KR100356565B1 - 증가된 박막 성장 속도로 산화 마그네슘 박막을 형성할 수 있는박막 성장 방법 및 장치 - Google Patents

증가된 박막 성장 속도로 산화 마그네슘 박막을 형성할 수 있는박막 성장 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

링 형성의 영구 자석(31)을 갖는 보조 애노드는 상기 보조 애노드가 노(20)의 중심축과 동축을 갖고 상기 노의 상부 영역을 에워싸도록 진공 챔버(11)내에 위치된다. 아크 방전을 사용하는 플라즈마 빔 발생기(13)에 의해 발생된 플라즈마 빔은 노 내부로 유도된다. 마그네슘(Mg)이 노 상부의 증착 물질로 사용된다. 산소와 혼합된 가스가 진공 챔버 내부로 공급된다. 결과적으로, 노로부터 승화된 산화 마그네슘(MgO) 입자는 상기 플라즈마에 의해 발생된 산소 플라즈마와 반을하여 기판(40)상에 산화 마그네슘(MgO) 박막을 형성한다.

Description

증가된 박막 성장 속도로 산화 마그네슘 박막을 형성할 수 있는 박막 성장 방법 및 장치
본 발명은 플라즈마를 사용한 박막 성장 방법 및 박막 성장장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 기판 상에 산화마그네슘(MgO) 박막을 형성하기 위한 박막 성장 방법 및 박막 성장 장치에 관한 것이다.
플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panels : PDP )에 있어서, MgO는 일반적으로 방전 셀의 보호막으로 사용된다. 일반적으로, 코팅과 같은 습식 방법 및 진공 기상 증착과 같은 건식 방법이 MgO 박막을 형성하는 데 사용된다. 건식 방법에 의해 형성된 박막은 습식 방법에 의해 형성된 박막보다 우수한 막질을 갖는다. 따라서, MgO의 형성에 있어서 건식 방법의 사용이 보다 일반적이다.
건식 방법에 관하여, 전자 총과 스퍼터링을 사용하는 진공 기상 증착이 있다. 진공 기상 증착은 스퍼터링보다 더 빠른 속도로 박막을 형성하기 때문에, 보다 더 일반적으로 사용된다. 전자 총을 사용하는 진공 기상 증착을 사용한 박막 성장 속도 또는 성장률은 전자총의 출력 전력에 의존하며, 그것은 일반적으로 20 내지 40(Å/s)이다. 전자 총의 출력 전력이 매우 크다면, 테블릿 또는 증착 물질에서의 스플래시(SPLASHING)와 같은 문제점이 발생한다.
반면에 MgO가 RF(Radio Frequency) 이온 도금의 테블릿에서 사용될 때, 10-3내지 10-4토르의 구동 압력이 플라즈마를 발생시키기 위하여 요구된다. 그러나, 이러한 구동 압력은 MgO의 증발을 방해한기 때문에, 박막 형성 속도는 감소된다. 진공도가 10-4토르 이하로 커질수록 MgO가 증발되기 쉬어진다. 한편으로, 테블릿으로 마그네슘을 사용하는 반응성 박막 성장 방법이 존재한다. 그러나. 박막의 질이 불안정하고, 산화 분위기에서 이러한 방법을 사용하는 전자총의 수명을 단축시키는 것과 같은 문제점이 존재한다.
부수적으로, MgO 박막 성장 공정은 PDP 제조 공정에 있어서의 많은 시간을 소요한다. 그러나, 박막 성장 속도는 상술한 방법으로 불충분하고, PDP 생산력에 있어서 개선을 방해한다.
따라서, 본 발명의 목적은 양질의 산화마그네슘 박막을 빠르게 형성하기 위한 박막 성장 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 상기 언급한 박막 형성 방법을 실행하기에 적합한 산화 마그네슘 박막용 박막 성장 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실행하는 박막 성장 장치의 수직 단면도.
도 2는 도 1에서의 노, 보조 애노드 및 관련 부품을 도시한 수직 단면도.
도 3은 도 1에 도시된 박막 성장 장치에 유용한 방전 전류에 관한 함수로서 박막 성장 속도를 도시한 그래프.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
11a : 가스 주입구 11b : 가스 배출구
11 : 진공 챔버 12 : 조종 코일
13 : 플라즈마 빔 발생기 20 : 노
30 : 보조 애노드 31 : 영구 자석
40 : 기판
본 발명에 따른 산화마그네슘 성장 방법은: 애노드로서 진공 챔버내에 배치된 노(hearth) 내부로 아크 방전을 사용하는 플라즈마 빔 발생기에 의해 생성된 플라즈마 빔을 유도하는 단계; 노 상의 증착 물질을 이온화시키는 단계; 및 상기 노의 맞은 편에 배치된 기판의 표면상에 상기 이온화된 증착 물질을 증착하는 단계를 포함하여 박막을 형성한다.
본 발명에 따라, 링 형상의 영구 자석이 보조 애노드로서 제공되며, 상기 링 형상의 영구 자석은 노의 중심 축과 동축이며 노의 상부 영역을 에워싸도록 위치된다. 마그네슘은 증착 물질로서 사용된다. 산소와 혼합된 가스가 진공 챔버에 공급된다. 노로부터 승화된 마그네슘 입자는 플라즈마에 의해 생성된 산소 플라즈마와 반응하여 상기 기판 상에 MgO 박막을 형성하게 된다.
본 발명에 따른 산화 마그네슘 박막 성장 장치는: 진공 챔버; 상기 진공 챔버내에 배치되며 아크 방전을 사용하는 플라즈마 빔 발생기; 및 진공 챔버내에 배치되며 애노드로서 동작하는 노를 포함한다. 상기 플라즈마 빔 발생기에 의해 발생된 플라즈마 빔은 진공 챔버의 노 내부로 유도되어 상기 노 상부의 증착 물질을 이온화시킨다. 상기 이온화된 증착 물질은 박막 형성을 위해 노의 맞은 편에 위치한 기판 표면상에 증착된다.
본 발명에 따라, 보조 애노드는 상기 노의 중심 축과 동축이고 상기 노의 상부 영역을 에워싸도록 노 주변에 위치되며, 상기 보조 애노드는 링 형상의 영구 자석으로 구성된다. 마그네슘은 증착 물질로서 사용된다. 상기 진공 챔버는 그 내부에 산소와 혼합된 가스를 공급하기 위한 공급 유니트를 포함한다. 결과적으로, 노로부터 승화된 마그네슘 입자는 플라즈마에 의해 발생된 산소 플라즈마와 반응하여 상기 기판 상에 MgO를 형성한다.
실 시 예
도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 MgO 박막 성장 장치가 설명된다. 본 발명에서 사용되는 상기 MgO 박막 성장 장치는 기본적으로 일본 특허 공개번호 제 07-316794호에 도시된 것과 동일한 구성을 갖는다. 도 1에 있어서, O2를 포함하는 아르곤(Ar) + 산소(O2)와 같은 가스 혼합물을 위한 가스 주입구(11a) 및 가수 배출구(11b)가 진공 챔버(11)에 부착된다. 상기 가스 배출구(11b)는 도면에 도시되지 않은 배기 펌프로 연결된다. 플라즈마 빔 발생기(13)는 진공 챔버의 벽에 형성된 장착구(11C)에 부착된다.
플라즈마 빔 발생기(13)는 아크 방전을 사용하는 장치로 충분하며, 예를 들어 압력 변화 플라즈마 소오스 및 HCD 플라즈마 소오스가 공지되어 있다. 플라즈마 빔을 유도 및 수렴하기 위하여, 조정 코일(12)이 진공 챔버(11) 벽의 외부에 상기 장착구(11c)를 에워싸도록 설치된다. 플라즈마 빔 수렴에 사용되는 제 1 중간 전극(14) 및 제 2 중간 전극(15)은 플라즈마 빔 발생기(13)내에 같은 중심을 갖고 배열된다. 상기 제 1 중간 전극(14)은 플라즈마 빔 발생기의 중심 축과 평행이 되도록 한 영구 자석(14-1)을 수용하고, 상기 제 2 중간 전극(15)은 코일(15-1)을 수용한다. LaB6으로 이루어진 원형 플레이트(17), 케리어 가스를 도입할 수 있는 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 튜브(18a) 및 탄탈륨(Ta)으로 구성된 파이프(18b)가 플라즈마 빔 발생기(13)용 절연 튜브(글래스 튜브)내에 수용된다.
주 전력 공급 장치(19A)는 저항(R1)을 통해 플라즈마 빔 발생기(13) 자신과 제 1 중간 전극(14) 사이에 접속된다. 보조 방전 전력 공급 장치(19B)는 주 전력 공급 장치(19A)와 병렬로 직렬 접속 회로에 접속된다. 주 전력 공급 장치(19A)와 보조 방전 전력 공급 장치(19B)의 양(+) 측의 공통 접속점은 저항(R2)을 통해 제 2 중간 전극(15)에 접속된다. 상술된 공통 접속점은 진공 챔버(11)의 주 몸체에 연결될뿐만 아니라 저항(R3)을 통해 접지에도 연결된다. 게다가, 보조 애노드(30)는 전류 제어 엘리먼트(41)를 통해, 노(20)는 전류 제어 엘리먼트(42)를 통해 모두 상술한 공통 접속점에 접속된다. 조정 코일(12)과 함께, 제 2 중간 전극(15)내의 코일(15-1)은 여기를 위해 사용된 제 1 직류 전류 공급 장치(E1)에 접속된다. 반면에 보조 애노드(30)와 결합된 노(20)는 진공 챔버내에 배열된다. 노(20) 상부에는 처리된 물질을 수용하는 대향된 배열의 기판(40)이 존재하며, 상기 기판은 음 바이어싱을 위하여 직류 전류 공급 장치(E2)에 접속된다.
도면에 도시되지 않은 이송 시스템에 의해 기판(40)은 간헐적으로 진공 챔버(11)로 이송되어, 연속 박막 성장 동작이 가능하며; 그러나 이송 시스템이 잘 알려져 있기 때문에 도면 및 설명은 생략된다.
보조 애노드(30)와 결합된 노(20)는 빔 수정형 복합 노(beam correcting composit hearth)로 불린다. 도 2의 확대도에 도시된 바와 같이, 수냉 시스템은 노(20) 및 보조 애노드(30)에 결합된다. 노(20)는 상하로 방향 지어진 자축(magnetic axis)을 갖는 영구 자석(21), 상부 플레이트(22) 및 하부 플레이트(23)를 포함한다. 상부 플레이트(22)는 상부에 상기 증착 물질을 수용하기에 위한 함몰부(22-1)와 아래에 상기 영구 자석을 유지하기에 충분한 크기의 공간을 모두 포함한다. 마스네슘 테블릿은 증착 물질로 사용된다. 상기 하부 플레이트(23)는 상기 상부 플레이트(22)의 하부 표면에 고정된다. 따라서 수냉 공간은 노(20)내에 형성되고, 냉각수 주입구(23-1) 및 냉각수 배출구(23-2)가 하부 플레이트내에 형성된다.
상기 보조 애노드는 링 형상의 영구 자석(31) 및 자석 케이스(32)를 포함한다. 상기 링 형상의 영구 자석(31)은 상기 노(20)의 중심 축과 동일한 축을 가지며, 상 하로 방향지어진 자축을 갖고 노(20)의 상부 영역을 에워싸도록 위치된다. 자석 케이스(32)는 노(20)의 외주변 둘레의 고정 공간을 남기도록 위치되고, 링 형상의 영구 자석(31)은 상기 영구 자석(21)의 약간 상부 위치에서 유지된다. 상기 자석 케이스(32)는 링 형상의 영구 자석(31)을 유지하기에 충분한 공간을 갖는 링 형상의 상부 케이스(31) 및 상기 상부 케이스(33)의 하부 표면에 고정된 링 형상의 하부 케이스를 포함한다. 따라서 수냉 공간도 역시 상기 자석 케이스(32)내에 형성되고, 냉각수 주입구(34-1)와 냉각수 배출구(34-2)는 하부 케이스(34)내에 형성된다.
이러한 예에 있어서, 노(20) 및 보조 애노드(30)가 공통적으로 수냉 시스템을 구비하기 때문에, 상기 냉각수는 냉각수 파이프(35)로부터 냉각수 주입구(34-1)를 통과하여 흐른다. 보조 애노드(30)내의 냉각수는 냉각수 배출구(34-2) 및 냉각수 주입구(23-1)에 연결된 냉각수 파이프(24)를 통해 노(20)에 유입된다. 더욱이, 노 내의 냉각수는 상기 냉각수 배출구(23-2)에 연결된 냉각수 파이프(25)를 통해 제거된다.
노를 구성하는 상부 플레이트(22) 및 하부 플레이트(23)용 물질과 자석 케이스를 구성하는 상부 케이스(33) 및 하부 케이스(34)용 물질에 있어서, 양자 모두 높은 열전도성을 갖는 구리와 같은 전도체를 사용한다. 부가적으로, 하부 플레이트(23) 및 하부 케이스(34)가 결합된 위치는 전기적으로 절연인 플레이트가 그 사이에 놓이도록 설정된다. 이러한 실시예에 있어서, 노(20)와 보조 애노드(30) 사이의 절연체는 절연 플레이트(36)를 사용하여 노(20)의 바닥에 구현된다. 반면에, 노(20) 측벽의 절연은 노(20)와 보조 애노드(30) 사이의 고정 공간을 포함하므로써 실현된다. 노(20)내에 수용된 영구 자석(21)은 플라즈마 빔 유도를 위하여 사용되지만 제거되는 경우도 있다.
다시 도 1을 참조하여, 동작을 설명한다. 스위치(S1)가 턴 온되어 플라즈마 빔 발생기(13)가 보조 방전 전력 공급 장치(400V 내지 600V 고전압, 저전류의 전력 공급 장치)(19B)에 접속되면, 아크 방전이 상기 플라즈마 발생기(13)내에서 시작된다. 부가적으로, 애노드(30) 상부의 보조 전류 제어 엘리먼트(41)가 턴 온되고, 노(20) 상부의 전류 제어 엘리먼트(42)는 오프 상태에 남아 있게 된다. 이러한 경우, 플라즈마 빔 전류가 상기 보조 애노드(30)로 흐르기 때문에, 제 1 중간 전극(14)과 튜브(18) 사이에서 시작하는 방전과 함께 플라즈마를 안정화시키는 것이 용이하다. 플라즈마가 안정화될 때, 주 전력 공급 장치(낮은 전압, 높은 전류의 전력 공급 장치(19A))는 점차적으로 0전류 상태에서부터 증가하고, 스위치(S1)는 턴 오프되며, 보조 애노드(30) 측면 상의 전류 제어 엘리먼트(41)는 턴 오프되며, 노(20) 측면상의 전류 제어 엘리먼트(42)는 박막 성장 동작을 수행하는 동안에는 턴 온된다.
이러한 실시예에 있어서, 약 10-3내지 10-4토르의 압력이 진공 챔버(11) 내에서 유지된다. 플라즈마 빔 발생기(13)에 의해 발생된 플라즈마 빔은 조종 코일(12)과 보조 애노드(30)에 의해 노(20)로 유도된다. 특히, 보조 애노드(30)와의 조합 때문에, 플라즈마 빔이 노(20)로 유도되는 것이 용이하다. 이때, 노(20)의 상부에 위치된 마그네슘 테블릿이 플라즈마 빔에 의해 가열되어 승화된다. 반면에, 상기 플라즈마 빔은 또한 그것의 경로에 따라 플라즈마를 발생시킨다. 진공 챔버(11) 내에서 O2와 혼합된 가스는 가스 주입구(11a)를 사용하여 공급되며, 산소 플라즈마가 플라즈마에 의해 발생된다. 승화된 마그네슘 입자는 산소 플라즈마와 반응하고, 결과적으로 MgO 박막이 기판(40) 상에 형성된다.
이러한 동작은 소위 이온 도금에서의 원리와 동일하지만, 본 발명에서는 전자 온도 및 전자 밀도 모두가 일반적인 이온 도금(보조 애노드(30)가 없는)보다 더 높다. 따라서, 안정적인 MgO박막을 형성하는 것이 가능하다. 부가적으로, 산소 플라즈마가 Mg 테블릿과 충돌하기 때문에, Mg 테블릿의 표면 온도는 산화 온도로 인해 더욱 상승되고 MgO 표면의 생성과 결합되며, 이것은 박막 성장 속도를 개선시키는데 기여한다.
부수적으로, 진공 기상 증착의 경우에 박막 성장 속도는 (압력이 10-4내지 10-6토르일 때) 약 20 내지 40(Å/s)이다. 그러나 본 발명을 사용하면, 200(Å/s)의 박막 성장 속도(압력이 7×10-4토르일 때)가 얻어진다는 것이 확실하다.
상술한 설명에서와 같이, 본 발명에서 증착 물질로서 사용되는 Mg 금속과 함께 빔 수정형 복합 노가 사용되고, 진공 챔버내의 공기는 O2를 포함한 혼합 가스를 사용하므로써 이것은 기판 상에 MgO박막 성장을 가속화시킨다. 따라서 양질의 MgO 박막이 높은 속도로 형성될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 양호한 일 실시예에 따라 본 발명이 설명되었지만, 첨부된 청구 범위에 의해 한정되는 바와 같은 본 발명의 사상을 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게는 명백하다.

Claims (4)

  1. 진공 챔버내에 애노드로서 배치된 노 내부로 아크 방전을 사용하는 플라즈마 빔 발생기에 의해 생성된 플라즈마 빔을 유도하는 단계; 상기 노 상의 증착 물질을 이온화시키는 단계; 및 박막 형성을 위하여 상기 노의 맞은 편에 배치된 기판의 표면상에 상기 이온화된 증착 물질을 증착하는 단계를 포함하는 산화 마그네슘 박막 성장 방법에 있어서,
    상기 노의 중심 축과 동축이며, 상기 노의 상부 영역을 에워싸도록 배치된 링 형상의 영구 자석을 보조 애노드로서 제공하는 단계와;
    상기 증착 물질로써 사용되는 마그네슘(Mg)과 산소와 혼합된 가스를 상기 진공 챔버내에 공급함으로써, 상기 노로부터 승화된 마스네슘 입자를 상기 플라즈마에 의해 발생된 산소 플라즈마와 반응시켜 상기 기판상에 산화 마그네슘 박막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 박막 형성 동안에 상기 진공 챔버 내에서는 1.3×10-3내지 0.5 × 10-4토르의 압력이 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 진공 챔버; 상기 진공 챔버내에 위치된 아크 방전을 사용하는 플라즈마 빔 발생기; 및 애노드로서 동작하도록 상기 진공 챔버내에 배치된 노를 포함하며, 상기 플라즈마 빔 발생기에 의해 발생된 플라즈마 빔은 상기 진공 챔버내의 노 내부로 유도되어 상기 노 상부의 증착 물질을 이온화시키며, 상기 이온화된 증착 물질은 박막 형성을 위하여 상기 노의 맞은편에 배치된 기판의 표면 상에 증착되는 산화마그네슘 박막 증착 장치에 있어서,
    상기 노의 중심 축과 동일한 축을 갖고 상기 노의 상부 영역을 에워싸도록 상기 노 주변에 위치되고 링 형상의 영구 자석으로 이루어진 보조 애노드를 포함하며, 상기 진공 챔버는 진공 챔버 내에 산소와 혼합된 가스를 공급하기 위한 수단을 구비하고, 마그네슘을 상기 증착 물질로 사용하여 진공 챔버내의 노로부터 승화된 산화 마그네슘 입자는 상기 플라즈마에 의해 발생된 산소 플라즈마와 반응하여 상기 기판 상에 산화 마그네슘(MgO) 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 박막 형성 동안에 상기 진공 챔버 내에서는 1.3×10-3내지 0.5 × 10-4토르의 압력이 유지되는 것을 특징으로 하는 장치.
KR1019980000780A 1997-01-14 1998-01-14 증가된 박막 성장 속도로 산화 마그네슘 박막을 형성할 수 있는박막 성장 방법 및 장치 KR100356565B1 (ko)

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