薄膜沉積裝置的制造方法

薄膜沉積裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種薄膜沉積裝置，在該薄膜沉積裝置中源單元被配置在等離子體單元的下端，并且所述等離子體單元包括柵格。
【專利說明】薄膜沉積裝置
相關申請的交叉引用
本申請根據35USC 119(a)要求于2015年2月3日向韓國知識產權局遞交的韓國專利申請N0.10-2015-0016477的權益，其全部公開內容通過引用并入本發明以用于所有目的。
技術領域
[0001]本發明涉及一種薄膜沉積裝置，在該薄膜沉積裝置中，源單元被配置在等離子體單元的下端，并且該等離子體單元包括柵格。
【背景技術】
[0002]配有薄膜晶體管(TFT)的有機光發射顯示裝置(OLED)以各種方式用于移動設備或電子產品(諸如超薄電視)的顯示設備，所述移動設備如智能電話、平板個人計算機、超薄的筆記本電腦、數碼相機、視頻攝像機和個人數字助理。因此，隨著半導體集成電路的尺寸逐漸減小和半導體集成電路的形狀在半導體制造過程中的復雜化，微制造的需求也增大了。即，為了在單個芯片上形成微細圖案和高集成化的單元，用于減小薄膜厚度的技術和用于研發具有高介電常數的新型材料的技術變得重要。
[0003]特別是，如果在晶片表面上形成臺階，確保順利覆蓋該表面的臺階覆蓋率和晶片內的均勻性是非常重要的。為了滿足該要求，原子層沉積(ALD)方法已經被廣泛地用作用于在原子層中形成具有非常小的厚度的薄膜的方法。另外，在ALD方法中，針孔密度非常低，因為氣相反應被最小化，薄膜致密度高，且沉積溫度可以降低。
[0004]該ALD方法是指通過經由在晶片表面上的反應物的表面飽和反應引起的化學吸附和解吸形成單原子層的方法，并且ALD方法是能夠控制膜的厚度在原子層級的薄膜沉積方法。
[0005]然而，在ALD方法中，很難選擇適當的前體和反應物，并且由于源氣體的供給以及吹掃和排放時間，因而處理速度顯著減小。因此，生產率降低，并且薄膜的性能因多余的碳和氫而大大降低。
[0006]不同于ALD方法，使用熱化學氣相沉積(TCVD)和等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)的硅化合物薄膜的沉積與ALD方法相比以非常高的沉積速率執行。然而，因為會產生副產品和顆粒，所以薄膜包括大量的針孔，并且薄膜主要形成在高溫下。因此，難以將該方法應用于諸如塑料膜之類的襯底上。
[0007]在這方面，韓國專利特開公開N0.10-2014-0140524公開了一種薄膜沉積裝置，該裝置能夠通過進一步包括噴嘴單元而沉積高品質薄膜，該噴嘴單元用于在使用原子層沉積在襯底上形成薄膜時排放源氣體并且因此使顆粒的產生最小化。

【發明內容】

[0008]基于前文所述，本公開提供了一種薄膜沉積裝置，在該薄膜沉積裝置中，源單元被配置在等離子體單元的下端并且所述等離子體單元包括柵格。
[0009]然而，擬通過本公開解決的問題不限于上述問題。雖然這里沒有描述，但本領域技術人員根據下面的描述可以清楚地理解擬通過本公開解決的其他問題。
[0010]在本公開的第一方面，提供了一種薄膜沉積裝置，其包括襯底加載單元，將襯底加載在該襯底加載單元上;襯底傳送單元，其連接于所述襯底加載單元并被配置成交替地移動所述襯底；以及薄膜沉積單元，其被配置成在所述襯底上沉積薄膜，其中所述薄膜沉積單元包括等離子體模塊，所述等離子體模塊包括相互獨立的源單元和等離子體單元，所述等離子體單元包括:進口單元，通過該進口單元引入等離子體氣體;等離子體存儲單元，其存儲通過所述進口單元引入的所述等離子體氣體；以及多個等離子體生成單元和多個源單元，它們相互交叉或交替地配置在所述等離子體存儲單元的下端，并且其中所述等離子體模塊進一步包括柵格。
[0011]在根據本公開的一個實施方式的薄膜沉積裝置中，所述等離子單元和所述源單元相互獨立地配置，并且特別地，所述源單元被進一步配置在所述等離子體單元的下端。因此，薄膜具有與常規的原子層沉積(ALD)方法相同的優秀的薄膜特性，并且所述薄膜沉積裝置對于系統的大量生產是非常有利的。此外，根據本公開的一個實施方式的薄膜沉積裝置可以解決由于襯底的頭部構造的復雜性和尺寸擴大而造成作為等離子體單元的電極生成器的電極單元的尺寸(直徑)的增大所導致的難以將常規的原子層沉積模塊應用到大尺寸襯底上的問題。如果應用到大尺寸襯底，根據本公開的一種實施方式的所述薄膜沉積裝置與常規的薄膜沉積裝置相比具有提高了的沉積效率。
[0012]根據本公開的一個實施方式的薄膜沉積裝置使用了一種系統，該系統具有簡單的構造并且能夠容易修改，并且因此具有廣泛的應用，能夠應用到卷對卷和大尺寸薄膜沉積系統。
前面的概述僅是說明性的并無意以任何方式進行限制。除了以上描述的說明性方面、實施方式和特征外，進一步的方面、實施方式和特征將通過參考附圖和下面的詳細描述變得顯而易見。
【附圖說明】
在以下詳細說明中，實施方式僅作為例證描述，因為對本領域技術人員而言各種改變和修改方案根據以下詳細說明將變得顯而易見。不同附圖中使用相同附圖標記表示相似或相同的項。
[0013]圖1是根據本公開的一個實施方式圖解薄膜沉積裝置的示意圖。
圖2A和圖2B是根據本公開的一個實施方式分別圖解薄膜沉積裝置的源單元和氣體排放單元的示意圖。
圖3A和圖3B是根據本公開的一個實施方式圖解薄膜沉積裝置的底視圖的示意圖。
圖4A和圖4B是分別圖解根據本公開的一個實施方式的薄膜沉積裝置和常規薄膜沉積裝置的示意圖。
圖5A和圖5B是分別圖解根據本公開的一個實施方式的薄膜沉積裝置和常規薄膜沉積裝置的示意圖。
圖6A和圖6B是分別圖解根據本公開的一個實施方式的薄膜沉積裝置和常規薄膜沉積裝置的示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下文中，將參考附圖對本公開的實施方式進行詳細描述，使得本領域技術人員能容易地實現這些實施方式。然而，應當注意本公開不限于這些實施方式，而是可以多種其它方式實現。在附圖中，省略了與說明不直接相關的部件以使說明變得簡要，并且在整個文檔中相同的附圖標記表示相同的部件。
[0015]在本公開的整個文檔中，術語“連接到”或“耦合到”用于指示一個元件與另一個元件的連接或耦合，并且包括其中元件“直接連接或耦合到”另一個元件的情況和其中元件經由又一個元件“電連接或耦合到”另一個元件的情況兩者。
[0016]在本公開的整個文檔中，用于指示一個元件相對于另一個元件的位置的術語
“在......上”包括一個元件鄰近另一個元件的情況和任何其它元件存在于這兩個元件之間的情況兩者。
[0017]在本公開的整個文檔中，用于文檔中的術語“包含或包括”和/或“含有或包含有”是指除非上下文另外指示，否則除了所述的組件、步驟、操作和/或元件之外，不排除一個或多個其它的組件、步驟、操作和/或現有或添加的元件。在本公開的整個文檔中，術語“約或大約”或“基本上”意指具有接近數值或由可允許的誤差規定的范圍的含義并且意在防止為理解本公開而公開的精確的或絕對的數值被任何不合理的第三方非法地或不公平地使用。在本公開的整個文檔中，術語“......的步驟”不是指“用于......的步驟”。
[0018]在本公開的整個文檔中，馬庫什(Markush)型說明中所包括的術語“......的組合”是指選自由以馬庫什型描述的組件、步驟、操作和/或元件組成的群組中的一個或多個組件、步驟、操作和/或元件的混合物或組合，從而意指本公開包括選自馬庫什組中的一個或多個組件、步驟、操作和/或元件。
[0019]在本公開的整個文檔中，“A和/或B”這樣的表達是指“A或B，或A和B”。
[0020]下文中，本公開的實施方式和實施例將參考附圖詳細地描述。然而，本公開不可能受限于所述的實施方式、實施例和附圖。
[0021 ]在本公開的第一方面，提供了一種薄膜沉積裝置，其包括:襯底加載單元，在該襯底加載單元上加載襯底;襯底傳送單元，其連接于所述襯底加載單元并被配置成交替地移動襯底;和薄膜沉積單元，其被配置成在所述襯底上沉積薄膜，其中所述薄膜沉積單元包括等離子體模塊，所述等離子體模塊包括相互獨立的源單元和等離子體單元，所述等離子體單元包括:進口單元，通過該進口單元引入等離子體氣體;等離子體存儲單元，其存儲通過所述進口單元所引入的等離子體氣體；以及多個等離子體生成單元和多個源單元，它們彼此交叉或交替地配置在所述等離子體存儲單元的下端，并且其中所述等離子體模塊進一步包括柵格。
[0022]圖1是根據本公開的一個實施方式圖解薄膜沉積裝置的示意圖。
[0023]參考圖1，根據本公開的一個實施方式的薄膜沉積裝置包括:襯底10、襯底加載單元100、襯底傳送單元200、薄膜沉積單元300、和柵格400。
[0024]首先，將襯底10加載到襯底加載單元100上。襯底10是通常用于半導體裝置的襯底，并且可以包括選自由石英、玻璃、硅、聚合物和它們的組合組成的組中的一種成員，但可以不受限于此。
[0025]根據本公開的一實施方式，襯底傳送單元200被連接到襯底加載單元100并且移動襯底10。在此，所述襯底10的移動方向可交替地移動通過線性或非線性路徑，但可以不受限于此。
[0026]根據本公開的一實施方式，薄膜沉積裝置包括薄膜沉積單元300，該薄膜沉積單元300被配置成在襯底10上形成薄膜，并且薄膜沉積單元300可包括等離子體模塊，該等離子體模塊包括相互獨立的等離子體單元310和源單元320。源單元320可被進一步配置在所述等離子體單元310的下端。等離子體單元310還可以包括被配置成產生等離子體的電極，但可以不受限于此。
[0027]根據本公開的一個實施方式，等離子體單元310可包括:進口單元311，通過該進口單元311引入等離子體氣體;等離子體存儲單元312，其存儲通過進口單元311所引入的等離子體氣體；以及多個等離子體生成單元313，其與多個源單元320交替地配置在所述等離子體存儲單元312的下端，但可以不受限于此。
[0028]根據本公開的一個實施方式，等離子體模塊可產生源等離子體和/或反應物等離子體，但可以不受限于此。
[0029]根據本公開的一個實施方式，源單元可提供源氣體而不進行等離子體處理，但可以不受限于此。
[0030]根據本公開的一個實施方式，源單元320可對含有金屬的前體和惰性氣體進行等離子體處理，該金屬選自由硅、鋁、鋅和它們的組合組成的組，但可以不受限于此。
[0031]根據本公開的一個實施方式，等離子體單元310可對反應物氣體執行等離子體處理，所述反應物氣體選自由Ν2、Η2、02、Ν20、ΝΗ3以及它們的組合組成的組，但可以不受限于此。
[0032]根據本公開的一實施方式，可進一步包括在從約25°C到約600°C的溫度下加熱襯底，但可以不受限于此。舉例而言，如果襯底是用于封包薄膜(encapsulat1n thin film)的襯底，則可以進一步包括在從約25°C到約600 0C、從約25 °C到約500°C、從約25°C到約400°C、從約25 0C到約300 °C、從約25 °C到約200 °C、從約25 V到約100 °C、從約100 V到約600 V、從約200°C到約600 0C、從約300 °C到約600 °C、從約400 °C到約600 °C、或從約500 °C到約600°C的溫度下加熱襯底，并且用于加熱襯底的最佳溫度可以為例如從約25°C到約1000C，但可以不受限于此。在本公開的一實施方式中，可以在形成薄膜的同時加熱襯底，并且可通過調節溫度到等于或小于所述源氣體的前體的熱分解溫度而在襯底的表面上誘導源氣體的前體和反應物氣體之間的化學反應。
[0033]根據本公開的一實施方式，源氣體的等離子體處理和反應物氣體的等離子體處理中的每一個可以在獨立的等離子體模塊中同時或交替地進行，但可以不受限于此。例如，如果源氣體的等離子體處理和反應物氣體的等離子體處理中的每一個在獨立的等離子體模塊同時進行，則無機薄膜形成為在襯底上的混合層結構。此外，例如，如果源氣體的等離子體處理和反應物氣體的等離子體處理中的每一個在獨立的等離子體模塊交替地進行，則薄膜形成為在襯底上的堆疊層結構。
[0034]圖2A和圖2B是根據本公開的一個實施方式圖解薄膜沉積裝置的源單元(圖2A)和氣體排放單元(圖2B)的示意圖。
[0035]根據本公開的一個實施方式，參考圖2A和圖2B，源單元320可包括多個源生成單元，在該多個源生成單元中，進口單元(通過引入源氣體)和等離子體生成單元313彼此交叉地或者交替地配置，但可以不受限于此。
[0036]根據本公開的一個實施方式，等離子體模塊可以進一步包括多個氣體排放單元500，但可以不受限于此。
[0037]圖3A和圖3B是取決于存在或不存在柵格來根據本公開的一個實施方式圖解薄膜沉積裝置的底視圖的示意圖。
[0038]根據本公開的一個實施方式，如圖3A和圖3B所示，柵格400可被定位在等離子體生成單元313的上端或下端，并且可具有網格形態，但可以不受限于此。柵格400定位在等離子體生成單元313，并且因此避免了對于由等離子體單元310所生成的離子的損害。此外，柵格400抑制源單元320和等離子體單元310的混合，并且因此使顆粒生成最小化。舉例而言，可以使用任意金屬來制造柵格，但可以不受限于此。
[0039]根據本公開的一個實施方式，氣體排放單元500可以被進一步包含在交替地配置的等離子體生成單元313和源單元320之間的每個間隔內。舉例而言，在薄膜沉積單元300的下端，等離子體生成單元313、氣體排放單元500、源單元320和氣體排放單元500的配置可以是重復的，但可以不受限于此。
[0040]根據本公開的一個實施方式，等離子體模塊的尺寸可以根據襯底10的尺寸進行調整，但可以不受限于此。舉例而言，隨著襯底10的尺寸增大，等離子體模塊的尺寸可增大，并且隨著等離子體模塊的尺寸增大，等離子體單元310的寬度可增大且配置在等離子體單元的下端的源單元310的數量可增加，但可以不受限于此。
[0041]圖4A和圖4B是圖解了根據本公開的一個實施方式的薄膜沉積裝置(圖4A)和常規薄膜沉積裝置(圖4B)的示意圖。
[0042]根據本公開的一個實施方式，如圖4A和圖4B所不，在使用第二代襯底(370mmX470mm)的薄膜沉積裝置中，在圖4B中示出的常規ALD薄膜沉積裝置600包括薄膜沉積單元600，該薄膜沉積單元600包括等離子體單元610，其10mm的整個寬度包含5mm的球形電極的直徑和300mm的高度，并且包括按序配置的源單元620、等離子體單元610、源單元620和等離子體單元610。如圖4A中示出的根據本公開的一個實施方式的薄膜沉積單元300包括在獨立的等離子體單元310的下端的源單元320，并且因此可以包括四個源單元320。通過在沉積效率方面對常規薄膜沉積裝置和根據本公開的一個實施方式的薄膜沉積裝置之間的比較，如果在通過襯底傳送單元200移動襯底10的同時執行沉積，則根據本公開的一個實施方式的薄膜沉積裝置可具有為常規薄膜沉積裝置的沉積效率的約兩倍或更多倍的沉積效率。
[0043]圖5A和圖5B是圖解了根據本公開的一個實施方式的薄膜沉積裝置(圖5A)和常規薄膜沉積裝置(圖5B)的示意圖。
[0044]根據本公開的一個實施方式，如圖5A和圖5B中所不，在使用第四代襯底(650mmX850mm)的薄膜沉積裝置中，在圖5B中示出的常規的ALD薄膜沉積裝置600包括薄膜沉積單元600，該薄膜沉積單元600包括等離子體單元610，其150mm的整個寬度包括1mm的球形電極的直徑和400mm的高度，并且包括按序配置的源單元620、等離子體單元610、源單元620、等離子體單元610。在圖5A中示出的根據本公開的一個實施方式的薄膜沉積單元300包括在等離子體單元310的下端的源單元320，并且因此可以包括;六個源單元320。通過在沉積效率方面對常規的薄膜沉積裝置和根據本公開的一個實施方式的薄膜沉積裝置之間的比較，如果在通過襯底傳送單元200移動襯底10的同時執行沉積，則根據本公開的一個實施方式的薄膜沉積裝置可以具有為常規薄膜沉積裝置的沉積效率的約三倍或更多倍的沉積效率。
[0045]圖6A和圖6B是圖解根據本公開的一個實施方式的薄膜沉積裝置(圖6A)和常規薄膜沉積裝置(圖6B)的示意圖。
[0046]根據本公開的一個實施方式，如圖6A和圖6B中所不，在使用第六代襯底(1300mmX1500mm)的薄膜沉積裝置中，在圖6B中示出的常規的ALD薄膜沉積裝置600包括薄膜沉積單元600，該薄膜沉積單元600包括等離子體單元610，其200mm的整個寬度包括20mm的球形電極的直徑和500mm的高度，并且包括按序配置的源單元620、等離子體單元610、源單元620、等離子體單元610。在圖6A中示出的根據本公開的一個實施方式的薄膜沉積單元300包括在等離子體單元310的下端的源單元320，并且因此可以包括八個源單元320。通過在沉積效率方面對常規的薄膜沉積裝置和根據本公開的一個實施方式的薄膜沉積裝置之間的比較，如果在通過襯底傳送單元200移動襯底10的同時執行沉積，則根據本公開的一個實施方式的薄膜沉積裝置可以具有為常規薄膜沉積裝置的沉積效率的約四倍或更多倍的沉積效率。
[0047]如圖4至圖6所示，通常，在常規的ALD裝置的薄膜沉積單元和根據本公開的一個實施方式的薄膜沉積裝置中，隨著襯底的尺寸增大，在等離子體單元內的電極的尺寸(直徑)增大，并且等離子體單元的尺寸因此增大。在此，常規的ALD裝置包括布置成共線的源單元和等離子體單元，并且因此，隨著等離子體單元的尺寸增大，配置在具有相同尺寸的薄膜沉積單元中的源單元的個數減少。因此，每次掃描襯底的沉積速率降低。另一方面，根據本公開的實施方式的薄膜沉積裝置的薄膜沉積單元包括布置在等離子體單元的下端的源單元，并且因此，源單元的尺寸不改變且每次掃描襯底的沉積速率增加。
[0048]根據本公開的一個實施方式的薄膜沉積裝置可以如圖1到圖6所示地應用或可以應用其修改方案和/或它們的組合。其可以很容易地進行修改，并且因此具有廣泛的應用范圍，并且可以應用于大尺寸的襯底。此外，能夠改善反應和反應速度。
[0049]此外，雖然在本文未示出，但在本公開的實施方式中，薄膜沉積裝置可以包括控制單元，但也可以不限于此。控制單元可以耦合到薄膜沉積裝置的襯底加載單元、襯底傳送單元和薄膜沉積單元，并且可以控制形成薄膜所需的條件。舉例而言，控制單元可以在薄膜沉積過程中調節等離子體和源等離子體的噴射時間、強度、波長和占空比，但可以不受限于此。
[0050]本發明的上述描述被提供以用于說明的目的，并且本領域技術人員應當理解，在不改變本發明的技術構思和基本特征的情況下，可以作出多種變化和修改方案。因此，清楚的是，上述實施方式在所有方面都是說明性的，并且不限制本發明。例如，被描述為單一類型的各部件可以以分布式的方式來實現。同樣，被描述為分布式的部件可以以組合的方式來實現。
[0051]本發明的范圍由下面的權利要求限定，而不是由實施方式的詳細描述限定。應當理解的是，從權利要求的意義和范圍構思的所有修改方案和實施方式及其等同方案都包括在本發明的范圍內。
標記說明 10:襯底
100:襯底加載單元 200:襯底傳送單元300:薄膜沉積單元310:等離子體單元311:進口單元312:等離子體存儲單元313:等離子體生成單元320:源單元400:柵格
500:氣體排放單元600:常規的ALD薄膜沉積單元610:常規的等離子體單元620:常規的源單元。
【主權項】
1.一種薄膜沉積裝置，其包括: 襯底加載單元，將襯底加載在該襯底加載單元上； 襯底傳送單元，其連接于所述襯底加載單元并被配置成交替地移動所述襯底；以及 薄膜沉積單元，其被配置成在所述襯底上沉積薄膜， 其中所述薄膜沉積單元包括等離子體模塊，所述等離子體模塊包括相互獨立的源單元和等離子體單元， 所述等離子體模塊的所述等離子體單元包括:進口單元，通過該進口單元引入等離子體氣體;等離子體存儲單元，其存儲通過所述進口單元引入的所述等離子體氣體；以及多個等離子體生成單元和多個源單元，其交替地配置在所述等離子體存儲單元的下端，并且其中所述等離子體模塊進一步包括柵格。2.根據權利要求1所述的薄膜沉積裝置， 其中所述柵格被定位在所述等離子體生成單元的上端或下端并且具有網狀形態。3.根據權利要求1所述的薄膜沉積裝置， 其中所述等離子體模塊進一步包括多個氣體排放單元。4.根據權利要求1所述的薄膜沉積裝置， 其中所述等離子體模塊生成源等離子體或反應物等離子體。5.根據權利要求1所述的薄膜沉積裝置， 其中所述源單元對含金屬的前體和惰性氣體執行等離子體處理，所述金屬選自由硅、鋁、鋅和它們的組合組成的組中。6.根據權利要求1所述的薄膜沉積裝置， 其中所述等離子體單元對選自由Ν2、Η2、02、Ν20、ΝΗ3以及它們的組合組成的組中的反應物氣體執行等離子體處理。7.根據權利要求1所述的薄膜沉積裝置， 其中所述等離子體模塊的尺寸根據所述襯底的尺寸來調節。
【文檔編號】C23C16/455GK105839076SQ201610077444
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年2月3日
【發明人】徐祥準, 劉址范, 鄭昊均, 趙成珉
【申請人】成均館大學校產學協力團