KR101072625B1 - 줄 가열을 이용한 증착 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
진공 환경에서 순간적인 줄 가열을 이용하여 기판에 박막을 패턴닝하는 줄 가열을 이용한 증착 장치 및 방법이 개시된다. 도전층 형성부는 소스기판의 일면에 증착하려는 패턴으로 도전층을 형성시킨다. 증착 대상물층 형성부는 도전층을 덮도록 소스기판의 일면에 증착 대상물층을 형성시킨다. 챔버는 도전층 및 증착 대상물층이 형성된 소스기판을 수용하며 진공이 형성된다. 타겟기판은 챔버 내에 소스기판과 대향되게 배치된다. 전원공급부는 도전층에 전원을 인가하여 도전층을 발열시킨다. 따라서, 증착 장치의 구성이 매우 간단해지며, 증착 두께를 균일하게 형성하는 것이 용이해진다.
증착, 진공
Description
이 기술은 증착 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 진공 환경에서 순간적인 줄 가열을 이용하여 기판에 박막을 패턴닝하는 줄 가열을 이용한 증착 장치 및 방법에 관한 것이다.
증착 공정은 반도체 소자의 제조 공정 및 평판 디스플레이의 제조 공정 등에서 수행된다.
즉, 반도체 소자의 제조는 기판에 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등과 같은 금속을 증착하는 공정을 포함한다. 또한, 평판 디스플레이의 제조는 기판에 유기물 또는 무기물을 증착하는 공정을 포함한다. 무기물 사용소자는 플라스마 표시장치(PDP : Plasma Display Panel), 전계방출 표시장치(FED : Field Emission Display) 등이 있으며, 유기물 사용소자는 액정 표시장치(LCD : Liquid Crystal Display), 유기전계발광 표시장치(OELD : Organic Electro Luminescence Display) 등이 있다.
증착 방법은 크게 화학기상증착(CVD : Chemical Vapor Deposition)과 물리기 상증착(PVD : Physical Vapor Deposition) 등으로 분류된다. 화학기상증착은 소스 가스의 화학적 반응을 이용하며, 물리기상증착은 물리적 기구를 이용하는 것으로 진공 열 증착(Evaporation), 이온 플레이팅(Ion-plation) 및 스퍼터링(Sputtering) 등을 포함한다. 이러한 증착 방법은 증착 대상물의 종류 및 공정의 조건에 따라 선택적으로 사용될 수 있으며, 각 방법은 각기 다른 증착 장치를 필요로 한다.
도 1은 종래의 증착 장치의 개략적인 구성을 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 증착 장치(100)는 진공이 형성된 챔버(110)와, 챔버(110)의 하부에 배치되어 증착 대상물(121)을 수용하는 도가니(120)와, 도가니(120)의 가열에 의해 증기화된 증착 대상물(121)이 표면에 달라붙는 기판(130) 및, 기판(130)과 도가니(120) 사이에 배치되어 기판(130)의 증착될 부위를 노출시키는 섀도우마스크(140)를 포함한다.
하지만, 종래의 증착 장치는 도가니로부터 증기화되는 증착 대상물이 균일하게 확산되지 못하기 때문에, 기판의 증착두께를 균일하게 형성하는 것이 어려운 단점이 있었다. 이를 해결하기 위해, 챔버 내에 별도의 셔터를 설치하여 기판이 도가니에 노출되는 시간을 제어하는 방법이 이용되기도 한다. 이에 따라, 증착 장치의 구성이 복잡해지고 생산 원가가 상승되는 문제점이 발생되었다.
또한, 종래의 증착 방법에서는 챔버 내의 열에 의해 섀도우마스크가 변형되거나 증착 대상물이 잘 분리되지 않는 단점이 있었다. 따라서, 섀도우마스크를 빈 번히 교체하여야 하거나 섀도우마스크를 반드시 세정하여야 하는 문제점 등이 있었다.
이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 기판에 증착 대상물을 균일하게 증착할 수 있고, 도가니 및 섀도우마스크를 반드시 필요로 하지 않아 구성이 간단한 줄 가열을 이용한 증착 장치 및 방법을 제공한다.
줄 가열을 이용한 증착 장치는 소스기판과, 소스기판의 일면에 증착하려는 패턴으로 도전층을 형성시키는 도전층 형성부와, 도전층을 덮도록 소스기판의 일면에 증착 대상물층을 형성시키는 증착 대상물층 형성부와, 도전층 및 증착 대상물층이 형성된 소스기판을 수용하며, 진공이 형성된 챔버와, 챔버 내에 소스기판과 대향되게 배치되는 타겟기판 및, 도전층에 전원을 인가하여 도전층을 발열시키는 전원공급부를 포함한다.
이 경우, 소스기판과 타켓기판은 수십㎛ 이하로 근접 배치되는 것이 바람직하다.
한편, 줄 가열을 이용한 증착 방법은 소스기판 일면에 증착하려는 패턴으로 도전층을 형성하는 단계와, 도전층을 덮도록 소스기판 일면에 증착 대상물층을 형성하는 단계와, 진공이 형성된 챔버 내에 소스기판과 타겟기판을 서로 대향되게 배치하는 단계와, 도전층에 전원을 인가하여 도전층을 발열시키는 단계 및, 도전층의 발열에 의해 타겟기판과 대향되는 도전층의 일면에 위치된 증착 대상물층을 증기화하여 타겟기판에 증착하는 단계를 포함한다.
따라서, 증착 장치의 구성이 매우 간단해지며, 증착 두께를 균일하게 형성하는 것이 용이해진다.
또한, 증착 공정에서 도전층의 순간적인 고온 발열을 이용함에 따라, 증착 공정에 소요되는 시간을 절감할 수 있다.
이하 첨부된 도면에 따라서 줄 가열을 이용한 증착 장치의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 일 실시 예에 따른 줄 가열을 이용한 증착 장치의 개략적인 구성을 도시한 것이고, 도 3은 일 실시 예에 따른 소스기판 및 타겟기판을 확대한 단면도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 증착 장치(1)는 소스기판(10)과, 도전층 형성부(20)와, 증착 대상물층 형성부(30)와, 챔버(40)와, 타겟기판(50) 및, 전원공급부(60)를 포함한다.
소스기판(10)은 절연성 소재로 이루어진다.
도전층 형성부(20)는 소스기판(10)의 일면에 도전층(21)을 형성시킨다. 이 경우, 도전층(21)은 증착하려는 패턴으로 형성된다. 도전층(21)은 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 텅스텐(W) 등으로 이루어지는 것이 바람직하다. 도전층(21)은 전원을 인가받아 저항열에 의해 가열된다.
증착 대상물층 형성부(30)는 소스기판(10)의 일면에 증착 대상물층(31)을 형 성시킨다. 증착 대상물층(31)은 도전층(21)을 덮도록 소스기판(10)의 일면 전체에 형성될 수 있다. 증착 대상물층(31)은 증착의 원료가 되는 것으로, 유기물, 무기물, 금속으로 이루어질 수 있다. 증착 대상물층 형성부(30)는 증착 대상물층(31)을 소스기판(10)에 형성시킬 수 있는 것이면 어떤 구성이든 관계없다.
예를 들어, 증착 대상물층 형성부(30)는 증착 방법에 의해 증착 대상물층(31)을 소스기판(10)에 형성시킬 수 있다. 이 경우, 증착 대상물층 형성부(30)는 증착 장치의 구성을 갖는다. 또한, 증착 대상물층 형성부(30)는 도포 방법에 의해 증착 대상물층(31)을 소스기판(10)에 형성시킬 수 있다. 이 경우, 증착 대상물층 형성부(30)는 도포 장치의 구성을 갖는다.
챔버(40)는 내부에 진공이 형성되는 것으로, 도전층(21) 및 증착 대상물층(31)이 형성된 소스기판(10)을 수용한다.
타겟기판(50)은 챔버(40) 내에 소스기판(10)과 대향되게 배치된다. 즉, 타겟기판(50)은 소스기판(10)에 형성된 증착 대상물층(31)과 마주보게 배치된다.
이 경우, 타겟기판(50)은 소스기판(10)과 수십㎛ 이하로 근접 배치되는 것이 바람직하다.
전원공급부(60)는 도전층(21)에 연결되어 전원을 인가한다. 전원공급부(60)에 의해 전원을 인가받은 도전층(21)은 순간적으로 발열되어 고온이 된다.
도 4a,4b들은 일 실시 예에 따른 증착 과정을 도시한 것이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 타겟기판(50)은 소스기판(10)과 마주보게 배치된다. 도면에 따르면, 타겟기판(50)이 소스기판(10)의 상부에 배치되어 있으나, 두 기판(10)(50)들은 서로 수직으로 세워진 상태로 나란히 배치될 수 있으며 상하 위치가 서로 바뀔 수 있다.
소스기판(10)의 상면에 도전층(21)이 증착하려는 패턴으로 형성된다. 또한, 도전층(21)의 상면에는 증착 대상물층(31)이 형성된다. 도전층(21)에 전원을 인가하면, 도전층(21)은 저항열에 의해 고온으로 가열된다. 도전층(21)의 직상면에 위치한 증착 대상물층(31')은 도전층(21)의 가열에 의해 증기화된다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 증기화된 증착 대상물층(31')은 챔버(40) 내의 진공 분위기에서 확산된다. 확산된 증착 대상물층(31')은 소스기판(10)의 상부에 매우 인접하게 배치된 타겟기판(50)의 하면에 증착된다. 진공 상태에서 증기화된 증착 대상물층(31')은 직진성을 가지며 확산되기 때문에, 타겟기판(50)에 도전층(21)의 패턴대로 증착 대상물층(31')이 증착된다. 따라서, 타겟기판(50)에 증착하려는 패턴으로 증착 대상물을 형성할 수 있다.
정리하면, 줄 가열을 이용한 증착 장치(1)는 타겟기판(50)에 증착하고자 하는 패턴을 형성시키기 위해, 소스기판(10)을 사용한다. 소스기판(10)에는 증착하려는 패턴대로 도전층(21)이 형성되어 있으며, 그 위에 증착 대상물층(31)이 박막의 형태로 형성된다.
이 경우, 소스기판(10)에 도전층(21)을 형성하는 작업 및 도전층(21)에 증착 대상물층(31)을 형성하는 작업은 비교적 용이하게 수행될 수 있다. 왜냐하면, 줄 가열을 이용한 증착 장치(1)는 증착 대상물을 가열시키는 도가니 및 타겟기판에 증착하려는 패턴을 형성시키는 섀도우 마스크 등을 필요로 하지 않기 때문이다.
따라서, 줄 가열을 이용한 증착 장치(1)는 매우 간단한 구성으로 이루어질 수 있다.
또한, 증착 대상물층(31)은 다양한 코팅 방법 또는 증착 방법을 이용하여 용이하게 소스기판(10)에 도포 또는 증착 될 있다. 이 경우, 소스기판(10)에 증착 대상물층(31)을 균일한 두께로 형성하는 것이 가능하다. 따라서, 타겟기판(50)에 증착되는 증착 대상물층(31)의 두께는 균일해진다.
한편, 도 5는 도 2의 변형 예에 따른 줄 가열을 이용한 증착 장치의 개략적인 구성을 도시한 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 도전층 형성부(20) 및 증착 대상물층 형성부(30)는 챔버(40) 내에 구성될 수 있다. 즉, 단일 챔버(40) 내에서 소스기판(10)에 도전층(21)을 형성하고 그 위에 증착 대상물층(31)을 형성하는 것도 가능하다. 또한, 도시되지는 않았으나 도전층 형성부(20)는 챔버(40) 밖에 별도로 구성되고 증착 대상물층 형성부(30)는 챔버(40) 내에 구성되는 것도 가능하다.
도 6은 일 실시 예에 따른 줄 가열을 이용한 증착 방법을 도시한 흐름도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 줄 가열을 이용한 증착 방법은 소스기판에 도전층을 형성하는 단계(S100)와, 증착 대상물층을 형성하는 단계(S200)와, 소스기판과 타겟기판을 대향되게 배치하는 단계(S300)와, 도전층을 발열시키는 단계(S400) 및, 증착 대상물층을 증기화하여 타겟기판에 증착하는 단계(S500)를 포함한다.
도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면, (S100)단계에서 소스기판(10) 일면에 증 착하려는 패턴으로 도전층(21)을 형성한다.
(S200)단계는 소스기판(10) 일면에 증착 대상물층(31)을 형성하는 단계이다. 증착 대상물층(31)은 (S100)단계에서 소스기판(10) 일면에 형성된 도전층(21)을 완전히 덮도록 형성된다.
(S300)단계에서 진공이 형성된 챔버(40) 내에 소스기판(10)과 타겟기판(50)을 서로 대향되게 배치한다. (S300)단계는 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 즉, 챔버(40) 밖에서 소스기판(10)에 도전층(21) 및 증착 대상물층(31)을 형성한 후, 소스기판(10)과 타겟기판(50)을 대향되게 배치하고 챔버(40) 내로 로딩시킬 수 있다. 또한, 챔버(40) 밖에서 소스기판(10)에 도전층(21) 및 증착 대상물층(31)을 형성한 후, 챔버(40) 내에 배치된 타겟기판(50)을 향하여 소스기판(10)만을 로딩시킬 수 있다.
또한, 챔버(40) 밖에서 소스기판(10)에 도전층(21)을 형성한 후, 소스기판(10)을 챔버(40) 내로 로딩시켜 챔버(40) 내에서 증착 대상물층(31)을 소스기판(10)에 형성한 후, 소스기판(10)과 타겟기판(50)을 대향되게 배치하는 것도 가능하다. 이 밖에도, 소스기판(10)과 타겟기판(50)의 이송은 다양한 방식으로 구현될 수 있다.
(S400)단계에서 도전층(21)에 전원을 인가한다. 전원의 공급은 전원공급부(60)에 의해 이루어질 수 있다. 전원이 인가된 도전층(21)은 단시간 내에 고온으로 가열된다. 예를 들어, 수㎲ 내지 수백㎲의 시간동안 수십kw/㎠의 전력을 도전층(21)에 공급하면, 도전층(21)은 1000℃이상으로 순간 발열될 수 있다. 다른 예로 는, 전력 공급 시간을 수백㎱ 내지 수㎳의 범위로 설정할 수 있으며, 도전층(21)의 도달 온도를 400℃ 내지 800℃의 범위로 설정하는 것도 가능하다.
(S500)단계에서 증착 대상물층(31)을 타겟기판(50)에 증착한다. 즉, 도전층(21)이 발열하면, 도전층(21)의 일면 즉, 타겟기판(50)과 마주보는 도전층(21)의 일면에 위치한 증착 대상물층(31)은 증기화된다. 이후에, 증기화된 증착 대상물층(31)은 진공인 챔버(40) 내에서 확산되어 타겟기판(50)에 증착된다.
이와 같은 줄 가열을 이용한 증착 방법은 챔버 내에서 도가니를 가열하는 단계가 필요없기 때문에, 증착 공정에 소요되는 시간을 크게 줄일 수 있다. 또한, 소스기판에 도전층 및 증착 대상물층을 용이하게 형성가능하여, 챔버에 소스기판 및 타겟기판을 로딩 및 언로딩하면서 대량의 증착 공정을 수행 가능하다. 따라서, 줄 가열을 이용한 증착 방법은 대량 생산에 적합하다.
지금까지 줄 가열을 이용한 증착 장치 및 방법은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
도 1은 종래의 증착 장치의 개략적인 구성을 도시한 것이고,
도 2는 일 실시 예에 따른 줄 가열을 이용한 증착 장치의 개략적인 구성을 도시한 것이고,
도 3은 일 실시 예에 따른 소스기판 및 타겟기판을 확대한 단면도이고,
도 4a,4b들은 일 실시 예에 따른 증착 과정을 도시한 것이고,
도 5는 도 2의 변형 예에 따른 줄 가열을 이용한 증착 장치의 개략적인 구성을 도시한 것이고,
도 6은 일 실시 예에 따른 줄 가열을 이용한 증착 방법을 도시한 흐름도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 증착 장치 10 : 소스기판
20 : 도전층 형성부 21 : 도전층
30 : 증착 대상물층 형성부 31 : 증착 대상물층
40 : 챔버 50 : 타겟기판
60 : 전원공급부
Claims (5)
- 소스기판;상기 소스기판의 일면에 증착하려는 패턴으로 도전층을 형성시키는 도전층 형성부;상기 도전층을 덮도록 상기 소스기판의 일면에 증착 대상물층을 형성시키는 증착 대상물층 형성부;상기 소스기판과 대향되게 배치되는 타겟기판; 및상기 도전층에 전원을 인가하여 상기 도전층을 발열시키는 전원공급부;상기 도전층, 증착 대상물층이 형성된 상기 소스기판 및 상기 타겟기판을 수용하며, 진공이 형성된 챔버;를 포함하는 줄 가열을 이용한 증착 장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 소스기판과 상기 타겟기판은 수십㎛ 이하로 근접 배치되는 줄 가열을 이용한 증착 장치.
- 소스기판 일면에 증착하려는 패턴으로 도전층을 형성하는 단계;상기 도전층을 덮도록 상기 소스기판 일면에 증착 대상물층을 형성하는 단계;상기 소스기판과 타겟기판을 서로 대향되게 배치하는 단계;상기 도전층에 전원을 인가하여 상기 도전층을 발열시키는 단계; 및상기 도전층의 발열에 의해, 상기 타겟기판과 대향되는 도전층의 일면에 위치된 증착 대상물층을 증기화하여 상기 타겟기판에 증착하는 단계;를 포함하는 줄 가열을 이용한 증착 방법.
- 제4항에 있어서,상기 소스기판 및 상기 타겟기판은 진공이 형성된 챔버 내에 서로 대향되게 배치되는 줄 가열을 이용한 증착 방법.
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| KR1020090074434A KR101072625B1 (ko) | 2009-08-12 | 2009-08-12 | 줄 가열을 이용한 증착 장치 및 방법 |
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