의 원자층을 증착시킬 수 있다. 이를 통해, 기판의 손상을 방지할 수 있는 증착 장치 및 증착 방법을 제공할 수 있다.
또한, UV 모듈은 모듈 형식의 탈부착 가능한 구성으로 기존 원자층 증착 장치에 추가적으로 활용 가능하여 다양한 분야에 활용할 수 있는 증착 장치 및 증착 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버 커버를 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 UV 모듈을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 처리 챔버에 탈부착 가능한 UV 모듈을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공압 실린더 및 가림막을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 처리 챔버의 공압 모듈과 연결된 공압 실린더를 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 장치를 통해 원자층을 증착하는 방법의 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 중간에 다른 부재를 개재하여 연결되어 있는 경우와, 중간에 다른 소자를 사이에 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 나아가, 본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 장치의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 증착 장치(100)는 처리 챔버(110), 재치대(120), 증착부(130), 챔버 커버(140) 및 UV 모듈(150)을 포함할 수 있다. 다만 위 구성 요소들(110 내지 150)은 증착 장치(100)에 의하여 제어될 수 있는 구성요소들을 예시적으로 도시한 것일 뿐이다.
증착 장치(100)는 챔버 커버(140)에 UV 모듈(150)을 부착하여 자외선 에너지를 추가적으로 활용할 수 있다. 여기서, 증착 장치(100)는 열 기반의 증착 장치 또는 플라즈마 에너지를 사용하는 증착 장치일 수 있다. UV 모듈(150)은 모듈 형식의 탈부착 가능한 구성으로, 기존 원자층 증착 장치에 추가적으로 활용 가능하여 다양한 분야에 적용할 수 있다.
따라서, 증착 장치(100)는 상대적으로 낮은 온도의 환경이나, 플라즈마 에너지보다 작은 에너지를 통해서도 기판에 균일한 고품질의 원자층을 증착시킬 수 있다. 이를 통해, 기판의 손상을 방지할 수 있다.
처리 챔버(110)는 원자층 증착법 등 화학기상증착방법에 의해 증착 샘플을 증착하기 위하여 고진공의 내부 반응 공간을 가질 수 있다.
예를 들어, 처리 챔버(110)는 내부에 재치대(120)를 설치하고, 재치대(120)의 상부 및 하부에 전극을 설치할 수 있다. 다른 예를 들어, 처리 챔버(110)는 내부에 재치대(120)를 설치하고, 하부에 히터를 설치할 수 있다.
재치대(120)는 처리 챔버(110)의 내부에 설치되어 기판을 재치할 수 있다. 여기서, 기판은 증착 샘플을 증착하는 부재로서, 예를 들면, 액정표시소자(Liquid Crystal Display), 플라즈마 디스플레이소자(Plasma Display Panel), 유기발광소자(Organic Light Emitting Diodes) 등 기판 처리면에 증착 샘플의 증발에 의하여 박막을 형성할 수 있는 부재이면 어떠한 대상도 가능할 수 있다.
증착부(130)는 증착 샘플 상에 원자층을 증착할 수 있다.
예를 들어, 증착부(130)는 전극에 바이어스 전압을 인가하여 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 발생된 플라즈마를 이용하여 재치대(120)에 재치된 기판의 증착 샘플을 활성화시킬 수 있다. 다른 예를 들어, 증착부(130)는 히터를 통해 재치대(120)에 재치된 기판에 증착된 증착 샘플을 가열할 수 있다.
챔버 커버(140)는 처리 챔버(110)의 상부에 형성될 수 있다. 예를 들어, 챔버 커버(140)는 스테인레스강으로 설계될 수 있고, 처리 챔버(110)의 덮개일 수 있다.
챔버 커버(140)는 중심 부분에 결합홈이 형성될 수 있다. 예를 들어, 챔버 커버(140)는 중심 부분에 일정 높이를 가진 결합홈을 포함할 수 있다. 챔버 커버(140)는 결합홈을 통해 UV 모듈(150)과 결합할 수 있다.
UV 모듈(150)은 처리 챔버(110)에 탈부착 가능할 수 있다. UV 모듈(150)은 챔버 커버(140)에 형성된 결합홈을 통해 처리 챔버(110)에 탈부착 가능할 수 있다.
예를 들어, UV 모듈(150)은 하부에 모듈홀을 포함할 수 있다. 모듈홀은 챔버 커버(140)의 결합홈에 대응할 수 있는 홀이다. UV 모듈(150)은 모듈홀을 통해 별도의 장치 또는 공구없이 처리 챔버(110)의 챔버 커버(140)에 결합할 수 있다.
예를 들어, UV 모듈(150)은 모듈홀을 챔버 커버(140)의 결합홈에 결합하여 처리 챔버(110)에 부착될 수 있고, 모듈홀을 챔버 커버(140)의 결합홈으로부터 해제하여 처리 챔버(110)로부터 탈착될 수 있다.
또한, 모듈홀은 증착 샘플을 향하여 자외선을 조사하는 경로를 제공할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버 커버를 설명하기 위한 예시적인 도면이다. 도 2의 (a) 내지 (d)를 참조하면, 챔버 커버(200)는 중심 부분에 결합홈(210)을 형성할 수 있다. 챔버 커버(200)는 일정 높이를 가진 결합홈(210)을 통해 UV 모듈과 결합할 수 있다. 또한, 챔버 커버(200)는 결합홈(210)에 렌즈(213)를 피팅(실링, Sealing)하여 UV 모듈에서 조사하는 자외선을 처리 챔버의 내부로 투과시킬 수 있다.
도 2의 (a)를 참조하면, 챔버 커버(200)는 중심 부분에 홀(211)을 형성할 수 있고, 홀(211)에 오링(212)을 결합할 수 있다. 예를 들어, 챔버 커버(200)는 중심 부분에 25mm 지름의 홀(211) 가공 후, 오링(212)을 결합할 수 있다. 여기서, 오링(212)은 실링을 위한 고무 마개의 역할로, 칼레즈 오링(Kalrez O-Ring)을 사용할 수 있다. 칼레즈는 내열성이 뛰어난 특징이 있다. 예를 들어, 챔버 커버(200)는 처리 챔버의 내부 최대 가용 온도인 250℃를 고려해 칼레즈 오링을 선택할 수 있다.
도 2의 (b)를 참조하면, 챔버 커버(200)는 중심 부분에 자외선이 투과될 수 있는 렌즈(213)를 피팅할 수 있다. 예를 들어, 챔버 커버(200)는 오링 위에 렌즈(213)를 덧댈 수 있다. 여기서, 렌즈(213)는 200~400nm 파장의 자외선 빛 투과율이 90% 이상인 30mm 외경, 3mm 두께의 CaF2 렌즈일 수 있다.
도 2의 (c) 및 (d)를 참조하면, 챔버 커버(200)는 플랜지(214) 및 볼트(215)를 사용하여 작업을 마무리할 수 있다. 예를 들어, 챔버 커버(200)는 렌즈를 덧댄 후, 플랜지(214)를 6개의 볼트(215)로 조여 결합홈(210)에 렌즈 피팅을 완료할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 UV 모듈을 설명하기 위한 예시적인 도면이다. 도 3의 (a) 및 (b)를 참조하면, UV 모듈(300)은 UV 하우징(310), UV 램프 모듈(320), 쿨링팬(330) 및 공압 실린더(340)를 포함할 수 있다.
UV 하우징(310)은 알루미늄으로 설계될 수 있다. UV 하우징(310)의 내부에는 UV 램프 모듈(320)이 배치될 수 있고, 외부에는 쿨링팬(330) 및 공압 실린더(340)가 배치될 수 있다.
예를 들어, UV 하우징(310)은 한 면을 제외한 5개의 면이 볼트를 통해 조립될 수 있다. UV 하우징(310)의 좌우 2개 면은 열에 대한 변형을 방지하면서 UV 램프 모듈(320)의 형태를 고정하기 위해, 일예로, 10mm 두께를 가진 판으로 설계될 수 있고, 다른 1개의 면은 3mm 두께의 판으로 설계될 수 있다.
예를 들어, UV 하우징(310)의 상하 2개의 면도 3mm 두께의 판으로 설계될 수 있다. UV 하우징(310)의 하부면은 모듈홀을 포함할 수 있다. 모듈홀은 챔버 커버의 결합홈에 대응하도록 UV 하우징의 하부에 형성될 수 있다. 모듈홀을 통해 UV 모듈(300)과 처리 챔버가 결합될 수 있다.
UV 램프 모듈(320)은 플라스틱 재질로써 UV 하우징(310) 내부에 설치될 수 있다. 예를 들어, UV 램프 모듈(320)은 300W 제논(Xenon) 램프 및 방열판을 포함할 수 있다.
UV 램프 모듈(320)은 코드를 포함할 수 있고, 코드를 통해 외부 파워 서플라이와 연결되어 UV 램프를 작동시킬 수 있다.
쿨링팬(330)은 UV 하우징(310)의 외부 상부에 형성되어, UV 램프 모듈(320)의 온도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 쿨링팬(330)은 탭을 통해 UV 하우징의 상부에 부착될 수 있다.
공압 실린더(340)는 UV 하우징(310) 외부의 일측면에 설치되어, UV 램프 모듈(320)의 증착 샘플을 향한 자외선 조사 순간을 조절할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 처리 챔버에 탈부착 가능한 UV 모듈을 설명하기 위한 예시적인 도면이다. 도 4의 (a)는 UV 모듈(410)이 처리 챔버에 부착된 상태이고, 도 4의 (b)는 UV 모듈(410)이 처리 챔버에 탈착된 상태이다.
도 4의 (a)를 참조하면, 증착 장치(400)는 결합홈(421)을 통해 UV 모듈(410)을 처리 챔버에 부착할 수 있다. 구체적으로, 증착 장치(400)는 UV 하우징(411)의 하부에 형성된 모듈홀(415)을 챔버 커버(420)의 결합홈(421)에 결합하여 처리 챔버에 부착할 수 있다. 즉, UV 모듈(410)의 모듈홀(415)과 챔버 커버(420)의 결합홈(421)의 결합을 통해, 별도의 장치 또는 공구없이, UV 모듈(410)은 처리 챔버의 상부에서 자유롭게 부착이 가능할 수 있다.
UV 모듈(410)이 부착된 증착 장치(400)는 UV 모듈(410)을 통해 증착 샘플 상에 자외선을 조사할 수 있다. 증착 장치(400)는 UV 램프 모듈(412)의 자외선을 모듈홀(415)을 통해 처리 챔버 내의 증착 샘플을 향하여 조사할 수 있다. 이 때, UV 램프 모듈(412)의 광원, 모듈홀(415) 및 챔버 커버(420)의 결합홈(421)은 일직선상에 위치하는 동심원을 공유할 수 있다.
증착 장치(400)는 UV 램프 모듈(412)의 자외선을 통해 처리 챔버 내의 증착 샘플 상에 원자층을 증착하는 반응을 활성화시킬 수 있고, 증착 샘플 상의 잔여 반응물을 제거할 수도 있다.
증착 장치(400)는 UV 모듈(410)을 통해 증착 샘플을 향하여 자외선을 조사하지 않는 경우, 공압 실린더(414)를 통해 가림막으로 모듈홀(415)의 적어도 일부 영역을 가릴 수 있다.
도 4의 (b)를 참조하면, 증착 장치(400)는 처리 챔버로부터 UV 모듈(410)을 탈착할 수 있다. 구체적으로, 증착 장치(400)는 UV 하우징(411)의 하부에 형성된 모듈홀(415)을 챔버 커버(420)의 결합홈(421)으로부터 해제하여 UV 모듈(410)을 처리 챔버로부터 탈착할 수 있다. 즉, 별도의 장치 또는 공구없이, UV 모듈(410)은 처리 챔버의 상부에서 자유롭게 탈착될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공압 실린더 및 가림막을 설명하기 위한 예시적인 도면이다. 도 5를 참조하면, 공압 실린더(530)는 UV 램프 모듈에서 증착 샘플을 향하여 자외선을 조사하는 순간을 조절하기 위해 가림막(510)과 함께 사용될 수 있다.
도 5의 (a)를 참조하면, 가림막(510)은 알루미늄 재질로 제작될 수 있고, 제1 홈(511) 및 제2 홈(512)을 포함할 수 있다. 가림막(510)은 제1 홈(511) 및 제2 홈(512)을 통해 I형 너클과 결합할 수 있다.
도 5의 (b)를 참조하면, 가림막(510)은 공압 실린더(530)의 일측면에 부착될 수 있다. 구체적으로, 가림막(510)은 I형 너클(520)과 결합되어 공압 실린더(530)의 스트로크 앞부분에 부착될 수 있다. 예를 들어, 가림막(510)은 제1 홈 및 제2 홈을 통해 I형 너클과 결합될 수 있고, I형 너클(520)을 통해 공압 실린더(530)에 부착될 수 있다.
예를 들어, 공압 실린더(530)는 로드 플랜지형일 수 있다. I형 너클(520)을 통해 가림막(510)이 부착된 공압 실린더(530)는 UV 하우징의 일측면에 설치될 수 있다. 구체적으로, 가림막(510) 및 공압 실린더(530)는 탭을 이용하여 UV 하우징의 일측면에 부착될 수 있다.
증착 장치는 공압 실린더(530)를 통해 가림막(510)을 제어하여 UV 모듈의 모듈홀의 적어도 일부 영역을 폐쇄하거나 개방할 수 있다. 예를 들어, 증착 장치는 증착 샘플을 향하여 자외선을 조사하지 않는 경우, 공압 실린더(530)를 통해 가림막(510)으로 UV 모듈의 모듈홀의 적어도 일부 영역을 폐쇄할 수 있고, 증착 샘플을 향하여 자외선을 조사하는 경우, 공압 실린더(530)를 통해 가림막(510)으로 UV 모듈의 모듈홀을 모두 개방할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 처리 챔버의 공압 모듈과 연결된 공압 실린더를 설명하기 위한 예시적인 도면이다. 도 6을 참조하면, 공압 실린더(622)는 공압 라인(610)과 연결될 수 있다. 예를 들어, 공압 실린더(622)는 북동형으로 후미에서 공압 라인(610)과 연결될 수 있다.
증착 장치는 공압 라인(610)의 밸브를 열고 닫음으로써 증착 샘플을 향한 자외선 조사 여부를 조절할 수 있다. 즉, 증착 장치는 처리 챔버에서 공압 모듈을 조절하여 UV 모듈에서 증착 샘플을 향해 자외선을 조사하는 순간을 조절할 수 있다.
도 6의 (a)는 공압 실린더(622)와 공압 라인(610)의 연결이 닫혀 있는 상태(611 참조)이다. 구체적으로, 증착 장치는 처리 챔버의 공압 라인(610)의 밸브를 닫아, UV 하우징의 모듈홀(613)을 가림막(621)으로부터 개방시킬 수 있다. 따라서, 증착 장치는 UV 램프 모듈이 모듈홀(613)을 통해 처리 챔버 내의 증착 샘플을 향하여 자외선을 조사하도록 할 수 있다.
도 6의 (b)는 공압 실린더와 공압 라인의 연결이 열려 있는 상태(612 참조)이다. 구체적으로, 증착 장치는 처리 챔버의 공압 라인(610)의 밸브를 열어, 공압 실린더(622)를 통해 UV 하우징의 모듈홀(613)을 가림막(621)으로 폐쇄할 수 있다. 따라서, 증착 장치는 UV 램프 모듈에서 모듈홀(613)을 통해 처리 챔버 내의 증착 샘플을 향하여 조사하는 자외선을 가림막(621)으로 차단할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 증착 장치를 통해 원자층을 증착하는 방법의 순서도이다. 도 7에 도시된 원자층을 증착하는 방법은 도 1 내지 도 6에 도시된 실시예에 따라 시계열적으로 처리되는 단계들을 포함한다. 따라서, 이하 생략된 내용이라고 하더라도 도 1 내지 도 6에 도시된 실시예에 따른 증착 장치에서 원자층을 증착하는 방법에도 적용된다.
단계 S710에서 증착 장치는 결합홈을 통해 UV 모듈을 처리 챔버에 부착할 수 있다. 예를 들어, 증착 장치는 증착 공정을 진행하기 전, 처리 챔버 내부의 불순물을 먼저 제거할 수 있고, 처리 챔버 내부의 진공 상태를 준비할 수 있다.
단계 S720에서 증착 장치는 증착 샘플 상에 원자층을 증착할 수 있다. 예를 들어, 증착 장치는 TMA 전구체를 진공 상태의 처리 챔버 내부로 투입하여 Si 기판 표면에 결합할 수 있다.
단계 S730에서 증착 장치는 UV 모듈을 통해 증착 샘플 상에 자외선을 조사할 수 있다. 예를 들어, 증착 장치는 UV 램프 모듈의 자외선을 통해 증착 샘플 상의 잔여 반응물을 제거할 수 있다.
잔여 반응물 제거 후, 증착 장치는 UV 램프 모듈의 자외선을 통해 증착 샘플 상에 원자층을 증착하는 반응을 활성화시킬 수 있다.
이 후, 증착 장치는 UV 램프 모듈의 자외선을 통해 다시 한번 증착 샘플 상의 잔여 반응물을 제거할 수 있다.
단계 S740에서 증착 장치는 처리 챔버로부터 UV 모듈을 탈착할 수 있다.
이와 같이, 증착 장치는 UV 모듈의 탈부착으로 증착 공정에서 자외선 에너지를 추가적으로 활용할 수 있고, 자외선 에너지를 추가적으로 활용함에 따라, 상대적으로 저온의 환경이나, 플라즈마 에너지보다 상대적으로 작은 에너지를 이용하여 기판의 손상없이, 기판 표면에 균일한 고품질의 박막을 증착시킬 수 있다.
상술한 설명에서, 단계 S710 내지 S740는 본 발명의 구현 예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 전환될 수도 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (16)

  1. 원자층을 증착하는 증착 장치에 있어서,
    처리 챔버;
    상기 처리 챔버의 내부에 설치되어 증착 샘플을 재치하는 재치대;
    상기 증착 샘플 상에 원자층을 증착하는 증착부;
    상기 처리 챔버의 상부에 형성된 챔버 커버; 및
    상기 챔버 커버에 형성된 결합홈을 통해 상기 처리 챔버에 탈부착 가능한 UV 모듈
    을 포함하는, 증착 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 UV 모듈은,
    UV 하우징;
    상기 결합홈에 대응하도록 상기 UV 하우징의 하부에 형성되는 모듈홀; 및
    상기 UV 하우징 내부에 설치되고, 상기 모듈홀을 통해 상기 증착 샘플을 향하여 자외선을 조사하는 UV 램프 모듈
    을 포함하는 것인, 증착 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 UV 모듈은,
    상기 모듈홀을 상기 처리 챔버의 결합홈에 결합하여 상기 처리 챔버에 부착되거나, 상기 모듈홀을 상기 처리 챔버의 결합홈으로부터 해제하여 상기 처리 챔버로부터 탈착되는 것인, 증착 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 UV 모듈은,
    상기 UV 하우징 외부의 일측면에 설치되는 공압 실린더; 및
    상기 공압 실린더의 일측면에 부착되는 가림막
    을 더 포함하는 것인, 증착 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 UV 모듈은,
    상기 증착 샘플을 향하여 자외선을 조사하지 않는 경우, 상기 공압 실린더를 통해 상기 가림막으로 상기 모듈홀의 적어도 일부 영역을 가리는 것인, 증착 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 공압 실린더는 상기 처리 챔버의 공압 모듈과 연결되는 것인, 증착 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 UV 모듈은,
    상기 UV 램프 모듈의 온도를 조절하기 위한 쿨링팬
    을 더 포함하는 것인, 증착 장치.
  8. 처리 챔버; 상기 처리 챔버의 내부에 설치되어 증착 샘플을 재치하는 재치대; 증착부; 상기 처리 챔버의 상부에 형성된 챔버 커버; 및 상기 챔버 커버에 형성된 결합홈을 통해 상기 처리 챔버에 탈부착 가능한 UV 모듈을 포함하는 증착 장치를 통해 원자층을 증착하는 방법에 있어서,
    상기 결합홈을 통해 상기 UV 모듈을 상기 처리 챔버에 부착하는 단계;
    상기 증착 샘플 상에 원자층을 증착하는 단계;
    상기 UV 모듈을 통해 상기 증착 샘플 상에 자외선을 조사하는 단계; 및
    상기 처리 챔버로부터 상기 UV 모듈을 탈착하는 단계
    를 포함하는 것인, 증착 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 UV 모듈은,
    UV 하우징; 및 상기 결합홈에 대응하도록 상기 UV 하우징의 하부에 형성되는 모듈홀을 포함하고,
    상기 UV 모듈을 상기 처리 챔버에 부착하는 단계는,
    상기 모듈홀을 상기 처리 챔버의 결합홈에 결합하여 상기 처리 챔버에 부착하는 것인, 증착 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 처리 챔버로부터 상기 UV 모듈을 탈착하는 단계는,
    상기 모듈홀을 상기 처리 챔버의 결합홈으로부터 해제하여 상기 처리 챔버로부터 탈착하는 것인, 증착 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 UV 모듈은,
    상기 UV 하우징 내부에 설치되는 UV 램프 모듈을 더 포함하고,
    상기 자외선을 조사하는 단계는,
    상기 UV 램프 모듈의 자외선을 상기 모듈홀을 통해 상기 증착 샘플을 향하여 조사하는 것인, 증착 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 자외선을 조사하는 단계는,
    상기 UV 램프 모듈의 자외선을 통해 상기 증착 샘플 상에 원자층을 증착하는 반응을 활성화시키는 단계
    를 포함하는 것인, 증착 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 자외선을 조사하는 단계는,
    상기 UV 램프 모듈의 자외선을 통해 상기 증착 샘플 상의 잔여 반응물을 제거하는 단계
    를 더 포함하는 것인, 증착 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 UV 모듈은,
    상기 UV 하우징 외부의 일측면에 설치되는 공압 실린더; 및 상기 공압 실린더의 일측면에 부착되는 가림막을 더 포함하고,
    상기 자외선을 조사하는 단계는,
    상기 증착 샘플을 향하여 자외선을 조사하지 않는 경우, 상기 공압 실린더를 통해 상기 가림막으로 상기 모듈홀의 적어도 일부 영역을 가리는 단계
    를 포함하는 것인, 증착 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 자외선을 조사하는 단계는,
    상기 공압 실린더를 상기 처리 챔버의 공압 모듈과 연결하는 단계
    를 더 포함하는 것인, 증착 방법.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 UV 모듈은 쿨링팬을 더 포함하고,
    상기 쿨링팬을 통해 상기 UV 램프 모듈의 온도를 조절하는 단계
    를 더 포함하는 것인, 증착 방법.
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