KR102388445B1 - Improved Apparatus and Method for Manufacturing Oxide Thin Film Using Low-Temperature Process - Google Patents
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Abstract
본 발명은 개선된 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치 및 방법을 개시한다.
본 발명에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치는 챔버; 상기 챔버의 일측부와 연결되며, 상기 챔버 내로 산화물 용액의 미스트(mist)를 공급하는 산화물 용액 공급 장치; 상기 챔버의 일측부와 연결되며, 상기 챔버 내로 오존(O3)을 공급하는 오존 공급 장치; 상기 챔버의 타측부에 제공되며, 미반응된 잔류 미스트, 잔류 오존, 및 불순물이 배출되는 배출구; 상기 챔버의 상부에 제공되며, 상기 오존을 조사하도록 자외선(UV)을 방출하는 자외선 조사 장치; 상기 챔버 내로 제공되는 기판; 및 상기 기판의 하부에 제공되는 히터를 포함하되, 상기 기판 상에 소정 두께의 산화물 박막이 증착되면, 상기 자외선 조사 장치는 상기 자외선을 상기 오존에 조사하여 산소 라디칼을 생성하고, 상기 산소 라디칼은 상기 산화물 박막 내에 존재하는 상기 불순물을 제거하며, 상기 산화물 박막 제조 장치는 상기 산화물 박막의 증착 공정 및 상기 불순물의 제거 공정을 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.The present invention discloses an apparatus and method for manufacturing an oxide thin film using an improved low-temperature process.
An apparatus for manufacturing an oxide thin film using a low-temperature process according to the present invention includes: a chamber; an oxide solution supply device connected to one side of the chamber and supplying a mist of the oxide solution into the chamber; an ozone supply device connected to one side of the chamber and supplying ozone (O 3 ) into the chamber; an outlet provided on the other side of the chamber through which unreacted residual mist, residual ozone, and impurities are discharged; an ultraviolet irradiation device provided in the upper part of the chamber and emitting ultraviolet rays (UV) to irradiate the ozone; a substrate provided into the chamber; and a heater provided under the substrate, wherein when an oxide thin film having a predetermined thickness is deposited on the substrate, the ultraviolet irradiation device irradiates the ultraviolet rays to the ozone to generate oxygen radicals, and the oxygen radicals are The impurities present in the oxide thin film are removed, and the oxide thin film manufacturing apparatus is characterized in that the oxide thin film deposition process and the impurity removal process are repeatedly performed.
Description
본 발명은 개선된 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for manufacturing an oxide thin film using an improved low-temperature process.
좀 더 구체적으로, 본 발명은 대면적 기판 제조를 위한 산화물 박막 증착 시 소정 두께의 산화물 박막 증착 공정, 및 소정 두께의 증착된 산화물 박막 상에 자외선(UV) 조사 공정을 순차적으로 수행함으로써 적층 방식으로 증착된 산화물 박막 내에서 강한 산화막 형성이 가능해지고, 특히 산화물 박막 내에 잔류하는 탄소와 같은 불순물을 효과적으로 제거시킬 수 있으며, 산화물 박막이 외기에 노출되지 않으므로 최종 제품의 전기적 특성이 변화가 방지되고, 그에 따라 최종 제품의 불량 발생이 최소화되고 안정성이 향상되며, 산화물 박막의 증착 공정과 자외선 조사 공정이 하나의 공간 내에서 이루어지므로, 기판의 이송이 불필요하게 되어 전체 공정 시간(tact time)이 현저하게 감소되며, 저온공정이 적용 가능한 다양한 플렉시블 기판(예를 들어, PEN 또는 PET 기판 등)에 적용이 가능한 개선된 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치 및 방법에 관한 것이다.More specifically, the present invention provides a stacking method by sequentially performing an oxide thin film deposition process of a predetermined thickness and an ultraviolet (UV) irradiation process on the deposited oxide thin film of a predetermined thickness when depositing an oxide thin film for manufacturing a large-area substrate. A strong oxide film can be formed within the deposited oxide thin film, and in particular, impurities such as carbon remaining in the oxide thin film can be effectively removed. Accordingly, the occurrence of defects in the final product is minimized and stability is improved, and since the deposition process of the oxide thin film and the UV irradiation process are performed in one space, the transfer of the substrate becomes unnecessary and the overall process time (tact time) is significantly reduced It relates to an apparatus and method for manufacturing an oxide thin film using an improved low-temperature process that can be applied to various flexible substrates (eg, PEN or PET substrates, etc.) to which the low-temperature process is applicable.
산화물 박막은 디스플레이 분야, 태양전지 분야, 터치패널 분야 등 다양한 분야에서 전자 소자로 이용되는 것으로, 간단한 조성 변화로 광학적으로 투명하면서도 전기 전도성이 높은 박막을 형성 가능하므로 그 관심이 증대되고 있다.Oxide thin film is used as an electronic device in various fields such as display field, solar cell field, and touch panel field, and interest in it is increasing because it is possible to form optically transparent thin film with high electrical conductivity by simple composition change.
이러한 산화물 박막의 재료로는 Zinc oxide(ZnO), Indium zinc oxide(IZO), Indium gallium zinc oxide(IGZO) 등이 있는데, 최근에는 소자 제조시의 경제성을 향상시키기 위하여 인듐보다 비용이 적게 드는 아연, 주석, 티타늄 등을 포함한 산화물에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.Materials for such an oxide thin film include zinc oxide (ZnO), indium zinc oxide (IZO), indium gallium zinc oxide (IGZO), and the like. Studies on oxides including tin and titanium are being actively conducted.
한편, 기존 산화물 박막 제조시에는 고가의 진공 증착 장비 및 타겟 등의 공정이 많이 이용되었으나, 최근에는 경제성 있는 공정을 위하여 용액 공정을 통한 산화물 박막 형성 방법에 대한 연구가 집중적으로 이루어지고 있다.On the other hand, in the conventional oxide thin film production, expensive vacuum deposition equipment and processes such as a target have been used a lot, but recently, research on a method of forming an oxide thin film through a solution process for an economical process has been intensively performed.
상술한 용액 공정을 통한 산화물 박막 형성 방법에서는 용액 속에 함유되어 있는 유기용매를 제거하고, 금속성 물질과 산소와의 반응을 유도하여 특정한 기능성(도체, 반도체, 절연체 특성 등)을 가지는 산화물질을 형성하고, 또한 상기 산화물질과 결합하여 박막의 기능성을 저하시키는 불순물들을 제거하기 위하여 300 이상의 고온에서의 열처리가 요구된다.In the above-described method for forming an oxide thin film through the solution process, the organic solvent contained in the solution is removed, and a reaction between the metallic material and oxygen is induced to form an oxide material having specific functionality (conductor, semiconductor, insulator, etc.) In addition, heat treatment at a high temperature of 300 or more is required to remove impurities that combine with the oxidizing material to reduce the functionality of the thin film.
그러나, 상술한 바와 같은 고온에서의 열처리 공정은 산화물 박막의 제조 공정 단가를 증가시키는 문제점이 있었다. 또한, 산화물 박막이 형성되는 기판(또는 기재)의 녹는점이 낮은 경우에는 상기 기판의 변형을 가져오므로(예를 들면, 플라스틱 기판, 섬유 기재 등), 상기 산화물 박막이 적용되는 기판의 종류에 제한이 생기는 문제점이 있었다.However, the heat treatment process at high temperature as described above has a problem in that the manufacturing process cost of the oxide thin film increases. In addition, when the melting point of the substrate (or substrate) on which the oxide thin film is formed is low, the substrate is deformed (eg, plastic substrate, fiber substrate, etc.), so the type of substrate to which the oxide thin film is applied is limited There was a problem with this.
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 저온에서 산화물 박막을 제조하는 공정에 대한 연구가 진행되었다. 이러한 연구의 예로는 진공증착법을 이용한 산화물 박막 형성 방법, 산화물 형성을 촉진하여 열처리 온도를 낮추는 방법 등이 있다. 그런데, 전자의 경우에는 증착 공정을 위한 장비 비용 등으로 인해 공정 단가가 상승할 뿐만 아니라 제조되는 산화물 박막의 비균일성 및 성능 저하 등이 문제되었으며, 후자의 경우에는 열처리 온도를 낮추는 데에 한계가 있을 뿐 아니라(230 수준) 불순물을 제거할 수 없어 산화물 박막의 성능 저하가 발생하는 문제점이 있었다.In order to solve the above-mentioned problems, research has been conducted on a process for manufacturing an oxide thin film at a low temperature. Examples of such research include a method of forming an oxide thin film using a vacuum deposition method, and a method of lowering the heat treatment temperature by promoting oxide formation. However, in the former case, the process cost increases due to the equipment cost for the deposition process, as well as the non-uniformity and performance degradation of the oxide thin film to be manufactured. In the latter case, there is a limit to lowering the heat treatment temperature. There was a problem in that the performance of the oxide thin film was deteriorated because the impurities could not be removed (at the level of 230).
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 용액 공정을 이용한 산화물 박막의 제조 시에 레이저를 이용하여 산화물 박막을 어닐링하는 방식에 대한 시도가 있었다(예를 들어, US7208401호, US2008/0057631 등 참조). 그러나, 이러한 어닐 방식의 박막 제조의 경우 우수한 특성을 갖는 것으로 보고된 산화물 박막은 아직 보고된 바가 없다.In order to solve this problem, there has been an attempt to anneal the oxide thin film using a laser during the production of the oxide thin film using a solution process (see, for example, US7208401, US2008/0057631, etc.). However, an oxide thin film reported to have excellent properties in the case of the annealing method for manufacturing a thin film has not yet been reported.
상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 방안의 하나로, 김영훈 등의 대한민국 공개특허 제10-2013-0116785호(2013년 10월 24일자 공개)에는 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조방법, 산화물 박막 및 그 전자소자가 개시되어 있다.As one of the methods for solving the problems of the prior art, Korean Patent Laid-Open No. 10-2013-0116785 (published on October 24, 2013) of Kim Young-hoon et al. discloses a method for manufacturing an oxide thin film using a low-temperature process, an oxide thin film and its An electronic device is disclosed.
구체적으로, 도 1은 종래 기술에 따른 산화물 박막 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.Specifically, FIG. 1 is a view for explaining a method for manufacturing an oxide thin film according to the prior art.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 산화물 박막 제조방법은 산화물 용액(2)을 기판(10) 상에 코팅하고, 불활성 가스 분위기 하에서 코팅된 산화물 용액에 자외선 조사한다.Referring to FIG. 1 , in the method for manufacturing an oxide thin film according to the prior art, an
먼저, 용액 공정을 통해 산화물 용액을 기판 상에 코팅한다. 용액 공정은 스핀 코팅, 딥 코팅, 잉크젯 프린팅, 옵셋 프린팅, 리버스 옵셋 프린팅, 그라비어 프린팅 또는 롤 프린팅일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 통상적으로 사용되는 용액 공정은 모두 포함할 수 있다.First, an oxide solution is coated on a substrate through a solution process. The solution process may be spin coating, dip coating, inkjet printing, offset printing, reverse offset printing, gravure printing, or roll printing, but is not limited thereto, and may include all commonly used solution processes.
또한, 기판은 특정 종류로 한정되지 않으며, 반도체 기판, 유리기판, 플라스틱과 같은 폴리머 기반의 기판, 종이 등이 사용 가능하며, 특히 저온 공정을 실현하기 위해 자외선 조사 방식을 사용하는 것이므로 플라스틱 계열 등 고온 공정이 불가능한 플렉서블 디스플레이용 기판인 경우 더욱 효과적일 수 있다.In addition, the substrate is not limited to a specific type, and a semiconductor substrate, a glass substrate, a polymer-based substrate such as plastic, paper, etc. can be used. In particular, since the ultraviolet irradiation method is used to realize a low-temperature process, high temperature such as plastic In the case of a substrate for a flexible display that cannot be processed, it may be more effective.
한편, 자외선 조사 기간은 1분 내지 240분으로 선택하는 것이 가능하고, 사용되는 자외선의 파장은 150nm 내지 260nm가 사용될 수 있다. 이 경우, 자외선 조사의 이전 또는 상기 자외선 조사와 함께, 상기 기판의 온도를 상승시키는 공정이 수행되는 것이 바람직하다. 선택적으로, 자외선 조사 이전에, 기판 상에 코팅된 산화물 용액을 열처리하여 안정화한다. 이러한 열처리는 코팅된 상기 산화물 용액의 박막 균일도 향상 및 두께 균일화를 위한 것으로, 상온 내지 200의 온도로 1 내지 60분간 수행될 수 있다.On the other hand, the UV irradiation period may be selected from 1 minute to 240 minutes, and the wavelength of the UV light used may be 150 nm to 260 nm. In this case, it is preferable that the process of raising the temperature of the substrate is performed before or together with the ultraviolet irradiation. Optionally, before UV irradiation, the oxide solution coated on the substrate is heat treated to stabilize it. This heat treatment is for improving the uniformity and thickness of the coated oxide solution of the thin film, and may be performed at room temperature to 200 for 1 to 60 minutes.
또한, 자외선 조사와 함께, 기판의 온도를 상승시키는 공정이 수행되면 자외선 조사에 부가하여 열에너지를 부가함으로써 산화물 박막 형성의 속도를 증대시킬 수 있는 효과가 있다. 이러한 열처리 공정은 상온 내지 200의 온도로 1 내지 60분간 수행될 수 있다.In addition, when the process of raising the temperature of the substrate is performed along with the ultraviolet irradiation, there is an effect that can increase the rate of oxide thin film formation by adding thermal energy in addition to ultraviolet irradiation. This heat treatment process may be performed for 1 to 60 minutes at a temperature of room temperature to 200.
상술한 종래 기술의 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조방법에서는 1) 코팅된 산화물 용액을 열처리하여 안정화함으로써, 산화물 박막의 균일성을 유지 가능하고, 2) 불활성 가스 분위기 하에서 자외선을 조사하여 산화물 형성을 유도함으로써, 산화물 특성 저하를 방지할 수 있으며, 3) 고비용의 장비 등이 요구되지 않으므로, 경제성 있는 방법으로 고품질의 산화물 박막을 제조할 수 있다는 장점이 달성될 수 있다.In the method for manufacturing an oxide thin film using the low-temperature process of the prior art, 1) the uniformity of the oxide thin film can be maintained by stabilizing the coated oxide solution by heat treatment, and 2) the formation of oxide is induced by irradiating ultraviolet rays under an inert gas atmosphere. By doing so, deterioration of oxide properties can be prevented, and 3) expensive equipment is not required, so the advantage of being able to manufacture a high-quality oxide thin film in an economical way can be achieved.
그러나, 상술한 바와 같은 종래 기술에서는 다음과 같은 문제가 발생한다.However, in the prior art as described above, the following problems occur.
1. 자외선의 조사 효과가 미칠 수 있는 산화물 박막의 깊이가 대략 3~5nm 정도에 불과하므로, 저온 공정에서 자외선(UV)을 조사하는 경우 실질적으로 산화물 박막 표면 상에 존재하는 탄소만 제거가 가능하다. 그에 따라, 수십 내지 수백 nm 두께의 박막 내에 존재하는 불순물을 충분히 제거하기 어렵다.1. Since the depth of the oxide thin film that can have the effect of ultraviolet irradiation is only about 3 to 5 nm, when irradiating ultraviolet (UV) light in a low-temperature process, only carbon present on the surface of the oxide thin film can be substantially removed . Accordingly, it is difficult to sufficiently remove impurities present in the thin film having a thickness of several tens to several hundreds of nm.
2. 산화물 박막 내 계면 형성으로 인하여 불안정한 소자 또는 산화물 박막이 형성된다. 그에 따라, 산화물 박막 내에 잔류하는 탄소가 소자, 소재의 안정성, 및 전기적 특성 등의 열화의 원인이 될 수 있다.2. An unstable device or oxide thin film is formed due to the interfacial formation in the oxide thin film. Accordingly, carbon remaining in the oxide thin film may cause deterioration of devices, stability of materials, and electrical properties.
3. 산화물 박막 증착 공정과 자외선 조사 공정이 별개의 공간에서 이루어지므로, 기판의 이송에 따른 외기 노출에 기한 오염 발생, 최종 제품의 불량 발생, 및 안정성 저하는 물론 전체 공정 시간(tact time)이 증가한다.3. Since the oxide thin film deposition process and the UV irradiation process are performed in separate spaces, contamination caused by exposure to external air according to the transfer of the substrate, defects in the final product, and stability decrease as well as the overall process time (tact time) increase do.
따라서, 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 새로운 방안이 요구된다.Therefore, a new method for solving the problems of the prior art is required.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 대면적 기판 제조를 위한 산화물 박막 증착 시 소정 두께의 산화물 박막 증착 공정, 및 소정 두께의 증착된 산화물 박막 상에 자외선(UV) 조사 공정을 순차적으로 수행함으로써 적층 방식으로 증착된 산화물 박막 내에서 강한 산화막 형성이 가능해지고, 특히 산화물 박막 내에 잔류하는 탄소와 같은 불순물을 효과적으로 제거시킬 수 있으며, 산화물 박막이 외기에 노출되지 않으므로 최종 제품의 전기적 특성이 변화가 방지되고, 그에 따라 최종 제품의 불량 발생이 최소화되고 안정성이 향상되며, 산화물 박막의 증착 공정과 자외선 조사 공정이 하나의 공간 내에서 이루어지므로, 기판의 이송이 불필요하게 되어 전체 공정 시간(tact time)이 현저하게 감소되며, 5. 저온공정이 적용 가능한 다양한 플렉시블 기판(예를 들어, PEN 또는 PET 기판 등)에 적용이 가능한 개선된 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to solve the problems of the prior art described above, an oxide thin film deposition process of a predetermined thickness when depositing an oxide thin film for manufacturing a large-area substrate, and an ultraviolet (UV) irradiation process on the deposited oxide thin film of a predetermined thickness By performing sequentially, it is possible to form a strong oxide film in the oxide thin film deposited in the stacking method, and in particular, it is possible to effectively remove impurities such as carbon remaining in the oxide thin film. This change is prevented, and accordingly, the occurrence of defects in the final product is minimized and stability is improved, and since the deposition process of the oxide thin film and the UV irradiation process are performed in one space, the transfer of the substrate becomes unnecessary and the entire process time ( tact time) is significantly reduced, and 5. To provide an apparatus and method for manufacturing an oxide thin film using an improved low-temperature process that can be applied to various flexible substrates (eg, PEN or PET substrates, etc.) to which the low-temperature process is applicable will be.
본 발명의 제 1 특징에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치는 챔버; 상기 챔버의 일측부와 연결되며, 상기 챔버 내로 산화물 용액의 미스트(mist)를 공급하는 산화물 용액 공급 장치; 상기 챔버의 일측부와 연결되며, 상기 챔버 내로 오존(O3)을 공급하는 오존 공급 장치; 상기 챔버의 타측부에 제공되며, 미반응된 잔류 미스트, 잔류 오존, 및 불순물이 배출되는 배출구; 상기 챔버의 상부에 제공되며, 상기 오존을 조사하도록 자외선(UV)을 방출하는 자외선 조사 장치; 상기 챔버 내로 제공되는 기판; 및 상기 기판의 하부에 제공되는 히터를 포함하되, 상기 기판 상에 소정 두께의 산화물 박막이 증착되면, 상기 자외선 조사 장치는 상기 자외선을 상기 오존에 조사하여 산소 라디칼을 생성하고, 상기 산소 라디칼은 상기 산화물 박막 내에 존재하는 상기 불순물을 제거하며, 상기 산화물 박막 제조 장치는 상기 산화물 박막의 증착 공정 및 상기 불순물의 제거 공정을 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.An apparatus for manufacturing an oxide thin film using a low-temperature process according to a first aspect of the present invention includes: a chamber; an oxide solution supply device connected to one side of the chamber and supplying a mist of the oxide solution into the chamber; an ozone supply device connected to one side of the chamber and supplying ozone (O 3 ) into the chamber; an outlet provided on the other side of the chamber through which unreacted residual mist, residual ozone, and impurities are discharged; an ultraviolet irradiation device provided in the upper part of the chamber and emitting ultraviolet rays (UV) to irradiate the ozone; a substrate provided into the chamber; and a heater provided under the substrate, wherein when an oxide thin film having a predetermined thickness is deposited on the substrate, the ultraviolet irradiation device irradiates the ultraviolet rays to the ozone to generate oxygen radicals, and the oxygen radicals are The impurities present in the oxide thin film are removed, and the oxide thin film manufacturing apparatus is characterized in that the oxide thin film deposition process and the impurity removal process are repeatedly performed.
본 발명의 제 2 특징에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치는 챔버; 상기 챔버의 일측부와 연결되며, 상기 챔버 내로 산화물 용액의 미스트(mist)를 공급하는 산화물 용액 공급 장치; 상기 챔버의 일측부와 연결되며, 상기 챔버 내로 산소(O2)를 공급하는 산소 공급 장치; 상기 챔버의 타측부에 제공되며, 미반응된 잔류 미스트, 잔류 산소, 및 불순물이 배출되는 배출구; 상기 챔버의 상부에 제공되며, 상기 산소를 조사하도록 제 1 파장의 제 1 자외선을 방출하는 제 1 자외선 조사 장치 및 상기 제 1 자외선에 의해 생성된 오존을 조사하도록 제 2 파장의 제 2 자외선을 방출하는 제 2 자외선 조사 장치로 구성되는 자외선 조사 장치; 상기 챔버 내로 제공되는 기판; 및 상기 기판의 하부에 제공되는 히터를 포함하되, 상기 기판 상에 증착되는 소정 두께의 산화물 박막이 증착되면, 상기 제 2 자외선 조사 장치는 상기 제 2 자외선을 상기 오존에 조사하여 산소 라디칼을 생성하고, 상기 산소 라디칼은 상기 증착된 상기 산화물 박막 내에 존재하는 불순물을 제거하며, 상기 산화물 박막 제조 장치는 상기 산화물 박막의 증착 공정 및 상기 불순물의 제거 공정을 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.An apparatus for manufacturing an oxide thin film using a low-temperature process according to a second aspect of the present invention includes: a chamber; an oxide solution supply device connected to one side of the chamber and supplying a mist of the oxide solution into the chamber; an oxygen supply device connected to one side of the chamber and supplying oxygen (O 2 ) into the chamber; an outlet provided on the other side of the chamber through which unreacted residual mist, residual oxygen, and impurities are discharged; A first ultraviolet irradiation device provided in the upper part of the chamber and emitting a first ultraviolet ray of a first wavelength to irradiate the oxygen and a second ultraviolet ray of a second wavelength to irradiate the ozone generated by the first ultraviolet ray an ultraviolet irradiation device comprising a second ultraviolet irradiation device; a substrate provided into the chamber; and a heater provided under the substrate, wherein when an oxide thin film having a predetermined thickness deposited on the substrate is deposited, the second ultraviolet irradiation device irradiates the second ultraviolet rays to the ozone to generate oxygen radicals, , the oxygen radical removes impurities present in the deposited oxide thin film, and the oxide thin film manufacturing apparatus is characterized in that the oxide thin film deposition process and the impurity removal process are repeatedly performed.
본 발명의 제 3 특징에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 방법은 a) 챔버 내로 산화물 용액의 미스트(mist)를 공급하는 단계; b) 상기 챔버 내의 기판의 하부에 제공되는 히터에 의해 상기 기판을 소정 범위의 온도로 유지하면서, 상기 기판 상에 소정 두께의 산화물 박막을 증착하는 단계; c) 상기 챔버 내로 오존(O3)을 공급하는 단계; d) 상기 챔버의 상부에 제공되는 자외선 조사 장치를 이용하여 상기 오존에 자외선을 조사하여 산소 라디칼 및 산소(O2)를 생성하는 단계; e) 상기 생성된 산소 라디칼을 이용하여 상기 산화물 박막 내의 불순물을 제거하는 단계; 및 f) 상기 a) 단계 내지 상기 e) 단계를 적어도 1회 이상 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method for manufacturing an oxide thin film using a low-temperature process according to a third aspect of the present invention comprises: a) supplying a mist of an oxide solution into a chamber; b) depositing an oxide thin film having a predetermined thickness on the substrate while maintaining the substrate at a temperature within a predetermined range by a heater provided under the substrate in the chamber; c) supplying ozone (O 3 ) into the chamber; d) generating oxygen radicals and oxygen (O 2 ) by irradiating ultraviolet rays to the ozone using an ultraviolet irradiation device provided on the upper part of the chamber; e) removing impurities in the oxide thin film using the generated oxygen radicals; and f) repeating steps a) to e) at least once or more.
본 발명의 제 4 특징에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 방법은 a) 챔버 내로 산화물 용액의 미스트(mist)를 공급하는 단계; b) 상기 챔버 내의 기판의 하부에 제공되는 히터에 의해 상기 기판을 소정 범위의 온도로 유지하면서, 상기 기판 상에 소정 두께의 산화물 박막을 증착하는 단계; c) 상기 챔버 내로 산소(O2)를 공급하는 단계; d) 상기 챔버의 상부에 제공되며, 제 1 파장의 제 1 자외선을 방출하는 제 1 자외선 조사 장치 및 제 2 파장의 제 2 자외선을 방출하는 제 2 자외선 조사 장치로 구성되는 자외선 조사 장치를 이용하여 상기 산소에 상기 제 1 자외선을 조사하여 오존을 생성하고, 상기 생성된 오존에 상기 제 2 자외선을 조사하여 산소 라디칼 및 산소(O2)를 생성하는 단계; e) 상기 생성된 산소 라디칼을 이용하여 상기 산화물 박막 내의 불순물을 제거하는 단계; 및 f) 상기 a) 단계 내지 상기 e) 단계를 적어도 1회 이상 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method for manufacturing an oxide thin film using a low-temperature process according to a fourth aspect of the present invention comprises: a) supplying a mist of an oxide solution into a chamber; b) depositing an oxide thin film having a predetermined thickness on the substrate while maintaining the substrate at a temperature within a predetermined range by a heater provided under the substrate in the chamber; c) supplying oxygen (O 2 ) into the chamber; d) using an ultraviolet irradiation device provided in the upper part of the chamber and composed of a first ultraviolet irradiation device emitting a first ultraviolet light of a first wavelength and a second ultraviolet irradiation device emitting a second ultraviolet light of a second wavelength generating ozone by irradiating the first ultraviolet ray to the oxygen, and irradiating the second ultraviolet ray to the generated ozone to generate oxygen radicals and oxygen (O 2 ); e) removing impurities in the oxide thin film using the generated oxygen radicals; and f) repeating steps a) to e) at least once or more.
본 발명에 따른 개선된 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치 및 방법을 사용하면 다음과 같은 효과가 달성된다.The following effects are achieved by using the apparatus and method for manufacturing an oxide thin film using the improved low-temperature process according to the present invention.
1. 산화물 박막 내에서 강한 산화막 형성이 가능하다.1. It is possible to form a strong oxide film within the oxide thin film.
2. 특히, 산화물 박막 내에 잔류하는 탄소와 같은 불순물을 효과적으로 제거할 수 있다.2. In particular, impurities such as carbon remaining in the oxide thin film can be effectively removed.
3. 산화물 박막이 외기에 노출되지 않으므로 최종 제품의 전기적 특성이 변화가 방지되고, 그에 따라 최종 제품의 불량 발생이 최소화되고 안정성이 향상된다.3. Since the oxide thin film is not exposed to the outside air, changes in the electrical properties of the final product are prevented, thereby minimizing the occurrence of defects in the final product and improving stability.
4. 산화물 박막의 증착 공정과 자외선 조사 공정이 하나의 공간 내에서 이루어지므로, 기판의 이송이 불필요하게 되어 전체 공정 시간(tact time)이 현저하게 감소된다.4. Since the deposition process of the oxide thin film and the ultraviolet irradiation process are performed in one space, the transfer of the substrate becomes unnecessary, and thus the overall process time (tact time) is significantly reduced.
5. 저온공정이 적용 가능한 다양한 플렉시블 기판(예를 들어, PEN 또는 PET 기판 등)에 적용이 가능하다.5. It can be applied to various flexible substrates (eg, PEN or PET substrates, etc.) to which low-temperature processing is applicable.
본 발명의 추가적인 장점은 동일 또는 유사한 참조번호가 동일한 구성요소를 표시하는 첨부 도면을 참조하여 이하의 설명으로부터 명백히 이해될 수 있다.Further advantages of the present invention may become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings in which like or similar reference numerals denote like elements.
도 1은 종래 기술에 따른 산화물 박막 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치의 개략적인 내부 사시도를 도시한 도면이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치의 부분적인 내부 단면도를 도시한 도면이다.
도 2c는 도 2a에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치의 챔버 내에서 박막 증착 공정 및 자외선 조사 공정이 순차적으로 수행되는 것을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 2d는 도 2a 내지 도 2c에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치를 사용하여 기판 상에 증착된 산화물 박막의 단면도를 도시한 도면이다.
도 2e는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치의 개략적인 내부 사시도를 도시한 도면이다.
도 2f는 도 2e에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치의 부분적인 내부 단면도를 도시한 도면이다.
도 2g는 도 2e에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치의 챔버 내에서 박막 증착 공정 및 자외선 조사 공정이 순차적으로 수행되는 것을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 2h는 도 2c 및 도 2g에 각각 도시된 박막 증착 공정 및 자외선 조사 공정의 순차적인 수행에 의해 얻어진 산화물 박막의 성장 속도 및 전기적 특성(저항)의 보여주는 그래프이다.
도 2i는 도 2c 및 도 2g에 도시된 박막 증착 공정 및 자외선 조사 공정의 순차적인 수행에 의해 얻어진 산화물 박막의 내부에 잔류하는 원소의 시간 경과에 따른 원소 농도를 보여주는 그래프이다.
도 2j는 도 2c 및 도 2g에 도시된 박막 증착 공정 및 자외선 조사 공정의 순차적인 수행에 의해 얻어진 산화물 박막의 내부에 잔류하는 원소의 분석 결과를 보여주는 테이블이다.
도 3a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 방법의 플로우차트를 도시한 도면이다.
도 3b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 방법의 플로우차트를 도시한 도면이다.1 is a view for explaining a method for manufacturing an oxide thin film according to the prior art.
2A is a schematic internal perspective view of an apparatus for manufacturing an oxide thin film using a low-temperature process according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2B is a view showing a partial internal cross-sectional view of an apparatus for manufacturing an oxide thin film using a low-temperature process according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 2A.
FIG. 2C is a schematic view for explaining that a thin film deposition process and an ultraviolet irradiation process are sequentially performed in the chamber of the apparatus for manufacturing an oxide thin film using a low temperature process according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 2A .
FIG. 2D is a cross-sectional view of an oxide thin film deposited on a substrate using the apparatus for manufacturing an oxide thin film using a low temperature process according to the first embodiment of the present invention shown in FIGS. 2A to 2C .
2E is a schematic internal perspective view of an apparatus for manufacturing an oxide thin film using a low-temperature process according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 2F is a view showing a partial internal cross-sectional view of an apparatus for manufacturing an oxide thin film using a low-temperature process according to a second embodiment of the present invention shown in FIG. 2E.
FIG. 2G is a schematic view for explaining that a thin film deposition process and an ultraviolet irradiation process are sequentially performed in the chamber of the apparatus for manufacturing an oxide thin film using a low temperature process according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 2E.
2H is a graph showing the growth rate and electrical characteristics (resistance) of the oxide thin film obtained by sequentially performing the thin film deposition process and the ultraviolet irradiation process shown in FIGS. 2C and 2G , respectively.
FIG. 2I is a graph showing element concentrations over time of elements remaining in the oxide thin film obtained by sequentially performing the thin film deposition process and the ultraviolet irradiation process shown in FIGS. 2C and 2G .
FIG. 2J is a table showing the analysis results of elements remaining in the oxide thin film obtained by sequentially performing the thin film deposition process and the ultraviolet irradiation process shown in FIGS. 2C and 2G .
3A is a flowchart illustrating a method for manufacturing an oxide thin film using a low-temperature process according to a first embodiment of the present invention.
3B is a flowchart illustrating a method for manufacturing an oxide thin film using a low-temperature process according to a second embodiment of the present invention.
본 발명자들은 자외선(UV) 조사에 의한 산소 또는 오존의 분해에 의해 챔버 내부에 생성된 산소 라디칼이 산화물 박막 내부로 침투하여 불순물(예를 들어, 탄소)을 제거할 경우, 통상적으로 산소 라디칼이 산화물 박막 내부로 침투하는 깊이가 대략 4~5nm로 알려져 있다는 점에 착안하여, 산화물 증착 공정 및 자외선 조사 공정을 타임 쉐어링(Time sharing) 개념을 도입함으로써 종래 기술의 문제점을 해결하였다. 본 발명에 따른 타임 쉐어링 개념은 예를 들어, 종래 기술에서는 기판 상에 20분 동안의 증착 공정을 통해 20nm 높이의 산화물 박막을 형성한 후, 자외선 조사에 의한 불순물 제거 공정을 수행하는 반면, 본 발명에서는 기판 상에 예를 들어 5분 동안 증착 공정을 수행하여 5nm 높이의 산화물 박막을 증착 후 자외선 조사에 의해 산화물 박막 내의 불순물을 제거하고, 이후 다시 5분 동안의 증착 공정 수행 후 자외선 조사에 의한 불순물 제거 공정을 반복적으로 수행하는 프로세스를 의미한다. 이러한 타임 쉐어링 방식의 사용에 의해 본 발명은 이하에서 상세히 기술되는 바와 같이 종래기술과 비교하여 동일한 높이의 산화물 박막을 증착하면서도 산화물 박막 내의 불순물 제거 측면에서 현저한 효과를 달성할 수 있다.The present inventors found that when oxygen radicals generated inside the chamber by decomposition of oxygen or ozone by ultraviolet (UV) irradiation penetrate into the oxide thin film to remove impurities (eg, carbon), oxygen radicals are usually Considering that the depth of penetration into the thin film is known to be about 4 to 5 nm, the problems of the prior art were solved by introducing the concept of time sharing between the oxide deposition process and the ultraviolet irradiation process. In the time-sharing concept according to the present invention, for example, in the prior art, an oxide thin film having a height of 20 nm is formed on a substrate through a deposition process for 20 minutes, and then an impurity removal process is performed by ultraviolet irradiation, whereas the present invention In, for example, a deposition process is performed on the substrate for 5 minutes to deposit an oxide thin film with a height of 5 nm, and then impurities in the oxide thin film are removed by UV irradiation, and then, after performing the deposition process for 5 minutes again, impurities caused by UV irradiation It refers to a process in which the removal process is repeatedly performed. By using such a time-sharing method, the present invention can achieve a remarkable effect in terms of removing impurities in the oxide thin film while depositing an oxide thin film of the same height as compared to the prior art, as will be described in detail below.
이하에서 본 발명의 실시예 및 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 기술한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments and drawings of the present invention.
도 2a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치의 개략적인 내부 사시도를 도시한 도면이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치의 부분적인 내부 단면도를 도시한 도면이며, 도 2c는 도 2a에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치의 챔버 내에서 박막 증착 공정 및 자외선 조사 공정이 순차적으로 수행되는 것을 설명하기 위한 개략적인 도면이고, 도 2d는 도 2a 내지 도 2c에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치를 사용하여 기판 상에 증착된 산화물 박막의 단면도를 도시한 도면이다.2A is a schematic internal perspective view of an apparatus for manufacturing an oxide thin film using a low-temperature process according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a low-temperature process according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 2A. It is a view showing a partial internal cross-sectional view of an apparatus for manufacturing an oxide thin film using It is a schematic view for explaining that the ultraviolet irradiation process is sequentially performed, and FIG. 2D is an oxide thin film manufacturing apparatus using a low temperature process according to the first embodiment of the present invention shown in FIGS. 2A to 2C on a substrate. It is a view showing a cross-sectional view of the oxide thin film deposited on the.
도 2a 내지 도 2d를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치(200)는 챔버(210); 상기 챔버(210)의 일측부와 연결되며, 상기 챔버(210) 내로 산화물 용액의 미스트(mist)를 공급하는 산화물 용액 공급 장치(미도시); 상기 챔버(210)의 일측부와 연결되며, 상기 챔버(210) 내로 오존(O3)을 공급하는 오존 공급 장치(미도시); 상기 챔버(210)의 타측부에 제공되며, 미반응된 잔류 미스트, 잔류 오존, 및 불순물이 배출되는 배출구(240); 상기 챔버(210)의 상부에 제공되며, 상기 오존을 조사하도록 자외선(UV)을 방출하는 자외선 조사 장치(250); 상기 챔버(210) 내로 제공되는 기판(260); 및 상기 기판(260)의 하부에 제공되는 히터(220)를 포함하되, 상기 기판(260) 상에 소정 두께의 산화물 박막이 증착되면, 상기 자외선 조사 장치(250)는 상기 자외선을 상기 오존에 조사하여 산소 라디칼을 생성하고, 상기 산소 라디칼은 상기 산화물 박막 내에 존재하는 상기 불순물을 제거하며, 상기 산화물 박막 제조 장치(200)는 상기 산화물 박막의 증착 공정 및 상기 불순물의 제거 공정을 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.2A to 2D, the
이하에서는, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치(200)의 구체적인 구성 및 동작을 상세히 기술한다.Hereinafter, the specific configuration and operation of the oxide thin
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치(200)는 챔버(210); 상기 챔버(210)의 일측부와 연결되며, 상기 챔버(210) 내로 산화물 용액의 미스트(mist)를 공급하는 산화물 용액 공급 장치(미도시); 상기 챔버(210)의 일측부와 연결되며, 상기 챔버(210) 내로 오존(O3)을 공급하는 오존 공급 장치(미도시)를 포함한다. 본 발명에 사용되는 산화물 용액 공급 장치(미도시)는 초음파 발생기에 의해 산화물 용액 탱크 내에 함유된 산화물 용액을 진동시켜 미스트 액적(mist droplets)을 발생시킨 후 캐리어 가스(예를 들어, N2)를 이용하여 가스 주입 부재를 통해 상기 챔버(210) 내로 공급하는 장치로, 예를 들어, Physics on development of open-air atmospheric pressure thin film fabrication technique using mist droplets: Control of precursor flow" [Japanese Journal of Applied Physics 53, 05FF08 (2014)]에 개시된 미세 채널 타입 미스트 CVD 장치에 사용되는 미스트 액적 공급 장치로 구현될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.2A to 2C, the
상술한 산화물 용액 공급 장치(미도시)로부터 산화물 용액이 챔버(210) 내로 미스트 형태로 공급되면, 기판(260)의 하부에 제공되는 히터(220)에 의해 기판(210)을 소정 범위의 온도(예를 들어, 150 내지 300)로 유지하면서 증착 공정이 이루어지고, 그 결과 기판(260) 상에 소정 두께의 산화물 박막(262)이 증착된다(도 2c의 좌측 도면 참조). 여기서, 증착된 산화물 박막(262)의 소정 두께는 대략 3 내지 5nm 범위를 갖는 것이 바람직하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 증착 공정 후에 미반응된 미스트 형태의 잔류 산화물 용액은 배출구(240)를 통해 배출된다. 본 명세서에서 상기 산화물 용액은 아연, 인듐, 갈륨, 주석, 티타늄 등의 금속을 함유하는 금속 전구체 화합물을 본 기술분야에서 통상적으로 사용되는 용매, 예를 들어 물 또는 유기 용매에 용해하여 형성되는 것들을 지칭한다. 본 기술분야에서 산화물 용액에 사용되는 것으로 알려진 금속 전구체 화합물 및 용매는, 상술한 대한민국 공개특허 제10-2013-0116785호의 단락 [0036] 및 [0037] 등에서 찾을 수 있다. 그 밖에 알려진 다른 금속 전구체 화합물 및 용매가 본 발명의 산화물 용액에 사용될 수 있다.When the oxide solution is supplied into the
그 후, 오존 공급 장치(미도시)로부터 챔버(210) 내로 오존이 공급되고, 챔버(210)의 상부에 제공되는 자외선 조사 장치(250)가 턴온(On)된다(도 2c의 중간 도면 참조). 자외선 조사 장치(250)로부터 방출되는 자외선이 챔버(210) 내의 오존에 조사되면 도 2b에 도시된 바와 같이 산소 라디칼(oxygen radical: O*) 및 산소(O2)를 생성한다. 이를 위해, 자외선 조사 장치(250)는 254nm의 파장대를 방출하는 것이 바람직하다. 생성된 산소 라디칼은 기판(210) 상에 증착된 산화물 박막(262) 내의 유기 오염 물질(대표적인 오염 물질은 탄소(C)임)과 결합되어 일산화탄소(CO)를 형성하고, 형성된 일산화탄소는 산화물 박막(262)으로부터 유리된다. 그 결과, 산화물 박막(262) 내부의 불순물(즉, 탄소)이 제거되고, 제거된 불순물, 미반응된 잔류 오존, 산소 라디칼, 및 생성된 산소 등이 배출구(240)를 통해 배출된다.Thereafter, ozone is supplied into the
그 후, 다시 산화물 용액 공급 장치(미도시)로부터 산화물 용액이 챔버(210) 내로 미스트 형태로 공급되고(도 2c의 우측 도면 참조), 상술한 바와 같이 기판(210) 상에 증착된 산화물 박막(262) 상에 추가적인 산화물 증착 공정, 및 자외선 조사 장치(250)를 이용한 추가적으로 증착된 산화물 박막 내의 불순물 제거 공정이 반복적으로 이루어진다.After that, the oxide solution is supplied again in the form of a mist from the oxide solution supply device (not shown) into the chamber 210 (refer to the right diagram of FIG. 2C ), and the oxide thin film deposited on the
상술한 도 2a 내지 도 2c에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치(200)를 사용하여 기판(260) 상에 증착된 산화물 박막(262)의 단면도가 도 2d에 도시되어 있다.A cross-sectional view of an oxide
좀 더 구체적으로, 도 2d를 참조하면, 기판(260) 상에 소정 두께의 산화물 박막 증착 공정 및 자외선 조사 장치(250)를 이용한 증착된 산화물 박막 내의 불순물 제거 공정이 타임 쉐어링 방식으로 4회 반복 수행되었음을 보여주고 있다. 그 결과, 기판(260) 상에 4개의 산화물 박막(즉, 제 1 내지 제 4 산화물 박막(262a,262b,262c,262d))이 층별 적층 방식(layer by layer stack type)으로 증착된다.More specifically, referring to FIG. 2D , the process of depositing an oxide thin film of a predetermined thickness on the
도 2e는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치의 개략적인 내부 사시도를 도시한 도면이고, 도 2f는 도 2e에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치의 부분적인 내부 단면도를 도시한 도면이며, 도 2g는 도 2e에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치의 챔버 내에서 박막 증착 공정 및 자외선 조사 공정이 순차적으로 수행되는 것을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.2E is a schematic internal perspective view of an apparatus for manufacturing an oxide thin film using a low temperature process according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 2F is a low temperature process according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 2E It is a view showing a partial internal cross-sectional view of an apparatus for manufacturing an oxide thin film using It is a schematic diagram for explaining that the ultraviolet irradiation process is sequentially performed.
도 2e 내지 도 2g를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치(200)는 챔버(210); 상기 챔버(210)의 일측부와 연결되며, 상기 챔버(210) 내로 산화물 용액의 미스트(mist)를 공급하는 산화물 용액 공급 장치(미도시); 상기 챔버(210)의 일측부와 연결되며, 상기 챔버(210) 내로 산소(O2)를 공급하는 산소 공급 장치(미도시); 상기 챔버(210)의 타측부에 제공되며, 미반응된 잔류 미스트, 잔류 산소, 및 불순물이 배출되는 배출구(240); 상기 챔버(210)의 상부에 제공되며, 상기 산소를 조사하도록 제 1 파장의 제 1 자외선을 방출하는 제 1 자외선 조사 장치(250a) 및 상기 제 1 자외선에 의해 생성된 오존을 조사하도록 제 2 파장의 제 2 자외선을 방출하는 제 2 자외선 조사 장치(250b)로 구성되는 자외선 조사 장치(250); 상기 챔버(210) 내로 제공되는 기판(260); 및 상기 기판(260)의 하부에 제공되는 히터(220)를 포함하되, 상기 기판(260) 상에 소정 두께의 산화물 박막이 증착되면, 상기 제 2 자외선 조사 장치(250b)는 상기 제 2 자외선을 상기 오존에 조사하여 산소 라디칼을 생성하고, 상기 산소 라디칼은 상기 산화물 박막 내에 존재하는 불순물을 제거하며, 상기 산화물 박막 제조 장치(200)는 상기 산화물 박막의 증착 공정 및 상기 불순물의 제거 고정을 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.2E to 2G, the
이하에서는, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치(200)의 구체적인 구성 및 동작을 상세히 기술한다.Hereinafter, the specific configuration and operation of the oxide thin
도 2e 내지 도 2g를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치(200)는 챔버(210); 상기 챔버(210)의 일측부와 연결되며, 상기 챔버(210) 내로 산화물 용액의 미스트(mist)를 공급하는 산화물 용액 공급 장치(미도시); 상기 챔버(210)의 일측부와 연결되며, 상기 챔버(210) 내로 산소(O2)를 공급하는 산소 공급 장치(미도시)를 포함한다. 이 경우, 산소 공급 장치(미도시) 대신 상기 챔버(210) 내로 에어를 공급하는 에어 공급 장치(미도시)가 사용될 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다. 본 발명에 사용되는 산화물 용액 공급 장치(미도시)는 상술한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 산화물 용액 공급 장치(미도시)와 마찬가지로 예를 들어, Physics on development of open-air atmospheric pressure thin film fabrication technique using mist droplets: Control of precursor flow" [Japanese Journal of Applied Physics 53, 05FF08 (2014)]에 개시된 미세 채널 타입 미스트 CVD 장치에 사용되는 미스트 액적 공급 장치로 구현될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.2E to 2G, the
상술한 산화물 용액 공급 장치(미도시)로부터 산화물 용액이 챔버(210) 내로 미스트 형태로 공급되면, 기판(260)의 하부에 제공되는 히터(220)에 의해 기판(210)의 온도가 소정 범위의 온도(예를 들어, 150 내지 300)를 유지하면서 증착 공정이 이루어지고, 그 결과 기판(260) 상에 소정 두께의 산화물 박막(262)이 증착된다(도 2g의 좌측 도면 참조). 여기서, 증착된 산화물 박막(262)의 소정 두께는 대략 3 내지 5nm 범위를 갖는 것이 바람직하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 증착 공정 후에 미반응된 미스트 형태의 잔류 산화물 용액은 배출구(240)를 통해 배출된다.When the oxide solution is supplied into the
그 후, 산소 공급 장치(미도시)로부터 챔버(210) 내로 산소가 공급되고, 챔버(210)의 상부에 제공되는 자외선 조사 장치(250)를 구성하는 제 1 및 제 2 자외선 조사 장치(250a,250b)가 턴온(On)된다(도 2g의 중간 도면 참조). 이 경우, 제 1 자외선 조사 장치(250a)로부터 방출되는 제 1 파장의 제 1 자외선은 챔버(210) 내의 산소에 조사되어 산소 결합이 끊어져 도 2f에 도시된 바와 같이 오존을 생성하고, 제 2 자외선 조사 장치(250b)로부터 방출되는 제 2 파장의 제 2 자외선은 챔버(210) 내에서 생성된 오존에 조사되어 도 2f에 도시된 바와 같이 산소 라디칼(oxygen radical: O*) 및 산소(O2)를 생성한다. 이를 위해, 제 1 자외선의 제 1 파장은 185nm의 파장대를 구비하는 것이 바람직하고, 제 2 자외선의 제 2 파장은 254nm의 파장대를 구비하는 것이 바람직하다. 도 2e에서는, 각각 제 1 파장 및 제 2 파장의 자외선을 방출하는 제 1 자외선 조사 장치(250a) 및 제 2 자외선 조사 장치(250b)가 사용되는 것으로 도시되어 있지만, 당업자라면 제 1 파장 및 제 2 파장의 자외선을 동시에 방출할 수 있는 자외선 조사 장치(예를 들어, 도 2a에 도시된 바와 같은 한 종류의 자외선 조사 장치(250))가 사용될 수 있다는 것을 충분히 이해할 수 있을 것이다. 생성된 산소 라디칼은 기판(210) 상에 증착된 산화물 박막(262) 내의 유기 오염 물질(예를 들어, 탄소(C)임)과 결합되어 일산화탄소(CO)를 형성하고, 형성된 일산화탄소는 산화물 박막(262)으로부터 유리된다. 그 결과, 산화물 박막(262) 내부의 불순물(즉, 탄소)이 제거되고, 제거된 불순물, 미반응된 잔류 오존, 산소 라디칼, 및 미반응 및 생성된 산소 등이 배출구(240)를 통해 배출된다.After that, oxygen is supplied into the
그 후, 다시 산화물 용액 공급 장치(미도시)로부터 산화물 용액이 챔버(210) 내로 미스트 형태로 공급되고(도 2g의 우측 도면 참조), 상술한 바와 같이 기판(210) 상에 증착된 산화물 박막(262) 상에 추가적인 산화물 증착 공정, 및 자외선 조사 장치(250)를 구성하는 제 1 및 제 2 자외선 조사 장치(250a,250b)를 이용한 추가적으로 증착된 산화물 박막 내의 불순물 제거 공정이 반복적으로 이루어진다. 그 결과, 예를 들어, 상술한 바와 같이 도 2d를 참조하면, 기판(260) 상에 소정 두께의 산화물 박막 증착 공정 및 자외선 조사 장치(250)를 구성하는 제 1 및 제 2 자외선 조사 장치(250a,250b)를 이용한 증착된 산화물 박막 내의 불순물 제거 공정이 타임 쉐어링 방식으로 4회 반복 수행되는 경우 기판(260) 상에 4개의 산화물 박막(즉, 제 1 내지 제 4 산화물 박막(262a,262b,262c,262d))이 층별 적층 방식으로 증착된다.After that, the oxide solution is supplied again in the form of a mist from the oxide solution supply device (not shown) into the chamber 210 (refer to the right drawing of FIG. 2G), and the oxide thin film deposited on the
상술한 바와 같이, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치(200)에서는, 기판(260) 상에 소정 두께의 산화물 박막(262)을 증착하고, 자외선 조사 장치(250)를 이용한 증착된 산화물 박막 내의 불순물 제거 공정을 적어도 1회 이상 수행하는 타임 쉐어링 방식(Time sharing Method)을 사용하므로, 기판(260) 상에서 각각의 산화물 박막(262)이 소정 두께(예를 들어, 3 내지 5nm)로 증착된 상태에서 자외선 조사에 의해 생성되는 산소 라디칼이 각각의 증착된 산화물 박막(262) 내로 침투하여 산화물 박막(262) 내의 불순물의 제거가 가능하게 되어, 1) 산화물 박막(262) 내에서 강한 산화막 형성이 가능하고, 2) 특히, 산화물 박막(262) 내에 잔류하는 탄소와 같은 불순물을 효과적으로 제거할 수 있으며, 3) 산화물 박막(262)이 외기에 노출되지 않으므로 최종 제품의 전기적 특성이 변화가 방지되고, 그에 따라 최종 제품의 불량 발생이 최소화되고 안정성이 향상되며, 4) 산화물 박막 증착 공정과 자외선 조사 공정이 하나의 공간 내에서 이루어지므로, 기판(260)의 이송이 불필요하게 되어 전체 공정 시간(tact time)이 현저하게 감소된다는 효과가 달성된다.As described above, in the
도 2h는 도 2c 및 도 2g에 각각 도시된 박막 증착 공정 및 자외선 조사 공정의 순차적인 수행에 의해 얻어진 산화물 박막의 성장 속도 및 전기적 특성(저항)의 보여주는 그래프이다.2H is a graph showing the growth rate and electrical characteristics (resistance) of the oxide thin film obtained by sequentially performing the thin film deposition process and the ultraviolet irradiation process shown in FIGS. 2C and 2G , respectively.
좀 더 구체적으로, 도 2h는 250의 증착 온도 조건에서 증착된 산화물 박막에 대해 3가지 조건(즉, 1) 무처리 조건 상태(As)의 경우, 2) 산화물 박막 증착 후 종래 기술에 따라 사후적으로 자외선을 조사(Post UV)한 경우, 및 3) 본 발명의 실시예에 따른 타임 쉐어링 방식으로 자외선을 조사(Time sharing UV)한 경우)에 따른 산화물 박막 성장 속도(좌측 도면) 및 전기적 특성(저항)(우측 도면)을 비교한 그래프이다. 이러한 도 2h에 도시된 그래프로부터, 본 발명의 타임 쉐어링 방식으로 자외선을 조사(Time sharing UV)한 경우가 가장 높은 산화물 박막 성장 속도 및 가장 낮은 전기적 특성(저항)을 보여주고 있음을 알 수 있다. 즉, 타임 쉐어링 방식을 사용하는 본 발명이 가장 높은 산화물 박막 성장 속도를 가지므로 전체 박막 증착 시간이 감소되고, 또한 가장 낮은 전기적 특성(저항)을 가지므로 최종 제품의 전기적 특성이 매우 양호하다는 것을 알 수 있다.More specifically, FIG. 2H shows three conditions (ie, 1) for an oxide thin film deposited at a deposition temperature of 250, in the case of an untreated condition (As), 2) after depositing an oxide thin film, and post-mortem according to the prior art. Oxide thin film growth rate (left figure) and electrical characteristics ( It is a graph comparing resistance) (right drawing). From the graph shown in FIG. 2H, it can be seen that the time sharing UV method of the present invention shows the highest oxide thin film growth rate and lowest electrical characteristics (resistance). That is, it can be seen that the present invention using the time-sharing method has the highest oxide thin film growth rate, so the overall thin film deposition time is reduced, and also has the lowest electrical characteristics (resistance), so that the electrical characteristics of the final product are very good. can
도 2i는 도 2c 및 도 2g에 도시된 박막 증착 공정 및 자외선 조사 공정의 순차적인 수행에 의해 얻어진 산화물 박막의 내부에 잔류하는 원소의 시간 경과에 따른 원소 농도를 보여주는 그래프이고, 도 2j는 도 2c 및 도 2g에 도시된 박막 증착 공정 및 자외선 조사 공정의 순차적인 수행에 의해 얻어진 산화물 박막의 내부에 잔류하는 원소의 분석 결과를 보여주는 테이블이다.2I is a graph showing the element concentration over time of the elements remaining in the oxide thin film obtained by sequentially performing the thin film deposition process and the ultraviolet irradiation process shown in FIGS. 2C and 2G, and FIG. 2J is FIG. 2C and a table showing the analysis results of elements remaining in the oxide thin film obtained by sequentially performing the thin film deposition process and the ultraviolet irradiation process shown in FIG. 2G .
도 2i 및 도 2j에 도시된 그래프 및 테이블은 모두 원자방출 분광법(Atomic Emission Spectrometry: AES)을 이용한 분석법이 의해 얻어진 것이다. AES 분석법은 이미 증착된 박막을 스퍼터링 방식을 사용하여 조금씩 제거하면서 스퍼터링 시간(즉, 도 2i에서 x축)에 따라 박막 내부의 조성을 분석하는 기법이다. 그에 따라, 도 2i에서는 스퍼터링 시간이 대략 25분 이상 경과한 후 기판(260) 상에 증착된 박막이 스퍼터링에 의해 제거되어 기판(260) 내부의 조성이 검출되었음을 알 수 있다. 또한, 도 2j에 도시된 테이블은 도 2i에 도시된 수직방향의 점선의 시점(대략 7분)에서 스퍼터링에 의해 기판(260) 상의 증착된 박막이 제거되고 남은 상태에서 남은 박막 내부의 불순물인 탄소(C)의 양을 측정한 것이다.The graphs and tables shown in FIGS. 2I and 2J are all obtained by an analysis method using atomic emission spectrometry (AES). The AES analysis method is a technique of analyzing the composition inside the thin film according to the sputtering time (ie, the x-axis in FIG. 2I) while removing the already deposited thin film little by little using the sputtering method. Accordingly, in FIG. 2I , it can be seen that the thin film deposited on the
다시 도 2i의 그래프 및 도 2j의 테이블을 참조하면, 도 2h에 도시된 그래프와 동일한 조건 하에서 증착되는 산화물 박막에 대해 시간 경과에 따라 산화물 박막 내에 잔류하는 불순물(특히, 탄소)의 농도(%)를 살펴보면, 본 발명의 타임 쉐어링 방식으로 자외선을 조사(Time sharing UV Treatment)한 경우가 산화물 박막 증착 후 종래 기술에 따라 사후적으로 자외선 조사 및 열처리한(Post UV+Thermal) 경우에 비해 현저하게 낮은 값을 보여주고 있다. 구체적으로, 도 2j의 테이블로부터, 아무런 후처리를 하지 않은 경우(As dep)의 산화물 박막의 내부에 잔류하는 탄소의 상대적인 양이 2.39임을 보여주고 있다. 이 경우, 본 발명의 타임 쉐어링 방식으로 자외선을 조사한 경우(Time sharing UV Treatment)에는 산화물 박막의 내부에 잔류하는 탄소의 상대적인 양이 0.13로 나타났고, 반면에 산화물 박막 증착 후 종래 기술에 따라 사후적으로 자외선 조사 및 열처리한 경우(Post UV+Thermal)에는 산화물 박막의 내부에 잔류하는 탄소의 상대적인 양은 0.81로 나타났다. 따라서, 본 발명이 종래 기술에 비해 불순물 제거 효율이 현저하게 향상되었임이 확인되었고, 그에 따라 산화물 박막 내에서 강한 산화막의 형성이 가능해진다.Referring again to the graph of FIG. 2I and the table of FIG. 2J, the concentration (%) of impurities (especially carbon) remaining in the oxide thin film over time for the oxide thin film deposited under the same conditions as the graph shown in FIG. 2H Looking at , the time sharing UV treatment of the present invention is significantly lower than the case of post UV irradiation and heat treatment (Post UV + Thermal) according to the prior art after depositing the oxide thin film. showing the value. Specifically, from the table of FIG. 2j , it is shown that the relative amount of carbon remaining inside the oxide thin film when no post-treatment is performed (As dep) is 2.39. In this case, in the case of irradiating ultraviolet light in the time-sharing method of the present invention (Time sharing UV Treatment), the relative amount of carbon remaining inside the oxide thin film was found to be 0.13, whereas after depositing the oxide thin film, the relative amount of carbon was post-mortem according to the prior art. In the case of UV irradiation and heat treatment (Post UV + Thermal), the relative amount of carbon remaining inside the oxide thin film was 0.81. Accordingly, it was confirmed that the present invention significantly improved the impurity removal efficiency compared to the prior art, and thus, it is possible to form a strong oxide film in the oxide thin film.
도 3a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 방법의 플로우차트를 도시한 도면이다.3A is a flowchart illustrating a method for manufacturing an oxide thin film using a low-temperature process according to a first embodiment of the present invention.
도 3a를 도 2a 내지 도 2d와 함께 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 방법(300)은 a) 챔버(210) 내로 산화물 용액의 미스트(mist)를 공급하는 단계(310); b) 상기 챔버(260) 내의 기판(260)의 하부에 제공되는 히터(220)에 의해 상기 기판(210)을 소정 범위의 온도로 유지하면서, 상기 기판(260) 상에 소정 두께의 산화물 박막(262)을 증착하는 단계(320); c) 상기 챔버(210) 내로 오존(O3)을 공급하는 단계(330); d) 상기 챔버(210)의 상부에 제공되는 자외선 조사 장치(250)를 이용하여 상기 오존에 자외선을 조사하여 산소 라디칼 및 산소(O2)를 생성하는 단계(340); e) 상기 생성된 산소 라디칼을 이용하여 상기 산화물 박막(262) 내의 불순물을 제거하는 단계(350); 및 f) 상기 a) 단계 내지 상기 e) 단계를 적어도 1회 이상 반복하는 단계(360)를 포함하는 것을 특징으로 한다.Referring to FIG. 3A together with FIGS. 2A to 2D , the
상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 방법(300)은 상기 b) 단계 및 상기 c) 단계 사이에 b1) 상기 증착 공정 후에 미반응된 상기 미스트 형태의 잔류 산화물 용액을 배출구(240)를 통해 배출하는 단계; 및 상기 e) 단계 및 상기 f) 단계 사이에 e1) 상기 제거된 불순물, 미반응된 잔류 오존, 미반응된 상기 산소 라디칼, 및 상기 생성된 산소를 상기 배출구(240)를 통해 배출하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.In the
또한, 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 방법(300)에서, 상기 증착된 산화물 박막(262)의 소정 두께는 대략 3 내지 5nm 범위를 갖는 것이 바람직하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, in the
또한, 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 방법(300)에서, 상기 자외선의 파장은 185nm의 파장대 및/또는 254nm의 파장대를 포함할 수 있다.In addition, in the
또한, 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 방법(300)에서, 상기 불순물은 탄소를 포함한다.In addition, in the
도 3b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 방법의 플로우차트를 도시한 도면이다.3B is a flowchart illustrating a method for manufacturing an oxide thin film using a low-temperature process according to a second embodiment of the present invention.
도 3b를 도 2e 내지 도 2g와 함께 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 방법(300)은 a) 챔버(210) 내로 산화물 용액의 미스트(mist)를 공급하는 단계(310); b) 상기 챔버(260) 내의 기판(260)의 하부에 제공되는 히터(220)에 의해 상기 기판(210)을 소정 범위의 온도로 유지하면서, 상기 기판(260) 상에 소정 두께의 산화물 박막(262)을 증착하는 단계(320); c) 상기 챔버(210) 내로 산소(O2)를 공급하는 단계(330); d) 상기 챔버(210)의 상부에 제공되며, 제 1 파장의 제 1 자외선을 방출하는 제 1 자외선 조사 장치(250a) 및 제 2 파장의 제 2 자외선을 방출하는 제 2 자외선 조사 장치(250b)로 구성되는 자외선 조사 장치(250)를 이용하여 상기 산소에 상기 제 1 자외선을 조사하여 오존을 생성하고, 상기 생성된 오존에 상기 제 2 자외선을 조사하여 산소 라디칼 및 산소(O2)를 생성하는 단계(340); e) 상기 생성된 산소 라디칼을 이용하여 상기 산화물 박막(262) 내의 불순물을 제거하는 단계(350); 및 f) 상기 a) 단계 내지 상기 e) 단계를 적어도 1회 이상 반복하는 단계(360)를 포함하는 것을 특징으로 한다.Referring to FIG. 3B together with FIGS. 2E to 2G , the
상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 방법(300)은 상기 b) 단계 및 상기 c) 단계 사이에 b1) 상기 증착 공정 후에 미반응된 상기 미스트 형태의 잔류 산화물 용액을 배출구(240)를 통해 배출하는 단계; 및 상기 e) 단계 및 상기 f) 단계 사이에 e1) 상기 제거된 불순물, 미반응된 잔류 오존, 미반응된 상기 산소 라디칼, 및 미반응된 상기 공급된 산소 및 상기 생성된 산소를 상기 배출구(240)를 통해 배출하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.In the
또한, 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 방법(300)에서, 상기 증착된 산화물 박막(262)의 소정 두께는 대략 3 내지 5nm 범위를 갖는 것이 바람직하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, in the
또한, 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 방법(300)에서, 상기 제 1 파장은 185nm의 파장대를 구비하고, 상기 제 2 파장은 254nm의 파장대를 구비할 수 있다.In addition, in the
또한, 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 방법(300)에서, 상기 불순물은 탄소를 포함한다.In addition, in the
다양한 변형예가 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 본 명세서에 기술되고 예시된 구성 및 방법으로 만들어질 수 있으므로, 상기 상세한 설명에 포함되거나 첨부 도면에 도시된 모든 사항은 예시적인 것으로 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술한 예시적인 실시예에 의해 제한되지 않으며, 이하의 청구범위 및 그 균등물에 따라서만 정해져야 한다.Since various modifications can be made in the constructions and methods described and illustrated herein without departing from the scope of the invention, it is intended that all matter contained in the above detailed description or shown in the accompanying drawings be illustrative and not intended to limit the invention. it is not Accordingly, the scope of the present invention is not limited by the above-described exemplary embodiments, and should be defined only in accordance with the following claims and their equivalents.
200: 산화물 박막 제조 장치 210: 챔버
240: 배출구 250,250a,250b: 자외선 조사 장치
260: 기판 262,262a,262b,262c,262d: 산화물 박막200: oxide thin film manufacturing apparatus 210: chamber
240:
260: substrate 262,262a, 262b, 262c, 262d: oxide thin film
Claims (18)
챔버;
상기 챔버의 일측부와 연결되며, 상기 챔버 내로 산화물 용액의 미스트(mist)를 공급하는 산화물 용액 공급 장치-여기서 상기 산화물 용액은 아연, 인듐, 갈륨, 주석 및 티타늄에서 선택되는 하나 이상의 금속을 함유하는 금속 전구체 화합물을 물 또는 유기 용매에 용해하여 형성되는 것임-;
상기 챔버의 일측부와 연결되며, 상기 챔버 내로 오존(O3)을 공급하는 오존 공급 장치;
상기 챔버의 타측부에 제공되며, 미반응된 잔류 미스트, 잔류 오존, 및 불순물이 배출되는 배출구;
상기 챔버의 상부에 제공되며, 상기 오존을 조사하도록 자외선(UV)을 방출하는 자외선 조사 장치;
상기 챔버 내로 제공되는 기판; 및
상기 기판의 하부에 제공되는 히터
를 포함하되,
상기 기판 상에 소정 두께의 산화물 박막이 증착되면, 상기 자외선 조사 장치는 상기 자외선을 상기 오존에 조사하여 산소 라디칼을 생성하고, 상기 산소 라디칼은 상기 산화물 박막 내에 존재하는 상기 불순물을 제거하며,
상기 산화물 박막 제조 장치는 상기 산화물 박막의 증착 공정 및 상기 불순물의 제거 공정을 반복적으로 수행하는
저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치.In the oxide thin film manufacturing apparatus using a low-temperature process,
chamber;
An oxide solution supply device connected to one side of the chamber and supplying a mist of an oxide solution into the chamber, wherein the oxide solution contains one or more metals selected from zinc, indium, gallium, tin and titanium formed by dissolving a metal precursor compound in water or an organic solvent;
an ozone supply device connected to one side of the chamber and supplying ozone (O 3 ) into the chamber;
an outlet provided on the other side of the chamber through which unreacted residual mist, residual ozone, and impurities are discharged;
an ultraviolet irradiation device provided in the upper part of the chamber and emitting ultraviolet rays (UV) to irradiate the ozone;
a substrate provided into the chamber; and
a heater provided under the substrate
including,
When an oxide thin film having a predetermined thickness is deposited on the substrate, the ultraviolet irradiation device generates oxygen radicals by irradiating the ultraviolet rays to the ozone, and the oxygen radicals remove the impurities present in the oxide thin film,
The oxide thin film manufacturing apparatus repeatedly performs the deposition process of the oxide thin film and the removal process of the impurities
A device for manufacturing an oxide thin film using a low-temperature process.
상기 증착된 산화물 박막의 상기 소정 두께는 3 내지 5nm 범위를 갖는 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치.The method of claim 1,
The predetermined thickness of the deposited oxide thin film is an oxide thin film manufacturing apparatus using a low temperature process having a range of 3 to 5 nm.
상기 자외선의 파장은 254nm의 파장대를 구비하는 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치.The method of claim 1,
The wavelength of the ultraviolet light is an oxide thin film manufacturing apparatus using a low-temperature process having a wavelength band of 254 nm.
상기 불순물은 탄소를 포함하는 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치.The method of claim 1,
The impurity is an oxide thin film manufacturing apparatus using a low-temperature process containing carbon.
챔버;
상기 챔버의 일측부와 연결되며, 상기 챔버 내로 산화물 용액의 미스트(mist)를 공급하는 산화물 용액 공급 장치-여기서 상기 산화물 용액은 아연, 인듐, 갈륨, 주석 및 티타늄에서 선택되는 하나 이상의 금속을 함유하는 금속 전구체 화합물을 물 또는 유기 용매에 용해하여 형성되는 것임-;
상기 챔버의 일측부와 연결되며, 상기 챔버 내로 산소(O2)를 공급하는 산소 공급 장치;
상기 챔버의 타측부에 제공되며, 미반응된 잔류 미스트, 잔류 산소, 및 불순물이 배출되는 배출구;
상기 챔버의 상부에 제공되며, 상기 산소를 조사하도록 제 1 파장의 제 1 자외선을 방출하는 제 1 자외선 조사 장치 및 상기 제 1 자외선에 의해 생성된 오존을 조사하도록 제 2 파장의 제 2 자외선을 방출하는 제 2 자외선 조사 장치로 구성되는 자외선 조사 장치;
상기 챔버 내로 제공되는 기판; 및
상기 기판의 하부에 제공되는 히터
를 포함하되,
상기 기판 상에 증착되는 소정 두께의 산화물 박막이 증착되면, 상기 제 2 자외선 조사 장치는 상기 제 2 자외선을 상기 오존에 조사하여 산소 라디칼을 생성하고, 상기 산소 라디칼은 상기 증착된 상기 산화물 박막 내에 존재하는 불순물을 제거하며,
상기 산화물 박막 제조 장치는 상기 산화물 박막의 증착 공정 및 상기 불순물의 제거 공정을 반복적으로 수행하는
저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치.In the oxide thin film manufacturing apparatus using a low-temperature process,
chamber;
An oxide solution supply device connected to one side of the chamber and supplying a mist of an oxide solution into the chamber, wherein the oxide solution contains one or more metals selected from zinc, indium, gallium, tin and titanium formed by dissolving a metal precursor compound in water or an organic solvent;
an oxygen supply device connected to one side of the chamber and supplying oxygen (O 2 ) into the chamber;
an outlet provided on the other side of the chamber through which unreacted residual mist, residual oxygen, and impurities are discharged;
A first ultraviolet irradiation device provided in the upper part of the chamber and emitting a first ultraviolet ray of a first wavelength to irradiate the oxygen and a second ultraviolet ray of a second wavelength to irradiate the ozone generated by the first ultraviolet ray an ultraviolet irradiation device comprising a second ultraviolet irradiation device;
a substrate provided into the chamber; and
a heater provided under the substrate
including,
When an oxide thin film having a predetermined thickness deposited on the substrate is deposited, the second ultraviolet irradiation device generates oxygen radicals by irradiating the second ultraviolet rays to the ozone, and the oxygen radicals are present in the deposited oxide thin film remove impurities,
The oxide thin film manufacturing apparatus repeatedly performs the deposition process of the oxide thin film and the removal process of the impurities
A device for manufacturing an oxide thin film using a low-temperature process.
상기 증착된 산화물 박막의 상기 소정 두께는 3 내지 5nm 범위를 갖는 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치.6. The method of claim 5,
The predetermined thickness of the deposited oxide thin film is an oxide thin film manufacturing apparatus using a low temperature process having a range of 3 to 5 nm.
상기 제 1 파장은 185nm의 파장대를 구비하고, 상기 제 2 파장은 254nm의 파장대를 구비하는 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치.6. The method of claim 5,
The first wavelength has a wavelength band of 185 nm, and the second wavelength is an oxide thin film manufacturing apparatus using a low temperature process having a wavelength band of 254 nm.
상기 불순물은 탄소를 포함하는 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 장치.6. The method of claim 5,
The impurity is an oxide thin film manufacturing apparatus using a low-temperature process containing carbon.
a) 챔버 내로 산화물 용액의 미스트(mist)를 공급하는 단계-여기서 상기 산화물 용액은 아연, 인듐, 갈륨, 주석 및 티타늄에서 선택되는 하나 이상의 금속을 함유하는 금속 전구체 화합물을 물 또는 유기 용매에 용해하여 형성되는 것임-;
b) 상기 챔버 내의 기판의 하부에 제공되는 히터에 의해 상기 기판을 소정 범위의 온도로 유지하면서, 상기 기판 상에 소정 두께의 산화물 박막을 증착하는 단계;
c) 상기 챔버 내로 오존(O3)을 공급하는 단계;
d) 상기 챔버의 상부에 제공되는 자외선 조사 장치를 이용하여 상기 오존에 자외선을 조사하여 산소 라디칼 및 산소(O2)를 생성하는 단계;
e) 상기 생성된 산소 라디칼을 이용하여 상기 산화물 박막 내의 불순물을 제거하는 단계; 및
f) 상기 a) 단계 내지 상기 e) 단계를 적어도 1회 이상 반복하는 단계
를 포함하는 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 방법.In the method for manufacturing an oxide thin film using a low-temperature process,
a) supplying a mist of an oxide solution into the chamber, wherein the oxide solution is obtained by dissolving a metal precursor compound containing at least one metal selected from zinc, indium, gallium, tin and titanium in water or an organic solvent is formed-;
b) depositing an oxide thin film having a predetermined thickness on the substrate while maintaining the substrate at a temperature within a predetermined range by a heater provided under the substrate in the chamber;
c) supplying ozone (O 3 ) into the chamber;
d) generating oxygen radicals and oxygen (O 2 ) by irradiating ultraviolet rays to the ozone using an ultraviolet irradiation device provided on the upper part of the chamber;
e) removing impurities in the oxide thin film using the generated oxygen radicals; and
f) repeating steps a) to e) at least once or more
A method of manufacturing an oxide thin film using a low-temperature process comprising a.
상기 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 방법은
상기 b) 단계 및 상기 c) 단계 사이에 b1) 상기 증착 공정 후에 미반응된 상기 미스트 형태의 잔류 산화물 용액을 배출구를 통해 배출하는 단계; 및
상기 e) 단계 및 상기 f) 단계 사이에 e1) 상기 제거된 불순물, 미반응된 잔류 오존, 미반응된 상기 산소 라디칼, 및 상기 생성된 산소를 상기 배출구를 통해 배출하는 단계
를 추가로 포함하는 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 방법.10. The method of claim 9,
The method for manufacturing an oxide thin film using the low-temperature process is
b1) discharging the residual oxide solution in the form of mist that has not been reacted after the deposition process through an outlet between steps b) and c); and
e1) discharging the removed impurities, unreacted residual ozone, unreacted oxygen radicals, and the generated oxygen through the outlet between step e) and step f)
A method for producing an oxide thin film using a low-temperature process further comprising a.
상기 증착된 산화물 박막의 소정 두께는 3 내지 5nm 범위를 갖는 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 방법.10. The method of claim 9,
A method for manufacturing an oxide thin film using a low temperature process having a predetermined thickness of the deposited oxide thin film in the range of 3 to 5 nm.
상기 자외선의 파장은 254nm의 파장대를 구비하는 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 방법.10. The method of claim 9,
The wavelength of the ultraviolet is a method of manufacturing an oxide thin film using a low-temperature process having a wavelength band of 254 nm.
상기 불순물은 탄소를 포함하는 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 방법.10. The method of claim 9,
The method of manufacturing an oxide thin film using a low-temperature process in which the impurities include carbon.
a) 챔버 내로 산화물 용액의 미스트(mist)를 공급하는 단계-여기서 상기 산화물 용액은 아연, 인듐, 갈륨, 주석 및 티타늄에서 선택되는 하나 이상의 금속을 함유하는 금속 전구체 화합물을 물 또는 유기 용매에 용해하여 형성되는 것임-;
b) 상기 챔버 내의 기판의 하부에 제공되는 히터에 의해 상기 기판을 소정 범위의 온도로 유지하면서, 상기 기판 상에 소정 두께의 산화물 박막을 증착하는 단계;
c) 상기 챔버 내로 산소(O2)를 공급하는 단계;
d) 상기 챔버의 상부에 제공되며, 제 1 파장의 제 1 자외선을 방출하는 제 1 자외선 조사 장치 및 제 2 파장의 제 2 자외선을 방출하는 제 2 자외선 조사 장치로 구성되는 자외선 조사 장치를 이용하여 상기 산소에 상기 제 1 자외선을 조사하여 오존을 생성하고, 상기 생성된 오존에 상기 제 2 자외선을 조사하여 산소 라디칼 및 산소(O2)를 생성하는 단계;
e) 상기 생성된 산소 라디칼을 이용하여 상기 산화물 박막 내의 불순물을 제거하는 단계; 및
f) 상기 a) 단계 내지 상기 e) 단계를 적어도 1회 이상 반복하는 단계
를 포함하는 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 방법.In the method for manufacturing an oxide thin film using a low-temperature process,
a) supplying a mist of an oxide solution into the chamber, wherein the oxide solution is obtained by dissolving a metal precursor compound containing at least one metal selected from zinc, indium, gallium, tin and titanium in water or an organic solvent is formed-;
b) depositing an oxide thin film having a predetermined thickness on the substrate while maintaining the substrate at a temperature within a predetermined range by a heater provided under the substrate in the chamber;
c) supplying oxygen (O 2 ) into the chamber;
d) using an ultraviolet irradiation device provided in the upper part of the chamber and composed of a first ultraviolet irradiation device emitting a first ultraviolet light of a first wavelength and a second ultraviolet irradiation device emitting a second ultraviolet light of a second wavelength generating ozone by irradiating the first ultraviolet ray to the oxygen, and irradiating the second ultraviolet ray to the generated ozone to generate oxygen radicals and oxygen (O 2 );
e) removing impurities in the oxide thin film using the generated oxygen radicals; and
f) repeating steps a) to e) at least once or more
A method of manufacturing an oxide thin film using a low-temperature process comprising a.
상기 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 방법은
상기 b) 단계 및 상기 c) 단계 사이에 b1) 상기 증착 공정 후에 미반응된 상기 미스트 형태의 잔류 산화물 용액을 배출구를 통해 배출하는 단계; 및
상기 e) 단계 및 상기 f) 단계 사이에 e1) 상기 제거된 불순물, 미반응된 잔류 오존, 미반응된 상기 산소 라디칼, 및 미반응된 상기 공급된 산소 및 상기 생성된 산소를 상기 배출구를 통해 배출하는 단계
를 추가로 포함하는 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 방법.15. The method of claim 14,
The method for manufacturing an oxide thin film using the low-temperature process is
b1) discharging the residual oxide solution in the form of mist that has not been reacted after the deposition process through an outlet between steps b) and c); and
Between steps e) and f), e1) the removed impurities, unreacted residual ozone, unreacted oxygen radicals, and unreacted supplied oxygen and the generated oxygen are discharged through the outlet step to do
A method for producing an oxide thin film using a low-temperature process further comprising a.
상기 증착된 산화물 박막의 소정 두께는 3 내지 5nm 범위를 갖는 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 방법.15. The method of claim 14,
A method for manufacturing an oxide thin film using a low temperature process having a predetermined thickness of the deposited oxide thin film in the range of 3 to 5 nm.
상기 제 1 파장은 185nm의 파장대를 구비하고, 상기 제 2 파장은 254nm의 파장대를 구비하는 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 방법.15. The method of claim 14,
The first wavelength has a wavelength band of 185 nm, and the second wavelength is a method of manufacturing an oxide thin film using a low-temperature process having a wavelength band of 254 nm.
상기 불순물은 탄소를 포함하는 저온 공정을 이용한 산화물 박막 제조 방법.
15. The method of claim 14,
The method of manufacturing an oxide thin film using a low-temperature process in which the impurities include carbon.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020170052321A KR102388445B1 (en) | 2017-04-24 | 2017-04-24 | Improved Apparatus and Method for Manufacturing Oxide Thin Film Using Low-Temperature Process |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020170052321A KR102388445B1 (en) | 2017-04-24 | 2017-04-24 | Improved Apparatus and Method for Manufacturing Oxide Thin Film Using Low-Temperature Process |
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| KR20180118964A KR20180118964A (en) | 2018-11-01 |
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| KR101456237B1 (en) | 2012-04-16 | 2014-11-03 | 전자부품연구원 | Method for manufacturing metal-oxide thin film using low temperature process, thin film, and electric device thereof |
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| US7208401B2 (en) | 2004-03-12 | 2007-04-24 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Method for forming a thin film |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR101456237B1 (en) | 2012-04-16 | 2014-11-03 | 전자부품연구원 | Method for manufacturing metal-oxide thin film using low temperature process, thin film, and electric device thereof |
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