KR101174377B1

KR101174377B1 - 막 증착 장치 및 막 증착 방법

Info

Publication number: KR101174377B1
Application number: KR1020107017244A
Authority: KR
Inventors: 하루히코 야마모토; 켄지로 코쿠부
Original assignee: 가부시키가이샤 알박
Priority date: 2008-04-09
Filing date: 2009-04-08
Publication date: 2012-08-16
Also published as: TW200942630A; CN101932753A; US9310524B2; WO2009125803A1; US20140295104A1; JPWO2009125803A1; JP5101690B2; US20110014398A1; KR20100099336A; CN101932753B; TWI402364B

Abstract

막 형성 장치(10)는 산화막 상에 형성된 발액막의 기계적 저항을 증가시킨다. 막 형성 장치(10)는 진공 챔버(11) 내에서 회전하는 기판을 향해 입자들을 방출함으로써 상기 기판 상에 산화된 막을 형성하며 상기 산화된 막을 향해 산소 플라즈마를 방출함으로써 상기 기판 상에 산화막을 형성하는 산화막 형성 유닛(14, 15, 16)을 포함한다. 기상 증착 유닛(17)은 가수 중축합 작용기와 발액성 작용기를 함유하는 실란 커플링제를 상기 산화막 상에 기상 증착시킨다. 중축합 유닛(20)은 상기 회전 기판 상의 상기 산화막을 향해 물을 공급함으로써 상기 실란 커플링제를 중축합시킨다. 상기 중축합 유닛은 상기 기상 증착 유닛이 상기 산화막 상에 상기 실란 커플링제를 기상 증착시키기 전에 상기 산화막에 상기 물을 공급한다.

Description

막 증착 장치 및 막 증착 방법{FILM DEPOSITION APPARATUS AND FILM DEPOSITION METHOD}

본 발명은 막 형성 장치 및 막 형성 방법에 관한 것이다.

광학 제품들에 사용되는 광학 박막은 각각 상이한 굴절률들을 갖는 복수의 막들을 포함한다. 개개의 막은 기판 상에 적층되어 반사 방지 특성, 필터링 특성 및 반사 특성과 같은 다양한 종류의 광학적 특성들을 나타낸다. 예를 들면, 탄탈륨, 티타늄, 니오븀 및 지르코늄과 같은 금속의 산화물이 고 굴절률 물질로서 사용되며, 실리콘 산화물 혹은 마그네슘 불화물은 저 굴절률 물질로서 사용된다.

광학 박막의 제조 공정은 저 굴절률 물질, 고 굴절률 물질 혹은 기타 유사한 물질을 포함하는 유전물질들에 의해 형성된 복수의 타겟들을 사용하며 상기 타겟들로부터 방출된 스퍼터링(sputtering) 입자들을 기판 상에 증착시키는 소위 스퍼터링 공정을 포함한다. 상기의 스퍼터링 공정은 상기 타겟의 표면 근처에 플라즈마를 주입하는 마그네트론(magnetron) 스퍼터링 공정 및 상기 타겟들에 고주파 파워를 인가하는 고주파(high frequency) 스퍼터링 공정을 포함한다.

상기 스퍼터링 방법에 있어서, 상기 타겟 물질로서 유전물질을 사용하는 경우, 상기 유전물질에 축전된 전하는 이상 방전(abnormal discharge)을 초래하는 경향이 있다. 따라서, 상기의 고주파 스퍼터링 공정이 일반적으로 선택된다. 그러나, 상기 고주파 파워 스퍼터링 공정을 사용하는 경우, 상기 마그네트론 스퍼터링 공정과 비교하여 플라즈마 밀도가 기판 이송 등에 의해 더 쉽게 변화하는 경향이 있으며 막 형성 속도가 급속히 감소할 수 있다. 상기 광학 박막 제조 공정에 대한 선행 기술에서 상기의 문제점들을 해결하기 위해 다양한 수단들이 제안되어 왔다.

특허문헌 1에서 설명되는 막 형성 장치는 진공 챔버 내부에 회전 드럼을 포함하고 상기 진공 챔버 내부에 상기 회전 드럼의 원주 방향으로 복수의 처리 영역들을 형성한다. 예를 들면, 상기 마그네트론 스퍼터링 공정을 사용하여 금속 막을 형성하기 위한 처리 영역, 상기 마그네트론 스퍼터링 공정을 사용하여 실리콘 막을 형성하기 위한 처리 영역 및 산소 플라즈마를 발생하여 산화공정을 수행하기 위한 처리 영역들이 상기 회전 드럼 주위에 형성된다. 특허문헌 1의 상기 막 형성 장치는 상기 회전 드럼을 회전시켜 상기 회전 드럼 상에 적층된 기판의 표면에 금속 막의 형성, 실리콘 막의 형성 및 각 막의 산화 공정을 선택적, 반복적으로 수행한다. 상기 특허 문헌 1에서, 고 굴절률 물질 및 저 굴절률 물질의 증착 공정이 안정적인 증착 조건들에서 가속화된다. 이는 상기 광학 박막 형성 공정의 속도 및 안정성을 증진시킨다.

광학 제품들에 사용되는 광학 박막들의 광학적 특성들은 외부로부터 다양한 종류의 액체들이 박막의 표면상에 수집되면 쉽게 열화된다. 따라서 상기 광학 박막의 표면상에 다양한 종류의 액체들에 대해 발액성(liquid repellent)을 갖는 발액막을 형성하는 것이 바람직하다. 상기 발액막을 형성하는 공정에 있어서, 발액성 작용기와 가수 축합 작용기를 포함하는 실란 커플링제를 사용하는 디핑(dipping) 공정을 먼저 수행하여 상기 광학 박막의 표면상에 상기 실란 커플링제를 포함하는 디핑 막을 형성한다. 그 후에, 상기 광학박막 상에 형성된 상기 디핑 막에 물을 공급하여 상기 실란 커플링제를 중축합(polycondensation) 시킴으로써 상기 발액막을 형성한다.

그러나, 상술한 공정에 의해 상기 발액막을 형성시, 중축합 개시제로 작용하는 물이 상기 디핑 막의 표면으로부터 공급된다. 이는 상기 디핑 막의 내부보다 상기 디핑 막의 표면에서 먼저 중축합을 개시시키고 상기 디핑막의 중합반응을 진행시킴으로써 상기 디핑막의 과 중합을 초래한다. 그 결과, 상기 물이 상기 디핑 막의 내부 및 상기 기판 부근에 도달하는 것이 곤란하게 된다. 이는 상기 실란 커플링제의 중합율 및 상기 기판과의 반응을 저하시킨다, 따라서, 상기 발액막의 기계적 강도 및 상기 발액막과 상기 광학 박막 사이의 접착성 등의 성질을 획득하는 것이 곤란해진다. 이는 상기 발액막의 분리 현상을 초래할 수 있다.

선행 기술 문헌

특허문헌 1: 일본공개특허공보 제2007-247028호

본 발명의 목적은, 산화막 상에 형성된 발액막의 기계적 저항성을 증가시킬 수 있는 막 형성 장치 및 막 형성 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면 막 형성 장치가 제공된다. 상기 막 형성 장치는 진공 챔버 내에서 회전하는 기판을 향해 입자들을 방출함으로써 산화된 막을 형성하고 상기 회전하는 기판 상의 상기 산화된 막을 향해 산소 플라즈마를 방출함으로써 상기 회전 기판 상에 산화막을 형성하는 산화막 형성 유닛을 포함한다. 기상 증착 유닛(vapor deposition unit)은 가수 중축합 작용기 및 발액성 작용기를 함유하는 실란 커플링제를 상기 회전 기판을 향해 기화시키고, 이를 상기 산화막 상에 기상 증착시킨다. 중축합 유닛은 상기 회전 기판 상의 상기 산화막을 향해 물을 공급함으로써 상기 실란 커플링제를 중축합시킨다. 상기 중축합 유닛은 상기 기상 증착 유닛이 상기 산화막 상에 상기 실란 커플링제를 기상 증착시키기 전에 상기 산화막에 상기 물을 공급한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면 막 형성 방법이 제공된다. 상기 방법은 진공 챔버 내에서 회전하는 기판을 향해 입자들을 방출함으로써 상기 기판 상에 산화된 막을 형성하는 단계, 상기 회전 기판 상의 상기 산화된 막을 향해 산소 플라즈마를 방출함으로써 상기 기판 상에 산화막을 형성하는 단계 및 가수 중축합 작용기 및 발액성 작용기를 함유하는 실란 커플링제와 물을 상기 산화막을 향해 공급함으로써 상기 산화막 상에 발액막을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 발액막을 형성하는 단계는 상기 산화막에 상기 실란 커플링제를 공급하기 이전에 상기 산화막에 상기 물을 공급하는 단계를 포함한다.

본 발명의 상기의 측면들 및 다른 측면들과 이점들은 수반하는 도면들과 함께 하기의 본 발명의 상세한 설명으로부터 더욱 완전히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 막 형성 장치를 나타내는 개략도이다.
도 2는 중축합 유닛을 나타내는 개략도이다.
도 3은 막 형성 공정을 나타내는 타이밍 선도이다.
도 4는 접촉각 및 막 형성 압력 간의 관계를 보여주는 도면이다.
도 5는 발액막의 마찰 저항을 나타내는 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 막 형성 장치(10)에 대해 도면들을 참조하여 논의할 것이다. 도 1은 막 형성 장치(10)를 나타내는 평면도이다. 도 2는 중축합 유닛(20)을 나타내는 개략도이다. 도 1을 참조하면, 상기 도면의 평면에 대해 수직한 방향(하기에서는 회전축 방향으로 간단히 지칭한다)으로 연장하는 다각형 케이스 형상의 진공 챔버(11)를 포함한다.

진공 챔버(11)는 내부에 상기 회전축 방향으로 연장하는 실린더 형상의 회전 드럼(12)을 포함한다. 회전 드럼(12)은 회전 메커니즘의 일 예이다. 회전 드럼(12)은 예를 들면 100rpm의 소정의 회전 속도로 반시계 방향(도 1에서 화살표로 표시된 방향)으로 중심축(하기에서는 회전축(C)으로 간단히 지칭한다) 주변을 회전한다. 회전 드럼(12)은 막 형성 개체 역할을 하는 기판(S)을 그것의 외측 원주의 표면을 따라 분리 가능하도록 지지하는 홀더(holder)이다. 회전 드럼(12)은 기판(S)의 표면이 진공 챔버(11)의 내부 표면을 직면하도록 유지하면서 회전 드럼(12)의 원주방향으로 기판(S)을 회전시킨다.

진공 챔버(11)는 회전 드럼(12)의 회전 방향을 따라 배치된 복수의 표면 처리 유닛(13)들을 포함한다. 복수의 표면 처리 유닛(13)들은 회전 드럼(12)의 외측 원주의 표면, 즉, 기판(S)의 표면을 향해 막 형성 물질을 형성하는 막 형성 입자들, 산화 가스, 실란 커플링제 및 물을 공급한다.

일 실시예에서, 진공 챔버(11)는 기판(S)에 금속 입자들을 공급하는 제1 막 형성 처리 유닛(14), 기판(S)에 실리콘 입자들을 공급하는 제2 막 형성 처리 유닛(15) 및 기판(S)에 활성 산소를 공급하는 산화 처리 유닛(16)을 포함한다. 제1 막 형성 처리 유닛(14), 제2 막 형성 처리 유닛(15) 및 산화 처리 유닛(16)은 산화막 형성 유닛의 예들이다. 도 1에 도시된 실시예는 복수의(예를 들어, 두 개의) 제1 막 형성 처리 유닛(14)들을 포함한다. 진공 챔버(11)는 또한 기판(S)에 실란 커플링제를 공급하는 기상 증착 유닛(17) 및 기판(S)에 상기 실란 커플링제와 중축합 반응을 개시하는 물을 공급하는 중축합 유닛(20)을 포함한다. 일 실시예에서, 중축합 유닛(20)은 기상 증착 유닛(17)으로부터 바라봤을 때, 회전 드럼(12)의 회전 방향과 반대 방향에 배치되어 있다. 다시 말하면, 중축합 유닛(20)은 기판(S)의 회전 방향에 대해 기상 증착 유닛(17)의 상류에 배치되어 있다. 따라서, 회전축(C) 주변을 회전하는 기판(S)은 중축합 유닛(20)을 직면한 후에 기상 증착 소스(18)를 직면한다.

제1 막 형성 처리 유닛(14)은 탄탈륨 및 알루미늄과 같은 금속으로 형성된 제1 타겟(14a), 제1 타겟(14a)을 스퍼터링 하기 위한 전극(도시되지 않음) 및 제1 타겟(14a)에서 바라봤을 때, 회전 드럼(12)에 더 근접한 측면을 개폐시키는 제1 셔터(shutter, 14b)를 포함한다. 막 형성 공정시, 제1 막 형성 처리 유닛(14)은 제1 셔터(14b)를 개방하여 제1 타겟(14a)으로부터 방출된 금속 입자들을 회전 드럼(12)의 외측 원주 표면, 즉, 기판(S) 표면으로 공급한다. 그 결과, 제1 막 형성 처리 유닛(14)은 기판(S)의 표면 상에 산화된 막을 형성하는 금속 막을 형성한다. 상기 막 형성 공정이 수행되지 않을 때는, 제1 막 형성 처리 유닛(14)은 제1 셔터(14b)를 폐쇄하여 제1 타겟(14a)이 다른 성분들에 의해 오염되는 것을 방지한다.

제2 막 형성 처리 유닛(15)은 실리콘으로 형성된 제2 타겟(15a), 제2 타겟(15a)을 스퍼터링하는 전극(도시되지 않음) 및 제2 타겟(15a)에서 바라봤을 때, 회전 드럼(12)에 더 근접한 측면을 개폐시키는 제2 셔터(15b)를 포함한다. 막 형성 공정시, 제2 막 형성 처리 유닛(15)은 제2 셔터(15b)를 개방하여 제2 타겟(15a)으로부터 방출된 실리콘 입자들을 기판(S) 표면으로 공급한다. 그 결과, 제2 막 형성 처리 유닛(15)은 기판(S)의 표면 상에 산화된 막을 형성하는 실리콘 막을 형성한다. 상기 막 형성 공정이 수행되지 않을 때는, 제2 막 형성 처리 유닛(14)은 제2 셔터(15b)를 폐쇄하여 제2 타겟(15a)이 다른 성분들에 의해 오염되는 것을 방지한다.

산소 가스를 이용하여 플라즈마를 발생시키는 산소 플라즈마 소스인 산화 처리 유닛(16)은 회전 드럼(12)에 더 근접한 측면을 개폐시키는 산화 셔터(16b)를 지지한다. 산화 공정 수행시, 산화 처리 유닛(16)은 산화 셔터(16b)를 개방하여 산소 플라즈마 소스에서 발생된 산소 플라즈마를 기판(S) 표면을 향해 방출한다. 그 결과, 산화 처리 유닛(16)은 기판(S) 상에 형성된 상기 금속 막 및 상기 실리콘 막을 산화시켜 금속 산화막 및 실리콘 산화막을 형성한다. 상기 산화 공정이 수행되지 않을 때에는, 산화 처리 유닛(16)은 산화 셔터(16b)를 폐쇄하여 상기 플라즈마 소스가 다른 성분들에 의해 오염되는 것을 방지한다.

기상 증착 유닛(17)은 발액성 작용기를 함유한 실란 커플링제를 수용하는 기상 증착 소스(18), 기상 증착 소스(18)를 가열하는 히터(19) 및 기상 증착 소스(18)에서 바라봤을 때 회전 드럼(12)에 더 근접한 측면을 개폐시키는 제3 셔터(17b)를 포함한다. 상기 회전축 방향을 따라 연장할 수 있도록 관 모양으로 형성된 기상 증착 유닛(17)은 상기 관 내에 수용된 상기 실란 커플링제가 상기 회전축 방향으로 기판(S)의 전체 넓이에 걸쳐 기상 증착되도록 한다. 발액막 형성시, 기상 증착 유닛(17)은 히터(19)를 구동하고 제3 셔터(17b)를 개방하여 기판(S) 상에 기상 증착 소스(18)로부터 방출된 상기 실란 커플링제를 기상 증착시킨다. 상기 발액막을 형성하지 않을 때에는, 기상 증착 유닛(17)은 제3 셔터(17b)를 폐쇄하여 기상 증착 소스(18)가 다른 성분들에 의해 오염되는 것을 방지한다.

도 2를 참조하면, 중축합 유닛(20)은 물을 저장하는 저장 탱크(21) 및 저장 탱크(21)로부터 상기 물을 기판(S)에 공급하는 샤워 헤드(shower head, 22)를 포함한다. 저장 탱크(21)는 진공 챔버(11)와의 압력 차를 이용하여 저장된 상기 물을 샤워 헤드(22)로 인도한다. 샤워 헤드(22)는 관 모양으로 형성되고 상기 물이 저장 탱크(21)로부터 상기 회전축 방향으로 기판(S)의 전체 넓이에 걸쳐 공급되도록 회전축(C)의 축 방향으로 연장한다.

중축합 유닛(20)은 저장 탱크(21)와 샤워 헤드(22) 사이에 질량 유량 제어기(23), 공급 밸브(24) 및 메인 밸브(25)를 포함한다. 물을 기판(S)에 공급 시, 중축합 유닛(20)은 공급 밸브(24)와 메인 밸브(25)를 개방하고 질량 유량 제어기(23)를 사용하여 상기 물의 공급량을 소정의 값으로 조절한다. 중축합 유닛(20)은 공급 밸브(24)와 샤워 헤드(22)를 연결하는 바이패스(bypass) 라인 내에 배치된 바이패스 밸브(26)를 포함한다. 저장 탱크(21)의 셋팅 시, 중축합 유닛(20)은 메인 밸브(25)가 폐쇄된 상태에서 바이패스 밸브(26)를 개방하고 저장 탱크(21) 내의 잔류 가스를 진공 챔버(11)로 방출한다. 이는 기판(S)에 물을 공급할 때, 중축합 유닛(20)이 고순도의 물을 공급할 수 있도록 한다.

상기 실리콘 산화막(혹은 금속 산화막) 상에 상기 발액막 형성 시, 중축합 유닛(20)은 제3 셔터(17b)가 개방되기 전에 질량 유량 제어기(23)를 구동하여 회전하는 상기 산화막의 표면에 소정의 유속으로 물을 공급한다. 따라서, 중축합 유닛(20)은 샤워 헤드(22)로부터 공급된 물이 기상 증착 소스(18)로부터 공급된 상기 실란 커플링제가 상기 산화막의 표면에 도달하기 전에 상기 산화막 표면 상에 수집되도록 한다. 상기 산화막의 표면 상에 수집된 상기 물은 후속의 상기 실란 커플링제와 상기 산화막의 표면 막을 축합시키고 또한, 후속의 상기 실란 커플링제를 중축합시킨다.

추가로, 상기 실란 커플링제가 상기 산화막을 향해 공급될 때, 중축합 유닛(20)은 질량 유량 제어기(23)를 구동하여 상기 산화막 상에 소정의 유속으로 물을 계속 공급한다. 따라서, 기판(S)이 일 회전시, 일 회전에 해당하는 물은 전체 상기 산화막 상에서 일 회전에 해당하는 상기 실란 커플링제와 반응하고 일 회전에 해당하는 상기 물은 일 회전에 해당하는 상기 실란 커플링제가 중축합을 시작하도록 유도한다. 다시 말하면, 기판(S)이 일 회전시, 일 회전에 해당하는 상기 실란 커플링제만이 중축합되고, 일 회전에 해당하며 고 중합율을 갖는 발액막을 형성한다.

중축합 유닛(20)은 기판(S)이 회전할 때마다 각 회전에 해당하는 상기 발액막을 적층시킨다. 이는 기판(S)의 평면 방향 및 상기 발액막의 두께 방향으로 중합율을 증가시킨다.

막 형성 장치(10)를 사용하여 광학 박막을 형성하는 막 형성 방법이 논의될 것이다. 도 3은 산화 처리 유닛(16), 중축합 유닛(20) 및 기상 증착 유닛(17)과 관련된 구동 신호들을 나타내는 타이밍 선도이다.

기판(S) 상에 상기 광학 박막 형성 시, 막 형성 장치(10)는 먼저 소정의 속도로 회전 드럼(12)을 회전시키고 제1 막 형성 처리 유닛(14), 제2 막 형성 처리 유닛(15) 및 산화 처리 유닛(16)을 제1 셔터(14b), 제2 셔터(15b), 산화 셔터(16b) 및 제3 셔터(17b)가 폐쇄된 상태에서 구동시킨다.

그 후에, 막 형성 장치(10)는 회전 드럼(12)을 회전시키면서 제1 셔터(14b)를 개방하여 기판(S)의 표면 상에 금속막을 형성한다. 이 경우에, 막 형성 장치(10)는 산화 셔터(16b)를 개방하여 상기 금속막을 최상위 표면에서 순차적으로 산화시키고 기판(S) 상에 금속 산화막을 형성한다.

상기 금속 산화막을 형성한 후에, 막 형성 장치(10)는 회전 드럼(12)를 회전시키면서 제2 셔터(15b)를 개방하여 상기 금속 산화막의 표면상에 실리콘 막을 형성한다. 이 경우에, 도 3에 도시된 바와 같이, 처리 시간이 산화 개시 시간(T1)에 도달시에 막 형성 장치(10)는 산화 셔터(16b)를 개방하고 상기 처리 시간이 산화 종말 시간(T2)에 도달할 때까지 개방 상태를 유지시켜 상기 실리콘 막을 최상위 표면에서 순차적으로 산화시키고 상기 금속 산화막 상에 실리콘 산화막을 형성한다.

상기 처리 시간이 중축합 개시 시간(T3)에 도달 시에, 막 형성 장치(10)는 중축합 유닛(20)을 상기 처리 시간이 중축합 종말 시간(T5)에 도달할 때까지 구동시켜 상기 실리콘 산화막을 향해 계속적으로 물을 공급한다. 상기 시간 동안, 막 형성 장치(10)는 제3 셔터(17b)를 상기 처리 시간이 기상 증착 개시 시간(T4)에 도달할 때부터 중축합 종말 시간(T5)에 도달할 때까지 개방하여 C₈F₁₇C₂H₄Si(OCH₃)₃과 같은 실란 커플링제를 상기 실리콘 산화막을 향해 공급한다. 이로써 상기 발액막을 형성한다.

상기의 경우, 막 형성 장치(10)는 기상 증착 유닛(17)의 제3 셔터(17b)를 개방하기 전에 질량 유량 제어기(23)를 구동하여 상기 실리콘 산화막의 표면에 소정의 유속으로 물을 공급한다. 상기 실리콘 산화막의 표면에 수집되는 상기 물은 후속의 실란 커플링제와 상기 실리콘 산화막의 표면막을 축합시키고 또한, 상기 후속의 실란 커플링제를 중축합시킨다. 다시 말하면, 상기 실란 커플링제인 C₈F₁₇C₂H₄Si(OCH₃)₃는 메톡시기로 마감되는 말단부를 갖는다. 물이 공급되면, 상기 물과 탈알코올화(dealcoholization) 반응이 일어나 상기 말단부는 히드록실기로 바뀐다. 추가로, 하부의 실리콘 산화물(SiO₂)과 중축합 반응이 일어나 상기 기판에 대해 강한 접착성을 발생시킨다. 따라서, 진공 상태에서 기상 증착 직전에 상기 물이 공급되는 것이 중요하다. 이로써, 막 형성 장치(10)는 상기 발액막과 상기 실리콘 산화막 사이의 계면에 강한 접착성을 부여한다.

막 형성 장치(10)는 상기 실란 커플링제를 기판(S)을 향해 공급하면서 샤워 헤드(22)로부터 물을 계속적으로 기판(S)에 공급한다. 따라서, 막 형성 장치(10)는 기판(S)이 회전할 때마다 고 중합율을 갖는 발액막을 적층시킨다. 결과적으로, 막 형성 장치(10)는 상기 발액막과 상기 실리콘 산화막 사이의 접착성을 증가시키고 상기 전체 발액막에 걸쳐서 실란 커플링제를 균일하게 중축합시킨다. 게다가, 상기 실리콘 산화막 상에 형성된 상기 발액막의 기계적 저항이 증진된다.

(실시예)

막 형성 장치(10)를 이용하여 형성된 발액막의 기계적 저항이 하기에 논의될 것이다. 먼저, 상기 발액막의 발액성에 근거하여 막 형성 시 물의 유속이 설정되었다.

일 실시예에서, 실란 커플링제의 공급량은 일정하게 설정하였고 물의 유속만을 변화시킨 복수의 막 형성 조건하에서 발액막들을 형성하였다. 상기 발액막의 표면상에 낙하된 물방울의 표면과 상기 발액막 표면이 이루는 각(하기에서는 물 접촉각으로 간단히 지칭한다)이 각 발액막에 대해 측정되었다. 각 발액막 형성시 가해지는 막 형성 압력과 상기 물 접촉각과의 관계가 도 4에 도시되었다. 도 4에 도시된 막 형성 압력은 샤워 헤드(22) 및 기판(S) 사이의 압력이며 상기 발액막 형성 시 물의 유속에 비례하는 값을 갖는다.

도 4를 참조하면, 상기 막 형성 압력이 10^-4내지 10^-3torr 범위일 때, 물 접촉각은 120° 주변의 높은 값으로 형성되는 것으로 보이며, 상기 발액막은 충분한 발액성을 가짐을 알 수 있다. 상기 막 형성 압력이 증가함에 따라 10^-3torr 보다 높아지면, 즉, 막을 형성할 동안 유속이 증가하면 물의 양이 과도하게 증가하면서 상기 물 접촉각이 감소한다. 상기 막 형성 압력이 10^-1torr에 도달하면, 상기 물 접촉각은 100°로 감소한다. 본 발명의 실시예에서, 막을 형성할 동안의 물의 유속은 도 4에서 도시된 바와 같이 상기 막 형성 압력이 10^-4 내지 10^-3torr 범위의 값을 갖도록 설정되었다.

다음으로, SUS 304 강(steel)으로 형성되고 0.2mm의 두께를 갖는 기판(S)을 사용하여 100rpm의 속도로 회전 드럼(12)을 회전시킴으로써 제1 막 형성 처리 유닛(14) 및 산화 처리 유닛(16)을 구동하여 기판(S)의 표면 상에 금속 산화막을 형성하였다. 추가로 제2 막 형성 처리 유닛(15) 및 산화 처리 유닛(16)을 회전 드럼(12)을 회전시키면서 구동하여 상기 금속 산화막 상에 실리콘 산화막을 형성하였다. 그 후에, 기상 증착 유닛(17) 및 중축합 유닛(20)을 회전 드럼(12)을 회전시키면서 구동하고 물의 유속을 상기 막 형성 압력이 10^-4 내지 10^-3torr 범위의 값을 갖도록 설정하여 상기 실리콘 산화막 상에 발액막을 형성하였으며 본 실시예의 광학 박막을 획득하였다. 러빙(rubbing) 시험기를 사용하여 하기의 조건들 하에서 상기 실시예의 발액막에 대해 마찰 테스트를 수행하였다. 또한 상기 마찰 테스트 이후 상기 발액막에 대해 물 접촉각을 측정하였다. 상기 실시예의 물 접촉각 측정치가 도 5에 도시되었다.

상기 실시예와 다른 조건들은 동일하게 유지하면서 발액막 형성을 위한 방법을 디핑(dipping) 공정으로 대체함으로써 비교예의 광학 박막을 형성하였다. 상기 실시예와 동일한 방식으로 상기 러빙 시험기를 사용하여 하기의 조건들 하에서 상기 비교예의 발액막에 대해 마찰 테스트를 수행하였으며 상기 마찰 테스트 이후 상기 발액막에 대해 물 접촉각을 측정하였다. 상기 비교예의 물 접촉각 측정치가 도 5에 도시되었다.

[마찰 테스트 조건]

부하(load) : 500g/cm²

마찰 속도 : 14cm/sec

마찰 물질 : 면 직물

러빙 테스트 횟수 : 1000회, 3000회, 5000회, 7000회, 10000회

도 5에서, 상기 실시예의 발액막에서는 러빙 테스트의 횟수가 증가함에 따라 물 접촉각이 점진적으로 감소한다. 그러나, 상기 물 접촉각의 감소 범위는 상기 러빙 테스트의 횟수가 10000회에 도달할 때까지 7° 이하이다. 반면에, 상기 비교예의 발액막에서는 상기 러빙 테스트의 횟수가 증가함에 따라 물 접촉각이 급격히 감소한다. 상기 러빙 테스트의 횟수가 10000회에 도달할 때까지 상기 물 접촉각의 감소 범위는 약 15°에 이른다. 따라서, 상기 실시예의 발액막은 상기 비교예의 발액막과 비교하여 높은 기계적 저항을 갖는 것을 명확히 알 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 막 형성 장치(10)는 하기의 이점들을 가지고 있다.

(1) 막 형성 장치(10)는 가수 중축합 작용기 및 발액성 작용기를 함유한 실란 커플링제를 기판(S)의 회전 경로를 향해 기화시켜 상기 실란 커플링제를 기판(S) 상에 형성된 산화막 상에 기상 증착시킨다. 막 형성 장치(10)는 기판(S)의 회전 경로를 향해 물을 공급함으로써 상기 실란 커플링제를 중축합시킨다. 상기의 경우, 막 형성 장치(10)는 상기 산화막 상에 상기 실란 커플링제를 기상 증착시키기 전에 상기 산화막 상에 물을 공급한다.

따라서, 상기 산화막 표면 상에 수집된 상기 물은 상기 산화막의 표면 막과 후속의 상기 실란 커플링제를 축합시키고 또한, 상기 실란 커플링제를 상기 산화막의 표면 막에서 중축합시킨다. 따라서, 막 형성 장치(10)는 발액막의 초기 막과 상기 산화막 사이의 접착성을 증가시킨다. 이에 따라, 상기 실란 커플링제는 상기 발액막의 전체 초기 막에 걸쳐 균일하게 중축합된다. 그러므로, 막 형성 장치(10)는 상기 산화막 상에 형성된 상기 발액막의 기계적 저항을 증가시킨다.

(2) 막 형성 장치(10)는 상기 산화막 상에 상기 실란 커플링제를 기상 증착시키는 동안 상기 산화막을 향해 계속적으로 물을 공급한다. 즉, 상기 실란 커플링제 및 물이 회전하는 상기 산화막 영역을 향해 교대로 지속적으로 공급된다. 이는 막의 두께 방향으로 상기 발액막 전체에 걸쳐 상기 실란 커플링제가 중축합될 수 있도록 보장한다. 따라서, 막 형성 장치(10)는 상기 산화막 상에 형성된 상기 발액막의 기계적 저항을 더욱 증진시킨다.

(3) 막 형성 장치(10)는 기판(S)의 회전 경로를 향해 실리콘 입자들을 방출함으로써 기판(S) 상에 실리콘 막을 형성하고, 기판(S)의 회전 경로를 향해 산소 플라즈마를 방출하여 상기 실리콘 막을 산화시킴으로써 기판(S) 상에 실리콘 산화막을 형성한다. 따라서, 상기 발액막과 상기 산화막의 계면은 상기 실란 커플링제와 실리콘 산화물에 의해 형성된다. 이는 상기 발액막의 초기 막과 상기 산화막 상이의 접착성을 보다 증진시키며 상기 발액막 전체에 걸쳐 기계적 강도를 더욱 증진시킨다.

상술한 본 발명의 실시예는 하기와 같이 변형 실시될 수도 있다.

상술한 상기 실리콘 산화막 상에 발액막을 형성하는 구조는 상술한 상세한 설명에 한정되지 않으며, 상기 금속 산화막 상에 상기 발액막이 형성되는 구조를 가질 수도 있다.

회전 드럼(12)은 실린더 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 다각형 형상을 가질 수도 있다.

10 : 막 형성 장치 11 : 진공 챔버
12 : 회전 드럼 13 : 표면 처리 유닛
14 : 제1 막 형성 처리 유닛 14a : 제1 타겟
14b : 제1 셔터 15 : 제2 막 형성 처리 유닛
15a : 제2 타겟 15b : 제2 셔터
16 : 산화 처리 유닛 16b : 산화 셔터
17 : 기상 증착 유닛 17b : 제3 셔터
18 : 기상 증착 소스 19 : 히터
20 : 중축합 유닛 21 : 저장 탱크
22 : 샤워 헤드 23 : 질량 유량 제어기
24 : 공급 밸브 25 : 메인 밸브
26 : 바이패스 밸브

Claims

진공 챔버 및 상기 진공 챔버 내에서 기판을 회전시키는 회전 메커니즘을 구비한 막 형성 장치에 있어서,
상기 회전하는 기판을 향해 입자들을 방출함으로써 상기 기판 상에 산화된 막을 형성하며 상기 회전하는 기판 상의 상기 산화된 막을 향해 산소 플라즈마를 방출함으로써 상기 기판 상에 산화막을 형성하는 산화막 형성 유닛;
가수 중축합 작용기와 발액성 작용기를 함유하는 실란 커플링제를 상기 회전 기판을 향해 기화시키며, 상기 산화막 상에 상기 실란 커플링제를 기상 증착시키는 기상 증착 유닛; 및
상기 회전 기판 상의 상기 산화막을 향해 물을 공급함으로써 상기 실란 커플링제를 중축합시키는 중축합 유닛을 포함하며,
상기 중축합 유닛은 상기 기상 증착 유닛이 상기 산화막 상에 상기 실란 커플링제를 기상 증착시키기 전에 상기 산화막 상에 상기 물을 공급하는 것을 특징으로 하는 막 형성 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 중축합 유닛은 상기 기상 증착 유닛이 상기 산화막 상에 상기 실란 커플링제를 기상 증착시키는 동안 계속적으로 상기 산화막을 향해 상기 물을 계속 공급하는 것을 특징으로 하는 막 형성 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 중축합 유닛은 상기 기판의 회전 방향에 대해 상기 기상 증착 유닛의 상류에 배치되는 것을 특징으로 하는 막 형성 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화막 형성 유닛은 상기 회전하는 기판을 향해 실리콘 입자들을 방출함으로써 상기 기판 상에 실리콘 막을 형성하며 상기 회전하는 기판 상의 상기 실리콘 막을 향해 상기 산소 플라즈마를 방출함으로써 상기 기판 상에 실리콘 산화막을 형성하는 것을 특징으로 하는 막 형성 장치.
진공 챔버 내에서 회전하는 기판 상에 박막을 형성하는 방법에 있어서,
상기 회전하는 기판을 향해 입자들을 방출함으로써 상기 기판 상에 산화된 막을 형성하는 단계;
상기 회전하는 기판 상의 상기 산화된 막을 향해 산소 플라즈마를 방출함으로써 상기 기판 상에 산화막을 형성하는 단계; 및
가수 중축합 작용기와 발액성 작용기를 함유하는 실란 커플링제 및 물을 상기 산화막을 향해 공급함으로써 상기 산화막 상에 발액막을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 발액막을 형성하는 단계는 상기 산화막에 상기 실란 커플링제를 공급하기 전에 상기 산화막에 상기 물을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 막 형성 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 발액막을 형성하는 단계는 상기 산화막 상에 상기 실란 커플링제를 기상 증착시키는 동안 상기 산화막에 계속적으로 상기 물을 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 막 형성 방법.
제 5 항 혹은 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화된 막을 형성하는 단계는 상기 회전하는 기판을 향해 실리콘 입자들을 방출함으로써 상기 기판 상에 실리콘 막을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 산화막을 형성하는 단계는 상기 회전하는 기판 상의 상기 실리콘 막을 향해 상기 산소 플라즈마를 방출함으로써 상기 기판 상에 실리콘 산화막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 막 형성 방법.