WO2014051331A1

WO2014051331A1 - 플라즈마 화학 기상 증착 장치

Info

Publication number: WO2014051331A1
Application number: PCT/KR2013/008578
Authority: WO
Inventors: 홍성철; 이만호
Original assignee: (주)비엠씨
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2014-04-03
Also published as: JP2015535889A; KR101557341B1; TWI498936B; TW201421527A; KR20140043261A; US20150214010A1; CN104769156B; CN104769156A; JP6080960B2

Abstract

플라즈마 화학 기상 증착 장치가 개시되며, 상기 플라즈마 화학 기상 증착 장치는 서로 간격을 두고 대향하여 배치되는 한 쌍의 자기장 발생유닛, 상기 한 쌍의 자기장 발생유닛 사이에서 서로 대향하는 한 쌍의 대면전극, 상기 한 쌍의 대면전극 사이에 반응가스를 공급하는 가스 공급유닛, 및 상기 한 쌍의 대면전극 사이에 선구체를 공급하는 선구체 공급유닛을 포함하되, 상기 한 쌍의 자기장 발생유닛 사이에는 대면 자기장이 형성될 수 있다.

Description

플라즈마 화학 기상 증착 장치

본원은 플라즈마 화학 기상 증착 장치에 관한 것이다.

액정표시장치의 제조에 있어서 박막 트랜지스터의 활성층 및 오믹 콘택층, 데이터 라인과 게이트 라인을 절연시키는 절연막, 그리고 데이터 및 게이트 라인과 화소전극을 절연시키기 위한 보호막 등은 스퍼터링 증착 방법과 같이 물리적 증기 증착법 또는 플라즈마 화학 기상 증착(PECVD, Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 방법과 같이 화학적 기상 증착법을 통해 형성된다.

이 중, 플라즈마 화학 기상 증착 방법은, 진공을 이루는 챔버 내부에 증착시 필요한 반응가스를 주입하여 원하는 압력과 기판 온도가 설정되면 전원장치를 통해 전극에 초고주파를 인가함으로써 반응가스를 플라즈마 상태로 만들고, 선구체를 이온화시켜 이온화된 선구체와 플라즈마 상태의 반응가스 중 일부가 물리적 또는 화학적 반응을 하여 기판에 증착되게 함으로써 박막을 형성하는 방법이다.

이러한 플라즈마 화학 기상 증착 방법을 통한 박막의 증착효율을 높이기 위해서는, 진공 챔버 내에 생성된 플라즈마를 자기장 등을 통해 유지시킴으로써 플라즈마의 밀도를 높여 선구체의 이온화율 및 이온화된 선구체와 플라즈마 상태의 반응가스 중 일부와의 결합율, 즉 물질의 반응성을 높여야 한다. 또한, 선구체로 인한 전극의 오염을 막아 플라즈마의 발생이 원활하도록 하여야 한다.

그런데, 종래의 플라즈마 화학 기상 증착 장치는 플라즈마의 밀도가 낮고, 선구체가 전극으로 유입되어 전극이 오염될 수 있어 박막의 증착효율이 높지 않다는 문제점이 있었다.

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 플라즈마의 밀도를 높이고 선구체의 유입으로 인한 전극의 오염을 막아 박막의 증착효율이 높은 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제1측면에 따른 플라즈마 화학 기상 증착 장치는, 서로 간격을 두고 대향하여 배치되는 한 쌍의 자기장 발생유닛, 상기 한 쌍의 자기장 발생유닛 사이에서 서로 대향하는 한 쌍의 대면전극, 상기 한 쌍의 대면전극 사이에 반응가스를 공급하는 가스 공급유닛, 및 상기 한 쌍의 대면전극 사이에 선구체를 공급하는 선구체 공급유닛을 포함하되, 상기 한 쌍의 자기장 발생유닛 사이에는 대면 자기장이 형성될 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 한 쌍의 자기장 발생유닛 각각은 내부극성부 및 상기 내부극성부를 둘러싸는 외부극성부를 포함하되, 상기 외부극성부는 상기 내부극성부와 다른 극성을 가질 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 한 쌍의 자기장 발생유닛 사이의 간격은 서로 대향하는 상기 한 쌍의 자기장 발생유닛의 사이에서 전자 회전력을 제공하는 대면 자기장이 형성되는 간격일 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 한 쌍의 대면전극 사이에 중앙 자기장 발생유닛을 더 포함하되, 상기 중앙 자기장 발생유닛은 각각의 상기 자기장 발생유닛과의 사이에 대면 자기장을 형성시킬 수 있다.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 자기장 발생유닛만으로, 또는 자기장 발생유닛과 중앙 자기장 발생유닛을 통해 측면 자기장뿐만 아니라 대면 자기장을 형성시켜 전자가 대면전극의 표면에서 호핑(hopping) 운동하고, 자기장 발생 유닛 사이에서 무한히 회전 운동하도록 함으로써, 생성된 플라즈마의 밀도를 극대화시킬 수 있어 박막 증착효율이 크게 높아진다. 따라서, 본원은 종래의 장치보다 소량의 선구체 및 반응가스를 투입하고 진공 챔버의 진공도를 낮추어 박막 증착 공정을 수행하더라도 종래의 장치와 동일하거나 종래의 장치 이상의 박막 증착효율이 달성될 수 있다. 즉 본원에 의하면, 사용되는 선구체 및 반응가스의 양을 줄일 수 있고 진공 펌프의 부담이 경감될 수 있어, 보다 경제적이고 효율적인 박막 증착 공정이 진행될 수 있다.

도 1은 본원의 일 실시예에 따른 플라즈마 화학 기상 장치의 개념도이다.

도 2는 본원의 일 실시예에 따른 플라즈마 화학 기상 장치에서 발생되는 자기장을 설명하기 위한 개념도이다.

도 3은 본원의 일 실시예에 따른 플라즈마 화학 기상 장치에서 발생되는 자기장에 의한 전자의 운동을 설명하기 위한 개념도이다.

도 4는 도 3의 A 부분을 측면에서 비스듬히 바라보았을 때의 전자의 운동을 나타낸 개념도이다.

도 5는 본원의 일 실시예에 따른 플라즈마 화학 기상 장치에서 반응가스와 선구체의 흐름을 설명하기 위한 개념도이다.

도 6의 (a), (b) 및 (c)는 대면전극의 다양한 실시예를 설명하기 위한 개념도이다.

도 7의 (a) 및 (b)는 외부극성부와 내부극성부의 다양한 실시예를 설명하기 위한 개념도이다.

도 8은 중앙 자기장 발생유닛의 다른 실시예에 따라 발생되는 자기장을 설명하기 위한 개념도이다.

도 9는 이동유닛의 다른 실시예를 설명하기 위한 개념도이다.

도 10의 (a)는 도 2에 따른 중앙 자기장 발생유닛과 한 쌍의 자기장 발생유닛의 극성 배치를 설명하기 위한 개념도이다.

도 10의 (b)는 도 8에 따른 중앙 자기장 발생유닛과 한 쌍의 자기장 발생유닛의 극성 배치를 설명하기 위한 개념도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.

참고로, 본원의 실시예에 관한 설명 중 방향이나 위치와 관련된 용어(상측, 하측, 상하 방향 등)는 도면에 나타나 있는 각 구성의 배치 상태를 기준으로 설정한 것이다. 예를 들면, 도 1에서 보았을 때 위쪽이 상측, 아래쪽이 하측 등이 될 수 있다. 다만, 본원의 실시예의 다양한 실제적인 적용에 있어서는, 상측과 하측이 반대가 되는 등 다양한 방향으로 배치될 수 있을 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본원을 상세히 설명하기로 한다.

우선, 본원의 일 실시예에 따른 플라즈마 화학 기상 증착 장치(이하 '본 플라즈마 화학 기상 증착 장치'라함)에 대해 설명한다.

본 플라즈마 화학 기상 증착 장치는 한 쌍의 자기장 발생유닛(10)을 포함한다.

예를 들어, 한 쌍의 자기장 발생유닛(10)은 복수개의 자석을 통해 구현될 수 있다.

한 쌍의 자기장 발생유닛(10)은 서로 간격을 두고 대향하여 배치된다.

플라즈마는 직류, 교류, 초고주파 등에 의해 기체가 양이온과 전자로 분리됨으로써 생성되며, 자기장 등에 의해 유지될 수 있다.

한 쌍의 자기장 발생유닛(10)에 의해 발생된 자기장은 초고주파 전원 등에 의해 분리된 반응가스(31)로부터 발생되는 전자에 플레밍의 왼손법칙에 따른 힘을 가하여 전자가 계속해서 운동하도록 한다. 이를 통해 반응가스(31)를 계속적으로 이온화시킴으로써, 반응가스(31)가 플라즈마 상태로 유지될 수 있다.

도 1 내지 도 9를 참조하면, 한 쌍의 자기장 발생유닛(10)은 장착부(100) 내에 배치될 수 있다.

한 쌍의 자기장 발생유닛(10) 사이에는 대면 자기장(300A)이 형성된다.

대면 자기장(300A)은 한 쌍의 자기장 발생유닛(10)만으로도 형성될 수 있고, 도 2 및 도 8에 도시된 바와 같이 한 쌍의 자기장 발생유닛(10)과 중앙 자기장 발생유닛(50)에 의해 형성될 수도 있다.

한 쌍의 자기장 발생유닛(10)은 서로 다른 극성끼리 대향하도록 배치될 수 있다.

이러한 경우에 대면 자기장(300A)은 한 쌍의 자기장 발생유닛(10)만으로도 형성될 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 대면 자기장(300A)은 반응가스(31)가 분리되어 발생된 전자에 플레밍의 왼손 법칙에 따라 대면 자기장(300A)과 수직한 방향으로 힘을 가하여, 전자가 대면전극(20)의 표면 위를 회전 운동(500A) 하도록 한다.

전자가 회전 운동(500A)함으로써 반응가스(31)는 계속하여 플라즈마로 이온화되므로, 플라즈마의 밀도가 높아진다. 이러한 높은 밀도의 플라즈마로 인해 물질의 반응성이 보다 커져 선구체(41)의 이온화 및 플라즈마 상태의 반응가스(31) 중 일부와 이온화된 선구체(41)의 결합이 극대화 될 것이므로, 선구체(41)와 반응가스(31)가 피코팅물(200)에 증착되는 증착효율을 높일 수 있다.

따라서, 본 플라즈마 화학 기상 장치는 종래의 장치보다 소량의 선구체(41) 및 반응가스(31)를 투입하고 진공 챔버(60)의 진공도를 낮추어 박막 증착 공정을 수행하더라도 종래의 장치와 동일하거나 종래의 장치 이상의 박막 증착효율이 달성될 수 있다. 즉 본원에 의하면, 사용되는 선구체(41) 및 반응가스(31)의 양을 줄일 수 있고 진공 펌프(60)의 부담이 경감될 수 있어, 보다 경제적이고 효율적인 박막 증착 공정이 진행될 수 있다.

한 쌍의 자기장 발생유닛(10) 각각은 내부극성부(13) 및 내부극성부(13)를 둘러싸는 외부극성부(11)를 포함할 수 있다. 외부극성부(11)는 내부극성부(13)와 다른 극성을 가질 수 있다.

도 2 및 도 8을 참조하면, 외부극성부(11)와 내부극성부(13)의 사이에서는 측면 자기장(300B)이 발생된다. 이러한 측면 자기장(300B)은, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 반응가스(31)가 분리되어 발생된 전자에 플레밍의 왼손 법칙에 따라 측면 자기장(300B)과 수직한 방향으로 힘을 가하여, 전자가 대면전극(20)의 표면 위를 호핑 운동(hopping)(500B) 하도록 한다.

앞서 설명한 바와 같이, 플라즈마로 인해 물질의 이온화 및 결합이 활발하게 이루어지므로, 플라즈마의 밀도가 높아지면 선구체(41)의 이온화율이 높아지고, 플라즈마 상태의 반응가스(31) 중 일부와 이온화된 선구체(41)의 결합율이 극대화되어, 선구체(41)와 반응가스(31)가 피코팅물(200)에 증착되는 증착효율을 높일 수 있다. 즉, 박막 증착효율을 높이기 위해서는 다양한 자기장의 형성을 통해 반응가스(31)가 연속적으로 플라즈마 상태로 이온화되도록 하여 플라즈마의 밀도를 높여야 한다.

따라서, 본원은 반응가스(31)의 연속적인 이온화를 위해 전자가 다양한 운동을 할 수 있도록 자기장을 다양하게 형성한다. 즉, 본원은 전술한 대면 자기장(300A)뿐만 아니라, 도 2및 도 8에 도시된 바와 같이 외부극성부(11)와 내부극성부(13)의 사이에서 측면 자기장(300B)이 형성되도록 하여 다양한 자기장을 발생시킴으로써 전자의 다양한 운동을 통해 플라즈마의 밀도를 높이고, 이에 따라 선구체(41)와 반응가스(31)가 피코팅물(200)에 증착되는 효율을 높인다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 측면 자기장(300B)이 형성되어 전자가 호핑(hopping) 운동(500B)을 통해 활성화됨으로써, 대면 자기장(300A)에 의한 회전 운동(500A)을 통해 활성화된 전자와 함께 반응가스(31)의 이온화에 기여하게 되므로, 플라즈마의 밀도가 증가될 수 있다.

도 7을 참조하면, 외부극성부(11)는 다른 하나의 자기장 발생유닛(10)과 대향하는 면이 폐루프를 이루는 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 외부극성부(11)는 직사각형을 이루는 형태를 가질 수도 있고, 도 7에 도시된 바와 같이 트랙형(또는 타원형)을 이루는 형태를 가질 수도 있다.

또한, 내부극성부(13)는 다른 하나의 자기장 발생유닛(10)과 대향하는 면이 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 직선을 이루는 형태를 가질 수도 있고, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 폐루프를 이루는 형태를 가질 수도 있다.

또한, 내부극성부(13)가 폐루프를 이루는 형태를 가지는 경우, 내부극성부(13)는 직사각형을 이루는 형태를 가질 수도 있고, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 트랙형(또는 타원형)을 이루는 형태를 가질 수도 있다.

또한, 외부극성부(11)와 내부극성부(13)는 각각 복수의 자석으로 구성될 수 있다.

한 쌍의 자기장 발생유닛(10)이 배치되는 간격은 서로 대향하는 한 쌍의 자기장 발생유닛(10)의 사이에서 전자 회전력을 제공하는 대면 자기장(300A)이 형성될 수 있는 간격일 수 있다.

도 4를 참조하면, 전자 회전력은 플레밍의 왼손법칙에 의해 대면 자기장(300A)의 방향과 수직한 방향으로 발생되어 전자가 회전 운동(500A)을 하도록 전자에 가해지는 힘을 의미할 수 있다.

본 플라즈마 화학 기상 증착 장치는 한 쌍의 대면전극(20)을 포함한다.

한 쌍의 대면전극(20)은 한 쌍의 자기장 발생유닛(10) 사이에서 서로 대향한다.

한 쌍의 대면전극(20)에 전원이 인가되면, 한 쌍의 대면전극(20)의 하측에서 공급되는 반응가스(31)는 양이온과 전자로 분리되어 플라즈마 상태가 된다. 이 때, 한 쌍의 대면전극(20)은 후술하는 전원장치(80)로부터 직류, 교류, 초고주파, 전자빔 등을 인가받는다.

한 쌍의 대면전극(20)이 서로 대향한다는 것은, 각각의 대면전극(20)이 서로 평행하게 마주보는 것만을 의미하는 것은 아니고, 소정의 범위 내에서 서로 중앙 자기장 발생유닛(50)쪽으로 기울어지게 형성되는 것을 포함할 수 있다.

예를 들어, 한 쌍의 대면전극(20)은, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 상측으로 갈수록 중앙 자기장 발생유닛(50)과 가깝게 기울어지도록 형성될 수 있고, 이와 반대로 도 6의 (c)에 도시된 바와 같이 하측으로 갈수록 중앙 자기장 발생유닛(50)과 가깝게 기울어지도록 형성될 수도 있으며, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 중앙 자기장 발생유닛(50)과 평행하게 형성될 수도 있다.

한 쌍의 대면전극(20)은 장착부(100) 내에 배치될 수 있다.

또한, 한 쌍의 대면전극(20)은 대면 자기장(300A)이 통과하도록 배치될 수 있다. 예를 들어 도 2 및 도 8에 나타난 바와 같이, 대면전극(20)은 외부극성부(11) 및 내부극성부(13) 상에 배치될 수 있다.

이를 통해, 반응가스(31)는 한 쌍의 대면전극(20)으로부터 초고주파 등을 전달받아 플라즈마 상태인 양이온과 전자로 분리되는 즉시, 대면 자기장(300A)에 의해 전자가 회전운동(300A)될 수 있으므로, 플라즈마의 밀도를 보다 극대화할 수 있다.

본 플라즈마 화학 기상 증착 장치는 가스 공급유닛(30)을 포함한다.

가스 공급유닛(30)은 한 쌍의 대면전극(20) 사이에 위치하여 반응가스(31)를 공급한다.

반응가스(31)는 한 쌍의 대면전극(20) 사이를 거치면서 이로부터 초고주파 등을 전달받아 이온화 에너지 및 중합 에너지로 작용하는 플라즈마가 된다.

가스 공급유닛(30)은 한 쌍의 대면전극(20)의 하측에 반응가스(31)를 공급하는 것일 수 있다.

도 5를 참조하면, 반응가스(31)는 하측으로부터 공급되어 점차 상승되면서 한 쌍의 대면전극(20)을 거쳐 플라즈마 상태가 되고, 플라즈마 상태의 반응가스(31)는 상측에 위치하는 선구체 공급유닛(40)으로부터 공급되는 선구체(41)를 이온화시킨다. 또한, 플라즈마 상태의 반응가스(31) 중 일부는 선구체(41)와 반응하여 피코팅물(200)의 표면에 증착된다.

또한, 반응가스(31)가 하측으로부터 공급되는 경우에는 선구체 공급유닛(40)으로부터 공급되는 선구체(41)를 상승시키게 되므로, 선구체(41)가 대면전극(20)으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 가스 공급유닛(30)은 이에 구비되어 반응가스(31)를 토출하는 토출구만이 한 쌍의 대면전극(20)의 하측에 위치하는 것일 수도 있다.

또한, 가스 공급유닛(30)은 반응가스(31)를 한 쌍의 대면전극(20)의 하측으로부터 상측으로의 유량을 일정하게 공급하는 것일 수 있다.

반응가스(31)의 하측으로부터 상측으로의 유량이 일정하면 반응가스(31)의 분리를 통해 생성되는 플라즈마의 밀도가 일정하게 유지되어, 박막이 균일하게 증착될 수 있다.

또한, 가스 공급유닛(30)은 중앙 자기장 발생유닛(50)의 하측에 위치하는 것일 수 있다.

이러한 경우에는 중앙 자기장 발생유닛(50)과 별도로 가스 공급유닛(30)을 구비할 필요가 없게 되므로, 컴팩트(compact)한 공간 활용을 통해 설비 전체의 규모를 줄일 수 있고, 진공 펌프(70)의 수량도 현저히 줄일 수 있다.

또한, 가스 공급유닛(30)은 이에 구비되어 반응가스(31)를 토출하는 토출구만이 중앙 자기장 발생유닛(50)의 하측에 위치하는 것일 수도 있다.

본 플라즈마 화학 기상 증착 장치는 선구체 공급유닛(40)을 포함한다.

선구체 공급유닛(40)은 한 쌍의 대면전극(20) 사이에 위치하여 선구체(41)를 공급한다.

선구체(41)는 어떤 물질대사나 반응에서 특정 물질이 되기 전 단계의 물질, 또는 최종적으로 얻을 수 있는 물질이 되기 전의 물질을 말한다.

선구체(41)는 이온화 에너지인 플라즈마에 의해 이온화된 후, 플라즈마 상태의 반응가스(31)와 물리적 또는 화학적 반응을 통해 결합되어 피코팅물(200)의 표면에 증착될 수 있다.

보다 구체적으로, 도 5를 참조하면 선구체(41)는 하측으로부터 공급되어 대면전극(20)으로부터 초고주파 등을 전달받아 분리된 플라즈마 상태의 반응가스(31)에 의해 이온화된다. 이온화된 선구체(41)는 플라즈마 상태의 반응가스(31)와 함께 상승되어 대면전극(20)으로 유입되는 것이 방지되면서 플라즈마 상태의 반응가스(31) 중 일부와 반응하여 상측에 위치하는 피코팅물(200)의 표면에 증착된다.

선구체 공급유닛(40)은 중앙 자기장 발생유닛(50)의 상측에 위치하는 것일 수 있다.

이러한 경우에는 중앙 자기장 발생유닛(50)과 별도로 선구체 공급유닛(40)을 구비할 필요가 없게 되므로, 컴팩트(compact)한 공간 활용을 통해 설비 전체의 규모를 줄일 수 있고, 진공 펌프(70)의 수량도 현저히 줄일 수 있다.

또한, 선구체(41)는 하측으로부터 공급되는 반응가스(31)에 의해 함께 상승되므로 대면전극(20)으로 유입되는 것이 방지될 수 있다.

선구체 공급유닛(40)은, 도 1 내지 도 7 및 도 9에 도시된 바와 같이 중앙 자기장 발생유닛(50)의 상단에 위치할 수도 있다.

또한, 선구체 공급유닛(40)은 이에 구비되어 선구체(41)를 토출하는 토출구만이 중앙 자기장 발생유닛(50)의 상측에 위치하는 것일 수도 있다.

또한, 선구체 공급유닛(40)은 한 쌍의 대면전극(20)의 상단 이상의 높이에 선구체(41)를 공급하는 것일 수 있다.

선구체 공급유닛(40)이 한 쌍의 대면전극(20)의 상단 높이보다 낮은 곳에 위치하게 되면, 선구체(41)가 한 쌍의 대면전극(20)으로 유입되어 대면전극(20)이 오염될 수 있고, 앞서 설명한 바와 같이 플라즈마의 밀도를 극대화시킬 수 없다.

특히, 하측으로부터 공급되는 반응가스(31)에 의해 선구체(41)가 상승될 수 있다 하더라도, 선구체(41)가 대면전극(20)의 상단보다 낮은 높이에서 공급된다면 공급된 선구체(41) 중 일부는 대면전극(20)으로 유입될 수 있다. 그러나, 선구체(41)가 대면전극(20)의 상단 이상의 높이에서 공급된다면 대면전극(20)으로 유입되는 것이 원천적으로 차단될 수 있다.

또한, 선구체(41)는 하측으로부터 공급되는 플라즈마 상태의 반응가스(31)에 의해 이온화되어 상측에 위치하는 피코팅물(200)의 표면에 증착되는데, 이 때 플라즈마의 밀도가 높을수록 선구체의 이온화율이 높아져 박막의 증착효율이 높아진다. 플라즈마의 밀도는 한 쌍의 대면전극(20)의 사이에서 가장 높으므로, 선구체(41)는 대면전극(20)의 상단 이상의 높이에 위치에 공급되되, 대면전극(20)의 상단과 최대한 가까운 위치에 공급됨으로써 이온화가 극대화될 수 있다.

정리하면, 선구체 공급유닛(40)은, 선구체(41)의 대면전극(20)으로의 유입을 원천적으로 차단함과 동시에 선구체(41)의 이온화율이 극대화될 수 있도록, 한 쌍의 대면전극(20)의 상단 이상의 높이에 선구체(41)를 공급하되, 한 쌍의 대면전극(20)의 상단과 최대한 가까운 높이에 선구체(41)를 공급함이 바람직하다.

예를 들어, 선구체 공급유닛(40)은 한 쌍의 대면전극(20)의 상단 높이와 같거나, 도 1 내지 도 9에 도시된 바와 같이 한 쌍의 대면전극(20)의 상단 높이보다 높은 곳에 선구체(41)를 공급할 수 있다.

본 플라즈마 화학 기상 증착 장치는 중앙 자기장 발생유닛(50)을 포함할 수 있다.

중앙 자기장 발생유닛(50)은 한 쌍의 대면전극(20) 사이에 위치할 수 있다.

중앙 자기장 발생유닛(50)은, 도 2에 도시된 바와 같이 한 쌍의 자기장 발생유닛(10) 사이에서 대면 자기장(300A)의 흐름이 연속적으로 형성되도록 위치할 수도 있고, 도 8에 도시된 바와 같이 대면 자기장(300A)의 흐름이 비연속적으로 형성되도록 위치할 수도 있다.

예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 위치하는 중앙 자기장 발생유닛(50)은 도 10의 (a)에 도시된 바와 같이 배치된 세 개의 자석을 포함할 수 있다. 이러한 경우에는 단순히 세 개의 자석을 상하방향으로 간격을 두고 배치하면 되므로, 중앙 자기장 발생유닛(50)이 보다 간단한 공정을 통해 제조될 수 있다.

다만, 이와 같은 경우에는 도 10의 (a)에 도시된 바와 같이 어느 하나의 자기장 발생유닛(10)의 외부극성부(11)와 내부극성부(13)의 극성이 다른 하나의 자기장 발생유닛(10)의 외부극성부(11)와 내부극성부(13)의 극성과 각각 다르게 배치되므로, 한 쌍의 자기장 발생유닛(10) 각각을 다르게 제조할 필요가 있다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이 중앙 자기장 발생유닛(50)이 위치하는 경우, 중앙 자기장 발생유닛(50)의 제조 공정은 단순하지만, 한 쌍의 자기장 발생유닛(10) 각각을 다르게 제조하기 위한 추가 공정이 필요할 수 있다.

또 다른 예로서, 도 8에 도시된 바와 같이 위치하는 중앙 자기장 발생유닛(50)은 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이 배치된 여섯 개의 자석을 포함할 수 있다. 다만, 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이 좌측의 자석과 우측의 자석이 서로 동일한 극성끼리 마주보도록 배치되는 경우에는 좌측의 자석과 우측의 자석 사이에 강자성체를 배치함이 바람직하다.

이와 같은 경우에는 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이 어느 하나의 자기장 발생유닛(10)의 외부극성부(11)와 내부극성부(13)의 극성이 다른 하나의 자기장 발생유닛(10)의 외부극성부(11)와 내부극성부(13)의 극성과 같게 배치되므로, 한 쌍의 자기장 발생유닛(10) 각각을 다르게 제조할 필요가 없다.

즉, 도 8에 도시된 바와 같이 중앙 자기장 발생유닛(50)이 위치하는 경우, 중앙 자기장 발생유닛(50)의 좌측의 자석과 우측의 자석 사이에 강자성체를 배치하는 등의 추가 공정이 필요하지만, 한 쌍의 자기장 발생유닛(10)은 같은 공정을 통해 제조될 수 있는 이점이 있다.

다만, 중앙 자기장 발생유닛(50)은 도1 내지 도 10에 도시된 위치 및 형태에만 한정되는 것은 아니고, 한 쌍의 대면전극(20) 사이에 위치하되, 후술하는 바와 같이 각각의 자기장 발생유닛(10)과의 사이에 대면 자기장(300A)이 형성될 수 있는 곳에 위치하면 된다.

중앙 자기장 발생유닛(50)은 각각의 자기장 발생유닛(10)과의 사이에 대면 자기장(300A)을 형성시키는 것일 수 있다.

또한, 중앙 자기장 발생유닛(50)은 한 쌍의 자기장 발생유닛(10)과 서로 다른 극성끼리 대향하도록 배치될 수 있다.

중앙 자기장 발생유닛(50)이 구비되는 경우, 각각의 자기장 발생유닛(10)과 중앙 자기장 발생유닛(50) 사이에는 대면 자기장(300A)이 형성되고, 각각의 자기장 발생유닛(10)의 외부극성부(11)와 내부극성부(13)의 사이에는 측면 자기장(300B)이 형성된다. 따라서, 한 쌍의 자기상 발생유닛(10)과 함께 중앙 자기장 발생유닛(50)이 더 구비되는 경우에는 한 쌍의 자기장 발생유닛(10)만으로 대면 자기장(300A)과 측면 자기장(300B)을 모두 형성시킬 때 보다 자속의 밀도가 커지므로, 한 쌍의 자기장 발생유닛(10)만 구비될 때보다 높은 대면 자기장(300A)이 형성될 수 있다.

즉, 중앙 자기장 발생유닛(50)이 구비됨으로써, 높은 대면 자기장(300A)이 형성되어 전자가 받는 힘의 세기가 세져 회전 운동(500A)이 활발해지므로, 플라즈마의 밀도를 보다 높일 수 있다.

정리하면, 본 플라즈마 화학 기상 증착 장치는 한 쌍의 자기장 발생유닛(10) 만으로, 또는 한 쌍의 자기장 발생유닛(10)과 중앙 자기장 발생유닛(50)을 통해 대면 자기장(300A) 및 측면 자기장(300B)을 모두 형성하여 플라즈마의 밀도를 높임으로써, 선구체(41)의 이온화율 및 이온화된 선구체(41)와 플라즈마 상태의 반응가스(31) 중 일부와의 결합율을 극대화시켜 박막의 증착효율을 높인다.

본 플라즈마 화학 기상 증착 장치는 진공 챔버(60)를 포함할 수 있다.

이물질이 박막에 유입되는 것을 최소화하기 위해, 박막 증착 공정은 진공 챔버(60) 내에서 이루어짐이 바람직하다.

본 플라즈마 화학 기상 증착 장치는 진공 펌프(70)를 포함할 수 있다.

진공 펌프(70)는 진공 챔버(60)의 내부를 진공 상태로 만드는 역할을 한다.

진공 펌프(70)는 진공 챔버(60) 내에 잔존하는 반응가스(31) 및 선구체(41)의 부산물을 배출구를 통해 외부로 배출시켜 진공 챔버(60)가 진공 상태가 되도록 만든다.

진공 펌프(70)는 진공 챔버(60)의 내부의 진공도를 스퍼터링 공정에서 요구되는 진공도로 유지시키는 것일 수 있다.

종래의 플라즈마 화학 기상 증착 장치는 증착효율이 낮아 부산물을 최대한 많이 진공 챔버(60)의 외부로 배출하도록 하여, 진공 챔버(60)의 진공도가 높게 유지되도록 하였다.

반면, 본 플라즈마 화학 기상 증착 장치는 대면 자기장(300A)과 측면 자기장(300B)을 발생시켜 플라즈마의 밀도가 극대화되므로, 진공 챔버(60)의 진공도가 종래의 장치에 비해 낮게 유지되더라도 높은 증착효율을 나타낼 수 있다.

즉, 본 플라즈마 화학 기상 증착 장치의 진공 챔버(60)는 진공 펌프(70)를 통해 종래의 장치와 달리 스퍼터링 공정과 같은 낮은 진공도로 유지될 수 있으므로, 동일 챔버내에서 플라즈마 화학 기상 증착과 스퍼터링이 수행될 수 있어 설비의 응용 분야가 높아지게 된다.

본 플라즈마 화학 기상 증착 장치는 전원장치(80)를 포함할 수 있다.

기체를 플라즈마 상태로 만들기 위해서는 일반적으로 직류, 교류, 초고주파, 전자빔 등을 가한다. 따라서, 전원장치(80)는 직류, 교류, 초고주파, 전자빔 등을 한 쌍의 대면전극(20)에 인가할 수 있다.

전원장치(80)는 교류 전원을 발생시키는 것일 수 있다.

이러한 경우에는 한 쌍의 대면전극(20)에 교류 전원이 인가된다. 따라서, 반응가스(31)가 플라즈마 상태로 분리되어 발생된 양이온과 전자는 각각의 대면전극(20)을 번갈아 가면서 이동하게 되어 양이온과 전자가 재결합되는 것을 방지할 수 있어 플라즈마의 밀도가 높아진다.

다시 말해, 전원장치(80)가 교류 전원을 발생시킴으로써 플라즈마의 밀도가 극대화되므로, 박막의 증착효율을 높일 수 있다.

본 플라즈마 화학 기상 증착 장치는 이동유닛(90)을 포함할 수 있다.

이동유닛(90)은 피코팅물(200)을 이동시킬 수 있다.

예를 들어, 도 1, 도 5 및 도 9를 참조하면 이동유닛(90)에는 롤러가 구비되어 있어 피코팅물(200)을 이동시킬 수 있다.

이동유닛(90)은 피코팅물(200)을 진공 챔버(60)의 내부로 공급하는 것일 수 있다.

또한, 이동유닛(90)은 내부로 공급된 피코팅물(200)을 이동시키는 것일 수 있다.

반응가스(31)는 한 쌍의 대면전극(20) 사이의 하측으로부터 상측으로 공급되며, 선구체(41)도 한 쌍의 대면전극(20) 사이에 구비된 선구체 공급유닛(40)으로부터 공급되어 플라즈마 상태의 반응가스(31)에 의해 상승된다. 예시적으로, 이동유닛(90)은 표면에 박막을 증착시키고자 하는 피코팅물(200)을 한 쌍의 대면전극(20) 사이의 상측으로 이동시킬 수 있다.

또한, 이동유닛(90)은 내부로 공급된 피코팅물(200)을 진공 챔버(60)의 외부로 배출하는 것일 수 있다.

이동유닛(90)은 피코팅물(200)을 진공 챔버(60)의 외부에서 내부로, 또는 내부에서 외부로 이동시킬 수 있도록 설치되어야 하므로, 진공 챔버(60)에는 이러한 이동유닛(90)이 설치되기 위한 홀 등이 형성될 수 있다.

종래의 장치는 높은 증착효율을 위해 진공 챔버(60)의 내부의 진공도가 높을 것이 요구되므로, 완전히 밀폐된 진공 챔버(60) 내에서 박막 증착 공정을 수행하였다. 따라서, 종래의 장치는 피코팅물(200)을 밀폐된 진공 챔버(60)내에 고정시켜 박막을 형성하였다.

그러나, 본 플라즈마 화학 기상 증착 장치는, 앞서 설명한 바와 같이 대면 자기장(300A) 및 측면 자기장(300B)을 발생시켜 플라즈마의 밀도를 극대화 하였으므로, 진공 챔버(60)가 종래의 장치에 비해 낮은 진공도로 유지되더라도 종래의 장치와 같은 박막 증착효율이 달성될 수 있다.

따라서, 진공 챔버(60)에 홀 등을 형성하여 이동유닛(90)이 설치될 수 있고, 이를 통해 피코팅물(200)이 진공 챔버(60)의 내부와 외부를 이동할 수 있어 보다 효율적으로 박막 증착 공정이 수행될 수 있다.

또한, 도 9를 참조하면 이동유닛은 서브롤(91)을 포함할 수 있다. 서브롤(91)에는 바이어스(bias)가 인가될 수 있다. 이와 같이 서브롤(91)을 통해 피코팅물(200)에 바이어스를 인가시킴으로써, 피코팅물(200)에 코팅물이 더 밀착될 수 있고, 코팅물의 막질이 치밀화될 할 수 있다.

예시적으로, 도 9에 나타난 바와 같이 서브롤(91)은 박막이 증착되는 효율을 보다 높이기 위해 선구체 공급유닛(40)과 가스 공급유닛(30)의 상측에 위치될 수 있다.

본 플라즈마 화학 기상 증착 장치는 한 쌍의 자기장 발생유닛(10)의 사이 또는 중앙 자기장 발생 유닛(50)과 한 쌍의 자기장 발생 유닛(10)의 사이에서 대면 자기장(300A)을 형성하고, 각각의 자기장 발생 유닛(10)의 외부극성부(11)와 내부극성부(13)의 사이에서 측면 자기장(300B)을 형성한다. 이러한 대면 자기장(300A) 및 측면 자기장(300B)은 전자를 무한히 회전 운동(500A) 및 호핑 운동(500B)시키고, 이로 인해 반응가스(31)의 플라즈마 상태로의 이온화율을 높여 플라즈마의 밀도가 높아진다. 플라즈마는 물질의 반응성을 높이므로, 플라즈마의 밀도가 높아짐에 따라 선구체(41)의 이온화율 및 이온화된 선구체(41)와 플라즈마 상태의 반응가스(31) 중 일부와의 결합율이 극대화되므로 박막의 증착효율이 높아진다.

더불어, 전원장치(80)에 교류전원을 인가하고, 반응가스(31)의 하측으로부터 상측으로의 유량을 일정하게 하여 선구체(41)가 대면전극(20)에 유입되는 것을 막음으로써, 박막의 증착효율을 극대화할 수 있다.

또한, 본 플라즈마 화학 기상 증착 장치는 종래와 달리 이동유닛(90)을 통해 피코팅물(200)을 진공 챔버(60)의 외부 또는 내부로 이동시킴으로써 보다 효율적으로 박막 증착 공정을 수행할 수 있다.

또한, 본 플라즈마 화학 기상 증착 장치는 높은 박막 증착효율을 나타내므로, 종래의 장치에 비해 진공 챔버(60)가 고진공도로 유지될 필요가 없이 스퍼터링 공정과 같은 저진공도로 유지될 수 있어 동일한 진공 챔버(60) 내에서 스퍼터링 공정 및 플라즈마 화학 기상 증착 공정이 동시에 수행될 수 있다. 따라서, 본 플라즈마 화학 기상 증착 장치는 응용 분야가 높아 넓은 활용범위를 가질 수 있다.

또한, 본 플라즈마 화학 기상 증착 장치는 중앙 자기장 발생 유닛(50)의 상측에 선구체 공급유닛(40)을, 하측에 가스 공급유닛(30)을 위치시킬 수 있어, 컴팩트(compact)한 공간 활용을 통해 설비 전체의 규모를 줄일 수 있고, 진공 펌프(70)의 수량도 현저히 줄일 수 있다.

또한, 본 플라즈마 화학 기상 증착 장치는 반응가스(31)를 하측으로부터 공급함으로써 선구체(41)가 대면전극(20)으로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 이 때, 선구체(41)가 대면전극(20)의 상단 이상의 높이에서 상단과 최대한 가깝게 공급되도록 선구체 공급유닛(40)을 배치함으로써, 선구체(41)가 대면전극(20)으로 유입되는 것을 원천적으로 방지하고 선구체(41)의 이온화율을 극대화시켜 박막 증착효율을 높일 수 있으며, 이에 더하여 반응가스(31)의 유량을 일정하게 하여 플라즈마의 밀도를 균일하게 함으로써 박막을 균일하게 형성할 수 있다. 즉, 본 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 통해 높은 박막 증착효율과 높은 박막 균일도가 동시에 달성될 수 있다.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

진공 챔버 내에서 피코팅물의 표면에 박막을 증착시키는 플라즈마 화학 기상 증착 장치에 있어서,

서로 간격을 두고 대향하여 배치되는 한 쌍의 자기장 발생유닛;

상기 한 쌍의 자기장 발생유닛 사이에서 서로 대향하는 한 쌍의 대면전극;

상기 한 쌍의 대면전극 사이에 반응가스를 공급하는 가스 공급유닛; 및

상기 한 쌍의 대면전극 사이에 선구체를 공급하는 선구체 공급유닛

을 포함하되,

상기 한 쌍의 자기장 발생유닛 사이에는 대면 자기장이 형성되는 것인 플라즈마 화학 기상 증착 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 한 쌍의 자기장 발생유닛 각각은 내부극성부 및 상기 내부극성부를 둘러싸는 외부극성부를 포함하되,

상기 외부극성부는 상기 내부극성부와 다른 극성을 갖는 것인 플라즈마 화학 기상 증착 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 한 쌍의 자기장 발생유닛은 서로 다른 극성끼리 대향하도록 배치되는 것인 플라즈마 화학 기상 증착 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 간격은,

서로 대향하는 상기 한 쌍의 자기장 발생유닛의 사이에서 전자 회전력을 제공하는 대면 자기장이 형성될 수 있는 간격인 것인 플라즈마 화학 기상 증착 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 한 쌍의 대면전극은 상기 대면 자기장이 통과하도록 배치되는 것인 플라즈마 화학 기상 증착 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 가스 공급유닛은 상기 한 쌍의 대면전극의 하측에 상기 반응가스를 공급하는 것인 플라즈마 화학 기상 증착 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 가스 공급유닛은 상기 반응가스를 상기 한 쌍의 대면전극의 하측으로부터 상측으로의 유량을 일정하게 공급하는 것인 플라즈마 화학 기상 증착 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 한 쌍의 대면전극 사이에 중앙 자기장 발생유닛을 더 포함하되,

상기 중앙 자기장 발생유닛은,

각각의 상기 자기장 발생유닛과의 사이에 대면 자기장을 형성시키는 것인 플라즈마 화학 기상 증착 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 중앙 자기장 발생유닛은 상기 한 쌍의 자기장 발생유닛과 서로 다른 극성끼리 대향하도록 배치되는 것인 플라즈마 화학 기상 증착 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 선구체 공급유닛은 상기 중앙 자기장 발생유닛의 상측에 위치하는 것인 플라즈마 화학 기상 증착 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 가스 공급유닛은 상기 중앙 자기장 발생유닛의 하측에 위치하는 것인 플라즈마 화학 기상 증착 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 선구체 공급유닛은 상기 한 쌍의 대면전극의 상단 이상의 높이에 상기 선구체를 공급하는 것인 플라즈마 화학 기상 증착 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 진공 챔버; 및

상기 진공 챔버의 내부를 진공 상태로 만들기 위한 진공 펌프를 더 포함하는 플라즈마 화학 기상 증착 장치.
제 13 항에 있어서,

상기 진공 펌프는 상기 진공 챔버의 내부의 진공도를 스퍼터링 공정에서 요구되는 진공도로 유지시키는 것인 플라즈마 화학 기상 증착 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 한 쌍의 대면전극에 전원을 인가하는 전원장치를 더 포함하되,

상기 전원장치는 교류 전원을 발생시키는 것인 플라즈마 화학 기상 증착 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 피코팅물을 이동시키는 이동유닛을 더 포함하는 플라즈마 화학 기상 증착 장치.
제 16 항에 있어서,

상기 이동유닛은 상기 피코팅물을 상기 진공 챔버의 내부로 공급한 다음 상기 진공 챔버의 외부로 배출하는 것인 플라즈마 화학 기상 증착 장치.
제 16 항에 있어서,

상기 이동유닛은 서브롤을 포함하고,

상기 서브롤에는 바이어스가 인가되는 것인 플라즈마 화학 기상 증착 장치.