KR100719703B1 - 입자 빔을 이용한 증착 방법 및 장비 - Google Patents

Abstract

입자 빔을 발생, 유도하여 증착 물질과 충돌하게 함으로써 증착 물질을 기판에 증착시키는 증착 방법에 있어서, 증착 물질이 적재 위치에 홈이나 돌기를 이루도록 적재하고, 이 홈이나 돌기 부분에 입자 빔의 착점이 위치하도록 입자 빔을 발생, 유도시키거나, 증착 물질을 적재 위치에 기판면 대비 경사지게 적재하고, 증착 물질이 이루는 경사면에 상기 입자 빔의 착점이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 증착 방법 및 그에 적합한 장비가 개시된다.

본 발명에 따르면, 기존의 방법, 장비의 간단한 변경만으로도 기판에 대한 증착 균일성을 높이고, 필요없는 공간으로 증착물질이 비산되는 것을 방지하여 증착 효율을 높이고 장비 유지 보수의 비용을 줄일 수 있게 된다.

Description

입자 빔을 이용한 증착 방법 및 장비{Method of vapor deposition using Particle beam and Apparatus for the same}

도1 및 도2는 플라즈마 빔을 증착 에너지원으로 사용하는 증착 장비를 개략적으로 나타내는 평면도 및 측단면도,

도3은 허스의 재료물질이 전체적으로 평편하게 적재된 상태에서 에너지 입자 빔이 도달할 때의 증착 물질의 비산 형태를 나타내는 단면도,

도4는 복수의 증착 유닛을 가지는 증착 장비에서의 빔 착점의 예시적 배열을 나타내는 개념도,

도5는 본 발명의 일 실시예에 의한 증착 장비의 허스의 재료물질 평면에 블레이드의 돌기에 의해 홈이 형성되고, 홈 부분에 입자 빔이 착점을 형성하는 것을 나타내는 개략적인 단면도이며,

도6A 내지 도6C는 도5와 같은 홈이나 평면상의 돌기에 입자 빔의 착점이 형성될 때의 재료물질 증기의 비산을 나타내는 단면도들이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10: 플라즈마 건 20: 허스

30: 공정 챔버 40: 디플렉션 코일

60: 전자석 70: 플라즈마 빔

80: 기판 240,340: 블레이드

343: 블레이드 홈 270,370: 착점

371,373: 홈 75: 돌기

290,390: 재료 물질

본 발명은 증착 방법 및 장비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마 빔 등의 입자 빔을 에너지원으로 이용하는 증착 장비에서 기판에 대한 증착 효율을 높일 수 있는 구성에 관한 것이다.

플라즈마 디스플레이 판넬 제조 설비 중 산화마그네슘(MgO) 공급 장치 등과 같이 기판에 막을 형성하면서 증착 방법을 사용하는 경우가 많이 있다. 막의 형성 방법으로는 후막을 형성하는 대표적인 기법인 인쇄법과 박막을 형성하는 기법인 증착법이 있다. 후막과 박막의 구별은 명확하지 않으며 종래 플라즈마 디스플레이 패널의 제조에 사용되던 전극 패턴 형성용 인쇄 기법이 증착법으로 전환되는 경우와 같이 서로 간에는 대체가 가능할 수 있다.

증착법에는 화학기상증착(CVD:Chemical vapor deposition)과 물리적기상증착(PVD:Physical vapor deposition)으로 스퍼터링 방법이 많이 사용되고, 진공중에서 가열원에 금속편을 공급하여 순간적으로 기화하는 금속을 상부에 설치한 기판면에 고착시키는 열증착 방법도 사용될 수 있다.

열증착법의 일종으로 타겟을 형성하고, 타겟의 일정 부위에 전자 빔이나 플라즈마 빔을 쏘아 그 착점에서 입자와 타겟이 충돌하면서 발생시키는 열에너지를 이용하는 증착 방법이 사용될 수 있다.

도1 및 도2는 플라즈마 빔을 증착 에너지원으로 사용하는 증착 장비를 개략적으로 나타내는 평면도 및 측단면도이다.

도면을 참조하면, 기판(80)이 흐르면서 거쳐가는 공정 챔버(30) 아래쪽에는 타겟이 형성된다. 타겟은 허스(hearth:20))라고 불리는 회전이 가능한 원판형 플레이트의 상면 홈에 증착될 물질, 가령 산화마그네슘을 작은 알갱이(그레뉼,펠릿) 형태로 공급하여 이루어진다. 열원이 되는 플라즈마 빔(70)은 플라즈마 건(10)에서 인출된다. 통상 플라즈마 건(10)은 열 대신 플라즈마 작용으로 전자빔을 인출하고 집속이 비교적 자유롭고 상대적으로 고압 환경에서 사용할 수 있다. 게이트 전극에 걸리는 전압에 의해 가속되는 전자는 플라즈마 건 입구의 디플렉션 코일(40)과 타겟 아래쪽의 전자석(60)의 자기장에 의해 경로가 변경되면서 착점에서 타겟의 증착물질과 충돌하게 된다.

한편, 도시되지 않지만 허스는 증착 대상 물질이 놓이는 홈을 가지는 원형 플레이트 본체와 본체 하부에 결합되며 내부에 냉각수 순환 통로를 가지는 냉각 블럭, 본체와 냉각 블럭 사이의 계면에서 본체의 열을 냉각 블럭으로 이동시키는 헬륨 기체와 같은 열 전달 매체 및 본체를 회전시키기 위한 회전축 등을 구비하여 이루어질 수 있다.

도3은 허스의 재료물질(290)이 전체적으로 평편하게 적재된 상태에서 에너지 입자 빔이 도달할 때의 착점(270)에서의 증착 물질의 비산 형태를 나타내는 도면이다. 이런 비산 형태에서는 입자 빔 도달 위치에 가까운 기판에는 많은 증착이, 빔 도달 위치에 먼 기판 주변부로는 적은 량의 증착이 일어나게 된다.

한편, 도1 및 도2와 같이 디플렉션 코일이 설치된 플라즈마 건 입구를 나온 플라즈마 빔은 입구 앞쪽에 설치되는 분할 자석(Split magnet)에 의해 두 개의 가지로 갈라질 수 있다. 분할되어 두 곳의 착점에서 물질 증발이 이루어지면 기판의 증착막 균일도를 높일 수 있다. 대형 기판을 사용하는 경우, 증착 장비 유닛이 여러 개 병렬로 설치되어 도4에 도시된 것과 같이 플라즈마 빔의 착점(370)을 배치하면 대형 기판(80)의 넓은 폭을 커버할 수 있다.

그런데, 도4와 함께 도3의 비산 형태를 고려할 때, 넓은 폭의 기판 표면을 다수개의 증착 장비 유닛이 병렬로 설치되어 증착할 때 유닛의 간격이 동일하면서, 기판 폭만큼만 유닛을 설치한다면 좌우 양측은 증착막의 두께가 얇아지게 된다. 반대로 유닛의 설치 간격을 동일하게 하면서 기판 양측에도 균일한 증착이 이루어지도록 하려면 기판 폭 이상의 폭을 커버하도록 가외적으로 유닛을 좌우로 더 배치해야 한다. 이런 유닛 배치는 증착 효율을 떨어뜨리므로 폭의 중앙부에는 유닛을 넓게 배치하고, 좌우측으로는 유닛을 조밀하게 배치하는 방법을 사용할 수 있다.

그러나, 이런 방법에서도 여전히 균일하면서, 경제적, 효율적인 막증착을 하는 것은 어렵다. 그리고, 기판 폭을 넘어서는 영역까지 증착 물질이 도달하게 되는 문제가 잔존한다. 기판 외의 영역으로 비산되는 물질은 결국 공정 챔버 외벽이나, 장비 부품 외면에 부착되며, 이들 물질은 외벽이나 부품 외면에서 떨어져 기판에 파티클로 작용하여 공정 불량을 유발할 수 있다. 따라서, 수시로 혹은 정기적으로 이들을 제거해야 한다. 즉, 부착 물질 제거를 위해서는 장비의 유지 보수 작업에 드는 비용이 증가하게 되고, 유지 보수 작업 주기가 짧아져 장비 사용 효율이 떨어지는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 바와 같이 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 입자 빔을 이용한 증착 장비에서 기판에 대한 균일하면서도 효율적인 증착이 이루어질 수 있는 구성을 가지는 증착 방법 및 장비를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 기존의 입자 빔을 이용하는 증착 장비에 비해 간단한 변경만으로도 기판에 대한 증착 균일성을 높이고, 필요없는 공간으로 증착물질이 비산되는 것을 방지하여 증착 효율을 높이고 장비 유지 보수의 비용을 줄일 수 있는 증착 방법 및 장비를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 입자 빔을 이용한 증착 방법은 증착 물질이 홈이나 돌기를 이루도록 적재하고, 홈이나 돌기 부분에 입자 빔의 착점이 위치하도록 입자 빔을 발생, 유도시키는 것을 특징으로 한다.

다른 측면에서 본 발명의 증착 방법은 증착 물질을 수평면 대비 경사지게 적재하고, 증착 물질이 이루는 경사면에 입자 빔의 착점이 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 입자 빔을 이용한 증착 장비는 진공이 인가되는 공정 챔버와 공정 챔버 내에 위치하며 증착 물질이 놓이는 테이블, 입자 빔의 착점이 상기 테이블에 놓인 증착 물질 적재부에 놓이도록 입자 빔을 방출하는 적어도 하나의 입자 빔 건(GUN)이 구비되어 이루어지는 증착 장비에 있어서, 상기 테이블에 놓이는 증착 물질을 상기 입자 빔 착점 가운데 적어도 하나가 수평 대비 소정의 경사를 가지는 경사면에 있도록 상기 경사면을 형성하는 블레이드가 구비되는 것을 특징으로 한다. 입자 빔 건은 플라즈마 건이나 전자총일 수 있다.

다른 측면에서 본 발명의 증착 장비는 한 수직 단면에서 증착 물질이 홈이나 돌기를 이루고 상기 홈이나 돌기 부분에 입자 빔 착점이 놓이도록 증착 물질면에 홈이나 돌기를 형성하는 블레이드가 구비되는 것을 특징으로 한다. 이런 홈이나 돌기는 테이블을 평행이동 혹은 축 중심으로 회전운동시키면서 증착 재료 표면에 닿아 증착 재료 표면을 고르게 하는 블레이드의 입자 빔 착점 대응 위치에 원호나 경사부를 가지는 홈이나 돌기를 형성하여 이룰 수 있다.

이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도5는 본 발명의 일 실시예에 의한 증착 장비의 허스의 재료물질 평면에 블레이드의 돌기에 의해 홈이 형성되고, 홈 부분에 입자 빔이 착점을 형성하는 것을 나타내는 개략적인 단면도이며,

도6A 내지 도6C는 도5와 같은 홈이나 평면상의 돌기에 입자 빔의 착점이 형성될 때의 재료물질 증기의 비산을 나타내는 단면도들이다.

먼저, 도5를 참조하면, 허스는 원판형으로 이루어지고, 중심에는 하부에 회전축이 연결되어 전체적으로 회전하게 된다. 플라즈마 건(10)의 위치를 기준으로 원판의 회전축 앞쪽에 플라즈마 빔의 착점(370)이 형성된다. 착점(370)에는 홈이 형성되어 있다. 홈은 블레이드(340)의 돌기(343)에 의해 형성된다. 블레이드(340)는 하면이 허스의 증착 재료를 고르기 위해 평편하게 형성되나, 착점(370)에 홈을 형성하기 위해 허스의 회전축을 중심으로 같은 반경 이격된 위치에 홈에 대응되는 형태의 돌기(343)를 가진다. 따라서 허스가 회전축을 중심으로 회전하면 증착 재료에 일부 돌기가 파묻힌 상태로 회전하므로 일정 반경 위치에 재료 물질(390) 표면에는 홈이 형성된다.

플라즈마 건에서 발사되어 자계에 의해 착점으로 유도된 플라즈마 빔은 홈 위치에서 증착 재료와 충돌하면서 증착 재료에 열 에너지에 이한 증착이 이루어지도록 한다.

증착은 여러 가지 요소에 의해 이루어진다. 통상 착점이 평면인 경우, 증착 재료는 착점을 중심으로 반구상으로 비산되며, 기판이 정지한 경우, 기판에 증착되는 증착 재료의 양, 적층 두께는 착점으로부터의 거리 제곱에 반비례한다. 또한, 착점과 기판 상의 증착 위치를 연결하는 선과 재료 평면과 만드는 각도의 사인 함수에 비례하며, 상수 및 다른 특성함수에 비례하게 된다. 여기에 본 발명에서는 홈의 깊이나 착점에 수평면과 이루는 경사도 증착 형태에 영향을 주게 된다.

도6A를 참조하면, 홈(371)이 깊고, 착점(370)이 홈(371)의 중앙에 있다면 홈의 어스펙트 비율(홈의 너비에 대한 깊이의 비율)에 영향을 받아 비산 폭이 좁아지 게 된다. 가령 기판의 양쪽 주변에 대한 증착을 담당하는 증착 유닛에서는 이런 증착 패턴을 가지도록 하면 기판 밖으로 소비되는 증착 재료 물질(390)을 줄일 수 있다.

또한, 도6B를 참조하면, 단면에서 볼 때 홈(373)이 직각 삼각형을 이루듯이 되고, 경사가 착점(370)이 홈(373) 저면 근처에 형성되면 증발된 재료는 홈에서 수직벽에 막혀 경사면으로 이루어지는 열린 방향으로만 비산이 된다. 가령 기판의 양쪽 말단에 대한 증착을 담당하는 증착 유닛에서는 이런 증착 패턴을 가지도록 하면 기판 밖으로 소비되는 증착 재료 물질(390)을 줄일 수 있다.

도6C는 앞의 예들과 달리 재료 평면에 산 형태의 돌기(375)가 형성된 경우이며, 경사면에 착점(370)이 형성된다. 이런 경우, 다른 위치의 재료 평면(수평면)을 기준으로 비산 양이 조절되는 것이 아니고 경사 평면을 중심으로 비산 양이 조절된다. 즉,일반적으로 착점과 기판 상의 증착 위치를 연결하는 선과 착점 위치에서의 재료 평면이 만드는 각도의 사인 함수에 비례하나, 여기서는 재료 평면 자체가 변하여 경사면이 기준면이 된다. 이런 산 모양의 경사면은 블레이드에 형성된 홈을 통해 형성될 수 있다. 이런 산 모양의 경사는 홈의 모양이 제한되거나, 플라즈마 건의 위치가 플라즈마 빔을 홈 저면에 안착시키기 어려울 때 이용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 기존의 입자 빔을 이용하는 증착 장비에 비해 블레이드 형태의 간단한 변경만으로도 기판에 대한 증착 균일성을 높이고, 필요없는 공간으 로 증착물질이 비산되는 것을 방지하여 증착 효율을 높이고 장비 유지 보수의 비용을 줄일 수 있게 된다.

Claims (9)

1. 입자 빔을 발생, 유도하여 증착 물질과 충돌하게 함으로써 상기 증착 물질을 상기 증착 물질에 대향되게 위치하는 기판에 증착시키는 입자 빔을 이용한 증착 방법에 있어서,

   상기 증착 물질이 적재 위치에 홈이나 돌기를 이루도록 적재하고,

   상기 증착 물질의 상기 홈이나 돌기 부분에 상기 입자 빔의 착점이 위치하도록 상기 입자 빔을 발생, 유도시키는 것을 특징으로 하는 입자 빔을 이용한 증착 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 기판에 대한 상기 증착 물질의 증착은 상기 기판이 이동하는 가운데 이루어지는 것을 특징으로 하는 입자 빔을 이용한 증착 방법.
3. 입자 빔을 발생, 유도하여 증착 물질과 충돌하게 함으로써 상기 증착 물질을 상기 증착 물질에 대향되게 위치하는 기판에 증착시키는 입자 빔을 이용한 증착 방법에 있어서,

   상기 증착 물질이 적재 위치에서 형성하는 평면이 상기 기판의 기판면과 대비할 때 경사지도록 상기 증착 물질을 적재하고,

   상기 증착 물질이 이루는 경사면에 상기 입자 빔의 착점이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 입자 빔을 이용한 증착 방법.
4. 진공이 인가되는 공정 챔버,

   상기 공정 챔버 내에 위치하며 증착 물질이 놓이는 테이블,

   입자 빔의 착점이 상기 테이블에 놓인 증착 물질 적재부에 위치하도록 상기 입자 빔을 방출하는 적어도 하나의 입자 빔 건(GUN)이 구비되어 이루어지는 증착 장비에 있어서,

   상기 입자 빔 착점 가운데 적어도 하나가 기판 면 대비 소정의 경사를 가지는 경사면에 있도록 상기 증착 물질 표면에 홈이나 경사진 돌기부를 형성하는 블레이드가 구비되는 것을 특징으로 하는 입자 빔을 이용한 증착 장비.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 입자 빔 건은 플라즈마 건이나 전자총인 것을 특징으로 하는 입자 빔을 이용한 증착 장비.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 증착 물질은 그래뉼이나 패릿 형태의 작은 알갱이로 이루어져 상기 테이블에 적재되며,

   상기 테이블은 원판형으로 이루어지고, 중심에는 하부에 회전축이 연결되어 전체적으로 회전하며,

   상기 테이블의 일정 점에 상기 입자 빔의 착점이 형성되고,

   상기 테이블에서 상기 증착 물질의 표면을 고르는 상기 블레이드는 상기 테이블의 회전축을 중심으로 상기 테이블 상에서 상기 착점과 같은 반경 이격된 위치에 돌기나 홈을 가지는 것을 특징으로 하는 입자 빔을 이용한 증착 장비.
7. 제 4 항에 있어서,

   상기 입자 빔을 상기 착점으로 유도하는 자계 발생 장치가 구비되는 것을 특징으로 하는 입자 빔을 이용한 증착 장비.
8. 제 4 항에 있어서,

   상기 공정 챔버에는 증착 중에 상기 기판을 이동시키는 이동 장치가 구비된 것을 특징으로 하는 입자 빔을 이용한 증착 장비.
9. 제 4 항에 있어서,

   상기 테이블과 상기 테이블에 대응하는 상기 입자 빔 건이 하나의 유닛을 형성하고, 상기 유닛은 위에서 볼 때 상기 기판이 움직이는 방향과 수직을 이루도록 복수개가 나란히 배열되는 것을 특징으로 하는 입자 빔을 이용한 증착 장비.

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