KR102623064B1 - Initiated chemical vapor deposition chamber comprising double shower head - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착 반응기는 소스기체인 개시제 및 단량체를 각각 가열하는 복수의 캐니스터, 캐니스터로부터 가열된 각각의 소스기체가 반응기 내부로 분리되어 유입될 수 있도록 배치되는 복수의 가스라인, 복수의 캐니스터 및 복수의 가스라인 각각에 연결되어 반응기 내부로 소스기체를 투입하도록 복수로 배치되는 복수의 투입구, 복수의 투입구를 통해 유입된 소스기체가 반응기 내부에서 균일하게 확산되어 하강할 수 있도록 배치되는 샤워헤드본체, 샤워헤드본체 하부에 배치되며, 단량체를 활성화시키기 위해 개시제에 열에너지를 공급하여 라디칼화시키는 필라멘트, 필라멘트 하부에 배치되고, 필라멘트로부터 방사되는 열에너지가 하부로 방사되는 것을 차단하며, 소스기체가 반응기 내부에서 균일하게 확산되어 하강할 수 있도록 하는 이너샤워헤드, 단량체의 중합반응에 의해 고분자 유기 박막이 증착되는 기재가 놓여지고, 기재를 냉각하는 냉각스테이지 및 냉매를 통해 냉각스테이지를 냉각하는 냉각부를 포함하여, 단차가 있는 기재에도 균일한 박막 증착을 가능하게 하고, 냉각효율을 향상시켜 성막 속도를 증가시킴으로써, 고품질의 고분자 유기 박막을 형성할 수 있도록 한다.A chemical vapor deposition reactor according to an embodiment of the present invention includes a plurality of canisters that respectively heat the initiator and monomer, which are source gases, and a plurality of gas lines arranged so that each source gas heated from the canister can be separated and introduced into the reactor. , a plurality of inlets connected to each of a plurality of canisters and a plurality of gas lines and arranged in plurality to inject the source gas into the reactor, so that the source gas flowing in through the plurality of inlets can spread and descend evenly inside the reactor. A shower head body disposed, a filament disposed at the bottom of the shower head body, which radicalizes the initiator by supplying heat energy to activate the monomer, disposed at the bottom of the filament, blocking heat energy radiating from the filament from radiating downward, and a source An inner shower head that allows gas to spread and descend evenly inside the reactor, a substrate on which a polymer organic thin film is deposited by the polymerization reaction of monomers, a cooling stage that cools the substrate, and a cooling stage that cools the cooling stage through a refrigerant. Including a cooling unit, it enables uniform thin film deposition even on a substrate with steps, and improves cooling efficiency to increase film formation speed, thereby forming a high-quality polymer organic thin film.
Description
본 발명은 개시제와 단량체를 반응기 내로 안정적으로 공급하여 고분자 유기 박막의 성막 속도를 향상시키고, 입체 구조물을 포함한 구조물에 균일한 성막을 가능하게 하는 화학기상증착 반응기(iCVD)에 관한 것이다.The present invention relates to a chemical vapor deposition reactor (iCVD) that improves the film formation speed of polymer organic thin films by stably supplying initiators and monomers into the reactor and enables uniform film formation on structures including three-dimensional structures.
개시제를 이용한 화학기상증착(initiated Chemical Vapor Deposition, iCVD) 공정은 고분자 유기 박막을 증착하는 방법이다. 화학기상증착 공정은 기존의 스핀코팅에 의한 액상공정에서 사용하는 유기용매나 첨가제를 사용하지 않는 건식 공정으로, 고순도 및 고품질의 고분자 유기 박막을 형성할 수 있어 최근 각광을 받고 있다.The initiated Chemical Vapor Deposition (iCVD) process using an initiator is a method of depositing a polymer organic thin film. The chemical vapor deposition process is a dry process that does not use organic solvents or additives used in the existing spin coating liquid process, and has recently been in the spotlight as it can form high purity and high quality polymer organic thin films.
화학기상증착 공정은 진공으로 유지되는 반응기(chamber) 내부로 기상의 개시제가 유입되어 필라멘트 열에 의해 라디칼화된다. 라디칼화된 개시제는 반응기 내부로 유입되어 기재 표면에 흡착된 단량체(monomer)를 활성화하여 중합반응을 유도하여 고분자 유기 박막을 형성한다. 화학기상증착 공정의 품질을 향상시키기 위한 방법으로, 필라멘트 어레이 구조를 최적화하는 방법, 반응기 내의 진공 형성과 공정 압력을 최적화하는 방법 및 라디칼화된 단량체로 하여금 열에너지를 안정적으로 잃도록 하여 균일한 고분자 유기 박막을 형성하도록 하는 방법이 있다.In the chemical vapor deposition process, a gaseous initiator flows into a reactor (chamber) maintained in a vacuum and is radicalized by filament heat. The radicalized initiator flows into the reactor and activates the monomer adsorbed on the surface of the substrate to induce a polymerization reaction to form a polymer organic thin film. Methods for improving the quality of the chemical vapor deposition process include a method of optimizing the filament array structure, a method of optimizing vacuum formation and process pressure in the reactor, and a method of stably losing heat energy to radicalized monomers to form a uniform organic polymer. There is a method to form a thin film.
기존 화학기상증착 반응기는 증착 공정 중에 기재의 온도 제어가 어려운 문제가 있다. 기재에 개시제와 단량체가 흡착되기 위해 서셉터를 지속적으로 냉각시켜도, 고온으로 가열된 필라멘트 열에 의해 기재 표면의 온도가 과도하게 높아질 수 있다. 즉 기재 표면의 냉각이 효과적으로 이루어질 수 없어서 원하는 박막의 두께 및 물성을 얻을 수 없는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 증착 대상이 입체구조인 경우 모든 면이 균일하게 증착되기 어려운 문제가 발생할 수 있다. Existing chemical vapor deposition reactors have a problem in that it is difficult to control the temperature of the substrate during the deposition process. Even if the susceptor is continuously cooled so that the initiator and monomer are adsorbed to the substrate, the temperature of the substrate surface may become excessively high due to the heat of the filament heated to a high temperature. In other words, the surface of the substrate cannot be cooled effectively, so a problem may occur in which the desired thickness and physical properties of the thin film cannot be obtained. Additionally, if the deposition target has a three-dimensional structure, it may be difficult to deposit uniformly on all surfaces.
본 발명의 실시예는 필라멘트 하부에 이너샤워헤드(inner shower head)를 배치하여 필라멘트로부터 발생하는 열에너지가 직접적으로 기재에 고온을 가하지 않도록 함으로써, 기재의 냉각 효율을 향상시켜 고품질 고분자 유기 박막을 형성할 수 있는 화학기상증착 반응기를 제공한다. In an embodiment of the present invention, an inner shower head is placed below the filament to prevent heat energy generated from the filament from directly applying high temperature to the substrate, thereby improving the cooling efficiency of the substrate to form a high-quality polymer organic thin film. Provides a chemical vapor deposition reactor capable of
또한, 본 발명의 실시예는 단량체와 개시제가 독립적인 가스라인을 통해 반응기 내부로 유입될 수 있도록 하여, 증기압이 낮거나 유속이 느린 소스기체의 경우에도 반응기 내로 원활하게 유입될 수 있도록 하여 증착 성능을 향상시킬 수 있는 화학기상증착 반응기를 제공한다.In addition, the embodiment of the present invention allows monomers and initiators to flow into the reactor through an independent gas line, so that even in the case of source gas with low vapor pressure or slow flow rate, it can be smoothly introduced into the reactor, thereby improving deposition performance. Provides a chemical vapor deposition reactor that can improve.
이를 통해 다양한 형태의 전자소자 제조를 위한 유연기판, 광학 필름의 제조 공정에서 균일한 두께의 고분자 유기 박막을 증착할 수 있으며, 평판 형태 뿐만 아니라 입체 구조물에서도 물성 및 두께 변화가 없는 균일한 고분자 유기 박막의 증착을 가능하게 하여 생산성을 높일 수 있다.Through this, polymer organic thin films of uniform thickness can be deposited in the manufacturing process of flexible substrates and optical films for the manufacture of various types of electronic devices. Productivity can be increased by enabling deposition.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problem(s) mentioned above, and other problem(s) not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착 반응기는 소스기체인 개시제(initiator) 및 단량체(monomer)를 각각 가열하는 복수의 캐니스터; 상기 캐니스터로부터 가열된 각각의 상기 소스기체가 상기 반응기 내부로 분리되어 유입될 수 있도록 배치되는 복수의 가스라인; 상기 복수의 캐니스터 및 상기 복수의 가스라인 각각에 연결되어 상기 반응기 내부로 상기 소스기체를 투입하도록 복수로 배치되는 복수의 투입구; 상기 복수의 투입구를 통해 유입된 상기 소스기체가 상기 반응기 내부에서 균일하게 확산되어 하강할 수 있도록 배치되는 샤워헤드본체; 상기 샤워헤드본체 하부에 배치되며, 상기 단량체를 활성화시키기 위해 상기 개시제에 열에너지를 공급하여 라디칼화시키는 필라멘트; 상기 필라멘트 하부에 배치되고, 상기 필라멘트로부터 방사되는 열에너지가 하부로 방사되는 것을 차단하며, 상기 소스기체가 상기 반응기 내부에서 균일하게 확산되어 하강할 수 있도록 하는 이너샤워헤드; 상기 단량체의 중합반응에 의해 고분자 유기 박막이 증착되는 기재가 놓여지고, 상기 기재를 냉각하는 냉각스테이지; 및 냉매를 통해 상기 냉각스테이지를 냉각하는 냉각부;를 포함할 수 있다.A chemical vapor deposition reactor according to an embodiment of the present invention includes a plurality of canisters that respectively heat an initiator and a monomer, which are source gases; a plurality of gas lines arranged so that each of the source gases heated from the canister can be separated and introduced into the reactor; a plurality of inlets connected to each of the plurality of canisters and the plurality of gas lines and arranged in plurality to inject the source gas into the reactor; a showerhead body disposed so that the source gas introduced through the plurality of inlets is uniformly spread and descended within the reactor; A filament disposed below the shower head body and supplying heat energy to the initiator to activate the monomer to radicalize it; an inner showerhead disposed below the filament, blocking heat energy radiated from the filament from being radiated downward, and allowing the source gas to uniformly diffuse and descend within the reactor; A cooling stage on which a substrate on which a polymer organic thin film is deposited by a polymerization reaction of the monomer is placed and cools the substrate; and a cooling unit that cools the cooling stage through a refrigerant.
본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착 반응기에서 상기 샤워헤드본체는 하나 이상의 홀을 포함할 수 있다.In the chemical vapor deposition reactor according to an embodiment of the present invention, the showerhead body may include one or more holes.
본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착 반응기에서 상기 이너샤워헤드는 하나 이상의 홀을 포함할 수 있다.In the chemical vapor deposition reactor according to an embodiment of the present invention, the inner shower head may include one or more holes.
본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착 반응기에서 상기 이너샤워헤드는 측단면이 요철 형상으로 형성되고, 상기 요철의 상면 및 하면에 상기 하나 이상의 홀을 포함할 수 있다.In the chemical vapor deposition reactor according to an embodiment of the present invention, the inner shower head may have a side cross-section in a concavo-convex shape, and may include the one or more holes on the upper and lower surfaces of the convexities and convexities.
본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착 반응기에서 상기 복수의 투입구는 서로 다른 높이에 배치될 수 있다.In the chemical vapor deposition reactor according to an embodiment of the present invention, the plurality of inlets may be arranged at different heights.
본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착 반응기에서 상기 소스기체 중 증기압이 낮은 소스기체는 상기 복수의 투입구 중 높은 곳에 배치된 투입구로 투입되고, 증기압이 높은 소스기체는 상기 복수의 투입구 중 낮은 곳에 배치된 투입구로 투입될 수 있다.In the chemical vapor deposition reactor according to an embodiment of the present invention, the source gas having a low vapor pressure among the source gases is introduced into an inlet located at a higher position among the plurality of inlets, and the source gas having a high vapor pressure is placed at a lower point among the plurality of inlets. It can be put into the input port provided.
본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착 반응기에서 상기 샤워헤드본체는 상기 소스기체의 균일한 확산을 위해 10℃ 내지 120℃로 가열될 수 있다.In the chemical vapor deposition reactor according to an embodiment of the present invention, the showerhead body may be heated to 10°C to 120°C for uniform diffusion of the source gas.
본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착 반응기에서 상기 필라멘트는 상기 개시제를 라디칼화시키기 위해 150℃ 내지 300℃로 가열될 수 있다.In the chemical vapor deposition reactor according to an embodiment of the present invention, the filament may be heated to 150°C to 300°C to radicalize the initiator.
본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착 반응기에서 상기 이너샤워헤드로부터 상기 냉각스테이지까지의 거리는 10cm 내지 20cm일 수 있다.In the chemical vapor deposition reactor according to an embodiment of the present invention, the distance from the inner shower head to the cooling stage may be 10 cm to 20 cm.
본 발명의 실시예에 따르면 필라멘트 하부에 이너샤워헤드(inner shower head)를 배치하여 필라멘트로부터 발생하는 열에너지가 직접적으로 기재에 고온을 가하지 않도록 함으로써, 기재의 냉각 효율을 향상시켜 박막의 성막 속도를 증가시키고, 단차가 있는 복잡한 형상의 기재에도 박막 두께를 균일하게 증착하여 고품질 고분자 유기 박막을 형성할 수 있도록 한다.According to an embodiment of the present invention, an inner shower head is placed below the filament to prevent heat energy generated from the filament from directly applying high temperature to the substrate, thereby improving the cooling efficiency of the substrate and increasing the film formation speed of the thin film. It is possible to form a high-quality polymer organic thin film by uniformly depositing a thin film thickness even on a complex-shaped substrate with steps.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 개시제와 단량체가 각각 특정 온도에서 캐니스터에서 가열되어 독립적인 가스라인을 통하여 반응기 내부로 분리되어 유입될 수 있도록 함으로써, 유속이 느리거나 증기압이 낮은 소스기체도 반응기 내부로 원활하게 유입될 수 있도록 하여 생산성을 향상시키고, 각 소스기체가 가열된 상태에서 혼입될 수 없도록 하여 배관에서 파티클이 발생되는 것을 방지하여 용이한 유지보수를 가능하도록 한다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the initiator and the monomer are each heated in a canister at a specific temperature so that they can be separated and introduced into the reactor through an independent gas line, so that source gas with a slow flow rate or low vapor pressure can also be introduced into the reactor. It improves productivity by allowing smooth flow into the gas, and prevents particles from being generated in the piping by preventing each source gas from mixing in a heated state, enabling easy maintenance.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착 반응기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 투입구의 형상을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이너샤워헤드를 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a diagram schematically showing a chemical vapor deposition reactor according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram schematically showing the shape of a plurality of inlets according to an embodiment of the present invention.
Figures 3 and 4 are diagrams schematically showing an inner shower head according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.The advantages and/or features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and will be implemented in various different forms, but the present embodiments only serve to ensure that the disclosure of the present invention is complete and are within the scope of common knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착 반응기를 개략적으로 도시한 도면이다.1 and 2 are diagrams schematically showing a chemical vapor deposition reactor according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착 반응기는 캐니스터(11), 가스라인(12), 투입구(13), 샤워헤드본체(14), 필라멘트(15), 이너샤워헤드(inner shower head, 16), 냉각스테이지(cooling stag, 17) 및 냉각부(18) 를 포함할 수 있다. 캐니스터(11) 및 가스라인(12)은 소스기체인 개시제(initiator) 및 단량체(monomer)가 분리된 상태로 반응기 내부로 유입될 수 있도록 독립적으로 배치될 수 있다. 복수의 캐니스터(11)에는 유량조절밸브(11a)가 각각 연결될 수 있다. 복수의 가스라인(12) 각각은 진공압력계(12a)를 포함할 수 있다. 투입구(13)는 복수의 캐니스터(11) 및 가스라인(12) 각각에 연결되어 반응기 내부로 개시제 및 단량체를 투입하도록 복수로 배치될 수 있다. 샤워헤드본체(14)는 복수의 투입구를 통해 유입된 개시제 및 상기 단량체가 반응기 내부에서 균일하게 확산되어 하강할 수 있도록 한다. 필라멘트(15)는 샤워헤드본체(14) 하부에 배치되며, 개시제에 열에너지를 공급하여 라디칼화시키고, 라디칼화된 개시제는 부근의 단량체를 활성화시킨다. 필라멘트(15)는 개시제를 활성화시키기 위해 150℃ 내지 300℃로 가열될 수 있다. 이너샤워헤드(16)는 필라멘트(15) 하부에 배치되며, 필라멘트(15)로부터 발생하는 열에너지가 하부로 방사되는 것을 차단한다. 냉각스테이지(17)에는 단량체의 중합반응에 의해 고분자 유기 박막이 증착되는 기재가 놓여지고, 기재를 냉각하여 증착되는 고분자 유기 박막의 열에너지를 흡수하여 성막되도록 한다. 냉각부(18, 18a)는 냉매 등을 이용하여 냉각스테이지(17)를 냉각시킨다. Referring to Figure 1, the chemical vapor deposition reactor according to an embodiment of the present invention includes a canister 11, a gas line 12, an inlet 13, a shower head body 14, a filament 15, and an inner shower head ( It may include an inner shower head (16), a cooling stage (17), and a cooling unit (18). The canister 11 and the gas line 12 may be independently arranged so that the source gas, the initiator and monomer, can be introduced into the reactor in a separated state. A flow control valve (11a) may be connected to each of the plurality of canisters (11). Each of the plurality of gas lines 12 may include a vacuum pressure gauge 12a. The inlet 13 may be connected to each of a plurality of canisters 11 and a gas line 12 and may be arranged in plural numbers to inject the initiator and monomer into the reactor. The showerhead body 14 allows the initiator and the monomer introduced through a plurality of inlets to spread uniformly and descend within the reactor. The filament 15 is disposed below the showerhead body 14 and supplies heat energy to the initiator to radicalize it, and the radicalized initiator activates nearby monomers. The filament 15 may be heated to 150° C. to 300° C. to activate the initiator. The inner shower head 16 is disposed below the filament 15 and blocks heat energy generated from the filament 15 from being radiated downward. A substrate on which a polymer organic thin film is deposited by a polymerization reaction of monomers is placed on the cooling stage 17, and the substrate is cooled to absorb the heat energy of the polymer organic thin film being deposited to form a film. The cooling units 18 and 18a cool the cooling stage 17 using a refrigerant.
각각의 캐니스터(11)는 탈부착 형태의 자켓히터(jacket heater)를 포함할 수 있다. 각각의 소스기체는 서로 다른 캐니스터(11)에 담겨 자켓히터에 의해 개별적으로 온도가 제어되며, 외부 환경에 영향을 받지 않도록 단열될 수 있다. 각각의 캐니스터(11) 및 이와 연결되는 가스라인(12)에는 유량조절밸브(11a) 및 진공압력계(12a)가 연결될 수 있으며, 반응기 내부로 유입되는 소스기체의 유량을 개별적으로 제어할 수 있다. 진공압력계(12a)는 40℃ 내지 100℃로 가열되어 장시간 기화된 소스기체에 노출되어도 정확도를 유지할 필요가 있다. 이처럼, 소스기체의 유량을 개별적으로 조절함으로써 반응기로 유입되는 개시제와 단량체의 비율 또는 중합체 형성 시 단량체들 사이의 유입되는 비율을 제어할 수 있다.Each canister 11 may include a detachable jacket heater. Each source gas is contained in a different canister 11, and the temperature is individually controlled by a jacket heater, and can be insulated so as not to be affected by the external environment. A flow control valve 11a and a vacuum pressure gauge 12a can be connected to each canister 11 and the gas line 12 connected thereto, and the flow rate of the source gas flowing into the reactor can be individually controlled. The vacuum pressure gauge 12a needs to maintain accuracy even when heated to 40°C to 100°C and exposed to vaporized source gas for a long period of time. In this way, by individually adjusting the flow rate of the source gas, the ratio of the initiator and monomer flowing into the reactor or the ratio between monomers flowing into the polymer can be controlled.
가스라인(12)은 직경 0.5인치 STS 진공 파이프를 이용하여 반응기와 소스기체 공급부를 가능한 근접 배치하여 소스기체의 유입을 원활하게 함으로써 증착속도를 향상시킬 수 있다. 반응기와 각 소스기체의 가스라인(12)에 질소, 아르곤 또는 헬륨과 같은 비활성기체를 유입해 퍼지(purge)할 수 있는 라인을 포함하여 잔류하는 소스기체를 제거할 수 있다. 잔류 소스기체를 제거하여 고순도, 고품질의 고분자 유기 박막을 지속적으로 증착할 수 있고, 유량조절밸브(11a)나 진공압력계(12a)의 오동작을 방지할 수 있다.The gas line 12 uses an STS vacuum pipe with a diameter of 0.5 inches to arrange the reactor and the source gas supply unit as close as possible to facilitate the inflow of the source gas, thereby improving the deposition rate. The gas line 12 of the reactor and each source gas can be purged by introducing an inert gas such as nitrogen, argon, or helium to remove the remaining source gas. By removing the residual source gas, a high-purity, high-quality polymer organic thin film can be continuously deposited, and malfunction of the flow control valve 11a or the vacuum pressure gauge 12a can be prevented.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 투입구의 형상을 개략적으로 도시한 도면이다.Figure 2 is a diagram schematically showing the shape of a plurality of inlets according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착 반응기에서 복수의 투입구(13)는 서로 다른 높이에 배치될 수 있다. 복수의 투입구(13)는 투입되는 높이를 각각 달리하여, 증기압이 낮은 소스기체는 상단에서 투입하고, 상대적으로 증기압이 높은 소스기체는 하단에서 투입하여 유속이 느린 소스기체의 유입을 원활하게 함으로써 고분자 유기 박막의 증착 속도를 향상시킬 수 있다.Referring to FIG. 2, in the chemical vapor deposition reactor according to an embodiment of the present invention, a plurality of inlets 13 may be arranged at different heights. The plurality of inlets 13 have different input heights, so that source gas with low vapor pressure is injected from the top, and source gas with relatively high vapor pressure is injected from the bottom, thereby smoothing the inflow of source gas with a slow flow rate. The deposition rate of organic thin films can be improved.
본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착 반응기는 반응기 내의 압력을 저진공 상태로 유지하기 위해 진공펌프(19)를 포함할 수 있다. 반응기 내의 압력을 실시간으로 측정할 수 있도록 진공압력계(19a)를 포함할 수 있다.The chemical vapor deposition reactor according to an embodiment of the present invention may include a vacuum pump 19 to maintain the pressure within the reactor in a low vacuum state. A vacuum pressure gauge 19a may be included to measure the pressure within the reactor in real time.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이너샤워헤드(16)를 개략적으로 도시한 도면이다.Figures 3 and 4 are diagrams schematically showing the inner shower head 16 according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착 반응기는 두가지 종류의 샤워헤드 즉, 필라멘트(15) 상부에 배치되는 샤워헤드본체(14)와 필라멘트(15) 하부에 배치되는 이너샤워헤드(16)를 포함할 수 있다. 샤워헤드본체(14) 및 이너샤워헤드(16)의 전체적인 면적은 필라멘트(15) 면적과 동일하거나 크게 형성할 수 있다. 샤워헤드본체(14)에는 하나 이상의 홀이 포함되고, 소스기체가 홀을 통과하여 필라멘트(15)에 다다를 수 있다. 샤워헤드본체(14) 홀의 직경은 0.5mm 내지 5mm일 수 있고, 각각의 홀들은 5mm 내지 20mm 간격으로 배치될 수 있다. 샤워헤드본체(14) 홀의 직경은 동일할 수 있으나 이에 한정되지 않고, 소스기체의 투입 분포에 따라 중심에서 가장자리로 갈수록 직경이 커지는 등 다양화할 수 있다. 샤워헤드본체(14) 홀들은 규칙적인 간격으로 배열될 수 있지만 이에 한정되지 않고, 소스기체의 투입 분포에 따라 중심에서 가장자리로 갈수록 밀도가 높게 배치하는 등 배치형태를 다양화할 수 있다. 샤워헤드본체(14)에 히터를 장착할 수 있고, 10℃ 내지 120℃ 범위에서 온도로 유지될 수 있다.The chemical vapor deposition reactor according to an embodiment of the present invention includes two types of showerheads, that is, a showerhead body 14 disposed above the filament 15 and an inner showerhead 16 disposed below the filament 15. can do. The overall area of the shower head body 14 and the inner shower head 16 may be equal to or larger than the area of the filament 15. The showerhead body 14 includes one or more holes, and the source gas can pass through the holes to reach the filament 15. The diameter of the hole in the shower head body 14 may be 0.5 mm to 5 mm, and each hole may be arranged at intervals of 5 mm to 20 mm. The diameter of the hole in the shower head body 14 may be the same, but is not limited to this, and may vary, with the diameter increasing from the center to the edge, depending on the input distribution of the source gas. The holes of the shower head body 14 may be arranged at regular intervals, but the arrangement is not limited to this, and the arrangement may be varied, such as arranging with a higher density from the center to the edge, depending on the input distribution of the source gas. A heater can be mounted on the shower head body 14, and the temperature can be maintained in the range of 10°C to 120°C.
도 3을 참조하면, 이너샤워헤드(16)는 필라멘트(15) 하부에 5mm 내지 20mm의 거리를 두고 배치될 수 있고, 반응기로부터 탈부착이 가능하도록 형성될 수 있다. 이너샤워헤드(16)는 알루미늄(Al) 또는 스테인리스스틸로 제작될 수 있으며, 두께는 2mm 내지 4mm로 200℃ 이상에서도 변형이 없는 소재로 제작될 수 있다. 이너샤워헤드(16)는 하나 이상의 홀을 포함할 수 있다. 이너샤워헤드(16) 홀의 직경은 0.5mm 내지 5mm일 수 있고, 각각의 홀들은 10mm 내지 30mm 간격으로 배치될 수 있다. 이너샤워헤드(16) 홀의 직경은 동일할 수 있으나 이에 한정되지 않고, 중심에서 가장자리로 갈수록 직경이 커지는 등 다양화할 수 있다. 이너샤워헤드(16) 홀들은 규칙적인 간격으로 배열될 수 있지만 이에 한정되지 않고, 중심에서 가장자리로 갈수록 밀도가 높게 배치하는 등 배치형태를 다양화할 수 있다.Referring to FIG. 3, the inner shower head 16 may be placed at a distance of 5 mm to 20 mm below the filament 15, and may be formed to be detachable from the reactor. The inner shower head 16 can be made of aluminum (Al) or stainless steel, has a thickness of 2mm to 4mm, and can be made of a material that does not deform even at temperatures above 200°C. The inner shower head 16 may include one or more holes. The diameter of the hole of the inner shower head 16 may be 0.5 mm to 5 mm, and each hole may be arranged at intervals of 10 mm to 30 mm. The diameter of the hole of the inner shower head 16 may be the same, but is not limited to this and may vary, with the diameter increasing from the center to the edge. The holes of the inner shower head 16 may be arranged at regular intervals, but the arrangement is not limited to this, and the arrangement may be varied, such as arranging at a higher density from the center to the edge.
이너샤워헤드(16)는 평판 형상으로 형성될 수 있지만 이에 한정되지 않고, 도 4에 도시된 바와 같이 측단면이 요철 형상으로 형성되는 등 다양화될 수 있다. 이너샤워헤드(16)의 측단면이 요철 형상으로 형성되는 경우, 요철의 상면 및 하면에 하나 이상의 홀이 형성될 수 있다. 이때의 홀의 직경 및 밀도 또한 균일하지 않고 다양화할 수 있다.The inner shower head 16 may be formed in a flat shape, but is not limited to this, and may be diversified, such as having a concavo-convex side cross section as shown in FIG. 4. When the side cross section of the inner shower head 16 is formed in an uneven shape, one or more holes may be formed on the upper and lower surfaces of the unevenness. At this time, the diameter and density of the hole are also not uniform and may vary.
이너샤워헤드(16)는 한장으로 사용할 수 있지만 이에 한정되지 않고, 반응기의 크기, 공정 조건, 필라멘트 온도 등에 따라 여러 장을 겹쳐 사용하는 등 다양화할 수 있다. 여러 장의 이너샤워헤드를 사용하는 경우, 각각의 이너샤워헤드의 홀의 직경 및 밀도 또한 다양화할 수 있다.The inner shower head 16 can be used as a single piece, but is not limited to this, and can be diversified by using multiple pieces in an overlapping manner depending on the size of the reactor, process conditions, filament temperature, etc. When using multiple inner shower heads, the diameter and density of the holes of each inner shower head can also be varied.
이너샤워헤드(16)와 냉각스테이지(17)까지의 거리는 10cm 내지 20cm로 배치될 수 있다. 기존 반응기에서는 필라멘트(15)로부터 냉각스테이지(17)로 복사되는 열에너지가 크고, 복사열에 의한 기재의 냉각 효율이 저하됨에 따라 증착되는 박막의 품질에 악영향을 미칠 수 있었다. 이를 해결하기 위해 필라멘트(15)와 냉각스테이지(17) 사이의 거리를 증가시키는 방법도 있지만, 이는 반응기의 외형을 증가시키고 냉각 효율 또한 크게 개선시킬 수 없는 문제점이 있다. 본 발명의 실시예에 따른 이너샤워헤드(16)는 필라멘트(15)로부터 방사되는 복사열에 의한 에너지를 차단하여, 기재의 냉각 효율을 증가시켜 박막의 품질을 향상시킬 수 있도록 한다.The distance between the inner shower head 16 and the cooling stage 17 can be arranged at 10 cm to 20 cm. In the existing reactor, the heat energy radiated from the filament 15 to the cooling stage 17 is large, and as the cooling efficiency of the substrate due to radiant heat decreases, the quality of the deposited thin film may be adversely affected. To solve this problem, there is a method of increasing the distance between the filament 15 and the cooling stage 17, but this has the problem of increasing the external appearance of the reactor and not significantly improving cooling efficiency. The inner shower head 16 according to an embodiment of the present invention blocks energy caused by radiant heat radiated from the filament 15, thereby increasing the cooling efficiency of the substrate and improving the quality of the thin film.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐만 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Although the specific embodiments according to the present invention have been described so far, it goes without saying that various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the scope of the patent claims described below as well as equivalents to the claims of this patent.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, although the present invention has been described with reference to limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art can make various modifications and modifications from these descriptions. Transformation is possible. Accordingly, the spirit of the present invention should be understood only by the scope of the claims set forth below, and all equivalent or equivalent modifications thereof shall fall within the scope of the spirit of the present invention.
10: 반응기
11: 캐니스터
11a: 유량조절밸브
12: 가스라인
12a: 진공압력계
13: 투입구
14: 샤워헤드본체
15: 필라멘트
16: 이너샤워헤드
16a: 홀
17: 냉각스테이지
18, 18a: 냉각부
19: 진공펌프
19a: 진공압력계10: reactor
11: canister
11a: Flow control valve
12: Gas line
12a: Vacuum pressure gauge
13: Inlet
14: Shower head body
15: filament
16: Inner shower head
16a: hole
17: Cooling stage
18, 18a: cooling unit
19: Vacuum pump
19a: Vacuum pressure gauge
Claims (9)
소스기체인 개시제(initiator) 및 단량체(monomer)를 각각 가열하는 복수의 캐니스터;
상기 캐니스터로부터 가열된 각각의 상기 소스기체가 상기 반응기 내부로 분리되어 유입될 수 있도록 배치되는 복수의 가스라인;
상기 복수의 캐니스터 및 상기 복수의 가스라인 각각에 연결되어 상기 반응기 내부로 상기 소스기체를 투입하도록 복수로 배치되는 복수의 투입구;
상기 복수의 투입구를 통해 유입된 상기 소스기체가 상기 반응기 내부에서 균일하게 확산되어 하강할 수 있도록 배치되는 샤워헤드본체;
상기 샤워헤드본체 하부에 배치되며, 상기 단량체를 활성화시키기 위해 상기 개시제에 열에너지를 공급하여 라디칼화시키는 필라멘트;
상기 필라멘트 하부에 배치되고, 상기 필라멘트로부터 방사되는 열에너지가 하부로 방사되는 것을 차단하며, 상기 소스기체가 상기 반응기 내부에서 균일하게 확산되어 하강할 수 있도록 하는 이너샤워헤드;
상기 단량체의 중합반응에 의해 고분자 유기 박막이 증착되는 기재가 놓여지고, 상기 기재를 냉각하는 냉각스테이지; 및
냉매를 통해 상기 냉각스테이지를 냉각하는 냉각부;를 포함하고,
상기 복수의 투입구는 서로 다른 높이에 배치되고, 상기 소스기체 중 증기압이 낮은 소스기체는 상기 복수의 투입구 중 높은 곳에 배치된 투입구로 투입되고, 증기압이 높은 소스기체는 상기 복수의 투입구 중 낮은 곳에 배치된 투입구로 투입되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착 반응기.
In a chemical vapor deposition (iCVD) reactor,
A plurality of canisters each heating an initiator and a monomer, which are source gases;
a plurality of gas lines arranged so that each of the source gases heated from the canister can be separated and introduced into the reactor;
a plurality of inlets connected to each of the plurality of canisters and the plurality of gas lines and arranged in plurality to inject the source gas into the reactor;
a showerhead body disposed so that the source gas introduced through the plurality of inlets is uniformly spread and descended within the reactor;
A filament disposed below the shower head body and supplying heat energy to the initiator to activate the monomer to radicalize it;
an inner showerhead disposed below the filament, blocking heat energy radiated from the filament from being radiated downward, and allowing the source gas to uniformly diffuse and descend within the reactor;
A cooling stage on which a substrate on which a polymer organic thin film is deposited by a polymerization reaction of the monomer is placed and cools the substrate; and
It includes a cooling unit that cools the cooling stage through a refrigerant,
The plurality of inlets are arranged at different heights, and the source gas having a low vapor pressure among the source gases is introduced into an inlet located at a high level among the plurality of inlets, and the source gas having a high vapor pressure is placed at a low level among the plurality of inlets. A chemical vapor deposition reactor characterized in that it is introduced through an inlet.
상기 샤워헤드본체는 하나 이상의 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착 반응기.
According to paragraph 1,
The showerhead body is a chemical vapor deposition reactor, characterized in that it includes one or more holes.
상기 이너샤워헤드는 하나 이상의 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착 반응기.
According to paragraph 1,
The inner shower head is a chemical vapor deposition reactor, characterized in that it includes one or more holes.
상기 이너샤워헤드는 측단면이 요철 형상으로 형성되고, 상기 요철의 상면 및 하면에 상기 하나 이상의 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착 반응기.
According to paragraph 3,
The inner shower head is a chemical vapor deposition reactor characterized in that the side cross-section is formed in a concave-convex shape and includes the one or more holes on the upper and lower surfaces of the concavo-convexities.
상기 샤워헤드본체는 상기 소스기체의 균일한 확산을 위해 10℃ 내지 120℃로 가열되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착 반응기.
According to paragraph 1,
A chemical vapor deposition reactor, wherein the showerhead body is heated to 10°C to 120°C for uniform diffusion of the source gas.
상기 필라멘트는 상기 개시제를 라디칼화시키기 위해 150℃ 내지 300℃로 가열되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착 반응기.
According to paragraph 1,
A chemical vapor deposition reactor, wherein the filament is heated to 150°C to 300°C to radicalize the initiator.
상기 이너샤워헤드로부터 상기 냉각스테이지까지의 거리는 10cm 내지 20cm인 것을 특징으로 하는 화학기상증착 반응기.Paragraph 1
A chemical vapor deposition reactor, characterized in that the distance from the inner shower head to the cooling stage is 10 cm to 20 cm.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |