KR20180137525A - 진공 증착 장치 - Google Patents

Abstract

파티클의 영향을 가급적 줄일 수 있는 소위 하향 증착 방식의 진공 증착 장치를 제공한다.
진공 챔버(1) 내에 배치되는 증착원(3)을 구비하고, 증착원이 증착 물질(Vm)을 수용하는 수용상자(31)와 증착 물질을 가열하여 승화 또는 기화시키는 가열 수단(33)을 가지는 본 발명의 진공 증착 장치(DM)는, 수용상자에, 승화 또는 기화한 증착 물질의 분출부(32)가 설치되고, 분출부가 진공 챔버 내의 피성막물(S)보다 연직 방향 위쪽에 위치하고, 분출부가 연직 방향에 대해 경사져서 아래쪽을 향하는 분출구(32b)를 가지며 해당 분출구로부터 피성막물을 향해 증착 물질이 분출되고, 수용상자가 피성막물의 단부로부터 이격되는 위치에 오프셋 배치된다.

Description

진공 증착 장치

본 발명은, 진공 증착 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는, 수용상자에 설치되는 승화 또는 기화한 증착 물질의 분출부가 진공 챔버 내의 피성막물보다 연직 방향 위쪽에 위치하는 소위 하향 증착(down-deposition) 방식인 것에 관한 것이다.

이런 종류의 진공 증착 장치는 예를 들면 특허문헌 1에 알려져 있다. 이것은, 진공 챔버의 연직 방향 아래쪽에, 해당 진공 챔버의 한 방향으로 기판을 반송하는 기판 반송 수단이 설치되고, 그 상부에 증착원이 대향 배치되어 있다. 증착원은, 기판을 가로질러 설치되는, 증착 물질을 수용하는 통 형상의 수용상자를 가지며, 수용상자의 하부에는, 증착 물질의 분출구가 그 길이 방향에 따라 소정의 간격으로 줄지어 설치되어 있다. 그리고, 히터로 증착 물질을 가열하여 수용상자 내에서 승화 또는 기화시키고, 이 승화 또는 기화한 것을 분출구로부터 기판을 향해 분출시킴으로써, 기판에 대해 성막된다.

여기서, 수용상자 내에서 승화 또는 기화한 증착 물질은, 분출구로부터 기판을 향해 분출할 뿐만 아니라, 예를 들면, 분출구의 주변에 위치하는 수용상자의 외표면 부분에 부착, 퇴적된다. 이 경우, 부착, 퇴적된 증착 물질은 파티클의 발생원이 될 수 있다. 이 때문에, 상기 종래예와 같이, 기판을 가로질러 수용상자가 설치되어 있으면, 수용상자에 부착된 증착 물질이 파티클이 되어 아래쪽으로 낙하하여, 기판에 부착된다는 문제가 생기고, 이것으로는, 제품 수율이 저하되는 등의 문제를 초래한다.

특허문헌 1: 특허 제 4216522호 공보

본 발명은, 이상의 점을 감안하여, 파티클의 영향을 가급적 줄일 수 있는 소위 하향 증착 방식의 진공 증착 장치를 제공하는 것을 그 과제로 하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 진공 챔버 내에 배치되는 증착원을 구비하고, 증착원이 증착 물질을 수용하는 수용상자와 증착 물질을 가열하여 승화 또는 기화시키는 가열 수단을 가지는 본 발명의 진공 증착 장치는, 수용상자에, 승화 또는 기화한 증착 물질의 증기를 분출하는 분출부가 설치되고, 분출부가 진공 챔버 내의 피성막물보다 연직 방향 위쪽에 위치하고, 분출부가, 연직 방향에 대해 경사져서 아래쪽을 향하는 분출구를 가지며, 해당 분출구로부터 피성막물을 향해 증착 물질의 증기가 분출되고, 수용상자가 피성막물의 단부로부터 이격되는 위치에 오프셋 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 수용상자 내에서 승화 또는 기화한 증착 물질을 분출구로부터 기판을 향해 분출시켰을 때에, 수용상자의 외표면에도 증착 물질이 부착, 퇴적되고, 이것이 파티클의 발생원이 되어 아래쪽으로 낙하해도, 수용상자가 오프셋 배치되어 있기 때문에, 피성막물에 부착되기 어려워진다. 결과적으로, 파티클의 영향을 가급적 줄일 수 있다.

본 발명에 있어서는, 상기 가열 수단은, 상기 수용상자를 가열하고, 해당 수용상자로부터의 복사열에 의해 상기 증착 물질을 가열하는 것이 바람직하다. 이에 따르면, 수용상자의 외표면에 증착 물질이 부착되어도, 수용상자 자체가 가열됨으로써, 증착 물질이 재차 승화 또는 기화된다. 이 때문에, 파티클의 발생원이 만들어지기 어려워져, 유리하다.

또한, 상기 분출구에 근접 배치되어 해당 분출구로부터의 증착 물질의 증기가 피성막물을 향해 분출되는 것을 방지하는, 연직 방향으로 왕복운동 가능한 셔터판을 구비하고, 셔터판이 피성막물의 단부로부터 이격 방향으로 오프셋되는 것이 바람직하다. 이에 따르면, 셔터판에 부착된 증착 물질이 파티클이 되고, 아래쪽으로 낙하해도, 피성막물에 부착되기 어렵게 할 수 있다.

또한, 피성막물이 수평으로 배치되는 유지부를 가지는 것이 바람직하다. 여기서, 수평이란, 엄밀한 수평을 의미하는 것이 아니라, 실질적인 수평을 의미하는 것으로 한다. 또한, 상기 유지부를 연직 방향의 축선을 중심으로 회전 구동하는 구동 수단을 추가로 구비하는 것이 바람직하다. 이에 따르면, 막두께 분포를 개선할 수 있다.

또한, 피성막물이 한 방향으로 직사각형인 기판으로, 상기 이동 수단에 의해 기판을 상기 증착원에 대해 진공 챔버 내의 한 방향으로 상대 이동시키면서 성막하는 경우, 증착원에 대한 기판의 상대 이동 방향을 X축방향, X축방향에 직교하는 기판의 폭방향을 Y축방향으로 하고, 상기 수용상자에, 분출부가 Y축방향으로 소정의 간격에서 줄지어 설치되는 것이 바람직하다. 이 경우, 기판의 폭에 따라서는, 막두께 분포의 균일성을 높이기 위해, 증착원을 Y축방향 양측에 각각 배치할 수도 있다.

도 1은 본 발명의 진공 증착 장치의 실시형태를 설명하는, 일부를 단면시로 한 부분 사시도이다.
도 2는 기판과 증착원의 배치 관계를 설명하는 도면이다.
도 3은 증착원의 변형예를 설명하는 도면이다.
도 4는 진공 증착 장치의 변형예를 설명하는 도면이다.

이하, 도면을 참조하여, 피성막물을 직사각형의 윤곽을 가지는 소정 두께의 유리 기판(이하, 「기판(S)」라고 한다)으로 하고, 기판(S)의 한 면에 소정의 박막을 성막하는 경우를 예로 본 발명의 진공 증착 장치의 실시형태를 설명한다.

도 1 및 도 2를 참조하여, 진공 증착 장치(DM)는 진공 챔버(1)를 구비한다. 진공 챔버(1)에는, 특별히 도시하여 설명하지 않지만, 배기관을 통해 진공 펌프가 접속되어, 소정 압력(진공도)으로 진공 흡인하여 유지할 수 있게 되어 있다. 또한, 진공 챔버(1)의 연직 방향 하부에는 기판 반송 장치(2)가 설치된다. 기판 반송 장치(2)는, 성막면으로서의 상면을 개방한 상태로 기판(S)을 유지하는 캐리어(21)를 가지며, 도면 바깥쪽의 구동장치에 의해 캐리어(21), 나아가서는 기판(S)을 진공 챔버(1) 내의 한 방향으로 소정 속도로 이동하게 되어 있다. 기판 반송 장치(2)로서는 공지의 것을 이용할 수 있으므로, 더 이상의 설명은 생략하지만, 본 실시형태에서는, 기판 반송 장치(2)가, 후술한 증착원에 대해 진공 챔버(1) 내의 한 방향으로 기판(S)을 상대 이동시키는 이동 수단을 구성한다. 이하에 있어서는, 증착원에 대한 기판(S)의 상대 이동 방향을 X축방향, X축방향에 직교하는 기판(S)의 폭방향을 Y축방향으로 한다.

진공 챔버(1)에는, 기판(S)보다 연직 방향 위쪽에 위치시켜 증착원(3)이 설치된다. 증착원(3)은, 기판(S)에 성막하고자 하는 박막에 따라 적절하게 선택되는 증착 물질(Vm)을 수용하는 수용상자(31)를 가진다. 이 경우, 수용상자(31)는, Y축방향으로 길게된 직육면체 형상인 것으로, 그 하면의 Y축방향의 각부에는, 원통(cylinder)으로 구성되는 분출부로서의 분출 노즐(32)의 복수체가 Y축방향으로 소정간격을 두어 돌출된다. 이 경우, 분출 노즐(32)은 그 노즐구멍의 구멍축(32a)이 연직 방향에 대해 소정의 각도로 경사지고, 그 선단의 분출구(32b)가 연직 방향에서 경사져서 아래쪽으로 향하게 된다. 이 경우, 구멍축(32a)의 경사각은, 기판(S)의 폭, 증착 물질(Vm)에 기인하는 분출 노즐(32)로부터의 증착 물질(Vm)의 분출 분포나 기판(S)에 형성하고자 하는 박막의 막두께의 균일성 등을 고려해 적절하게 설정된다.

또한, 분출 노즐(32)을 포함하는 수용상자(31)의 주위에는 가열 수단으로서의 전열선(33)이 감기고, 도면 바깥쪽의 전원으로부터 통전함으로써, 수용상자(31)를 그 전체에 걸쳐 거의 균등하게 가열할 수 있게 한다. 그리고, 수용상자(31)를 가열함으로써 해당 수용상자(31)로부터의 복사열에 의해 용기(31a) 내의 증착 물질(Vm)을 가열하여 해당 증착 물질(Vm)을 승화 또는 기화시킬 수 있게 되어 있다. 또한, 특별히 도시하여 설명하지 않지만, 수용상자(31) 내에는 분산판이 설치되고, 수용상자(31)를 가열하여 그 내부의 증착 물질(Vm)을 승화 또는 기화시키고, 이 승화 또는 기화한 증착 물질(Vm)을 각 분출 노즐(32)로부터 거의 균등하게 분출할 수 있게 한다. 또한, 수용상자(31)를 거의 균등하게 가열하는 방식은 상기의 것으로 한정되는 것은 아니다. 더욱이, 용기(31a) 내의 증착 물질(Vm)을 직접 가열하는 가열 수단을 따로 설치할 수도 있고, 예를 들면, 다른 가열 수단으로서의 전열선을 용기(31a)의 주위에 감아, 통전하여 증착 물질(Vm)을 전열에 의해 가열할 수도 있다.

상기와 같이 구성된 수용상자(31)는, 분출 노즐(32)의 분출구(32b)가 기판(S)의 Y축방향 일단으로부터 이격되는 위치에 오프셋 배치된다. 이 경우, 분출구(32b)와 기판(S)의 Y축방향 일단 사이의 간격(DS)은, 기판(S)에 형성하고자 하는 박막의 막두께의 균일성 등을 고려해 적절하게 설정된다. 또한, 진공 챔버(1) 내에는, 분출 노즐(32)의 분출구(32b)에 근접 배치되어 해당 분출구(32b)로부터의 증착 물질의 증기가 기판(S)을 향해 분출되는 것을 방지하는, 연직 방향으로 왕복운동 가능한 셔터판(4)을 구비한다. 셔터판(4)은, 분출 노즐(32)로부터의 증착 물질(Vm)의 분출이 안정될 때까지, 도면의 가상선으로 나타낸 차폐 위치로 이동하고, 분출이 안정되면, 도면의 실선으로 나타낸 분출 위치로 이동한다. 이들 양 위치 사이에서 셔터판(4)을 왕복운동시키는 구동 수단으로서는, 공지의 구조인 것을 이용할 수 있으므로, 여기에서는 설명을 생략한다. 셔터판(4)도 또한, 기판(S)의 Y축방향 일단으로부터 이격 방향으로 오프셋된다. 셔터판(4)의 하단은, 수용상자(31)를 향해 L자 형상으로 굴곡시킨다.

이상의 실시형태에 따르면, 수용상자(31) 내에서 승화 또는 기화한 증착 물질(Vm)을 분출구(32b)로부터 기판(S)을 향해 분출시켰을 때에, 수용상자(31)의 외표면에도 증착 물질(Vm)이 부착, 퇴적되고, 이것이 파티클의 발생원이 되어 아래쪽으로 낙하해도, 수용상자(31)가 오프셋 배치되어 있어, 기판(S)에 부착되기 어려워진다. 결과적으로, 파티클의 영향을 가급적 줄일 수 있다. 또한, 가열 수단(33)은, 수용상자(31)를 가열하고, 수용상자(31)로부터의 복사열에 의해 증착 물질(Vm)을 가열하는 구성을 채용했기 때문에, 분출구(32b)를 포함하는 수용상자(31)의 내면이나 외면에 증착 물질(Vm)이 부착되어도, 수용상자(31) 자체가 가열됨으로써, 증착 물질(Vm)이 재차 승화 또는 기화된다. 이 때문에, 파티클의 발생원이 만들어지기 어려워져, 유리하다. 게다가, 셔터판(4)이 기판(S)의 단부로부터 이격 방향으로 오프셋되고, 셔터판(4)의 하단이 수용상자(31)를 향해 L자 형상으로 굴곡되는 것이 바람직하다. 이에 따르면, 상기와 같이, 셔터판(4)에 부착된 증착 물질이 파티클이 되고, 아래쪽으로 낙하해도, 기판에 부착하기 어렵게 할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기의 것으로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태에서는, 수용상자(31)에 복수체의 분출 노즐(32)을 설치한 것을 예로 설명했지만, 한 개의 분출 노즐(32)만을 설치할 수도 있으며, 또한, 수용상자의 각부에 원형이나 슬릿 형상의 구멍을 개설하고, 이것을 분출부라고 할 수도 있다.

그런데, 수용상자(31)를 오프셋 배치한 경우, 기판(S)의 폭에 따라서는, 막두께 분포가 거의 균일하게 할 수 없는 경우가 있다. 이러한 경우, 도 3에 도시한 바와 같이, 진공 챔버(1) 내에, 기판(S)의 폭방향 양측에 각각 수용상자(31)를 배치할 수 있다. 이 경우, 각 분출 노즐(32)의 구멍축(32a)을 적절하게 바꾸어 배치할 수도 있다. 또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 기판(S)을 회전 스테이지(5) 상에 설치하여, 소정의 회전수로 회전하면서 성막할 수 있다. 회전 스테이지(5)로서는, 기판(S)을 수평으로 유지하는 판 형상의 유지부(51)를 가지며, 이 유지부(51)에 모터 등의 구동 수단(52)의 회전축(53)이 연결되고, 구동 수단(52)에 의해 유지부(51)를 회전축(53)을 중심으로 회전 구동하는 공지의 것을 이용할 수 있다. 이러한 구성을 채용하면, 막두께 분포를 개선할 수 있다.

또한, 막두께 분포를 개선하기 위해, 증착원(3) 혹은 기판(S)을 이동시킬 수도 있다. 예를 들면, 수용상자(31)가 기판(S)에 대해 오프셋 배치되는 상태는 유지한 채로, 증착원(3)과 기판(S) 사이의 거리(DS)를 변경하도록, 증착원(3)과 기판(S) 중 적어도 어느 한쪽을 수평 이동시킬 수도 있다. 혹은, 증착원(3)을 상하로 이동시킬 수도 있고, 증착원(3)을 분출 노즐(32)의 병설 방향(X축방향)으로 연장되는 축을 중심으로 소정의 각도로 스윙시킬 수도 있다.

또한, 상기 실시형태에서는, 피성막물을 유리 기판으로 하고, 기판 반송 장치(2)에 의해 유리 기판을 일정한 속도로 반송하면서 성막하는 것을 예로 설명했지만, 진공 증착 장치의 구성은, 상기의 것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 피성막물을 시트 형상의 기재로 하고, 구동 롤러와 권취 롤러 사이에서 일정한 속도로 기재를 이동시키면서 기재의 한 면에 성막하는 장치에도 본 발명은 적용할 수 있다. 또한, 피성막물을 진공 챔버(1)에 셋팅하고, 증착원에 공지의 구조를 가지는 구동 수단을 부설하고, 피성막물에 대해 증착원(3)을 상대 이동시키면서 성막하는 경우에도 본 발명은 적용할 수 있다. 또한, 수용상자(31)에 분출 노즐(32)을 일렬로 설치한 것을 예로 설명했지만, 복수열로 설치할 수도 있다.

DM: 진공 증착 장치
S: 기판(피성막물)
Vm: 증착 물질
1: 진공 챔버
2: 기판 반송 장치(유지부, 이동 수단)
3: 증착원
31: 수용상자
32: 분출 노즐(분출부)
32b: 분출구
33: 전열선(가열 수단)
4: 셔터판
51: 유지부
52: 구동 수단
53: 회전축(축)

Claims (6)

1. 진공 챔버 내에 배치되는 증착원을 구비하고, 증착원이 증착 물질을 수용하는 수용상자와 증착 물질을 가열하여 승화 또는 기화시키는 가열 수단을 가지는 진공 증착 장치로서,
   수용상자에, 승화 또는 기화한 증착 물질의 증기를 분출하는 분출부가 설치되고, 분출부가 진공 챔버 내의 피성막물보다 연직 방향 위쪽에 위치하는 것에 있어서,
   분출부가, 연직 방향에 대해 경사져서 아래쪽을 향하는 분출구를 가지며, 해당 분출구로부터 피성막물을 향해 증착 물질의 증기가 분출되고, 수용상자가 피성막물의 단부로부터 이격되는 위치에 오프셋 배치되는 것을 특징으로 하는 진공 증착 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 가열 수단은, 상기 수용상자를 가열하고, 해당 수용상자에서의 복사열에 의해 증착 물질을 가열하는 것인 것을 특징으로 하는 진공 증착 장치.
   
3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 분출구에 근접 배치되어 해당 분출구로부터의 증착 물질의 증기가 피성막물을 향해 분출되는 것을 방지하는, 연직 방향으로 왕복운동 가능한 셔터판을 구비하고, 셔터판이 피성막물의 단부로부터 이격 방향으로 오프셋 배치되는 것을 특징으로 하는 진공 증착 장치.
   
4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 피성막물을 수평으로 유지하는 유지부를 가지는 것을 특징으로 하는 진공 증착 장치.
   
5. 청구항 4에 있어서, 상기 유지부를 연직 방향의 축을 중심으로 회전 구동하는 구동 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 진공 증착 장치.
   
6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 진공 증착 장치로서,
   피성막물은 한 방향으로 직사각형인 기판으로, 이동 수단에 의해 기판을 상기 증착원에 대해 진공 챔버 내의 한 방향으로 상대 이동시키면서 성막하는 것에 있어서,
   증착원에 대한 기판의 상대 이동 방향을 X축방향, X축방향에 직교하는 기판의 폭방향을 Y축방향으로 하고, 상기 수용상자에, 분출부가 Y축방향으로 소정의 간격에서 줄지어 설치되는 것을 특징으로 하는 진공 증착 장치.

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