KR100645038B1

KR100645038B1 - 기판 유효 면적을 극대화한 스퍼터링 장치

Info

Publication number: KR100645038B1
Application number: KR1020000028386A
Authority: KR
Inventors: 김승율; 백금주
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2000-05-25
Filing date: 2000-05-25
Publication date: 2006-11-13
Also published as: KR20010107141A

Abstract

본 발명은 LCD 제조 공정에서 기판 위에 박막을 형성하는 스퍼터링 장치에 관한 것으로, 더 상세히 설명하면 TFT LCD(Thin Film Transistor LCD)의 기판에 배선용 금속을 증착하는 데 사용되는 스퍼터링 장치에 관한 것이다. 본 발명의 스퍼터링 장치는 냉각판에 파티클이 쌓이지 않도록 가이드 링을 구비하여 스퍼터링 장치를 구성함으로써 파티클에 의한 웨이퍼의 오염을 방지하고자 한다. 본 발명의 스퍼터링 장치를 반도체 소자 생산에 적용하면 기존에 수행했던 세정 작업이 단순해지고 공정 효율을 향상시킬 수 있다. 그리고 기존에는 점검시 냉각판을 세정해야하는 번거로움이 있었는데 본 발명의 가이드 링은 쉽게 교환이 가능하여 점검에 소요되는 시간을 줄일 수 있다.

Description

기판 유효 면적을 극대화한 스퍼터링 장치{SPUTTERING APPARATUS FOR MAXIMIZING AVAILABLE REGION ON GLASS}

도 1은 종래 스퍼터링 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면;

도 2는 도 1에 도시한 스퍼터링 장치의 기판부를 상세히 나타낸 도면; 및

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 스퍼터링 장치의 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 스퍼터링 장치

2: 고주파 발생기(radio frequency generator)

3: 직류 전원(direct current power supply)

4: 공정 챔버(process chamber)

5: 펌프(pump) 6: 가스 소스(gas source)

7: 타겟(target) 8: 자석(magnet)

9: 서셉터(susceptor) 10: 셔터(shutter)

11, 11': 냉각계(cooling system)

12: 기판(substrate) 13: 개폐 밸브(isolation valve)

14: 후면판(backing plate) 16: 섀도우 마스크(shadow mask)

17: 냉각판(cooling plate) 18: 냉각수로

19: 클램프(clamp)

본 발명은 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display: LCD) 제조 공정에서 기판 위에 박막을 만드는 스퍼터링 장치에 관한 것으로, 더 상세히 설명하면 TFT LCD(Thin Film Transistor LCD)의 기판에 배선용 금속을 증착하는 데 사용되는 스퍼터링 장치에 관한 것이다.

스퍼터링 장치는 플라즈마에 의해 이온을 가속시켜 이온을 타겟(target)에 충돌하게 하여 기판(substrate)에 타겟 물질을 성막(forming film)하는 장비이다. 스퍼터링 공정은 고온에서 진행되는 화학 증착 장치에 비해 기판을 저온(약 400℃)으로 유지하면서 박막을 형성할 수 있다는 장점이 있어 수지(resin)상의 성막에도 적용할 수 있다. 게다가 스퍼터링 장치는 비교적 간단한 구조로 짧은 시간에 막을 형성할 수 있기 때문에 반도체 소자 생산과 LCD 제조에 널리 이용되고 있다. 이 방식은 알루미늄(Al), 탄탈(Ta), 크롬(Cr) 등의 금속 박막을 형성하거나 ITO(Indium Tin Oxide) 박막 형성, SiO₂ 등의 절연막 형성에 사용된다. 특히, LCD의 기판(glass)에 형성되는 것은 TFT 기판의 트랜지스터 전극 및 배선용 금속, 화소 전극 ITO 등의 전도성 물질이다.

전술한 바와 같이 LCD 기판에 박막을 형성하는 스퍼터링 설비는 기판을 운반 하여 가열 챔버(heate chamber)로 이동하기 전에 대기하는 장소인 카세트 챔버(cassette chamber), 증착되기 전에 기판의 온도를 높이는 열 챔버(heat chamber), 기판에 배선 재료(Al, Cr, ITO 등)증착하는 스퍼터링 챔버(sputtering chamber), 기판을 카세트에서 카세트 챔버로 운반하는 로봇(robot), 상술한 여러 챔버로 배분하는 운송 챔버(transfer chamber) 및 증착 전후에 카세트가 대기하는 테이블(load-unload table)로 구성된다. 본 발명은 스퍼터링이 실제로 이루어지는 스퍼터링 챔버에 구비된 장치에 관한 것이다.

도 1은 종래의 스퍼터링 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1을 참고하여 스퍼터링 장치의 구성을 살펴보면 다음과 같다.

종래 스퍼터링 장치를 크게 분류하면 공정 챔버, 전원부, 타겟부 및 기판부로 구성된다. 공정 챔버(process chamber)(4)는 스퍼터링 공정이 진행되는 챔버이고 원활한 공정 진행을 위하여 진공 상태로 유지되는 밀폐된 공간이다. 전원부는 고주파 발생기(radio frequency generator: RF generator)(2)와 직류 전원(direct current power supply: DC power supply)(3)으로 구성되며 각 단자는 기판((substrate)(12)과 타겟에 연결되어 그 사이에 전기장을 형성하여 플라즈마가 발생하도록 환경을 조성한다. 타겟부는 성막할 물질을 지지하는 부분으로 타겟(target)(7) 외에 후면판(backing plate)(14), 냉각계(cooling system)(11) 및 자석(magnet)(8)으로 구성된다. 후면판은 타겟을 고정하고 지지하는 판이며, 냉각계는 타겟부를 냉각시키는 구성 요소이다. 자석은 발생한 전자의 낭비를 방지하여 스퍼터링 효율을 향상시키기 위해 타겟 전방에 자기장을 발생시키는 구성 요소이 다. 기판부는 성막할 대상인 기판(substrate)(12) 외에 이를 지지하는 서셉터(susceptor)(9) 및 냉각계(11')로 구성된다. 그리고 스퍼터링 장치는 공정 챔버의 압력을 조절하기 위하여 펌프(pump)(5)와 가스 소스(gas source)(6)를 구비한다. 기판부 상부에는 셔터(shutter)(10)가 배치되어 기판부를 차단 또는 개방하여 스퍼터링의 진행을 제어한다.

전술한 스퍼터링 장치로 박막이 기판에 형성되는 메커니즘(mechanism)은 다음과 같다. 타겟부와 기판부를 각각 전원의 음극단(cathode)과 양극단(anode)에 연결하고, 고주파를 발생시키면서 DC 전원을 인가하면 전기장의 작용으로 타겟에서 전자가 발생하고 이 전자들은 양극단으로 가속된다. 이 때 가속 전자들이 공정 챔버에 공급된 가스(주로 Ar 가스를 사용한다.)와 충돌하여 가스가 이온화 된다. 아르곤 양이온(Ar⁺)은 전기장의 작용으로 음극단에 연결된 타겟을 가격하여 타겟 표면에서 타겟 원자들이 이탈되는 스퍼터링 현상이 발생된다. 한편 타겟에서 방출되어 양극단으로 가속되는 전자는 중성원자와 충돌하여 여기(excitation)되고 이때 플라즈마가 발생한다. 플라즈마는 외부의 전위가 유지되고 전자가 계속 발생할 경우 유지된다.

도 2는 도 1에 도시한 스퍼터링 장치의 기판부를 상세히 나타낸 도면이다.

전술한 바와 같이 기판부는 기판(12)과 서셉터(9)로 구성되면 도 2에 나타낸 바와 같이 기판부의 측면에는 섀도우 마스크(16)와 냉각판(17)이 배치된다. 섀도우 마스크는 기판의 가장자리 부분에는 박막이 형성되지 않도록 하는 구성 요소로 서 그 재질은 알루미늄이다. 냉각판은 섀도우 마스크를 고정하는 구성요소이다. 그리고 냉각판의 내부에는 냉각수로(18)가 순환되어 섀도우 마스크에서 발생하는 열을 냉각하는 작용을 한다. 클램프(19)는 기판을 고정하는 구성 요소이다. 전술한 바와 같이 스퍼터링 설비에서 스퍼터링 장치로 이송된 기판은 서셉터(9)에 놓인후 수직으로 세워지는데 이때 클램프가 기판을 고정하게 된다.

스퍼터링은 앞에서 설명한 바와 같이 타겟에서 분리된 분자가 기판 위에 쌓이는 원리를 이용한 것이다. 그런데 타겟에서 방출한 분자는 기판에도 쌓이지만 챔버벽과 반응하기도 하여 발생한 파티클(particle)이 도 2에 도시한 바와 같이 섀도우 마스크와 냉각판에 쌓이게 된다. 그런데 새도우 마스크와 냉각판의 재질은 각각 알루미늄(Al)와 구리(Cu)이다. 공정을 반복할수록 섀도우 마스크과 냉각판에 쌓이는 파티클의 양은 많아지며 이 파티클들은 부착성(adhesiveness)이 상대적으로 좋지 않은 구리 재질의 냉각판에서 이탈되는 사고가 발생한다. 이탈된 파티클은 기판 상에 부착되 기판의 소자 불량을 야기한다. 특히 동일한 설비로 보다 넓은 기판에 스퍼터링을 할 경우에 기판과 냉각판의 거리가 가까워져 이탈한 파티클이 기판에 떨어질 가능성이 더 증가한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 냉각판에서 박리된 파티클로 인하여 발생하는 소자 불량 문제를 해결하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 냉각판에 파티클이 쌓이지 않도록 스퍼터링 장치를 구성하여 냉각 판에서 박리되는 파티클에 위한 기판의 불량을 예방하고자 한다.

상술한 바와 같이 섀도우 마스크를 고정하고 냉각하는 역할을 하는 냉각판의 재질은 보통 구리를 사용하는데 구리는 전도성은 좋으나 부착성(adhesiveness)이 불량하여 어느 정도 시간이 경과하여 냉각판에 파티클(particle)이 쌓이면 이 파티클이 냉각판에서 이탈하여 기판위에 부착하게 된다. 이러한 박리현상은 알루미늄 재질로 제조된 섀도우 마스크에 비해 더 현저하게 발생한다. 그러므로 본 발명에서는 섀도우 마스크와 결합되는 냉각판 부위와 스퍼터링 챔버를 차단하는 차폐벽을 배치하여 이러한 문제를 방지하고자 한다. 이러한 차단벽은 부착력 향상을 위해 표면적을 늘리는 방법을 적용할 수 있으며 부착성이 좋은 재질을 사용하여야 할 것이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예의 구성과 작용을 첨부한 도면을 참고하여 상세히 설명한다.

본 발명은 기존의 스퍼터링 장치와 같이 전원, 기판부 및 타겟부로 구성된다. 전원(3)은 스퍼터링 장치에 전기장을 인가하는 구성 요소로 기판(glass)(12)과 타겟(target)(7) 사이에 플라즈마가 발생하도록 고주파 발진기가 포함한다. 그리고 타겟부는 자석(magnet)(8), 후면판(backing plate)(14) 및 타겟(7) 으로 구성된다. 자석은 형성된 플라즈마에서 발생하는 전자가 스퍼터링 장치의 다른 부분으로 이탈하는 것을 방지하기 위해 자기장을 인가하는 장치이다. 후면판은 스퍼터링에 의해 기판(12)에 형성되는 박막의 물질인 타겟(7)을 고정하는 구성 요소이다. 한편 기판부는 서셉터(susceptor)(9), 기판(glass)(12), 클램프(clamp)(19), 섀도우 마스크(shodow mask)(16), 냉각수로(18) 및 냉각판(cooling plate)(17)으로 구성된다. 서셉터(9)는 기판(12)을 지지하는 구성요소이며 클램프(19)는 기판이 수직으로 세워질 때 기판이 서셉터(9)에서 이탈하지 않도록 기판(12)을 서셉터(9)에 고정하는 구성요소이다. 섀도우 마스크(16)는 기판의 성막 영역을 제한하는 구성 요소이다. 내부에 냉각수로(18)가 형성된 냉각판(17)은 섀도우 마스크(16)를 지지하는 역할을 한다. 본 발명의 실시예에서는 이와 함께 체결요소로 냉각판에 결합되는 가이드 링(guide ring)(20)을 포함한다.

가이드 링(20)은 도 3에 도시한 바와 같이 냉각판의 측면에 부착되어 스퍼터링 장치의 공정 챔버 안에서 냉각판으로 향하는 파티클(particle)을 막아준다. 이 때 가이드 링(20)에 부딪힌 파티클들은 냉각판에 부착되는데, 도 3에 도시한 바와 같이 가이드 링(20)의 표면은 엠보싱(embossing) 처리하며 섀도우 마스크보다 많은 양의 파티클이 부착될 수 있게 만든다. 가이드 링은 알루미늄 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 또는 이와 같은 목적으로 가이드 링(20)의 표면은 샌드 블라스트 용사 처리할 수도 있다.

본 발명의 스퍼터링 장치를 반도체 소자 생산에 적용하면, 파티클이 냉각판에 부착되는 것을 방지할 수 있고 교체 가능한 가이드 링을 사용함으로써 종래에 점검 시 수행했던 세정작업이 보다 수월해지는 효과가 기대된다. 그리고 상대적으로 부착성이 나쁜 냉각판에 파티클이 부착하는 것을 방지함으로써 스퍼터링 장치의 세정하기 위한 점검 주기를 종래에 비해 늘릴 수 있으므로 공정 효율을 향상시킬 수 있다. 이와 별개로 기존에는 점검시 냉각판을 세정하는 작업을 해야하는 번거로움이 있었는데 본 발명의 가이드 링은 쉽게 교환이 가능하여 점검하는 시간을 줄일 수 있는 부수적인 효과도 기대된다.

Claims

액정 디스플레이 기판 제조에 사용되는 스퍼터링 장치에 있어서:

전원;

상기 전원의 양극에 연결되며, 상기 기판을 지지하는 서셉터;

상기 전원의 음극에 연결되며, 상기 서셉터에 대향하여 배치되는 후면판;

상기 후면판에 장착되어 상기 기판과 대향하는 타겟;

상기 기판의 측면에 설치되며 상기 기판에 형성되는 박막의 침전 범위를 제한하는 섀도우 마스크;

상기 섀도우 마스크를 고정하고 상기 섀도우 마스크에서 발생하는 열을 냉각하는 냉각판; 및

상기 냉각판에 체결 요소로 결합되며 상기 냉각판을 파티클로부터 보호하는 가드 링을 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 가드 링은 표면에 요철이 형성된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 가드 링은 알루미늄 소재로 제조된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.