KR100599399B1 - 펄스파 레이저 증착 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 펄스파 레이저 증착 장치에 관한 것으로, 타겟 홀더에 지지된 타겟을 향해 레이저 빔을 조사시켜 기판 홀더 상에 놓여진 기판에 박막을 형성하는 펄스파 레이저 증착 장치에 있어서, 상기 타겟 홀더는 상기 타겟을 담을 수 있는 외관을 가지며, 그리고 상기 타겟을 지지하며 상기 타겟을 승강 이동시킬 수 있는 지지판을 그 내부에 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 지지판의 승강 이동에 의해 실질적으로 박막 증착에 기여되는 양만큼 타겟을 레이저 빔에 노출시킬 수 있게 됨으로써 타겟의 소모량을 줄일 수 있게 된다. 게다가, 타겟과 타겟 홀더를 일체형으로 제조할 수 있기 때문에 종래 몰드로부터 타겟을 분리함으로써 발생될 수 있는 크랙과 같은 결함이 원천적으로 방지된다.

Description

펄스파 레이저 증착 장치{PULSED LASER DEPOSTION APPARATUS}

도 1은 종래 기술에 따른 펄스파 레이저 증착 장치에 사용되는 타겟과 타겟 홀더를 도시한 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 펄스파 레이저 증착 장치를 도시한 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 펄스파 레이저 증착 장치에 사용되는 타겟과 타겟 홀더를 도시한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100; 챔버 110; 창

200; 타겟 홀더 210; 타겟

220; 지지판 230; 구동장치

300; 기판 홀더 310; 기판

320; 회전장치 400; 광원

500; 진공 시스템

본 발명은 펄스파 레이저 증착 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 개선된 타겟 홀더를 구비한 펄스파 레이저 증착 장치에 관한 것이다.

메모리 소자를 제조하거나 또는 유기전계발광 소자를 제조하는 경우 반도체 웨이퍼나 유기 전계발광 소자용 패널 상에 금속이나 유기물 등을 증착하는 공정이 필수적이라 할 수 있다. 특히, 박막 증착시 양질의 박막을 만드는 것이 무엇보다도 중요하다.

양질의 박막을 증착하는 방법으로서 스퍼터링(Sputtering), 전자빔 증착(E-beam evaporation), 펄스파 레이저 증착(PLD;Pulsed Laser Deposition)법 등이 알려져 있다. 이중에서 펄스파 레이저 증착법은 타겟과 동일한 조성을 갖는 박막을 만드는 것이 용이하므로 박막의 특성 조절이 쉽다는 장점을 가지고 있다. 또한, 이 증착법은 증착률이 높고 진공을 깨뜨리지 않고 여러 종류의 박막을 연속적으로 다층화할 수 있는 등의 장점이 많아서 매우 유망한 증착법이라 할 수 있다.

펄스파 레이저 증착법을 이용하여 소정의 기판상에 박막을 증착하는 장치인 펄스파 레이저 증착 장치는 광원으로부터 발생된 레이저 빔은 챔버 내부로 입사되고, 챔버 내부로 입사된 레이저 빔은 타겟을 조사시켜 플룸(flume)이 형성토록 하게 하여 기판에 박막이 형성되게끔 하는 것이다.

도 1을 참조하면, 종래의 펄스파 레이저 증착 장치에 있어서 타겟(21;Target)은 타겟 홀더(20;Targer holder)에 고정 설치된다. 타겟 홀더(20)에 고정된 타겟(21)을 향해 고에너지의 레이저 빔이 조사되어 타겟과 대면하는 기판상에 타겟과 동일한 성분의 박막이 증착된다.

일반적으로, 타겟(21)은 타겟 홀더(20)에 고정되고 타겟(21) 전체가 레이저 빔에 노출된다. 이외에, 타겟 제조용 몰드로부터 타겟을 분리하는 경우 타겟에 크랙이 발생하는 문제점도 있었다. 그러므로, 타겟(21)을 안전하게 지지보유할 수 있는 타겟 홀더(20)의 개선된 형태가 요구된다.

이에 본 발명은 상기한 종래 기술에서 요구되는 필요에 부응하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 개선된 타겟 홀더를 구비하는 펄스파 레이저 증착 장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 펄스파 레이저 증착 장치는 타겟 홀더의 형태를 변형시켜 타겟을 상하 수직 이동이 가능하게 한 것을 특징으로 한다.

상기 특징을 구현할 수 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스파 레이저 증착 장치는, 타겟 홀더에 지지된 타겟을 향해 레이저 빔을 조사시켜 기판 홀더 상에 놓여진 기판에 박막을 형성하는 펄스파 레이저 증착 장치에 있어서, 상기 타겟 홀더는 상기 타겟을 담을 수 있는 외관을 가지며, 그리고 상기 타겟을 지지하며 상기 타겟을 승강 이동시킬 수 있는 지지판을 그 내부에 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 지지판의 일단부는 상기 타겟을 지지하고, 상기 지지판의 타단부는 구동장치에 연결된다. 상기 구동장치는 실린더와 모터 중 어느 하나를 포함한다. 상기 구동장치는 상기 타겟 홀더를 회전시킬 수 있다.

상기 특징을 구현할 수 있는 본 발명의 다른 실시예에 따른 펄스파 레이저 증착 장치는, 소정의 박막이 형성될 영역을 제공하는 기판이 놓여지는 기판 홀더와; 상기 기판 홀더에 놓여지는 기판에 형성될 박막의 재료가 되는 타겟과; 상기 타겟이 담겨지도록 하는 외관을 가진 타겟 홀더와; 상기 타겟 홀더의 내부에 배치되어 상기 타겟을 승강 이동시키는 지지판과; 상기 기판 홀더와 상기 타겟과 상기 타겟 홀더를 수용하는 챔버와; 상기 챔버 내부에 진공 환경을 제공하는 진공 시스템과; 상기 타겟을 향해 레이저 빔을 방출하는 광원을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 지지판의 일단부는 상기 타겟을 지지하고 상기 지지판의 타단부는 구동장치에 연결되어, 상기 구동장치의 동작에 의해 상기 지지판이 승강 이동된다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 구동장치는 모터와 실린더 중에서 적어도 어느 하나를 포함한다. 상기 구동장치는 상기 타겟 홀더를 회전시킬 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 기판 홀더는 회전장치와 연결되어, 상기 회전장치의 동작에 의해 회전된다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 타겟 홀더는 상기 타겟을 측면을 감싸도록 충분히 긴 길이를 갖는 벽을 가지며, 상기 레이저 빔이 상기 타겟을 향해 조사되도록 상면이 개방된 외관을 가진다.

본 발명에 의하면, 지지판의 승강 이동에 의해 실질적으로 박막 증착에 기여되는 양만큼 타겟을 레이저 빔에 노출시킬 수 있게 된다. 게다가, 타겟을 타겟 홀더와 일체형으로 제조할 수 있어서 종래 몰드에서의 타겟 분리시 크랙이 발생하는 문제점을 해소할 수 있다.

이하,본 발명에 따른 펄스파 레이저 장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

종래 기술과 비교한 본 발명의 이점은 첨부된 도면을 참조한 상세한 설명과 특허청구범위를 통하여 명백하게 될 것이다. 특히, 본 발명은 특허청구범위에서 잘 지적되고 명백하게 청구된다. 그러나, 본 발명은 첨부된 도면과 관련해서 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 수 있다. 도면에 있어서 동일한 참조부호는 다양한 도면을 통해서 동일한 구성요소를 나타낸다.

(실시예)

도 2는 본 발명에 따른 펄스파 레이저 증착 장치를 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 펄스파 레이저 증착 장치에 사용되는 타겟과 타겟 홀더를 도시한 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 펄스파 레이저 증착 장치는 크게 챔버(100)와, 챔버(100) 내에 설치되어 박막의 재료로 이루어진 타겟(210)과, 타겟(210)를 지지하고 고정시키는 타겟 홀더(200)와, 소정의 박막이 형성될 영역을 제공하는 기판(310)이 놓여지는 기판 홀더(300)와, 타겟(210)을 향해 레이저 빔을 조사하는 광원(400)을 포함하여 구성된다.

챔버(100) 내에는 소정의 박막이 형성될 영역을 제공하는 메모리 소자용 실 리콘 웨이퍼나 유기전계발광 소자용 패널 등으로 이용되는 기판(310)이 놓여지는 기판 홀더(300)가 마련된다. 또한, 챔버(100) 내에는 기판 홀더(300)에 놓여지는 기판(310)을 향해 박막의 재료가 되는 물질로 이루어진 타겟(210)이 기판 홀더(300)와 대면하는 위치에 마련된다. 챔버(100)의 어느 일부분에는 챔버(100) 내부를 진공 환경으로 조성하기 위한 펌프 등을 포함하는 진공 시스템(500)이 구비될 수 있다.

광원(400)은 타겟(210)을 조사하여 플룸(flume)을 발생시키는 레이저 빔(laser beam)을 발생시키는 장치로서, 가령, 엑시머 레이저가 사용될 수 있다. 이 엑시머 레이저는 특정 가스(예;KrF)를 사용하여 펄스(pulse)당 특정 범위의 에너지를 갖는 레이저 빔을 발생시킨다. 광원(400)에서 발생된 레이저 빔은 챔버(100) 내부로 입사되는데, 레이저 빔의 챔버(100) 내부로의 입사를 위해 챔버(100)에는 창(110)이 마련된다.

챔버(100) 내부로 입사되는 레이저 빔은 타겟(210)으로 조사되어 플룸(flume)이 형성되도록 한다. 타겟(210)은 기판(310) 상에 증착될 박막의 소스로서 유기물이나 금속 등으로 이루어질 수 있다. 이러한 타겟(210)은 비스듬한 각도로 광원(400)으로부터 나오는 레이저 빔(laser beam)을 조사받는다.

타겟(210)은 타겟 홀더(200)에 의해 지지된다. 본 실시예의 타겟 홀더(200)는 종래의 평평한 구조와는 달리 타겟(210)을 담을 수 있도록 벽을 가지며 상부가 개구된 용기 형태의 외관을 갖는다. 한편, 타겟 제조시 별도의 몰드를 이용하지 아니하고 본 타겟 홀더(200)를 몰드 대용으로 이용할 수 있다. 이와 같이, 타겟과 타 겟 홀더를 일체형으로 제조할 수 있기 때문에 종래 몰드로부터 타겟을 분리함으로써 발생될 수 있는 크랙과 같은 결함이 원천적으로 방지된다.

타겟 홀더(200)에 담겨지는 타겟(210)은 타겟 홀더(200)의 내부에서 상하로 승강 이동이 자유로운 지지판(220)의 일단부에 의해 지지된다. 이러한 지지판(220)의 타단부는 모터나 실린더 등의 구동장치(230)에 연결되어 있어 상하 수직 이동이 구현된다. 따라서, 타겟(210)은 레이저 빔의 입사에 의해 소모되는 양만큼 수직 이동될 수 있다. 이와 같이, 실질적으로 박막 증착에 기여하는 양만큼 레이저 빔에 조사되도록 타겟(210)의 노출량을 조절할 수 있게 된다.

한편, 구동장치(230)는 챔버(100) 내부의 환경에 영향을 미치지 아니하도록 챔버(100) 바깥쪽에 배치되는 것이 바람직하다. 그러나, 설계상 구동장치(230)을 챔버(100)의 내부에 배치되는 것도 가능하다.

타겟(210)의 최상면은, A 영역에서 나타낸 바와 같이, 타겟 홀더(200)의 벽보다 더 높은 위치에 오도록 설정되는 것이 바람직하다. 이는 타겟(210)을 향해 조사되는 레이저 빔이 타겟 홀더(200)의 벽에 맞는 현상을 방지할 수 있기 때문이다.

한편, 광원(400)으로부터 발생되는 레이저 빔은 타겟(210)을 향해 비스듬하게 조사된다. 레이저 빔의 경로차가 발생하고 이 경로차는 레이저 빔의 세기에 차이가 있을 수 있다. 이는 기판(310) 상에 증착되는 박막의 질에 영향을 줄 수 있으므로 타겟(210)을 지지하는 타겟 홀더(200)가 회전하게 되면 균일한 박막을 얻을 수 있다. 타겟 홀더(200) 뿐만 아니라 기판(310)을 지지하는 기판 홀더(300)도 역 시 회전하게 되면 균일한 박막을 얻을 수 있다. 따라서, 기판 홀더(300)와 타겟 홀더(200) 중 적어도 어느 하나 또는 양쪽 모두가 회전가능한 것이 바람직하다.

타겟 홀더(200)의 회전은 구동장치(230)의 동작이나 또는 별개의 회전장치(미도시)에 의해 구현될 수 있고, 기판 홀더(300)의 회전은 소정의 회전장치(320)에 의해 구현될 수 있다. 타겟 홀더(200)의 구동장치(230)의 경우와 마찬가지로 기판 홀더(300)의 회전장치(320)도 역시 챔버(100)의 내부환경에 영향을 미치지 아니하도록 챔버(100)의 바깥쪽에 설치될 수 있고, 또는 설계상 챔버(100)의 내부에 설치될 수 있다.

상술한 바와 같이 구성된 펄스파 레이저 증착 장치는 다음과 같이 동작한다.

광원(400)으로부터 펄스당 특정 에너지를 갖는 레이저 빔이 발생되고, 발생된 레이저 빔은 창(110)을 통해 챔버(100) 내부로 들어간다. 챔버(100) 내부로 들어간 레이저 빔은 타겟(210)을 조사하여 기판(310)을 향하여 플룸(flum)을 발생시킨다.

타겟(210)에 조사되는 레이저 빔의 크기는 임의적으로 조정할 수 있다. 따라서, 한 번의 레이저 빔의 조사로써 타겟(210) 전면적을 커버할 수 있고, 또는 장치 구성이나 공정 조건상 레이저 빔의 크기를 작게하여 스캐닝 방법으로 타겟(210)을 조사할 수 있다.

타겟(210)은 실제로 박막 형성에 기여하는 양만큼 타겟 홀더(200)의 벽으로부터 일정 부분 돌출되도록 설정한다. 레이저 빔의 조사에 의해 타겟(210)이 소모되면 소모된 양에 상당하는 높이로 타겟(210)을 타겟 홀더(200)의 벽으로부터 돌출되도록 타겟(210)을 지지하는 이동 지지판(220)을 승강시킨다. 이동 지지판(220)의 승강은 이동 지지판(220)과 연결된 구동장치(230)의 동작에 의해 구현된다. 실제로 박막 형성에 기여하는 양만큼 타겟(210) 양을 조절할 수 있게 된다.

기판(310)에 증착되는 박막의 질을 향상시키기 위해 기판 홀더(310)와 타겟 홀더(200) 중에서 어느 하나 또는 양쪽 모두를 회전시켜 증착 공정을 수행하는 것이 바람직하다.

본 발명은 펄스파 레이저 증착(PLD) 방식에 제한되지 아니하고 타겟을 사용하는 모든 박막 증착 장치에 응용될 수 있다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 그리고, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 타겟이 타겟 홀더에 안정되게 지지되고 보유된다. 이외에, 타겟과 타겟 홀더를 일체형으로 제조할 수 있기 때문에 종래 몰드로부터 타겟을 분리함으로써 발생될 수 있는 크랙과 같은 결함이 원천적으로 방지되는 효과가 있다.

Claims (10)

1. 타겟 홀더에 지지된 타겟을 향해 레이저 빔을 조사시켜 기판 홀더 상에 놓여진 기판에 박막을 형성하는 펄스파 레이저 증착 장치에 있어서,

   상기 타겟 홀더는 상기 타겟을 담을 수 있는 외관을 가지며, 그리고 상기 타겟을 지지하며 상기 타겟을 승강 이동시킬 수 있는 지지판을 그 내부에 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스파 레이저 증착 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 지지판의 일단부는 상기 타겟을 지지하고, 상기 지지판의 타단부는 구동장치에 연결된 것을 특징으로 하는 펄스파 레이저 증착 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 구동장치는 상기 지지판을 상하 수직 이동시키는 실린더인 것을 특징으로 하는 펄스파 레이저 증착 장치.
4. 제2항에 있어서,

   상기 구동장치는 상기 타겟 홀더를 회전시키는 것을 특징으로 하는 펄스파 레이저 증착 장치.
5. 소정의 박막이 형성될 영역을 제공하는 기판이 놓여지는 기판 홀더와;

   상기 기판 홀더에 놓여지는 기판에 형성될 박막의 재료가 되는 타겟과;

   상기 타겟이 담겨지도록 하는 외관을 가진 타겟 홀더와;

   상기 타겟 홀더의 내부에 배치되어 상기 타겟을 승강 이동시키는 지지판과;

   상기 기판 홀더와 상기 타겟과 상기 타겟 홀더를 수용하는 챔버와;

   상기 챔버 내부에 진공 환경을 제공하는 진공 시스템과;

   상기 타겟을 향해 레이저 빔을 방출하는 광원;

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스파 레이저 증착 장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 지지판의 일단부는 상기 타겟을 지지하고 상기 지지판의 타단부는 구동장치에 연결되어, 상기 구동장치의 동작에 의해 상기 지지판이 승강 이동되는 것을 특징으로 하는 펄스파 레이저 증착 장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 구동장치는 모터와 실린더 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스파 레이저 증착 장치.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서,

   상기 구동장치는 상기 타겟 홀더를 회전시키는 것을 특징으로 하는 펄스파 레이저 증착 장치.
9. 제5항에 있어서,

   상기 기판 홀더는 회전장치와 연결되어, 상기 회전장치의 동작에 의해 회전하는 것을 특징으로 하는 펄스파 레이저 증착 장치.
10. 제5항에 있어서,

    상기 타겟 홀더는 상기 타겟을 측면을 감싸도록 충분히 긴 길이를 갖는 벽을 가지며, 상기 레이저 빔이 상기 타겟을 향해 조사되도록 상면이 개방된 외관을 가지는 것을 특징으로 하는 펄스파 레이저 증착 장치.

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