KR20020015788A - 초음파를 이용한 고품질 박막의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초음파를 이용한 박막의 제조에 관한 것이며; 그 목적은 박막의 형성과정에서 대상체에 또는 대상체 및 증발원의 양쪽 모두에 초음파를 인가하여 박막의 형성율을 높이고 고품질의 박막을 형성하고자 함에 있다.

상기 목적 달성을 위한 본 발명은 챔버(15) 내의 증발원(12)을 증착하여 대상체(11)의 표면에 박막(14)을 제조하는 방법에 있어서, 상기 대상체에 초음파를 인가하거나 또는 상기 대상체와 증발원 양쪽 모두에 초음파를 인가하면서 상기 증발원의 입자를 대상체의 표면에 증착하여 구성되는, 초음파를 이용한 고품질 박막의 제조방법에 관한 것이다.

Description

초음파를 이용한 고품질 박막의 제조방법{A METHOD FOR MANUFACTURING THIN FILM HAVING SUPERIOR QUALITY USING ULTRASONIC}

본 발명은 초음파를 이용한 박막의 제조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초음파를 이용하여 박막의 품질이 우수하고 실수율을 향상시키는 박막의 제조방법에 관한 것이다.

현재 막(film)의 제조는 반도체 공정, 도금공정, 센서 제조공정 등에 많이 사용되고 있는 기술이다. 보통 막의 제조방법은 크게 습식과 건식으로 구분할 수 있다. 건식방법은 열증착방법, 스퍼터링(sputtering), 이온빔을 이용한 방법, 전자빔을 이용한 방법, 플라즈마를 이용한 방법, 및 레이저를 이용한 방법 등 여러 가지가 있다. 이러한 모든 방법은 일반적으로 진공 용기 내에서 행해지며, 막의 품질은 우수하나 그 형성율은 낮은 것으로 알려져 있다. 또한, 습식방법은 CVD(chemical vapor deposition), 딥 코팅(dip coating), 스프레이(spray), 인쇄(printing), 및 스핀코팅(spin coating) 등으로 진공용기 내에서 또는 밖에서 행해지며, 막의 품질은 일반적으로 떨어지나 그 형성율이 높은 것으로 알려져 있다. 상기한 모든 방법들은 거의 증착물질에 에너지를 가하는 방법에 의해 명명되어졌고, 증착물질에 에너지를 인가하는 방법에 따라 막의 형성율과 막의 품질은 상이한 차이를 보이는 장점이 있다.

이러한 장단점은 각각 그 공정의 특성에 의해 결정되는데, 건식방법은 진공중에서 막을 형성하므로 불순물이 혼입될 가능성을 대폭 줄이고, 또한 막의 형성 속도를 줄여 막이 층상 성장을 잘 할 수 있게 한다. 이때, 건식방법은 기판, 즉 대상체에 열을 가하여 대상체 표면에 도달한 증착물질 분자의 운동을 활발하게 하므로써 분자들이 안정된 에너지 위치에 도달할 수 있게 도와준다.

한편, 막의 품질을 향상시키기 위해서 상기와 같이 증착물질의 운동에너지를 향상시켜 단시간 내에 위치에너지가 가장 낮은 위치에 분자가 자리 잡을 수 있게 대상체에 에너지를 인가하거나 분자 자체가 큰 에너지를 지니게 하여야 한다. 분자의 에너지가 낮을 경우 대상체에 도달한 분자는 안정된 자리로 이동하지 못하고 그 자리에 머물러 막을 형성하게 되며, 이 경우 막의 층상 성장이 어렵다.

이러한 특성을 이용한 비정질 박막을 형성하는 하나의 종래기술로서 저온,구체적으로 통상 액체 질소 온도 또는 액체 헬륨 온도 근처의 대상체에 증착물질을 형성하는 방법이 있다.

다른 하나는 대상체에 열을 이용하여 에너지를 인가하는 방법으로서, 이 방법은 경제적인 측면에서는 장점이 있을 수 있으나, 실용화에 있어서 열 차단을 위한 재료의 한계. 막 형성 과정에 사용되는 가스 등으로 인한 가열장치의 손상, 진공도의 악화 등 여러 가지 문제점들이 있다. 또한, 가열을 이용한 방법은 작은 대상체의 경우는 적용할 수 있으나 큰 대상체의 경우 적용이 불가능하다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 박막의 형성과정에서 대상체에 또는 대상체 및 증발원의 양쪽 모두에 초음파를 인가하여 박막의 형성율을 높이고 고품질의 박막을 형성하고자 함에 있다.

도1은 본 발명의 박막 제조장치의 개략구성도

도2는 본 발명의 다른 박막 제조장치를 보이는 개략 구성도

도3은 본 발명의 또 다른 박막 제조장치를 보이는 개략 구성도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1, 11 ..... 대상체 2, 12 ..... 증발원

3, 13 ..... 초음파 발생기 5, 15 ..... 챔버

상기 목적 달성을 위한 본 발명은 챔버 내의 증발원을 증착하여 대상체의 표면에 박막을 제조하는 방법에 있어서,

상기 대상체에 초음파를 인가하거나 또는 상기 대상체와 증발원 양쪽 모두에 초음파를 인가하면서 상기 증발원의 입자를 대상체의 표면에 증착하여 구성되는, 초음파를 이용한 고품질 박막의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 도면을 통해 상세히 설명한다.

도1은 본 발명의 박막 제조장치의 개략적 구성을 보이는 일례도이다. 도1의 박막 제조장치는 대상체에만 초음파를 연결한 경우로서, 챔버(5)내에 마련된 대상체(1)에 초음파 발생수단(6)이 연결되며, 상기 초음파 발생수단은 초음파를 생성하는 발생기(3)와 초음파를 기계적 신호로 변환하는 변환기(4)로 구성되어 있다.

도1에서 초음파의 모양을 결정하는 파형 발생기(3)의 파형은 사인파, 펄스파, 톱니파(saw tooth wave) 등 시간에 따라 변하는 여러 가지 파형을 지닐 수 있다. 또한, 초음파 변환기(4)는 압전형 변환기(piezoelectric tranducer), 전기용량 변환기(capacitive tranducer), EMAT(electromagnetic acoustic tranducer) 등 여러 가지 중에서 하나를 사용할 수 있다.

보다 바람직하게는 상기 초음파 변환기(4) 또는 초음파 발생수단(5)을 대상체(1)에 직접 부착하여 초음파를 인가하는 것이다. 대상체에 초음파 변환기를 부착하는 경우 특히 대상체가 복잡한 구조를 갖을 때 보다 적절하다.

도1에서와 같이, 본 발명에 따라 대상체에 초음파를 인가하면서 상기 증발원의 입자를 대상체의 표면에 증착하면 증발되는 입자들이 기존의 방법에 비하여 보다 큰 에너지를 가지게 되어 대상체 표면에 도달한 입자들은 고품질의 박막을 이루면서 높은 막 형성율이 확보될 수 있다. 즉, 초음파의 경우 초음파가 전달되는 매질이 기계적으로 잘 연결만 되어 있으면 어디든 잘 전파될 수 있으므로 대상체의 크기에 거의 무관할 뿐만 아니라 재료의 한정, 손상, 진공도 악화와 같은 기존 방식의 단점을 개선할 수 있다.

이러한 박막의 형성과정에서 막을 구성하는 물질을 대상체에 형성할 때 이 구성물질 자체에 에너지를 인가하는 방법과 대상체에 에너지를 인가하는 방법 또는 양쪽 모두에 에너지를 인가하는 방법이 있을 수 있으나, 본 발명의 경우 대상체에만 초음파를 인가하거나 또는 대상체와 구성물질, 즉 증발원 양쪽 모두에 에너지를 인가하는 방법이 바람직하다.

도2는 본 발명의 다른 박막 제조장치를 보이는 것으로서, 챔버(15) 내의 대상체(11)와 증발원(12) 양측 모두에 초음파 발생수단(13)(16)을 부착하여 초음파를 인가하고 있다.

도1과 같이 대상체(1)에만 초음파를 인가하는 경우 박막이 균일화하게 되며, 도2와 같이 대상체(1)와 증발원(12) 양쪽 모두에 초음파를 인가하는 경우 박막의 균일화는 물론 막의 형성율이 크게 증가하게 된다. 본 발명에서 상기 초음파의 인가는 증착 개시전부터 시작하여 증착이 종료된 직후까지 하는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명에서 증발원에 에너지를 가하는 방법은 기존의 열 증발이나 스퍼터링, 이온빔, 전자총 등과 같이 증발원으로부터 입자를 증발시킬 수 있는 방법이라면 어떠한 방법이라도 상관없다.

한편, 본 발명은 스퍼터링이나 진공증착 등에서는 물론 도금에서도 매우 유용하다. 도3은 도1과 도2와는 달리, 습식도금에서 도금막의 형성시 본 발명을 적용한 일례를 보이고 있다. 즉, 본 발명에 의하면, 도3과 같이, 도금액(24)이 도금욕(22)과 접촉해 있고, 또한 대상체(21)에도 접해 있으므로 초음파 발생기(23)를 하나만 사용하여도 대상체에 균일한 도금막을 형성할 수 있게 된다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명한다.

[실시예]

챔버내에 증발원으로서 Si를 사용하고, 진공상태의 챔버 내에 산소를 주입하여 10^-1~10^-2torr의 압력을 유지한 상태에서 교류를 인가하여 기재의 표면에 SiO₂산화박막을 형성하였다.

이러한 산화박막을 형성하는 과정에서 본 발명의 경우 초음파를 인가하였는데, 발명예(1)의 경우 스퍼터링과정에서 기재에만 초음파를 인가하였고, 발명예(2)의 경우에는 기재와 증발원 양쪽 모두에 초음파를 인가하였다.

또한, 비교를 위해 비교예의 경우에는 증발원에만 초음파를 인가하여 각각의 박막에 대하여 박막의 품질과 막 성장율을 측정하여 그 결과를 표1에 나타내었다.

구분	최대 반가치폭(FWHM)	막 성장율(nm/min)	비고
종래예	4.23°	0.70
비교예	4.12°	5.00
발명예1	1.56°	1.12
발명예2	1.76°	5.00

표1에 나타난 바와 같이, 종래의 방법에 의하면 막의 결정 정도를 나타내는 최대 반가치폭의 값이 4.23°에 불과하였으나, 본 발명예(1)(2)의 경우 최대 반가치폭이 크게 향상되었음을 알 수 있었다. 또한, 증발원에도 초음파를 인가한 발명예(2)의 경우 막의 품질은 물론 막의 성장율이 기존에 비하여 약 8배 이상 증가하였음을 알 수 있었다. 반면, 증발원에만 초음파를 인가한 비교예의 경우 막의 성장은 크게 향상되지만 막의 품질이 다소 미흡함을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 대상체에 또는 대상체 및 증발원의 양쪽 모두에 초음파를 인가하면서 박막을 형성하므로써, 박막의 형성율을 높이고 박막의 품질을 향상시킬 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.

Claims (3)

1. 챔버 내의 증발원을 증착하여 대상체의 표면에 박막을 제조하는 방법에 있어서,

   상기 대상체에 초음파를 인가하거나 또는 상기 대상체와 증발원 양쪽 모두에 초음파를 인가하면서 상기 증발원의 입자를 대상체의 표면에 증착하여 구성됨을 특징으로 하는 초음파를 이용한 고품질 박막의 제조방법
2. 제1항에 있어서, 초음파 발생수단을 대상체에 부착하여 초음파를 인가함을 특징으로 하는 박막의 제조방법
3. 제1항에 있어서, 상기 초음파의 인가는 증착 개시전부터 시작하여 증착이 종료된 직후까지 행함을 특징으로 하는 박막의 제조방법