KR100816683B1 - 박막증착시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박막증착시스템에 관한 것으로서, 특히 고체상태의 금속성분을 충전하는데 따른 공정상의 로스(Loss)를 줄일 수 있고, 동종의 금속박막 뿐만 아니라 이종접합과 같은 적층박막을 동시에 행할 수 있도록 하며, 증착되는 메탈소스 가스를 혼합한 후 대상체에 증착함으로써, 일정한 온도로 균일도가 높은 메탈소스 가스를 대상체에 증착시킬 수 있는 박막증착시스템에 관한 것이다.

본 발명의 박막증착시스템을 이루는 구성수단은, 박막증착 대상체와 소정의 이격 간격을 두고 상기 대상체의 상부 대기중에 배치되되, 인입되는 메탈소스 가스를 내부에 형성되는 믹싱공간부에서 혼합한 후, 상기 메탈소스 가스를 상기 대상체에 분사하여 박막을 증착하는 박막증착용 챔버와, 내부에 메탈소스가 충전되어 있는 복수의 버블러와, 상기 복수의 버블러 중 적어도 하나에서 상기 챔버로 상기 메탈소스에 의한 메탈입자가 공급될 수 있도록 상기 복수의 버블러와 상기 챔버를 연결하는 복수의 메탈이송라인과, 상기 복수의 버블러로 불활성가스를 투입시키는 가스투입라인과, 상기 메탈이송라인 및 상기 가스투입라인에 마련되어 각 라인의 유로를 개폐하는 개폐밸브와, 상기 복수의 개폐밸브의 온오프(on/off) 동작을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

박막, 증착, 메탈소스

Description

박막증착시스템{thin film deposition system}

도 1은 본 발명에 따른 박막증착시스템에 대해 개략적으로 도시한 모식도,

도 2는 도 1의 박막증착시스템에 도시된 박막증착용 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 박막증착용 챔버를 이용하여 박막증착하는 과정을 모식화한 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 박막증착시스템 4 : 배기부

10 : 챔버 10a : 상부챔버부분

10b : 하부챔버부분 12 : 장착브래킷

20 : 메탈유로 30 : 가스유로

30d : 가스분사구 40 : 배출유로

40d : 흡입구 51,52 : 제1 및 제2버블러

61,62,63 : 제1 내지 제3메탈이송라인

70~72 : 가스투입라인 81,82 : 제1 및 제2분기관

본 발명은 박막증착시스템에 관한 것으로서, 특히 고체상태의 금속성분을 충전하는데 따른 공정상의 로스(Loss)를 줄일 수 있고, 동종의 금속박막 뿐만 아니라 이종접합과 같은 적층박막을 동시에 행할 수 있도록 하며, 증착되는 메탈소스 가스를 혼합한 후 대상체에 증착함으로써, 일정한 온도로 균일도가 높은 메탈소스 가스를 대상체에 증착시킬 수 있는 박막증착시스템에 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 플루오 르화마그네슘 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, 이제는 진공분위기를 형성하기 위한 진공탱크를 사용하지 않고서도 대기중에서 효율적으로 박막을 증착시킬 수 있고, 동종 또는 이종의 박막이 복 수개 겹쳐져서 형성되는 다층 박막을 형성시킬 수 있으며, 증착되는 메탈소스 가스가 일정한 온도로 분사될 뿐 아니라, 혼합에 의하여 균일도가 높은 상태로 증착될 수 있도록 하는 박막증착시스템을 개발해야 할 숙제를 안고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 적어도 두 개 이상의 버블러를 마련하고 이들 중 어느 하나로부터 기체상태의 메탈소스가 챔버로 공급될 수 있도록 함으로써 고체상태의 금속성분을 충전하는데 따른 공정상의 로스(Loss)를 줄일 수 있도록 한 박막증착시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 동종의 금속박막 뿐만 아니라 이종접합과 같은 적층박막을 동시에 행할 수 있도록 한 박막증착시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 메탈소스 가스를 대상체에 분사하기 전에 혼합함으로써, 대상체에 증착되는 메탈소스 가스의 균일도를 향상시키고, 일정한 온도를 가지는 메탈소스 가스를 대상체에 증착시키도록 하는 박막증착시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명인 박막증착시스템을 이루는 구성수단은, 박막증착 대상체와 소정의 이격 간격을 두고 상기 대상체의 상부 대기중에 배치되되, 인입되는 메탈소스 가스를 내부에 형성되는 믹싱공간부에서 혼합한 후, 상기 메탈소스 가스를 상기 대상체에 분사하여 박막을 증착하는 박막증착용 챔버와, 내부에 메탈소스가 충전되어 있는 복수의 버블러와, 상기 복수의 버블러 중 적어도 하나에서 상기 챔버로 상기 메탈소스에 의한 메탈입자가 공급될 수 있도록 상기 복수의 버블러와 상기 챔버를 연결하는 복수의 메탈이송라인과, 상기 복수의 버블러로 불활성가스를 투입시키는 가스투입라인과, 상기 메탈이송라인 및 상기 가스투입라인에 마련되어 각 라인의 유로를 개폐하는 개폐밸브와, 상기 복수의 개폐밸브의 온오프(on/off) 동작을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 믹싱공간부는 상기 메탈소스 가스가 혼합될 수 있는 공간을 가지는 고리 형태인 것을 특징으로 하고, 상기 혼합된 메탈소스 가스는 상기 믹싱공간부의 바닥면에 형성되는 복수개의 가스분사통로를 통하여 상기 대상체에 분사되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가스분사통로는 수평면을 기준으로 30° ~ 80° 사이로 기울어져 형성되는 것을 특징으로 하고, 상기 가스분사통로의 끝단에는 가스분사개폐기가 구비되되, 상기 제어부에 의하여 개폐되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 메탈이송라인에는 히터가 마련되되, 상기 히터는 상기 메탈이송라인을 따라 연속적으로 마련되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 챔버에 마련되어 상기메탈이송라인을 통해 공급되는 상기 메탈입자를 상기 대상체로 전달하는 메탈유로와, 상기 메탈유로를 통해 상기 대상체로 제공되는 메탈입자가 외부 대기와 격리될 수 있도록 상기 챔버에 마련되고 상기 가스투입라인의 어느 일 분기관을 통해 전달된 불활성가스를 상기 대상체로 전달하는 가스유로와, 상기 챔버에 마련되어 사용 후 발생한 부산물 및 불활성가스를 배출하는 적어도 하나의 배출유로와, 상기 배출유로에 연통하여 상기 배출유로를 통해 배출되는 사용완료된 메탈입자 및 불활성가스를 펌핑하는 배기부를 포함하여 이루어 진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 챔버는 판면방향을 따라 상호 착탈가능한 상부 및 하부챔버 부분으로 구성되고, 상기 메탈유로는, 상기 복수의 버블러 중 어느 하나 혹은 하나 이상으로부터 상기 상부 및 하부챔버 부분 중 어느 하나를 통해 상기 메탈입자를 상기 믹싱공간부로 안내하는 메탈안내구간을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 메탈안내구간은 하부챔버 부분에 형성되고, 상기 믹싱공간부 상부의 상부챔버 부분에는 상기 믹싱공간부로 인입된 메탈소스 가스가 역류되는 것을 방지하는 윈도우글라스 오염방지용 배기구간이 형성되며, 상기 하부챔버 부분에는 상기 배기구간으로 가스를 공급하는 가스공급로가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가스유로는, 상기 분기관으로부터 상기 상부 및 하부챔버부분 중 어느 하나를 통해 상기 불활성가스를 안내하는 제1가스안내구간과, 상기 상부챔버부분에 형성되어 상기 제1가스안내구간의 단부와 연통하는 제2가스안내구간과, 상기 하부챔버부분에 형성되어 상기 제2가스안내구간과 연통하는 제3가스안내구간을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제3가스안내구간에는 상기 제1 및 제2가스안내구간으로부터 안내된 가스를 상기 대상체를 향해 에어커튼식으로 분사하기 위한 복수의 가스분사구가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 배출유로는 상기 메탈유로 및 상기 가스유로 사이에 원주방향을 따라 배치되는 제1배출유로부분과; 상기 가스유로의 반경방향 외측에 원주방향을 따라 배치되는 제2배출유로부분을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 구성수단으로 이루어져 있는 본 발명인 박막증착시스템에 관한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 박막증착시스템(1)은, 앞서 설명한 바와 같이, 진공분위기를 형성해야만 하는 진공탱크 없이도, 레이저를 이용하여 대기중에서 박막증착 대상체(5)의 표면에 미세금속도선 박막을 증착시킬 수 있도록 한 것이다.

상기 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 박막증착시스템(1)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 박막증착 대상체(5)와 소정의 이격간격을 두고 대상체(5)의 상부 대기중에 배치되는 박막증착용 챔버(10)와, 내부에 메탈소스(이를 고체상태의 금속성분이라 표현함)가 충전되어 있는 제1 및 제2버블러(51,52)와, 제1 및 제2버블러(51,52) 중 적어도 어는 하나에서 챔버(10)로 메탈소스에 의한 메탈입자가 공급될 수 있도록 제1 및 제2버블러(51,52)와 챔버(10)를 연결하는 제1 내지 제3메탈이송라인(61~63)과, 제1 및 제2버블러(51,52)로 불활성가스를 투입시키는 가스투입라인(70~72)과, 제1 내지 제3메탈이송라인(61~63)과 가스투입라인(70~72)에 마련되어 각 라인의 유로를 개폐하는 복수의 개폐밸브(61a,62a,71a,72a)와, 복수의 개폐밸브(61a,62a,71a,72a)의 온오프(ON/OFF) 동작을 제어하는 제어부(미도시)와, 박막의 증착과정에서 발생된 부산물 및 불활성가스를 펌핑하기 위한 배기부(4)로 이루어져 있다.

상기 박막증착용 챔버(10)의 구조 중, 특징적인 구조는 내부에 믹싱공간부(20b)가 형성되어 있다는 것이다. 상기 믹싱공간부(20b)는 상기 박막증착용 챔버(10) 내부로 인입되는 메탈소스 가스가 혼합될 수 있도록 하는 공간이다. 그리고, 혼합된 메탈소스 가스를 상기 대상체에 분사될 수 있도록 하는 구조를 가지고 있다.

즉, 상기 믹싱공간부(20b)는 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 메탈소스 가스가 혼합될 수 있는 공간을 가지도록 하되, 고리 형태를 하고 있다. 한편, 상기 믹싱공간부(20b)의 바닥면에는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 혼합된 메탈소스 가스가 대상체로 분사될 수 있도록 복수개의 가스분사통로(20c)가 구비되어 있다.

상기 복수개의 가스분사통로(20c)는 수평면을 기준으로 하여 소정 각도(도 5에서 θ로 표기됨)로 기울어져 형성되어 있다. 결과적으로, 상기 복수개의 가스분사통로(20c)의 끝단은 하나의 포인트(증착점)를 향하도록 형성되어 있다. 상기 가스분사통로(20c)의 기울어진 각도는 30° 내지 80° 사이의 범위인 것이 바람직하다. 상기 가스분사통로(20c)의 끝단에는 가스분사개폐기(미도시)가 구비되어 상기 제어부(미도시)의 제어에 따라 개폐된다.

한편, 메탈소스로 충전되어 있는 상기 제1 및 제2버블러(51,52)의 내부에는 예를 들어, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 니켈, 철 등의 무기화합물로 된 고체상태의 금속성분(메탈소스)이 충전되어 있다. 물론, 경우에 따라 제1 및 제2버블러(51,52)에 각각 동일한 메탈소스를 충전시킬 수도 있고 상이한 메탈소스를 충전시킬 수도 있어 동종의 금속박막 뿐만 아니라 이종접합과 같은 적층박막을 동시에 행할 수 있는 장점을 가진다.

제1 내지 제3메탈이송라인(61~63)에는 제1 내지 제3메탈이송라인(61~63)을 가열하기 위한 히터(미도시)가 마련되어있다. 이 때의 히터는 열선의 형태로써 제1 내지 제3메탈이송라인(61~63)을 일체로 감싸는 역할을 하여, 고체상태의 금속성분이 기체상태로 변화하는데 일조를 한다. 즉, 상기 메탈소스가 상기 제1 내지 제3메탈이송라인(61~63)을 거쳐, 챔버로 이동할 때는 기체 상태의 메탈소스 가스 상태로 이동된다.

한편, 제1 및 제2버블러(51,52)에 충전된 메탈소스가 기체상태인 메탈입자로 변화한 후, 제1 내지 제3메탈이송라인(61~63)을 통해 챔버(10)로 이송되려면, 제1 및 제2버블러(51,52) 자체를 가열해야 함은 물론, 메탈입자를 제1 내지 제3 메탈이송라인(61~63)으로 밀어내는 원동력이 필요하다.

이를 위해, 본 시스템에서는 아르곤(Ar)과 같은 불활성가스를 가스투입라인(70~72)을 통해 제1 및 제2버블러(51,52)로 투입하고 있다. 물론, 전술한 것처럼 각 라인에는 해당 유로를 개폐하는 복수의 개폐밸브(61a,62a,71a,72a)가 제어부에 의해 온오프(ON/OFF) 동작할 수 있도록 되어 있다.

이에, 제어부가 제1개폐밸브(61a)를 동작시켜 해당하는 제1메탈이송라인(61)의 유로를 차단하면, 제2버블러(52) 내의 메탈입자만이 제2메탈이송라인(62)을 통해 챔버(10) 내의 메탈유로(20)로 향하여, 박막증착에 관여한다.

그러나, 공정이 진행되는 과정에서 제2버블러(52) 내의 메탈소스가 다 소진되고 나면, 제어부는 제2개폐밸브(62a)를 동작시켜 해당 제2메탈이송라인(62)의 유로를 차단한다. 그러면, 이번에는 제1버블러(51) 내의 메탈입자만이 제1메탈이송라인(61)을 통해 챔버(10) 내의 메탈유로(20)로 제공되어 박막증착에 관여한다.

이 때, 작업자는 내부가 비어 있는 제2버블러(52) 내에 다시 고체상태의 메탈소스를 충전하면 되기 때문에, 종래와 같이 시스템의 가동을 중지시필 필요가 없다. 따라서, 고압가스의 충전에 따른 공정상의 로스(Loss)를 현격하게 줄일 수 있게되는 것이다.

이 때, 가스투입라인(70)의 일부구간에는 해당 불활성가스를 분기하여 각기 다른 용도로 이용할 수 있도록 제1 및 제2 분기관(81,82)이 마련되어 있다. 제1분기관(81)은 후술할 가스유로(30)와 연결되어 에어커튼의 역할을 행하고, 제2분기관(82)은 윈도우글라스(W/G) 구간으로 투입된다.

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.

박막증착용 챔버(10)는, 도 2, 도 3a 및 도 3b, 그리고 도 4에 도시된 바와 같이, 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, 상부챔버 부분(10a)의 일측에는 위의 박막증착시스템(1)에 챔버(10)를 장착시키기 위한 장착브래킷(12)이 마련되어 있다. 상기 장착브래킷(12)에는 복수의 장착공(12a)이 형성되어 있다.

한편, 챔버(10) 내에는 제1 및 제2버블러(51,52) 중 어느 하나 혹은 하나 이상을 통해 제1 내지 제3메탈이송라인(61~63)을 경유, 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 제1분기관(81)을 통해 분기된 불활성가스를 전달하는 가스유로(30)와, 배기부(4)와 연결되어 사용 후 발생된 부산물 및 불활성가스를 배출시키는 복수의 배출유로(40)가 마련되어 있다.

상기 메탈유로(20)는 제1 및 제2버블러(51,52) 중 어느 하나 혹은 하나 이상으로부터 제1 내지 제3메탈이송라인(61~63)을 통해 하부챔버부분(10b)으로 메탈소스 가스를 안내하는 메탈안내구간(20a)을 포함하여 구성된다. 상기 메탈안내구간(20a)을 통해 인입되는 메탈소스 가스는 하부챔버부분(10b)에 형성되어 있는 믹싱공간부(20b)로 인입된다.

만일, 상부 및 하부챔버부분(10a,10b)이 도 2 내지 도 3b에 도시된 것처럼 사각평면부(11a)와 부분원호부(11b)로 형성될 경우라면, 상기 믹싱공간부(20b)는 부분원호부(11b)의 축심 둘레에 고리 모양으로 형성되는 것이 유리하다. 그러나, 반드시 챔버(10)는 도시한 것과 같은 형상을 가질 필요는 없고 전체적으로 사각형 상이나 원형상, 삼각 형상 등을 이룰 수도 있을 것이다.

한편, 상기 믹싱공간부(20b)의 상부 영역인, 상부챔버부분(10a)에는 상기 메탈안내구간(20a)과 상기 믹싱공간부(20b)를 통해 인입된 메탈입자인 메탈소스 가스가 역류하는 것을 저지하는 윈도우글라스(W/G) 오염방지용 배기구간(25a)이 형성되어 있다.

즉, 메탈입자인 메탈소스 가스가 상기 메탈안내구간(20a) 및 믹싱공간부(20b)를 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 역시, 제2분기관(82)을 통해 분기되어 나오는 불활성가스를 공급함으로써, 메탈입자의 역류를 방지시키고 있는 것이다.

상기 가스유로(30)는, 가스투입라인(70)으로 흐르다가 분기된 후 제1분기관(81)을 통해 하부챔버부분(10b)으로 공급된 불활성가스를 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.

상기 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 불활성가스가 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. 이때, 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 가스유로(30)가 하나씩 마련되어 있는 것에 반해, 배출유로(40)는 2개가 마련된다. 물론, 경우에 따라 메탈유로(20), 가스유로(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 가스유로(30) 사이에 원주방향을 따라 배치되는 제1배출유로부분(41)과, 가스유로(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 연결되 어 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), 가스유로(30) 및 배출유로(40)가 상호 접하는 영역에 배치되어 메탈입자 및 가스등이 누출되는 것을 저지하게 된다.

이러한 구성을 갖는 박막증착시스쳄(1)을 이용하여 대상체(5)의 표면 소정 위치에 박막을 증착시키는 과정을 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

우선, 박막증착 대상체(5)와 소정의 이격간격을 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, 제어부가 제1개폐밸브(61a)를 동작시켜 해당하는 제1메탈이송라인(61)의 유로를 차단하면, 제2버블러(52) 내의 메탈입자만이 제2메탈이송라인(62)을 통해 챔버(10) 내의 메탈유로(20)로 향하여, 박막증착에 관여한다.

그러나, 공정이 진행되는 과정에서 제2버블러(52) 내의 메탈소스가 다 소진되고 나면, 제어부는 제2개폐밸브(62a)를 동작시켜 해당 제2메탈이송라인(62)의 유로를 차단한다. 그러면, 이번에는 제1버블러(51) 내의 메탈입자만이 제1메탈이송라인(61)을 통해 챔버(10) 내의 메탈유로(20)로 제공되어 박막증착에 관여한다.

물론, 제어부에 의해 제1 및 제2개폐밸브(61a,62a)가 모두 작동하여 서로 다른 메탈소스가 함께 이종접합과 같은 적층박막을 동시에 행할 수도 있는 것이다.

제1 및 제2버블러(51,52) 중 어느 하나 혹은 2개 모두로부터의 메탈입자가 제1 내지 제3메탈이송라인(61~63)을 선택 경유하여 공급되면 메탈안내구간(20a) 및 믹싱 공간부(20b)를 통해, 대상체(5)의 해당 위치로 분사됨과 동시에 레이저에 의해 대상체(5)의 표면에 박막이 증착되기 시작한다(도 6의 ⓧ 참조).

상기 믹싱 공간부(20b)에서 혼합된 메탈소스 가스는 수평면을 기준으로 소정 각도로 기울어져 형성되는 가스분사통로(20c)를 통해 대상체(5)의 표면에 분사된다.

메탈입자가 공급되는 동시에 가스투입라인(70)으로부터 분기된 제1분기관(81)으로부터의 불활성가스가 제공되어 해당 가스라인을 통해 제1 내지 제3가스안내구간(30a~30c)으로 분사된다. 분사된 고압가스는 대상체(5)로 공급되는 메탈입자인 메탈소스 가스가 대기중의 공기와 접촉하지 않도록 에어커튼을 형성한다(도 6 의 ⓨ 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, 불활성가스 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, 적어도 두 개 이상의 버블러를 마련하고 이들 중 어느 하나로부터 기체상태의 메탈입자가 챔버(10)로 공급될 수 있도록 함으로써 고체상태의 금속성분을 충전하는데 따른 공정상의 로스(Loss)를 줄일 수 있다.

또한, 동종의 금속박막 뿐만 아니라 이종접합과 같은 적층박막을 동시에 행할 수 있는 장점이 있다.

이상 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하였지만 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다.

전술한 실시예에서는, 박막증착시스템(1) 내에 두 개의 제1 및 제2버블러(51,52)와 이에 해당하는 두 개의 제1 및 제2가스라인(61,62)이 마련되어 있으나, 3개 이상의 버블러와 이에 해당하는 가스라인을 구비할 수도 있을 것이다.

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, 가스유로(30)를 통해 단일의 에어커튼이 형성되고 있지만, 필요에 따라 두 개 이상의 가스유로(30)를 형성하여 두 개 이상의 에어커튼이 형성되도록 할 수도 있을 것이다.

상기와 같은 구성 및 바람직한 실시예를 가지는 본 발명인 박막증착시스템에 의하면, 적어도 두 개 이상의 버블러를 마련하고 이들 중 어느 하나로부터 기체상태의 메탈소스가 챔버로 공급될 수 있도록 하기 때문에, 고체상태의 금속성분을 충전하는데 따른 공정상의 로스(Loss)를 줄일 수 있는 장점이 있다.

또한, 동종의 금속박막 뿐만 아니라 이종접합과 같은 적층박막을 동시에 행할 수 있는 장점이 있다.

또한, 메탈소스 가스를 대상체에 분사하기 전에 믹싱공간부에서 혼합하기 때문에, 대상체에 증착되는 메탈소스 가스의 균일도를 향상시키고, 일정한 온도를 가지는 메탈소스 가스를 대상체에 증착시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (12)

1. 박막증착 대상체와 소정의 이격 간격을 두고 상기 대상체의 상부 대기중에 배치되되, 인입되는 메탈소스 가스를 내부에 형성되는 믹싱공간부에서 혼합한 후, 상기 메탈소스 가스를 상기 대상체에 분사하여 박막을 증착하는 박막증착용 챔버와;

   내부에 메탈소스가 충전되어 있는 복수의 버블러와;

   상기 복수의 버블러 중 적어도 하나에서 상기 챔버로 상기 메탈소스에 의한 메탈입자가 공급될 수 있도록 상기 복수의 버블러와 상기 챔버를 연결하는 복수의 메탈이송라인과;

   상기 복수의 버블러로 불활성가스를 투입시키는 가스투입라인과;

   상기 메탈이송라인 및 상기 가스투입라인에 마련되어 각 라인의 유로를 개폐하는 개폐밸브와;

   상기 복수의 개폐밸브의 온오프(on/off) 동작을 제어하는 제어부를 포함하며,

   상기 믹싱공간부는 상기 메탈소스 가스가 혼합될 수 있는 공간을 가지는 고리 형태이며, 상기 혼합된 메탈소스 가스는 상기 믹싱공간부의 바닥면에 형성되는 복수개의 가스분사통로를 통하여 상기 대상체에 분사되며, 상기 가스분사통로는 수평면을 기준으로 30° ~ 80° 사이로 기울어져 있으며, 상기 가스분사통로의 끝단에는 상기 제어부에 의하여 개폐되는 가스분사개폐기가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 메탈이송라인에는 히터가 마련되되, 상기 히터는 상기 메탈이송라인을 따라 연속적으로 마련되는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
7. 청구항 1 또는 청구항 6에 있어서,

   상기 챔버에 마련되어 상기메탈이송라인을 통해 공급되는 상기 메탈입자를 상기 대상체로 전달하는 메탈유로와;

   상기 메탈유로를 통해 상기 대상체로 제공되는 메탈입자가 외부 대기와 격리될 수 있도록 상기 챔버에 마련되고 상기 가스투입라인의 어느 일 분기관을 통해 전달된 불활성가스를 상기 대상체로 전달하는 가스유로와;

   상기 챔버에 마련되어 사용 후 발생한 부산물 및 불활성가스를 배출하는 적어도 하나의 배출유로와;

   상기 배출유로에 연통하여 상기 배출유로를 통해 배출되는 사용완료된 메탈입자 및 불활성가스를 펌핑하는 배기부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
8. 청구항 7에 있어서,

   상기 챔버는 판면방향을 따라 상호 착탈가능한 상부 및 하부챔버 부분으로 구성되고,

   상기 메탈유로는, 상기 복수의 버블러 중 어느 하나 혹은 하나 이상으로부터 상기 상부 및 하부챔버 부분 중 어느 하나를 통해 상기 메탈입자를 상기 믹싱공간부로 안내하는 메탈안내구간을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
9. 청구항 8에 있어서,

   상기 메탈안내구간은 하부챔버 부분에 형성되고, 상기 믹싱공간부 상부의 상부챔버 부분에는 상기 믹싱공간부로 인입된 메탈소스 가스가 역류되는 것을 방지하는 윈도우글라스 오염방지용 배기구간이 형성되며, 상기 하부챔버 부분에는 상기 배기구간으로 가스를 공급하는 가스공급로가 형성되는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
10. 청구항 8에 있어서, 상기 가스유로는,

    상기 분기관으로부터 상기 상부 및 하부챔버부분 중 어느 하나를 통해 상기 불활성가스를 안내하는 제1가스안내구간과;

    상기 상부챔버부분에 형성되어 상기 제1가스안내구간의 단부와 연통하는 제2가스안내구간과;

    상기 하부챔버부분에 형성되어 상기 제2가스안내구간과 연통하는 제3가스안내구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
11. 청구항 10에 있어서,

    상기 제3가스안내구간에는 상기 제1 및 제2가스안내구간으로부터 안내된 가스를 상기 대상체를 향해 에어커튼식으로 분사하기 위한 복수의 가스분사구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.
12. 청구항 7에 있어서,

    상기 배출유로는 상기 메탈유로 및 상기 가스유로 사이에 원주방향을 따라 배치되는 제1배출유로부분과; 상기 가스유로의 반경방향 외측에 원주방향을 따라 배치되는 제2배출유로부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막증착장치.

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