KR100806113B1

KR100806113B1 - 박막증착 장치의 원료가스 공급장치 및 잔류가스 처리장치및 그 방법

Info

Publication number: KR100806113B1
Application number: KR1020060133586A
Authority: KR
Inventors: 김일호; 조명훈
Original assignee: 주식회사 코윈디에스티; 김일호
Priority date: 2006-12-26
Filing date: 2006-12-26
Publication date: 2008-02-21
Also published as: WO2008078950A1; CN101568666A; CN101568666B; TW200901287A; JP2010514927A

Abstract

본 발명은 박막증착 장치에 관한 것으로서, 특히 박막 증착 장치에 박막을 형성하는 금속재료를 공급하는 원료가스 공급장치 및 박막 증착 후 잔류 가스를 처리하는 잔류가스 처리장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 박막증착 장치의 원료가스 공급장치는박막증착 대상체와 소정의 이격 간격으로 배치되어 박막을 증착하는 박막증착용 챔버에 금속재료를 운반하기 위한 운반가스를 공급하는 운반가스 공급부; 상기 금속재료를 저장하고 상기 금속재료를 승화시켜 상기 운반가스와 혼합하는 원료가스 발생부; 상기 운반가스 공급부와 원료가스 발생부를 연결하고, 운반가스와 원료가스를 상기 박막증착용 챔버로 이송하고, 운반가스 또는 원료가스를 금속재료의 승화점 이상으로 유지하기 위한 히터가 형성되어 있는 운반가스 주입라인;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

원료가스, 잔류가스, 공급장치, 처리장치, 금속재료 수집

Description

박막증착 장치의 원료가스 공급장치 및 잔류가스 처리장치 및 그 방법{Metal Gas Supply Apparatus and Remaining Gas Removal Apparatus Used for Thin film Depositing Apparatus and Method thereof}

도 1은 본 발명의 실시에 따른 박막증착 장치를 나타낸 전체 구성도

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 원료가스 발생부(120)의 상세 구성도

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가스 분사기(125)의 확대 도면

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 금속재료 수집부(310)의 내부구조를 나타낸 구성도

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 원료가스 공급 방법을 나타낸 흐름도

박막(Thin Film)이란, 기계가공으로는 실현 불가능한 두께 수 μm 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 박막 상태가 되면 타는 경우가 있다. 일반적으로 점성이 커지고 표면장력이 작아지며, 빛의 간섭에 의해 착색현상이 일어난다. 이러한 특성은 각종 이화학 원리의 실험이나 이 화학기계 제작에 원용되고 있다.

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.

특히 평면디스플레이 장치로 액정표시장치가 많이 이용되는데, 이러한 액정표시장치는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용한 것으로, 잘 알려진 바와 같이 액정은 분자구조가 가늘고 길며 배열이 방향성을 갖는 광학적 이방성과 전기장 내에 놓일 경우 그 크기에 따라 분자배열 방향이 변화되는 분극성질을 띤다. 이에 액정표시장치는 서로 마주보는 면으로 각각 전계생성전극이 형성된 한 쌍의 투명절연 기판을 구비한 후 그 사이로 액정층을 재개시킨 액정패널(liquid crystal panel)을 필수적인 구성요소로 하며, 각 전계생성전극에 적절한 전압을 인가함으로 써 전기장 변화를 일으켜 액정분자의 배열방향을 인위적으로 조절하고 이때 변화되는 빛의 투과율을 이용하여 여러 가지 다양한 화상을 표현한다.

최근에는 특히 화상표현의 기본단위인 화소(pixel)를 행렬 방식으로 배열하고 스위칭(switching) 소자를 이용하여 이들 각각을 독립적으로 제어하는 능동행렬(active-matrix) 방식이 해상도 및 동영상 구현능력에서 뛰어나 각광받고 있는데, 이러한 스위칭 소자로 박막트랜지스터(Thin Firm Transistor : TFT)를 사용한 것이 잘 알려진 박막트랜지스터형 액정표시장치(TFT-LCD)이다.

좀더 상세히 살펴보면, 이 경우 액정패널을 이루는 두 장의 투명 절연기판 중 하나에는 화소 구분을 위한 전기적 배선으로서 종횡 교차되는 다수의 나란한 게이트 라인 및 데이터 라인 그리고 박막트랜지스터와 화소전극 등의 각종 구성요소가 미세한 박막패턴으로 고밀도 집적되어 어레이 기판(array substrate)을 이루며, 다른 하나에는 적, 녹, 청 컬러필터와 공통전극이 포함되어 컬러필터 기판(color filter substrate)을 구성하는 바, 이들 각각의 기판은 소정 물질의 박막증착 및 이의 패터닝(patterning)을 위한 식각공정을 수차례 반복하여 구현된다.

그리고 이 같은 액정표시장치용 기판의 제조 후에는 원치 않게 합선(short)된 배선패턴을 끊거나 단선(open)된 배선패턴을 연결시키는 등의 리페어 공정이 후속되어 불량을 줄이고 수율을 증가시키는데, 이때 사용되는 리페어 장비 중 특히 레이저빔을 에너지원으로 하여 국소적인 화학기상증착 반응을 일으킴으로써 후자의 단선된 배선패턴을 연결시키는 장치가 리페어용 레이저 박막증착 장치다.

이러한 리페어용 박막증착 장치의 원리는 간단하게 레이저 국소증착 법(laser-induced chemical vapour deposition method)을 응용한 것으로, 증착 대상물질이 함유된 전구체(precursor) 가스 분위기 하에서 기판의 일부로 레이저빔을 조사하여 초점에서 국소적 화학기상증착을 일으키고, 이를 통해서 형성된 박막패턴으로 단선된 배선패턴을 연결하게 된다.

이러한 박막증착 장치는 과거 진공챔버와 같이 대형화된 밀폐 장비를 요구하였지만 최근에는 개방된 대기압에서 공정 진행이 가능한 리폐어용 박막증착 장치가 널리 이용되고 있다.

이러한 박막증착 장치는 고체상태의 금속성분을 기체상태로 변환시키고 불활성 기체나 질소 기체 등과 혼합된 원료가스를 챔버에 공급하는 원료가스 공급장치와, 박막증착의 공정이 이루어지는 챔버 및 증착이 이루어진 원료가스가 배기되는 배기장치로 이루어진다.

본 발명은 이러한 박막증착 장치의 원료공급장치와 배기장치에 관한 것이다.

종래의 원료공급장치는 단순히 금속재료를 챔버에 공급하는 기능만을 제공하여 효과적인 박막 증착에 많은 문제점이 있었다.

또한, 박막증착 공정이 이루어지지 않는 경우에도 원료가스가 공급되어 원료가스의 낭비가 있었다.

또한, 종래의 원료가스 공급장치는 금속재료를 공급하는 운반가스만을 주입하고 챔버에서 박막증착 공정이 이루어질 때, 챔버내에 레이저 빔을 투과시키기 위해 형성된 광학창에 박막이 증착되거나, 원료가스가 누설되는 문제점 등이 있었다.

또한, 종래의 배기 장치는 배기되는 잔류가스가 모두 대기로 방출되어 대기 오염의 문제가 있을 뿐만 아니라, 잔류가스 내에 존재하는 금속재료를 다시 이용하지 못하는 문제점이 있었다. 특히, 금속재료가 금과 같이 고가인 경우에도 이를 재활용하지 못하고 버리게 되는 문제점이 있었다. 또한, 배관의 온도가 원료공급장치의 승화점 이상의 온도를 유지하지 못할 경우 배관에 원료가스가 다시 배관에 달라붙어 배관이 막히는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 박막증착 장치에 원료가스를 공급함에 있어 원료가스 발생장치와 가스주입라인에 히터를 설치하여 금속재료의 승화 및 금속재료와 운반가스의 혼합이 잘 이루어지도록 하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본발명은 원료공급장치에서 반응챔버 전단까지 히터를 설치하고 승화점 이상의 온도를 유지하도록 하여 배관에 원료가스가 달라붙지 않도록 하는것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 가스주입라인에 밸브 및 유량제어장치를 설치하여 주입되는 가스의 온/오프 및 유량을 조절하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 가스주입라인의 말미(반응 챔버 전단)에 밸브를 설치하여 박막증착공정이 이루어 지지 않는 동안은 불필요한 원료공급을 차단하여 비용을 절감하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 박막증착시 불필요한 증착을 방지하고 대기로 원료가스가 누설되는 것을 방지하기 위하여 운반가스와는 별도로 정화가스 및 보호가스를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 박막증착 공정 후 잔류가스에서 금속재료를 수집하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 원료가스가 공급되는 밸브에 정화가스를 공급하여 원료가스 발생부와 챔버 사이의 배관을 정화하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 박막증착 장치의 원료가스 공급장치는 박막증착 대상체와 소정의 이격 간격으로 배치되어 박막을 증착하는 박막증착용 챔버에 금속재료를 운반하기 위한 운반가스를 공급하는 운반가스 공급부; 상기 금속재료를 저장하고 상기 금속재료를 승화시켜 상기 운반가스와 혼합하는 원료가스 발생부; 상기 운반가스 공급부와 원료가스 발생부를 연결하고, 운반가스와 원료가스를 상기 박막증착용 챔버로 이송하고, 운반가스 또는 원료가스를 금속재료의 승화점 이상으로 유지하기 위한 히터가 형성되어 있는 운반가스 주입라인;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 박막증착 장치의 잔류가스 처리장치는 박막증착 대상체와 소정의 이격 간격으로 배치되어 박막을 증착하는 박막증착용 챔버에서 배기되는 배기가스에서 금속재료를 수집하는 금속재료 수집부; 및 상기 챔버에 연결된 잔류가스 배기라인을 통하여 챔버 내의 잔류가스를 일정한 압력으로 펌핑하는 펌프;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 박막증착 대상체와 소정의 이격 간격으로 배치되어 박막을 증착하는 박막증착용 챔버에 원료가스를 공급하고 원료가스 공급부와, 상기 챔버, 상기 챔버에서 배출되는 잔류가스를 처리하는 잔류가스 처리부를 포함하는 박막증 착 장치에 원료가스를 공급하는 방법에 있어서, 상기 박막증착용 챔버 내에 형성되어 있는 광학창에 원료가스가 증착되지 않도록 정화가스와, 상기 박막증착용 챔버 내의 원료가스가 외부로 누출되지 않도록 에어 커튼을 형성하기 위한 보호가스와, 박막 증착을 위한 원료 가스를 단계적으로 공급하는 단계; 및 금속 박막증착이 완료되었는지 여부를 판단하고, 그 결과에 따라 원료가스 공급을 계속하거나, 원료가스 공급을 차단하고 금속박막 상단에 보호막 또는 절연막을 형성하기 위한 보호막용 가스를 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 박막증착 대상체와 소정의 이격 간격으로 배치되어 박막을 증착하는 박막증착용 챔버에 원료가스를 공급하는 원료가스 공급부와, 상기 챔버, 상기 챔버에서 배출되는 잔류가스를 처리하는 잔류가스 처리부를 포함하는 박막증착 장치에 잔류가스를 처리하는 방법에 있어서, 상기 챔버의 배기가스를 수집하는 단계; 상기 수집된 배기가스를 금속의 승화점 미만으로 냉각하여 금속재료를 추출하는 단계; 및 상기 금속재료가 추출된 배기가스를 열처리 및 필터링 단계를 거쳐 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시에 따른 박막증착 장치를 나타낸 개념도이다.

박막증착 장치는 원료가스 공급장치(100), 박막증착 공정이 일어나는 챔버(200) 및 잔류가스를 배기하는 잔류가스 처리장치(300)로 구성된다.

본 발명의 실시에 따른 원료가스 공급장치(100)는 다수의 운반가스 공급부(110), 상기 각각의 운반가스 공급부(110)와 연결된 다수의 원료가스 발생 부(120), 박막 증착시 챔버의 광학창에 박막이 형성되는 것을 방지하고, 원료가스 발생부(120)와 챔버(200) 사이를 연결하는 배관을 정화시키기 위한 가스를 공급하는 정화가스 공급부(111), 박막 증착시 챔버 외부로 금속가스가 새는 것을 방지하기 위한 가스를 공급하는 보호가스 공급부(112) 및 금속박막 형성시 금속박막 상단에 보호막 또는 절연막을 형성하는데 사용되는 가스를 공급하는 보호막용 가스 공급부(113)를 포함한다.

상기 가스공급부(110, 111, 112, 113)들은 챔버(200)까지 가스를 공급하기 위한 배관(가스 주입라인)으로 연결되어 있으며 각 배관에는 히터가 형성되어 있어 가스를 금속재료의 승화점 이상으로 가열한다. 통상 승화점보다 10℃ 가량 높게 가열하는 것이 바람직하다. 상기와 같이 히터를 통해 주입 가스들을 가열해서 운반가스가 승화된 금속재료와 잘 섞이도록 함은 물론, 정화가스 또는 보호가스가 금속박막을 형성하는 챔버에 도달할 때 금속재료와 혼합된 원료가스와 잘 혼합되도록 한다.

상기 운반가스 공급부(110)와 연결되어 있는 배관의 시작부분에는 밸브(114)가 장착되어 있어 가스주입이 필요없는 경우에는 가스 주입을 차단한다. 그리고 상기 밸브(114)의 후단에는 유량제어장치(115)가 장착되어 있어 유량을 제어한다. 즉, 많은 양의 가스주입이 필요한 경우에는 유량이 많이 흐르게 하고, 반대의 경우에는 유량이 적도록 제어한다. 상기 유량제어장치(115)의 후단에도 밸브가 형성되어 있어 가스 주입을 차단할 수 있다. 즉, 상기 유량제어장치(115)의 전후에는 밸브가 형성되어 있어 가스의 역류를 방지할 수 있다. 상기 정화가스 공급부(111), 보호가스 공급부(112) 및 보호막용 가스 공급부(113)도 마찬가지로 챔버(200)까지 배관으로 연결되어 있으며, 각 배관에는 유량제어장치와 밸브와 히터가 형성되어 있다.

상기 운반가스, 정화가스 및 보호가스는 불활성 기체나 질소 기체인 것이 바람직하다. 상기의 정화가스 공급부(111) 및 보호가스 공급부(112)는 본 실시예에서와 같이 운반가스 공급부와 별도로 형성될 수도 있으나, 공급부는 공동으로 사용하고 가스 주입라인만을 별도로 사용할 수도 있다. 즉, 운반가스 공급부의 불활성 기체 또는 질소 기체가 공급부에서 배기된 후, 각 공급부에 연결되어 있는 배관을 통해 챔버(200)로 주입되는 것이다.

상기 보호막용 가스 공급부(113)는 금속박막 형성시 금속박막 상단에 보호막 또는 절연막을 형성하는데 사용되는 가스를 공급한다. 상기 보호막용 가스는 통상 반도체 또는 디스플레이 분야에서 보호막 또는 절연막을 증착하기 위한 가스가 사용된다. 상기 보호막용 가스는 원료가스 발생부(120)를 경유하여 챔버(200)로 주입되는 동시에 일부는 원료가스 발생부(120)를 경유하지 않고 곧바로 챔버(200)로 주입된다. 상기 원료가스 발생부(120)를 경유한 보호막용 가스와 경유하지 않은 가스는 챔버에 도달하기 전에 혼합되어 챔버로 주입된다. 상기 원료가스 발생부를 경유하는 가스와 그렇지 않은 가스의 유량 제어를 통해 챔버로 주입되는 가스의 농도를 조절할 수 있다.

또한, 상기 운반가스 주입라인과 보호막용 가스 주입라인의 끝 부분인 챔버의 바로 전단에 다수의 밸브(130)를 장착하여 공정이 시작될 때 밸브를 열면 즉시 원료가스가 챔버로 주입되도록 하였다. 상기 운반가스 주입라인은 원료가스 수만큼 형성되어 원료가스가 혼합되는 것을 방지한다.

종래기술에서는 밸브가 원료가스 발생부(120)의 후단까지만 장착되어 있어, 공정이 이루어지지 않는 동안 밸브를 잠그고 가스 공급을 차단할 수는 있었으나, 다시 공정을 시작하기 위해서 가스를 공급할 때, 배관을 충진시키고 일정한 유량이 흐르기까지 많은 시간이 소요되었다. 그래서 공정을 잠시 중단하는 경우에도 계속해서 원료가스를 공급해야 하고 이로 인해 원료가스가 불필요하게 공급되는 문제점이 있었다. 원료가스란 운반가스와 승화된 금속재료가 혼합된 가스를 말한다.

상기 정화가스 공급부에는 정화배관(116)이 형성되어 있어, 원료가스 발생부(120)와 챔버(200) 사이를 연결하는 배관에 정화가스를 공급할 수 있다. 상기 정화배관(116)을 통하여 원료가스 발생부와 챔버 사이의 배관에 쌓이는 원료가스 잔류물을 정화할 수 있다. 상기 정화배관(116)은 챔버를 경유하지 않고 열처리부(320)로 배출된다.

상기 원료가스 발생부(120)는 박막증착에 이용되는 금속원료를 저장하고 있다. 자세한 설명은 도 2를 참조하여 설명한다.

상기 원료가스 발생부(120)는 금속재료를 저장하고 있는 원료가스 공급부(122), 상기 금속재료를 승화점 이상으로 가열하기 위한 히터부(123), 상기 히터에 가열되는 온도를 감지하기 위한 온도센서(124) 및 상기 온도센서(124)의 온도를 감지하여 히터의 온도를 제어하는 온도 컨트롤러(128)를 포함한다. 또한, 상기 금속재료 공급부(122)는 운반가스 주입라인과 연결되어 운반가스를 분사하기 위한 노 즐 형태로 된 가스 분사기(125)와, 운반가스와 혼합된 원료가스를 배기하기 위한 역V자 형의 배기구(126)를 포함한다. 상기 금속재료 저장(122)부의 상단에는 캡(127)이 형성되어 있어 금속재료를 넣고 뺄 수 있으며, 고정나사(129)로 고정되어 있다. 도 3은 상기 가스 분사기(125)의 확대 도면으로, 노즐(125a)이 형성되어 있음을 확인할 수 있다. 상기 노즐(125a)은 원형의 분사기에 원료가스가 분사될 수 있도록 구멍이 뚫려 있는 형태이다.

상기 금속재료(121)는 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텡스턴(W), 철(Fe), 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 니켈(Ni), 탄탈(Ta) 또는 티타늄(Ti) 등 다양한 금속재료가 사용될 수 있다. 이러한 금속재료(121)는 상기 히터(123)에 의해 가열되고, 승화되어 기체가 되고 가스 분사기(125)를 통해 주입되는 운반가스와 혼합되어 원료가스가 생성된다. 이러한 방식으로 생성된 원료가스는 가스 배기구(126)를 통해 원료가스 발생부(120)에서 배기되고 원료가스 주입라인을 따라 챔버로 주입된다. 이때 상기 히터(123)의 온도는 온도센서(124)를 통해 감지되고 온도 컨트롤러는 온도센서의 값에 따라 히터의 온도를 컨트롤한다. 운반가스 주입라인에도 히터(123) 및 온도센서(124)가 장착되어 있어 온도 컨트롤러(128)를 통해 금속재료의 승화점 이하로 온도가 내려가지 않도록 제어할 뿐만 아니라, 온도에 따라 승화되는 기체의 증기압이 달라지기 때문에 승화되는 기체의 양을 제어하기도 한다.

상기와 같이 챔버로 주입된 원료가스는 기판 등의 대상체에 박막을 증착하는데 이용되고, 정화가스는 광학창에 박막이 형성되는 것을 방지하도록 광학창을 향 해서 분사되도록 하고, 보호가스는 에어커튼을 형성하여 원료가스가 누설되는 것을 방지한다.

상기 원료가스 발생부(120)는 목적에 따라 보호막용으로 사용될 수 있다. 보호막 증착용 원료는 통상 반도체 또는 디스플레이 분야에서 보호막 또는 절연막 증착을 위한 재료를 사용할 수 있다.

다시 도 1로 돌아와서 잔류가스가 배기되는 과정을 설명한다.

잔류가스란 박막증착 공정이 수행된 후, 박막증착에 관여하지 않은 가스를 말하는 것으로 배기가스와 동일하다. 다만 문맥에 따라 잔류가스 또는 배기가스를 혼용하여 사용한다.

잔류가스 배기장치(300)는 챔버(200)에서 배기되는 잔류가스를 냉각장치를 이용하여 금속재료를 수집하는 금속재료 수집부(310), 상기 금속재료 수집부에서 분리되지 않은 금속재료를 열적 처리과정을 거쳐 분리하는 열처리부(320), 상기 절차를 거친 배기가스에서 필터링하여 금속입자를 걸러내는 필터부(330), 상기 챔버에 연결된 잔류가스 배기 라인(350)을 통하여 챔버 내의 잔류가스를 일정한 압력으로 펌핑하는 펌프(340), 및 상기 펌프의 압력을 조절하여 잔류가스 배기 라인의 배기압을 조절하는 배기압 및 배기유량 조절부(370)를 포함한다. 상기 챔버(200)는 2개의 가스 배기구가 형성되어 있다. 대부분의 배기가스는 제 1배기구(210)를 통해 배출되지만 극히 일부 잔류가스는 제 2배기구(220)를 통해 배출된다.

상기 배기라인(350a)은 금속재료 수집부(310), 열처리부(320), 필터부(330) 및 펌프(340)를 연결하고 있으며, 상기 금속재료 수집부(310)에는 배기라인(350a) 이 직접 연결되는 외에도 우회하여 연결하는 우회 배기라인(351a)이 형성되어 있다.

즉, 상기 배기라인(350a)은 제 1배기구(210)와 연결되어 금속재료 수집부(310)로 잔류가스를 전송하고, 우회 배기라인(351a)은 잔류가스가 열처리부(320)로 곧바로 전송되도록 한다. 상기 배기라인(350a)과 우회 배기라인(351a)에는 밸브(353)가 형성되어 있다. 상기 밸브의 온/오프에 따라 잔류가스가 금속재료 수집부(310)로 전송될지, 곧바로 열처리부로 입력될지가 결정된다. 박막증착에 사용되는 금속재료가 금(Au) 또는 은(Ag)과 같은 고가 금속을 포함하는 경우에는 금속재료 수집부(310)를 통해 이를 수집하고, 그렇지 않은 경우에는 수집하지 않고 모두 폐기할 수 있다. 상기 제 1배기구를 통해 배출되지 않은 나머지 가스는 제 2배기구(220)를 통해 배출되어 우회 배기라인(351b)을 경유하여 금속재료 수집부(310)를 우회하여 열처리부(320)와 연결된다. 제 2배기구(220)를 통해 배출되는 가스에는 금속원료가 거의 남아 있지 않기 때문에 우회 배기라인(351b)은 금속재료 수집부(310)와 연결될 필요가 없을 뿐만 아니라 히터도 설치될 필요가 없다.

그러나 제 1배기부(210)을 통해 배출되는 가스에는 다량의 금속원료가 포함되어 있기 때문에, 배기가스가 열처리부(320)에 도달하기 전까지는 금속재료가 고체화되는 것을 방지하기 위해 상기 배기라인(350a)에 히터가 설치되어 있다. 물론, 상기 히터는 우회 배기라인(351a)에도 설치되어 있다. 그리고 열처리부(320) 이후에는 히터가 설치되어 있지 않다. 상기 배기라인(350a)에는 배기압 및 배기유량 센서(360)가 부착되어 있어 배기되는 배기압 및 유량을 측정한다.

배기압 및 배기유량 조절부(370)는 배기압 및 배기유량 센서(360)의 값을 측정하여 그 결과 값에 따라 펌프(340)를 조절하여 배기압을 조절하게 된다.

박막증착 공정에서 실제로 박막증착에 이용되는 원료가스는 극소량에 불과하고 대부분 잔류가스로 배기되게 되는데 이를 그대로 버리는 것은 매우 비효율적이다. 특히 금속재료로 금을 이용하는 경우에 한 번 사용하고 잔류가스를 버리는 것은 매우 많은 비용이 든다. 본 발명은 상기와 같은 금속재료 수집부를 이용하여 잔류가스에서 금속재료를 추출하여 재활용할 수 있어 비용을 획기적으로 절감할 수 있다.

도 4는 상기 금속재료 수집부(310)의 내부구조를 상세히 나타낸 구성도이다. 도 4를 참조하여 금속재료가 수집되는 과정을 상세히 살펴본다.

상기 금속재료 수집부(310)에는 내부를 분리하는 다수의 격벽(312)이 형성되어 있고, 상기 격벽(312)에는 격벽 상호간 대각선 위치에 가스 이동 홀(313)이 형성되어 있다. 도 4의 (a)에 도시된 것과 같이 챔버에서 박막증착에 사용된 잔류가스는 금속재료 수집부(310)의 가스 주입구(311)를 통해 잔류가스가 주입되고, 격벽(312)에 형성된 가스 이동 홀(313)을 따라 이동하며 냉각되면서 금속재료가 결정화되어 금속재료 수집부(310)의 바닥에 남게 되고, 나머지 잔류가스는 배기구(314)를 통해 배기된다. 상기 도면에서 화살표는 잔류가스의 이동 경로를 나타낸다. 본 실시예에서는 격벽(312)과 가스 이동 홀(313)이 3개인 경우를 실시예로 들었지만, 격벽의 수 및 가스 이동 홀의 수는 다양하게 변경 가능하다. 가스 이동 홀은 격벽 상호 대각선으로 형성되어 가스 이동 경로를 최대한 크게 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 금속재료 수집부(310)는 내부에 냉각장치(315), 온도센서(316), 및 상기 온도 센서(316)의 값에 따라 냉각 장치를 제어하는 온도 컨트롤러(317)를 포함한다. 상기 온도센서(316)는 금속재료 수집부(310)의 바닥과 잔류가스 배기되는 배기구(314)에 설치되는 것이 바람직하다. 금속재료 수집부(310)에 주입된 잔류가스는 도 4(a)에 도시된 것과 같이 화살표 방향으로 이동하면서, 상기 냉각장치(315)에 의해 점차 냉각되고 바닥에 금속재료의 결정이 남게 되는 것이다.

예를 들어 금속재료 수집부(310)로 주입되는 잔류가스의 최초 온도가 60℃ 라고 하면 격벽에 의해 분리된 첫 번째 칸에서는 냉각장치(315)에 의해 50℃까지 냉각되며 다음 칸에서는 45℃, 다음 칸에서는 35℃ 그리고 마지막 칸에서는 25℃까지 냉각되어 금속재료가 결정으로 고체화되어 바닥에 형성되고 나머지 잔류가스가 배기구(314)를 통해 배기된다.

상기 금속재료 수집부(310)에서 대부분의 금속재료는 결정화 되지만, 일부 금속재료는 잔류가스에 여전히 남아 있다. 잔류가스에 남아 있는 금속재료는 열처리부(320)에서 다시 열적 처리과정을 거쳐 금속을 분리한다.

반응식의 일 예를 들면 다음과 같다.

M(CO)6--> M(금속)+[CO or CO2 or ...]

상기 열처리부(320)를 거친 잔류가스는 필터부(330, 331)를 거쳐 대기로 배기된다. 상기 필터부는 큰 입자를 필터링 하는 1차 필터(330)와 미립자를 필터링하는 2차 필터(331)로 구성된다. 상기 열처리부(320)는 히터를 포함한다.

금속재료의 주입 및 배기 경로를 요약하면 다음과 같다.

챔버(200) 투입전에는 금속재료가 M(CO)n의 화합물 형태로 존재하고, 챔버에 투입된 후, 레이저 CVD 공정을 거치고 일부 금속원료는 박막으로 증착된다. 이때, 챔버(200) 내에는 CO, CO2 등의 반응 후 가스와 금속원료(M(COn))가 존재하게 된다. 상기 반응 후 대부분의 금속재료는 반응을 하지 않고 그대로 배기되고, 금속재료 수집부(310)에서 냉각되어 수집된다. 상기 금속재료 수집부(310)에서 수집되지 않은 금속재료는 열처리부에서 열적처리 과정을 거쳐 외부로 배기되지 않도록 폐기처리 한다.

상기와 같이 금속재료 수집부(310), 열처리부(320) 및 필터부(330)를 통해 금속재료는 걸러지고 가스만이 대기중으로 배기된다.

도 5는 본 발명의 실시에 따른 원료가스 공급방법을 나타낸 흐름도이다.

먼저 챔버로 정화가스, 보호가스 및 원료가스를 순차적으로 공급한다(S50, S51, S52). 정화가스와 보호가스를 먼저 공급함으로써 챔버에 원료가스가 주입되고 증착 공정이 진행될 때, 챔버에 형성되어 있는 광학창에 원료가스가 증착되는 것을 방지하고 외부로 배출되는 것을 방지할 수 있다.

상기 가스 공급은 박막증착이 완료될 때까지 계속 공급된다.

박막증착이 완료되었는지 여부를 확인(S53)하여 박막증착이 완료된 경우에는 원료가스의 공급을 중단하고(S54) 보호막을 증착하기 위한 보호막용 가스를 챔버에 공급한다(S55). 이 경우에도 정화가스와 보호가스는 계속해서 공급하는 것이 바람직하다.

상기 보호막용 가스도 원료가스와 마찬가지로 증착이 완료될 때까지 공급되 고, 보호막 증착이 완료되면 보호막용 가스 공급을 차단하고(S57) 다시 원료가스를 공급하거나 공정을 완료한다(S58).

상기와 같은 공정에서 원료가스와 보호막용 가스의 공급 및 차단은 챔버 바로 전단에 형성되어 있는 밸브를 온 또는 오프함으로써 가능하다.

또한, 본 발명에서 개시되는 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술분야의 숙련된 사람들에 의해 사용될 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허 청구범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.

이상 상술한 것과 같이, 본 발명에 의하면, 원료가스 발생부와 가스 주입 라인에 히터가 설치되어 금속재료의 승화가 용이할 뿐만 아니라, 금속재료와 운반가스가 잘 혼합되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 가스주입라인에 밸브 및 유량제어장치를 설치하여 주입되는 가스의 온/오프 및 유량을 조절할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 가스주입라인의 말미(챔버의 전단)에 밸브를 설치하여 박막증착공정이 이루어 지지 않는 동안은 불필요한 원료공급을 차단하여 생산 원가를 절감할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 원료가스 발생부와 챔버 사이의 배관에 정화가스를 공급하여 배관이 막히는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 정화가스 라인 및 보호가스 라인을 둠으로써 챔버에서 불필요한 증착을 방지하고 원료가스가 대기로 누설되는 것을 방지할 수 있고, 박막 증착을 보다 효율적으로 할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 박막증착 공정 후 잔류가스에서 금속재료를 수집할 수 있고, 그에 따라 대기오염을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 공정에 사용되는 금속재료를 재활용함으로써 비용을 획기적으로 절감할 수 있다.

Claims

박막증착 대상체와 소정의 이격 간격으로 배치되어 박막을 증착하는 박막증착용 챔버에 금속재료를 운반하기 위한 운반가스를 공급하는 운반가스 공급부;

상기 금속재료를 저장하고 상기 금속재료를 승화시켜 상기 운반가스와 혼합하는 원료가스 발생부;

상기 운반가스 공급부와 원료가스 발생부를 연결하고, 운반가스와 원료가스를 상기 박막증착용 챔버로 이송하고, 운반가스 또는 원료가스를 금속재료의 승화점 이상으로 유지하기 위한 히터가 형성되어 있고 상기 챔버와 연결되는 끝 부분에 원료가스의 주입을 차단하기 위한 밸브가 형성되어 있는 운반가스 주입라인;을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착 장치의 원료가스 공급장치.
제 1항에 있어서, 상기 운반가스 주입 라인은 운반가스의 주입 양을 조절하는 유량 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착 장치의 원료가스 공급장치.
제 1항에 있어서, 상기 박막증착용 챔버 내에 형성되어 있는 광학 창에 원료가스가 증착되지 않도록 주입하는 정화가스를 공급하는 정화가스 공급부와 상기 정화가스를 박막증착용 챔버로 이송하는 정화가스 주입라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착 장치의 원료가스 공급장치.
제 1항에 있어서, 상기 박막증착용 챔버 내의 원료가스가 외부로 누출되는 것을 방지하기 위해 주입되는 보호가스를 공급하는 보호가스 공급부와 상기 보호가스를 박막증착용 챔버로 이송하는 보호가스 주입라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착 장치의 원료가스 공급장치.
제 1항에 있어서, 금속박막이 형성될 때, 금속박막 상단에 보호막 또는 절연막을 형성하는데 사용되는 가스를 공급하는 보호막용 가스 공급부 및 상기 보호막용 가스를 박막증착용 챔버로 이송하는 보호막용 가스주입라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착 장치의 원료가스 공급장치.
제 3항에 있어서, 상기 운반가스 주입라인에는 원료가스 발생부와 챔버 사이의 라인을 정화하는 정화배관이 연결되어 정화가스 공급부로부터 정화가스가 공급되는 것을 특징으로 하는 박막증착 장치의 원료가스 공급장치.
제 5항에 있어서, 상기 박막증착용 챔버 내의 투명 광학 창에 원료가스가 증착되지 않도록 주입하는 정화가스를 공급하는 정화가스 공급부와 상기 정화가스를 박막증착용 챔버로 이송하는 정화가스 주입라인을 더 포함하고, 상기 보호막용 가스 주입라인에는 원료가스 발생부와 챔버 사이의 라인을 정화하는 정화배관이 연결되어 정화가스 공급부로부터 정화가스가 공급되는 것을 특징으로 하는 박막증착 장 치의 원료가스 공급장치.
제 3항 내지 제 5항의 어느 한 항에 있어서, 상기 정화가스 주입라인, 보호가스 주입라인 및 보호막용 가스 주입라인에는 가스의 유량을 조절하기 위한 유량 제어장치가 형성되어 있고, 상기 유량 제어장치의 전후에는 밸브가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박막증착 장치의 원료가스 공급장치.
제 3항 내지 제 5항의 어느 한 항에 있어서, 상기 정화가스 주입라인, 보호가스 주입라인 및 보호막용 가스 주입라인에는 히터가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박막증착 장치의 원료가스 공급장치.
제 1항에 있어서, 상기 원료가스 발생부는 금속재료를 저장하고 있는 금속재료 공급부와, 상기 금속재료를 승화점 이상으로 가열하기 위한 히터부와, 상기 가열되는 온도를 감지하기 위한 온도센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착 장치의 원료가스 공급장치.
제 10항에 있어서, 상기 금속재료 공급부는 운반가스 주입라인과 연결되어 운반가스를 분사하기 위한 노즐 형태로 된 가스 분사기와, 운반가스와 혼합된 원료가스를 배기하기 위한 역V자 형의 배기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치의 원료가스 공급장치.
제 10항에 있어서, 상기 온도센서의 온도를 감지하여 히터의 온도를 제어하는 온도 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치의 원료가스 공급장치.
박막증착 대상체와 소정의 이격 간격으로 배치되어 박막을 증착하는 박막증착용 챔버에서 배기되는 배기가스에서 금속재료를 수집하는 금속재료 수집부; 및

상기 챔버에 연결된 잔류가스 배기라인을 통하여 챔버 내의 잔류가스를 일정한 압력으로 펌핑하는 펌프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착 장치의 잔류가스 처리장치.
제 13항에 있어서, 상기 잔류가스 처리장치는 상기 금속재료 수집부에서 분리되지 않은 금속재료를 열적 처리과정을 거쳐 분리하는 열처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착 장치의 잔류가스 처리장치.
제 13항 또는 제 14항에 있어서, 상기 잔류가스 처리장치는 상기 금속재료 수집부 또는 열처리부에서 배기되는 배기가스에서 금속입자를 필터링하는 필터부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착 장치의 잔류가스 처리장치.
제 13항에 있어서, 상기 배기라인은 내부의 압력 및 유량을 감지하는 배기압 및 배기 유량 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착 장치의 잔류가스 처리장치.
제 13항 또는 제 14항에 있어서, 상기 챔버, 금속재료 수집부 및 열처리부를 연결하는 배기라인에는 잔류가스를 금속재료의 승화점 이상으로 유지하는 히터가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박막증착 장치의 잔류가스 처리장치.
제 13항에 있어서, 상기 금속재료 수집부의 전후를 우회하여 연결된 우회 배기라인이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박막증착 장치의 잔류가스 처리장치.
제 13항에 있어서, 상기 배기라인은 제 1배기라인과 제 2배기라인으로 구성되며, 제2배기라인은 금속재료 수집부를 우회하여 열처리부와 연결되는 것을 특징으로 하는 박막증착 장치의 잔류가스 처리장치.
제 18항에 있어서, 상기 우회 배기라인에는 배기가스의 우회 여부에 따라 온/오프되는 밸브와 배기가스를 금속재료의 승화점 이상으로 유지하는 히터가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박막증착 장치의 잔류가스 처리장치.
제 13항에 있어서, 상기 금속재료 수집부의 내벽에는 냉각장치가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박막증착 장치의 잔류가스 처리장치.
제 13항에 있어서, 상기 금속재료 수집부는 내부를 분리하는 2개 이상의 격벽이 형성되어 있고, 상기 격벽 상호간의 대각선 위치에 가스 이동 홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박막증착 장치의 잔류가스 처리장치.
제 14항에 있어서, 상기 열처리부는 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착 장치의 잔류가스 처리장치.
제 23항에 있어서, 상기 히터는 100℃ 내지 600℃로 가열하는 것을 특징으로 하는 박막증착 장치의 잔류가스 처리장치.
박막증착 대상체와 소정의 이격 간격으로 배치되어 박막을 증착하는 박막증착용 챔버에서 배기되는 배기가스에서 금속재료를 수집하는 금속재료 수집부;

상기 금속재료 수집부에서 분리되지 않은 금속재료를 열적 처리과정을 거쳐 분리하는 열처리부;

상기 열처리부에서 배기되는 배기가스에서 금속입자를 필터링하는 필터부;

상기 챔버에 연결된 잔류가스 배기라인을 통하여 챔버 내의 잔류가스를 일정한 압력으로 펌핑하는 펌프; 및

상기 펌프의 흡입 정도를 조절하여 배기압 및 유량을 조정하는 배기압 및 배기유량 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착 장치의 잔류가스 처리장 치.
제 25항에 있어서, 상기 배기라인에는 배기압의 압력 및 유량을 체크하는 배기압 및 배기유량 센서가 형성되어 있고, 상기 배기압 및 배기유량 조절부는 상기 센서의 결과값에 따라 펌프의 압력을 조절하는 것을 특징으로 하는 박막증착 장치의 잔류가스 처리장치.
박막증착 대상체와 소정의 이격 간격으로 배치되어 박막을 증착하는 박막증착용 챔버에 원료가스를 공급하고 원료가스 공급부와, 상기 챔버, 상기 챔버에서 배출되는 잔류가스를 처리하는 잔류가스 처리부를 포함하는 박막증착 장치에 원료가스를 공급하는 방법에 있어서,

상기 박막증착용 챔버 내에 형성되어 있는 광학창에 원료가스가 증착되지 않도록 정화가스와, 상기 박막증착용 챔버 내의 원료가스가 외부로 누출되지 않도록 에어 커튼을 형성하기 위한 보호가스와, 박막 증착을 위한 원료 가스를 단계적으로 공급하는 단계; 및

금속 박막증착이 완료되었는지 여부를 판단하고, 그 결과에 따란 원료가스 공급을 계속하거나, 원료가스 공급을 차단하고 금속박막 상단에 보호막 또는 절연막을 형성하기 위한 보호막용 가스를 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착 장치의 원료가스 공급 방법.
제 27항에 있어서, 상기 보호막용 가스의 공급 후 단계 후, 보호막 증착이 완료되었는지 여부를 판단하고, 그 결과에 따라 보호막용 가스를 계속 공급하거나 보호막용 가스 공급을 차단하고 원료가스를 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착 장치의 원료가스 공급 방법.
제 27항에 있어서, 상기 원료가스 또는 보호막용 가스의 공급 및 차단은 상기 챔버의 전단에 형성되어 있는 밸브를 온 또는 오프하여 공급 또는 차단하는 것을 특징으로 하는 박막증착 장치의 원료가스 공급 방법.
박막증착 대상체와 소정의 이격 간격으로 배치되어 박막을 증착하는 박막증착용 챔버에 원료가스를 공급하고 원료가스 공급부와, 상기 챔버, 상기 챔버에서 배출되는 잔류가스를 처리하는 잔류가스 처리부를 포함하는 박막증착 장치에 잔류가스를 처리하는 방법에 있어서,

상기 챔버의 배기가스를 수집하는 단계;

상기 수집된 배기가스를 금속의 승화점 미만으로 냉각하여 금속재료를 추출하는 단계; 및

상기 금속재료가 추출된 배기가스를 열처리 및 필터링 단계를 거쳐 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착 장치의 잔류가스 처리 방법.