KR20110106036A - 박막 증착 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 박막 증착 장치에 관한 것으로, 본 발명에 의한 박막 증착 장치는, 기판 결함시 레이저 광을 조사하면서 원료가스를 공급하여 결함 부위를 수정하도록 다수 층이 실링부재가 개입된 상태로 적층되어 조합된 챔버를 포함하는 박막 증착 장치에 있어서, 상기 챔버는, 상, 하부 챔버 및 실링부재를 이루는 각층마다 각각 형성된 레이저 광 조사홀이 동심을 갖도록 연결되되, 상기 챔버 중 최하층에 구비되어 상기 레이저 광 조사홀과 동심을 갖도록 삽입 홀이 형성되고, 상기 삽입 홀을 기점으로 저면에 배기구와, 유입 방향과 배출 방향이 상이하도록 정화가스 배출구가 각각 형성되는 하부 챔버; 상기 하부 챔버의 삽입 홀에 삽입되되 상층에 형성된 상기 레이저 광 조사홀과 동심을 갖도록 레이저 광 조사홀이 형성되고 상기 레이저 광 조사홀을 기점으로 금속/절연막 원료가스 배출구가 관통 형성되는 노즐 블록; 및 상기 하부 챔버의 상부에 안착되며, 상기 배기구 및 정화가스 배출구와 연결되는 연결 홀을 일부 영역마다 형성시키는 실링부재;를 포함한다.
금속 소스와 공정 조건에 따라 금속/절연막 원료가스 배출구의 각도 및 직경이 다른 노즐 블록의 교체가 가능하여 금속 소스와 공정 조건에 따라 하부 챔버를 신규로 제작하는 것보다 속도 및 비용 면에서 절감되고, 원료가스 및 정화가스의 배기시 균일성을 확보할 수 있으며, 에어 커튼 효과를 위한 정화가스 배출시 배출 방향이 외측으로 경사지게 하여 챔버 내부의 유체 흐름을 일정하게 하는 효과가 있다.

Description

박막 증착 장치{THIN METAL FILM DEPOSITING APPARATUS}
본 발명은 박막 증착 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판 결함 발생시 결함 부위에 박막을 증착하여 수정할 수 있도록 레이저 광을 조사하면서 가스를 공급하는 박막 증착 장치에 관한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본원 출원인에 의해 선 출원된 '레이저를 이용한 대기압 박막 증착 장치'(등록번호: 10-0573366)에 의하면, 박막 증착 대상체(P)로부터 소정 간격으로 이격되어 배치되며, 광학창을 구비하고 상기 광학창 아래에는 고압가스를 수용할 수 있는 빈 공간인 홀(hole)이 형성되어 있는 챔버; 박막 증착용 금속원료를 저장하고 있는 박막 증착용 금속원료 저장부; 상기 대상체에 금속 박막을 형성할 때, 금속 박막 상단에 보호막 또는 절연막을 형성하기 위한 보호막용 원료를 저장하고 있는 보호막용 원료 저장부; 상기 박막 증착용 금속원료 저장부로 박막 증착용 가스를 공급하여 상기 챔버에 박막 증착용 금속원료를 공급하도록 하는 박막 증착용 가스 공급부; 상기 보호막용 원료 저장부로 보호막용 가스를 공급하여 상기 챔버에 보호막용 원료를 공급하도록 하는 보호막용 가스 공급부; 상기 박막 증착용 가스 공급부에 의해 박막 증착용 금속원료가 공급된 상기 챔버에 레이저를 조사하여 대상체(P)에 박막을 증착하고, 상기 보호막용 가스 공급부에 의해 보호막용 원료가 공급된 상기 챔버에 레이저를 조사하여 금속 박막에 보호막을 증착하는 레이저 조사장치(R); 및 상기 챔버와 연결되어 공급된 금속원료 및 고압가스를 펌핑하는 배기부; 를 포함하되, 상기 챔버는 상호 착탈 가능한 상부챔버와 하부챔버로 이루어져 있고, 상기 상부챔버와 하부챔버의 사이에는 박막 증착용 금속원료가 포함된 박막 증착용 가스 및 보호막용 원료가 포함된 보호막용 가스를 상기 대상체(P)로 공급하고 박막 증착 후 발생하는 잔류 금속 및 가스를 배출시키기 위한 유로가 형성되어 있는 제 1 유로 형성판 및 제 2 유로 형성판과, 상기 제 1 및 제 2 유로 형성판과 상부챔버 및 하부챔버의 접속부위에 형성되는 제 1 실링부재, 제 2 실링부재 및 제 3 실링부재로 이루어져 있으며, 상기 박막 증착용 가스 및 보호막용 가스는 상기 홀(hole)을 통해 하부챔버까지 주입되어, 레이저 빔을 통해 상기 대상체(P)에 공급되는 것을 특징으로 하는 구성이 제안된 바 있다.
그리고 도 2에 도시된 바와 같이 본원 출원인에 의해 선 출원된 '금속박막 증착용 가스 분사 장치 및 방법'(공개번호: 10-0028345)에 의하면, 기판 결함시 레이저 광을 조사하여 결함 부위를 수정하며 다수 층이 실링된 상태로 적층되어 조합되는 금속박막 증착용 가스 분사 장치에 있어서, 챔버(70)를 가열하기 위해 최상단에 구비되는 가열부(500)의 하부에 구비되며 일단 중심부에 광학창(410)이 구비되는 제4 레이어(400); 상기 제4 레이어의(400) 하부에 구비되어 중심부에 정화가스가 공급되는 제3 레이어(300); 상기 제3 레이어(300)의 하부에 구비되어 중심부에 금속 및 절연막 원료가스가 공급되는 제2 레이어(200); 및 상기 제2 레이어(200)의 하부에 구비되어 상기 기판(S)과 설정 간격으로 이격되는 제1 레이어(100); 를 포함하는 구성이 제안된 바 있다.
이러한 선행기술들에 의한 레이저를 이용한 대기압 박막증착 장치와 금속박막 증착용 가스 분사 장치는 원료가스를 박막증착 대상체(기판)에 공급할 때 하부 챔버(제1 레이어)에 형성된 원료가스 배출구가 하부 챔버(제1 레이어)에 일체 형성되어 금속 소스와 공정 조건에 따라 원료가스 배출구의 각도 및 직경의 변경을 위해서는 상기 하부 챔버(제1 레이어) 전체를 새로 제작하여야 하므로 제조 비용이 상승하는 문제점이 있었다.
또한, 상기 하부 챔버(제1 레이어)의 배기구를 통해 보호가스를 배기할 때 배기 라인에서 가까운 곳이 배기가 더욱 많이 되고, 먼 곳은 배기량이 적으므로 균일한 배기를 못하며 이에 원료가스가 한쪽으로 쏠려 균일한 박막증착 결과값을 얻을 수 없는 문제점이 있었다.
또한, 박막증착 대상체(기판)의 박막 증착시 박막증착 대상체(기판) 표면의 손상 방지를 위해 분사하는 보호가스가 상기 박막증착 대상체(기판)에 대해 수직 방향으로 분사되므로 유체의 방향을 알 수 없으며, 이로 인해 챔버 내부의 유체 흐름이 일정하지 못한 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 금속 소스와 공정 조건에 따라 금속/절연막 원료가스 배출구의 각도 및 직경이 다른 노즐 블록의 교체가 가능하여 금속 소스와 공정 조건에 따라 하부 챔버를 신규로 제작하는 것보다 속도 및 비용 면에서 절감되고, 원료가스 및 정화가스의 배기시 균일성을 확보할 수 있으며, 에어 커튼 효과를 위한 정화가스 배출시 배출 방향이 외측으로 경사지게 하여 챔버 내부의 유체 흐름을 일정하게 할 수 있게 한 박막 증착 장치를 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 기판 결함시 레이저 광을 조사하면서 원료가스를 공급하여 박막을 증착하도록 다수 층이 실링부재가 개입된 상태로 적층된 챔버를 포함하는 박막 증착 장치에 있어서, 상기 챔버는, 상, 하부 챔버 및 실링부재를 이루는 각층마다 각각 형성된 레이저 광 조사홀이 동심을 갖도록 연결되되, 상기 챔버 중 최하층에 구비되어 상기 레이저 광 조사홀과 동심을 갖도록 삽입 홀이 형성되고, 상기 삽입 홀을 기점으로 저면에 배기구와, 유입 방향과 배출 방향이 상이하도록 보호가스 배출구가 각각 형성되는 하부 챔버; 상기 하부 챔버의 삽입 홀에 삽입되되 상층에 형성된 상기 레이저 광 조사홀과 동심을 갖도록 레이저 광 조사홀이 형성되고 상기 레이저 광 조사홀을 기점으로 금속/절연막 원료가스 배출구가 관통 형성되는 노즐 블록; 및 상기 하부 챔버의 상부에 안착되며, 상기 보호가스 배출구와 연결되는 연결 홀을 상기 보호가스 배출구에 부분적으로 형성시키는 실링부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서의 상기 노즐 블록은 하나 이상의 배출구를 가지며, 상기 금속/절연막 원료가스 배출구의 각도 및 직경이 다른 다수개 중 어느 하나를 선택적으로 교체하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서의 상기 금속/절연막 원료가스 배출구는 수평면을 기준으로 예각 범위 내에서 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서의 상기 연결 홀은 배기구의 전체 형성 면적보다 면적이 작거나 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서의 상기 보호가스 배출구는 수직 방향에서 외측 방향으로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서의 상기 보호가스 배출구의 경사 각도는 예각 범위 내에서 형성되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명의 박막 증착 장치는, 금속 소스와 공정 조건에 따라 금속/절연막 원료가스 배출구의 각도 및 직경이 다른 노즐 블록의 교체가 가능하여 금속 소스와 공정 조건에 따라 하부 챔버를 신규로 제작하는 것보다 속도 및 비용 면에서 절감되고, 원료가스 및 정화가스의 배기시 균일성을 확보할 수 있으며, 에어 커튼 효과를 위한 정화가스 배출시 배출 방향이 외측으로 경사지게 하여 챔버 내부의 유체 흐름을 일정하게 하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 레이저를 이용한 대기압 박막증착 장치를 도시한 분해사시도이다.
도 2는 종래의 다른 금속박막 증착용 가스 분사 장치를 도시한 측단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 박막 증착 장치를 도시한 측단면도이다.
도 4는 상기 박막 증착 장치에서 본 발명과 종래의 배기 상태를 도시한 확대도이다.
도 5는 상기 박막 증착 장치에서 노즐 블록을 분리한 측단면도이다.
이하, 본 발명의 박막 증착 장치를 첨부도면을 참조하여 일 실시 예를 들어 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 박막 증착 장치는 도 3에 도시된 바와 같이 상, 하부 챔버(110, 170)와 제1, 2 개입부재(130, 150)와 제1, 2, 3 실링부재(120, 140, 160) 및 노즐 블록(180)을 포함하는 챔버(100), 정화가스 공급부(도면에 미도시), 배기수단(도면에 미도시), 보호가스(Shield gas) 공급부(도면에 미도시) 및 원료가스 공급부(도면에 미도시)를 포함한다.
상기 상부 챔버(110)는 판상으로, 일단에 레이저 발생부(도면에 미도시)에서 발생되는 레이저의 통로인 레이저 광 조사홀(112)이 형성되고 상기 레이저 광 조사홀(112)의 상단에 광학창(114)을 고정부재와 고정나사로 고정하며, 상면에 상기 챔버(100)를 박막 증착시 설정 온도로 유지시키기 위해 인가 전원에 의해 작동되는 가열부(도면에 미도시)가 구비된다.
상기 제1 실링부재(120)는 상기 상부 챔버(110)의 저면에 구비되어 상기 상부 챔버(110)와 상기 제1 개입부재(130)의 사이에서 기밀을 유지하게 하며, 상기 상부 챔버(110)의 레이저 광 조사홀(112)과 연결되는 홀이 일단에 형성된다.
상기 제1 개입부재(130)는 상기 제1 실링부재(120)의 저면에 구비되는 판상으로, 상기 상부 챔버(110)의 레이저 광 조사홀(112)과 연결되는 레이저 광 조사홀(132)이 일단에 형성된다. 더욱이, 상기 제1 개입부재(130)는 상기 레이저 광 조사홀(112)의 주변 상부에 원형 홈 형태로 형성된 정화가스 배출구(136)의 내측단 가장자리에 단차(134)가 형성된다. 이때, 상기 단차(134)는 사각형 또는 반원형 등으로 형성되며, 이에 한정하지 않고 형상의 변경이 가능하다.
여기서, 상기 단차(134)는 정화가스를 공급하는데 있어서 상기 정화가스 공급라인(138)을 통해 전달되는 정화가스가 챔버(100) 내부의 상기 정화가스 배출구(136)에 균일하게 공급되는 것을 목적으로 한다.
더욱이, 상기 단차(134)에 의해 원형 홈 형태로 정화가스 배출구(136)가 형성되고 상기 정화가스 배출구(136)와 정화가스 공급부가 연결되는 정화가스 공급라인(138)이 형성된다. 이때, 상기 정화가스 공급라인(138)을 통해 전달되는 정화가스가 챔버(100) 내부의 상기 정화가스 배출구(136)에 균일하게 공급되는 것을 목적으로 한다.
즉, 상기 단차(134)에 의해 정화가스가 공급 즉시 배출되는 것이 아니라 상기 정화가스 배출구(136)의 내부를 따라 이동되면서 잠시 지연되고 계속 유입되는 정화가스에 의해 밀려 모든 방향에서 균일한 세기로 배출되는 것이다.
상기 제2 실링부재(140)는 상기 제1 개입부재(130)의 저면에 구비되어 상기 제1 개입부재(130)와 상기 제2 개입부재(150)의 사이에서 기밀을 유지하게 하며, 일단에 상기 제1 개입부재(130)의 레이저 광 조사홀(132)과 연결되는 홀이 형성된다.
상기 제2 개입부재(150)는 상기 제3 실링부재(140)의 저면에 구비되는 판상으로, 상기 제1 개입부재(130)의 레이저 광 조사홀(132)과 연결되는 레이저 광 조사홀(152)이 일단에 형성된다.
상기 제3 실링부재(160)는 상기 제2 개입부재(150)의 저면에 구비되어 상기 제2 개입부재(150)와 상기 하부 챔버(170)의 사이에서 기밀을 유지하게 하며, 일단에 상기 제2 개입부재(150)의 레이저 광 조사홀(132)과 연결되는 홀이 형성된다.
특히, 상기 제3 실링부재(160)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기 하부 챔버(170)의 저면에 형성된 배기구(174, 176) 및 보호가스 배출구(178)와 연결되는 연결 홀(162)이 형성된다. 이때, 상기 연결 홀(162)은 링 타입의 배기구(174, 176)의 일부 영역 즉, 배기구(174, 176) 및 보호가스 배출구(178)의 전체 형성 면적보다 직경이 작게 형성된다. 이 경우, 상기 연결 홀(162)이 상기 배기구(174, 176)의 일부 영역마다 형성되므로 배기 라인과 가까운 곳에서 보호가스를 배기시킬 때 원료가스가 균일하게 분포되지 못하고 쏠리는 현상을 방지할 수 있다. 나아가서는 상기 배기구(174, 176)의 홀 개수와 직경을 축소시키면 원료가스의 분포율을 높일 수 있다.
상기 하부 챔버(170)는 도 3 에 도시된 바와 같이 상기 챔버(100) 중 최하층에 구비되어 일단에 상기 제2 개입부재(150)의 레이저 광 조사홀(152)과 동심을 갖도록 단차를 갖는 삽입 홀(172)이 형성되고, 상기 삽입 홀(172)을 기점으로 저면에 배기수단과 연결되는 상기 배기구(174, 176)와, 보호가스(Shield gas) 공급부와 연결되면서 유입 방향과 배출 방향이 상이하도록 보호가스 배출구(178)가 각각 형성된다. 여기서, 상기 보호가스 배출구(178)는 기판의 박막 증착시 기판 표면의 손상 방지를 위해 보호가스를 분사한다. 한편, 상기 보호가스 배출구(178)는 보호가스가 외측 방향을 향해 경사지게 배출되므로 에어 커튼이 형성되며, 이 에어 커튼으로 미반응 가스 및 반응 부가물의 누출이 발생되지 않게 한다.
이때, 상기 보호가스 배출구(178)는 유입구는 수직 방향으로 형성되고 배출구는 외측 방향으로 경사지게 형성되되, 경사 각도는 예각 범위 내에서 형성되므로 정화가스의 배출 방향이 외측으로 경사지게 하여 챔버(100) 내부의 유체 흐름을 일정하게 할 수 있다.
그리고 상기 보호가스 배출구(178)에 의해 보호가스를 배출하여 안전장치 및 박막의 순도를 높이기 위할 때 Ar(아르곤) 가스 등과 같은 보호가스에 배출 각도를 주어 보호가스 배출구(178)에서 나온 유체를 퍼지게 하는 작용과 동시에 확실한 방향성(외측 방향)을 갖도록 만들어 준다.
상기 노즐 블록(180)은 도 5에 도시된 바와 같이 상기 하부 챔버(170)의 삽입 홀(172)에 삽입되도록 대응되는 단차 형상으로 형성되되 상층에 형성된 상기 레이저 광 조사홀(112, 132, 152)들과 동심을 갖도록 레이저 광 조사홀(182)이 형성되고, 상기 레이저 광 조사홀(182)을 기점으로 금속/절연막 원료가스 배출구(184)가 관통 형성된다.
여기서, 상기 노즐 블록(180)은 금속 소스(Mo, W, Al, Cu 등)와 공정 조건에 따라 금속/절연막 원료가스 배출구(184)의 각도 및 직경이 다른 여러 개를 구비한 상태에서 금속 소스와 공정 조건에 따라 교체가 가능하여 하부 챔버(170)를 신규로 제작하는 것보다 속도 및 비용 면에서 절감된다.
이때, 상기 금속/절연막 원료가스 배출구(184)는 상기 레이저 광 조사홀(182)로 향하면서 수평면을 기준으로 예각(0~90°) 범위 내에서 형성되고, 직경은 0.1~1.5㎜ 범위로 형성되는 것이 바람직하다.
그러므로 본 발명에 의한 박막 증착 장치는 상기 하부 챔버(170)에 레이저 광 조사홀(112, 132, 152)들과 동심을 갖도록 삽입 홀(172)을 형성하고, 상기 삽입 홀(172)에 금속/절연막 원료가스 배출구(184)의 각도 및 직경이 다른 여러 개를 구비한 상태에서 금속 소스와 공정 조건에 따라 교체가 가능하여 하부 챔버(170)를 신규로 제작하는 것보다 속도 및 비용 면에서 절감되며, 가공 형상의 제약이 줄어든다. (도 3 및 도 5 참조)
그리고 상기 하부 챔버(170)의 저면에 형성된 배기구(174, 176) 및 보호가스 배출구(178)와 연결되는 연결 홀(162)이 형성되는 제3 실링부재(160)에서 상기 연결 홀(162)을 링 타입의 배기구(174, 176)의 일부 영역 즉, 배기구(174, 176) 및 보호가스 배출구(178)의 전체 형성 면적보다 직경이 작게 형성하여 배기 라인과 가까운 곳에서 보호가스를 배기시킬 때 원료가스가 균일하게 분포되지 못하고 쏠리는 현상을 방지할 수 있다. 더욱이, 상기 배기구(174, 176)의 홀 개수와 직경을 축소시키면 원료가스의 분포율을 높일 수 있다. (도 3 및 도 4 참조)
그리고 상기 보호가스 배출구(178)에 의한 보호가스 배출시 보호가스 배출구(178)의 입구는 수직 방향으로 형성되고 배출구는 외측 방향으로 경사지게 형성되므로 정화가스의 배출 방향이 외측으로 경사지게 하여 챔버(100) 내부의 유체 흐름을 일정하게 할 수 있다. 이는 상기 보호가스 배출구(178)에서 나온 유체를 퍼지게 하는 작용과 동시에 확실한 방향성을 갖도록 만들어 주는 것이다. (도 3 및 도 4 참조)
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시 예에 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.
100: 챔버 114: 광학창
110: 상부 챔버 120, 140, 160: 제1, 2, 3 실링부재
130, 150: 제1, 2 개입부재 170: 노즐 블록
172: 삽입 홀 174: 내측 배기구
176: 외측 배기구 178: 보호가스 배출구
180: 노즐 블록 182: 레이저 광 조사홀
184: 금속/절연막 원료가스 배출구

Claims (6)

  1. 기판 결함시 레이저 광을 조사하면서 원료가스를 공급하여 박막을 증착하도록 다수 층이 실링부재가 개입된 상태로 적층된 챔버를 포함하는 박막 증착 장치에 있어서,
    상기 챔버는, 상, 하부 챔버 및 실링부재를 이루는 각층마다 각각 형성된 레이저 광 조사홀이 동심을 갖도록 연결되되,
    상기 챔버 중 최하층에 구비되어 상기 레이저 광 조사홀과 동심을 갖도록 삽입 홀이 형성되고, 상기 삽입 홀을 기점으로 저면에 배기구와, 유입 방향과 배출 방향이 상이하도록 보호가스 배출구가 각각 형성되는 하부 챔버;
    상기 하부 챔버의 삽입 홀에 삽입되되 상층에 형성된 상기 레이저 광 조사홀과 동심을 갖도록 레이저 광 조사홀이 형성되고 상기 레이저 광 조사홀을 기점으로 금속/절연막 원료가스 배출구가 관통 형성되는 노즐 블록; 및
    상기 하부 챔버의 상부에 안착되며, 상기 보호가스 배출구와 연결되는 연결 홀을 상기 보호가스 배출구에 부분적으로 형성시키는 실링부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 노즐 블록은 하나 이상의 배출구를 가지며, 상기 금속/절연막 원료가스 배출구의 각도 및 직경이 다른 다수개 중 어느 하나를 선택적으로 교체하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 금속/절연막 원료가스 배출구는 수평면을 기준으로 예각 범위 내에서 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 연결 홀은 배기구의 전체 형성 면적보다 면적이 작거나 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 보호가스 배출구는 수직 방향에서 외측 방향으로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 보호가스 배출구의 경사 각도는 예각 범위 내에서 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
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