기판 세정 방법 document_id A220623042827

통상적인 음극 스퍼트링 증착 라인, 즉 기판, 특히 유리 기판 상에 박막(thin film)을 증착시키는 장치 내에서의 통상적으로 알려진 세정 방법들은 세척 기계(washing machines), 상세하게는 본 용도로 고안된 세척 기계 내에서, 기판의 세척, 브러싱(솔질) 및 헹굼 기법들을 사용한다. 본 기판은 적절한 장치 그립핑 부재(흡입 컵)를 구비한 조종 로봇에 의해 저장 랙(선반)으로부터 제거되고 챔버 내로 이를 이송하는 운반 로울러의 트레인 상에 놓여져 실제 증착 챔버의 상류부분(upstream)에 배치되며, 상기 증착 챔버의 제1 챔버 내에서, 상기 기판은 주기적으로, 수차례의 세척, 브러싱, 헹굼 및 건조 사이클들을 거치고, 이러한 각각의 싸이클들은 특히, 브러쉬(솔질)의 품질, 물, 계면활성제 및 싸이클 시간의 특별한 선택에 의해 특히 다른것들과 다르며, 이들 모든 사이클들은 상기 기판의 표면을 가능한한 깨끗하고, 다양한 오염물로부터의 오염이 없게 하도록 의도된다. 그러나, 이러한 세정 방법들을 실행할 때, 크게 주의함에도 불구하고, 소규모로 세정의 질을 향상시키기 위해서 여전히 지속적 주의로 개선이 가능하며, 이러한 목적은 박막이 증착된 후, 및 선택적 강인화, 만곡 또는 굽힘의 열처리가 수행된 전 또는 후에 상기 기판을 부서지게 하는 결함(flaws)의 수를 줄이는데 있다. 이들 잔류 결함들은 다음의 원인으로 생성된다. - (i) 흡입 컵으로부터의 자국(상기 흡입 컵의 원료에 따라, 실리콘 또는 네오프렌의 잔류물), 유지(oil) 절단 자국, 다양한 형태의 오염물질, 특히 유기원(organic origin), 먼지, SiO2 및 아연 잔류물과 같은 오염물질 (SO2 및 Zn은 플로트 라인(float line)의 단부에서 유리 보호를 위한 처리로 부터 생성된다.), 장갑(gloves)로부터의 자국 (특히, 고정된 측정값을 위한 보호구), 루실(lucile)의 잔류물 (PMMA), 무지개현상(iridescence, 예를 들면, 구연산 아연)으로부터 유리 표면을 보호하기 위해 상기 유리 위에 증착되는 것과 같은 유기 또는 무기 잔류물; 및 - (ii) 세정 기계로부터의 세정수 또는 (세척 기계에서 사용된 경우) 상기 유리의 표면에 흡수된 계면활성제 (특히, 양이온의 계면활성제)의 부수적인 건조. (i)의 경우에, 몇 나노미터 내지 수 마이크론의 다양한 사이즈의 두께의 잔류물들은 상기 유리 상에서는 볼 수 없으나, 후속의 박막 다층의 증착에 의해 드러나고, 이들의 총 두께는 임의의 오염물의 평균 두께보다 훨씬 더 작게 유지된다. 특히 이들 잔류물은 상기 결점에서 열악한 코팅 접착력을 야기하여 상기 코팅의 박리(delamination)을 야기하고, 따라서 상기 결함의 주변 부분이 대기 부식에 노출된다(특히 은 층인 경우). 또한, 특히, 열처리를 수행해야만 하는 코팅들의 경우에, 상기 잔류물들이 산화(순수 유기 오염물인 경우)되거나 또는 상기 코팅 내로 확산(부분적으로 무기 오염물인 경우)되기 때문에 은의 튐(dewetting) 또는 유전성 층의 박리에 의해 다층에서 용납할 수 없는 부식이 야기되는 것이 사실이다. 이것의 주요 결론은 상기 결함이 허용 가능한 임계 크기보다 더 큰 크기를 갖기 때문에 상기 기판이 부서진다는 점이다. (ii)의 경우, 물방울(droplet)의 건조로부터 야기되는 상기 광물염(mineral salt) 침전 형태의 잔류물이 실질적으로 전도성을 갖기 때문에, 상기 유리의 표면에 흡수된 다량의 유기 분자 또는 물의 존재는, 특히 열처리를 수행해야만 하는 코팅의 경우에, 특히 열처리 후에 허용할 수 없는 헤이즈(haze) 타입의 결함이나 부식 스폿을 야기한다. 여기서 다시, 상기 기판 및 그 다층은 파괴된다. 이 현상, 즉 기판의 표면에 흡수된 분자의 존재는 더욱 임계적일수록 더 높은 기판의 구동 속도를 나타낸다. 상세하게는, 이 유리 기판의 단위 시간당 속도는 5m/min에 달하거나 또는 심지어 이를 초과할 수도 있으므로 흡수된 분자의 상당량이 상기 분자들의 높은 잠재 부분압을 이용하여, 라인 상에 들어간다. 증착 공정의 효과는 이들 분자들이 상기 장치 내에서 방출되는 것이다. 물 흡수의 경우(가장 빈번한 경우), 수증기 분자가 펌핑 시스템(pumping system)을 통해 제거되기 매우 어렵다는 것은 잘 알려져 있다. 너무 높은 물의 부분압은 코팅 및 증착 조건의 제어할 수 없는 변화를 가져온다(스퍼터링 효율의 변동, 층간 부착력의 결여, 굴절률들의 변화, 등). 상기 종래의 세척 기술의 단점들을 개선하기 위하여, 진공하에서 상기 기판들을 세척하는 기법들이 개발되었다. 따라서, 예를 들어, 미국특허 제 6,002,208 호(Keem 및 Maishev)는 선형 이온원(linear ion source)을 사용한 기판의 세정 및 에칭 방법을 개시하고 있다. 이 특허는 기판의 너비 이상인 기판의 상당한 두께를 제거할 수 있고 이는 운반 가스로서 아르곤을 사용하여 감압 (약간의 mTorr) 하에서 작동하는 선형 이온원 형태의 장치에 의해 스퍼터(sputtered) 된다는 사실을 보여준다. 그러나, 이 공정을 수행하는 경우, 세 가지의 주요한 단점이 존재한다. (i) 효율성의 측면에서 매우 효과적인 스퍼터링 가스로 알려진 아르곤의 사용은 이온원 음극(ion source cathode, 일반적으로는 적어도 부분적으로 철을 함유)의 바람직하지 않은 부식을 야기할 것이다. 생성된 상기 오염물질은 상기 기판의 표면상에 스퍼터될 것이고 증착 전에 추가 오염을 더할 것이다. 상기 증착된 물질이 주로 금속성이기 때문에, 상기 기판의 표면을 불완전하게 적셔서 마디(nodules)의 형태로 수집할 것이다. 이들 마디들은 박막 다층에서, 특히 열처리 후에 결함들을 야기할 수 있으며, 또한 음극의 급속한 마모를 야기할 수 있으므로, 상기 음극의 공정 조건에서의 변화를 야기할 수 있다; (ii) 기판으로부터 생성된 다량의 물질의 스퍼터링은 이들 물질 층을 이온 원의 환경 도처에 드러나게 한다. 유리의 경우, 이러한 재증착 층(redeposition layer)은 절연층이며, 이것은 플라즈마와 전기적으로 접지된 벽들 사이의 장벽으로 구성되고, 이로써 공정의 안정성(stability) 및 장비의 수명(높은 유지 비용)에 대해 불리한 전기적 불안정성들을 가져올 수 있는 공간 전하의 출현을 야기한다; 또한 (iii) 상기 기판을 형성하는 물질의 특정 두께 이상의 스퍼터링은 상기 기판의 최상부 표면의 화학적 조성을 변경시킬 것이다. 플로트 유리로 제조된 기판의 다양한 구성분들(Si, Na, Ca, O, Mg 등)이 각기 다른 스퍼터링 계수를 갖는다는 것은 알려져 있다. 따라서, 고에너지(003e# 1 keV)의 아르곤 빔으로 상기 유리를 가격하는 것은 칼슘의 표면농도, 특히 산화 칼슘의 표면 농도를 증가시키고, 후자는 Si 보다 훨씬 더 낮은 스프터링 속도(sputtering rate)를 갖는다는 것이 입증되었다. 특히 강인화 후에는, 상기 층들의 광학 품질에 대해, 알칼리 토금속으로의 어느 정도의 농축(enrichment)이 금지된다는 것이 또한 알려져 있다. 상기 생산 라인 내에서 물 분자를 제거하는 문제를 개선하기 위하여, 수증기가 진공하에서 상기 기판을 가열함으로써 상기 기판(예를 들면, 유리 기판)으로부터 탈착될 수 있다는 것이 알려져 있다. 이러한 공정은 소요시간이 길며 (기판의 온도에 따라 수 분이 소요됨) 진공 하에서 수행되기가 어렵다.큰 유리시트, 무빙 유리, 방사선으로 감소된 열전이(heat transfer) 또한, “화학적” 세정 방법은 오존(O3)에 의해 발생된 산소 라디칼 또는 산소를 함유한 무선 주파수 플라즈마를 사용하는 것이 알려져 있다. 이들 방법들은 적어도 부분적으로 유기 오염 물질(산화작용에 의해 제거될 수 있는)에 효과적이며, 상기 언급된 단점들을 방지하지만 비유기성 오염물의 제거는 허용되지 않으며 건축 유리 또는 기판의 사이즈를 갖는 기판은 처리할 수 없다. 일반적으로, 산소 라디칼을 이용한 이들 세정 방법은 살균 세정 단계들로 한정되며 일반적으로 배치 공정(batch process)에서 사용된다.