KR100724599B1 - 박막형성장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼 또는 LCD 제조과정과 같이 기판상에 다양한 재질의 박막을 형성하는 장치, 즉 박막형성장치에 관한 것으로서,

박막 형성 대상이 되는 기판을 장착하는 기판 지지대와, 이 기판 지지대를 둘러싸며 적정 작업조건을 구비한 챔버를 포함하여 구성된 박막형성장치에 있어서,

금속 또는 합성수지재 모재에 인듐, 주석, 납 안티몬 등과 같은 연성 금속재가 도포된 흡착수단(S)을 상기 기판을 제외한 박막형성장치 내부 구성요소들의 표면상에 부착함으로써, 이들 구성요소들의 표면상에 형성되어 있던 불필요 박막의 일부분이 박리되어 기판상에 부착됨으로 인한 막형성 불량을 근본적으로 방지할 수 있다.

Description

박막형성장치{Thin film forming apparatus}

본 발명은 반도체 웨이퍼(wafer) 또는 LCD(liquid crystal display) 제조과정과 같이 기판상에 다양한 재질의 박막을 형성하는 장치, 즉 박막형성장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 상기 기판을 제외한 장치 내부 구성요소들의 표면상에 형성된 박막의 일부분이 박리되어 기판상에 부착됨으로 인한 막형성 불량을 근본적으로 방지할 수 있는 박막형성장치에 관한 것이다.

본 발명에서 언급하는 박막형성장치는, 진공증착, 분자선 에피택시(epitaxy), 레이저 애블레이션(laser ablation), 스퍼터(sputter) 증착, 이온 플레이팅(ion plating), 이온화 클라스터 빔(cluster beam) 증착 및 이온 빔 증착 등으로 대별되는 PVD(physical vapor deposition) 기술에 의한 박막형성장치와, 열 CVD(chemical vapor deposition), 광 CVD 및 플라즈마(plasma) CVD 등으로 대별되는 CVD 기술에 의한 박막형성장치를 포함하는 박막형성장치 전체를 의미한다.

앞서 언급한 반도체 웨이퍼 또는 LCD 등의 경우와 같이, 기판상에 특정 재질의 박막을 형성한 전자제품은 관련 산업분야에서 널리 보편화되어 있다.

상기와 같은 전자제품의 효용도 내지 중요도가 큰 만큼, 기판상에 보다 양질의 박막을 형성하기 위한 다양한 기술 및 관련 장치의 개발이 진행되어 왔음은 물 론이다.

이러한 박막형성장치는 박막 형성 대상이 되는 기판을 장착하는 기판 지지대와, 이 기판 지지대를 둘러싸며 적정 작업조건을 구비한 챔버를 포함하는 구성으로 통상 이루어져 있다.

즉, 물리적 또는 화학적 방법에 의하여, 상기 챔버내 기판상에 특정 재질의 입자를 부착시켜 박막을 형성하는 것이다.

상기 PVD 기술 또는 CVD 기술을 이용하는 박막형성장치들 가운데 몇 가지 예를 들면 다음과 같다.

도 1은 PVD 기술의 하나인 스퍼터 증착에 의한 고주파 마그네트론(magnetron) 스퍼터 장치를 나타낸다.

앞서 언급한 바와 같이, 박막 형성 대상이 되는 기판(P)을 장착하는 기판 지지대(10)와, 이 기판 지지대(10)를 둘러싸며 적정 작업조건을 구비한 챔버(30)를 포함하는 구성으로 되어 있다.

상기 기판 지지대(10)와 마주보는 쪽에 설치된 백킹 플레이트(backing plate, 11)상에 타겟(target, T)을 올려놓은 다음, 고주파 전원(12)을 작동시켜 타겟(T)상에 고압을 인가하면, 스퍼터링 현상에 의하여 타겟(T) 표면으로부터 다량의 타겟 재 입자, 즉 이온들이 발생하여 상기 기판(P)을 향해 나아가 그 표면상에 막막을 형성하게 된다.

도면부호(13)는 쉴드(shield)로서, 타겟(T) 및 백킹 플레이트(11) 부위의 접지를 담당하는 한편, 상기 타겟 재 입자들로 하여금 적정 방향성을 갖도록 보조하 는 역할을 한다.

도 2는 상기 PVD 기술의 하나인 이온화 클라스터 빔 증착에 의한 박막성형장치를 나타낸다.

상기 스퍼터 장치와 마찬가지로, 기판(P)을 장착하는 기판 지지대(10)와, 이기판 지지대(10)를 둘러싸며 적정 작업조건을 구비한 챔버(30)를 포함하는 구성으로 되어 있다.

상기 기판 지지대(10)와 마주보는 쪽의 전기로(14)내에 타겟 재를 넣은 다음, 필라멘트(filament) 전원(14)을 작동시켜 전기로(14)내에 고압을 인가하면, 타켓 재로부터 다량의 이온이 방출되어 기판(P)을 향해 나아가 그 위에 박막을 형성하는 것이다.

한편, 이들 이온은 별도의 필라멘트(16) 및 가속 전극(17) 영역을 지나면서 클라스터 형태를 갖추게 되는 특징이 있다.

도면부호(13)는 상기 도 1의 장치에서와 마찬가지의 역할을 하는 쉴드이며, 이하의 다른 장치를 설명함에 있어서도, 동일 기능을 갖는 구성요소에 대하여는 동일한 도면부호를 붙이기로 한다.

도 3은 PVD 기술의 하나인 이온 플레이팅에 의한 멀티-아크(multi-arc) 방전장치를 나타낸다.

이 경우에 있어서는, 챔버(30)의 중앙부에 설치된 기판 지지대(10)상에 박막형성 대상으로서의 기판(P)을 올려놓은 다음, 그 측방 및 상방의 타겟(T)상에 고압을 인가하면, 각각의 타겟(T) 표면으로부터 다량의 이온이 발생하여 상기 기판(P) 을 향해 나아가 그 위에 박막을 형성하게 된다.

도면부호(18)는 챔버(30) 내부를 적정 수준의 진공상태로 만들어주기 위한 배기 덕트(duct)이며, 도시하지 않았었지만, 이러한 배기 덕트(18)는 앞서의 두 가지 장치에 있어서도 역시 설치되어 있다.

한편, 도면부호(19)는 아크 전원으로서, 타겟(T)상에 아크를 발생시켜 입자발생을 야기하는 역할을 한다.

도 4 역시 상기 PVD 기술의 하나인 레이저 애블레이션에 의한 박막성형장치를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 원통형 챔버(30)의 중앙부의 타겟 지지대(11)상에 놓인 타타겟(T)을 향하여 레이저를 투사하면, 타겟(T) 표면으로부터 가스상의 입자들이 기둥 모양으로 방출되어 맞은 편의 기판(P)을 향해 나아가 그 위에 박막을 형성한다.

도면부호(22)는 레이저를 발생시키는 레이저 발생장치이며, 도면부호(24)는 챔버(30)내 작업 상황을 투시하기 위한 투시창이다.

상기 기판(P)상의 박막형성 상태는 챔버(30) 외부에 장치된 별도의 전자 모니터(monitor, 24)에 의해 감지된다.

한편, 도 5는 상기 CVD 기술의 하나인 플라즈마 CVD에 의한 박막형성장치를 나타낸다.

앞서 설명한 PVD 기술을 이용하는 장치에서와 마찬가지로, 기판(P) 및 이를 지지하기 위한 기판 지지대(10)와, 이들을 둘러싸며 적정 작업조건을 구비한 챔버 (30)를 포함하는 구성으로 되어 있다.

CVD에 의한 박막형성장치에 있어서는, 가스 주입구(25)를 통해 원료 가스를 주입하게 되면, 고주파 전원(26) 및 매칭박스(matching box, 27)와 연결된 통로를 지나면서 이들 가스는 플라즈마, 즉 전하를 띤 입자의 상태가 되어 상기 챔버(30)내 기판(P)을 향해 나아가 그 위에 박막을 형성하게 된다.

상기 플라즈마 CVD 장치의 경우, 상기 가스 주입구(25)로 주입된 가스가 챔버(30)내를 순환하여 박막형성에 관여한 후에는 배기가스 처리장치(28)쪽으로 배출되는 하나의 순환 과정을 이루는 특징이 있다.

PVD 기술 또는 CVD 기술에 의한 통상의 박막형성장치들은, 기판상에 다양한 재질의 박막을 형성하는 장치 본래의 기능을 오래 전부터 수행해 오고는 있으나, 입자 또는 기체 상태의 타겟 재가 기판 이외의 박막형성장치 내부 구성요소들의 표면상에 부착됨으로 인한 문제를 근본적으로 해결하지 못하고 있는 실정이다.

즉, 상기 타겟 재 입자 등이 기판을 향해 정확히 나아가 그 위에 소정의 박막을 형성하지 않고, 기판 이외의 다른 부위에 부착되어 그 결과로서의 불필요한 박막을 형성하게 되면, 이들 불필요한 박막은, 점차 시간이 지남에 따라 그 두께가 증가하기도 하는 한편, 작업중의 물리적, 전기적 또는 화학저 충격 등으로 인해 그 일부가 박리되는 현상을 나타내기도 한다.

상기 박리는 입자 또는 덩어리 형태로 발생하며, 이들 박리 입자 또는 덩어리들중 일부는 박막형성중인 상기 기판을 향해 나아가 그 표면에 부착됨으로써 심각한 막형성 불량을 초래하게 된다.

이러한 문제를 방지하기 위하여, 챔버 또는 쉴드 등의 장치 내부 구성요소들의 표면을 거칠게 하여 타겟 재 입자의 부착성을 좋게 하는 등 다양한 개선책이 제시되어 왔으나, 상기 박리를 다소 지연시키는 효과 이상의 큰 효과를 나타내지는 못했다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은, 상기 기판을 제외한 장치 내부 구성요소들의 표면상에 형성된 박막의 일부분이 박리되어 기판 표면상에 부착됨으로 인한 막형성 불량을 근본적으로 방지할 수 있는 박막형성장치를 제공하는 데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 박막형성장치는, 박막 형성 대상이 되는 기판을 장착하는 기판 지지대와, 이 기판 지지대를 둘러싸며 적정 작업조건을 구비한 챔버를 포함하여 구성된 박막형성장치에 있어서, 상기 기판을 제외한 박막형성장치 내부 구성요소들의 표면상에 특수 구조의 흡착수단을 부착한 특징이 있다.

즉, 박막형성장치를 구성하는 기판 이외의 부위, 즉 챔버, 쉴드 등과 같은 부위에 강력한 흡착력을 갖는 흡착수단을 부착함으로써, 접착수단상에 부착되어 막 구조를 이룬 타겟 재 입자들이 절대로 박리되지 않도록 할 것이다.

상기 흡착수단은 금속 또는 합성수지재 모재(母材) 표면상에 인듐(In), 주석(Sn), 납(Pb), 안티몬(Sb), 은(Ag) 등과 같은 고온 점착성 및 연성을 가진 솔더(solder) 금속재를 도포함으로써 얻어진다.

바람직한 실시예로서의 인듐 등의 솔더 금속재는 상온에서 손톱 파국이 날 정도의 연성 금속으로서. 박막형성 공정이 진행되는 동안 챔버내의 적정 고온에 의해 연성에 더하여 점착성을 갖게 됨으로써, 상기 흡착수단이 부착된 부위에 일단 부착된 타겟 재 입자들의 박리를 확실히 억제하는 역할을 하게 된다.

이하, 첨부도면에 의거하여 본 발명 실시예의 박막형성장치를 상세히 설명한다.

도6은 본 발명 실시예의 박막형성장치로서, 앞서 언급한 바의 고주파 마그네트론 스퍼터 장치를 구성하는 주요 구성요소들의 표면상에 상기 흡착수단(S)을 부착한 경우를 나타낸 것이다.

도시한 바와 같이, 스퍼터링 현상에 의해 타겟(T) 표면으로부터 방출된 다량의 입자들 대부분은 기판(P)을 향해 나아가 그 표면상에 적정 두께의 박막을 형성하게 되지만, 그 중 일부는 챔버(30), 쉴드(13) 등과 같은 장치 내부 구성요소들을 향하여 나아간다.

그러나, 상기 구성요소들 표면상에는 강력한 점착성을 띤 흡착수단(S)이 부착되어 있기 때문에, 상기 챔버(30) 등을 향하여 나아간 입자들은, 이들 구성요소들 표면상에 부착되어 하나의 박리성 막을 형성했던 종래와는 달리, 상기 흡착수단(S)의 표면에 도포된 인듐(In) 등의 솔더 금속재(I)를 파고들어 매우 강하게 흡착됨으로써 박리 자체가 불가능한 구조를 이루게 된다.

앞서 언급한 바와 같이, 상기 흡착수단(S)은 금속 또는 합성수지재 모재(B) 상에 인듐(In) 등의 솔더 금속재를 용융 도포함으로써 얻어진다.

상기 모재(B)는 취급이 용이하도록 다소의 유연성을 갖는 한편, 도 7(a) 및 도 7(b)에 나타낸 바와 같이, 그 표면상에 다수의 홈 또는 돌기를 형성함으로써 상기 입자들의 부착이 더욱 용이한 구조로 하는 것이 바람직하다.

이들 홈 또는 돌기의 구체적 형상은 원형, 각형 또는 선형 중 어떤 형상이라도 무방하다.

또한, 도 7(c)는 상기 모재(B)가 그물상 구조를 이루는 경우로서, 적정 치수의 선경 및 그물눈을 갖는 망사체를 선택한 다음, 그 일측면에 인듐(In) 등의 솔더 금속재를 도포한 것이다.

상기 모재(B)상에 인듐(In) 등의 솔더 금속재를 도포하는 방법으로서는 용사법(鎔射法) 또는 솔 도포법 등의 다양한 방법을 선택할 수 있으며, 본 발명의 실시예에 있어 그 도포법 자체가 특별한 의미를 갖는 것은 아니다.

상기 흡착수단(S)을 챔버(30) 내벽 등에 부착하는 방법으로서는, 도 7(a)에 나타낸 바와 같이, 챔버(30) 등의 구성요소 표면상에 별도 형성된 걸이(H)를 이용하여 흡착수단(S)을 부착시키는 방법이 있는 반면, 도 7(b)의 경우와 같이, 모재(B) 후면을 챔버(30) 등의 구성요소들의 표면상에 용접(용접부 : C)해도 무방하다.

한편, 모재 표면상에 도포되는 고온 점착성 및 연성재질로서는 인듐(In)이 가장 바람직하나, 챔버 내의 온도조건 등에 따라서는 상기 주석(Sn), 납(Pb) 등 기타의 연성 금속재를 선택할 수도 있다.

아울러, 당업자라면 이상의 설명에 근거하여 상기 모재의 재질, 홈 또는 형 상 등을 변경하거나 기타의 부착 방법을 선택할 수도 있는 바, 모재상에 인듐 등의 유연성 금속재가 도포된 흡착수단을 기판 이외의 장치 내부 구성요소들의 표면상에 부착하는 구조인 한의 상기 사소한 수정 또는 변경 역시 본 발명의 가술적 범위에 포함되는 것으로 이해함이 마땅하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 박막형성장치에 따르면, 기판을 제외한 박막형성장치 내부 구성요소들의 표면상에 모재 및 인듐 등의 솔더 금속재로 구성된 흡착수단을 부착함으로써, 상기 장치 내부 구성요소들의 표면상에 형성된 박막의 일부분이 박리되어 기판 표면상에 부착됨으로 인한 막형성 불량을 근본적으로 방지할 수 있다.

반도체 웨이퍼 또는 LCD 등 첨단 전자부품 제조과정중 박막형성 불량으로 인해 생산성이 크게 저하되는 현실을 감안할 때, 본 발명의 박막형성장치는 해당 산업분야에 있어 매우 유용한 발명이다.

Claims (6)

1. 박막 형성 대상이 되는 기판(P)을 장착하는 기판 지지대(10)와, 이 기판 지지대(10)를 둘러싸며 적정 작업조건을 구비한 챔버(30)를 포함하여 구성된 박막형성장치에 있어서, 모재(B) 표면 상에 솔더 금속재가 도포된 흡착 수단(S)을 상기 기판(P) 이외의 박막형성장치 내부 구성요소들의 표면 상에 부착한 것을 특징으로 하는 박막형성장치(100).
2. 제 1항에 있어서, 상기 모재(B)가 금속인 것을 특징으로 하는 박막형성장치(100).
3. 제 1항에 있어서, 상기 모재(B)가 합성수지인 것을 특징으로 하는 박막형성장치(100).
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 모재(B)의 표면에 다수의 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 박막형성장치(100).
5. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 모재(B)의 표면에 다수의 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 박막형성장치(100).
6. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 모재(B)가 그물상으로 된 것을 특징으로 하는 박막형성장치(100).

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