KR20090016254A - 레이저를 이용한 금속박막 형성장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 레이저를 이용한 금속박막 형성장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 266nm 이하의 파장을 가지는 레이저 빔을 이용하여 박막 형성속도가 향상된 금속박막 형성장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 금속박막 형성장치는 266nm 이하의 파장을 갖는 UV레이저 빔을 조사하는 레이저 발진기; 상기 기판과 소정의 간격을 두고 배치되며, 금속 소스가스에 상기 레이저 빔이 조사되어 반응을 일으키는 챔버; 및 상기 챔버에 상기 금속 소스가스를 공급하는 가스 공급부;를 포함한다.
레이저. 금속박막. 챔버. 포톤 에너지.
Description
본 발명은 레이저를 이용한 금속박막 형성장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 266nm 이하의 파장을 가지는 UV레이저 빔을 이용하여 박막 형성속도가 향상된 금속박막 형성장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 각광받고 있는 평판표시소자(FPD) 중 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device, LCD)를 예로 들면 소형화, 경량화 저 전력소비화 등의 장점을 갖고 있어, 현재 많은 정보처리 기기에 장착ㆍ사용되고 있다.
이러한 액정표시장치는 일반적으로 액정의 특정한 분자배열에 전압을 인가 해 다른 분자배열을 변환시키고, 이러한 분자배열에 의해 발광하는 액정 셀의 복굴절성, 선광성, 2색성 및 광산란 특성 등의 광학적 성질의 변화를 시각 변화로 변환하는 것으로, 액정 셀에 의한 빛의 변조를 이용한 디스플레이 장치이다.
액정표시장치는 화소 단위를 이루는 액정 셀의 생성 공정을 동반하는 패널 상판 및 하판의 제조 공정과, 액정 배향을 위한 배향막의 형성 및 러빙공정과, 상판 및 하판의 합착 공정과, 합착된 상판 및 하판 사이에 액정을 주입하는 공정 등 을 거쳐 완성하게 된다.
상기와 같은 공정에 의해 완성되는 액정표시장치는 금속패턴(예를 들면, 데이터 라인 또는 공통전극 라인)이 형성되어 있고 전기적으로 전도성을 가진다. 그런데 이러한 금속패턴이 단선(open)되거나 단락(short)되는 등의 선결함이 발생하는 경우가 있다.
일반적으로 패턴의 유실에 의해 결함과 패턴 서로 간의 단락에 의해 점 결함의 경우 그 분포, 개수 및 유형에 따라 허용되는 레벨이 있는 반면에, 상기의 선결함의 경우는 한 개라도 발생하면 제품으로서의 가치가 없기 때문에 이에 대한 수정 공정이 매우 중요하다.
이때 수정 방법의 하나로 액정표시 패널의 유리기판의 결함이 발생된 국소부에 금속소스가스를 주입하고 여기에 레이저 빔을 조사하여 결함 부위를 수정하는 레이저 화학기상증착(Chemical Vapour Deposition, CVD)을 이용한 수정 방법이 있다. 이러한 레이저 화학기상증착을 이용한 박막형성방법을 간략하게 설명하면, 금속화합물가스에 레이저 빔을 조사하면 금속과 결합된 배위자(ligand)간의 결합이 깨지면서 금속 원자만 떨어져 나오게 되는데, 금속 패턴 상에서 이러한 반응을 일으키면 금속원자가 금속 패턴 위에 박막형태로 형성되는 것이다. 이렇게 증착되는 금속원소로는 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 등이 사용된다.
도 1은 종래 레이저 화학기상증착을 이용한 금속박막 형성장치에 대해 개략적으로 도시한 것이다.
도시된 것과 같이 금속박막 형성장치는 레이저 빔을 발진하는 레이저 발진 기(10a, 10b)와, 광학계와, 챔버(30)로 이루어진다.
상기 레이저 발진기(10a, 10b)는 제 1 및 제 2 발진기의 한 쌍으로 이루어지는데, 상기 제 1 발진기(10a)는 IR이나 녹색, UV 등의 파장을 갖는 레이저 빔을 조사하여 수리하고자 하는 지점에 한 쌍의 컨택트 홀을 형성하는 것이고, 제 2 레이저 발진기(10b)는 보통 자외영역 파장의 레이저 빔을 조사하여 컨택홀에 금속원료를 채우거나 상기 컨택트 홀들 사이에 금속박막을 형성하는 것이다.
상기 광학계는 상기 레이저 빔을 불량 부위의 크기에 맞게 빔을 확장하고 조절하는 빔 형성수단(21a, 21b)와, 레이저 빔의 경로를 조절하여 기판에 조사할 수 있도록 하는 미러(22a, 22b)와, 빔의 크기와 형상을 조절하는 빔 슬릿(23)과, 대물렌즈(26)로 구성된다.
상기 챔버(30)는 기판(40)과 소정의 간격을 두고 상방에 배치되고, 광학창을 구비하며, 가스 공급부(미도시)로부터 금속 소스가스가 공급된다. 또한 상기 챔버(30)에는 박막형성 후 잔류가스를 배기하는 배기부(미도시)도 연결된다.
또한 상기 광학계에는 박막증착이 원하는 부위에 정확히 형성되는지 여부를 실시간으로 감시하기 위한 모니터링 수단으로서 이미지 센서(51)와 초점조절부(52)가 더 구비되고, 광 경로를 조절하는 미러(53, 54)가 더 구비된다.
위와 같이 구성된 종래의 금속박막 형성장치를 이용하여 금속박막을 형성하는 방법을 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한다.
도 2는 제 1 레이저발진기에서 조사되는 IR이나 녹색, UV파장 레이저(10)를 이용하여 컨택트 홀(44)을 형성하는 과정을 나타낸 것이다. 도 2의 (a)는 단면을 나타낸 것이고, (b)는 위에서 본 모양을 나타낸 것이다. (b)를 보면 두 개의 컨택트 홀(44), 컨택트 홀 사이에 단선된 부분(45), 및 금속패턴(41) 주위에 넓게 분포되어 있는 도전성 물질(43)을 볼 수 있다.
도시된 것과 같이 가공대상체는 유리 기판(40)위에 금속패턴(41)이 증착되어 있고, 그 위에 절연막(42) 등이 증착되어 있다.
상기 금속패턴(41)은 연결되어 있는 것이 바람직하나 단선된 경우에는 이를 연결해야 하는데, 금속패턴(41) 위에 절연막(42) 등이 증착되어 있으므로 바로 연결할 수는 없고 절연막(42) 등에 구멍을 뚫어야 한다.
단선된 금속패턴을 연결을 하기 위해서는 단선된 양측 지점에 두 개의 홀(44)을 형성하여야 한다.
이때 레이저의 출력을 조절하여 홀 형성시 금속패턴(41)이 녹으면서 홀의 벽에 부착되도록 한다. 즉, 홀 형성시 절연막 등(42)만 제거하는 것이 아니라 금속패턴(41)에도 홀을 형성한다.
도 3은 도 2와 같이 형성된 컨택트 홀(44)에 금속원료를 홀에 채우는 것을 나타낸 도면이다.
금속 소스가스(금속화합물 가스와 불활성 기체가 혼합된 가스)를 광학창이 구비된 챔버에 주입한 후, 제 2 레이저 발진기를 이용하여 레이저 빔을 조사하여 홀(44)안에 금속원료(13)를 채워 넣는다.
도면에서 도시된 것과 같이 레이저(11)가 조사되면서 챔버에 주입된 금속 소스가스가 홀에 채워지는 것이다.
상기 홀을 생성하는 공정에서 금속패턴이 녹아서 홀(44) 표면에 흡착된 금속부를 레이저를 이용하여 박막으로 완전히 채우고 덮도록 한다. 이렇게 함으로써 접착 신뢰성을 향상시키고 금속패턴(41)과 금속원료층(46) 사이의 저항을 감소시킬 수 있다.
도 3의 (b)에서 홀에 금속원료(46)층이 형성된 것을 확인할 수 있다.
도 4는 상기 컨택트 홀(44) 사이에 박막을 증착하여 연결하는 과정을 도시한 것이다.
컨택트 홀(44)에 금속원료층(46)을 채워 넣을 때와 마찬가지로 청색 레이저(12)를 조사하여 컨택트 홀(44) 사이에 금속박막을 형성하여 두 개의 컨택트 홀을 연결한다.
이때 결함부위에 따라 직접 연결할 수도 있고 우회하여 연결할 수도 있다. 어느 경우이든 레이저를 이동(스캔방식)하면서 조사하거나, 레이저 빔의 세기를 균일하도록 유지시키고 빔의 크기를 크게 하여 광학 장치를 고정시킨체 한번에 레이저를 조사(블럭샷 방식)하여 마스크를 통과하도록 조사할 수도 있다. 도 4의 (a)는 스캔방식으로 레이저를 조사하면서 박막을 증착한 것을 도시한 것이고, (b)와 (c)는 마스크를 사용하여 박막을 증착한 것을 도시한 것이다.
스캔방식을 사용하여 우회 연결하는 경우에는 (a)에 도시된 것과 같이 꺾여진 부분에 중첩영역(47)이 발생한다. 동일 부위에 레이저가 두 번 조사되기 때문에 다른 부위보다 두껍게 박막이 형성되고 단차가 발생하는 문제점이 있다. 그러나 마스크를 이용해서 한 번에 증착하게 되면 이러한 중첩문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라 작업 공정에 소요되는 시간도 단축할 수 있다. 물론 직접연결할 때에도 슬릿 또는 마스크를 이용하여 조사되는 레이저 빔의 크기를 조절하여 한 번에 조사하는 것이 공정 시간을 단축할 수 있어 유리하다.
상기와 같은 절차로 금속박막 형성이 완료되고 단선된 금속패턴(41)은 연결된다.
한편, 이와 같이 증착된 금속박막은 전기전도도 등의 요구조건에 만족하기 위하여는 최소 3,000Å이상의 두께로 증착이 되어야 하는데, 이러한 두께로 박막을 형성하기 위하여는 금속화합물이 분해되는데 따른 시간이 필요하다. 특히, 금속원소가 텅스텐인 경우, 금속화합물의 증기압이 다른 화합물에 비해 상대적으로 낮고, 또한 분해가 잘 이루어지지 않아 상기의 두께로 스캔방식으로 증착을 하기 위하여는 스캔속도가 너무 느려서 택타임이 너무 길고, 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 금속화합물이 빠르게 분해되는 최적의 레이저를 이용한 금속박막 형성장치 및 이에 의한 금속박막 형성방법을 제공함에 있다.
위와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 의한 금속박막 형성장치는 266nm 이하의 파장을 가지는 UV레이저 빔을 조사하는 레이저 발진기; 상기 레 이저빔을 전달하는 광학계; 상기 기판과 소정의 간격을 두고 배치되며, 금속 소스가스에 상기 레이저 빔이 조사되어 반응을 일으키는 챔버; 상기 챔버에 상기 금속 소스가스를 공급하는 가스 공급부; 및 반응잔류가스를 배출하는 배기부;를 포함한다.
또한 상기 레이저 빔은 포톤 에너지(Photon Energy)가 4.5eV이상이고, 상기 레이저 발진기는 네오늄YAG(Nd:YAG), 네오늄 YLY(Nd:YLY), 네오늄YVO4(Nd:YVO4), 네오늄YLF(Nd:YLF), 레이저 다이오드, 티타늄 사파이어(Ti:Sapphire), 화이버 오실레이터(Fiber-Oscillator), 이터븀(Yitterbium), 엑시머(Excimer) 중 어느 하나를 이용하여 생성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 레이저 발진기는 펄스 반복율(Pulse repetition rate)이 1kHz 내지 10kHz인 Q-스위치 펄스 레이저이거나 연속파 레이저이며, 펄스 에너지가 1μJ ~ 1mJ인 것이 바람직하다.
또한 상기 금속 소스가스는 Ag, Al, Au, Co, Cr, Cu, Fe, Mo, Ni, Pb, Ti, W 및 Zn으로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 금속원자를 포함한다.
본 발명에 의한 금속박막 형성방법은 1) 기판 상에 266nm 이하의 파장을 가지는 레이저 빔을 조사하는 단계; 및 2) 상기 기판 상에 금속 소스가스를 공급하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따르면, 266nm 이하의 파장을 가지는 UV레이저 빔 또는 포톤 에너지(Photon Energy)가 4.5eV이상인 레이저 빔을 이용하기 때문에, 금속박막 증착에 사용되는 금속화합물의 배위자(ligand)들의 분해가 잘되는 효과가 있다.
따라서 금속박막 증착속도가 상승되는 효과가 있는 것이다.
이하에서는 실시예를 통해 본 발명에 의한 금속박막 형성장치 및 방법을 구체적으로 설명한다.
<실시예 1>
도 5에 도시된 바와 같이, 컨택트홀과 컨택트홀 사이의 거리가 100㎛이고, 우회하기 위한 세로길이가 50㎛인 금속박막(48)을 3,000Å의 두께로 형성하였다.
이러한 금속박막의 형성에 사용되는 금속박막 형성장치로는 도 1에 도시된 박막형성 장치에서 제 1 레이저 발진기는 IR/GR(청색)/UV파장 레이저를 조사하고, 제 2 레이저 발진기는 266nm이하의 파장을 가진 UV레이저 빔을 조사하도록 구성하였으며, 챔버에는 텅스텐 원소가 포함된 금속소스가스를 공급하였다.
이러한 박막형성 장치를 이용하여 도 2와 같이 컨택트 홀을 형성하고, 도 3과 같이 컨택트 홀에 텅스텐을 채웠으며, 도 4의 (a)와 같이 2회 스캔하여 컨택트 홀들 사이에 텅스텐 박막을 형성하였다.
이 경우 도 5에 도시된 금속박막(48)을 형성하는데, 10㎛/s의 속도로 스캔하여 2회 왕복하는데 40초의 수리 시간이 소요되었다.
<실시예 2>
제 2 레이저 발진기가 248nm 파장을 가진 레이저 빔을 조사한다는 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 도 5에 도시된 금속박막을 형성하였다.
이 경우 도 5에 도시된 금속박막(48)을 형성하는데, 10㎛/s의 속도로 스캔하여 40초의 수리 시간이 소요되었다.
<실시예 3>
제 2 레이저 발진기가 193nm 파장을 가진 레이저 빔을 조사한다는 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 도 5에 도시된 금속박막을 형성하였다.
이 경우 도 5에 도시된 금속박막(48)을 형성하는데, 15㎛/s의 속도로 스캔하여 27초의 수리 시간이 소요되었다.
<비교예 1>
제 2 레이저 발진기가 1053nm파장을 가진 레이저 빔을 조사한다는 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 도 5에 도시된 금속박막을 형성하였다.
이 경우는 도 5에 도시된 금속박막(48)을 형성할 수 없었다.
<비교예 2>
제 2 레이저 발진기가 527nm파장을 가진 레이저 빔을 조사한다는 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 도 5에 도시된 금속박막을 형성하였다.
이 경우는 도 5에 도시된 금속박막(48)을 형성할 수 없었다.
<비교예 3>
제 2 레이저 발진기가 351nm파장을 가진 레이저 빔을 조사한다는 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 도 5에 도시된 금속박막을 형성하였다.
이 경우 도 5에 도시된 금속박막(48)을 형성하는데, 3㎛/s의 속도로 스캔하여 133초의 수리 시간이 소요되었다.
한편, 텅스텐과 배위자간의 결합에너지는 약 3.5ev이며, 레이저 파장에 따른 포톤 에너지는 하기의 표 1과 같다.
이를 통해 알 수 있는 것은 텅스텐과 배위자간의 결합에너지보다 큰 포톤 에너지를 가진 266nm, 248nm, 193nm 파장의 레이저 빔을 조사한 실시예 1 내지 3은 텅스텐과 배위자간의 결합에너지보다 작은 포톤 에너지를 가진 351nm 파장의 레이저 빔을 조사한 비교예 3에 비해 상대적으로 스캔속도가 빠르고 그에 따른 수리시간이 매우 빠르다는 것을 알 수 있다. 이것은 포톤에너지가 클수록 배위자들의 분 해가 훨씬 잘 일어나기 때문에 스캔속도를 빨리 할 수 있고, 결과적으로 빠른 시간내에 수리를 완료할 수 있는 것이다. 다시 말하면, 스캔속도는 포톤에너지에 비례하는 것이다.
더 나아가 비교예 1 및 2는 포톤에너지가 배위자간의 결합에너지보다 작기 때문에 반응이 일어나지 않는다는 것을 알 수 있다. 따라서 금속박막을 형성하기 위하여는 최소한 배위자간의 결합에너지 이상의 포톤에너지를 가진 파장의 레이저가 요구됨을 알 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 종래 금속박막 형성장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2 내지 도 4는 종래 금속박막 형성방법을 순서대로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 의해 금속박막을 형성한 상태를 도시한 것이다.
Claims (8)
- 266nm 이하의 파장을 갖는 UV레이저 빔을 조사하는 레이저 발진기;상기 기판과 소정의 간격을 두고 배치되며, 금속 소스가스에 상기 레이저 빔이 조사되어 반응을 일으키는 챔버; 및상기 챔버에 상기 금속 소스가스를 공급하는 가스 공급부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속박막 형성장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 레이저 빔은 포톤 에너지(Photon Energy)가 4.5eV이상인 것을 특징으로 하는 금속박막 형성장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 레이저 발진기는 네오늄YAG(Nd:YAG), 네오늄 YLY(Nd:YLY), 네오늄YVO4(Nd:YVO4), 네오늄YLF(Nd:YLF), 레이저 다이오드, 티타늄 사파이어(Ti:Sapphire), 화이버 오실레이터(Fiber-Oscillator), 이터븀(Yitterbium), 엑시머(Excimer) 중 어느 하나를 이용하여 생성되는 것을 특징으로 하는 금속박막 형성장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 레이저 발진기는 펄스 반복율(Pulse repetition rate)이 1kHz 내지 10kHz인 Q-스위치 펄스 레이저이거나 연속파 레이저인 것을 특징으로 하는 금속박막 형성장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 레이저 발진기는 펄스 에너지가 1μJ ~ 1mJ인 것을 특징으로 하는 금속박막 형성장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 금속 소스가스는 Ag, Al, Au, Co, Cr, Cu, Fe, Mo, Ni, Pb, Ti, W 및 Zn으로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 금속원자를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속박막 형성장치.
- 1) 기판 상에 266nm 이하의 파장을 가지는 레이저 빔을 조사하는 단계; 및2) 상기 기판 상에 금속 소스가스를 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속박막 형성방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 레이저 빔은 포톤 에너지(Photon Energy)가 4.5eV이상인 것을 특징으로 하는 금속박막 형성방법.
Priority Applications (1)
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| KR1020070080758A KR20090016254A (ko) | 2007-08-10 | 2007-08-10 | 레이저를 이용한 금속박막 형성장치 및 방법 |
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Country Status (1)
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| KR (1) | KR20090016254A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020059897A1 (ko) * | 2018-09-17 | 2020-03-26 | 주식회사 코윈디에스티 | 레이저 화학기상증착을 이용한 미세 배선 형성 방법 |
-
2007
- 2007-08-10 KR KR1020070080758A patent/KR20090016254A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (3)
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| CN111615868A (zh) * | 2018-09-17 | 2020-09-01 | 株式会社考恩斯特 | 利用激光化学气相沉积的精细布线形成方法 |
| CN111615868B (zh) * | 2018-09-17 | 2023-11-21 | 苏州科韵激光科技有限公司 | 利用激光化学气相沉积的精细布线形成方法 |
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