薄膜沉积装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种薄膜沉积装置，在该薄膜沉积装置中源单元被配置在等离子体单元的下端，并且所述等离子体单元包括栅格。
【专利说明】薄膜沉积装置
相关申请的交叉引用
本申请根据35USC 119(a)要求于2015年2月3日向韩国知识产权局递交的韩国专利申请N0.10-2015-0016477的权益，其全部公开内容通过引用并入本发明以用于所有目的。
技术领域
[0001]本发明涉及一种薄膜沉积装置，在该薄膜沉积装置中，源单元被配置在等离子体单元的下端，并且该等离子体单元包括栅格。
【背景技术】
[0002]配有薄膜晶体管(TFT)的有机光发射显示装置(OLED)以各种方式用于移动设备或电子产品(诸如超薄电视)的显示设备，所述移动设备如智能电话、平板个人计算机、超薄的笔记本电脑、数码相机、视频摄像机和个人数字助理。因此，随着半导体集成电路的尺寸逐渐减小和半导体集成电路的形状在半导体制造过程中的复杂化，微制造的需求也增大了。即，为了在单个芯片上形成微细图案和高集成化的单元，用于减小薄膜厚度的技术和用于研发具有高介电常数的新型材料的技术变得重要。
[0003]特别是，如果在晶片表面上形成台阶，确保顺利覆盖该表面的台阶覆盖率和晶片内的均匀性是非常重要的。为了满足该要求，原子层沉积(ALD)方法已经被广泛地用作用于在原子层中形成具有非常小的厚度的薄膜的方法。另外，在ALD方法中，针孔密度非常低，因为气相反应被最小化，薄膜致密度高，且沉积温度可以降低。
[0004]该ALD方法是指通过经由在晶片表面上的反应物的表面饱和反应引起的化学吸附和解吸形成单原子层的方法，并且ALD方法是能够控制膜的厚度在原子层级的薄膜沉积方法。
[0005]然而，在ALD方法中，很难选择适当的前体和反应物，并且由于源气体的供给以及吹扫和排放时间，因而处理速度显著减小。因此，生产率降低，并且薄膜的性能因多余的碳和氢而大大降低。
[0006]不同于ALD方法，使用热化学气相沉积(TCVD)和等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的硅化合物薄膜的沉积与ALD方法相比以非常高的沉积速率执行。然而，因为会产生副产品和颗粒，所以薄膜包括大量的针孔，并且薄膜主要形成在高温下。因此，难以将该方法应用于诸如塑料膜之类的衬底上。
[0007]在这方面，韩国专利特开公开N0.10-2014-0140524公开了一种薄膜沉积装置，该装置能够通过进一步包括喷嘴单元而沉积高品质薄膜，该喷嘴单元用于在使用原子层沉积在衬底上形成薄膜时排放源气体并且因此使颗粒的产生最小化。
【发明内容】
[0008]基于前文所述，本公开提供了一种薄膜沉积装置，在该薄膜沉积装置中，源单元被配置在等离子体单元的下端并且所述等离子体单元包括栅格。
[0009]然而，拟通过本公开解决的问题不限于上述问题。虽然这里没有描述，但本领域技术人员根据下面的描述可以清楚地理解拟通过本公开解决的其他问题。
[0010]在本公开的第一方面，提供了一种薄膜沉积装置，其包括衬底加载单元，将衬底加载在该衬底加载单元上;衬底传送单元，其连接于所述衬底加载单元并被配置成交替地移动所述衬底；以及薄膜沉积单元，其被配置成在所述衬底上沉积薄膜，其中所述薄膜沉积单元包括等离子体模块，所述等离子体模块包括相互独立的源单元和等离子体单元，所述等离子体单元包括:进口单元，通过该进口单元引入等离子体气体;等离子体存储单元，其存储通过所述进口单元引入的所述等离子体气体；以及多个等离子体生成单元和多个源单元，它们相互交叉或交替地配置在所述等离子体存储单元的下端，并且其中所述等离子体模块进一步包括栅格。
[0011]在根据本公开的一个实施方式的薄膜沉积装置中，所述等离子单元和所述源单元相互独立地配置，并且特别地，所述源单元被进一步配置在所述等离子体单元的下端。因此，薄膜具有与常规的原子层沉积(ALD)方法相同的优秀的薄膜特性，并且所述薄膜沉积装置对于系统的大量生产是非常有利的。此外，根据本公开的一个实施方式的薄膜沉积装置可以解决由于衬底的头部构造的复杂性和尺寸扩大而造成作为等离子体单元的电极生成器的电极单元的尺寸(直径)的增大所导致的难以将常规的原子层沉积模块应用到大尺寸衬底上的问题。如果应用到大尺寸衬底，根据本公开的一种实施方式的所述薄膜沉积装置与常规的薄膜沉积装置相比具有提高了的沉积效率。
[0012]根据本公开的一个实施方式的薄膜沉积装置使用了一种系统，该系统具有简单的构造并且能够容易修改，并且因此具有广泛的应用，能够应用到卷对卷和大尺寸薄膜沉积系统。
前面的概述仅是说明性的并无意以任何方式进行限制。除了以上描述的说明性方面、实施方式和特征外，进一步的方面、实施方式和特征将通过参考附图和下面的详细描述变得显而易见。
【附图说明】
在以下详细说明中，实施方式仅作为例证描述，因为对本领域技术人员而言各种改变和修改方案根据以下详细说明将变得显而易见。不同附图中使用相同附图标记表示相似或相同的项。
[0013]图1是根据本公开的一个实施方式图解薄膜沉积装置的示意图。
图2A和图2B是根据本公开的一个实施方式分别图解薄膜沉积装置的源单元和气体排放单元的示意图。
图3A和图3B是根据本公开的一个实施方式图解薄膜沉积装置的底视图的示意图。
图4A和图4B是分别图解根据本公开的一个实施方式的薄膜沉积装置和常规薄膜沉积装置的示意图。
图5A和图5B是分别图解根据本公开的一个实施方式的薄膜沉积装置和常规薄膜沉积装置的示意图。
图6A和图6B是分别图解根据本公开的一个实施方式的薄膜沉积装置和常规薄膜沉积装置的示意图。
【具体实施方式】
[0014]下文中，将参考附图对本公开的实施方式进行详细描述，使得本领域技术人员能容易地实现这些实施方式。然而，应当注意本公开不限于这些实施方式，而是可以多种其它方式实现。在附图中，省略了与说明不直接相关的部件以使说明变得简要，并且在整个文档中相同的附图标记表示相同的部件。
[0015]在本公开的整个文档中，术语“连接到”或“耦合到”用于指示一个元件与另一个元件的连接或耦合，并且包括其中元件“直接连接或耦合到”另一个元件的情况和其中元件经由又一个元件“电连接或耦合到”另一个元件的情况两者。
[0016]在本公开的整个文档中，用于指示一个元件相对于另一个元件的位置的术语
“在......上”包括一个元件邻近另一个元件的情况和任何其它元件存在于这两个元件之间的情况两者。
[0017]在本公开的整个文档中，用于文档中的术语“包含或包括”和/或“含有或包含有”是指除非上下文另外指示，否则除了所述的组件、步骤、操作和/或元件之外，不排除一个或多个其它的组件、步骤、操作和/或现有或添加的元件。在本公开的整个文档中，术语“约或大约”或“基本上”意指具有接近数值或由可允许的误差规定的范围的含义并且意在防止为理解本公开而公开的精确的或绝对的数值被任何不合理的第三方非法地或不公平地使用。在本公开的整个文档中，术语“......的步骤”不是指“用于......的步骤”。
[0018]在本公开的整个文档中，马库什(Markush)型说明中所包括的术语“......的组合”是指选自由以马库什型描述的组件、步骤、操作和/或元件组成的群组中的一个或多个组件、步骤、操作和/或元件的混合物或组合，从而意指本公开包括选自马库什组中的一个或多个组件、步骤、操作和/或元件。
[0019]在本公开的整个文档中，“A和/或B”这样的表达是指“A或B，或A和B”。
[0020]下文中，本公开的实施方式和实施例将参考附图详细地描述。然而，本公开不可能受限于所述的实施方式、实施例和附图。
[0021 ]在本公开的第一方面，提供了一种薄膜沉积装置，其包括:衬底加载单元，在该衬底加载单元上加载衬底;衬底传送单元，其连接于所述衬底加载单元并被配置成交替地移动衬底;和薄膜沉积单元，其被配置成在所述衬底上沉积薄膜，其中所述薄膜沉积单元包括等离子体模块，所述等离子体模块包括相互独立的源单元和等离子体单元，所述等离子体单元包括:进口单元，通过该进口单元引入等离子体气体;等离子体存储单元，其存储通过所述进口单元所引入的等离子体气体；以及多个等离子体生成单元和多个源单元，它们彼此交叉或交替地配置在所述等离子体存储单元的下端，并且其中所述等离子体模块进一步包括栅格。
[0022]图1是根据本公开的一个实施方式图解薄膜沉积装置的示意图。
[0023]参考图1，根据本公开的一个实施方式的薄膜沉积装置包括:衬底10、衬底加载单元100、衬底传送单元200、薄膜沉积单元300、和栅格400。
[0024]首先，将衬底10加载到衬底加载单元100上。衬底10是通常用于半导体装置的衬底，并且可以包括选自由石英、玻璃、硅、聚合物和它们的组合组成的组中的一种成员，但可以不受限于此。
[0025]根据本公开的一实施方式，衬底传送单元200被连接到衬底加载单元100并且移动衬底10。在此，所述衬底10的移动方向可交替地移动通过线性或非线性路径，但可以不受限于此。
[0026]根据本公开的一实施方式，薄膜沉积装置包括薄膜沉积单元300，该薄膜沉积单元300被配置成在衬底10上形成薄膜，并且薄膜沉积单元300可包括等离子体模块，该等离子体模块包括相互独立的等离子体单元310和源单元320。源单元320可被进一步配置在所述等离子体单元310的下端。等离子体单元310还可以包括被配置成产生等离子体的电极，但可以不受限于此。
[0027]根据本公开的一个实施方式，等离子体单元310可包括:进口单元311，通过该进口单元311引入等离子体气体;等离子体存储单元312，其存储通过进口单元311所引入的等离子体气体；以及多个等离子体生成单元313，其与多个源单元320交替地配置在所述等离子体存储单元312的下端，但可以不受限于此。
[0028]根据本公开的一个实施方式，等离子体模块可产生源等离子体和/或反应物等离子体，但可以不受限于此。
[0029]根据本公开的一个实施方式，源单元可提供源气体而不进行等离子体处理，但可以不受限于此。
[0030]根据本公开的一个实施方式，源单元320可对含有金属的前体和惰性气体进行等离子体处理，该金属选自由硅、铝、锌和它们的组合组成的组，但可以不受限于此。
[0031]根据本公开的一个实施方式，等离子体单元310可对反应物气体执行等离子体处理，所述反应物气体选自由Ν2、Η2、02、Ν20、ΝΗ3以及它们的组合组成的组，但可以不受限于此。
[0032]根据本公开的一实施方式，可进一步包括在从约25°C到约600°C的温度下加热衬底，但可以不受限于此。举例而言，如果衬底是用于封包薄膜(encapsulat1n thin film)的衬底，则可以进一步包括在从约25°C到约600 0C、从约25 °C到约500°C、从约25°C到约400°C、从约25 0C到约300 °C、从约25 °C到约200 °C、从约25 V到约100 °C、从约100 V到约600 V、从约200°C到约600 0C、从约300 °C到约600 °C、从约400 °C到约600 °C、或从约500 °C到约600°C的温度下加热衬底，并且用于加热衬底的最佳温度可以为例如从约25°C到约1000C，但可以不受限于此。在本公开的一实施方式中，可以在形成薄膜的同时加热衬底，并且可通过调节温度到等于或小于所述源气体的前体的热分解温度而在衬底的表面上诱导源气体的前体和反应物气体之间的化学反应。
[0033]根据本公开的一实施方式，源气体的等离子体处理和反应物气体的等离子体处理中的每一个可以在独立的等离子体模块中同时或交替地进行，但可以不受限于此。例如，如果源气体的等离子体处理和反应物气体的等离子体处理中的每一个在独立的等离子体模块同时进行，则无机薄膜形成为在衬底上的混合层结构。此外，例如，如果源气体的等离子体处理和反应物气体的等离子体处理中的每一个在独立的等离子体模块交替地进行，则薄膜形成为在衬底上的堆叠层结构。
[0034]图2A和图2B是根据本公开的一个实施方式图解薄膜沉积装置的源单元(图2A)和气体排放单元(图2B)的示意图。
[0035]根据本公开的一个实施方式，参考图2A和图2B，源单元320可包括多个源生成单元，在该多个源生成单元中，进口单元(通过引入源气体)和等离子体生成单元313彼此交叉地或者交替地配置，但可以不受限于此。
[0036]根据本公开的一个实施方式，等离子体模块可以进一步包括多个气体排放单元500，但可以不受限于此。
[0037]图3A和图3B是取决于存在或不存在栅格来根据本公开的一个实施方式图解薄膜沉积装置的底视图的示意图。
[0038]根据本公开的一个实施方式，如图3A和图3B所示，栅格400可被定位在等离子体生成单元313的上端或下端，并且可具有网格形态，但可以不受限于此。栅格400定位在等离子体生成单元313，并且因此避免了对于由等离子体单元310所生成的离子的损害。此外，栅格400抑制源单元320和等离子体单元310的混合，并且因此使颗粒生成最小化。举例而言，可以使用任意金属来制造栅格，但可以不受限于此。
[0039]根据本公开的一个实施方式，气体排放单元500可以被进一步包含在交替地配置的等离子体生成单元313和源单元320之间的每个间隔内。举例而言，在薄膜沉积单元300的下端，等离子体生成单元313、气体排放单元500、源单元320和气体排放单元500的配置可以是重复的，但可以不受限于此。
[0040]根据本公开的一个实施方式，等离子体模块的尺寸可以根据衬底10的尺寸进行调整，但可以不受限于此。举例而言，随着衬底10的尺寸增大，等离子体模块的尺寸可增大，并且随着等离子体模块的尺寸增大，等离子体单元310的宽度可增大且配置在等离子体单元的下端的源单元310的数量可增加，但可以不受限于此。
[0041]图4A和图4B是图解了根据本公开的一个实施方式的薄膜沉积装置(图4A)和常规薄膜沉积装置(图4B)的示意图。
[0042]根据本公开的一个实施方式，如图4A和图4B所不，在使用第二代衬底(370mmX470mm)的薄膜沉积装置中，在图4B中示出的常规ALD薄膜沉积装置600包括薄膜沉积单元600，该薄膜沉积单元600包括等离子体单元610，其10mm的整个宽度包含5mm的球形电极的直径和300mm的高度，并且包括按序配置的源单元620、等离子体单元610、源单元620和等离子体单元610。如图4A中示出的根据本公开的一个实施方式的薄膜沉积单元300包括在独立的等离子体单元310的下端的源单元320，并且因此可以包括四个源单元320。通过在沉积效率方面对常规薄膜沉积装置和根据本公开的一个实施方式的薄膜沉积装置之间的比较，如果在通过衬底传送单元200移动衬底10的同时执行沉积，则根据本公开的一个实施方式的薄膜沉积装置可具有为常规薄膜沉积装置的沉积效率的约两倍或更多倍的沉积效率。
[0043]图5A和图5B是图解了根据本公开的一个实施方式的薄膜沉积装置(图5A)和常规薄膜沉积装置(图5B)的示意图。
[0044]根据本公开的一个实施方式，如图5A和图5B中所不，在使用第四代衬底(650mmX850mm)的薄膜沉积装置中，在图5B中示出的常规的ALD薄膜沉积装置600包括薄膜沉积单元600，该薄膜沉积单元600包括等离子体单元610，其150mm的整个宽度包括1mm的球形电极的直径和400mm的高度，并且包括按序配置的源单元620、等离子体单元610、源单元620、等离子体单元610。在图5A中示出的根据本公开的一个实施方式的薄膜沉积单元300包括在等离子体单元310的下端的源单元320，并且因此可以包括;六个源单元320。通过在沉积效率方面对常规的薄膜沉积装置和根据本公开的一个实施方式的薄膜沉积装置之间的比较，如果在通过衬底传送单元200移动衬底10的同时执行沉积，则根据本公开的一个实施方式的薄膜沉积装置可以具有为常规薄膜沉积装置的沉积效率的约三倍或更多倍的沉积效率。
[0045]图6A和图6B是图解根据本公开的一个实施方式的薄膜沉积装置(图6A)和常规薄膜沉积装置(图6B)的示意图。
[0046]根据本公开的一个实施方式，如图6A和图6B中所不，在使用第六代衬底(1300mmX1500mm)的薄膜沉积装置中，在图6B中示出的常规的ALD薄膜沉积装置600包括薄膜沉积单元600，该薄膜沉积单元600包括等离子体单元610，其200mm的整个宽度包括20mm的球形电极的直径和500mm的高度，并且包括按序配置的源单元620、等离子体单元610、源单元620、等离子体单元610。在图6A中示出的根据本公开的一个实施方式的薄膜沉积单元300包括在等离子体单元310的下端的源单元320，并且因此可以包括八个源单元320。通过在沉积效率方面对常规的薄膜沉积装置和根据本公开的一个实施方式的薄膜沉积装置之间的比较，如果在通过衬底传送单元200移动衬底10的同时执行沉积，则根据本公开的一个实施方式的薄膜沉积装置可以具有为常规薄膜沉积装置的沉积效率的约四倍或更多倍的沉积效率。
[0047]如图4至图6所示，通常，在常规的ALD装置的薄膜沉积单元和根据本公开的一个实施方式的薄膜沉积装置中，随着衬底的尺寸增大，在等离子体单元内的电极的尺寸(直径)增大，并且等离子体单元的尺寸因此增大。在此，常规的ALD装置包括布置成共线的源单元和等离子体单元，并且因此，随着等离子体单元的尺寸增大，配置在具有相同尺寸的薄膜沉积单元中的源单元的个数减少。因此，每次扫描衬底的沉积速率降低。另一方面，根据本公开的实施方式的薄膜沉积装置的薄膜沉积单元包括布置在等离子体单元的下端的源单元，并且因此，源单元的尺寸不改变且每次扫描衬底的沉积速率增加。
[0048]根据本公开的一个实施方式的薄膜沉积装置可以如图1到图6所示地应用或可以应用其修改方案和/或它们的组合。其可以很容易地进行修改，并且因此具有广泛的应用范围，并且可以应用于大尺寸的衬底。此外，能够改善反应和反应速度。
[0049]此外，虽然在本文未示出，但在本公开的实施方式中，薄膜沉积装置可以包括控制单元，但也可以不限于此。控制单元可以耦合到薄膜沉积装置的衬底加载单元、衬底传送单元和薄膜沉积单元，并且可以控制形成薄膜所需的条件。举例而言，控制单元可以在薄膜沉积过程中调节等离子体和源等离子体的喷射时间、强度、波长和占空比，但可以不受限于此。
[0050]本发明的上述描述被提供以用于说明的目的，并且本领域技术人员应当理解，在不改变本发明的技术构思和基本特征的情况下，可以作出多种变化和修改方案。因此，清楚的是，上述实施方式在所有方面都是说明性的，并且不限制本发明。例如，被描述为单一类型的各部件可以以分布式的方式来实现。同样，被描述为分布式的部件可以以组合的方式来实现。
[0051]本发明的范围由下面的权利要求限定，而不是由实施方式的详细描述限定。应当理解的是，从权利要求的意义和范围构思的所有修改方案和实施方式及其等同方案都包括在本发明的范围内。
标记说明 10:衬底
100:衬底加载单元 200:衬底传送单元300:薄膜沉积单元310:等离子体单元311:进口单元312:等离子体存储单元313:等离子体生成单元320:源单元400:栅格
500:气体排放单元600:常规的ALD薄膜沉积单元610:常规的等离子体单元620:常规的源单元。
【主权项】
1.一种薄膜沉积装置，其包括: 衬底加载单元，将衬底加载在该衬底加载单元上； 衬底传送单元，其连接于所述衬底加载单元并被配置成交替地移动所述衬底；以及 薄膜沉积单元，其被配置成在所述衬底上沉积薄膜， 其中所述薄膜沉积单元包括等离子体模块，所述等离子体模块包括相互独立的源单元和等离子体单元， 所述等离子体模块的所述等离子体单元包括:进口单元，通过该进口单元引入等离子体气体;等离子体存储单元，其存储通过所述进口单元引入的所述等离子体气体；以及多个等离子体生成单元和多个源单元，其交替地配置在所述等离子体存储单元的下端，并且其中所述等离子体模块进一步包括栅格。2.根据权利要求1所述的薄膜沉积装置， 其中所述栅格被定位在所述等离子体生成单元的上端或下端并且具有网状形态。3.根据权利要求1所述的薄膜沉积装置， 其中所述等离子体模块进一步包括多个气体排放单元。4.根据权利要求1所述的薄膜沉积装置， 其中所述等离子体模块生成源等离子体或反应物等离子体。5.根据权利要求1所述的薄膜沉积装置， 其中所述源单元对含金属的前体和惰性气体执行等离子体处理，所述金属选自由硅、铝、锌和它们的组合组成的组中。6.根据权利要求1所述的薄膜沉积装置， 其中所述等离子体单元对选自由Ν2、Η2、02、Ν20、ΝΗ3以及它们的组合组成的组中的反应物气体执行等离子体处理。7.根据权利要求1所述的薄膜沉积装置， 其中所述等离子体模块的尺寸根据所述衬底的尺寸来调节。
【文档编号】C23C16/455GK105839076SQ201610077444
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年2月3日
【发明人】徐祥准, 刘址范, 郑昊均, 赵成珉
【申请人】成均馆大学校产学协力团