KR20090016262A - 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 단선불량을 수리하기 위한 금속박막의 두께를 얇게 하면서도 동일한 박막 특성을 가지는 금속박막 형성장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 금속박막 형성장치는 레이저 빔을 발진하는 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 포함하되, 상기 금속 소스가스는 Ag, Au 및 Cu로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 금속원자를 포함한다.
레이저. 금속박막. 챔버. 포톤 에너지.
Description
본 발명은 레이저를 이용한 금속박막 형성장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단선불량을 수리하기 위한 금속박막의 두께를 얇게 하면서도 동일한 박막 특성을 가지는 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 자외 영역의 파장을 갖는 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)로 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. 상기 금속원료는 일반적으로 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 등의 6족 원소를 주로 사용하였다.
도면에서 도시된 것과 같이 레이저(11)가 조사되면서 챔버에 주입된 금속 소 스가스가 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 마 스크를 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 소정의 전기전도도를 만족하여야 하는데, 상기 전기전도도는 금속박막의 단면적에 비례하게 된다. 따라서 이러한 요구조건에 만족하기 위하여는 종래에는 일반적으로 금속박막의 두께를 최소 3,000Å이상으로 증착하여 왔다.
그러나 위와 같은 두께를 갖는 금속박막을 형성하려면 단선불량을 수리하기 위한 시간이 너무 길다는 문제점이 지적되어 왔고, 따라서 택타임을 감소하기 위하여 금속박막의 두께를 보다 얇게 형성하면서도 소정의 전기전도도를 만족시킬 수 있는 방안에 대한 연구가 대두되고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 단선불량을 수리하기 위한 금속박막의 두께를 종전보다 얇게 하면서도 동일한 박막 특성을 가지는 금속박막 형성장치 및 방법을 제공함에 있다.
위와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 의한 금속박막 형성장치는 레이저 빔을 발진하는 레이저 발진기; 상기 레이저 빔을 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 상기 챔버내에서 반응잔류가스를 배출하는 배기부;를 포함하되, 상기 금속 소스가스는 Ag, Au 및 Cu로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 금속원자를 포함한다.
이 때, 상기 Ag, Au 및 Cu로 구성되는 굼속 화합물의 결합에너지는 4eV이므로, 상기 레이저 빔은 포톤 에너지(Photon Energy)가 4eV이상이어야 한다.
또한 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 펄스 레이저이거나 연속파 레이저이고, 펄스 에너지가 1μJ ~ 1mJ인 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 금속박막 형성방법은 1) 기판 상에 레이저 빔을 조사하는 단계; 및 2) 상기 기판 상에 Ag, Au 및 Cu로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 금속원자를 포함하는 금속 소스가스를 공급하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따르면, 단선불량을 수리하기 위한 금속박막의 두께를 기존보다 얇게 하더라도 그 재료를 전기전도도가 우수한 Ag, Au 및 Cu 등으로 함으로써, 동일한 박막 특성을 낼 수 있는 효과가 있다.
따라서 단선불량을 수리하는 택타임을 현저히 감소시켜 생산성을 향상시킨다.
이하에서는 본 발명에 의한 금속박막 형성장치 및 방법을 구체적으로 설명한다.
통상적으로 11족인 Ag, Au 및 Cu는 6족인 Cr, Mo, W보다 저항이 작고, 전기전도도가 높다는 것은 주지의 사실이다. 구체적으로 상기 원소들의 전기전도도는 하기의 표 1과 같다.
이 중에서 Cu와 Cr을 예로 들면, Cu의 전기전도도는 Cr의 전기전도도의 약 7.5배임을 알 수 있다.
따라서 종래 Cr으로 금속박막을 형성하는 대신 본 발명에 의한 Cu로 금속박막을 형성하는 경우에는 약 1/7.5의 두께로 형성하더라도 동일한 특성을 얻을 수 있는 것이다.
보다 구체적으로 설명하면, 종래에 단선불량을 수리하기 위하여 Cr으로 3,000Å의 두께로 금속박막을 형성하였다.
이것은 본 발명에 의하여 금속원료를 Cr 대신 Cu로 대체한다면, 다시 말하 면, 챔버에 공급하는 금속 소스가스가 Cu를 포함하는 것이라면, 금속박막의 두께를 약 400Å(3,000Å×1/7.5)으로 하더라도 전기전도도 등의 동일한 특성을 얻을 수 있는 것이다.
출처: Charles Kittel, Introduction to Solid State Physics, 7th Ed, 1965
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.
Claims (7)
- 레이저 빔을 발진하는 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 포함하되,상기 금속 소스가스는 Ag, Au 및 Cu로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 금속원자를 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 형 성장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 레이저 발진기는 펄스 반복율(Pulse repetition rate)이 1kHz 내지 10kHz인 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.
- 1) 기판 상에 레이저 빔을 조사하는 단계; 및2) 상기 기판 상에 Ag, Au 및 Cu로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 금속원자를 포함하는 금속 소스가스를 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속박막 형성방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 레이저 빔은 포톤 에너지(Photon Energy)가 4.5eV이상인 것을 특징으로 하는 금속박막 형성방법.
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