KR19990084041A

KR19990084041A - 다원계 증착을 위한 표적표면 오염 방지용 나누개 및 기판오염 방지용 가리개를 가진 증착조

Info

Publication number: KR19990084041A
Application number: KR1019990038195A
Authority: KR
Inventors: 리의재; 김재홍; 김창조
Original assignee: 이종구; 김재홍; 한국생산기술연구원
Priority date: 1999-09-08
Filing date: 1999-09-08
Publication date: 1999-12-06
Also published as: KR100307074B1

Abstract

본 발명은 다원계 증착을 위해 증발표적(target)의 표면 오염 방지용 나누개 및 기판 오염 방지용 가리개를 가진 증착조에 관한 것으로, 그 목적은 물리적 기상 증착장비의 작업공정 수행중에 나타나는 단점을 간단히 해결하여 박막의 품질과 연구 효율을 높이고, 동일한 직경의 증착조 내에 더 많은 수의 음극체를 설치하여 효율적으로 사용할 수 있도록 하는데 있다.

본 발명의 구성은 전리체(plasma) 증착장치에 있어서, 여러 개의 구멍이 뚫려 있고, 일정 깊이를 갖는 홈을 내어 기판(43)이 고정될 수 있도록 한 기판 지지대(44); 증착시킬 기판만을 노출시켜 원하는 물질만을 증착시킬 수 있도록 한 구동장치(42)에 의해 회전하는 가리개(10); 동작하지 않는 음극체(46)의 표적표면이 오염되는 것을 방지하도록 나누어 격리시키는 구멍(21)이 표적표면과 수직선상에 뚫려 있는 나누개(20); 표적표면과 기판 사이의 거리 조절을 위해 상하로 움직여 조정하는 다수의 음극체(46); 그리고 진공 상태인 증착조(45)의 내부 상황을 확인하고, 증착 작업시 기판(43)의 위치를 확인하는 창문(47)으로 구성된다.

Description

다원계 증착을 위한 표적표면 오염 방지용 나누개 및 기판 오염 방지용 가리개를 가진 증착조 {Deposition chamber having a separator to protect target surfaces from contamination and a shutter for multi-substrates}

본 발명은 다원계 증착을 위해 표적표면 오염 방지용 나누개 및 기판 오염 방지용 가리개를 장착한 증착조에 관한 것으로, 특히 본 발명은 다원계 전리체 증착장비에 사용할 수 있으며, 음극체(cathode)가 두 개 이상 장착된 경우, 전리체 발생시 한 음극체의 표적표면이 다른 음극체의 표적표면에서 발생한 전리체에 의해 오염되는 것을 방지할 수 있도록 발명된 나누개(separator)와, 한꺼번에 다수개의 기판을 사용할 수도 있고 한 기판 위에 다층의 막을 증착할 수도 있는데 이때 진공을 깨거나 표적을 교환하는 번거로움을 없애고 다수개의 기판 역시 원하지 않는 물질의 증착을 피하면서 원하는 물질만 선별하여 증착할 수 있도록 기판 지지대(holder) 바로 밑에 장착한 하나의 증착용 구멍이 뚫린 가리개(shutter)를 장착한 장치에 관한 것이다.

현재 연구소 또는 대학에서 연구 목적으로 사용되는 전리체 증착장비 기술에서는 한 기판 위에 다층의 박막을 증착시켜 특성을 조사하는 경향이 두드러지고 있다.

그런데 기존 장비를 사용하여 다층의 박막을 형성시킬 때, 다음과 같이 공정상 몇가지 문제점과 불편 사항이 있다.

1) 증착조 내에 다수개의 음극체가 설치되어 있는 경우, 음극체 위에 가리개가 있기 때문에 증착시 가리개가 표적표면을 가리지 않을 정도로 움직일 수 있는 충분한 공간이 필요하므로, 증착조의 직경은 설치된 음극체의 수에 따라 커져야 한다.

2) 증착 중 사용되지 않는 음극체를 가리개로 닫아 놓아도 가리개와 음극체 사이의 틈새로 전리체가 영향을 미치므로 표적표면이 오염된다.

3) 기판 지지대에 다수개의 기판을 사용하는 경우, 발생한 전리체에 의해 모든 기판에 증착이 이루어지므로, 원하는 기판에만 증착시키는 작업이 어렵다.

4) 기판을 하나씩 넣고 작업하는 경우 기판을 바꿀 때마다 진공을 깨고 다시 진공을 형성하는 작업이 반복되기 때문에 이에 따른 시간적, 물적 낭비가 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 물리적 기상 증착장비의 작업공정 수행중에 나타나는 단점을 간단히 해결하여 박막의 품질과 연구 효율을 높이고, 동일한 직경의 증착조 내에 더 많은 수의 음극체를 설치하여 효율적으로 사용할 수 있도록 하고, 나누개를 사용해 음극체와 음극체 사이를 완전히 차폐하여 증착과정 중 사용하지 않는 음극체의 표적표면이 오염되는 것을 방지하며, 다수의 기판을 사용할 수 있도록 하되, 기판 지지대 바로 밑에 하나의 증착용 구멍이 뚫린 가리개를 장착하여 진공을 깨지 않고 원하는 기판에 원하는 물질만을 증착시킬 수 있도록 하여 연구의 효율성을 높임과 동시에 시간적, 물적 낭비를 막는 장비를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명 가리개의 평면도이고,

도 2는 본 발명 나누개의 평면도이고,

도 3은 본 발명 나누개의 단면도이고,

도 4는 본 발명 가리개와 나누개가 장착된 증착조의 조립 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(10) : 가리개 (11) : 나사용 구멍

(12) : 증착용 구멍 (20) : 나누개

(21) : 구멍 (22) : 상부 덮개

(23) : 칸막이 (41) : 구동 손잡이

(42) : 구동장치 (43) : 기판

(44) : 기판 지지대 (45) : 증착조

(46) : 음극체 (47) : 창문

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명의 실시예로 그 구성과 작용 결과를 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 도 4에 나타낸 증착조 내부의 기판 지지대(44) 바로 밑에 장착된 가리개(10)로 중심 부분에 구동축과 증착조 뚜껑과의 장착 및 탈착을 위한 나사 구멍(11), 그리고 증착시킬 기판을 노출시켜 원하는 물질을 증착시키기 위한 증착용 구멍(12)으로 되어 있고, 재질은 전해 처리된 내 부식성 재료(예: 스테인레스 강)로 되어 있다.

상기 가리개(10)는 구동장치(42)를 이용해 360。로 정방향과 역방향 회전이 가능하며 속도 조절도 가능하다.

도 2는 증착 중 전리체에 의해 동작하지 않는 음극체(46)의 표적표면이 오염되는 것을 방지하기 위해서 사용하는 나누개(20)이다.

두 개 이상의 음극체(46)가 장착된 증착장비에 사용할 수 있는데, 나누개(20)의 상부 덮개(22)에 표적 직경보다 약간 작은 크기의 직경을 갖는 구멍(21)이 표적표면과 수직선상에 뚫려 있고, 도 3에 보이는 것처럼 칸막이(23)가 되어 있으며, 재질은 전해 처리된 내 부식성 재료(예: 스테인레스 강)로 되어 있다.

상기 나누개(20)는 음극체(46) 보다 높은 곳에 위치하므로(도 4 참조) 양 옆으로 퍼지는 전리체는 칸막이(23)에 의해 다른 음극체(46)에 장착된 표적표면을 오염시키지 못하며, 구멍(21) 폭이 표적 직경보다 작으므로 비교적 직진성이 높은 전리체 영역만이 기판까지 도달할 수 있다.

도 4는 가리개(10)와 나누개(20)가 설치된 상태인 증착조의 조립 단면도이다.

기판 지지대(44)는 증착조(45) 외부에 구동 손잡이(41)를 사용하여 회전시킬 수 있고, 증착조(45) 상단에 양끝을 나사로 조여 밀착시키며, 다수의 기판(43)을 사용할 수 있도록 여러 개의 구멍이 뚫려 있고 기판(43)과 닿는 부분은 기판(43) 모양대로 약간의 깊이를 갖는 홈을 내어 기판 지지대(44)에 닿는 기판(43)의 일부가 그 홈에 고정될 수 있도록 하였고, 기판 지지대(44)의 바로 밑에 가리개(10)를 장착하였다.

표적표면과 기판(43) 사이의 거리는 음극체(46)의 위치를 상하로 움직여 조절 가능하고 나누개(20)가 음극체(46)보다 높은 곳에 위치하도록 배치하였으며, 진공 상태인 증착조(45)의 내부 상황을 확인하고, 증착 작업시 기판(43)의 위치를 확인하기 위한 창문(47)이 설치되어 있다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 증착조(45)내에 음극체(46)가 네 개 장착되고 각 음극체(46)에 Cu, Ti, Al, Ag등 네 개의 금속 표적이 사용된 경우, 가리개(10)와 나누개(20)를 부착 후 증착작업의 실시 예를 상세히 살펴본다.

[실시예 1]

한 개의 기판을 사용하고 기판(43)에 Ag, Al, Ti, Cu를 차례로 증착시켜 Cu/Ti/Al/Ag/기판의 다층막을 형성시킬 경우, 기판(43)을 기판 지지대(44)에 고정시키고 가리개(10)를 증착조(45) 상단에 장착시킨 후 음극체(46)에 Cu, Ti, Al, Ag 표적을 각각 설치하고 나누개(20)로 음극체(46) 사이를 차폐한 후, 기판 지지대(44)를 구동용 손잡이(41)로 회전시켜 기판(43)과 Ag 표적이 마주 보도록 조정한다.

이때 가리개(10)가 기판을 가린 상태로 있는 것을 확인 후 진공 작업에 들어간다.

고진공을 형성하기 위해, 증착조와 회전 진공기 사이의 조동 조절변을 열어 회전 진공기를 이용하여 증착조 내 진공을 4m Torr까지 낮춘 후 조동 조절변을 잠그고 면전 조절변을 연 후, 확산 진공기 등의 고진공 진공기를 사용하여 증착조 내부를 고진공 상태로 유지한다.

Ag 표적이 설치된 음극체(46)에 먼저 전원을 연결하여 전리체를 형성시키고 어느 정도 표적의 표면이 세정되었다고 판단되면 가리개(10)를 구동시켜, 창문(47)으로 내부 상황을 확인하면서 기판(43)과 표적이 가리개(10)의 증착용 구멍(12)을 통하여 마주 보도록 조정한다.

원하는 시간만큼 증착 후 인가된 전원을 끊고, 가리개(10)를 조금 움직여 기판(43)을 가린 후, Al 표적이 설치된 음극체(46)에 전압을 인가한다.

Al 표적의 표면이 어느 정도 세정되었다고 판단되면 기판 지지대(44)용 구동 손잡이(41)를 이용하여 기판 지지대(44)를 회전시켜 기판(43)과 표적이 마주볼 수 있게 맞추고 가리개(10)를 회전시켜 기판(42)을 노출시킨 후 증착을 행한다.

Al 증착이 끝난 후 가리개(10)로 기판을 가리고 인가된 전원을 끊은 후, Ti 표적이 설치된 음극체(46)에 전원을 연결하고 Ti 표적의 표면이 어느 정도 세정되었다고 판단되면 기판 지지대(44)를 회전시켜 기판과 Ti 표적을 마주볼 수 있게 위치시키고, 가리개(10)를 회전시켜 기판(43)을 노출시킨 후 증착한다.

Ti 증착이 끝난 후 가리개(10)로 기판을 가리고 연결된 전원을 끊은 후, Cu 표적이 설치된 음극체(46)에 전압을 인가하고 Cu 표적의 표면이 어느 정도 세정되었다고 판단되면 기판 지지대(44)를 회전시켜 기판과 Cu 표적을 마주볼 수 있게 위치시키고, 가리개(10)를 회전시켜 기판(43)을 노출시킨 후 증착한다.

[실시예 2]

기판(43)을 네 개(기판 1, 기판 2, 기판 3, 기판 4) 사용하고 기판 1 위에는 Ti/Cu, 기판 2 위에는 Cu/Al, 기판 3 위에는 Cu/Ti/Al, 기판 4 위에는 Cu/Ti/Al/Ag를 형성시킬 경우에서 진공을 형성하는 공정은 실시 가능한 예 1과 동일하다.

Ti 표적이 설치된 음극체(46)에 전원을 연결하여 전리체를 형성하고 기판 1을 Ti 표적과 마주볼 수 있게 기판 지지대(44)를 회전시킨 후, 가리개(10)를 움직여 가리개(10)의 증착용 구멍(12)을 통해 기판 1을 개방하여 Ti를 증착시킨다.

이 때 기판 2, 기판 3, 기판 4는 가리개(10)의 면에 의하여 전리체로부터 완전히 차단된 상태이다.

가리개(10)를 조금 움직여 기판 1도 전리체로부터 차폐시킨 후 전원을 끊고 Cu 표적이 설치된 음극체(46)에 전원을 연결하여 전리체를 발생시키고 기판 지지대(44)를 회전시켜 기판 1을 Cu 표적과 마주 볼 수 있게 한 후, 가리개(10)를 움직여 가리개(10)의 증착용 구멍(12)을 통해 기판 1을 개방하여 Cu를 증착시킨다.

이어서 기판 2, 기판 3, 기판 4에도 동일한 방법으로 원하는 다층막을 증착시킨다.

[실시예 3]

다섯 개 이상의 기판(43)을 사용하고, 다섯 개 이상의 음극체(46)가 부착된 증착조에서 한 개의 기판(43)에 다섯 층 이상의 막을 올리는 작업을 다섯 개 이상의 기판 수만큼 행하는 경우, 실시 예 1과 실시 예 2의 증착과정에 준하여 순차적으로 동일하게 수행한다.

상기와 같은 본 발명은 증착조(45) 상단에 하나의 증착용 구멍(12)이 뚫린 가리개(10)를 설치하였기 때문에, 기존의 장비에서처럼 음극체(46) 상단에 있는 가리개(10)와 가리개의 움직임을 위해 필요한 공간을 확보할 필요가 없으므로 누기(leak)의 원인을 줄일 수 있고 증착조(45)의 직경을 기존의 증착조(45) 보다 작게 할 수 있어 제조원가를 낮출 수 있다.

또한 동일한 직경을 갖는 증착조(45) 내에 더 많은 수의 음극체(46)를 설치할 수 있으므로 다층 박막을 증착시키는데 효율적일 뿐만 아니라 다수개의 기판 (43)을 사용하여도 진공을 깨지 않은 상태에서 각 기판(43)마다 원하는 물질만을 선별하여 증착시킬 수 있으므로 각기 다른 조건에서 증착 할 수 있는 장점이 있다.

음극체(46) 사이에 음극체(46)의 수만큼 칸막이(31)가 설치된 나누개(20)를 설치하여, 증착 중 사용중인 음극체(46)에 의한 전리체에 의해 사용되지 않는 음극체(46)의 표적표면이 오염되는 것을 방지하는 효과도 있다.

Claims

전리체 증착장비에 있어서,

증착조(45) 외부의 구동 손잡이(41)를 사용하여 회전되고, 증착조(45) 상단에 양끝을 나사로 조여 밀착시키며, 다수의 기판(43)을 사용할 수 있도록 여러 개의 구멍이 뚫려 있고 기판(43)과 닿는 부분은 기판(43) 모양대로 일정 깊이를 갖는 홈을 내어 기판(43)을 고정될 수 있도록 한 기판 지지대(44);

상기 증착조 내부의 기판 지지대(44) 바로 밑에 장착되고, 중심 부분에 구동축과 증착조 뚜껑과의 장착 및 탈착을 위한 나사구멍(11)이 형성되고, 증착시킬 기판을 노출시켜 원하는 물질을 증착시키기 위한 증착용 구멍(12)이 형성되어 구동축과 결합한 구동장치(42)에 의해 회전하는 가리개(10);

두 개 이상의 음극체(46)를 하부 칸막이(23)를 사용하여 동작하지 않는 음극체(46)의 표적표면이 오염되는 것을 방지하도록 나누어 격리시키고, 상부 덮개(22)에 표적 직경보다 약간 작은 크기의 직경을 갖는 구멍(21)이 표적표면과 수직선상에 뚫려 있는 나누개(20);

그리고 음극체(46)가 두 개 이상 장착된 경우, 전리체 발생시 한 음극체의 표적표면이 다른 음극체의 표적표면에서 발생한 전리체에 의해 오염되는 것을 방지하고, 한꺼번에 다수의 기판을 사용할 수 있으며 한 기판 위에 다층의 막을 증착할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 다원계 증착을 위한 표적표면 오염 방지용 나누개 및 기판 오염 방지용 가리개를 가진 증착조.