KR100521698B1 - 시간 분할 폴리머 박막 증착 장치 및 방법 - Google Patents

시간 분할 폴리머 박막 증착 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

시간 분할 폴리머(polymer) 박막 증착 장치 및 방법을 제시한다. 본 발명의 일 관점에 따른 증착 장비는, 반응 챔버, 기판 지지부, 기판 온도 조절부, 및 폴리머 박막 증착에 참여할 증착 소스 기상 및 폴리머화를 위한 활성화제 기상을 교번적으로 기판 상에 공급하는 샤워 헤드(shower head)를 포함하여 구성되고, 또한, 샤워 헤드로 제공될 증착 소스 기상을 위한 증착 소스를 담는 증착 소스통, 활성화제 소스를 담는 활성화제 소스통, 증착 소스통 및 활성화제 소스통을 가열하는 가열부, 및 증착 소스의 기상 및 활성화제 기상이 시간 분할에 따라 선택적으로 상호 독립적으로 샤워 헤드로 이송되도록 허용하는 이송로를 포함하여 구성된다.

Description

시간 분할 폴리머 박막 증착 장치 및 방법{Apparatus and method for forming polymer thin film with cyclic deposition}
본 발명은 박막 증착에 관한 것으로, 특히, 폴리머(polymer) 반도체 소자 또는/및 폴리머 발광 소자에 채용되는 폴리머 박막을 시간 분할 증착(cyclic deposition) 방법으로 대면적으로 균일하게 저압에서 형성하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
폴리머(polymer) 박막은 폴리머 반도체 소자나 또는 폴리머 발광 소자를 구현하는 데 채용되고 있다. 이러한 폴리머 박막을 형성하는 데 대표적으로 사용되는 방법은, 진공 증착 장치를 이용하지 않는 스핀 코팅(spin coating) 방식, 잉크젯(ink-jet) 방식과 폴리머 화학 기상 증착 장치를 이용한 진공 증착법 등이 있다. 이들 가운데, 폴리머 화학 기상 증착과 같은 진공 증착법이 폴리머 반도체 소자나 폴리머 발광 소자를 위한 폴리머 박막을 형성하는 데 유용하다.
폴리머 화학 기상 증착법은 기존의 화학 기상 증착법과 유사한 개념으로 이해될 수 있으나, 증착의 원료가 되는 소스(source)통과 증착이 이루어지는 증착 챔버(chamber) 사이에, 증착 원료의 열분해를 일으키기 위한 열분해 챔버가 도입되는 것이 특이한 차이점이다. 폴리머 화학 기상 증착법을 이용한 폴리머 박막 형성을 위한 장치는 개략적인 구성은 다음의 도 1에 제시된 바와 같이 설명될 수 있다.
도 1은 종래의 폴리머 박막 증착 장치를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 증착 공정이 수행되고 진공이 형성되는 공정 챔버(10)에 진공 펌프(vacuum pump:50)가 연결된다. 연결된 진공 펌프(50)를 이용하여 진공 챔버(10) 내의 일정한 진공을 유지한 후, 폴리머 박막 재료의 원료(41)가 되는 소스통(40)으로부터 폴리머 박막 재료인 물질을 증발시킨다.
폴리머 박막 재료를 담은 소스통(40)은 주로 원통 형상 또는 사각 형상의 통으로 구성될 수 있는 데, 그 안에 증착시킬 폴리머 재료를 담게 된다. 소스통(40)으로 사용되는 용기는 주로 서스(SUS)와 같은 스테인리스 스틸(stainless steel) 등으로 구성된다.
소스통(40)을 이루는 용기 주변에는 일정한 모양으로 가열 히터(heater:도시되지 않음)가 감겨 있어, 일정량의 전력을 가해주면 용기 주변의 온도가 상승함과 동시에 용기 또한 가열되어, 일정한 온도가 되면 일정 양의 증기압 만큼 폴리머 박막 재료의 기상으로 증발되기 시작한다. 소스통(40) 용기의 온도는 용기에 설치된 열전대(thermocouple: 도시되지 않음)에 의하여 측정될 수 있는 데, 이를 이용하여 소스통(40)의 온도를 일정하게 온도 조절하면, 폴리머 박막 재료의 원하는 증발 속도를 얻을 수 있다.
증발된 폴리머 재료의 기상, 즉, 소스 물질의 기상은 열분해 챔버(30)로 이동되어, 열분해 챔버(30) 내에서 고온으로 열분해되어, 증착에 원하는 기상 물질로 분해된다. 이러한 열분해된 기상 소스 물질은 주로 모노머(monomer) 상이게 된다. 이후에, 열분해된 기상의 소스 물질은 증착 챔버로 이동되어, 미리 냉각되어 있는 기판(20) 상에 응축되며, 모노머의 폴리머화(polymerization)가 시작되면서, 기판(20) 위에서 고상화 되어, 얇은 박막으로 형성된다. 이와 같은 증착 과정에 의해서, 폴리머 박막이 기판(20) 상에 형성되게 된다.
일반적으로, 폴리머 화학 기상 증착법은 소스 물질의 열분해를 위한 열분해 챔버(30)가 도입되고 있어, 증착 효율이 상대적으로 낮고, 또한, 많은 양이 열분해되면서 증착 속도의 제어가 매우 어렵다. 또한 증착이 이루어지는 증착 챔버(10)에서 증착이 기판(20) 뿐만 아니라 챔버(10) 내벽 전체에서도 발생된다. 이에 따라, 증착 공정을 수행한 후에는 이러한 챔버(10) 내벽에 증착된 원하지 않는 막질을 제거하기 위해, 증착 챔버(10)를 대기 중에서 열어야만 한다. 이는 양산성 저하 및 고품질 박막을 얻는데 장애 요인으로 인식되고 있다.
이러한 종래의 폴리머 화학 기상 증착법 기술에서는 폴리머 박막을 이용한 폴리머 소자를 응용한 제품 제조 시, 위에 열거된 여러 문제점으로 인하여 고품질의 소자를 저가에 양산하기는 어렵다. 따라서, 폴리머 화학 기상 증착법은 고품질의 폴리머 박막 형성 및 양산성에 문제점을 가지고 있어, 이를 상용화하기에는 아직 많은 기술적인 부분에서 미흡함이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 폴리머 박막의 두께를 정밀하게 조절할 수 있어 고품질의 폴리머 박막을 제조하여 상용화할 수 있는 폴리머 박막 증착 장치를 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 일 관점에 따른, 폴리머 박막 증착 장비는, 증착부와 소스부를 포함하여 구성된다.
상기 증착부는 폴리머 박막 증착 반응이 수행될 반응 챔버, 상기 반응 챔버 내에 설치되어 상기 폴리머 박막이 증착될 기판을 지지하는 기판 지지부, 상기 기판 지지부에 설치되어 상기 기판을 냉각 또는 가열하여 온도를 조절할 온도 조절부, 및 상기 폴리머 박막 증착에 참여할 증착 소스 기상 및 상기 증착 소스를 폴리머화하기 위한 활성화제 기상을 교번적으로 상기 기판 상에 공급하는 샤워 헤드(shower head)를 포함하여 구성된다.
상기 소스부는 상기 샤워 헤드로 제공될 상기 증착 소스 기상을 위한 증착 소스를 담는 증착 소스통, 상기 샤워 헤드로 제공될 상기 활성화제 기상을 활성화제 소스를 담는 활성화제 소스통, 상기 증착 소스통에서 상기 증착 소스 기상이 발생되고 상기 활성화제 소스통에서 상기 활성화제 기상이 발생되도록 상기 증착 소스통 및 상기 활성화제 소스통을 가열하는 가열부, 및 상기 발생된 증착 소스의 기상 및 상기 발생된 활성화제 기상이 시간 분할에 따라 선택적으로 상호 독립적으로 상기 샤워 헤드로 이송되도록 허용하는 이송로를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 샤워 헤드와 상기 기판 지지부 사이에 도입되는 샤워 커튼(shower curtain)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 샤워 커튼은 상기 샤워 헤드의 직경과 상기 기판 지지대의 직경의 비를 변화시키도록 상기 샤워 헤드의 둘레로부터 상기 기판 지지대의 둘레 상까지 드리워지는 것일 수 있다.
상기 가열부는 상기 이송로를 가열하도록 영역이 더 확장된 것일 수 있다.
상기 가열부는 상기 증착 소스통, 상기 활성화제 소스통 및 상기 이송로를 독립적으로 가열하는 것일 수 있다.
상기 반응 챔버에 상기 증착 시에 희석 가스를 공급하는 희석 가스 공급원을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 소스부는 상기 증착 소스의 기상 및 상기 활성화제 기상이 상기 이송로를 따라 이송되도록 상기 증착 소스통 및 상기 활성화제 소스통에 시간 분할에 따라 선택적으로 이송 가스를 제공하는 이송 가스 공급원을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 이송로는 상기 이송 가스 또는 상기 증착 소스의 기상 또는 상기 활성화제 기상이 상기 반응 챔버를 거치지 않고 바이패스(bypass)하는 바이패스 경로를 더 포함하여 구성될 수 있다.,
상기 이송로가 상기 증착 소스의 기상 및 상기 활성화제 기상을 시간 분할에 따라 선택적으로 상호 독립적으로 상기 샤워 헤드로 이송하도록 상기 이송로에 설치되어 상기 시간 분할에 따라 개폐되는 다수의 밸브(valve)들을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 증착 소스통은 상기 폴리머 박막을 구성하는 성분이 다성분일 경우 서로 다른 성분의 폴리머 증착 소스들을 각각 담는 상호간에 병렬 설치되는 다수 개로 도입되는 것일 수 있다.
상기 활성화제 소스통은 상기 폴리머 증착 소스들에 대해 각각 폴리머화 반응을 개시할 수 있는 서로 다른 성분의 활성화제 소스들을 담는 상호간에 병렬 설치되는 다수 개로 도입되는 것일 수 있다.
또한, 상기 폴리머 증착 장비를 사용하는 폴리머 박막 증착 방법은 폴리머 증착 소스 재료를 담은 증착 소스통을 가열하여 증착 소스 기상을 발생시키는 단계와, 상기 증착 소스 기상의 응축을 방지하기 위해 일정 온도로 유지된 이송로를 통해 상기 증착 소스 기상을 반응 챔버 내의 샤워 헤드로 이송하는 단계와, 상기 샤워 헤드를 통해 상기 이송된 증착 소스 기상을 상기 샤워 헤드에 대향된 위치에 도입된 기판 상에 분배하여 상기 증착 소스의 흡착층을 형성하는 단계와, 상기 흡착층을 폴리머화하기 위한 활성화제를 담은 활성화제 소스통을 가열하여 활성화제 기상을 발생시키는 단계와, 상기 활성화제 기상의 응축을 방지하기 위해 일정 온도로 유지된 이송로를 통해 상기 활성화제 기상을 상기 샤워 헤드로 이송하는 단계, 및 상기 샤워 헤드를 통해 상기 이송된 활성화제 기상을 상기 증착 소스의 흡착층 상에 분배하여 상기 흡착층을 폴리머화하여 폴리머 박막을 형성하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 증착 소스의 흡착층을 형성하는 단계 이후와 상기 폴리머화하는 단계 이후에 각각 퍼지(purge) 단계들을 더 수행할 수 있다.
또한, 상기 증착 소스 기상을 반응 챔버 내의 샤워 헤드로 이송하는 단계와 상기 활성화제 기상을 상기 샤워 헤드로 이송하는 단계 및 상기 퍼지 단계들은 0.01초 내지 수 시간까지 정도의 시간 분할에 의해서 순차적으로 수행될 수 있다.
또한, 상기 폴리머 박막을 형성하는 단계 이후에, 제2폴리머 증착 소스 재료를 담은 제2증착 소스통을 가열하여 제2증착 소스 기상을 발생시키는 단계와, 상기 제2증착 소스 기상의 응축을 방지하기 위해 일정 온도로 유지된 이송로를 통해 상기 제2증착 소스 기상을 상기 샤워 헤드로 이송하는 단계와, 상기 샤워 헤드를 통해 상기 이송된 제2증착 소스 기상을 상기 폴리머 박막 상에 분배하여 상기 제2증착 소스의 제2흡착층을 형성하는 단계, 상기 제2흡착층을 폴리머화하기 위한 활성화제를 담은 제2활성화제 소스통을 가열하여 제2활성화제 기상을 발생시키는 단계, 상기 제2활성화제 기상의 응축을 방지하기 위해 일정 온도로 유지된 이송로를 통해 상기 제2활성화제 기상을 상기 샤워 헤드로 이송하는 단계, 및 상기 샤워 헤드를 통해 상기 이송된 제2활성화제 기상을 상기 제2증착 소스의 제2흡착층 상에 분배하여 상기 제2흡착층을 폴리머화하여 제2폴리머 박막을 형성하는 단계를 더 포함하여 수행될 수 있다.
이러한 상기 단계들을 반복 수행되어 증착된 폴리머 박막을 원하는 두께로 성장시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 새로운 개념의 시간 분할 폴리머 박막 증착 장치를 제공할 수 있다. 이러한 증착 장비에서 증착 과정 중에 시간 분할로 증착을 반복함으로써, 최종 폴리머 박막의 두께를 정밀하게 조절할 수 있다. 이에 따라, 고품질의 폴리머 박막을 제조하여 상용화할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에 상술하는 실시예들로 인해 한정되는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 기술적 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명의 실시예에서는 새로운 개념의 시간 분할 폴리머 박막 증착 장치를 설계하는 바를 제시한다. 상기 폴리머 박막 증착 장치는, 폴리머 박막 증착이 이루어지는 공정 반응 챔버와 반응 챔버 내의 일정한 진공도 유지하기 위한 수단으로 진공 펌프를 포함하여 구성된다. 또한, 증착될 폴리머 재료, 예컨대, 모노머가 들어있는 증착 소스통, 폴리머 재료가 기판에 흡착되어진 모노머 상태를 폴리머로 활성화 시켜줄 수 있는 열개시제가 들어있는 촉매 소스통을 또한 상기 장치는 구비한다.
그리고, 소스통들에서 반응 챔버까지 이송되는 기상들을 일정한 온도로 가열하는 가열 히터를 구비하는 이송관을 또한 상기 장치는 구비한다. 그리고, 상기 장치는 반응 챔버 내에, 일정한 온도로 유지되며 이송되는 유기물 재료들, 즉, 폴리머 박막을 성장시킬 기상의 소스 물질, 예컨대, 모노머 기상을 기판 상에 균일하게 분배시키는 역할을 하는 샤워 헤드(shower head) 및 기판의 온도를 일정하게 유지하고, 회전 또는 상, 하 운동이 가능하게 할 수 있는 기판 지지부를 또한 구비한다.
또한, 상기 장치는 반응 챔버에 유입되는 가스와 기상의 폴리머 재료들, 기상의 열개시제 등의 양과 속도를 조절할 수 있는 유량 제어부, 및 반응 챔버로 유입되는 가스와 폴리머 재료들, 열개시제를 시분할할 수 있도록 조절할 수 있는 밸브부 등을 포함하여 구성된다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예에 따른 폴리머 박막 증착 장치 및 증착 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 폴리머 박막 증착 장치는, 폴리머 박막의 증착 과정이 수행되는 반응 챔버(process chamber:100)를 구비한다. 반응 챔버(100)에 어떤 일정한 수준의 진공을 형성하고 유지하기 위한 진공 펌프(200)가 연결된다. 진공 펌프(200)는 일반적인 로터리 펌프(rotary pump)로 0.001 내지 100 Torr 정도의 압력을 제공한다. 또한, 이러한 진공 펌프(200)는 반응 챔버(100)의 기본 진공도를 향상시키기 위해서 터보 펌프(turbo pump)를 더 포함할 수 있다.
진공 펌프(200)와 반응 챔버(100) 사이는 배관으로 이루어진 진공 배출로(201)가 연결되고, 진공 배출로(201) 사이에는 트랩(trap:203)이 설치될 수 있다. 트랩(203)은 폴리머 박막을 형성하고 남은 어떤 성분의 부산물, 예컨대, 진공 펌프(200)로 터보 펌프(turbo pump)를 이용할 경우, 터보 펌프의 성능에 부정적인 영향을 미치는 반응 부산물, 예컨대, 수증기 등을 선택적으로 제거하기 위해 콜드 트랩(cold trap) 형태로 도입된다. 즉, 폴리머 박막을 형성하지 않고 남은 부산물들은 트랩(203)에서 응축되어 진공 펌프(200)의 열화를 막아준다. 기본적으로, 트랩(203) 내에는, 이러한 응축을 위해, 액체 질소 또는 천연 오일(oil) 또는 불화 카본 오일(fluorocarbon oil) 등으로 채워진다.
이러한 트랩(203)의 후단에는 쓰로틀 밸브(throttle valve:205)가 설치된다. 쓰로틀 밸브(205)는 반응 챔버(100)와 진공 배출로(201) 사이의 체결 부위 인근의 진공 배출로(201) 부위에 위치하고 있다. 쓰로틀 밸브(205)는 반응 챔버(100)내의 압력을 일정하게 조절해 주는 역할을 한다.
한편, 바이패스(bypass)를 수행할 경우에 반응 챔버(100)와 바이패스를 위한 경로 사이를 스위칭(switching)하기 위한 밸브, 즉, 반응 챔버용 퀵 스위칭 밸브(quick switching valve for process chamber:208)가 더 설치될 수 있다. 이러한 반응 챔버용 퀵 스위칭 밸브(208)는 반응 가스 또는 기상들이 반응 챔버(100)를 거치지 않고 바이패스하여 직접적으로 진공 배출로(201)로 배출될 때, 반응 챔버(100)로의 바이패스 가스 또는 기상들의 유입을 막아주기 위해서 선택적으로 닫히고, 반응 챔버(100)로부터 진공 배출이 일어날 때 선택적으로 열리게 작동한다. 이러한 반응 챔버용 퀵 스위칭 밸브(208)의 작동은 폴리머 박막 증착 과정이 시간 분할 방식으로 이루어짐에 따라 시간에 따라 제어된다.
진공 펌프(200)의 작동으로 진공계가 형성될 반응 챔버(100)에 반응 물질의 기상들, 예컨대, 폴리머 형성을 위한 증착 소스 물질의 기상을 제공하기 위해서, 증착 소스통(310)이 설치된다. 증착 소스통(310)은 폴리머 박막이 다수의 폴리머 증착 재료들, 예컨대, 모노머들을 요구할 경우, 즉, 다수의 모노머들의 폴리머화에 의해서 형성될 경우에는, 폴러머 증착 재료들의 수에 따라 다수 개가 설치될 수도 있다.
증착 소스통(310)은 증착 소스 기상 이송로(640)를 통해서 반응 챔버(100)에 연결된다. 증착 소스통(310)이 다수 개 요구될 경우 이러한 증착 소스 기상 이송로(640) 또한 이러한 증착 소스통(310)의 수에 따라 다수 개 설치될 수 있다. 이때, 이러한 다수의 증착 소스통(310)들이 교번적으로 반응 챔버(100)에 다른 종류의 폴리머 증착 재료 또는 소스의 기상들을 제공할 수 있도록, 증착 소스 기상 이송로(640) 또한 가지친 형상(branch type)으로 반응 챔버(100)에 취합되게 병렬로 다수 개 설치된다.
또한, 이러한 가지친 부분이 취합되는 부분 앞단에 반응 챔버(100)로 선택적으로 상기 증착 소스의 기상들이 공급되게 하도록, 또는 시간 분할에 의해서 상기 선택된 증착 소스의 기상이 미리 정해진 일정 시간 동안만 선택적으로 반응 챔버(100)로 제공되도록 하기 위해서, 스위칭 밸브, 예컨대, 증착 소스의 반응 챔버로의 공급을 위한 퀵 스위칭 밸브(deposition source process chamber in quick switching valve:641)가 개개의 증착 소스 기상 이송로(640) 가운데 설치될 수 있다.
이와 같은 구성에 의해서, 폴리머 박막을 형성하기 위한 폴리머 증착 재료가 들어있는 증착 소스통(310)에서 발생된 폴리머 증착 재료의 기상이 이송 가스와 함께 증착 소스 기상 이송로(640)를 통해 반응 챔버(100)로 들어오게 된다.
이러한 이송 가스를 증착 소스통(310)에 제공하기 위해서, 증착 소스통(310)에는 이송 가스 공급원(410)이 이송 가스 이송로(610, 620)를 통해 연결된다. 이때, 이송 가스의 사용이 여러 요소에서 요구될 경우, 이송 가스 이송로(610, 620)는 이송 가스 공급원(410)에 직접 연결되는 이송 가스 주이송로(610)와 이에 가지친 형태로 연결된 이송 가스 제1부이송로(620)와 같은 형태로 구성될 수 있다. 이때, 증착 소스통(310)이 다수 개 설치될 때는 이송 가스 제1부이송로(620)가 다수 개 이송 가스 주이송로(610)이 병렬로 연결되게 설치될 수 있고, 각각의 이송 가스 제1부이송로(620)의 앞단에는 이송 가스의 선택적 공급을 위한 분배용 밸브들, 예컨대, 이송 가스 분배용 퀵 스위칭 밸브(421)들이 각각 설치될 수 있다.
그리고, 증착 소스통(310)에 이송 가스 공급을 정밀하게 또한 균일하게 하기 위해서, 이송 가스 이송로(610, 620) 중간에는 여러 밸브 또는 유량계가 설치된다. 예를 들어, 이송 가스 공급용 레귤러 밸브(regular valve:411)가 이송 가스 공급원(410)의 앞단에 설치되고, 레귤러 밸브(411) 후단에는 제1유량 조절계(420)가 개개의 이송 가스 제1부이송로(620)의 중간에 설치되어 이송 가스 흐름의 유량을 정밀하게 제어하게 된다.
이송 가스로는 불활성 기체인 질소, 헬륨, 아르곤, 크립톤, 제논, 네온 등이 사용될 수 있다. 이러한 이송 가스는 증착 소스통(310)을 거치며 증착 소스통(310)에서 기화된 폴리머 증착 소스의 기상을 부양하여 반응 챔버(100)로 이송하게 된다. 증착 소스통(310)은 증착될 폴리머 증착 재료 또는 소스를 기화하여 폴리머 증착 소스 기상을 발생시키고, 이송 가스에 의해 폴리머 증착 소스 기상이 반응 챔버(100)로 이송되도록 허용한다.
한편, 폴리머화를 위해서는 폴리머 증착 소스뿐만 아니라 폴리머화를 개시할 수 있는 활성화제 소스, 예컨대, 열개시제 등이 반응 챔버(100)에 순차적으로 공급되어야 한다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 폴리머 박막 증착 장비는 증착 소스통(310)에 병렬되게 설치된 폴리머화를 위한 활성제인 폴리머화 개시제, 예컨대, 열개시제를 담는 소스통, 즉, 활성화제 소스통(320)을 포함하여 구성된다. 활성화제 소스통(320)은 열개시제와 같은 폴리머화를 위한 활성화제를 담는 소스통으로서 도입된다. 이러한 활성화제 소스통(320)은 폴리머화의 반응에 요구되는 활성화제가 다수일 경우 상호 간에 병렬적으로 다수 개 설치될 수 있다.
이러한 활성화제를 반응 챔버(100)에 기상으로 공급하기 위해서, 활성화제 소스통(320)과 반응 챔버(100)는 활성화제 기상 이송로(650)가 설치된다. 이러한 활성화제 기상 이송로(650)는 반응 챔버(100)에 인근하는 부분에서 증착 소스 기상 이송로(640)에 취합 연결된다. 따라서, 활성화제 기상이 증착 소스 기상 이송로(640)를 통해 공급되는 폴리머 증착 소스 기상과 구분되게 반응 챔버(100)에 공급되기 위해서, 활성화제 기상 이송로(650)의 중간에 스위칭 밸브, 예컨대, 활성화제의 반응 챔버로의 공급을 위한 퀵 스위칭 밸브(651)가 설치되고, 또한, 폴리머 증착 소스 기상의 선택적 공급을 위해 증착 소스 기상 이송로(640) 중간에 앞서 설명한 바와 같이 퀵 스위칭 밸브(641)가 설치된다.
이러한 퀵 스위칭 밸브들(641, 651)의 순차적 또는 시간 분할에 따른 작동에 의해서, 증착 소스의 기상과 활성화제의 기상이 시간 분할에 따라 또는 순차적으로 반응 챔버(100)로 제공될 수 있다.
이러한 활성화제 기상을 반응 챔버(100)로 이송하기 위해서 이송 가스 이송로(610, 630)가 이송 가스 공급원(410)과 활성화제 소스통(320) 사이에 설치된다. 이러한 이송 가스는 폴리머 증착 소스의 기상의 이송을 위한 앞서 설명한 이송 가스를 마찬가지로 이용할 수 있다. 이를 위해서, 이송 가스 공급원(410)에 직접 연결되는 이송 가스 주이송로(610)에, 활성화제 소스통(320)으로의 경로를 형성하기 위한 이송 가스 제2부이송로(630)가 연결될 수 있다. 이때, 이송 가스가 이송 가스 제1부이송로(620)에 대해 선택적으로 이송 가스 제2부이송로(630)로 유입되기 위해서 이송 가스 제1부이송로(620)의 앞단에는 이송 가스 분배용 퀵 스위칭 밸브(421)가 설치되고, 또한, 이송 가스 제2부이송로(630)의 앞단에도 마찬가지로 이송 가스 분배용 퀵 스위칭 밸브(431)가 설치될 수 있다.
그리고, 활성화제 소스통(320)에 이송 가스 공급을 정밀하게 또한 균일하게 하기 위해서, 이송 가스 공급용 레귤러 밸브(regular valve:411)가 이송 가스 공급원(410)의 앞단에 설치되고, 레귤러 밸브(411) 후단에는 제2유량 조절계(430)가 이송 가스 제2부이송로(630)의 중간에 설치되어 이송 가스 흐름의 유량을 정밀하게 제어하게 된다.
한편, 증착 소스통(310) 또는/및 활성화제 소스통(320)은 서스(SUS)와 같은 스테인리스 스틸(stainless steel) 또는 석영으로 이루어진다.
이러한 증착 소스통(310)의 주위에는 증착 소스통(310)에 투입된 폴리머 증착 소스를 기화시키기 위해 증착 소스통(310)을 가열하는 히팅 블록(heating block) 형태의 가열부(500)가 구비된다. 이러한 가열부(500)는 도 2에 도시된 바와 같이 증착 소스통(310)뿐만 아니라, 활성화제 소스통(320)의 주위 및 증착 소스 기상 또는/및 활성화제 기상 이송로들(640, 450)을 가열하도록 연장될 수 있다. 예를 들어, 이러한 가열부(500)는 증착 소스통(310) 주위의 제1가열부(510)와, 활성화제 소스통(320) 주위의 제2가열부(520), 이송로들(640, 650) 주위의 제3가열부(530)들로 구성될 수 있다. 이러한 제1, 제2 및 제3가열부들(510, 520,530)은 서로 독립적으로 제어되거나 또는 연동적으로 제어될 수 있다.
특히, 이송로들(640, 650)을 가열하는 제3가열부(530)는 증착 소스통(310)으로부터 이송되는 증착 소스 기상이 이송로(640) 중에 응축되거나 또는 이송되는 활성화제 소스가 이송로(650) 중에 응축되는 것을 방지하기 위해서, 이송로들(640, 650) 및 이에 설치된 밸브들을 감싸도록 설치될 수 있다.
한편, 증착 소스통(310) 또는 활성화제 소스통(320)에 연결되는 이송 가스 이송로들(620, 630)은 소스통들(310, 320) 내로 연장된 끝단부에 한 개 이상의 다수의 홀(hole)을 구비할 수 있다. 이러한 홀들을 통해 이송 가스가 소스통들(310, 320) 내로 인입된다. 그리고, 기상 이송로들(640, 650)은 소스통들(310, 320) 내로 연장된 끝단부에 한 개 이상의 다수의 홀들을 또한 구비할 수 있다. 이러한 홀들을 통해 기상의 증착 소스 또는 기상의 활성화제들이 이송 가스에 의해서 이송로들(640, 650)로 균일하게 그 유량이 제어되며 유입될 수 있다. 이러한 홀들의 형태는 원형, 정사각형 또는 다각형의 형태를 가질 수 있다. 이러한 홀들은 대략 1㎜ 내지 10㎜ 정도의 크기를 가질 수 있다.
한편, 반응 챔버(100)에 폴리머 박막 증착을 수행하기 위해, 증착 소스통(310)에 이송 가스를 흘려 폴리머 증착 소스 기상을 반응 챔버(100)로 이송하기 전이나, 또는, 활성화제 기상을 이송하기 이전에, 바이패스 단계를 먼저 수행하게 된다. 이러한 바이 패스는 활성화제 기상이나 폴리머 증착 소스 기상의 바이 패스일 수도 있고, 또한, 이송 가스의 바이 패스일 수도 있다.
먼저, 증착 소스 기상이나 활성화제 기상의 바이패스를 설명하면, 증착 소스 기상의 바이패스는, 먼저, 증착 소스통(310) 전단에 설치된 증착 소스 아웃 퀵 스위칭 밸브(deposition source out quick switching valve:311)와 증착 소스 인 퀵 스위칭 밸브(deposition source in quick switching valve:313) 및 증착 소스 바이패스 퀵 스위칭 밸브(deposition source bypass quick switching valve:681)를 열어 이를 통해 증착 소스 기상을 바이패스한다. 이를 위해서 증착 소스 기상 이송로(640)와 진공 배출로(201) 사이를 직접 연결하는 제1바이패스로(bypass path:680)가 배관으로 설치된다. 증착 소스 바이패스 퀵 스위칭 밸브(681)는 제1바이패스로(680)의 개폐를 제어하기 위해서 제1바이패스로(680)의 중간에 설치된다.
바이패스를 한 연후에 증착 소스 바이패스 퀵 스위칭 밸브(681)를 닫고, 증착 소스 반응 챔버 인 퀵 스위칭 밸브(deposition source process chamber in quick switching valve:641)를 열어서 증착 소스 기상 이송로(640)를 통해 반응 챔버(100)로 이송 가스에 섞인 폴리머 증착 소스 기상을 제공하게 된다. 이때, 제1유량 조절계(420) 이후 의 모든 가스 이송로 라인(line)들과 증착 소스 챔버(310)는 히팅 블록 형태의 가열부(500)에 의해 독립적으로 가열될 수 있어, 이송 중의 응축의 발생이 방지될 수 있다. 이때 가열부(500)는 이송로 및 밸브류들을 대략 상온에서 500℃ 정도까지 승온되도록 가열한다.
활성화제 기상의 바이패스를 설명하면, 먼저, 활성화제 소스통(320) 전단에 설치된 활성화제 소스 아웃 퀵 스위칭 밸브(321)와 활성화제 소스 인 퀵 스위칭 밸브(323) 및 활성화제 소스 바이패스 퀵 스위칭 밸브(691)를 열어 이를 통해 활성화제 소스 기상을 바이패스한다. 이를 위해서 활성화제 소스 기상 이송로(650)와 진공 배출로(201) 사이를 직접 연결하는 제2바이패스로(690)가 배관으로 마찬가지로 설치된다. 활성화제 소스 바이패스 퀵 스위칭 밸브(691)는 제2바이패스로(690)의 개폐를 제어하기 위해서 제2바이패스로(690)의 중간에 설치된다.
바이패스를 한 연후에 활성화제 소스 바이패스 퀵 스위칭 밸브(691)를 닫고, 활성화제 소스 반응 챔버 인 퀵 스위칭 밸브(651)를 열어서 활성화제 소스 기상 이송로(650)를 통해 반응 챔버(100)로 이송 가스에 섞인 활성화제, 즉, 열개시제 기상을 제공하게 된다. 이때, 제2유량 조절계(430) 이후 의 모든 가스 이송로 라인들과 활성화제 소스통 (320)는 히팅 블록 형태의 가열부(500)에 의해 독립적 또는 연동적으로 가열될 수 있어, 이송 중의 응축의 발생이 방지될 수 있다. 이때 가열부(500)는 이송로 및 밸브류들을 대략 상온에서 500℃ 정도까지 승온되도록 가열할 수 있다.
한편, 도 2를 다시 참조하면, 폴리머 증착 소스 기상이 반응 챔버(100)에 제공될 때, 희석 가스가 함께 제공되도록 증착 장치를 구성할 수 있다. 즉, 희석 가스를 제공하기 위한 희석 가스 공급원(450)이 희석 가스 이송로(670) 및 이에 연결된 이송로(640) 등을 통해 반응 챔버(100)에 연결된다. 반응 챔버(100)에 희석 가스 공급을 정밀하게 또한 균일하게 하기 위해서, 희석 가스 이송로(670)의 중간에는 희석 가스 공급용 레귤러 밸브(regular valve:451)가 설치되고, 레귤러 밸브(451) 후단에는 희석 가스용 유량 조절계(453)가 설치되어 희석 가스 흐름의 유량을 정밀하게 제어하게 된다. 유량 조절계(453)의 후단에는 희석 가스 라인의 소스 챔버 가스 인 퀵 스위칭 밸브(671)가 설치되어 그 개폐에 의해서 희석 가스의 공급 차단을 제어하고, 유량 조절계(453)의 전단에는 개폐를 위한 퀵 스위칭 밸브(673)가 설치된다.
희석 가스는 반응 챔버(100)의 전체 압력을 조절하기 위해 도입되며, 이송로(640, 650)를 통해 반응 챔버(100)로 증착 소스 기상 또는 활성화제 기상이 들어와서 폴리머 박막을 형성할 때, 이러한 폴리머 박막의 증착 또는 형성이 저압에서 수행되도록 허용하기 위해서 공급된다. 이러한 희석 가스로 불활성 기체인 질소, 헬륨, 아르곤, 크립톤, 제논, 네온 등을 들 수 있고, 반응성 기체인 암모니아 또는 메탄올, 그리고, 폴리머 물질 또는 유기물과 거의 반응하지 않은 가스인 수소 등을 사용할 수 있다.
결론적으로, 폴리머 증착 과정이 수행될 때, 희석 가스 라인의 퀵 스위칭 밸브(671)를 열어서 반응 챔버(100) 내의 전체적인 압력을 조절한다.
반응 챔버(100) 내로 연장된 기상 이송로(640, 650)는 반응 챔버(100) 전단에서 취합되어 반응 챔버(100) 내부 상측에 설치되는 샤워헤드(110)에 연결된다. 이에 따라, 샤워헤드(110)로 반응 가스, 예컨대, 유기물 소스 기상을 제공한다.
샤워헤드(110)는 샤워 헤드(110)에 대향되게 챔버(100) 내부 하측에 설치되는 기판 지지부(130) 상에 올려지는 기판(도시되지 않음) 상에 시간 분할에 따라 순차적으로 유입되는 폴리머 증착 소스 기상 또는/및 활성화제 기상을 분배하여 기판 상에 폴리머 박막을 성장 및 증착시키게 된다. 기판 지지부(130)는 반응 챔버(100) 내부로 진입한 웨이퍼 또는 기판을 지지하여 기판 지지부(130)로 안착시키는 리프트 핀(lift pin:135)을 구비할 수 있다.
이때, 기판은 금속, 반도체, 절연체, 플라스틱(plastic) 등의 재질로 형성된 것일 수 있고, 또한, 그 형상은 원형, 정사각형, 직사각형 등의 어떤 모양으로도 가능하다. 특히, 플라스틱 기판의 경우 롤-투-롤(roll to roll) 형태로 변형된 것일 수 있다. . 이러한 기판의 형태의 자유도가 높아지는 것은 샤워 헤드 등을 도입함으로써, 균일하게 반응 가스, 예컨대, 증착 소스 기상을 대면적의 기판 상에 분배 제공할 수 있다는 데 주로 기인한다.
리프트 핀(135)은 기판 지지부(130)를 지지하는 지지축(160) 내에 구비될 수 있는 핀 실린더(pin cylinder: 도시되지 않음)에 의해서 상승 및 하강 동작을 하여 기판이 기판 지지부(130) 상에 안착되도록 유도한다. 또한, 샤워헤드(110)와 기판 간의 거리를 조절하는 역할도 할 수 있다. 이러한 지지축(160)은 기판 지지부(130)를 회전시키거나 상승 또는 하강시키는 구동력을 제공하도록 챔버(100) 외부에 모터(motor) 등에 연결되도록 구성될 수 있다.
샤워헤드(110)는 상세히 도시되지는 않았으나, 그 내부에 상기 반응 가스 등이 공급될 내부 공간을 구비하는 다수의 판들로 형성되며, 상기 기판 지지부(130)에 대향되는 최하층 판에는 다수의 분사구(도시되지 않음)들이 구비되어 반응 가스를 면적당 균일하게 분배하게 된다.
이때, 샤워헤드(110)는 스테인리스 스틸이나 석영 등으로 제작될 수 있으며, 그 형상은 원형 또는 사각형 등일 수 있다. 또한, 상기 샤워헤드(110)를 구성하는 판들을 1 개 내지 5개의 판으로 구성될 수 있으며, 판들 사이의 공간과 상기 판들에 형성된 관통 통로에 의해서 상기 반응 가스, 즉, 폴리머 증착 소스 기상 또는 활성화제 기상 등은 최하층 판에 구비된 다수의 분사구들에 균일하게 배분되게 된다.
이때, 샤워헤드(110)의 기상을 분사하는 분사구들은 대략 0.01㎜ 내지 50㎜ 정도의 크기로 형성될 수 있다. 더욱이, 샤워헤드(110)는 도시되지는 않았으나 샤워헤드 가열부를 구비하여 샤워헤드(110)를 지나는 폴리머 증착 소스 기상 또는/및 활성화제 기상이 응축되지 않도록 샤워헤드(100)의 온도를 일정 온도 이상으로 유지시킬 수 있는 것이 바람직하다.
샤워헤드(110)는 반응 기상들, 폴리머 증착 소스 기상 또는 활성화제 기상을 기판 지지부(130) 상에 올려질 기판에 균일하게 분배하며 제공하므로, 폴리머 증착 소스 기상의 흡착 및 활성화제 기상의 제공에 의한 폴리머화 반응으로 성장 및 증착되는 폴리머 박막의 두께 균일성을 크게 제고할 수 있다. 이러한 샤워헤드(110)는 원형 또는 정사각형 형태의 평면 형상을 가져 폴리머 증착 소스 기상, 활성화제 기상과 희석 가스 등을 균일하게 기판 상으로 공급하게 된다.
한편, 기판 지지부(130)의 하부에는 기판 지지부(130)의 온도를 조절하는 기판 온도 조절부(150)가 설치될 수 있다. 온도 조절부(150)는 구체적으로 도시하지 않았으나 냉각 라인(cooling line)들과 기판 가열부 등을 구비하여, 기판 지지부(130)를 가열 또는/및 냉각함으로써, 기판의 온도를 조절하여 기판 상에 폴리머 증착 소스 기상이 균일하게 흡착, 폴리머화 반응 등이 수행되도록 허용하여, 폴리머 박막이 증착되도록 허용한다.
또한, 기판 지지부(130)와 샤워헤드(110)의 사이의 기판 지지부(130)의 둘레 상측 부위에 샤워 커튼(shower curtain:120)이 도입될 수 있다. 샤워 커튼(120)은 탈 부착이 가능하여 샤워 헤드(110)와 기판 지지부(130)의 직경의 비에 변화를 줄 수 있도록 허용한다.
한편, 반응 챔버(100)에서 폴리머 박막 형성이 끝난 후에는 각 증착 소스통(310) 또는/및 활성화제 소스통(320)과 반응 챔버(100)간의 배관들, 예컨대, 증착 소스 기상 이송로(640) 또는 활성화제 기상 이송로(650) 등을 세정(cleaning)하기 위해서, 증착 소스 아웃 퀵 스위칭 밸브(311) 또는 활성화제 소스 아웃 퀵 스위칭 밸브(321), 증착 소스 또는 활성화제 소스 인 퀵 스위칭 밸브(313 또는 323), 증착 소스 또는 활성화제 소스 바이패스 퀵 스위칭 밸브(681 또는 691)를 닫고, 증착 소스 또는 활성화제 퍼지 퀵 스위칭 밸브(315 또는 325)와 반응 챔버 인 퀵 스위칭 밸브들(641 또는 651)을 열어 적절한 양의 불활성 기체, 즉, 이송 가스를 반응 챔버(100)쪽으로 이송시켜, 이송 라인들과 반응 챔버에 잔류하는 모든 부산물들을 반응 챔버(100) 밖으로 내보낸다.
이를 위해, 증착 소스통(310) 및 활성화제 소스통(320)을 각각 우회하는 퍼지 가스 이송로(625, 635)를 이송 가스 이송로들(620, 630)과 기상 이송로들(640, 650)을 직접 연결하는 별도의 바이패스 경로를 설치한다.
한편, 단일 성분의 폴리머 박막의 전처리 및 다성분계 폴리머 박막을 증착할 경우 1개 이상의 다수의 증착 소스통(310) 및 1개 이상의 다수의 활성화제 소스통(320)을 병렬적으로 더 설치하여, 증착 소스통(310)의 수 또는 활성화제 소스통(320)의 수를 확장시킬 수 있다. 이러한 확장에 의해서 이송로들 또한 확장될 수 있다. 또한, 정확한 박막의 두께 및 전처리의 양 또는 도핑(doping) 정도를 조절하기 위해 시간 분할 방법을 이용하여 폴리머 박막을 증착하는 데, 이를 위해서, 이송로들의 중간에 이러한 시간 분할에 따라 개폐를 수행할 밸브들은 대략 0.01 내지 0.05초 정도 까지의 동작 정밀도를 가지고 온-오프(on-off)되는 퀵 스위칭 밸브들을 이용한다.
본 발명의 실시예에서 제시되는 폴리머 박막 증착 장치를 이용하여 시간 분할 방법으로 폴리머 박막을 증착할 경우 그 과정의 일례는 다음과 같이 예시될 수 있다.
도 2를 다시 참조하면, 먼저, 증착 소스 아웃 퀵 스위칭 밸브(311), 증착 소스 인 퀵 스위칭 밸브(313), 폴리머 증착 소스 반응 챔버 인 퀵 스위칭 밸브(641)를 열어 폴리머 증착 소스통(310)을 가동하여 반응 챔버(100)에 도입된 기판 상에 기상의 폴리머 증착 소스, 예컨대, 기상의 모노머를 공급하여 흡착하는 과정을 수행한다. 이때, 흡착 특성에 의해서 모노머는 실질적으로 단일층으로 흡착된다. 이러한 흡착 과정을 위해서 온도 조절부(150)는 기판을 냉각시키도록 작동할 수 있다.
두 번째로, 제1소스 퍼지 퀵 스위칭 밸브(315)와 증착 소스 반응 챔버 가스 인 퀵 스위칭 밸브(641)를 열어, 이송 가스만을 반응 챔버(100)로 공급하여 반응 챔버(100) 내를 퍼지하여, 잔류 폴리머 증착 소스 기상 등을 반응 챔버(100) 밖으로 내 보내는 제1퍼지 과정을 수행한다.
이러한 제1퍼지 과정을 수행하는 동안, 활성화제 소스 아웃 퀵 스위칭 밸브(321), 활성화제 소스 인 퀵 스위칭 밸브(323)와 활성화제 소스 바이패스 퀵 스위칭 밸브(691)를 열어서 활성화제 기상을 바로 진공 펌프(200)로 이송하여, 활성화제 기상의 발생 및 흐름이 스테디 스테이트(steady state) 상태를 유지하도록 한다. 이때, 활성화제 소스 반응 챔버 인 퀵 스위칭 밸브(651)는 잠긴 상태로 유지될 수 있다.
세 번째로, 활성화제 소스 아웃 퀵 스위칭 밸브(321), 활성화제 소스 인 퀵 스위칭 밸브(323)와 활성화제 소스 챔버 인 퀵 스위칭 밸브(651)를 열어서 활성화제 기상을 흡착된 폴리머 소스의 흡착층, 즉, 바람직하게 단일층인 모노머층 상에 제공한다. 활성화제 기상은 폴리머화를 개시시키는 열개시제일 수 있으므로, 흡착된 단일층의 모노층이 폴리머화되어 폴리머층이 형성된다.
열개시제는 온도 조절부(150)에 의해 가열된 상태의 흡착층과 반응하여 모노머를 열분해하여 모노머를 활성화시켜 폴리머화를 개시하게 된다. 즉, 온도 조절부(150)는 열개시제의 활성에 요구되는 온도를 흡착된 모노머층에 제공할 수 있다. 이와 같은 폴리머화에 의해서 모노머층은 폴리머층을 전환되게 된다. 이러한 폴리머화 과정에서, 증착 소스 아웃 퀵 스위칭 밸브(311), 증착 소스 인 퀵 스위칭 밸브(313), 증착 소스 반응 챔버 인 퀵 스위칭 밸브(641) 등은 잠긴 상태일 수 있다.
네 번째로, 제2소스 퍼지 퀵 스위칭 밸브(325)와 활성화제 반응 챔버 인 퀵 스위칭 밸브(651)를 열어, 이송 가스인 불활성 가스를 반응 챔버(100) 내로 제공함으로써, 잔류 활성화제 기상 또는 반응 부산물 등을 반응 챔버(100) 밖으로 보내는 제2퍼지 과정을 수행한다. 제2퍼지 과정 동안 증착 소스 아웃 퀵 스위칭 밸브(3115), 증착 소스 인 퀵 스위칭 밸브(313), 증착 소스 바이패스 퀵 스위칭 밸브(681)를 열어서 증착 소스 기상이 바로 진공펌프(200)로 이송되도록 유도하여, 증착 소스 기상의 흐름이 스테디 스테이트 상태를 유지하도록 한다.
이러한 4가지 과정을 반복하면 단일 성분의 폴리머 박막이 증착될 수 있다. 이때, 이러한 시간 분할 증착 과정에 의해서, 증착된 최종 폴리머 박막은 박막의 두께 및 도핑 양이 매우 정밀하게 조절될 수 있다. 이에 따라, 균일한 두께 및 도핑 분포를 가지는 폴리머 박막을 증착할 수 있다.
한편, 이러한 과정은 다성분계 폴리머 박막을 형성하는 데에도 응용될 수 있다. 즉, 제1폴리머 증착 소스에 대해서 상기한 바와 마찬가지로 증착 과정을 수행하여 제1폴리머 박막을 증착하고, 연후, 제2폴리머 증착 소스에 대해서 상기한 바와 마찬가지로 증착 과정을 수행하여 상기 제1폴리머 박막 상에 제2폴리머 박막을 증착하는 과정 등을 수행하여 다성분계 폴리머 박막을 형성할 수도 있다.
한편, 이러한 폴리머 박막을 증착하는 과정에서 전처리 과정이 요구되고, 이러한 전처리 과정이 유기물 소스를 이용하는 과정일 경우, 유기물 소스를 기화시켜 반응 챔버로 제공할 수 있도록 유기물 소스통을 증착 소스통(310)과 마찬가지로 설치하할 수 있다. 또한, 이러한 유기물 소스 기상을 시간 분할에 따라 선택적으로 반응 챔버(100)로 이송하기 위한 이송로 및 퀵 스위칭 밸브들을 더 설치할 수 있다. 더욱이, 필요에 따라, 상기 유기물 소스 기상의 활성화를 위한 활성화제가 별도로 따로 요구될 때, 이를 위한 유기물 활성화제 소스통을 활성화제 소스통(320)과 마찬가지로 또한 설치할 수 있다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 시간 분할 폴리머 박막 증착 방법 및 이에 사용되는 저압 시간 분할 폴리머 박막 증착 장치를 이용하면, 대면적 기판에 폴리머 박막을 정확한 두께로 조절하며 및 균일하게 증착할 수 있으며, 증착 속도 또한 향상시킬 수 있다.
또한, 하나 이상의 성분이 다른 하위 박막들로 구성되는 폴리머 박막을 증착하는 경우, 또는 폴리머 박막에 다른 유기물을 도핑하는 경우 시간 분할 방법을 이용하여 폴리머 박막의 두께 및 조성을 정밀하게 조절할 수 있다.
도 1은 종래의 폴리머 박막 증착 장치를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 시간 분할 폴리머 박막 증착 장치 및 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.

Claims (13)

  1. 폴리머 박막 증착 반응이 수행될 반응 챔버,
    상기 반응 챔버 내에 설치되어 상기 폴리머 박막이 증착될 기판을 지지하는 기판 지지부,
    상기 기판 지지부에 설치되어 상기 기판을 냉각 또는 가열하여 온도를 조절할 온도 조절부, 및
    상기 폴리머 박막 증착에 참여할 증착 소스 기상 및 상기 증착 소스를 폴리머화하기 위한 활성화제 기상을 교번적으로 상기 기판 상에 공급하는 샤워 헤드(shower head)를
    포함하는 증착부; 및
    상기 샤워 헤드로 제공될 상기 증착 소스 기상을 위한 증착 소스를 담는 증착 소스통,
    상기 샤워 헤드로 제공될 상기 활성화제 기상을 활성화제 소스를 담는 활성화제 소스통,
    상기 증착 소스통에서 상기 증착 소스 기상이 발생되고 상기 활성화제 소스통에서 상기 활성화제 기상이 발생되도록 상기 증착 소스통 및 상기 활성화제 소스통을 가열하는 가열부, 및
    상기 발생된 증착 소스의 기상 및 상기 발생된 활성화제 기상이 시간 분할에 따라 선택적으로 상호 독립적으로 상기 샤워 헤드로 이송되도록 허용하고 상기 가열부의 확장에 의해서 가열되는 이송로를 포함하는 소스부를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머 박막 증착 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 샤워 헤드와 상기 기판 지지부 사이에 도입되고 상기 샤워 헤드의 직경과 상기 기판 지지대의 직경의 비를 변화시키도록 상기 샤워 헤드의 둘레로부터 상기 기판 지지대의 둘레 상까지 드리워지는 샤워 커튼(shower curtain)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머 박막 증착 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가열부는 상기 증착 소스통, 상기 활성화제 소스통 및 상기 이송로를 각각 독립적으로 가열하는 것을 특징으로 하는 폴리머 박막 증착 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반응 챔버에 상기 증착 시에 희석 가스를 공급하는 희석 가스 공급원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머 박막 증착 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 증착 소스의 기상 및 상기 활성화제 기상이 상기 이송로를 따라 이송되도록 상기 증착 소스통 및 상기 활성화제 소스통에 시간 분할에 따라 선택적으로 이송 가스를 제공하는 이송 가스 공급원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머 박막 증착 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 이송로는 상기 이송 가스 또는 상기 증착 소스의 기상 또는 상기 활성화제 기상이 상기 반응 챔버를 거치지 않고 바이패스(bypass)하는 바이패스 경로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머 박막 증착 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 이송로가 상기 증착 소스의 기상 및 상기 활성화제 기상을 시간 분할에 따라 선택적으로 상호 독립적으로 상기 샤워 헤드로 이송하도록 상기 이송로에 설치되어 상기 시간 분할에 따라 개폐되는 다수의 밸브(valve)들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머 박막 증착 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 증착 소스통은 상기 폴리머 박막을 구성하는 성분이 다성분일 경우 서로 다른 성분의 폴리머 증착 소스들을 각각 담는 상호간에 병렬 설치되는 다수 개로 도입되는 것을 특징으로 하는 폴리머 박막 증착 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 활성화제 소스통은 상기 폴리머 증착 소스들에 대해 각각 폴리머화 반응을 개시할 수 있는 서로 다른 성분의 활성화제 소스들을 담는 상호간에 병렬 설치되는 다수 개로 도입되는 것을 특징으로 하는 폴리머 박막 증착 장치.
  10. 폴리머 증착 소스 재료를 담은 증착 소스통을 가열하여 증착 소스 기상을 발생시키는 단계;
    상기 증착 소스 기상의 응축을 방지하기 위해 일정 온도로 유지된 이송로를 통해 상기 증착 소스 기상을 반응 챔버 내의 샤워 헤드로 이송하는 단계;
    상기 샤워 헤드를 통해 상기 이송된 증착 소스 기상을 상기 샤워 헤드에 대향된 위치에 도입된 기판 상에 분배하여 상기 증착 소스의 흡착층을 형성하는 단계;
    상기 흡착층을 폴리머화하기 위한 활성화제를 담은 활성화제 소스통을 가열하여 활성화제 기상을 발생시키는 단계;
    상기 활성화제 기상의 응축을 방지하기 위해 일정 온도로 유지된 이송로를 통해 상기 활성화제 기상을 상기 샤워 헤드로 이송하는 단계; 및
    상기 샤워 헤드를 통해 상기 이송된 활성화제 기상을 상기 증착 소스의 흡착층 상에 분배하여 상기 흡착층을 폴리머화하여 폴리머 박막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머 박막 증착 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 증착 소스의 흡착층을 형성하는 단계 이후와 상기 폴리머화하는 단계 이후에 각각 퍼지(purge) 단계들을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 폴리머 박막 증착 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 증착 소스 기상을 반응 챔버 내의 샤워 헤드로 이송하는 단계와 상기 활성화제 기상을 상기 샤워 헤드로 이송하는 단계 및 상기 퍼지 단계들은 0.01초 내지 수 시간까지 정도의 시간 분할에 의해서 순차적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 폴리머 박막 증착 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 폴리머 박막을 형성하는 단계 이후에
    제2폴리머 증착 소스 재료를 담은 제2증착 소스통을 가열하여 제2증착 소스 기상을 발생시키는 단계;
    상기 제2증착 소스 기상의 응축을 방지하기 위해 일정 온도로 유지된 이송로를 통해 상기 제2증착 소스 기상을 상기 샤워 헤드로 이송하는 단계;
    상기 샤워 헤드를 통해 상기 이송된 제2증착 소스 기상을 상기 폴리머 박막 상에 분배하여 상기 제2증착 소스의 제2흡착층을 형성하는 단계;
    상기 제2흡착층을 폴리머화하기 위한 활성화제를 담은 제2활성화제 소스통을 가열하여 제2활성화제 기상을 발생시키는 단계;
    상기 제2활성화제 기상의 응축을 방지하기 위해 일정 온도로 유지된 이송로를 통해 상기 제2활성화제 기상을 상기 샤워 헤드로 이송하는 단계; 및
    상기 샤워 헤드를 통해 상기 이송된 제2활성화제 기상을 상기 제2증착 소스의 제2흡착층 상에 분배하여 상기 제2흡착층을 폴리머화하여 제2폴리머 박막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머 박막 증착 방법.
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