KR100603459B1 - 스퍼터링 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 타겟의 사용 효율을 향상시켜 재료비를 절감시킬 수 있는 스퍼터링장치에 관한 것이다.
본 발명에 플라즈마 가스에 스퍼터링 되는 타겟이 장착된 지지판과; 상기 타겟 전영역에 균일한 자기장을 인가하기 위한 다수의 자석이 부착됨과 아울러 상기 지지판 아래에서 일정한 속도로 회전하는 롤링장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

스퍼터링 장치{Sputtering Apparatus}
도 1은 종래 스퍼터링 장치의 챔버 내부를 나타내는 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 종래의 자기장 인가 방식에 따른 타겟부를 나타내는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 불균일하게 식각된 타겟을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 스퍼터링 장치를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 스퍼터링 장치의 타겟부를 나타내는 도면이다.
도 6은 균일하게 식각된 타겟을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 스퍼터링 장치의 또 다른 타겟부를 나타내는 도면이다.
도 8은 유기 전계발광소자의 일부를 나타내는 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
18,118 : 자석 14, 144 : 후면판
8,138 : 기판 10,140 : 서셉터
12,142 : 타겟 166 : 챔버
180 ; 롤링장치 182 : 롤링판
184 : 롤러 186 : 차단판
본 발명은 스퍼터링 장치에 관한 것으로, 특히 타겟의 사용 효율을 향상시켜 재료비를 절감시킬 수 있는 스퍼터링 장치에 관한 것이다.
통상 스퍼터링(Sputtering) 장치는 플라즈마에 의해 이온을 가속시켜 이온을 타겟에 충돌하게 하여 기판에 타겟물질을 성막하는 장치이다. 이 스퍼터링장치를 이용한 스퍼터링공정은 고온에서 진행되는 화학증착장치에 비해 기판을 약 400℃의 저온으로 유지하면서 박막을 형성할 수 있는 장점이 있다. 이러한 스퍼터링장치는 비교적 간단한 구조로 짧은 시간에 증착막을 형성할 수 있기 때문에 유기 전계방광소자 등의 평판표시소자에 널리 이용되고 있다.
스퍼터링 장치는 타겟부와 기판부를 각각 전원의 음극단과 양극단에 연결하고, 고주파를 발생시키면서 직류전원을 인가하면 전기장의 작용으로 타겟에서 전자가 발생되고 이 전자들은 양극단으로 가속된다. 이 때, 가속 전자들이 챔버에 공급된 불활성가스와 충돌하여 가스가 이온화된다. 불활성 가스의 양이온은 전기장의 작용으로 음극단에 연결된 타겟과 충돌하여 타겟 표면에서 타겟 원자들이 이탈되는 스퍼터링 현상이 발생된다. 한편, 타겟에서 방출되어 양극단으로 가속되는 전 자는 중성원자와 충돌하여 여기되고 이때 플라즈마가 발생한다. 플라즈마는 외부의 전위가 유지되고 전자가 계속 발생할 경우 유지된다.
도 1은 종래 스퍼터링 장치의 챔버 내부를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래 스퍼터링 장치의 챔버 내부에는 기판부(SP), 타겟부(TP) 및 마스크부(MP)로 이루어진다.
기판부(SP)는 스퍼터링공정에 의해 증착물질이 증착되는 기판(8)과, 기판(8)을 지지하는 서셉터(10)로 이루어진다.
마스크부(MP)는 마스크(2), 플로팅 마스크(4) 및 절연체(6)로 이루어진다. 마스크(2)는 알루미늄(Al) 등과 같은 전도성물질을 이용하여 사각 테두리 형상으로 형성되어 플라즈마 방전시 양극 역할을 하게 된다. 플로팅마스크(4)는 알루미늄(Al) 등과 같은 전도성물질로 마스크(2)의 테두리 내측에 마스크(2)와 전기적으로 절연되게 형성된다. 절연체(6)는 절연물질로 형성되어 마스크(2)와 플로팅 마스크(4)를 전기적으로 절연시킨다.
타겟부(TP)는 자석(18), 후면판(14) 및 타겟(12)으로 이루어진다. 자석(18)은 플라즈마에서 발생하는 전자가 스퍼터링 장치의 다른 부분으로 이탈하는 것을 방지하기 위해 타겟(12)에 자기장을 인가하는 역할을 하고, 후면판(14)은 스퍼터링에 의해 기판(8)에 형성되는 증착물질인 타겟(12)을 고정하는 역할을 한다.
이러한 스퍼터링장치는 자기장 인가 방식으로 도 2a에 도시된 바와 같이 자석(18)이 일정한 간격을 두고 일정한 위치에 고정되어 타겟(12)에 자기장을 인가하는 인 라인 스퍼터 방식과, 도 2b에 도시된 바와 다수개의 자석(18)이 밀집되어 후 면판(14)의 양방향으로 왕복하면서 스캐닝 방식으로 타겟(12)에 자기장을 인가하는 클러스터 스퍼터 방식 등이 있다.
그러나, 인 라인 스퍼터는 자석(18)이 일정한 위치에 고정되어 있음으로 자석(18)의 위치하는 영역과 대응되는 영역에 불활성가스 이온 예를 들어, 아르곤 이온(Ar+)이 밀집되게 된다. 이에 따라, 도 3a에 도시된 바와 같이 아르곤 이온(Ar+)이 밀집된 영역의 타겟(B)이 집중적으로 식각됨으로써 아르곤 이온(Ar+)이 상대적으로 덜 밀집된 영역의 타겟(A)보다 상대적으로 얇은 두께를 갖게 됨으로써 타겟의 두께가 불균일해 진다. 또한, 클러스터 스퍼터의 경우에는 자석(18)의 스캐닝 속도의 차이에 의해 즉, 후면판(14)의 중심부에는 스케닝 속도는 최대가 되고 후면판(14)의 가장자리에는 스케닝속도가 최저가 됨으로써 후면판(14)의 가장자리에 자석(18)이 머므르는 시간이 더 길게 된다. 이에 따라, 도 3b에 도시된 바와 같이 타겟(12)의 가장자리영역(B)이 그 중앙부(A)보다 더 식각되게 됨으로써 타겟(12)의 두께가 불균일해 진다. 이처럼, 타겟(12)이 불균일하게 식각되면 과식각된 영역(B)의 후면판(14) 까지 식각될 우려가 있음으로 타겟(14)을 교체해주어야 하고 불균일하게 식각된 타겟(12)은 폐기 처분하게 된다. 이와 같이, 타겟(12)이 불균일하게 식각됨으로써 타겟(12) 사용효율이 저하되어 그 교체주기가 짧아지게 되는 등의 재료의 큰 낭비 문제가 초래된다.
따라서, 본 발명의 목적은 타겟의 사용 효율을 향상시켜 재료비를 절감시킬 수 있는 스퍼터링장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 스퍼터링장치는 플라즈마 가스에 스퍼터링 되는 타겟이 장착된 지지판과; 상기 타겟 전영역에 균일한 자기장을 인가하기 위한 다수의 자석이 부착됨과 아울러 상기 지지판 아래에서 일정한 속도로 회전하는 롤링장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 롤링장치는 상기 자석이 부착되는 롤링판과; 상기 롤링판을 일정한 속도 회전시키는 롤러와; 상기 롤링판 내에 위치하여 상기 자석 상호간의 자기장을 차단하는 차단판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다수의 자석 각각은 일정한 간격을 두고 상기 롤링판에 부착되는 것을 특징으로 한다.
상기 다수의 자석은 다수개의 자석이 밀집된 자석군이 일정한 간격을 두고 상기 롤링판에 부착되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 도 4 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 장치를 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 스퍼터링장치는 챔버(166), 전원부(VP), 챔버(166)의 압력을 조절하는 펌프(174)와 가스공급부(76)를 구비하고, 챔버내 형성되는 기판부(SP), 타겟부(TP) 및 마스크(미도시)가 구비된다.
챔버(166)에서는 스퍼터링 공정이 진행되며, 원활한 공정 진행을 위하여 진공상태로 유지되는 밀폐공간이다.
전원부(VP)는 고주파발생부(Radio Frequency Generator)(170)와 직류전원부(DC Power Supply)(168)로 이루어지며, 이들은 기판(138)과 타겟(142)에 연결되어 그 사이에 전기장을 형성하여 플라즈마가 발생하도록 환경을 조성한다.
마스크부(도시하지 않음)는 마스크, 플로팅 마스크 및 절연체로 이루어진다. 마스크는 알루미늄(Al) 등과 같은 전도성물질을 이용하여 사각 테두리 형상으로 형성되어 플라즈마 방전시 양극 역할을 하게 된다. 플로팅마스크는 알루미늄(Al) 등과 같은 전도성물질로 마스크의 테두리 내측에 마스크와 전기적으로 절연되게 형성된다. 절연체는 절연물질로 형성되어 마스크와 플로팅 마스크를 전기적으로 절연시킨다.
기판부(SP)는 스퍼터링 공정에 의해 증착물질이 증착되는 기판(138)과, 기판(138)을 지지하는 서셉터(140)로 이루어진다.
타겟부(TP)는 기판(138)에 증착할 물질을 지지하는 부분으로 도 5에 도시된 바와 같이 타겟(142), 후면판(Backing Plate)(144) 및 자석(magnet)(118)이 부착된 롤링장치(180)로 구성된다. 후면판(144)은 타겟(142)을 고정하고 지지하는 역할을 하고, 자석(118)은 플라즈마에서 발생하는 전자가 스퍼터링 장치의 다른 부분으로 이탈하는 것을 방지하기 위해 타겟(142)에 자기장을 인가하는 역할을 한다. 롤링장치(180)는 다수의 자석(118)이 부착되는 롤링판(182)과, 롤링판(182)을 회전시키는 롤러(184)와, 롤링판(182) 내에 위치하여 자석(118)간에 발생될 수 있는 자기장에 의한 상호작용을 차단하는 자기장 차단판(186)이 구비된다. 이러한 롤링장치(180)는 자석(118)에서 발생된 자기장이 타겟(142) 전면에 균일하게 인가되게 하는 역할을 한다.
구체적으로 설명하면, 도시하지 않은 구동부에 의해 롤러(184)가 일정한 속도로 회전하게 되면 이에 접촉되는 롤링판(182) 또한 일정한 속도로 회전하게 된다. 이에 따라, 롤링판(182)에 일정한 간격을 두고 위치하는 자석(118)에서 발생되는 자기장이 타겟(142) 전영역에 일정한 속도로 균일하게 인가됨으로써 타겟(142)의 전영역에 아르곤 이온(Ar+)이 균일하게 분포된다. 그 결과, 아르곤 이온(Ar+)이 타겟의 전영역에서 고르게 충돌함으로써 도 6에 도시된 바와 같이 타겟(142)이 균일하게 식각된다. 이로써, 종래의 특정부분에 식각이 집중됨이 방지되고 타겟의 전면이 고르게 식각됨으로써 타겟(142)의 사용효율이 증가되어 재료비가 절감된다. 여기서, 각각의 자석(118)은 도 5에 도시된 바와 같이 인 라인 방식으로 롤링판(182) 상에 일정한 간격을 두고 위치할 수 있고, 도 7에 도시된 바와 같이 클러스터 방식으로 다수개의 자석(118)이 밀집된 자석군이 일정한 간격을 두고 위치할 수 도 있다.
이러한 스퍼터링 장치의 동작과정을 살펴보면, 타겟부(TP)와 기판부(SP)를 각각 전원의 음극단과 양극단에 연결하고, 고주파를 발생시키면서 DC전원을 인가하면 전기장의 작용으로 타겟(142)에서 전자가 발생하고 이 전자들은 양극단으로 가속된다. 이 때, 가속 전자들이 공정 챔버(166)에 공급된 가스와 충돌하여 가스가 이온화된다. 아르곤 이온(Ar+)은 전기장의 작용으로 음극단에 연결된 타겟(142)에 충돌하여 타겟(142) 표면에서 타겟(142) 원자들이 이탈되는 스퍼터링 현상이 발생된다. 여기서, 타겟(142)의 전영역에 균일한 자기장을 인가할 수 있는 자석이 부착된 롤링장치가 구비됨으로써 아르곤 이온이 타겟의 전영역에 고르게 분포된다. 그 결과, 타겟의 전영역이 균일하게 식각된다.
한편, 타겟(142)에서 방출되어 양극단으로 가속되는 전자는 중성원자와 충돌하여 여기되면서 플라즈마가 발생한다. 플라즈마는 외부의 전위가 유지되고 전자가 계속 발생할 경우 유지된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 스퍼터링 장치는 타겟의 전영역에 균일한 자기장을 인가할 수 있는 자석이 부착된 롤링장치를 구비한다. 이러한 롤링장치 내의 부착된 자석은 롤랑장치가 일정한 속도록 회전함에 따라 일정한 속도로 후면판 하부를 스캐닝하게 된다. 이에 따라, 타겟의 전영역에 일정한 자기장이 인가됨으로써 아르곤 이온이 타겟의 전영역에 고르게 분포된다. 그 결과, 타겟의 전영역이 균일하게 식각됨으로써 타겟의 사용효율이 향상되어 타겟의 교체 주기가 길어지게 되는 등 재료를 절감할 수 있게 된다.
도 8은 본 발명에 따른 스퍼터링장치를 이용하여 형성되는 유기 전계발광소 자의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 8에 도시된 유기 전계발광소자는 기판(102) 상에 애노드전극(104)과 캐소드전극(112)이 서로 교차하는 방향으로 형성된다.
애노드전극(104)은 기판(102) 상에 소정간격으로 이격되어 다수개 형성된다. 이러한 애노드전극(104)이 형성된 기판(102) 상에는 EL셀(EL) 영역마다 개구부를 갖는 절연막(106)이 형성된다. 절연막(106) 상에는 그 위에 형성되어질 유기발광층(110) 및 캐소드전극(112)의 분리를 위한 격벽(108)이 위치한다. 격벽(108)은 애노드전극(104)을 가로지르는 방향으로 형성되며, 상단부가 하단부보다 넓은 폭을 가지게 되는 오버행(Overhag) 구조를 갖게 된다. 격벽(108)이 형성된 기판(102) 상에는 유기화합물로 구성되는 유기발광층(110)과 캐소드전극(112)이 순차적으로 전면 증착된다.
한편, 본 발명에 따른 스퍼터링 장치는 유기 전계발광소자 뿐만 아니라, 액정 표시장치(Liquid Crystal Display), 전계 방출 표시장치(Field Emission Display), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel) 및 일렉트로 루미네센스(Electro-luminescence:이하 "EL "이라 함)표시장치 등 어떠한 평판 표시장치의 형성공정에 이용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 스퍼터링 장치는 타겟의 전영역에 균일하게 자기장을 인가할 수 있는 자석이 부착된 롤링장치를 구비함으로써 타겟의 전영 역에 일정한 자기장이 인가된다. 이에 따라, 타겟의 전영역이 균일하게 식각됨으로써 타겟의 사용효율이 향상되어 타겟의 교체 주기가 길어지게 되는 등 재료를 절감할 수 있게 된다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (5)

  1. 플라즈마 가스에 스퍼터링 되는 타겟이 장착된 지지판과;
    상기 타겟 전영역에 균일한 자기장을 인가하기 위한 다수의 자석이 부착됨과 아울러 상기 지지판 아래에서 소정의 속도로 회전하는 롤링장치를 구비하고,
    상기 롤링장치는
    상기 자석이 부착되는 롤링판과;
    상기 롤링판을 소정의 속도로 회전시키는 롤러와;
    상기 롤링판 내에 위치하여 상기 자석 상호간의 자기장을 차단하는 차단판을 포함하는 것의 특징으로 하는 스퍼터링장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 롤링판의 회전 속도는 일정한 것을 특징으로 하는 스퍼터링장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 자석 각각은 일정한 간격을 두고 상기 롤링판에 부착되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 자석은 다수개의 자석이 밀집된 자석군이 일정한 간격을 두고 상기 롤링판에 부착되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링장치.
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