KR20140072492A

KR20140072492A - 플라즈마 화학기상 증착장치

Info

Publication number: KR20140072492A
Application number: KR1020120140059A
Authority: KR
Inventors: 안경준; 권오대
Original assignee: (주)에스엔텍
Priority date: 2012-12-05
Filing date: 2012-12-05
Publication date: 2014-06-13

Abstract

본 발명은 플라즈마 화학기상 증착장치에 관한 것으로서, 진공챔버; 상기 진공챔버 내부의 진공도를 조절하는 진공조절부; 상기 진공챔버 내부에 성막 가스를 공급하는 가스공급부; 상기 진공챔버 내부의 일영역에 위치하거나 상기 일영역을 거쳐 이동하는 기재; 상기 기재로부터 이격된 일 측에 상호 평행하게 이격 배치된 적어도 한 쌍의 원통형 전극; 상기 각 원통형 전극 내에 마련되며, 플라즈마 형성 영역을 적어도 상기 기재의 일 측으로 이격된 영역으로 제한할 수 있는 자기장 발생 부재; 상기 원통형 전극에 전원을 인가하는 전원공급부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 플라즈마에 의한 기재 손상 및 박막의 특성열화를 방지함과 동시에, 다양한 재질의 기재에 안정적이고 고품질의 박막 증착이 가능한 플라즈마 화학기상 증착장치가 제공된다.

Description

플라즈마 화학기상 증착장치{PLASMA CVD APPARATUS}

본 발명은 플라즈마 화학기상 증착장치에 관한 것으로서, 플라즈마에 의한 기재 및 박막 손상을 방지할 수 있는 플라즈마 화학기상 증착장치에 관한 것이다.

반도체나 디스플레이, 태양전지 또는 포장지 제조분야 등에서 박막을 기재에 성막하는 기술로 사용되는 증착법으로 진공 증착법, 스퍼터법 등의 물리 증착법(PVD법)이나, 플라즈마 화학기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)법을 꼽을 수 있다.

이 중 플라즈마 화학기상 증착법은 플라즈마에 의해 원료 가스를 분해하여 목적하는 물질의 박막을 기재 상에 증착하는 방법으로서, 최근에는 원통형 플라즈마 캐소드를 이용한 플라즈마 화학기상 장치가 주목받고 있다.

원통형 플라즈마 캐소드를 이용한 플라즈마 화학기상 장치는 캐소드 표면자기장의 강도가 우수하고 좁은 면적에 자기장을 집중시킴으로써 고품질의 플라즈마를 형성할 수 있기 때문에, 기재에 증착되는 박막의 품질이 우수한 장점이 있다.

이러한 원통형 플라즈마 캐소드를 이용한 플라즈마 화학기상 증착장치의 일예가 대한민국 등록특허 제10-1148760호(이하 '선행특허1'이라 함) 및 일본 공개특허 제2006-299361호(이하 '선행특허2'라 함)에 개시된 바 있다.

선행특허1은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 기재(S)가 롤투롤 방식으로 이송되는 형태로써 기재(S)가 한 쌍의 원통형 플라즈마 캐소드(110) 표면을 지나는 과정에서 양 원통형 플라즈마 캐소드(110) 사이의 플라즈마 형성 영역에서 기재(S)에 박막이 증착되는 형태이다.

그리고 선행특허2는 도 3에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 원통형 플라즈마 캐소드(210)에 대항하는 위치에 기재(S)가 배치된 상태에서 원통형 플라즈마 캐소드(210)로부터 기재(S)를 향해 플라즈마가 형성되면서 기재(S)에 박막이 증착되는 형태이거나, 도 4에 도시된 바와 같이, 기재(S)가 롤투롤 형태로 드럼(220)을 거쳐 이송되고 드럼(220) 표면에 대향하는 위치에 한 쌍의 원통형 플라즈마 캐소드(210)가 설치된 형태로서 원통형 플라즈마 캐소드(210)로부터 드럼(220)을 향해 플라즈마가 형성되면서 드럼(220)을 지나는 기재(S)에 박막이 증착된다.

그런데, 이러한 종래 선행특허1 및 2에 개시된 플라즈마 화학기상 증착장치(101,201)는 기재가 플라즈마에 직접적으로 노출되면서 기재가 손상되거나 기재에 미리 증착되어 있는 박막의 특성열화를 초래하는 문제점이 발생할 수 있다.

예컨대, 기재가 85℃ 온도에서 열변형이 발생하는 PET 재질의 기재일 경우, 기재가 고온이 형성되는 플라즈마에 의해 변형이 발생될 수 있다. 이를 해결하기 위해 원통형 플라즈마 캐소드 또는 드럼 내부에 냉각수단으로서 냉각수를 관류시키는 방법을 채택할 수 있지만, 플라즈마 노출에 의한 기재의 손상은 대부분 플라즈마 형성 영역에서 발생하는 고속의 이온과 전자의 충돌에 기인하기 때문에, 기재 표면에서 발생하는 열에 대한 냉각에는 한계가 따른다.

특히, 유기박막이나 산화물 반도체인 IGZO와 같이 플라즈마에 지극히 민감한 물질이 미리 증착되어 있는 기재의 경우 종래 선행특허1 및 2와 같은 플라즈마 화학기상 증착 장치 및 기술을 이용한 박막 증착은 불가능한 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 플라즈마에 의한 기재 손상 및 박막의 특성열화를 방지함과 동시에, 다양한 재질의 기재에 안정적이고 고품질의 박막 증착이 가능한 플라즈마 화학기상 증착장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따라, 플라즈마 화학기상 증착장치에 있어서, 진공챔버; 상기 진공챔버 내부의 진공도를 조절하는 진공조절부; 상기 진공챔버 내부에 성막 가스를 공급하는 가스공급부; 상기 진공챔버 내부의 일영역에 위치하거나 상기 일영역을 거쳐 이동하는 기재; 상기 기재로부터 이격된 일 측에 상호 평행하게 이격 배치된 적어도 한 쌍의 원통형 전극; 상기 각 원통형 전극 내에 마련되며, 플라즈마 형성 영역을 적어도 상기 기재의 일 측으로 이격된 영역으로 제한할 수 있는 자기장 발생 부재; 상기 원통형 전극에 전원을 인가하는 전원공급부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학기상 증착장치.

여기서, 상기 자기장 발생 부재는 요크플레이트와, 상기 요크플레이트의 중앙 영역에 배치되는 중앙 마그네트와, 상기 중앙 마그네트의 둘레를 트랙 형태로 둘러싸도록 배치되는 외측 마그네트를 가지며; 상기 양 원통형 전극 내부에 마련되는 양측 자기장 발생부재의 마그네트는 상호 동일한 극성의 자극이 상호 대향하도록 배치되거나 상이한 극성의 자극이 상호 대향하도록 배치되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 요크플레이트의 양측에는 상기 외측 마그네트의 높이에 대응하는 높이로 연장된 측면요크가 형성되어 있는 것이 효과적이다.

이때, 상기 자기장 발생부재는 상기 원통형 전극의 축선을 중심으로 회동 가능한 것이 바람직하다.

한편, 상기 진공챔버 내부에는 상기 기재가 상기 일영역에 위치하도록 적재되는 적재부가 마련될 수 있다.

또는, 상기 진공챔버 내부에는 상기 기재를 상기 진공챔버의 일 측에서 반대 측으로 이송하는 기재이송수단이 마련되어 있고; 상기 원통형 전극은 상기 기재 이송 방향을 따라 상호 평행하게 이격된 복수 쌍으로 마련되며; 상기 기재의 최초 이동구간에 인접하는 적어도 한 쌍의 원통형 전극 내부에 마련된 양측 자기장 발생부재는 마그네트가 상호 대향하는 형태로 배치되어 플라즈마 형성 영역을 양 원통형 전극 사이 영역으로 제한하는 한편; 상기 기재의 최후 이동구간에 대응하는 적어도 한 쌍의 원통형 전극 내부에 마련되는 양측 자기장 발생부재는 마그네트가 상기 기재를 향하도록 배치되어 플라즈마 형성 영역이 기재를 향하도록 구성할 수 있다.

여기서, 상기 기재의 최초 이동구간과 마지막 이동구간에 대응하는 원통형 전극 외에 나머지 이동 구간에 대응하는 원통형 전극 내부에 마련되는 자기장 발생부재는 각 원통형 전극 내부에 중심 축선을 사이에 두고 양측으로 대칭되는 한 쌍으로 구비되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 기재이송수단은 상기 기재의 이송 방향을 일직선으로 형성하는 인라인 형태의 기재이송수단일 수 있다.

또는, 상기 기재이송수단은 상기 기재를 적어도 권출롤로부터 드럼을 거쳐 권취롤에 권취되도록 롤투롤 형태로 이송하며; 상기 원통형 전극은 상기 기재가 걸쳐지는 드럼의 둘레 영역에서 상기 기재의 이송방향을 따라 마련되어 있는 형태일 수 있다.

본 발명에 따르면, 플라즈마에 의한 기재 손상 및 박막의 특성열화를 방지함과 동시에, 다양한 재질의 기재에 안정적이고 고품질의 박막 증착이 가능한 플라즈마 화학기상 증착장치가 제공된다.

도 1 내지 도 4는 종래 플라즈마 화학기상 증착장치를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 화학기상 증착장치를 나타낸 도면,
도 6 내지 도 11은 본 발명의 플라즈마 화학기상 증착장치에 적용되는 다향한 마그네트 배치 형태를 나타낸 도면,
도 12 및 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 화학기상 증착장치의 주요부 도면,
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 화학기상 증착장치의 주요부 도면.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 화학기상 증착장치(1)는 진공 공간을 형성하는 진공챔버(10)와, 진공챔버(10) 내부에 기재(S)를 적재하는 적재부(30)와, 진공챔버(10) 내부에 성막 가스를 공급하는 가스공급부(40)와, 기재(S)로부터 이격된 일 측에 플라즈마를 형성하는 원통형 플라즈마 캐소드 유닛(50)과, 원통형 플라즈마 캐소드 유닛(50)에 전원을 공급하는 전원공급부(60)를 포함한다.

진공챔버(10)는 내압 및 내열 성능이 우수한 금속 또는 합금 등의 판상부재와 프레임 등을 이용하여 적절한 형태의 진공 공간을 갖도록 제작될 수 있다.

이 진공챔버(10) 내부의 진공도는 진공조절부(20)에 의해 조절될 수 있는데, 진공조절부(20)는 진공챔버(10)의 진공배기가 저진공에서 고진공 순으로 이루어질 수 있도록 저진공펌브(21) 및 고진공펌브(23)와 복수의 밸브(25) 및 고진공밸브(29)와 압력조절밸브(27) 등을 포함할 수 있다.

그리고 적재부(30)는 도면으로 볼 때, 진공챔버(10) 내측 하부에 마련될 수 있으며, 기재(S)의 형태나 증착 공정의 형태에 따라 기재(S)를 히팅하는 히터(31) 또는 기재(S)를 냉각하는 냉각수단(미도시)을 포함할 수 있다.

적재부(30)에 적재되는 기재(S)는 절연성 재료인 합성수지 필름이나 시트로서 PET, PEN, PES, 폴리카보네이트, 폴리올레핀, 폴리이미드 등의 다양한 합성수지재로 마련되거나 종이로 마련될 수 있다. 또한, 기재(S)는 판상의 절연성 재료로서 판상의 플라스틱 기판 또는 글라스 기판으로 마련될 수도 있으며, 경우에 따라서 금속 등의 도전성 재료로 마련될 수도 있다.

기재(S)의 재질은 기재(S)의 용도에 따라 반도체나 디스플레이, 태양전지 또는 포장지 등의 제조분야에서 박막 증착을 요하는 재질의 기재(S) 선택이 가능하다.

가스공급부(40)에 의해 진공챔버(10) 내부로 공급되는 성막 가스는 기재(S) 상에 박막을 형성하는 원료 가스를 포함하며, 필요에 따라서 원료가스와 반응하여 화합물을 형성하는 반응 가스와, 박막에는 포함되지 않지만 플라즈마 발생이나 막질 향상 등에 기여하는 보조가스를 포함할 수 있다.

이때, 원료 가스로는 Si를 함유하는 HMDSO, TEOS, SiH₄, 디메틸실란, 트리메틸실란, 테트라메틸실란, HMDS, TMOS 등일 수 있으며, C를 함유하는 메탄, 에탄, 에틸렌, 아세티렌 등일 수 있다. 또한, Ti를 함유하는 4염화티탄 등을 포함하여 박막의 종류에 따라 다양한 원료 가스를 적절히 선택할 수 있다.

그리고 반응 가스로는 산화물 형성용으로서 산소, 오존, 아산화질소 등을 이용할 수 있으며, 질화물 형성용으로는 질소, 암모니아 등을 박막의 종류에 따라 적절히 선택할 수 있다.

또한, 보조 가스로는 Ar, He, H₂등이 선택적으로 사용될 수 있으며, 이 역시 성막되는 박막의 종류에 따라 다양한 보조 가스가 선택적으로 사용될 수 있다.

이러한 가스공급부(40)는 해당 가스를 진공챔버(10) 내부로 공급하기 위한 가스공급원(41)과, 가스공급원(41)으로부터 진공챔버(10) 내부로 연장되는 가스공급유로(미도시)와, 가스공급유로(미도시)를 개폐하는 가스공급조절기(43)로서 가스유량제어기(43a) 및 진공게이지(43b)와 밸브(43c) 등을 구비할 수 있다.

여기서 가스공급유로(미도시)는 가스공급원(41)으로부터 플라즈마 형성 영역의 복수 영역으로 연장될 수 있는데, 일 예로 가스공급유로(미도시)는 도면으로 볼 때 후술할 원통형 플라즈마 캐소드 유닛(50)의 양 원통형 전극(51) 사이의 상부 영역과 양 원통형 전극(51)의 하부 영역에 위치할 수 있다. 각 영역으로 연장된 가스공급유로(미도시)에는 해당 플라즈마 형성 영역으로 가스를 분사하는 노즐이 구비될 수도 있다.

한편, 원통형 플라즈마 캐소드 유닛(50)은 적재부(30)에 적재된 기재(S)로부터 이격된 일 측에 상호 플라즈마 형성 간격을 두고 평행하게 이격 배치된 한 쌍의 원통형 전극(51)과, 양 원통형 전극(51) 내에 마련되어 상호 대향 배치됨으로써 플라즈마 형성 영역을 기재(S)의 일 측으로 이격된 양 원통형 전극(51) 사이 영역으로 제한하는 자기장 발생 부재를 포함한다.

양 원통형 전극(51)은 도시하지 않은 구동수단에 의해 지지축(53)을 중심으로 상호 반대 방향 또는 동일 방향으로 회전하도록 진공챔버(10) 내에 설치된다. 그리고 이들 양 원통형 전극(51) 중 일 측의 원통형 전극(51)에는 전원공급부(60)의 한 쪽 전극이 접속되며, 타 측의 원통형 전극(51)에는 전원공급부(60)의 다른 쪽 전극이 접속되어 전력이 공급된다.

또한 이들 양 원통형 전극(51)은 각각 다른 전원공급부(60)에 접속되어 전력이 공급될 수 있다.

이들 원통형 전극(51)은 도전성으로서 플라즈마 내성이 우수하고, 내열성과 냉각 효율 및 열전도율이 우수하면서 비자성재료로서 가공성이 우수한 금속재료로 마련되는 것이 바람직한데, 구체적으로는 알루미늄이나 철, 동, 스테인레스 등의 금속재로 마련될 수 있다.

또한, 각 원통형 전극(51)의 내부에는 냉각수가 관류되며, 그 외주면에는 플라즈마에 대한 내성 및 내열성을 갖도록 실드 처리되는 것이 바람직하다.

자기장 발생부재(54)는 양 원통형 전극(51)의 중앙 지지축(53) 상에 길이 방향을 따라 지지되는 요크플레이트(55)와, 요크플레이트(55) 상에 지지되는 마그네트(56)를 포함한다.

여기서, 마그네트(56)는 요크플레이트(55)의 중앙 영역 길이 방향으로 배치되는 중앙 마그네트(57)와, 중앙 마그네트(57)와 다른 극성을 가지고 중앙 마그네트(57)의 둘레를 트랙 형태로 둘러싸도록 배치되는 외측 마그네트(58)를 가지고 있다.

양 원통형 전극(51) 내부에 마련되는 양측 자기장 발생부재(54)의 마그네트(56)는 상호 동일한 극성의 자극이 대향하도록 배치될 수도 있으며, 상이한 극성의 자극이 대향하도록 배치될 수도 있다.

먼저, 동일한 극성의 자극이 대향하는 경우를 살펴보면 도 6에 도시된 바와 같이, 양측 자기장 발생부재(54)의 중앙 마그네트(57)는 S극으로 마련되고, 외측 마그네트(58)는 N극으로 마련된 형태에서 양측 자기장 발생부재(54)의 자극이 대향하도록 배치될 수 있다. 물론, 도시하지 않았지만 양측 자기장 발생부재(54)의 중앙 마그네트(57)가 N극으로 마련되고, 외측 마그네트(58)가 S극으로 마련되는 형태도 가능하다.

이러한 자극의 배치는 양측의 자기장 발생부재(54) 각각에서 자기장의 형태가 N극에서 방출되어 S극으로 유입되는 만곡된 형태로 형성됨으로써, 상호 대향하는 양 원통형 전극(51)간의 이격된 사이 공간, 즉, 플라즈마 형성 영역에서만 플라즈마 형성이 제한된다. 이에 의해 기재(S)가 플라즈마에 영향을 받지 않게 되어 플라즈마에 의한 기재(S) 손상을 최소화할 수 있다.

반면에, 상이한 극성의 자극이 대향하는 경우를 살펴보면, 도 7에 도시된 바와 같이, 양측 자기장 발생부재(54)의 중앙 마그네트(57)는 각각 S극과 N극으로 마련되고, 외측 마그네트(58)는 각각 N극과 S극으로 마련된 형태에서 양측 자기장 발생부재(54)의 자극이 상이한 극성이 대향하는 형태로 배치될 수 있다.

이러한 상이한 자극의 대향 배치는 양측의 자기장 발생부재(54) 각각에서 자기장의 형태가 N극에서 방출되어 S극으로 유입되는 만곡된 형태로 형성됨과 동시에, 일 측의 자기장 발생부재(54) N극에서 방출되어 타 측의 자기장 발생부재(54) S극으로 유입되는 일 방향 자기장이 강력하게 형성된다. 이에 의해, 만곡된 자기장에 의해 플라즈마 형성 영역에서 플라즈마 형성이 제한됨과 동시에, 플라즈마 형성 영역을 이탈하여 기재(S)를 향하는 고속의 전자나 이온을 구속(trap)시킬 수 있다. 이에 의해, 기재(S)가 더욱더 플라즈마에 영향을 받지 않게 되어 플라즈마에 의한 기재(S) 손상을 최소화할 수 있다.

물론, 상이한 극성의 자극이 대향하는 경우는 도 8과 같이, 양측 자기장 발생부재(54) 중 일 측의 원통형 전극(51)에 마련되는 자기장 발생부재(54)의 중앙 마그네트(57)과 외측 마그네트(58)가 모두 S극으로 마련되고, 타 측의 원통형 전극(51)에 마련되는 자기장 발생부재(54)의 중앙 마그네트(57)과 외측 마그네트(58)가 모두 N극으로 마련되는 형태로 양측 자기장 발생부재(54)의 자극이 상이한 극성으로 대향하는 형태일 수 있다. 이 경우 대부분의 자기장은 일 측의 자기장 발생부재(54)에서 타 측의 자기장 발생부재(54)를 향하는 일 방향 자기장으로 형성되어 전자나 이온의 구속(trap) 작용이 매우 우수하게 이루어진다. 이에 의해, 기재(S)가 더욱더 플라즈마에 영향을 받지 않게 되어 플라즈마에 의한 기재(S) 손상을 극소화할 수 있다.

또한, 자기장 발생부재(54)는 외측 마그네트(58)에서 발생할 수 있는 누설 자기장을 억제하기 위해서 도 11과 같이, 자성체 재질의 측면요크(59)를 포함할 수 있다.

이 측면요크(59)는 도 10과 같이, 외측 마그네트(58)에서 자성체 재질인 요크플레이트(55)로 향하는 누설 자기장을 방지하기 위한 것으로서, 요크플레이트(55)의 폭 방향 양측에서 외측 마그네트(58)의 높이에 대응하는 높이로 연장되어 있다.

이러한 측면요크(59)에 의한 누설 자기장의 억제는 양 자기장 발생부재(54)에서 형성되는 자기장의 손실을 방지함과 동시에 기재(S) 측으로 누설되는 자기장에 의한 기생 플라즈마 발생을 억제함으로써, 기생 플라즈마에 의한 기재(S)의 손상을 방지할 수 있다.

이와 같은 측면요크(59)는 전술한 다양한 자극의 배치에 상관없이 자기장 발생부재(54)에 포함될 수 있으며, 특히, 만곡된 자기장을 형성하는 동일한 극성의 자극이 대향하는 경우의 자기장 발생부재(54)에 포함되는 것이 보다 바람직하다.

또한, 자기장 발생부재(54)는 도 9에 도시된 바와 같이, 원통형 전극(51) 내부에서 지지축(53)을 중심으로 소정의 각도로 회동 가능하게 마련될 수 있다. 이때, 자기장 발생부재(54)의 회동은 수동적인 회동일 수도 있으며, 별도의 구동부 및 제어부를 포함하는 자동적인 회동일 수 있다.

이러한 자기장 발생부재(54)의 회동은 기재(S) 및 기재(S)에 성막되는 박막의 손상을 방지하고자 할 때, 전술한 바와 같이, 양 자기장 발생부재(54)의 마그네트(56)를 상호 대향하는 형태로 배치할 수 있고, 박막의 저손상 성막이 불필요한 일반적인 성막 공정에서는 양 자기장 발생부재(54)를 회동시켜서 마그네트(56)가 기재(S)를 향하도록 하여 일반적인 성막 공정이 행해질 수 있도록 하는 것이다.

이때, 자기장 발생부재(54)의 회동을 자동적으로 구성하면 성막 공정 초기의 일정 시간동안은 양 자기장 발생부재(54)의 마그네트(56)가 상호 대향하도록 배치된 상태에서 전술한 바와 같이 플라즈마 형성 영역을 기재(S)와 이격된 위치에 제한하여 저손상 성막이 이루어지고, 박막이 일정 두께 이상으로 성막되어 플라즈마에 노출되더라도 큰 영향을 받지 않게 되면 양 자기장 발생부재(54)의 마그네트(56)가 기재(S)를 향하도록 회동시켜 플라즈마가 기재(S)를 향하도록 함으로써 고속의 성막이 이루어지도록 할 수 있다. 이에 의해, 저손상 고속 성막 공정이 이루어질 수 있다.

한편, 전원공급부(60)는 플라즈마 발생을 위해 양 원통형 전극(51)으로 전원을 공급한다. 이 전원공급부(60)에서 원통형 전극(51)으로 공급되는 전원은 기재(S) 및 성막 재료에 따라서 그 형태가 적절히 선택될 수 있는데, 구체적으로는 교류 전원 또는 직류 전원이나 RF전원 또는 VHF전원일 수 있으며, 저주파 전원일 수도 있고 고주파 전원일 수도 있다.

이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 플라즈마 화학기상 증착장치(1)를 이용한 플라즈마 화학기상 증착 과정을 간략하게 살펴본다.

진공챔버(10) 내부의 적재부(30)에 기재(S)를 적재한 후, 진공조절부(20)에서 진공챔버(10) 내부를 진공시킨다. 그런 다음, 적재부(30)의 히터(31)를 가동하여 기판을 히팅하게 되는데, 경우에 따라서 히팅과정은 생략될 수 있다.

그리고 가스공급부(40)에서 적절한 유량으로 가스를 진공챔버(10) 내부로 투입하면서, 진공조절부(20)에서 적절한 진공도로 진공챔버(10) 내부를 진공을 유지시킨다.

진공챔버(10) 내부가 적절한 진공 상태로 형성되면 전원공급부(60)에서 원통형 플라즈마 캐소드 유닛(50)으로 전원을 공급한다. 그러면, 양 원통형 전극(51)이 회전하게 되고, 상호 대향하게 배치된 양측 자기장 발생부재(54)에서 발생하는 자기장에 의해 양 원통형 전극(51) 사이의 플라즈마 형성 영역에 플라즈마가 형성된다.

이때, 플라즈마는 전술한 바와 같이 양측 자기장 발생부재(54)에 의해 발생하는 자기장 영역을 벗어나지 않게 됨으로써, 플라즈마 형성 영역이 기재(S)의 일 측으로 이격된 영역에 제한된다.

이에 의해, 기재(S) 및 기재(S)에 미리 성막되어 있는 박막은 플라즈마에 노출되지 않게 됨으로써 플라즈마에 의한 기재(S) 및 박막의 손상을 방지할 수 있고 고품질의 박막이 증착될 수 있다.

그리고 기재(S)에 성막되는 박막의 두께가 원하는 두께로 증착되면 전원공급부(60)에서 전원을 차단하고, 가스공급부(40)에서 가스 공급을 중지한다. 그런 다음, 진공조절부(20)에서 진공챔버(10) 내부의 진공을 파기한다.

진공챔버(10) 내부의 진공이 파기되면, 적재부(30)에서 박막이 증착된 기재(S)를 진공챔버(10) 외부로 인출시킴으로써, 본 발명에 따른 플라즈마 화학기상 증착장치(1)를 이용한 플라즈마 화학기상 증착 과정을 마무리한다.

한편, 본 발명에 따른 플라즈마 화학기상 증착장치(1)는 다음과 같이 대량 생산에 적합한 다양한 형태의 장치로 마련될 수 있다.

먼저, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 진공챔버(10) 내부에 적재부(30) 대신 진공챔버(10)의 일 측에서 반대 측으로 기재(S)를 이송시킬 수 있는 기재이송수단(미도시)이 마련되고, 원통형 플라즈마 캐소드 유닛(50)이 이송되는 기재(S)의 일 측으로 이격된 영역에서 기재(S) 이송 방향을 따라 상호 평행하게 이격된 다수의 원통형 전극(51)과, 이들 원통형 전극(51) 내부에 마련되는 자기장 발생부재(54)들을 구비하는 형태의 플라즈마 화학기상 증착장치로 마련될 수 있다.

여기서, 각 원통형 전극(51) 내부에 마련되는 자기장 발생부재(54)들은 도 12에 도시된 바와 같이, 상호 인접한 한 쌍의 원통형 전극(51) 내부에서 자기장 발생부재(54)가 전술한 실시예들의 마그네트(56) 배치 형태와 마찬가지로 마련되는 형태일 수 있다.

이때, 기재(S)의 최초 이동구간에 인접하는 한 쌍의 원통형 전극(51)으로부터 기재(S)의 일부 이동구간 만큼에 대응하는 복수 쌍의 원통형 전극(51)까지는 그 내부에 마련된 자기장 발생부재(54)가 상호 대향하는 형태로 배치되어 플라즈마 형성 영역을 해당 영역의 양 원통형 전극(51) 사이 영역으로 제한하여 플라즈마에 대한 기재(S)의 저손상을 도모하는 한편, 기재(S)의 나머지 최후 이동구간에 대응하는 적어도 한 쌍의 원통형 전극(51) 내부에 마련되는 양 자기장 발생부재(54)는 마그네트(56)가 기재(S)를 향하도록 배치하여 플라즈마가 기재(S)를 향하도록 함으로써 고속의 성막이 이루어지도록 할 수 있다. 이에 의해, 저손상 고속 성막 공정이 이루어질 수 있다.

그리고 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 화학기상 증착장치는 기재(S)의 최초 이동구간과 마지막 이동구간에 대응하는 원통형 전극(51) 외에 기재(S)의 나머지 이동 구간에 대응하는 원통형 전극(51) 내부에 마련되는 자기장 발생부재(54)는 하나의 원통형 전극(51) 내부에 지지축(53)을 사이에 두고 양측에 자기장 발생부재(54)가 대칭되는 한 쌍으로 구비되는 형태일 수 있다.

이는 원하는 플라즈마 형성 영역의 수에 대해 최소한의 원통형 전극(51)을 사용하기 위한 형태로서 장치의 제작비용을 절감할 수 있는 효과를 제공한다.

이러한 형태의 플라즈마 화학기상 증착장치 역시, 전술한 바와 같이, 기재(S)의 최초 이동구간으로부터 일부구간까지는 인접하는 원통형 전극(51)의 마그네트(56)가 상호 대향하게 배치되는 형태의 저손상 성막 공정으로 진행되고, 나머지 구간에서는 마그네트(56)가 기재(S)를 향하도록 배치되어 플라즈마가 기재(S)를 향하도록 함으로써 고속의 성막이 이루어지는 형태일 수 있다.

한편, 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 화학기상 증착장치는 기재(S)가 필름이나 시트 형태의 기재(S)일 경우, 기재(S)가 롤투롤 방식으로 이송되면서 기재(S)의 표면에 성막 공정이 이루어지는 형태일 수 있다.

이를 위해 기재이송수단(70)은 기재(S)가 권출롤(71)에서 적어도 하나의 드럼(73)을 거쳐 권취롤(75)을 향해 이동되는 형태로 마련될 수 있으며, 원통형 플라즈마 캐소드 유닛(50)은 기재(S)가 걸쳐지는 드럼(73)의 둘레영역에 기재(S)의 이송 방향을 따라 상호 평행하게 이격된 다수의 원통형 전극(51)과, 이들 원통형 전극(51) 내부에 마련되는 자기장 발생부재(54)들을 구비하는 형태로 마련될 수 있다.

이때, 원통형 전극(51) 내부에 마련되는 자기장 발생부재(54)는 전술한 도 의 형태와 마찬가지로 기재(S)의 최초 이동구간에 인접하는 한 쌍의 원통형 전극(51)으로부터 기재(S)의 일부 이동구간 만큼에 대응하는 복수 쌍의 원통형 전극(51)까지는 그 내부에 마련된 자기장 발생부재(54)가 상호 대향하는 형태로 배치되어 플라즈마 형성 영역을 해당 영역의 양 원통형 전극(51) 사이 영역으로 제한하여 플라즈마에 대한 기재(S)의 저손상을 도모하는 한편, 기재(S)의 나머지 이동구간에 대응하는 적어도 한 쌍의 원통형 전극(51) 내부에 마련되는 양 자기장 발생부재(54)는 마그네트(56)가 기재(S)를 향하도록 배치하여 플라즈마가 기재(S)를 향하도록 함으로써 고속의 성막이 이루어지도록 할 수 있다.

물론, 원통형 전극(51) 및 그 내부에 마련되는 자기장 발생부재(54)의 형태 및 배치는 전술한 도 내지 도 의 형태와 마찬가지로 저손상 성막 형태만으로 마련될 수도 있다.

도 12 및 도 14에 도시된 바와 같은 실시예에 따른 플라즈마 화학기상 증착장치는 대량의 기재(S)를 이송하면서 저손상 성막 과정으로 이송되는 대량의 기재(S)에 고품질의 박막을 증착하는 것으로서 대량 생산에 매우 적합하다.

이상 전술한 다양한 실시예에서 설명한 바와 같이, 본원발명에 따른 플라즈마 화학기상 증착장치는 자기장 발생부재에 의해 형성되는 자기장이 인접하는 양 원통형 전극 사이 영역을 플라즈마 형성 영역으로 제한함으로써, 플라즈마 형성 영역이 기재의 일 측으로 이격된 영역에 구속된다. 이에 의해, 기재 및 기재에 성막되어 있는 박막이 플라즈마에 노출되지 않는다.

따라서 플라즈마에 의한 기재 손상 및 박막의 특성열화가 방지되며, 기재가 열변형에 취약한 PET 등의 재질을 포함하여 다양한 재질의 기재에 안정적이고 고품질의 박막 증착이 가능하다.

10 : 진공챔버 20 : 진공조절부
40 : 가스공급부 50 : 원통형 플라즈마 캐소드 유닛
51 : 원통형 전극 54 : 자기장발생부재
60 : 정원공급부 70 : 기재이송수단
73 : 드럼

Claims

플라즈마 화학기상 증착장치에 있어서,
진공챔버;
상기 진공챔버 내부의 진공도를 조절하는 진공조절부;
상기 진공챔버 내부에 성막 가스를 공급하는 가스공급부;
상기 진공챔버 내부의 일영역에 위치하거나 상기 일영역을 거쳐 이동하는 기재;
상기 기재로부터 이격된 일 측에 상호 평행하게 이격 배치된 적어도 한 쌍의 원통형 전극;
상기 각 원통형 전극 내에 마련되며, 플라즈마 형성 영역을 적어도 상기 기재의 일 측으로 이격된 영역으로 제한할 수 있는 자기장 발생 부재;
상기 원통형 전극에 전원을 인가하는 전원공급부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학기상 증착장치.
제1항에 있어서,
상기 자기장 발생 부재는 요크플레이트와, 상기 요크플레이트의 중앙 영역에 배치되는 중앙 마그네트와, 상기 중앙 마그네트의 둘레를 트랙 형태로 둘러싸도록 배치되는 외측 마그네트를 가지며;
상기 양 원통형 전극 내부에 마련되는 양측 자기장 발생부재의 마그네트는 상호 동일한 극성의 자극이 상호 대향하도록 배치되거나 상이한 극성의 자극이 상호 대향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학기상 증착장치.
제2항에 있어서,
상기 요크플레이트의 양측에는 상기 외측 마그네트의 높이에 대응하는 높이로 연장된 측면요크가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학기상 증착장치.
제2항에 있어서,
상기 자기장 발생부재는 상기 원통형 전극의 축선을 중심으로 회동 가능한 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학기상 증착장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 진공챔버 내부에는 상기 기재가 상기 일영역에 위치하도록 적재되는 적재부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학기상 증착장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 진공챔버 내부에는 상기 기재를 상기 진공챔버의 일 측에서 반대 측으로 이송하는 기재이송수단이 마련되어 있고;
상기 원통형 전극은 상기 기재 이송 방향을 따라 상호 평행하게 이격된 복수 쌍으로 마련되며;
상기 기재의 최초 이동구간에 인접하는 적어도 한 쌍의 원통형 전극 내부에 마련된 양측 자기장 발생부재는 마그네트가 상호 대향하는 형태로 배치되어 플라즈마 형성 영역을 양 원통형 전극 사이 영역으로 제한하는 한편;
상기 기재의 최후 이동구간에 대응하는 적어도 한 쌍의 원통형 전극 내부에 마련되는 양측 자기장 발생부재는 마그네트가 상기 기재를 향하도록 배치되어 플라즈마 형성 영역이 기재를 향하도록 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학기상 증착장치.
제6항에 있어서,
상기 기재의 최초 이동구간과 마지막 이동구간에 대응하는 원통형 전극 외에 나머지 이동 구간에 대응하는 원통형 전극 내부에 마련되는 자기장 발생부재는 각 원통형 전극 내부에 중심 축선을 사이에 두고 양측으로 대칭되는 한 쌍으로 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학기상 증착장치.
제7항에 있어서,
상기 기재이송수단은 상기 기재의 이송 방향을 일직선으로 형성하는 인라인 형태의 기재이송수단인 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학기상 증착장치.
제7항에 있어서,
상기 기재이송수단은 상기 기재를 적어도 권출롤로부터 드럼을 거쳐 권취롤에 권취되도록 롤투롤 형태로 이송하며;
상기 원통형 전극은 상기 기재가 걸쳐지는 드럼의 둘레 영역에서 상기 기재의 이송방향을 따라 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학기상 증착장치.