KR100526009B1 - 박막증착장치 및 방법, 그리고 박막증착장치용 챔버 - Google Patents

박막증착장치 및 방법, 그리고 박막증착장치용 챔버 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 진공분위기를 형성하기 위한 진공탱크를 사용하지 않고도 대기중에서 효율적으로 박막을 증착시킬 수 있도록 한 박막증착장치 및 방법, 그리고 박막증착장치용 챔버에 관한 것이다. 이 중, 박막증착장치에 있어서는, 박막증착 대상체와 소정의 이격간격을 두고 상기 대상체의 상부 대기중에 배치되는 챔버와; 상기 챔버를 통해 상기 대상체로 소정의 메탈입자를 공급하는 메탈공급부와; 상기 챔버에 마련되어 상기 메탈공급부에서 공급되는 상기 메탈입자를 상기 대상체로 전달하는 메탈유로와; 고압가스공급부와; 상기 메탈유로를 통해 상기 대상체로 제공되는 메탈입자가 외부 대기와 격리될 수 있도록 상기 챔버에 마련되어 상기 고압가스공급부로부터 전달된 고압가스를 상기 대상체로 전달하는 고압가스유로와; 상기 챔버에 마련되어 사용 후 발생한 부산물 및 고압가스를 배출시키는 적어도 하나의 배출유로와; 상기 배출유로에 연통하여 상기 배출유로를 통해 배출되는 상기 사용완료된 메탈입자 및 고압가스를 펌핑하는 배기부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의하여, 진공분위기를 형성하기 위한 진공탱크를 사용하지 않고도 대기중에서 효율적으로 박막을 증착시킬 수 있다.

Description

박막증착장치 및 방법, 그리고 박막증착장치용 챔버{Apparatus for making thin film, making method thereof and chamber for its apparatus}
본 발명은, 박막증착장치 및 방법, 그리고 박막증착장치용 챔버에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 진공분위기를 형성하기 위한 진공탱크를 사용하지 않고도 대기중에서 효율적으로 박막을 증착시킬 수 있도록 한 박막증착장치 및 방법, 그리고 박막증착장치용 챔버에 관한 것이다.
박막(Thin Film)이란, 기계가공으로는 실현 불가능한 두께 수 ㎛ 이하의 엷은 막을 말한다. 이에는, 수면의 기름막, 비누방울이 아롱진 막, 금속 표면의 녹, 함석, 생철의 아연막, 주석막 등이 속하지만, 이 밖에 여러 가지 금속이나 반도체 또는 절연물 등을 재료로 삼아 금속박막, 반도체박막, 절연박막, 화합물 반도체박막, 자성박막, 유전체박막, 집적회로, 초전도박막 등이 소정의 진공증착법("증기건조법"이라고도 함)을 위시하여 전기도금법, 기체 또는 액체 속의 산화법, 화합물 열분해법, 전자빔 증착법, 레이저빔 증착법 등에 의해 만들어진다.
물질은 박막상태가 되면 물리적, 화학적 성질이 크게 변한다. 예를 들면, 불에 타지 않는 금속도 박으로 만들면 타는 경우가 있다. 일반적으로 점성이 커지고 표면장력이 작아지며, 빛의 간섭에 의해 착색현상이 일어난다. 이러한 특성은 각종 이화학 원리의 실험이나 이화학기계 제작에 원용되고 있다.
한편 실용적으로는 광학렌즈의 반사방지막이 유명하며, 전자장치의 초소형화 경향에 힘입어, 초소형 박막 전자회로의 제조 및 전자부품의 박막화가 활발히 추진되고 있다.
이처럼 박막화를 추진함으로서, 소형, 경량화되며, 얇고 표면적이 크기 때문에 열방산이 좋아져서 큰 전력을 다룰 수 있는 장점이 있다. 또한, 인덕턴스가 감소하고 고주파 특성이 좋아지며, 얇고 치밀한 보호막으로서 성능이 뛰어나다. 그리고, 자성체 박막은 히스테리시스 반전의 고속화를 가능하게 하고, 발광박막같이 고휘도의 것을 만들 수 있다는 등의 이점이 있으며, 재료가 적게 들고 소형의 것을 동시에 대량생산할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 반도체박막은, 통상적으로 증착에 의한 방법을 이용하여 제조된다. 증착에는 여러 가지의 방법이 존재하지만, 산업체의 현장에서 주로 채용되는 것으로 진공증착(Vacuum Plating)과 증착도금이라는 것이 존재한다.
진공증착이란, 금속 또는 비금속의 작은 조각을 진공 속에서 가열하여 그 증기를 물체면에 부착시키는 것을 말한다. 고진공에 놓은 용기 속에 피복될 물체와 그 표면에 부착시키려는 금속 등의 입자를 넣어 둔 다음, 히터에 전류를 흘러서 가열함으로써 그 금속입자를 증발시키면, 차가운 물체 표면에 응축해서 부착하는 것을 이용하여 표피를 붙이는 방식이다.
이러한 방식은 모든 물품에 적용될 수 있다는 것이 특색이며 천에 알루미늄을 붙이거나 플라스틱에 은을 붙일 수도 있다. 광학렌즈의 반사방지피막도 플루오르화마그네슘 등을 진공증착시킨 것이다.
이에 반해, 증착도금이라는 것도 존재한다. 증착도금은, 진공 속에 물건과 도금할 금속을 넣고, 금속을 가열하여 휘산시킴으로써 물건의 표면에 응축시켜 표면에 얇은 층을 만드는 방법이다. 이러한 증착도금은, 반도체박막을 포함하여, 근자에 들어 활발히 제조되고 있는 평면디스플레이(Flat Panel Display)에도 널리 적용된다.
그런데, 이러한 증착도금을 이용한 종래의 박막증착장치에 있어서는, 진공분위기가 형성된 진공탱크(이를 "챔버"라 함) 내에 증착 대상의 반도체나 평면디스플레이(이를 "박막증착 대상체"라 함)를 넣어두고, 레이저를 이용하여 금속(Metal)을 불어넣어 미세금속도선 박막을 증착시키는 것으로써, 챔버라 하는 일정한 공간이 필요하기 때문에 박막 중에서도 부피가 큰 것에는 적용하기가 어려울 뿐만 아니라 챔버의 내부를 진공분위기로 만들어야 하기 때문에 제조상의 어려움이 발생할 뿐만 아니라 제조비용 역시 많이 소요되는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 진공분위기를 형성하기 위한 진공탱크를 사용하지 않고도 대기중에서 효율적으로 박막을 증착시킬 수 있도록 한 박막증착장치 및 방법, 그리고 박막증착장치용 챔버를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 박막증착 대상체와 소정의 이격간격을 두고 상기 대상체의 상부 대기중에 배치되는 챔버와; 상기 챔버를 통해 상기 대상체로 소정의 메탈입자를 공급하는 메탈공급부와; 상기 챔버에 마련되어 상기 메탈공급부에서 공급되는 상기 메탈입자를 상기 대상체로 전달하는 메탈유로와; 고압가스공급부와; 상기 메탈유로를 통해 상기 대상체로 제공되는 메탈입자가 외부 대기와 격리될 수 있도록 상기 챔버에 마련되어 상기 고압가스공급부로부터 전달된 고압가스를 상기 대상체로 전달하는 고압가스유로와; 상기 챔버에 마련되어 사용 후 발생한 부산물 및 고압가스를 배출시키는 적어도 하나의 배출유로와; 상기 배출유로에 연통하여 상기 배출유로를 통해 배출되는 상기 사용완료된 메탈입자 및 고압가스를 펌핑하는 배기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 챔버는 판면방향을 따라 상호 착탈가능한 상부 및 하부챔버부분으로 이루어져 있을 수 있다.
이럴 경우, 상기 상부 및 하부챔버부분 중 적어도 어느 하나에는 상기 챔버의 장착을 위한 장착브래킷이 마련되어 있는 것이 유리하다.
상기 메탈유로는, 상기 메탈공급부로부터 상기 상부 및 하부챔버부분 중 어느 하나를 통해 상기 메탈입자를 안내하는 제1메탈안내구간과; 상기 하부챔버부분에 형성되어 상기 제1메탈안내구간으로부터의 메탈입자를 상기 박막증착 대상체로 전달하는 제2메탈안내구간을 포함한다.
상기 제1메탈안내구간은 상기 하부챔버부분에 형성되어 있으며; 상기 제2메탈안내구간은, 상기 상부 및 하부챔버부분이 사각평면부와 부분원호부로 형성될 경우, 상기 부분원호부의 축심에 형성되고 중앙부분이 반경방향 내측으로 잘록하게 만곡된 꽈리형상을 갖는다.
상기 제2메탈안내구간의 상부 상기 상부챔버부분에는 상기 제1 및 제2메탈안내구간으로부터 공급된 메탈입자가 역류하는 것을 저지하는 윈도우글라스 오염방지용 배기구간이 형성되어 있고, 상기 하부챔버부분에는 상기 배기구간으로 소정의 가스를 공급하는 가스공급로가 형성되어 있다.
상기 고압가스유로는, 상기 고압가스공급부로부터 상기 상부 및 하부챔버부분 중 어느 하나를 통해 상기 고압가스를 안내하는 제1가스안내구간과; 상기 상부챔버부분에 형성되어 상기 제1가스안내구간의 단부와 연통하는 제2가스안내구간과; 상기 하부챔버부분에 형성되어 상기 제2가스안내구간과 연통하는 제3가스안내구간을 포함한다.
상기 제3가스안내구간에는 상기 제1 및 제2가스안내구간으로부터 안내된 가스를 상기 대상체를 향해 에어커튼식으로 분사하기 위한 복수의 가스분사구가 형성되어 있다.
상기 제1 내지 제3가스안내구간으로 안내되어 상기 대상체로 분사되는 가스는 불활성가스인 것이 유리하며, 상기 불활성가스로는 아르곤(Ar)이 채용될 수 있다.
상기 배출유로는 상기 메탈유로 및 상기 고압가스유로 사이에 원주방향을 따라 배치되는 제1배출유로부분과; 상기 고압가스유로의 반경방향 외측에 원주방향을 따라 배치되는 제2배출유로부분을 포함한다.
상기 제1 및 제2배출유로부분은, 상기 하부챔버부분에 형성되어 상기 대상체와 상기 챔버 사이의 공간 내에 존재하는 부산물, 고압가스 및 대기중의 가스를 흡입하는 제1흡입구간과; 상기 상부챔버부분에 형성되어 상기 제1흡입구간에 연통하는 제2흡입구간과; 양단이 상기 배기부와 상기 제2흡입구간에 각각 연결되어 상기 제1 및 제2흡입구간을 통해 흡입된 상기 부산물, 고압가스 및 대기중의 가스를 상기 배기부로 전달하는 제3흡입구간을 포함한다.
상기 제1흡입구간에는 상기 대상체와 상기 챔버 사이의 공간 내에 존재하는 부산물, 고압가스 및 대기중의 가스를 흡입하기 위한 복수의 흡입구가 형성되어 있다. 이 때, 상기 흡입구는 상기 가스분사구에 비해 그 직경이 크게 형성되는 것이 유리하다.
상기 상부 및 하부챔버부분이 상호 접하는 접촉영역에는 실링부재가 개재되어 있는 것이 바람직하다.
한편, 상기 목적은, 본 발명에 따라, 박막증착 대상체의 상부에 소정의 이격간격을 두고 챔버를 배치하는 제1단계와; 상기 챔버에 형성된 메탈유로를 통해 상기 대상체로 소정의 메탈입자를 공급하는 제2단계와; 상기 메탈유로의 반경방향 외측에 원주방향을 따라 배치된 고압가스유로를 통해 상기 제2단계와 더불어 상기 대상체로 고압가스를 공급하는 제3단계와; 공급되는 상기 메탈입자로 인해 상기 대상체에 소정의 박막이 증착되는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법에 의해서도 달성된다.
여기서, 상기 제2 및 제3단계에서 공급된 상기 메탈입자와 고압가스는 상기 제2 및 제3단계가 수행되는 과정에서 상기 챔버에 마련된 적어도 하나의 배출유로를 통해 배출된다.
한편, 상기 목적은, 본 발명에 따라, 제1항의 메탈공급부, 고압가스공급부 및 배기부와 상호작용하여 소정의 대상체에 박막을 증착시키는 박막증착장치용 챔버에 있어서, 판면방향을 따라 상호 착탈가능하게 결합되는 상부 및 하부챔버부분과; 상기 상부 및 하부챔버부분에 마련되어 상기 메탈공급부에서 공급되는 상기 메탈입자를 상기 대상체로 전달하는 메탈유로와; 상기 메탈유로를 통해 상기 대상체로 제공되는 메탈입자가 외부 대기와 격리될 수 있도록 상기 상부 및 하부챔버부분에 마련되어 상기 고압가스공급부로부터 전달된 고압가스를 상기 대상체로 전달하는 고압가스유로와; 상기 상부 및 하부챔버부분에 마련되어 사용 후 발생한 부산물 및 고압가스를 배출시키는 적어도 하나의 배출유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치용 챔버에 의해서도 달성된다.
여기서, 상기 메탈유로는, 상기 메탈공급부로부터 상기 상부 및 하부챔버부분 중 어느 하나를 통해 상기 메탈입자를 안내하는 제1메탈안내구간과; 상기 하부챔버부분에 형성되어 상기 제1메탈안내구간으로부터의 메탈입자를 상기 박막증착 대상체로 전달하는 제2메탈안내구간을 포함한다.
이 때, 상기 제1메탈안내구간은 상기 하부챔버부분에 형성되어 있으며; 상기 제2메탈안내구간은, 상기 상부 및 하부챔버부분이 사각평면부와 부분원호부로 형성될 경우, 상기 부분원호부의 축심에 형성되고 중앙부분이 반경방향 내측으로 잘록하게 만곡된 꽈리형상을 갖는 것이 유리하다.
상기 제2메탈안내구간의 상부 상기 상부챔버부분에는 상기 제1 및 제2메탈안내구간으로부터 공급된 메탈입자가 역류하는 것을 저지하는 윈도우글라스 오염방지용 배기구간이 형성되어 있고, 상기 하부챔버부분에는 상기 배기구간으로 소정의 가스를 공급하는 가스공급로가 형성되어 있다.
상기 고압가스유로는, 상기 고압가스공급부로부터 상기 상부 및 하부챔버부분 중 어느 하나를 통해 상기 메탈입자를 안내하는 제1가스안내구간과; 상기 상부챔버부분에 형성되어 상기 제1가스안내구간의 단부와 연통하는 제2가스안내구간과; 상기 하부챔버부분에 형성되어 상기 제2가스안내구간과 연통하는 제3가스안내구간을 포함한다.
상기 제3가스안내구간에는 상기 제1 및 제2가스안내구간으로부터 안내된 가스를 상기 대상체를 향해 에어커튼식으로 분사하기 위한 복수의 가스분사구가 형성되어 있다.
상기 제1 내지 제3가스안내구간으로 안내되어 상기 대상체로 분사되는 가스는 불활성가스인 것이 유리하며, 상기 불활성가스로는 아르곤(Ar)이 채용될 수 있다.
상기 배출유로는 상기 메탈유로 및 상기 고압가스유로 사이에 원주방향을 따라 배치되는 제1배출유로부분과; 상기 고압가스유로의 반경방향 외측에 원주방향을 따라 배치되는 제2배출유로부분을 포함한다.
상기 제1 및 제2배출유로부분은, 상기 하부챔버부분에 형성되어 상기 대상체와 상기 챔버 사이의 공간 내에 존재하는 부산물, 고압가스 및 대기중의 가스를 흡입하는 제1흡입구간과; 상기 상부챔버부분에 형성되어 상기 제1흡입구간에 연통하는 제2흡입구간과; 양단이 상기 배기부와 상기 제2흡입구간에 각각 연결되어 상기 제1 및 제2흡입구간을 통해 흡입된 상기 부산물, 고압가스 및 대기중의 가스를 상기 배기부로 전달하는 제3흡입구간을 포함한다.
상기 제1흡입구간에는 상기 대상체와 상기 챔버 사이의 공간 내에 존재하는 부산물, 고압가스 및 대기중의 가스를 흡입하기 위한 복수의 흡입구가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 흡입구는 상기 가스분사구에 비해 그 직경이 크게 형성될 수 있다. 그러나, 가스분사구의 직경이 흡입구의 직경과 같거나 보다 작게 형성될 수도 있는 것이다.
상기 상부 및 하부챔버부분이 상호 접하는 접촉영역에는 실링부재가 개재되어 있는 것이 유리하다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 박막증착장치에 대해 개략적으로 도시한 모식도, 도 2는 도 1의 박막증착장치에 도시된 박막증착장치용 챔버의 사시도, 도 3a 및 도 3b는 각각 하부챔버부분과 상부챔버부분의 평면도, 도 4는 도 2의 A-A'선에 따른 단면도, 도 5는 도 4의 요부확대도, 도 6은 본 발명의 박막증착장치용 챔버를 이용하여 박막증착하는 과정을 모식화한 도면이다.
본 발명에 따른 박막증착장치(1)는, 앞서 설명한 바와 같이, 진공분위기를 형성해야만 하는 진공탱크 없이도, 레이저를 이용하여 대기중에서 박막증착 대상체(5)의 표면에 미세금속도선 박막을 증착시킬 수 있도록 한 것이다.
대상체(5)에 증착되는 박막으로는, 수면의 기름막, 비누방울이 아롱진 막, 금속 표면의 녹, 함석, 생철의 아연막, 주석막 등을 포함하여, 금속박막, 반도체박막, 절연박막, 화합물 반도체박막, 자성박막, 유전체박막, 집적회로, 초전도박막 등을 포함한다.
이에, 본 실시예에서는 근자에 들어 활발히 제조되고 있는 평면디스플레이(Flat Panel Display)를 박막증착 대상체(5)로 하여, 그 표면에 박막을 증착시키는 것에 관해 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 박막증착장치(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 박막증착 대상체(5)와 소정의 이격간격(H)을 두고 대상체(5)의 상부 대기중에 배치되는 챔버(10)와, 챔버(10)를 통해 대상체(5)로 소정의 메탈입자를 공급하는 메탈공급부(2)와, 고압가스공급부(3)와, 박막의 증착과정에서 발생된 부산물 및 고압가스를 펌핑하기 위한 배기부(4)로 이루어져 있다.
물론, 이러한 구성들 외에도 챔버(10)를 배치하기 위한 수단이나 각종 테이블, 혹은 대상체(5)를 로딩 및 언로딩시키는 장치 등이 더 필요하겠지만 나머지의 구성들은 일반화된 구성이라 간주하여 그 설명을 생략하기로 한다.
챔버(10)는, 도 2, 도 3a 및 도 3b, 그리고 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 핵심 구성으로써, 대기중에서도 대상체(5)에 박막을 증착시킬 수 있는 수단으로 이용된다. 이러한 챔버(10)는, 판면방향을 따라 상호 착탈가능한 상부 및 하부챔버부분(10a,10b)으로 이루어져 있다. 그리고, 상부챔버부분(10a)의 일측에는 위의 박막증착장치(1)에 챔버(10)를 장착시키기 위한 장착브래킷(12)이 마련되어 있다. 장착브래킷(12)에는 복수의 장착공(12a)이 형성되어 있다.
한편, 챔버(10) 내에는 메탈공급부(2)에서 공급되는 메탈입자를 대상체(5)의 해당 위치로 전달하기 위한 메탈유로(20)와, 메탈유로(20)를 통해 대상체(5)로 제공되는 메탈입자가 외부 대기와 격리될 수 있도록 챔버(10)에 마련되어 고압가스공급부(3)로부터 전달된 고압가스를 전달하는 고압가스유로(30)와, 배기부(4)와 연결되어 사용 후 발생된 부산물 및 고압가스를 배출시키는 복수의 배출유로(40)가 마련되어 있다.
메탈유로(20)는, 메탈공급부(2)로부터 하부챔버부분(10b)을 통해 메탈입자를 안내하는 제1메탈안내구간(20a)과, 하부챔버부분(10b)에 형성되어 제1메탈안내구간(20a)으로부터의 메탈입자를 박막증착 대상체(5)로 전달하는 제2메탈안내구간(20b)을 포함한다.
만일, 상부 및 하부챔버부분(10a,10b)이 도시된 것처럼 사각평면부(11a)와 부분원호부(11b)로 형성될 경우라면, 제2메탈안내구간(20b)은, 부분원호부(11b)의 축심에 형성되는 것이 유리하다. 그리고, 그 형상은, 중앙부분이 반경방향 내측으로 잘록하게 만곡된 꽈리형상을 가질 수 있다. 이에, 메탈입자의 분사속도가 더욱 빠르게 되어 박막 증착의 효율을 높일 수 있는 이점이 있을 것이다. 그러나, 반드시 챔버(10)는 도시한 것과 같은 형상을 가질 필요는 없고 전체적으로 사각형상이나 원형상, 삼각 형상 등을 이룰 수도 있을 것이다.
한편, 제2메탈안내구간(20b)의 상부 영역인, 상부챔버부분(10a)에는 제1 및 제2메탈안내구간(20a,20b)으로부터 공급된 메탈입자가 역류하는 것을 저지하는 윈도우글라스 오염방지용 배기구간(25a)이 형성되어 있다.
즉, 메탈공급부(2)로부터의 메탈입자가 제1 및 제2메탈안내구간(20a,20b)을 통해 박막증착 대상체(5)로 공급되는 과정에서, 메탈입자가 참조부호 25a로 표기된 공간을 통해 외부로 배출되어서는 아니된다. 따라서, 본 발명에서는 하부챔버부분(10b)에 형성된 가스공급로(25)를 통해 25a로 표기된 영역인 배기구간(25a)으로 가스를 공급함으로써, 메탈입자의 역류를 방지시키고 있는 것이다.
이 때 배기구간(25a)에 공급되는 가스로는, 불활성가스이면 가능한데, 본 실시예에서는 아르곤 가스로 채용하고 있다.
고압가스유로(30)는, 고압가스공급부(3)로부터 하부챔버부분(10b)을 통해 공급된 고압가스를 안내하는 제1가스안내구간(30a)과, 상부챔버부분(10a)에 형성되어 제1가스안내구간(30a)의 단부와 연통하는 제2가스안내구간(30b)과, 하부챔버부분(10b)에 형성되어 제2가스안내구간(30b)과 연통하는 제3가스안내구간(30c)으로 이루어져 있다.
제3가스안내구간(30c)에는 제1 및 제2가스안내구간(30a,30b)으로부터 안내된 가스를 대상체(5)를 향해 에어커튼식으로 분사하기 위한 복수의 가스분사구(30d)가 형성되어 있다. 결국, 제1 내지 제3가스안내구간(30a~30c)을 통해 유입된 고압의 가스가 에어커튼식으로 복수의 가스분사구(30d)를 통해 대상체(5)로 분사되기 때문에, 외부 대기중의 불순물이 메탈입자와의 반응을 방지 할 수 있다. 즉, 가상의 밀폐된 공간을 형성할 수 있게 된다.
따라서, 메탈입자를 통해 대상체(5)의 소정 위치에 박막이 증착되는 과정에서, 대기중에 포함된 산호나 질소 등의 불순물로 인해 순수 메탈이 증착되지 않는 것을 효과적으로 저지할 수 있다.
또한, 이러한 에어커튼식의 가스분사 방식으로 인해, 본 챔버(10)는 대기중에서도 사용할 수 있는 장점이 있는 것이다. 이 때, 대상체(5)로 분사되는 고압의 가스는, 다른 여러 것으로 채용할 수도 있으나, 본 실시예에서는 아르곤(Ar)으로 채용하고 있다.
본 실시예의 챔버(10) 내에 메탈유로(20) 및 고압가스유로(30)가 하나씩 마련되어 있는 것에 반해, 배출유로(40)는 2개가 마련된다. 물론, 경우에 따라 메탈유로(20), 고압가스유로(30) 및 배출유로(40)는 추가로 더 형성할 수도 있으나, 도시된 것처럼 2개의 배출유로(40)에 국한하여 설명하도록 한다.
실시예의 배출유로(40)는 메탈유로(20) 및 고압가스유로(30) 사이에 원주방향을 따라 배치되는 제1배출유로부분(41)과, 고압가스유로(30)의 반경방향 외측에 원주방향을 따라 배치되는 제2배출유로부분(42)으로 이루어져 있다.
제1 및 제2배출유로부분(41,42)은, 하부챔버부분(10b)에 형성되어 대상체(5)와 챔버(10) 사이의 공간 내에 존재하는 부산물, 고압가스 및 대기중의 가스를 흡입하는 제1흡입구간(40a)과, 상부챔버부분(10a)에 형성되어 제1흡입구간(40a)에 연통하는 제2흡입구간(40b)과, 양단이 배기부(4)와 제2흡입구간(40b)에 각각 연결되어 제1 및 제2흡입구간(40a,40b)을 통해 흡입된 메탈입자, 고압가스 및 대기중의 가스를 배기부(4)로 전달하는 제3흡입구간(40c)으로 이루어져 있다.
이 때, 제1흡입구간(40a)에는 앞서 설명한, 가스분사구(30d)와 마찬가지의 방식으로써 대상체(5)와 챔버(10) 사이의 공간 내에 존재하는 부산물, 고압가스 및 대기중의 가스를 흡입하기 위한 복수의 흡입구(40d)가 형성되어 있다. 도시된 것처럼 복수의 흡입구(40d)를 형성할 경우, 좀 더 빠른 시간 내에 좀 더 많은 양의 메탈입자, 고압가스 및 대기중의 가스를 균일하게 배출시킬 수 있는 장점이 있다.
이 때, 흡입구(40d)는 가스분사구(30d)에 비해 그 직경이 크게 형성되는 것이 배출효율을 높이는 데 보다 유리할 것이다. 한편, 상부 및 하부챔버부분(10a,10b)이 상호 접하는 접촉영역에는 실링부재(14, 도 5 참조)가 개재되어 있다. 이러한 실링부재(14)는 특히, 상부 및 하부챔버부분(10a,10b)에서, 메탈유로(20), 고압가스유로(30) 및 배출유로(40)가 상호 접하는 영역에 배치되어 메탈입자 및 가스등이 누출되는 것을 저지하게 된다.
이러한 구성을 갖는 박막증착장치(1)를 사용하여 대상체(5)의 표면 소정 위치에 박막을 증착시키는 과정을 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 물론, 이러한 박막증착방법은, 다음의 단계로써 간단하게 표현될 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예로써의 박막증착방법은, 박막증착 대상체(5)의 상부에 소정의 이격간격(H)을 두고 챔버(10)를 배치하는 제1단계와, 챔버(10)에 형성된 메탈유로(20)를 통해 대상체(5)로 소정의 메탈입자를 공급하는 제2단계와, 메탈유로(20)의 반경방향 외측에 원주방향을 따라 배치된 고압가스유로(30)를 통해 제2단계와 더불어 대상체(5)로 고압가스를 공급하는 제3단계와, 공급되는 메탈입자로 인해 대상체(5)에 소정의 박막이 증착되는 제4단계로 이루어진다.
물론, 제2 및 제3단계에서 공급된 메탈입자와 고압가스는 제2 및 제3단계가 수행되는 과정에서 챔버(10)에 마련된 복수의 배출유로(40)를 통해 배출되는데, 이에 대한 구체적인 방법은 아래에서 다시 설명하도록 한다.
우선, 박막증착 대상체(5)와 소정의 이격간격(H)을 두고 대상체(5)의 상부에 챔버(10)를 대상체(5)와 나란하게 배치한다. 물론, 이는 장치 내에서 프로그램화 된 제어시스템 및 구동시스템에 의해 자동으로 이루어지게 된다.
챔버(10)가 배치된 연후에, 메탈공급부(2)로부터 메탈입자가 공급되면 제1 및 제2메탈안내구간(20a,20b)을 통해, 대상체(5)의 해당 위치로 분사됨과 동시에 레이저에 의해 대상체(5)의 표면에 박막이 증착되기 시작한다(도 6의 ⓧ 참조).
메탈입자가 공급되는 동시에, 고압가스공급부(3)로부터의 고압의 가스 역시, 제1 내지 제3가스안내구간(30a~30c)으로 분사되어, 대상체(5)로 공급되는 메탈입자가 대기중의 공기와 접촉하지 않도록 에어커튼을 형성한다(도 6의 ⓨ 참조).
이처럼 고압의 가스가 대상체(5)를 향해 에어커튼식으로 분사되고, 그 내측으로 메탈입자가 공급됨으로써, 대상체(5)의 표면에 박막이 증착되기 시작한다. 물론, 대상체(5)의 표면에 박막이 증착되는 과정에서 발생된 부산물, 고압가스 및 대기중의 가스는 제1 내지 제3흡입구간(40a~40c)을 차례로 경유하여 배기부(4)를 통해 배출되는 한편(도 6의 ⓩ 참조), 배기구간(25a)을 통해서도 외부로 배출된다.
이처럼 소진된 메탈입자, 메탈입자와 반응하여 발생된 부산물, 고압가스 및 대기중의 가스가 배기부(4)를 통해 배출됨으로써 유해가스에 대한 외부 유출을 방지할 수 있는 추가의 장점이 있다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 종래와 같이, 진공분위기를 형성하기 위한 진공탱크를 사용하지 않고도 대기중에서 효율적으로 박막을 증착시킬 수 있는 효과를 제공하게 된다.
한편, 위에서 설명한 바에 의하면, 박막증착장치(1) 및 그 방법에 대해서만 설명하였다. 그러나, 박막증착장치(1) 내에 마련될 수 있는 챔버(10) 역시, 본 발명의 범주 내에 있게 된다.
이러한 박막증착장치(1)용 챔버(10)는, 판면방향을 따라 상호 착탈가능하게 결합되는 상부 및 하부챔버부분(10a,10b)과, 상부 및 하부챔버부분(10a,10b)에 마련되어 메탈공급부(2)에서 공급되는 상기 메탈입자를 대상체(5)로 전달하는 메탈유로(20)와, 메탈유로(20)를 통해 대상체(5)로 제공되는 메탈입자가 외부 대기와 격리될 수 있도록 상부 및 하부챔버부분(10a,10b)에 마련되어 고압가스공급부(3)로부터 전달된 고압가스를 대상체(5)로 전달하는 고압가스유로(30)와, 상부 및 하부챔버부분(10a,10b)에 마련되어 사용 후 발생된 부산물 및 고압가스를 배출시키는 적어도 하나의 배출유로(40)로 이루어져 있다.
이 때, 메탈유로(20), 고압가스유로(30) 및 배출유로(40)는 각각 앞서 설명한 세부구성을 가지고 있으며, 그에 따른 동작 역시 동일하므로 이에 대한 중복 설명은 생략하도록 한다.
이상 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하였지만 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다.
전술한 실시예에서는, 상부 및 하부챔버부분(10a,10b)이 사각평면부(11a)와 부분원호부(11b)를 갖는 형상으로 되어 있으나, 다른 형상을 갖더라도 본 발명의 사상 범주 내에 있게 됨은 물론이다.
전술한 실시예에서는, 고압가스유로(30)를 통해 단일의 에어커튼이 형성되고 있지만, 필요에 따라 두 개 이상의 고압가스유로(30)를 형성하여 두 개 이상의 에어커튼이 형성되도록 할 수도 있을 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 진공분위기를 형성하기 위한 진공탱크를 사용하지 않고도 대기중에서 효율적으로 박막을 증착시킬 수 있도록 한 박막증착장치 및 방법, 그리고 박막증착장치용 챔버가 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 박막증착장치에 대해 개략적으로 도시한 모식도,
도 2는 도 1의 박막증착장치에 도시된 박막증착장치용 챔버의 사시도,
도 3a 및 도 3b는 각각 하부챔버부분과 상부챔버부분의 평면도,
도 4는 도 2의 A-A'선에 따른 단면도,
도 5는 도 4의 요부확대도,
도 6은 본 발명의 박막증착장치용 챔버를 이용하여 박막증착하는 과정을 모식화한 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 박막증착 대상체 2 : 메탈공급부
3 : 고압가스공급부 4 : 배기부
10 : 챔버 10a : 상부챔버부분
10b : 하부챔버부분 12 : 장착브래킷
20 : 메탈유로 30 : 고압가스유로
30d : 가스분사구 40 : 배출유로
40d : 흡입구

Claims (30)

  1. 박막증착 대상체와 소정의 이격간격을 두고 상기 대상체의 상부 대기중에 배치되는 챔버와;
    상기 챔버를 통해 상기 대상체로 소정의 메탈입자를 공급하는 메탈공급부와;
    상기 챔버에 마련되어 상기 메탈공급부에서 공급되는 상기 메탈입자를 상기 대상체로 전달하는 메탈유로와;
    고압가스공급부와;
    상기 메탈유로를 통해 상기 대상체로 제공되는 메탈입자가 외부 대기와 격리될 수 있도록 상기 챔버에 마련되어 상기 고압가스공급부로부터 전달된 고압가스를 상기 대상체로 전달하는 고압가스유로와;
    상기 챔버에 마련되어 사용 후 발생한 부산물 및 고압가스를 배출시키는 적어도 하나의 배출유로와;
    상기 배출유로에 연통하여 상기 배출유로를 통해 배출되는 상기 사용완료된 메탈입자 및 고압가스를 펌핑하는 배기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 챔버는 판면방향을 따라 상호 착탈가능한 상부 및 하부챔버부분으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상부 및 하부챔버부분 중 적어도 어느 하나에는 상기 챔버의 장착을 위한 장착브래킷이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 메탈유로는,
    상기 메탈공급부로부터 상기 상부 및 하부챔버부분 중 어느 하나를 통해 상기 메탈입자를 안내하는 제1메탈안내구간과;
    상기 하부챔버부분에 형성되어 상기 제1메탈안내구간으로부터의 메탈입자를 상기 박막증착 대상체로 전달하는 제2메탈안내구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1메탈안내구간은 상기 하부챔버부분에 형성되어 있으며;
    상기 제2메탈안내구간은, 상기 상부 및 하부챔버부분이 사각평면부와 부분원호부로 형성될 경우, 상기 부분원호부의 축심에 형성되고 중앙부분이 반경방향 내측으로 잘록하게 만곡된 꽈리형상을 갖는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2메탈안내구간의 상부 상기 상부챔버부분에는 상기 제1 및 제2메탈안내구간으로부터 공급된 메탈입자가 역류하는 것을 저지하는 윈도우글라스 오염방지용 배기구간이 형성되어 있고,
    상기 하부챔버부분에는 상기 배기구간으로 소정의 가스를 공급하는 가스공급로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 고압가스유로는,
    상기 고압가스공급부로부터 상기 상부 및 하부챔버부분 중 어느 하나를 통해 상기 고압가스를 안내하는 제1가스안내구간과;
    상기 상부챔버부분에 형성되어 상기 제1가스안내구간의 단부와 연통하는 제2가스안내구간과;
    상기 하부챔버부분에 형성되어 상기 제2가스안내구간과 연통하는 제3가스안내구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제3가스안내구간에는 상기 제1 및 제2가스안내구간으로부터 안내된 가스를 상기 대상체를 향해 에어커튼식으로 분사하기 위한 복수의 가스분사구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3가스안내구간으로 안내되어 상기 대상체로 분사되는 가스는 불활성가스인 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 불활성가스는 아르곤(Ar)인 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 배출유로는 상기 메탈유로 및 상기 고압가스유로 사이에 원주방향을 따라 배치되는 제1배출유로부분과; 상기 고압가스유로의 반경방향 외측에 원주방향을 따라 배치되는 제2배출유로부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 및 제2배출유로부분은,
    상기 하부챔버부분에 형성되어 상기 대상체와 상기 챔버 사이의 공간 내에 존재하는 부산물, 고압가스 및 대기중의 가스를 흡입하는 제1흡입구간과;
    상기 상부챔버부분에 형성되어 상기 제1흡입구간에 연통하는 제2흡입구간과;
    양단이 상기 배기부와 상기 제2흡입구간에 각각 연결되어 상기 제1 및 제2흡입구간을 통해 흡입된 상기 부산물, 고압가스 및 대기중의 가스를 상기 배기부로 전달하는 제3흡입구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1흡입구간에는 상기 대상체와 상기 챔버 사이의 공간 내에 존재하는 부산물, 고압가스 및 대기중의 가스를 흡입하기 위한 복수의 흡입구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 흡입구는 상기 가스분사구에 비해 그 직경이 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  15. 제2항에 있어서,
    상기 상부 및 하부챔버부분이 상호 접하는 접촉영역에는 실링부재가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  16. 박막증착 대상체의 상부에 소정의 이격간격을 두고 챔버를 배치하는 제1단계와;
    상기 챔버에 형성된 메탈유로를 통해 상기 대상체로 소정의 메탈입자를 공급하는 제2단계와;
    상기 메탈유로의 반경방향 외측에 원주방향을 따라 배치된 고압가스유로를 통해 상기 제2단계와 더불어 상기 대상체로 고압가스를 공급하는 제3단계와;
    공급되는 상기 메탈입자로 인해 상기 대상체에 소정의 박막이 증착되는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제2 및 제3단계에서 공급된 상기 메탈입자와 고압가스는 상기 제2 및 제3단계가 수행되는 과정에서 상기 챔버에 마련된 적어도 하나의 배출유로를 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  18. 제1항의 메탈공급부, 고압가스공급부 및 배기부와 상호작용하여 소정의 대상체에 박막을 증착시키는 박막증착장치용 챔버에 있어서,
    판면방향을 따라 상호 착탈가능하게 결합되는 상부 및 하부챔버부분과;
    상기 상부 및 하부챔버부분에 마련되어 상기 메탈공급부에서 공급되는 상기 메탈입자를 상기 대상체로 전달하는 메탈유로와;
    상기 메탈유로를 통해 상기 대상체로 제공되는 메탈입자가 외부 대기와 격리될 수 있도록 상기 상부 및 하부챔버부분에 마련되어 상기 고압가스공급부로부터 전달된 고압가스를 상기 대상체로 전달하는 고압가스유로와;
    상기 상부 및 하부챔버부분에 마련되어 사용 후 발생한 부산물 및 고압가스를 배출시키는 적어도 하나의 배출유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치용 챔버.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 메탈유로는,
    상기 메탈공급부로부터 상기 상부 및 하부챔버부분 중 어느 하나를 통해 상기 메탈입자를 안내하는 제1메탈안내구간과;
    상기 하부챔버부분에 형성되어 상기 제1메탈안내구간으로부터의 메탈입자를 상기 박막증착 대상체로 전달하는 제2메탈안내구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1메탈안내구간은 상기 하부챔버부분에 형성되어 있으며;
    상기 제2메탈안내구간은, 상기 상부 및 하부챔버부분이 사각평면부와 부분원호부로 형성될 경우, 상기 부분원호부의 축심에 형성되고 중앙부분이 반경방향 내측으로 잘록하게 만곡된 꽈리형상을 갖는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제2메탈안내구간의 상부 상기 상부챔버부분에는 상기 제1 및 제2메탈안내구간으로부터 공급된 메탈입자가 역류하는 것을 저지하는 윈도우글라스 오염방지용 배기구간이 형성되어 있고,
    상기 하부챔버부분에는 상기 배기구간으로 소정의 가스를 공급하는 가스공급로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 고압가스유로는,
    상기 고압가스공급부로부터 상기 상부 및 하부챔버부분 중 어느 하나를 통해 상기 메탈입자를 안내하는 제1가스안내구간과;
    상기 상부챔버부분에 형성되어 상기 제1가스안내구간의 단부와 연통하는 제2가스안내구간과;
    상기 하부챔버부분에 형성되어 상기 제2가스안내구간과 연통하는 제3가스안내구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제3가스안내구간에는 상기 제1 및 제2가스안내구간으로부터 안내된 가스를 상기 대상체를 향해 에어커튼식으로 분사하기 위한 복수의 가스분사구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3가스안내구간으로 안내되어 상기 대상체로 분사되는 가스는 불활성가스인 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 불활성가스는 아르곤(Ar)인 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  26. 제18항에 있어서,
    상기 배출유로는 상기 메탈유로 및 상기 고압가스유로 사이에 원주방향을 따라 배치되는 제1배출유로부분과; 상기 고압가스유로의 반경방향 외측에 원주방향을 따라 배치되는 제2배출유로부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 제1 및 제2배출유로부분은,
    상기 하부챔버부분에 형성되어 상기 대상체와 상기 챔버 사이의 공간 내에 존재하는 부산물, 고압가스 및 대기중의 가스를 흡입하는 제1흡입구간과;
    상기 상부챔버부분에 형성되어 상기 제1흡입구간에 연통하는 제2흡입구간과;
    양단이 상기 배기부와 상기 제2흡입구간에 각각 연결되어 상기 제1 및 제2흡입구간을 통해 흡입된 상기 부산물, 고압가스 및 대기중의 가스를 상기 배기부로 전달하는 제3흡입구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 제1흡입구간에는 상기 대상체와 상기 챔버 사이의 공간 내에 존재하는 부산물, 고압가스 및 대기중의 가스를 흡입하기 위한 복수의 흡입구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 흡입구는 상기 가스분사구에 비해 그 직경이 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
  30. 제18항에 있어서,
    상기 상부 및 하부챔버부분이 상호 접하는 접촉영역에는 실링부재가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
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