KR101833921B1 - 물리 기상 증착 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 물리 기상 증착 장치는 물리 기상 증착 공정을 위한 내부 공간을 확보하는 진공 챔버; 상기 진공 챔버 내의 상측부에 배치되어 기판부를 지지하는 기판 지지부; 상기 진공 챔버 내의 하측부에 배치되어 상기 기판부에 증착 박막을 형성하기 위해 에너지를 인가하여 고체의 증착용 소스를 소스 입자로 변환시키는 소스원; 및 상기 진공 챔버 내의 정해진 위치에 배치되어 상기 소스 입자 중 상기 기판부의 외측으로 이동하게 될 소스 입자를 상기 기판부를 향해 이동하도록 상기 소스 입자의 이동 방향을 전환시키는 소스 입자 이동 방향 전환부를 구비하며, 상기 소스 입자 이동 방향 전환부는 팬부를 포함하고, 상기 팬부의 회전하는 팬은 상기 증발원의 하측 방향으로 이동하는 소스 입자와 충돌함으로써 상기 충돌된 소스 입자를 상기 기판부를 향해 이동하도록 해주거나, 상기 소스보다 상측에 위치하며 상기 기판부의 외측으로 이동하게 될 소스 입자에 충돌시켜 상기 기판부의 외측으로 이동하게 될 소스 입자를 상기 기판부를 향해 이동하도록 해주는 것을 특징으로 한다.

Description

물리 기상 증착 장치{physical vapor deposition apparatus}
본 발명은 증착용 소스의 사용 효율을 증가시키면서도 증착 박막 두께의 균일성을 향상시키도록 한 물리 기상 증착 장치에 관한 것이다.
일반적으로 물리 기상 증착 장치는 물리 기상 증착에 적합한 진공도로 유지된 진공 챔버의 내부 공간에서 고체의 증착용 소스를 입자 상태(vapor)로 변환시켜 기판에 박막을 증착하는 장치이다.
종래의 물리 기상 증착 장치의 일례가 도 1에 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 물리 기상 증착 장치(10)는 진공 챔버(11), 소스원(13), 및 기판 지지부(15) 등을 포함하여 구성되어 있다. 여기서, 진공 챔버(11)는 진공 증착에 필요한 진공도의 내부 공간을 확보하는 부분으로, 통체 예를 들어 원형 통체로 구성되어 있다. 소스원(13)은 고체의 증착용 소스(17)에 에너지를 인가하여 입자 상태로 변환시키는 부분으로, 기판 지지부(15)와 대향하며 이격되어 있다. 소스원(13)은 고체의 증착용 소스를 입자 상태로 변환시키기 위해서 저항열을 이용하여 에너지를 인가하는 물리 기상 증착(PVD) 방법을 채용하고 있다. 물론, 소스원(13)은, 저항열 외에 플라즈마, 전자빔, 레이저 등 중에서 어느 하나를 이용하여 에너지를 인가하는 PVD 방법을 채용하는 것도 가능하다. 기판 지지부(15)는 기판부(1)를 지지하는 부분으로, 예를 들어 진공 챔버(11)의 내측 상부에 배치되어 있다.
이러한 구조를 가진 종래의 물리 기상 증착 장치(10)의 진공 챔버(11) 내에서는 소스 입자의 평균자유행정(mean free path)이 확보되거나 소스 입자가 운동에너지를 얻기 때문에, 도 2에 도시된 바와 같이, 소스(17)가 소스원(13)에 의해 소스 입자 상태로 변환되고, 이에 따라 기판부(1)의 증착 면에 소스 입자(18)가 도달하여 기판부(1)의 증착 면에 박막이 증착될 수 있다.
특허문헌1: 미국특허 제2074281
그런데 특허문헌1에 개시된 종래의 진공 증착 장치의 진공 챔버(11) 내에서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 증발된 소스 입자(18)가 방사형으로 직선 운동을 하므로 증발된 소스 입자(18) 중 일부가 기판부(1)의 증착 면에 증착되지만 그 나머지가 기판부(1)를 벗어난 기판 외부에 증착되기도 한다. 이와 같이 기판 외부에 증착되는 소스 입자(18)의 수가 비교적 많기 때문에 기판부(1)의 증착 면에 원하는 두께의 증착 박막을 형성하기 위해서는 다량의 소스(17)를 증발시켜야 한다. 따라서 종래의 진공 증착 장치는 일정 두께의 증착 박막을 형성하는데 소스(17)의 낭비가 비교적 많은데, 이는 소스(17)의 사용 효율을 감소시키는 요인으로 작용한다.
한편, 기판부(1)의 중앙부에서 가장자리부로 갈수록 기판부(1)에 증착되는 단위면적당 소스 입자(18)의 수가 감소한다. 즉, 기판부(1)의 중앙부에 증착되는 단위면적당 소스 입자(18)의 수가 기판부(1)의 중간부에 증착되는 단위면적당 소스 입자(18)의 수보다 많고, 기판부(1)의 중간부에 증착되는 단위면적당 소스 입자(18)의 수가 기판부(1)의 가장자리부에 증착되는 단위면적당 소스 입자(18)의 수보다 많다. 따라서 기판부(1)의 중앙부에 증착된 증착 박막이 기판부(1)의 중간부에 증착된 증착 박막보다 두껍고, 기판부(1)의 중간부에 증착된 증착 박막이 기판부(1)의 가장자리부에 증착된 증착 박막보다 두껍다. 더욱이 기판부(1)의 사이즈가 클수록 기판부(1)의 영역에 따라 증착 박막의 두께 차이가 커진다. 이는 기판부(1)의 증착 면에 있어서 증착 박막의 두께 균일성을 악화시키는 요인으로 작용한다.
따라서 본 발명은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 이루어진 것으로, 증착용 소스의 사용 효율을 증가시키도록 한 물리 기상 증착 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 증착 박막의 두께 균일성을 향상시키도록 한 물리 기상 증착 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 물리 기상 증착 장치는 물리 기상 증착 공정을 위한 내부 공간을 확보하는 진공 챔버; 상기 진공 챔버 내의 상측부에 배치되어 기판부를 지지하는 기판 지지부; 상기 진공 챔버 내의 하측부에 배치되어 상기 기판부에 증착 박막을 형성하기 위해 에너지를 인가하여 고체의 증착용 소스를 소스 입자로 변환시키는 소스원; 및 상기 소스원에서 아래쪽으로 이격 거리를 두고 상기 진공 챔버 내에 배치되어 상기 소스 입자 중 상기 기판부의 외측으로 이동하게 될 소스 입자를 상기 기판부를 향해 이동하도록 상기 소스 입자의 이동 방향을 전환시키는 소스 입자 이동 방향 전환부를 구비하며, 상기 소스 입자 이동 방향 전환부는 회전 구동부에 의해 회전되는 팬을 갖는 팬부를 포함하고, 상기 팬부의 회전하는 팬은 상기 소스원의 하측 방향으로 이동하는 소스 입자와 충돌함으로써 상기 충돌된 소스 입자를 상기 기판부를 향해 이동하도록 해주거나, 상기 충돌된 소스 입자를 상기 소스원보다 상측에 위치하며 상기 기판부의 외측으로 이동하게 될 소스 입자와 추가로 충돌시켜 상기 기판부의 외측으로 이동하게 될 소스 입자를 상기 기판부를 향해 이동하도록 해주는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 팬부는 상기 소스원의 하부에 이격 거리를 두고 배치되거나, 상기 소스원의 측면에서 외측으로 이격 거리를 두고 배치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 팬부의 팬이 상기 팬부의 중심부로부터 반경 방향 외측으로 연장되고 상기 팬부의 원주방향으로 이격하며 복수개 배치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 소스 입자 이동 방향 전환부는 가스 분사부를 더 포함하고, 상기 가스 분사부는 가스 분사구를 통해 불활성 가스를 상기 기판부 쪽을 향해 상향 분사함으로써 상기 팬부의 회전하는 팬에 의해 상기 불활성 가스의 플로우를 형성하고, 상기 플로우의 불활성 가스 입자가 상기 기판부의 외측으로 이동하게 될 소스 입자와 충돌하여 상기 소스 입자를 상기 기판부를 향해 이동하도록 해주는 것이 가능하다.
바람직하게는, 상기 가스 분사부와 상기 팬부가 1쌍 이상 복수 쌍을 이루며 배치될 수가 있다.
바람직하게는, 상기 가스 분사부가 상기 팬부의 하부에 이격 거리를 두고 배치될 수가 있다.
바람직하게는, 상기 가스 분사부가 상기 팬부의 상부에 이격 거리를 두고 배치될 수가 있다.
바람직하게는, 상기 가스 분사부가 링 모양의 본체부를 가지며, 상기 가스 분사구가 상기 본체부의 상면부와 측면부 중 하나 이상에 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 증착용 소스의 사용량을 줄여 제조원가를 절감할 수 있으며, 증착 박막 두께의 균일성을 향상시켜 물리 기상 증착 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 물리 기상 증착 장치의 일례로서 진공 증착 장치를 나타낸 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 진공 증착 장치의 진공 챔버 내에 있어서, 소스 입자가 소스원에서 기판부 및 기판부의 외측으로 방사형 직선 운동을 하며 이동하는 상태를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 물리 기상 증착 장치의 일례로서 진공 증착 장치를 나타낸 개략적인 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 진공 증착 장치의 진공 챔버 내에 있어서, 소스원에서 기판부의 외측으로 이동하게 될 소스 입자를 기판부 쪽으로 이동시키는 예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 물리 기상 증착 장치의 일례로서 진공 증착 장치를 나타낸 개략적인 구성도이다.
도 6은 도 5에 도시된 진공 증착 장치의 진공 챔버 내에 있어서, 소스원에서 기판부의 외측으로 이동하게 될 소스 입자를 기판부 쪽으로 이동시키는 예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 도 5의 진공 증착 장치의 변형예를 나타낸 개략적인 구성도이다.
도 8은 도 5의 진공 증착 장치의 다른 변형예를 나타낸 개략적인 구성도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 물리 기상 증착 장치의 일례로서 진공 증착 장치를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 이하에서는 모든 도면에 걸쳐 동일하거나 동등한 요소에는 동일한 부호를 부여하고 중복되는 설명을 생략한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 물리 기상 증착 장치의 일례로서 진공 증착 장치를 나타낸 개략적인 구성도이고, 도 4는 도 3에 도시된 진공 증착 장치의 진공 챔버 내에 있어서, 소스원에서 기판부의 외측으로 이동하게 될 소스 입자를 기판부 쪽으로 이동시키는 예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 물리 기상 증착 장치(100)는 예를 들어 진공 증착 장치로서, 진공 챔버(110), 소스원(130), 기판 지지부(150), 및 팬부(170) 등을 포함하여 구성되어 있다.
여기서, 진공 챔버(110)는 물리 기상 증착, 예를 들어 진공 증착에 필요한 진공도의 내부 공간을 확보하는 부분으로, 통체 예를 들어 원형 통체로 구성될 수 있다. 진공 챔버(110)는, 원형 통체 외에 사각형 통체, 타원형 통체 등 다양한 통체로 구성될 수 있다.
소스원(130)은 고체의 증착용 소스(190)에 물리적 또는 화학적으로 에너지를 인가하여 증착용 소스(190)을 입자 상태로 변환시키는 부분으로, 기판 지지부(150)와 대향하며 진공 챔버(110)의 내측 하부에 배치되어 있다. 소스원(13)은 고체의 증착용 소스를 입자 상태로 변환시키기 위해서 저항열을 이용하여 에너지를 인가하는 PVD 방법을 채용하고 있다.
한편, 물리 기상 증착 장치(100)가 저항열을 이용한 소스원(130)을 갖는 진공 증착 장치 외의 다른 타입의 물리 기상 증착 장치이면, 소스원(13)은, 저항열 외에 플라즈마, 전자빔, 레이저 등 중에서 어느 하나를 이용하여 에너지를 인가하는 PVD 방법을 채용하는 것도 가능하다.
기판 지지부(150)는 기판부(1)를 지지하는 부분으로, 소스원(130)과 대향하며 진공 챔버(110)의 내측 상부에 배치되어 있다. 물론, 기판부(1) 상에 증착되는 증착 박막의 두께를 균일화하기 위해 기판 지지부(150)를 수평 회전시키는 수직 회전축(미도시)이 지지부(150)의 상면부에 체결될 수도 있다. 한편, 기판부(1)가 사이즈가 비교적 작은 1개의 기판이 배치된 것처럼 도시되어 있지만 실제로는 2개 이상 복수개의 기판이 배치되는 것도 가능하다.
또한, 팬부(170)는 소스 입자 이동 방향 전환부로서, 소스원(130)에서 아래쪽으로 이격 거리를 두고 배치되어 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이, 소스 입자(191) 중 기판부(1)의 외측으로 이동하게 될 소스 입자(191)를 기판부(1)를 향해 이동하도록 소스 입자(191)의 이동 방향을 전환시키는 소스 입자 이동 방향 전환부의 역할을 담당한다. 물론, 도면에 도시하지 않았지만, 팬부(170)는 소스원(130)의 측면에서 외측으로 이격 거리를 두고 1개 이상 복수개 배치되는 것도 가능하다.
이러한 팬부(170)는 예를 들어 1개 이상 복수개의 팬(171)을 가질 수 있다. 각각의 팬(171)은 팬부(170)의 중심부에서 반경 방향 외측으로 연장되며 원주 방향으로 배치된다. 팬(171)은 진공 증착 공정의 고온에서 변형, 반응, 부식, 산화 등을 일으키지 않도록 하기 위해, 예를 들어 서스(SUS), 알루미늄합금 또는 세라믹 등의 재질로 구성될 수 있다. 팬(171)의 회전을 위해 팬부(170)의 중앙부에는 회전 수직축(173)이 체결되어 있다. 수직축(173)은 진공 챔버(110)의 하벽 외측으로 연장되며, 진공 챔버(110)의 외부에 배치된 회전 구동부(미도시), 예를 들어 모터와 체결되어 있다.
한편, 도시하지 않았지만 진공 챔버(110)의 외부에는 진공펌핑부, 전원공급부 등의 공지된 부분이 설치되어 있음은 당연하다.
이하, 설명의 편의상, 저항열을 이용한 소스원(130)을 갖는 물리 기상 증착 장치(100)의 일례인 진공 증착 장치를 중심으로 설명하기로 한다.
이와 같이 구성되는 물리 기상 증착 장치(100)의 증착 과정을 도 4를 참조하여 살펴보면, 먼저, 기판부(1)의 증착 면이 소스원(130)을 대향하도록 기판 지지부(150)에 의해 기판부(1)를 지지해 두는 한편 소스원(130) 상에 증착용 소스(190)를 위치시킨다. 여기서, 소스(190)로는 금(Au), 은(Ag), 티타늄(Ti), 백금(Pt), 니켈(Ni) 등의 무기질과 -OH, -COOH, 아민계 등을 포함하는 유기질을 포함한 진공 증착 가능한 물질을 사용할 수 있다.
이후, 진공펌핑부(미도시)를 이용하여 진공 챔버(110)의 내부 공간을 물리 기상 증착, 예를 들어 진공 증착에 적합한 진공도로 낮춘 후 상기 진공도를 계속 유지한다.
이러한 상태에서 전원공급부(미도시)로부터 소스원(130)에 전원을 공급하여 소스원(130)에서 저항열을 발생시켜 고체의 증착용 소스(190)를 소스 입자(191)로 변환시키고, 이렇게 변환된 소스 입자(191)가 기판부(1)의 증착 면으로 이동한다. 물론, 물리 기상 증착 장치(100)가 저항열을 이용한 소스원(130)을 갖는 진공 증착 장치 외의 다른 타입의 물리 기상 증착 장치일 경우, 소스원(13)은, 저항열 외에 플라즈마, 전자빔, 레이저 등 중에서 어느 하나를 이용하여 에너지를 인가하는 PVD 방법을 채용하는 것도 가능하다.
이때, 진공 챔버(110)의 내부 공간에서는 평균자유행정(mean free path)이 확보되거나, 소스 입자가 운동에너지를 얻기 때문에, 변환된 소스 입자(191) 중 기판부(1)의 증착 면을 향해 직선 운동을 하는 소스 입자(191)가 기판부(1)에 도달할 수 있다. 따라서 기판부(1)의 증착 면에 소스 입자(191)의 증착 박막이 형성될 수 있다.
게다가, 팬부(170)는 기판부(1)의 외측으로 이동하게 될 소스 입자(191)를 기판부(1)를 향해 이동하도록 소스 입자(191)의 이동 방향을 전환시키는 소스 입자 이동 방향 전환부의 역할을 한다.
이를 좀 더 상세하게 설명하면, 도 1에 도시된 종래의 물리 기상 증착 장치(10)와 달리, 본 발명의 물리 기상 증착 장치(100)에서는 회전 구동부(미도시), 예를 들어 모터를 구동하여 수직축(173)을 예를 들어 도면에 도시된 화살표의 방향으로 회전시킴으로써 팬부(170)의 팬(171)을 수직축(173)을 중심으로 원주 방향으로 회전시킨다.
이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 소스원(130)의 하측으로 이동하는 소스 입자 중 일부 소스 입자(191)가 팬부(170)의 회전하는 팬(171)과 충돌하면, 충돌된 소스 입자(191)가 기판부(1)를 향해 이동하도록 이동 방향을 전환한다. 따라서 팬(171)과 충돌한 소스 입자(191)는 곧바로 기판부(1)의 증착 면으로 이동할 수 있거나, 소스원(130)보다 상측에 위치하며 기판부(1)의 외측으로 이동하게 될 소스 입자(191)와 추가로 충돌함으로써 기판부(1)의 외측으로 이동하게 될 소스 입자(191)를 기판부(1)의 증착 면으로 이동하도록 상기 소스 입자(191)의 이동 방향을 전환시킬 수 있다. 따라서 기판부(1)의 외측으로 이동하게 될 소스 입자(191)가 기판부(1)의 증착 면에 증착될 수 있다.
또한, 진공 챔버(110)의 내부 공간에 존재하는 진공 중의 분자(미도시)가 회전하는 팬(171)과 충돌하면, 충돌된 분자가 기판부(1)를 향해 이동하는 유체 흐름을 형성한다. 이러한 유체 흐름은 소스원(130)보다 상측에 위치하며 기판부(1)의 외부를 향해 이동하게 될 소스 입자(191)를 기판부(1)를 향해 이동하도록 해준다. 따라서 기판부(1)의 외측으로 이동하게 될 소스 입자(191)가 기판부(1)의 증착 면에 증착될 수 있다.
따라서 본 실시예의 물리 기상 증착 장치(100)는 소스(190)의 사용량을 줄이면서도 기판부(1) 상에 원하는 두께의 증착 박막을 형성할 수 있으며, 기판부(1)의 중간부 및 가장자리부의 증착 박막을 더욱 두껍게 형성하여 기판부(1)의 중앙부, 중앙부 및 가장자리부의 증착 박막의 두께 차이를 줄일 수 있다. 따라서 본 발명은 종래에 비해 소스의 사용 효율을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 증착 박막의 두께 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 물리 기상 증착 장치의 일례로서 진공 증착 장치를 나타낸 개략적인 구성도이고, 도 6은 도 5에 도시된 진공 증착 장치의 진공 챔버 내에 있어서, 소스원에서 기판부의 외측으로 이동하게 될 소스 입자를 기판부 쪽으로 이동시키는 예를 설명하기 위한 예시도이다. 도 3의 구성요소와 동일하거나 동등한 부분에는 동일한 참조부호를 부여하고 중복되는 설명을 생략하기로 한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 물리 기상 증착 장치(200)는 예를 들어 진공 증착 장치로서, 진공 챔버(110)의 내부 하면과 팬부(130) 사이에 배치된 가스 분사부(160)를 더 포함하는 것을 제외하면 도 3에 도시된 물리 기상 증착 장치(100)와 동일한 구조로 구성되어 있다.
여기서, 가스 분사부(160) 및 팬부(170)는 도 6에 도시된 바와 같이, 소스원(130)에서 기판부(1)의 외측으로 이동하게 될 소스 입자(191)를 기판부(1)를 향해 이동하도록 소스 입자(191)의 이동 방향을 전환시키는 소스 입자 이동 방향 전환부의 역할을 담당한다.
가스 분사부(160)는 팬부(170)에서 하측으로 이격 거리를 두고 배치되며, 진공 챔버(110) 외부의 가스 공급부(미도시)로부터 공급받은 일정 유량의 가스를 기판부(1)를 향해 상향 분사하여 플로우를 직접 형성하거나, 가스 분사부(160)의 상부에 배치된 팬부(170)의 팬(171)과 충돌하여 상기 분사된 가스를 산란시켜 기판부(1) 방향으로의 플로우를 간접 형성함으로써 기판부(1)의 외측으로 이동하게 될 소스 입자(191)를 기판부(1)의 증착 면으로 이동시킬 수 있다. 상기 가스로서, 소스(190) 및 증착 박막에 화학적 물리적 반응을 하지 않는 불활성 가스, 예를 들어 아르곤, 질소, 네온, 탄산 가스 등을 사용할 수 있다.
또한, 가스 분사부(160)는 링 모양, 예를 들어 원형 링 모양의 본체부(161)를 가질 수 있다. 본체부(161)의 상면부에는 예를 들어 2개 이상 복수개의 가스 분사구(163)가 본체부(161)의 원주 방향으로 간격을 두고 형성되어 있다. 물론, 도면에 도시하지 않았지만, 가스 분사구(163)가 본체부(161)의 측면부, 예를 들어 외측면부에 형성될 수 있고, 본체부(161)의 측면부 및 상면부에 형성될 수도 있다. 본체부(161)의 내부에는 가스 분사구(163)와 연통된 가스 공급 통로(165)가 형성되어 있다. 가스 공급 통로(165)는 가스 공급관(미도시)에 의해 상기 가스 공급부에 연결되어 있다. 가스 공급 통로(165)는 각각의 가스 분사구(163)보다 큰 폭의 사각형으로 형성되어 있으며, 도시되지 않았지만, 원형, 타원형 등 다양한 형상으로 형성되는 것도 가능하다. 가스 분사부(160)는 진공 증착 공정의 고온에서 변형, 반응, 부식, 산화 등을 일으키지 않도록 하기 위해, 예를 들어 서스(SUS) 또는 세라믹 등의 재질로 구성될 수 있다.
또한, 팬부(170)는 가스 분사부(160)의 가스 분사구(163)에서 분사된 불활성 가스를 기판부(1)를 향해 위쪽으로 이동하는 플로우 형태로 형성해준다. 또한, 팬부(170)의 팬(171)은 도 6에 도시된 바와 같이, 소스원(130)의 하측으로 이동하는 소스 입자 중 일부 소스 입자(191)와 충돌하여 기판부(1)의 외부를 향해 이동하게 될 소스 입자(191)를 기판부(1)를 향해 이동하도록 해주거나, 진공 챔버(110)의 내부 공간에 존재하는 분자(미도시)와 충돌하여 유체 흐름을 형성함으로써 기판부(1)의 외부를 향해 이동하게 될 소스 입자(191)를 기판부(1)를 향해 이동하도록 해준다. 물론, 도면에 도시하지 않았지만, 팬부(170)는 증발원(130)의 측면에서 외측으로 이격 거리를 두고 1개 이상 복수개 배치될 수도 있다.
또한, 도시하지 않았지만 진공 챔버(110)의 외부에는 진공펌핑부, 전원공급부 등의 공지된 부분이 설치되어 있다.
한편, 물리 기상 증착 장치(200)의 소스 입자 이동 방향 전환부에서는 서로 대응하는 가스 분사부(160)와 팬부(170)가 쌍을 이루며 팬부(170)가 가스 분사부(160)보다 상측에 배치되어 있지만, 도 7에 도시된 물리 기상 증착 장치(300)와 같이 가스 분사부(160)와 팬부(170)가 쌍을 이루며 가스 분사부(160)가 팬부(170)보다 상측에 배치되는 것도 가능하며, 도 8에 도시된 물리 기상 증착 장치(400)와 같이 가스 분사부(160)와 팬부(170)가 복수 쌍을 이루며, 정해진 위치, 예를 들어 소스원(130)의 중심축을 중심으로 원주 방향으로 이격된 위치에 배치되는 것도 가능하다. 이하, 설명의 편의상 설명의 중복을 피하기 위해, 물리 기상 증착 장치(200)를 기초로 하여 설명하기로 한다.
이와 같이 구성된 물리 기상 증착 장치(200)의 진공 증착 과정을 도 6을 참조하여 살펴보면, 먼저, 기판부(1)의 증착 면이 소스원(130)을 대향하도록 기판 지지부(150)에 의해 기판부(1)를 지지해 두는 한편 소스원(130) 상에 고체의 증착용 소스(190)를 위치시킨다. 여기서, 소스(190)로는 금(Au), 은(Ag), 티타늄(Ti), 백금(Pt), 니켈(Ni) 등의 무기질과 -OH, -COOH, 아민계 등을 포함하는 유기질을 포함한 진공 증착 가능한 물질을 사용할 수 있다.
이후, 진공펌핑부(미도시)를 이용하여 가스가 분사되고 있는 진공 챔버(110)의 내부 공간을 물리 기상 증착, 예를 들어 진공 증착에 적합한 진공도로 낮춘 후 상기 진공도를 계속 유지한다.
이러한 상태에서 전원공급부(미도시)로부터 소스원(130)에 전원을 공급하여 소스원(130)에서 저항열을 발생시켜 고체의 증착용 소스(190)를 소스 입자(191)로 변환시키고, 이렇게 변환된 소스 입자(191)가 기판부(1)의 증착 면으로 이동한다. 물론, 물리 기상 증착 장치(100)가 저항열을 이용한 소스원(130)을 갖는 진공 증착 장치 외의 다른 타입의 물리 기상 증착 장치일 경우, 소스원(13)은, 저항열 외에 플라즈마, 전자빔, 레이저 등 중에서 어느 하나를 이용하여 에너지를 인가하는 PVD 방법을 채용하는 것도 가능하다.
이때, 진공 챔버(110)의 내부 공간에서는 평균자유행정(mean free path)이 확보되거나, 소스 입자가 운동에너지를 얻기 때문에, 소스 입자(191) 중 기판부(1)의 증착 면을 향해 직선 운동을 하는 소스 입자(191)가 기판부(1)에 도달할 수 있다. 따라서 기판부(1)의 증착 면에 소스 입자(191)의 증착 박막이 형성될 수 있다.
게다가, 가스 분사부(160)를 통해 일정 유량의 불활성 가스를 분사하고 이와 동시에 팬부(170)의 팬(171)을 원주 방향으로 회전시킨다. 따라서 가스 분사부(160)와 팬부(170)는 소스 입자(191) 중 기판부(1)의 외측으로 이동하게 될 소스 입자(191)를 기판부(1)를 향해 이동하도록 소스 입자(191)의 이동 방향을 전환시키는 소스 입자 이동 방향 전환부의 역할을 한다.
이를 좀 더 상세히 설명하면, 가스 분사부(160)가 가스 공급부(미도시)로부터 공급받은 일정 유량의 불활성 가스, 예를 들어 아르곤 가스를 원형 링 모양의 본체부(161)의 가스 분사구(163)를 통해 팬부(170) 쪽으로 상향 분사한다. 이와 동시에, 회전 구동부(미도시), 예를 들어 모터를 구동하여 수직축(173)을 예를 들어 도면에 도시된 화살표의 방향으로 회전시킴으로써 팬부(170)의 팬(171)을 수직축(173)을 중심으로 원주 방향으로 회전시킨다.
이에 따라 각각의 가스 분사구(163)에서 분사된 아르곤 가스는 회전하는 팬(171)에 의해 기판부(1) 쪽으로 향하여 이동하는 플로우를 형성한다. 이때, 도 6에 도시된 바와 같이, 기판부(1)를 향해 위쪽으로 이동하는 아르곤 가스 입자(169)는 소스원(130)보다 상측에 위치하며 기판부(1)의 외측으로 이동하게 될 소스 입자(191)와 충돌함으로써 기판부(1)의 외측으로 이동하게 될 소스 입자(191)를 기판부(1)의 증착 면으로 이동하도록 상기 소스 입자(191)의 이동 방향을 전환시킬 수가 있다. 따라서 기판부(1)의 외측으로 이동하게 될 소스 입자(191)가 기판부(1)의 증착 면에 증착될 수 있다.
또한, 앞서 언급한 바와 같이, 소스원(130)의 하측으로 이동하는 소스 입자 중 일부 소스 입자(191)가 팬부(170)의 회전하는 팬(171)과 충돌하면, 충돌된 소스 입자(191)가 기판부(1)를 향해 이동하도록 이동 방향을 전환한다. 따라서 팬(171)과 충돌한 소스 입자(191)는 곧바로 기판부(1)의 증착 면으로 이동할 수 있거나, 소스원(130)보다 상측에 위치하며 기판부(1)의 외측으로 이동하게 될 소스 입자(191)와 추가로 충돌함으로써 기판부(1)의 외측으로 이동하게 될 소스 입자(191)를 기판부(1)의 증착 면으로 이동하도록 상기 소스 입자(191)의 이동 방향을 전환시킬 수 있다. 따라서 기판부(1)의 외측으로 이동하게 될 소스 입자(191)가 기판부(1)의 증착 면에 증착될 수 있다.
또한, 앞서 언급한 바와 같이, 진공 챔버(110)의 내부 공간에 존재하는 분자(미도시)가 회전하는 팬(171)과 충돌하면, 충돌된 분자가 기판부(1)를 향해 이동하는 유체 흐름을 형성한다. 이러한 유체 흐름은 소스원(130)보다 상측에 위치하며 기판부(1)의 외부를 향해 이동하게 될 소스 입자(191)를 기판부(1)를 향해 이동하도록 해준다. 따라서 기판부(1)의 외측으로 이동하게 될 소스 입자(191)가 기판부(1)의 증착 면에 증착될 수 있다.
따라서 본 실시예의 물리 기상 증착 장치(200)는 소스(190)의 사용량을 줄이면서도 기판부(1) 상에 원하는 두께의 증착 박막을 형성할 수 있으며, 기판부(1)의 중간부 및 가장자리부의 증착 박막을 더욱 두껍게 형성하여 기판부(1)의 중앙부, 중앙부 및 가장자리부의 증착 박막의 두께 차이를 줄일 수 있다. 따라서 본 발명은 종래에 비해 소스의 사용 효율을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 증착 박막의 두께 균일성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 물리 기상 증착 장치에 따르면, 증착용 소스의 사용 효율을 높이고 증착 박막의 두께 균일성을 향상시킬 수 있으므로 증착 공정의 원가 절감과 신뢰성 향상을 도모할 수 있다.
1: 기판부
110: 진공 챔버
130: 소스원
150: 기판 지지부
160: 가스 분사부
161: 본체부
163: 가스 분사구
165: 가스 공급 통로
169: 아르곤 가스 입자
170: 팬부
171: 팬
173: 수직축
190: 증착용 소스
191: 소스 입자

Claims (9)

  1. 물리 기상 증착 공정을 위한 내부 공간을 확보하는 진공 챔버;
    상기 진공 챔버 내의 상측부에 배치되어 기판부를 지지하는 기판 지지부;
    상기 진공 챔버 내의 하측부에 배치되어 상기 기판부에 증착 박막을 형성하기 위해 에너지를 인가하여 고체의 증착용 소스를 소스 입자로 변환시키는 소스원; 및
    상기 소스원에서 아래쪽으로 이격 거리를 두고 상기 진공 챔버 내에 배치되어 상기 소스 입자 중 상기 기판부의 외측으로 이동하게 될 소스 입자를 상기 기판부를 향해 이동하도록 상기 소스 입자의 이동 방향을 전환시키는 소스 입자 이동 방향 전환부를 구비하며,
    상기 소스 입자 이동 방향 전환부는 회전 구동부에 의해 회전되는 팬을 갖는 팬부를 포함하고,
    상기 팬부의 회전하는 팬은 상기 소스원의 하측 방향으로 이동하는 소스 입자와 충돌함으로써 상기 충돌된 소스 입자를 상기 기판부를 향해 이동하도록 해주거나, 상기 충돌된 소스 입자를 상기 소스원보다 상측에 위치하며 상기 기판부의 외측으로 이동하게 될 소스 입자와 추가로 충돌시켜 상기 기판부의 외측으로 이동하게 될 소스 입자를 상기 기판부를 향해 이동하도록 해주는 것을 특징으로 하는 물리 기상 증착 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 팬부는 상기 소스원의 하부에 이격 거리를 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 물리 기상 증착 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 팬부는 상기 소스원의 측면에서 외측으로 이격 거리를 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 물리 기상 증착 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 한 항에 있어서, 상기 팬부의 팬이 상기 팬부의 중심부로부터 반경 방향 외측으로 연장되고 상기 팬부의 원주방향으로 이격하며 복수개 배치되는 것을 특징으로 하는 물리 기상 증착 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 소스 입자 이동 방향 전환부는 가스 분사부를 더 포함하고,
    상기 가스 분사부는 가스 분사구를 통해 불활성 가스를 상기 기판부 쪽을 향해 상향 분사함으로써 상기 팬부의 회전하는 팬에 의해 상기 불활성 가스의 플로우를 형성하고, 상기 플로우의 불활성 가스 입자가 상기 기판부의 외측으로 이동하게 될 소스 입자와 충돌하여 상기 소스 입자를 상기 기판부를 향해 이동하도록 해주는 것을 특징으로 하는 물리 기상 증착 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 가스 분사부와 상기 팬부가 1쌍 이상 복수 쌍을 이루며 배치된 것을 특징으로 하는 물리 기상 증착 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 가스 분사부가 상기 팬부의 하부에 이격 거리를 두고 배치된 것을 특징으로 하는 물리 기상 증착 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 가스 분사부가 상기 팬부의 상부에 이격 거리를 두고 배치된 것을 특징으로 하는 물리 기상 증착 장치.
  9. 제5항 내지 제8항 중 한 항에 있어서, 상기 가스 분사부가 링 모양의 본체부를 가지며, 상기 가스 분사구가 상기 본체부의 상면부와 측면부 중 하나 이상에 형성된 것을 특징으로 하는 물리 기상 증착 장치.
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