KR20040098274A - 증발 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 증발 재료를 미리 결정된 압력, 온도 및 시간에서 파우더로부터 압축된 입자 또는 태블릿으로 압축하는 개선된 증발 방법을 서술한 것이며, 결정 특성에서 일관적인 압축된 증발 재료가 파우더보다 더 고르고 더 조밀하기 때문에, 열 전도성의 효율이 더 높아지고 가열 효율이 더 안정된다.

Description

증발 방법 {IMPROVED EVAPORATION METHOD}

본 발명은 개선된 증발 방법에 관한 것이며, 특히 증발을 위해 사용된 파우더 형태의 증발 재료에 초점을 맞춘 개선된 제조 방법에 관한 것이다.

기계, 전자 또는 반도체 산업에서, 재료에 어떤 특성을 제공하기 위하여 도포된 재료의 표면 상에 코팅(막 층)을 생성하는 다양한 방법이 존재한다. 이와같은 막이 원자 레벨에서의 공정에 의해 형성되는 경우, 이와같은 증발 공정은 일반적으로 막 증착이라 칭한다. 원자 또는 분자 레벨은 증발 입자(evaporation particle)를 제어하여 코팅된 막을 형성하고, 열 평형시 달성될 수 없는 특정 구조및 기능을 갖는 코팅된 막을 얻는다.

요즘, 막 증착은 가장 대중적인 표면 처리 방법중 하나이며, 이것은 일반적으로 예술적인 외관, 마모-방지, 열-방지 및 부식 방지 특성을 달성하기 위하여 다양한 금속 재료, 초강 합금(super hard alloy), 세라믹 재료 및 웨이퍼 기판 상에 동질 또는 이질 막 층을 성장시키는 공정을 커버하는 데코레이션 (decoration), 테이블웨어(tableware), 나이프(knife), 도구, 주물 및 반도체 요소등을 위한 표면 처리에 적용 가능하다.

막 증착은 증착 공정이 화학 반응의 메커니즘을 포함하는지 아닌지 여부에 따라서, 일반적으로 물리 증착이라 칭하는 물리 기상 증착(PVD) 또는 일반적으로 화학 증착이라 칭하는 화학 기상 증착(CVD)으로 나누어진다.

막의 성장은 일련의 복잡한 공정들로 이루어진다. 기판 상의 증발 재료에 처음으로 도착하는 단일 원자는 수직 벡터로 분할되어, 상기 단일 원자가 기판 상으로 흡수될 수 있게 되며, 이와같은 단일 원자는 기판의 표면 상에 화학 반을 위해 요구되는 막을 형성한다. 단일 원자로 이루어진 막은 기판의 표면 상에 확산할 것이다. 이와같은 현상은 흡수된 단일 원자의 "표면 이동"이라 칭한다. 원자가 서로 충돌할때, 이것은 원자 그룹을 형성할 것이며 이와같은 공정은 "핵 형성(Nuclei Formation)"이라 칭한다. 원자 그룹이 어떤 크기에 도달한 이후에, 이것은 착실하게 지속적으로 성장할 것이다. 그러므로, 작은 원자 그룹은 전체 에너지를 감소시키기 위하여 모여서 더 큰 에너지 그룹을 형성하기 쉽다. 원자 그룹의 연속적인 성장은 "핵 아일런드(Nuclei Island)를 형성하며 핵 아일런드들간의갭은 핵 아일런드가 전체의 연속적인 막을 형성하기 위하여 서로 접속되기 이전에 원자로 충전되어야만 한다. 기판과 연결될 수 없는 원자는 자유 원자를 형성하기 위하여 기판의 표면으로부터 분리될 것이며, 이와같은 공정은 탈착(desorption)이라 칭한다. 물리 기상 증착(PVD) 및 화학 기상 증착(CVD) 사이의 차이는 물리 기상 증착의 흡착 및 탈착은 물리적인 흡착 및 탈착이고 화학 기상 증착의 흡착 및 탈착은 화학적인 흡착 및 탈착이라는데 있다.

증착 파라미터의 차이 및 증착 기술에 따라서, 증착된 막의 구조는 단결정, 다결정, 또는 비결정 구조일 수 있다. 단결정 막의 증착은 "에피택셜 웨이퍼"라 칭하는 집적 회로 공정에서 중요한 역할을 한다. 웨이퍼 기판 위에 반도체 막을 에피택셜 성장시키는 장점은 증착 공정 동안 도너 또는 리시버의 직접 도핑을 포함하고, 이에 따라 막에서 "도퍼 분배"를 정확하게 제어할 수 있고 산소 및 탄소와 같은 불순물을 포함하지 않는다는 것이다.

증발 방법은 주로 증발을 수행하기 위한 증발 챔버 및 상기 증발에 의해 요구되는 진공을 제공하는 진공 시스템을 포함하며; 고체 상태에서 증발 재료라 칭하는 증착 재료는 증발 챔버 내의 도가니(crucible) 내에 위치되고, 이와같은 전기 전도성 도가니에 의해 외부의 직류 전류에 접속된다. 적절한 전류가 상기 도가니를 통과한 이후에, 저항 효과로 인한 열이 도가니에 의해 발생되며 도가니 내의 증발 재료는 증발 재료의 용융점에 가까운 온도로 가열된다. 동시에, 원래 고체-상태 증발 소스는 매우 강한 증발성을 가지며, 증발 소스 위 부근에서 기판의 표면 상에 막 증착을 수행하기 위하여 증발된 증발 재료의 원자가 사용된다.

상술된 진공 증발 방법 이외에, 고온 재료의 증발을 위하여 소위 전자 빔 증발(EBE)이 일반적으로 사용된다. 기본적인 이론은 EBE가 증발 재료를 가열하기 위해서 전자 빔을 사용하고 가열의 범위가 막 증착을 수행하기 위해 증발 표면의 매우 적은 영역에 국한된다는 것을 제외하고 상술된 진공 증발 방법과 동일하며, 이것은 전체 증발 재료를 가열하는 진공 증발 방법의 단점을 극복한다.

요즘, 대부분의 증발 방법은 도가니 내에 파우더 증발 재료를 충전하고 상기 증발 재료를 증발의 목적을 달성하기 위하여 저압 환경하에서 가열한다. 증발 재료가 파우더의 형태이고 그 구조가 더 느슨하고 증발 재료의 파우딩된 입자들 사이의 갭을 가지기 때문에, 특히 진공 조건하에서 열 전도가 양호하지 않다.

증발 방법은 파우더 증발 재료를 충전하기 때문에, 그 구조는 느슨하고, 유닛 부피의 양이 적으므로, 증발 재료를 교체하는 수를 증가시킬 것이다. 증발 챔버의 문은 증발 재료를 교체하기 위하여 개방되어야만 하므로, 온도를 낮추고 압력을 높이도록 요구하고 나서, 공기를 진공으로 유도하고 증발 재료가 교체된 이후에 온도를 다시 증가시킨다. 이와같은 장치는 시간을 낭비할 뿐만 아니라 제조 결함의 가능성을 증가시킨다.

본 발명의 주요 목적은 파우딩된 증발 재료를 요구되는 시간 동안 미리 결정된 압력 및 온도를 갖는 압축된 형태로 압축함으로써 상기 결점을 극복하고 기존의 단점을 피하는 것이다. 압축된 증발 재료가 증발될때, 상기 압축된 증발 재료는 파우더 형태의 재료보다 더 조밀하고 상기 증발 재료가 유닛 부피의 더 큰 양을 가지기 때문에, 증발 재료를 교체하는 수를 감소시킬 수 있고, 동작 시간을 절약하고 제조 결함의 가능성을 낮추는데 매우 유용하다. 압축된 증발 재료가 고르고 조밀하기 때문에, 증발 재료의 입자들 사이에 갭이 존재하지 않으며 이와같은 갭에 의해 초래된 양호하지 않은 전도성을 갖는 상황이 전혀 존재하지 않는다. 즉, 압축된 증발 재료는 증발 재료의 입자들간의 열 전도성을 개선시키고 열 전도 효율을 높여서 가열을 위한 에너지가 절약되도록 한다. 더구나, 압축된 증발 재료는 증발 재료의 결정 특성의 일관성(consistency)이 더 안정된 가열 효율을 제공하기 때문에 그 결정 특성을 제어하고 증착된 막의 두께를 더 정확하게 제어하는 방식으로 압축될 수 있다.

도 1은 본 발명의 제조 절차의 흐름도.

도 2는 본 발명에 따른 증발의 예시적인 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 증발재료 20: 증발 챔버

21: 도가니 30: 기판

50: 가열장치

본 발명의 제조 공정의 흐름도에 대해 도 1을 참조하라. 본 발명은 파우더 형태의 증발 재료(10)를 요구되는 시간 동안 미리 결정된 압력과 온도에서 압축된 형태로 압축하는 개선된 증발 방법을 서술한 것이다. 압축된 증발 재료가 증발될때, 상기 압축된 증발 재료(10)는 파우더 형태의 증발 재료보다 더 조밀하기 때문에, 증발 챔버 내의 도가니(21)는 유닛 부피당 더 많은 양을 증발 재료(10)를 수용할 수 있다. 더구나, 압축된 재료(10)가 고르고 조밀하기 때문에, 열 전도성이 개선되며 가열 효율이 더 안정될 수 있다. 이와같은 개선된 증발 방법은:

a. 파우더 형태의 증발 재료(10)를 요구되는 시간 동안 미리 결정된 압력 및 온도에서 압축된 형태로 압축하는 단계를 포함하는데, 여기서 미리 결정된 압력,미리 결정된 온도, 및 요구되는 시간은 각각 5,000(lbs/in²) 내지 50,000 (lbs/in²), 20℃ 내지 120℃, 그리고 20분 내지 60분으로 각각 설정되고, 이것들은 증발 재료의 특성에 영향을 주지 않고 결정 격자 및 밀도에 따라 조절되며, 압축된 상태는 입자 형태 또는 태블릿(tablet) 형태로 존재할 수 있으며;

b. 단계 a(본 발명의 예시적인 도면인 도 2 참조)에 서술된 공정에 의해 압축된 이후에 증발 재료(10)를 증발 챔버(20) 내의 도가니(21) 내로 충전하는 단계를 포함하는데, 이와같은 증발 챔버(20)는 코팅된 막을 갖도록 요구하는 기판 (30)을 포함하며;

c. 증발 챔버(20) 내부의 공기를 진공 상태로 유도하기 위하여 진공 시스템 (10)을 사용하는 단계를 포함하는데, 이와같은 진공은 증발 재료(10)의 특성 및 기판의 특성에 의해 조절될 수 있으며;

d. 도가니(21) 내의 증발 재료(10)가 단일 원자로 기판(30)으로 증발되도록 단계 b에 따라 증발 재료(10)를 가열하기 위하여 가열 장치(50)를 사용하는 단계를 포함하는데, 상기 단일 원자는 기판의 표면상으로 이동되거나 기판(30)의 표면으로부터 증발되어 기판(30) 상의 단일 원자들이 충돌되고 결합되어 증착물(deposit)을 형성하며, 이와같은 증착물이 성장되고 모여서 연속적인 막을 형성하도록 하며;

e. 기판(30) 상에 요구되는 막을 형성하기 위하여 증발 절차를 완료하는 단계를 포함한다.

상기 절차에서 서술된 증발 재료(10)는 금속, 유기 또는 무기 재료로 이루어지며, 상기 기판(30)은 실리콘 웨이퍼, 금속, 유기 또는 무기 재료로 이루어진다. 본 발명이 가장 실용적이고 바람직한 실시예인 것과 관련하여 서술되었지만, 본 발명은 서술된 실시예에 국한되는 것이 아니라, 가장 광범위한 설명의 정신과 범위 내에 포함된 다양한 배열 및 등가 배열을 커버하도록 의도된다는 것을 이해할 것이다.

본 발명은 증발 재료를 미리 결정된 압력, 온도 및 시간에서 파우더로부터 압축된 입자 또는 태블릿으로 압축하므로, 결정 특성에서 일관적인 압축된 증발 재료가 파우더보다 더 고르고 더 조밀하기 때문에, 열 전도성의 효율이 더 높아지고 가열 효율이 더 안정된다.

Claims (8)

1. 증발 재료를 미리 결정된 압력, 미리 결정된 온도 및 요구되는 시간에서 파우더로부터 압축된 입자 또는 태블릿으로 압축하는 증발을 개선시키는 방법으로서, 상기 압축된 증발 재료는 일관된 결정 특성을 가지며 파우더보다 더 조밀하여, 고르고 조밀하기 때문에, 열 전도성의 효율이 더 높고 가열의 효율이 안정적이며,

   a. 증발 재료를 미리 결정된 압력, 온도 및 요구되는 시간에서 파우더로부터 압축된 형태로 압축하는 단계와;

   b. 단계 a에 따른 공정에 의해 압축된 상기 증발 재료를 증발 챔버 내의 도가니 내로 충전하는 단계를 포함하는데, 상기 증발 챔버는 증발에 의해 코팅된 막을 갖도록 요구하는 기판을 구비하며;

   c. 상기 증발 챔버 내부의 공기를 진공 상태로 유도하는 진공 시스템을 사용하는 단계를 포함하는데, 이와같은 진공은 상기 증발 재료 및 상기 기판의 특성에 따라 조절되며;

   d. 단계 b에 따라 상기 증발 재료가 단일 원자로 상기 기판으로 증발되도록 상기 증발 재료를 가열하는 가열장치를 사용하는 단계와;

   e. 상기 증발을 완료하고 요구되는 막을 상기 기판 상에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 증발 재료는 금속, 유기 및 무기 물질의 수집으로부터 선택된 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 증발 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 미리 결정된 압력은 5,000(lbs/in²) 내지 50,000 (lbs/in²)의 범위로 설정되고 상기 증발 재료의 특성에 영향을 주지 않고 결정의 격자 및 밀도에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 증발 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 미리 결정된 온도는 20℃ 내지 120℃이며 상기 증발 재료의 특성에 영향을 주지 않고 결정 격자 및 밀도에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 증발 방법.
5. 제 1 항에 이어서, 상기 요구되는 시간은 20분 내지 60분으로 설정되고 상기 증발 재료의 특성에 영향을 주지 않고 결정 격자 및 밀도에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 증발 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 압축된 증발 재료는 입자 및 태블릿의 수집으로부터 선택된 형태인 것을 특징으로 하는 증발 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 실리콘 웨이퍼, 금속, 유기 및 무기 재료의 수집으로부터 선택된 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 증발 방법.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 진공 상태의 진공은 상기 증발 재료 및 상기 기판의 특성에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 증발 방법.