KR20050109766A - Apparatus for depositing having curved surface target - Google Patents
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Abstract
본 발명은 박막 증착 장치에 관한 것으로, 소정의 박막이 형성될 영역을 제공하는 기판과; 상기 기판 상에 형성될 박막의 재료가 되는 타겟과; 상기 타겟을 장착하는 타겟 홀더와; 상기 기판과 상기 타겟과 상기 타겟 홀더를 수용하는 챔버와; 상기 챔버 내부에 진공 환경을 제공하는 진공 시스템과; 상기 타겟의 물질을 용발시키는 레이저 빔을 방출하는 광원을 포함하며, 상기 레이저 빔이 조사되는 상기 타겟의 표면은 곡면인 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 타겟의 표면이 곡면화되어 타겟에 조사되는 레이저 빔의 조사범위가 넓어지게 되어, 기판을 대면적화 할 수 있으며, 또한 박막 증착률과 박막 균일도가 향상되는 효과가 있다.The present invention relates to a thin film deposition apparatus, comprising: a substrate providing a region in which a predetermined thin film is to be formed; A target serving as a material of a thin film to be formed on the substrate; A target holder for mounting the target; A chamber for receiving the substrate, the target and the target holder; A vacuum system providing a vacuum environment inside the chamber; And a light source emitting a laser beam for evaporating the material of the target, wherein the surface of the target to which the laser beam is irradiated is curved. According to the present invention, the surface of the target is curved to widen the irradiation range of the laser beam irradiated onto the target, thereby making the substrate large, and also improving the thin film deposition rate and thin film uniformity.
Description
본 발명은 박막 증착 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대면적 박막을 균일하게 증착하기 위한 박막 증착 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film deposition apparatus, and more particularly, to a thin film deposition apparatus for uniformly depositing a large area thin film.
메모리 소자를 제조하거나 또는 유기전계발광 소자를 제조하는 경우 반도체 웨이퍼나 유기 전계발광 소자용 패널 상에 금속이나 유기물 등을 증착하는 공정이 필수적이라 할 수 있다. 특히, 박막 증착시 양질의 박막을 만드는 것이 무엇보다도 중요한데, 이러한 양질의 박막을 증착하는 방법으로는 스퍼터링(Sputtering), 전자빔 증착(E-beam evaporation), 펄스파 레이저 증착(PLD;Pulsed Laser Deposition)법 등이 알려져 있다. 이중에서 펄스파 레이저 증착법은 타겟과 동일한 조성을 갖는 박막을 만드는 것이 용이하므로 박막의 특성 조절이 쉽다는 장점을 가지고 있다. 또한, 이 증착법은 증착률이 높고 진공을 깨뜨리지 않고 여러 종류의 박막을 연속적으로 다층화할 수 있는 등의 장점이 많아서 매우 유망한 박막 증착법이라 할 수 있다.In the manufacture of a memory device or an organic electroluminescent device, a process of depositing a metal or an organic material on a semiconductor wafer or an organic electroluminescent device panel may be essential. Particularly, it is important to make high quality thin films when depositing thin films. Sputtering, E-beam evaporation, and pulsed laser deposition (PLD) are the methods for depositing high quality thin films. Law is known. Among them, the pulsed wave laser deposition method has an advantage in that it is easy to make a thin film having the same composition as the target, and thus the characteristics of the thin film are easily controlled. In addition, this deposition method is a very promising thin film deposition method because it has a high deposition rate and many advantages such as being able to successively multilayer several kinds of thin films without breaking the vacuum.
위에서 상술한 펄스파 레이저 증착법을 실현하는 종래의 박막 증착 장치를 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Referring to FIG. 1, a conventional thin film deposition apparatus for realizing the above-mentioned pulse wave laser deposition method is as follows.
도 1을 참조하면, 종래의 박막 증착 장치는 크게 광원(10)과, 렌즈(12)와, 타겟 홀더(18)에 의해 고정된 타겟(19) 및 기판(20)이 마련된 챔버(16)로 이루어진다. 이 챔버(16)는 진공 시스템(17)에 의해 진공 환경이 만들어지고, 광원(10)으로부터 나오는 레이저 빔이 통과하기 위한 창(14)이 구비된다. 일단 광원(10)으로부터 발생된 레이저 빔은 렌즈(12)에 의해 적당하게 집속되어 창(14)을 통해 챔버(16) 내부로 입사된다. 챔버(16) 내부로 입사된 레이저 빔은 타겟(19)을 용발(ablation)시키면서 기판(20) 상에 박막이 형성되게끔 한다.Referring to FIG. 1, a conventional thin film deposition apparatus includes a light source 10, a lens 12, a target 16 fixed by a target holder 18, and a chamber 16 provided with a substrate 20. Is done. The chamber 16 is provided with a window 14 through which a vacuum environment is created by the vacuum system 17 and through which a laser beam from the light source 10 passes. The laser beam once generated from the light source 10 is suitably focused by the lens 12 and is incident into the chamber 16 through the window 14. The laser beam incident into the chamber 16 causes a thin film to be formed on the substrate 20 while ablating the target 19.
그런데, 종래의 타겟(19)은 레이저 빔이 조사되는 부분이 평판형이다. 평판형 타겟(19)은 레이저 빔이 조사되는 범위가 작아 그만큼 박막 증착 면적이 작아 증착률이 떨어진다는 단점이 있었다. 또한, 고에너지의 레이저 빔이 타겟(19)의 어느 한 쪽면 상에 국부적으로 조사되기 때문에 기판 전체 면적에 대한 박막의 균일성(uniformity)이 떨어지는 단점이 있었다. 결국, 종래의 박막 증착 장치로는 대면적의 기판에 균일한 박막을 증착하는 것이 어렵다는 문제점이 있었다.By the way, in the target 19, the part to which a laser beam is irradiated is flat form. The planar target 19 has a disadvantage in that the laser beam irradiation range is small and the deposition rate decreases because the thin film deposition area is small. In addition, since the high energy laser beam is locally irradiated on either side of the target 19, there is a disadvantage in that the uniformity of the thin film with respect to the entire area of the substrate falls. As a result, the conventional thin film deposition apparatus has a problem that it is difficult to deposit a uniform thin film on a large area substrate.
이에 본 발명은 상기한 종래 기술상의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 대면적 기판에 균일한 박막을 증착시킬 수 있는 박막 증착 장치를 제공함에 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems in the prior art, an object of the present invention to provide a thin film deposition apparatus capable of depositing a uniform thin film on a large area substrate.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 박막 증착 장치는 레이저 빔이 조사되는 타겟의 표면 형태를 개선시킨 것을 특징으로 한다.The thin film deposition apparatus according to the present invention for achieving the above object is characterized by improving the surface shape of the target to which the laser beam is irradiated.
상기 특징을 구현하는 본 발명의 일국면에 따른 박막 증착 장치는, 박막의 재료가 되는 타겟을 레이저 빔으로 용발시켜 기판 상에 박막을 형성하는 박막 증착 장치에 있어서, 상기 레이저 빔이 조사되는 상기 타겟의 표면은 곡면인 것을 특징으로 한다.In the thin film deposition apparatus according to an aspect of the present invention for realizing the above characteristics, the thin film deposition apparatus to form a thin film on a substrate by evaporating a target which is a material of the thin film with a laser beam, the target to which the laser beam is irradiated The surface of is characterized in that the curved surface.
이 실시예에 있어서, 상기 타겟은 타겟 홀더에 의해 장착되고, 상기 타겟 홀더는 회전 가능한 것을 특징으로 한다. 상기 타겟과 상기 기판은 상호 대면하도록 챔버 내부에 마련된다. 상기 챔버는 진공 시스템에 의해 진공 환경이 만들어진다. 상기 박막 장치는 상기 기판을 가열하는 히터를 더 구비한 것을 특징으로 한다.In this embodiment, the target is mounted by a target holder, characterized in that the target holder is rotatable. The target and the substrate are provided inside the chamber to face each other. The chamber is created in a vacuum environment by a vacuum system. The thin film device is further provided with a heater for heating the substrate.
상기 특징을 구현하는 본 발명의 다른 국면에 따른 박막 증착 장치는, 소정의 박막이 형성될 영역을 제공하는 기판과; 상기 기판 상에 형성될 박막의 재료가 되는 타겟과; 상기 타겟을 장착하는 타겟 홀더와; 상기 기판과 상기 타겟과 상기 타겟 홀더를 수용하는 챔버와; 상기 챔버 내부에 진공 환경을 제공하는 진공 시스템과; 상기 타겟의 물질을 용발시키는 레이저 빔을 방출하는 광원을 포함하며, 상기 레이저 빔이 조사되는 상기 타겟의 표면은 곡면인 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention for implementing the above features, a thin film deposition apparatus includes: a substrate providing a region in which a predetermined thin film is to be formed; A target serving as a material of a thin film to be formed on the substrate; A target holder for mounting the target; A chamber for receiving the substrate, the target and the target holder; A vacuum system providing a vacuum environment inside the chamber; And a light source emitting a laser beam for evaporating the material of the target, wherein the surface of the target to which the laser beam is irradiated is curved.
이 실시예에 있어서, 상기 타겟 홀더는 회전 가능한 것을 특징으로 한다. 상기 박막 장치는 상기 기판을 가열하는 히터를 더 구비한 것을 특징으로 한다.In this embodiment, the target holder is rotatable. The thin film device is further provided with a heater for heating the substrate.
본 발명에 따르면, 타겟의 표면이 곡면화되어 타겟에 조사되는 레이저 빔의 조사범위가 넓어진다. 따라서, 기판을 대면적화 할 수 있으며, 기판에 증착되는 박막의 증착률과 균일도가 향상된다.According to the present invention, the surface of the target is curved to widen the irradiation range of the laser beam irradiated to the target. Therefore, the substrate can be large in area, and the deposition rate and uniformity of the thin film deposited on the substrate are improved.
이하, 본 발명에 따른 박막 증착 장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, a thin film deposition apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
종래 기술과 비교한 본 발명의 이점은 첨부된 도면을 참조한 상세한 설명과 특허청구범위를 통하여 명백하게 될 것이다. 특히, 본 발명은 특허청구범위에서 잘 지적되고 명백하게 청구된다. 그러나, 본 발명은 첨부된 도면과 관련해서 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 수 있다. 도면에 있어서 동일한 참조부호는 다양한 도면을 통해서 동일한 구성요소를 나타낸다.Advantages of the present invention over prior art will become apparent from the detailed description and claims with reference to the accompanying drawings. In particular, the present invention is well pointed out and claimed in the claims. However, the present invention may be best understood by reference to the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements throughout the various drawings.
(실시예)(Example)
도 2는 본 발명에 따른 박막 증착 장치를 도시한 것이다.2 shows a thin film deposition apparatus according to the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 박막 증착 장치는 크게 챔버(160)와, 챔버(160) 내에 설치되어 박막의 재료로 이루어진 타겟(190)과 타겟(190)를 지지하고 고정시키는 타겟 홀더(180)와, 타겟(190)을 향해 레이저 빔을 조사하는 광원(100)을 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 2, the thin film deposition apparatus according to the present invention includes a chamber 160 and a target holder installed in the chamber 160 to support and fix the target 190 and the target 190 made of a thin film material ( 180 and a light source 100 for irradiating a laser beam toward the target 190.
챔버(160) 내에는 소정의 박막이 형성될 영역을 제공하는 메모리 소자용 실리콘 웨이퍼나 유기전계발광 소자용 패널 등으로 이용되는 기판(200)이 마련된다. 그리고, 기판(200)을 향해 박막의 재료가 되는 물질로 이루어진 타겟(190)이 기판(200)의 박막 형성면과 대면하는 위치에 마련된다. 챔버(160)의 어느 일부분에는 챔버(160) 내부를 진공 환경으로 조성하기 위한 펌프 등으로 구성되는 진공 시스템(170)이 구비된다.In the chamber 160, a substrate 200 used as a silicon wafer for a memory device or a panel for an organic light emitting device that provides a region where a predetermined thin film is to be formed is provided. A target 190 made of a material of a thin film toward the substrate 200 is provided at a position facing the thin film forming surface of the substrate 200. A portion of the chamber 160 is provided with a vacuum system 170, which consists of a pump or the like for creating the interior of the chamber 160 in a vacuum environment.
기판(200)이 유기 전계발광(EL) 소자용 패널인 경우, 즉 다시 말하면 유기 EL 패널(200) 상에 유기물질로 이루어진 박막을 형성하는 경우에는 챔버(160) 내부는 고온 환경이 필요하지 않는다. 그러나, 기판(200)이 메모리 소자용 반도체 웨이퍼인 경우에 반도체 웨이퍼(200) 상에 금속 박막을 형성하고자 하는 경우 챔버(160) 내부는 고온 환경인 것이 금속 박막 형성에 유리한다. 따라서, 챔버(160) 내부에는 필요에 따라 기판(200)을 가열하는 히터(210)가 더 구비되어 있을 수 있다.When the substrate 200 is a panel for an organic electroluminescent (EL) device, that is, when forming a thin film made of an organic material on the organic EL panel 200, the inside of the chamber 160 does not need a high temperature environment. . However, when the substrate 200 is a semiconductor wafer for a memory device, when the metal thin film is to be formed on the semiconductor wafer 200, it is advantageous to form the metal thin film in the chamber 160 in a high temperature environment. Therefore, the heater 160 may be further provided inside the chamber 160 to heat the substrate 200 as needed.
광원(100)은 타겟(190)을 용발시키는 레이저 빔을 발생시키는 장치로서, 가령, 엑시머 레이저가 사용될 수 있다. 이 엑시머 레이저는 특정 가스(예;KrF)를 사용하여 펄스(pulse)당 특정 범위의 에너지를 갖는 레이저 빔을 발생시킨다. 광원(100)에서 발생되는 레이저 빔은 챔버(160) 내부로 입사되는데, 렌즈(120)에 의해 집속된 후 챔버(160) 내부로 입사된다. 레이저 빔의 챔버(160) 내부로의 입사를 위해 챔버(160)에는 창(140)이 마련된다.The light source 100 is a device for generating a laser beam for evaporating the target 190. For example, an excimer laser may be used. This excimer laser uses a specific gas (eg, KrF) to generate a laser beam with a specific range of energy per pulse. The laser beam generated by the light source 100 is incident into the chamber 160, focused by the lens 120, and then incident into the chamber 160. A window 140 is provided in the chamber 160 for incidence of the laser beam into the chamber 160.
챔버(160) 내부로 입사되는 레이저 빔은 타겟(190)을 용발시킨다. 타겟(190)은 기판(200) 상에 증착될 박막의 소스로서 비스듬한 각도로 광원(100)을 조사받는데, 광원(100)을 받는 타겟(190)의 표면은 곡면화되어 있다. 타겟(190) 표면이 곡면화되어 있으면 레이저 빔의 조사면적이 확대된다. 레이저 빔의 조사면적이 확대되면 증착 면적이 확대되고, 이는 결국 대면적화된 기판(200) 상에도 박막을 균일하게 또한 향상된 증착률로 형성할 수 있다는 것을 의미한다.The laser beam incident into the chamber 160 injects the target 190. The target 190 receives the light source 100 at an oblique angle as a source of the thin film to be deposited on the substrate 200, and the surface of the target 190 receiving the light source 100 is curved. If the surface of the target 190 is curved, the irradiation area of the laser beam is enlarged. When the irradiation area of the laser beam is enlarged, the deposition area is enlarged, which means that a thin film can be formed uniformly and with an improved deposition rate on the large-area substrate 200.
예를 들어, 종래의 평면형 타겟과 본 발명의 지름이 약 1.3㎝ 정도인 곡면화된 타겟(190)에 대해 같은 조건하에서 레이저 빔을 조사하여 기판상에 박막을 증착하는 경우, 종래 평면형의 기판상에 실제로 증착되는 박막의 유효면적이 2㎝ 이라면 본 발명과 같이 곡면화된 타겟(190)을 이용하게 되면 실제 증착 유효면적이 3.8㎝ 정도로 거의 2배 정도 확대된다. 또한, 증착 균일도는 종래 2.5㎚에서 2㎚ 이하로 향상되고 증착률은 종래 3Å/sec에서 3.3Å/sec 정도로 향상된다. 즉, 본 발명과 같이 타겟(190)을 곡면화시키면 기판(200)을 대면적화시킬 수 있고, 또한 대면적화된 기판(200) 상에 증착되는 박막의 균일도를 향상시킬 수 있게 된다.For example, when a thin film is deposited on a substrate by irradiating a laser beam to a conventional planar target and a curved target 190 having a diameter of about 1.3 cm of the present invention under the same conditions, a conventional planar target is formed on the substrate. If the effective area of the thin film actually deposited on the surface is 2 cm, the curved surface 190 may be used to increase the effective deposition area by about 3.8 cm. In addition, the deposition uniformity is improved from 2.5 nm to 2 nm or less, and the deposition rate is improved to about 3.3 mW / sec from 3 dB / sec. That is, when the target 190 is curved as in the present invention, the substrate 200 may be large in area, and the uniformity of the thin film deposited on the large area in the substrate 200 may be improved.
한편, 광원(100)으로부터 발생되는 레이저 빔은 타겟(190)을 향해 비스듬하게 조사된다. 레이저 빔의 경로차가 발생하고 이 경로차는 레이저 빔의 세기에 차이가 있을 수 있다. 이는 기판(200) 상에 증착되는 박막의 막질에 영향을 줄 수 있으므로 타겟(190)을 지지하는 타겟 홀더(180)가 회전하게 되면 더욱 더 균일한 박막을 얻을 수 있다.On the other hand, the laser beam generated from the light source 100 is irradiated obliquely toward the target 190. A path difference of the laser beam occurs, and the path difference may be different in intensity of the laser beam. Since this may affect the film quality of the thin film deposited on the substrate 200, when the target holder 180 supporting the target 190 is rotated, a more uniform thin film may be obtained.
상술한 바와 같이 구성된 박막 증착 장치는 다음과 같이 동작한다.The thin film deposition apparatus configured as described above operates as follows.
광원(100)으로부터 펄스당 특정 에너지를 갖는 레이저 빔이 발생되고, 발생된 레이저 빔은 렌즈(120)에 입사되어 집속된다. 집속된 레이저 빔은 창(140)을 통해 챔버(160) 내부로 들어간다. 챔버(160) 내부로 들어간 레이저 빔은 타겟(190)을 조사하는데, 타겟(190)의 조사되는 표면은 곡면화되어 레이저 빔의 조사면적이 확대된다. 확대된 레이저 빔의 조사면적으로 인해 대면적화된 기판(200) 상에 균일하고 향상된 증착률로 박막을 형성할 수 있게 된다.A laser beam having a specific energy per pulse is generated from the light source 100, and the generated laser beam is incident on the lens 120 and is focused. The focused laser beam enters the chamber 160 through the window 140. The laser beam entering the chamber 160 irradiates the target 190. The irradiated surface of the target 190 is curved to enlarge the irradiation area of the laser beam. Due to the enlarged irradiation area of the laser beam, it is possible to form a thin film on the large-area substrate 200 with a uniform and improved deposition rate.
한편, 타겟(190)에 조사되는 레이저 빔의 크기는 임의적으로 조정할 수 있다. 따라서, 한 번의 레이저 빔의 조사로써 타겟(190) 전면적을 커버할 수 있고, 또는 장치 구성이나 공정 조건상 레이저 빔의 크기를 작게하여 스캐닝 방법으로 타겟(190)을 조사할 수 있다.On the other hand, the size of the laser beam irradiated to the target 190 can be arbitrarily adjusted. Therefore, the entire surface of the target 190 can be covered by one laser beam irradiation, or the target 190 can be irradiated by a scanning method by reducing the size of the laser beam in accordance with the device configuration or process conditions.
본 발명은 펄스파 레이저 증착(PLD) 방식에 제한되지 아니하고 타겟을 사용하는 모든 박막 증착 장치에 응용될 수 있다. The present invention is not limited to the pulsed wave laser deposition (PLD) method and can be applied to any thin film deposition apparatus using a target.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 그리고, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.The foregoing detailed description illustrates the present invention. In addition, the foregoing description merely shows and describes preferred embodiments of the present invention, and the present invention can be used in various other combinations, modifications, and environments. And, it is possible to change or modify within the scope of the concept of the invention disclosed in this specification, the scope equivalent to the written description, and / or the skill or knowledge in the art. The above-described embodiments are for explaining the best state in carrying out the present invention, the use of other inventions such as the present invention in other state known in the art, and the specific fields of application and uses of the present invention. Various changes are also possible. Accordingly, the detailed description of the invention is not intended to limit the invention to the disclosed embodiments. Also, the appended claims should be construed to include other embodiments.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 곡면화된 타겟 소스를 갖는 박막 증착 장치에 의하면, 타겟에 조사되는 레이저 빔의 조사범위가 넓어져 기판을 대면적화 할 수 있으며, 박막 증착률과 박막 균일도를 향상시키는 효과가 있다.As described in detail above, according to the thin film deposition apparatus having the curved target source according to the present invention, the irradiation range of the laser beam irradiated to the target can be widened to make a large area of the substrate, and the thin film deposition rate and thin film uniformity Has the effect of improving.
도 1은 종래 기술에 따른 박막 증착 장치를 개략적으로 도시한 것이다.Figure 1 schematically shows a thin film deposition apparatus according to the prior art.
도 2는 본 발명에 따른 곡면화된 타겟을 갖는 박막 증착 장치를 도시한 것이다.2 shows a thin film deposition apparatus having a curved target according to the present invention.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>
10, 100; 광원 12, 120; 렌즈10, 100; Light sources 12 and 120; lens
14, 140; 창 16, 160; 챔버14, 140; Gen. 16, 160; chamber
17, 170; 진공 시스템 18, 180; 타겟 홀더17, 170; Vacuum systems 18, 180; Target holder
19, 190; 타겟 20, 200; 기판19, 190; Target 20, 200; Board
210; 히터210; heater
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| CN115369364A (en) * | 2022-07-29 | 2022-11-22 | 松山湖材料实验室 | Curved surface film deposition method and device |
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2004
- 2004-05-17 KR KR1020040034781A patent/KR20050109766A/en not_active Application Discontinuation
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