KR20100100999A

KR20100100999A - 증발원 및 성막장치

Info

Publication number: KR20100100999A
Application number: KR1020107017226A
Authority: KR
Inventors: 하루히코 야마모토; 켄지로 코쿠부
Original assignee: 가부시키가이샤 알박
Priority date: 2008-04-09
Filing date: 2009-04-08
Publication date: 2010-09-15
Also published as: US20100313811A1; TWI400345B; CN101932749A; WO2009125802A1; KR101215632B1; CN101932749B; JP5080587B2; TW200946701A; JPWO2009125802A1

Abstract

유지보수 특성을 훼손하지 않고 성막재료(29)의 이용 효율을 향상시킨 증발원(20)이 개시된다. 증발원(20)은 복수의 수용공간(25S)을 갖는 관상의 하나의 주벽(25)과, 주벽(25)의 내부를 복수의 수용공간(25S)으로 구획하는 복수의 격벽부(27)를 포함한다. 주벽(25)에는 수용공간(25S)마다 적어도 하나씩 배치된 복수의 구멍(28)이 형성되어 있다. 복수의 구멍(28)은 복수의 수용공간(25S) 각각에 수용된 성막재료(29)를 각 수용공간으로부터 외부를 향해 증발시키도록 복수의 수용공간과 외부 사이를 연통한다.

Description

증발원 및 성막장치{EVAPORATION SOURCE AND FILM-FORMING DEVICE}

본 발명은 증발원 및 성막장치에 관한 것이다.

광학 제품에 이용되는 광학 박막은 굴절률이 상이한 복수의 층을 구비하고, 각 층이 기판 상에 적층됨에 의해 반사방지 특성, 필터 특성, 반사 특성 등 다양한 광학 특성을 발현한다. 고 굴절률 재료로는 예컨대 탄탈룸(tantalum), 티타늄(titanium), 니오븀(niobium) 및 지르코늄(zirconium) 등의 금속 산화물이 이용되고, 저 굴절률 재료로는 예컨대 실리콘 산화물(silicon oxide)나 불화 마그네슘(magnesium fluoride)이 이용된다.

광학 박막의 제조공정에는 저 굴절률 재료나 고 굴절률 재료 등의 유전체로 이루어진 복수의 타깃(target)을 사용하여 각 타깃에서 방출되는 스퍼터 입자를 기판 상에 순차적으로 퇴적시키는 소위 스퍼터 법(sputtering process)이 사용된다. 이런 스퍼터 법으로는 타깃의 표면 부근에 플라즈마를 주입시키는 마그네트론 스퍼터 법(magnetron sputtering process), 타깃에 고주파 전력을 인가하는 고주파 스퍼터 법(high frequency sputtering process) 등이 알려져 있다.

스퍼터 법에 있어 타깃 재료에 유전체를 이용하는 경우에는, 유전체에 축적되는 전하가 이상 방전을 일으키기 쉬우므로, 일반적으로 고주파 스퍼터 법이 선택된다. 한편, 고주파 스퍼터 법을 이용하는 경우에는 마그네트론 스퍼터 법에 비해 기판의 반송 등에 따른 플라즈마 밀도의 변동을 초래하기 쉽고, 또한 성막 속도를 크게 지연시킨다는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 광학 박막의 제조방법에 있어서는 종래부터 다양한 제안이 이루어지고 있다.

특허문헌 1에 기재된 성막장치는 진공조 내부에 회전드럼을 배치하고, 진공조 내부를 회전드럼의 원주방향을 따라 복수의 처리영역으로 구획한다. 예컨대, 회전드럼의 둘레에는 마그네트론 스퍼터 법을 이용하여 금속막을 형성하기 위한 처리영역과, 마그네트론 스퍼터 법을 이용하여 실리콘막을 형성하기 위한 처리영역과, 산소 플라즈마를 생성시켜 산화처리를 실행하기 위한 처리영역이 구획되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 성막장치는 회전드럼을 회전시킴으로써 회전드럼에 부착되어 있는 기판의 표면에 대해 금속막 형성과 실리콘막 형성과 각 막의 산화처리를 선택적으로 반복하여 실행한다. 이에 따라, 특허문헌 1은 고 굴절률 재료의 퇴적과 저 굴절률 재료의 퇴적을 안정된 퇴적조건 하에서 가속시킬 수 있고, 이에 의해 광학 박막의 성막처리의 안정화와 고속화를 꾀할 수 있다.

광학 제품에 이용되는 광학 박막은 외부로부터의 각종 액상체가 박막 표면에 부착됨으로 인해 그 광학 특성이 쉽게 열화된다. 이 때문에 광학 박막의 표면에는 각종 액상체를 발액(撥液, liquid repelling)하기 위한 발액성을 갖는 발액막을 형성하는 것이 바람직하다. 발액막 형성 기술로는 액체를 발액하기 위한 발액기(撥液基)와, 가수분해성 중축합기(重縮合基)를 갖는 실란 커플링제를 광학 박막의 표면에 증착시켜 중합시키는 소위 증착중합법이 이용된다.

기판 표면에 성막재료를 증착하는 경우, 일반적으로 성막재료의 농도가 증발원의 근방에서 높아지기 때문에, 박막의 균일성을 얻기 위해서는 증발원이 기판으로부터 멀리 떨어져 있어야 한다. 그 결과, 발액막의 형성공정에서는 증발원으로부터의 성막재료를 기판의 외측 방향으로도 불필요하게 확산시켜야 하고, 이에 의해 성막재료의 이용 효율이 크게 저하된다. 이러한 문제는 복수의 증발원을 기판의 근방에 배열함으로써 회피 가능한 것으로 여겨진다.

그러나 복수의 증발원을 이용하는 경우에는, 성막재료를 보충할 때마다 증발원의 수량이 늘어나는 만큼 증발원의 착탈에 많은 시간을 요하고, 이에 따라 성막장치의 유지보수(maintenance) 특성을 크게 저하시킨다.

JP-A-2007-247028

본 발명은 유지보수 특성을 훼손하지 않고 성막재료의 이용 효율을 향상시킨 증발원과, 이 증발원을 탑재한 성막장치를 제공한다.

본 발명의 일 양태는 증발원이다. 이 증발원은 복수의 수용공간을 갖는 관상의 하나의 주벽과; 상기 주벽의 내부를 상기 복수의 수용공간으로 구획하는 복수의 격벽부를 포함하고, 상기 주벽에는 상기 수용공간마다 적어도 하나씩 배치된 복수의 구멍이 형성되어 있고, 상기 복수의 구멍은 상기 복수의 수용공간의 각각에 수용된 상기 성막재료를 각 수용공간으로부터 외부를 향하여 증발시키도록 상기 복수의 수용공간과 외부를 연통한다.

본 발명의 다른 양태는 성막장치이다. 이 성막장치는 진공조와, 상기 진공조 내부에서 기판을 회전시키는 회전기구와, 상기 회전하는 기판을 향해 성막재료를 증발시킴에 의해 상기 기판 상에 박막을 형성하는 성막부를 포함한다. 상기 성막부는, 상기 성막재료를 수용하는 증발원과; 상기 증발원을 가열하여 상기 증발원으로부터 상기 성막재료를 증발시키는 가열부를 포함하고, 상기 증발원은, 상기 기판의 회전축 방향을 따라 연장된 관 형상을 갖고, 복수의 수용공간을 갖는 하나의 주벽과; 상기 주벽의 내부를 상기 축 방향으로 상기 복수의 수용공간으로 구획하는 복수의 격벽을 포함하고, 상기 주벽에는 상기 수용공간마다 적어도 하나씩 배치된 복수의 구멍이 형성되어 있고, 상기 복수의 구멍은 상기 복수의 수용공간의 각각에 수용된 상기 성막재료를 상기 기판을 향하여 증발시키도록 상기 복수의 수용공간으로부터 상기 기판을 향하여 상기 주벽을 관통하여 형성된다.

도 1은 성막장치의 개략도이다.
도 2는 증발원의 정면도이다.
도 3은 증발원의 측면도이다.
도 4는 증발원으로부터 실란 커플링제의 증발상태를 나타낸 도면이다.

이하, 일 실시형태에 따른 성막장치(10)를 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 성막장치(10)를 개략적으로 나타낸 평면도이다. 도 1에서, 성막장치(10)는 지면(紙面)에 대해 수직 방향(이하, '회전축 방향'이라고 함)으로 연장된 다각 통 형상의 진공조(11)를 구비한다.

진공조(11)는 회전축 방향을 따라 연장된 원기둥 형상의 회전드럼(12)을 내부에 구비하고 있다. 회전드럼(12)은 회전기구의 일 예이다. 회전드럼(12)은 그 중심축(이하, '회전축C'라고 함)을 중심으로 하여 소정 속도로 좌회전 방향으로(도 1의 화살표 방향으로) 회전한다. 회전드럼(12)은 그 외주면을 따라 성막 대상물인 기판(S)을 착탈 가능하게 홀딩하는 홀더로서, 기판(S)의 표면을 진공조(11)의 내측면에 대향시키면서 회전드럼(12)의 원주방향을 따라 회전시킨다.

진공조(11)는 회전드럼(12)의 지름방향 외측, 즉 기판(S)의 회전경로와 대향하는 위치에 복수의 표면처리부(13)를 구비한다. 복수의 표면처리부(13)의 각각은 회전드럼(12)의 외주면, 즉 기판(S)의 표면을 향해 복수의 상이한 성막입자나 산화가스를 공급한다. 일 예로서, 진공조(11)는 금속입자를 기판(S)에 공급하기 위한 제1성막처리부(14)와, 실리콘입자를 기판(S)에 공급하기 위한 제2성막처리부(15)와, 활성산소를 기판(S)에 공급하기 위한 산화처리부(16)를 구비한다. 제1성막처리부(14), 제2성막처리부(15) 및 산화처리부(16)는 산화물 막 형성부의 일 예이다. 도 1에 도시한 예에서는, 복수(예컨대 2개)의 제1성막처리부(14)가 설치되어 있다. 또한, 진공조(11)는 액체재료(성막재료)를 기판(S)에 공급하기 위한 제3성막처리부(17)(성막부)를 구비한다. 액체재료로는, 액체를 발액하기 위한 발액기와 가수분해성 중축합기를 갖는 실란 커플링제, 예컨대 C₈F₁₇C₂H₄Si(OCH₃)₃을 이용할 수 있다.

제1성막처리부(14)는 탄탈룸이나 알루미늄 등의 금속으로 이루어진 제1타깃(14a)과, 제1타깃(14a)을 스퍼터링 하기 위한 전극(미도시)과, 제1타깃(14a)에서 보아 회전드럼(12)에 가까운 쪽을 개폐하는 제1셔터(14b)를 탑재한다. 제1성막처리부(14)는 성막처리를 실행할 때 제1셔터부(14b)를 개방하여 제1타깃(14a)에서 방출되는 금속입자를 회전드럼(12)의 외주면으로, 즉 기판(S)의 표면으로 공급한다. 제1성막처리부(14)는 성막처리를 실행하지 않을 때 제1셔터(14b)를 폐쇄하여 제1타깃(14a)에 대해 다른 원소로부터의 오염을 방지한다.

제2성막처리부(15)는 실리콘으로 이루어진 제2타깃(15a)과, 제2타깃(15a)을 스퍼터링 하기 위한 전극(미도시)과, 제2타깃(15a)에서 보아 회전드럼(12)에 가까운 쪽을 개폐하는 제2셔터(15b)를 탑재한다. 제2성막처리부(15)는 성막처리를 실행할 때 제2셔터(15b)를 개방하여 제2타깃(15a)에서 방출되는 실리콘입자를 기판(S)의 표면으로 공급한다. 제2성막처리부(15)는 성막처리를 실행하지 않을 때 제2셔터(15b)를 폐쇄하여 제2타깃(15a)에 대해 다른 원소로부터의 오염을 방지한다.

산화처리부(16)는 산소가스를 이용하여 플라즈마를 생성하는 산소 플라즈마원으로, 회전드럼(12)에 가까운 쪽을 개폐하기 위한 산화셔터(16b)를 탑재한다. 산화처리부(16)는 산화처리를 실행할 때 산화셔터(16b)를 개방하여 산소 플라즈마원에 의해 생성되는 산소 플라즈마를 기판(S)의 표면에 조사한다. 산화처리부(16)는 산화처리를 실행하지 않을 때 산화셔터(16b)를 폐쇄하여 플라즈마원에 대해 다른 원소로부터의 오염을 방지한다.

제3성막처리부(17)는 실란 커플링제를 수용하는 증발원(20)과, 증발원(20)을 가열하는 가열부인 히터(17a)와, 증발원(20)에서 보아 회전드럼(12)에 가까운 쪽을 개폐하는 제3셔터(17b)를 탑재한다. 제3성막처리부(17)는 발액막을 성막할 때 히터(17a)를 구동함과 함께 제3셔터(17b)를 개방하여 증발원(20)에서 방출되는 실란 커플링제를 기판(S)의 표면에 공급한다. 제3성막처리부(17)는 발액막을 성막하지 않을 때 제3셔터(17b)를 폐쇄하여 증발원(20)에 대해 다른 원소로부터의 오염을 방지한다.

성막장치(10)는 기판(S)에 광학 박막을 성막할 때, 회전드럼(12)을 소정 속도로 회전시킴과 함께, 제1셔터(14b), 제2셔터(15b), 산화셔터(16b) 및 제3셔터(17b)를 폐쇄한 상태로 제1성막처리부(14), 제2성막처리부(15), 산화처리부(16) 및 제3성막처리부(17)를 구동시킨다. 그리고 성막장치(10)는 회전드럼(12)을 계속 회전시키면서 제1셔터(14b)를 개방함에 의해 기판(S)의 표면에 피산화물 막으로서 금속막을 형성하고, 산화셔터(16b)를 개방함에 의해 금속산화물 막을 형성한다. 또 성막장치(10)는 회전드럼(12)을 계속 회전시키면서 제2셔터(15b)를 개방함에 의해 기판(S)의 표면에 피산화물 막으로서 실리콘막을 형성하고, 산화셔터(16b)를 개방함에 의해 실리콘 산화물막을 형성한다. 그리고 성막장치(10)는 제3셔터(17b)를 개방함에 의해 기판(S)의 표면에 발액막을 형성한다.

다음에, 제3성막처리부(17)에 탑재된 증발원(20)에 대해 설명한다. 도 2는 증발원(20)을 회전축(C)에서 본 정면도이고, 도 3은 증발원(20)을 제2성막처리부(15)에서 본 측면도이다. 도 4는 증발원(20)이 실란 커플링제를 증발하는 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다. 이하, 회전축(C)을 따른 방향을 상하 방향이라 한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 증발원(20)은 상하 방향으로 연장된 관상의 주벽(周壁)(25)를 갖는다. 주벽(25)의 상하 양단부(26)는 각각 주벽(25) 내부를 밀봉하기 위하여 일 방향(도 3의 좌우 방향)으로 압착되어 있고, 제3성막처리부(17)의 하우징에 나사 고정되도록 되어 있다. 주벽(25)은 열 전도성이 높은 관에 의해 형성되어, 히터(17a)로부터의 열량을 받을 때 주벽(25) 내부를 소정 온도로 상승시킨다.

주벽(25)은 자신의 내부를 상하 방향으로 복수의 수용공간(25S)으로 구획하기 위한 복수의 격벽부(27)를 갖는다. 복수의 격벽부(27) 각각은 주벽(25)을 일 방향(도 2의 좌우 방향)으로 압착함에 의해 형성되고, 인접하는 수용공간(25S)과의 사이에 기체의 출입을 방지한다. 주벽(25)은 수용공간(25S)마다 수용공간(25S)과 진공조(11) 사이를 연통하는 복수의 관통공(이하, 노즐(28)이라고 함)을 갖는다. 각 노즐(28)은 수평 방향을 따라 형성되고, 각 노즐(28)의 개구는 수용공간(25S)으로부터 회전드럼(12)의 외주면, 즉 기판(S)의 표면을 향하여 배치되어 있다. 복수의 수용공간(25S) 각각은 노즐(28)을 통해 주입되는 실란 커플링제(29)를 수용한다.

도 4를 참조하면, 증발원(20)은 히터(17a)로부터의 가열을 받아 각 노즐(28)을 통하여 각 수용공간(25S)의 내부에 있는 실란 커플링제(29)를 각각 기판(S)의 표면을 향해 증발시킨다. 이에 따라, 증발원(20)은 기판(S)의 상하 방향으로 수용공간(25S)의 수량에 따라 실란 커플링제(29)를 균일하게 분산시킬 수 있다. 따라서 증발원(20)은 동일한 막 두께 균일성을 얻을 때 실란 커플링제(29)를 분산시킴에 따라 기판(S)과 증발원(20) 간의 거리(D)를 짧게 할 수 있다. 그 결과, 증발원(20)은 수용공간(25S)에 수용되는 실란 커플링제(29)의 대부분을 기판(S)의 표면에 증착시킬 수 있고, 실란 커플링제의 이용 효율을 향상시킬 수 있다. 그리고 하나의 증발원(20)이 복수의 수용공간(25S)을 갖기 때문에 증발원(20)은 제3성막처리부(17)의 하우징에 상하 양단부(26)를 착탈하는 것만으로 그 상하 방향의 전 폭에 걸친 유지보수를 실시할 수 있다.

기판(S)에 증착되는 실란 커플링제는 물 등의 중합축합 개시제가 공급됨에 의해 가수분해와 중축합반응을 개시하여 기판(S) 상에 발액막을 형성한다.

상기 실시형태의 성막장치(10)는 다음과 같은 이점을 갖는다.

(1) 증발원(20)은 상하 방향으로 연장된 관상의 하나의 주벽(25)을 갖는다. 주벽(25)은 상하 방향으로 자신의 내부를 복수의 수용공간(25S)으로 구획하는 복수의 격벽부(27)와, 수용공간(25S)마다 주벽(25)에 형성되어 복수의 수용공간(25S) 각각과 진공조(11)의 내부 사이를 수평 방향으로 연통하는 노즐(28)을 갖는다.

이에 따라 증발원(20)은 상하 방향으로 수용공간(25S)의 수에 따라 실란 커플링제(29)를 분산시킬 수 있고, 이에 따라 동일한 막두께 균일성을 얻을 뿐만 아니라, 기판(S)과 증발원(20) 간의 거리(D)를 단축시킬 수 있다. 그 결과, 증발원(20)은 실란 커플링제(29)의 이용 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 하나의 증발원(20)이 복수의 수용공간(25S)을 가짐에 따라 성막장치(10)는 하나의 증발원(20)을 착탈하는 것만으로 상하 방향 전 폭에 걸친 유지보수를 실시할 수 있다. 따라서 성막장치(10)는 유지보수 특성을 훼손하지 않고 실란 커플링제(29)의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.

(2) 복수의 격벽부(27) 각각은 주벽(25)의 일부가 주벽(25)의 내부로 압착된 부분이다. 따라서 각 수용공간(25S)이 주벽(25)으로부터 연속되는 격벽부(27)에 의해 둘러싸임에 따라 별도 격벽부(27)를 설치하는 경우에 비해 인접하는 수용공간(25S) 사이의 밀봉 특성이 향상된다. 그 결과, 증발원(20)은 인접하는 수용공간(25S) 사이에서 실란 커플링제(29)의 출입을 바람직하게 방지할 수 있다. 따라서 증발원(20)은 각 수용공간(25S)에 수용되는 실란 커플링제(29)를 대향하는 기판(S)의 영역에 바람직하게 분산시킬 수 있고, 각 격벽부(27)를 별도 설치하는 경우에 비해 실란 커플링제(29)의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.

(3) 복수의 격벽부(27) 각각이 주벽(25)의 일부로부터 구성되므로 증발원(20)을 제조함에 있어 별도 격벽부(27)를 설치하는 경우에 비해 부재의 수를 대폭 감소할 수 있다. 따라서 증발원(20)의 생산성을 대폭 향상시킬 수 있다.

(4) 복수의 격벽부(27) 각각이 주벽(25)을 압착함에 의해 형성되므로 증발원(20)은 압착 위치를 변경하는 것만으로 수용공간(25S)의 크기나 수량을 용이하게 변경시킬 수 있다. 따라서 증발원(20)은 기판(S)의 크기나 막두께의 균일성 변경에 대해 용이하게 대처할 수 있고, 이에 따라 수용공간(25S)의 설계 자유도를 대폭 향상시킬 수 있으며, 그 적응범위를 확대시킬 수 있다.

상기 실시형태는 다음과 같이 변경될 수 있다.

격벽부(27) 각각은 주벽(25)의 일부로부터 구성되는 것에 한하지 않으며, 격벽부(27)를 주벽(25)과 다른 부재로 구성하고 이 별도의 격벽부를 주벽(25)에 설치해도 좋다. 즉 증발원의 '격벽부'는 주벽(25)의 내부를 상하 방향으로 복수의 수용공간(25S)으로 구획하는 구성이면 충분하다.

주벽(25)은 원형의 관상으로 이루어져 있지만 이에 한하지 않는다. 주벽(25)은 타원형 관상의 구성이어도 좋고, 또는 단면이 사각형인 관상으로 이루어져도 좋다. 즉 증발원의 '주벽'은 상하 방향으로 연장되는 관상을 이루는 구성이면 충분하다.

주벽(25)은 수용공간(25S)마다 두 개의 노즐을 구비하지만 이에 한하지 않는다. 주벽(25)은 수용공간(25S)마다 한 개 또는 세 개 이상의 노즐(28)을 구비하는 구성이어도 좋다.

회전드럼(12)은 원기둥 형상으로 되어 있지만 이에 한하지 않는다. 회전드럼(12)은 다각 기둥 형상을 이루는 구성이어도 좋다.

Claims

가열을 받아 성막재료를 증발시키는 증발원으로서,
복수의 수용공간을 갖는 관상의 하나의 주벽과;
상기 주벽의 내부를 상기 복수의 수용공간으로 구획하는 복수의 격벽부를 포함하고,
상기 주벽에는 상기 수용공간마다 적어도 하나씩 배치된 복수의 구멍이 형성되어 있고, 상기 복수의 구멍은 상기 복수의 수용공간의 각각에 수용된 상기 성막재료를 각 수용공간으로부터 외부를 향하여 증발시키도록 상기 복수의 수용공간과 외부를 연통하는 것을 특징으로 하는 증발원.
청구항 1에 있어서,
상기 복수의 격벽부 각각은 상기 주벽의 일부가 상기 주벽의 내부로 압착된 부분인 것을 특징으로 하는 증발원.
진공조와, 상기 진공조 내부에서 기판을 회전시키는 회전기구와, 상기 회전하는 기판을 향해 성막재료를 증발시킴에 의해 상기 기판 상에 박막을 형성하는 성막부를 포함하는 성막장치로서,
상기 성막부는, 상기 성막재료를 수용하는 증발원과; 상기 증발원을 가열하여 상기 증발원으로부터 상기 성막재료를 증발시키는 가열부를 포함하고,
상기 증발원은, 상기 기판의 회전축 방향을 따라 연장된 관 형상을 갖고, 복수의 수용공간을 갖는 하나의 주벽과; 상기 주벽의 내부를 상기 축 방향으로 상기 복수의 수용공간으로 구획하는 복수의 격벽을 포함하고,
상기 주벽에는 상기 수용공간마다 적어도 하나씩 배치된 복수의 구멍이 형성되어 있고, 상기 복수의 구멍은 상기 복수의 수용공간의 각각에 수용된 상기 성막재료를 상기 기판을 향하여 증발시키도록 상기 복수의 수용공간으로부터 상기 기판을 향하여 상기 주벽을 관통하여 형성된 것을 특징으로 하는 성막장치.
청구항 3에 있어서,
상기 복수의 격벽부 각각은 상기 주벽의 일부가 상기 주벽의 내부로 압착된 부분인 것을 특징으로 하는 성막장치.
청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
상기 회전하는 기판을 향해 입자를 방출함에 의해 상기 기판 상에 피산화물 막을 형성하고, 상기 회전하는 기판 상의 상기 피산화물 막을 향해 산소 플라즈마를 조사함에 의해 상기 기판 상에 산화물 막을 형성하는 산화물막 형성부를 포함하고,
상기 성막재료는 발액기를 갖는 실란 커플링제이고,
상기 증발원은 상기 산화물 막을 향해 상기 실란 커플링제를 증발시킴에 의해 상기 산화물 막 상에 발액막을 형성하는 것을 특징으로 하는 성막장치.