KR100672629B1 - 스퍼터링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로드 애노드에 성막된 타겟 물질이 쉽게 떨어져 나가지 않도록 하여 로드 애노드에 성막된 타겟 물질에 의해 박막의 균일도가 감소되는 것을 방지함으로써, 기판 상에 형성된 박막의 균일도를 향상시키고, 그로 인한 제품의 수율 및 신뢰성을 향상시키는데 적당한 스퍼터링 장치를 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 스퍼터링 장치는 진공 챔버와, 상기 진공 챔버 내에 배치되며 성막하고자 하는 물질로 이루어진 타겟과, 상기 타겟과 소정 간격을 두고 배치되며 거친 표면을 갖는 로드 애노드들과, 상기 로드 애노드와 소정 간격을 두고 배치되어 상기 타겟에서 이탈된 물질이 균일하게 성막되는 기판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

타겟, 로드 애노드(Rod Anode)

Description

스퍼터링 장치{Sputtering device}

도 1은 종래 기술에 따른 스퍼터링 장치의 개략적인 구성도

도 2는 종래 기술에 따른 로드 애노드의 확대도

도 3은 로드 애노드가 배치된 형태를 나타내기 위해 도시한 타겟의 정면도

도 4는 본 발명에 따른 스퍼터링 장치의 개략적인 구성도

도 5는 도 4에 도시된 로드 애노드의 확대도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 41 : 타겟 3,43 : 타겟 지지대

5, 45 : 그라운드 실드(Ground shied) 7,47 : 로드 애노드(Rod Anode)

9,49 : 기판 지지대 11,51 : 기판

13,53 : 고정축

본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 특히 박막의 균일도를 향상시킬 수 있는 스퍼터링 장치에 관한 것이다.

일반적으로, LCD제조공정 및 반도체 제조 공정에서 웨이퍼 또는 글라스 기판 위에 여러 가지 재질의 도체, 반도체, 절연막을 형성하는 공정이 이루어지는데, 통상, 도체의 경우 주로 스퍼터링 장치에서 형성된다.

이와 같은 스퍼터링 장치는 불활성 기체인 아르곤(Ar) 가스가 소량 존재하는 고진공 챔버(Chamber) 내에서 양극과 음극 사이에 전압이 인가되면, 상기 양극과 음극 사이에 전기장이 생성되고, 아르곤 가스는 강한 전기장에 의해 양이온으로 이온화된다. 상기 양이온들은 음으로 대전된 타겟(Target)으로 가속하여 충돌하고, 그 충격에 의해 타겟의 증착용 물질이 튀어 나와 기판에 적층된다.

통상, 스퍼터링에는 콜리메이트 스퍼터링, 저압원격 스퍼터링, 최근에는 이온화 스퍼터링에 이르기까지 다양하며, 일예로, 이온화 스퍼터링은 타겟에서 방출되는 스퍼터 입자를 이온화하고, 이온의 작용에 의해 효율적으로 스퍼터 입자를 기판 상에 적층하는 것으로, 기판과 타겟과의 사이의 스퍼터 입자의 이동경로 상에 플라즈마(Plasma)를 형성하고, 스퍼터 입자가 플라즈마를 통과할 때 이온화되도록 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 스퍼터링 장치를 설명하기로 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 스퍼터링 장치의 진공 챔버 내의 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 타겟(1), 상기 타겟(1)을 지지하는 타겟 지지대(3), 상기 타겟(1)의 주변에 형성된 그라운드 실드(GS:Ground Shied)(5), 상기 타겟(1)과 소정 간격을 두고 타겟(1)을 가로지르는 방향으로 형성되는 복수개의 로드 애노드(RA:Rod Anode)(7), 상기 타겟(7)과의 사이에 플라즈마 이동 경로가 되 는 소정의 간격을 두고 기판 지지대(9) 상에 배치된 기판(11)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 로드 애노드(7)는 타겟(1)에서 떨어져 나온 물질이 균일하게 기판(11)에 성막되도록 하기 위한 것으로, 재질은 몰리브덴(Molybdenum)이며, 표면이 매끄러운 원기둥 형상을 갖는다.

통상, 광차단막으로 사용되는 블랙매트릭스를 스퍼터링하는 경우에는 13∼14개 정도의 로드 애노드(7)가 요구되며, 투명도전막인 ITO를 스퍼터링하는 경우에서는 55개 정도의 로드 애노드(7)가 요구된다. 참고로, 도 2는 표면이 매끄러운 원기둥 형상의 로드 애노드를 확대하여 도시한 것이다.

상기 로드 애노드(7)는 타겟(1)에서 떨어져 나온 물질이 기판(11)에 균일하게 성막될 수 있도록 타겟(1)으로부터 떨어져서 서로 일정 간격을 두고 형성되며, 도 3에 도시된 바와 같이, 타겟(1)의 주변에 형성된 그라운드 실드(5)에 의해 고정되어 타겟(1)을 가로지르는 방향으로 배치된다.

이와 같은 종래 기술에 따른 스퍼터링 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

로봇 암(도시하지 않음)에 의해 기판(11)이 진공 챔버 내의 기판 지지대(9) 위에 올려지고, 상기 기판 지지대(9)가 고정축(13)을 중심으로 상기 타겟(1)과 마주보도록 상승한다.

이어, 양극과 음극에 전압이 인가되면, 두 전극 사이에는 전기장이 생성되고, 불활성 가스가 상기 전기장에 의해 양이온으로 이온화된 후, 음으로 대전된 타겟(1)으로 가속하여 충돌하고 그 충격에 의해 타겟(1) 물질이 튀어나와 기판(11) 상에 소망하는 박막이 성막된다.

그러나 상기와 같은 종래 스퍼터링 장치는 다음과 같은 문제점이 있었다.

기판에 박막이 성막되는 과정에서 상기 타겟의 전면에 배치된 로드 애노드(Rod Anode)의 표면에도 타겟에서 떨어져 나온 물질이 성막되는데, 상기 로드 애노드에 성막된 타겟 물질은 성막 도중에 쉽게 떨어져 나가게 되고, 이는 기판에 성막하고자 하는 박막에 영향을 미치게 된다. 즉, 로드 애노드로부터 떨어져 나간 물질에 의해 성막 도중에 이상 방전이 발생하게 되어 성막을 위해 인가되는 파워(Power)를 불규칙하게 함으로써, 기판 상에 성막된 박막의 균일도가 현저하게 불량해진다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 로드 애노드에 성막된 타겟 물질이 쉽게 떨어져 나가지 않도록 하여 로드 애노드에 성막된 타겟 물질에 의해 기판 상에 성막되는 박막의 균일도가 감소되는 것을 방지함으로써, 균일도가 우수한 박막과 그로 인한 제품의 수율 및 신뢰성을 향상시키는데 적당한 스퍼터링 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스퍼터링 장치는 진공 챔버와, 상기 진공 챔버 내에 배치되며 성막하고자 하는 물질로 이루어진 타겟과, 상기 타겟과 소정 간격을 두고 배치되며 거친 표면을 갖는 로드 애노드들과, 상기 로드 애노드와 소정 간격을 두고 배치되어 상기 타겟에서 이탈된 물질이 균일하게 성막되는 기판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명의 스퍼터링 장치는 로드 애노드(Rod Anode)의 표면을 거칠게 함으로써, 타겟 물질이 로드 애노드로부터 이탈되는 정도를 최소화하는 것에 의해 타겟 물질에 의한 박막의 균일도가 저하되는 것을 방지한다.

본 발명에 따른 로드 애노드는 그 표면이 불연속 또는 연속적인 복수의 요철을 가지므로 로드 애노드의 표면이 매끄러운 종래와 비교하여 그 표면적의 증가를 유도한다.

여기서, 상기 로드 애노드 표면의 요철(凹凸)은 로드 애노드를 형성한 후, 그 표면에 별도의 처리를 하는 것이 아니라, 처음부터 요철을 갖는 로드 애노드를 형성하며, 상기 요철은 그 형태가 첨상이거나 또는 마름모 형상을 포함한다.

이하, 본 발명의 스퍼터링 장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 스퍼터링 장치의 구성도로서, 전체적인 구성은 도 1과 유사하나, 본 발명에 따른 스퍼터링 장치는 표면에 복수개의 요철(凹凸)을 갖는 로드 애노드를 포함한다.

즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 타겟(41)과, 상기 타겟(41)을 지지하는 타겟 지지대(43)와, 상기 타겟(41)의 주변에 형성된 그라운드 실드(GS:Ground Shied)(45)와, 상기 타겟(41)과 소정 간격을 두고 타겟(41)을 가로지르는 방향으로 형성되며 표면이 거친(rough) 복수개의 로드 애노드(RA:Rod Anode)(47)와, 상기 타겟(41)과의 사이에 타겟 물질의 이동 경로가 되는 소정의 간격을 두고 기판 지지대(49) 상에 배치된 기판(51)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 로드 애노드(47)의 물질은 몰리브덴(Molybdenum)이며 기판(51)에 성막되는 박막의 균일도를 향상시킬 목적으로 타겟(41)과 소정의 간격을 두고 형성되며, 상기 타겟(41)의 물질은 기판(51) 상에 성막하고자 하는 박막의 종류에 따라 달라진다.

도 5에 도시한 바와 같이, 로드 애노드(47)의 표면에 복수의 요철(凹凸)이 형성되어 있기 때문에 그 표면적은 종래에 비해 현저하게 증가한다. 통상, 기판(51) 상에 소망하는 박막을 성막하는 과정에서 상기 로드 애노드(47)의 표면에도 타겟 물질이 성막되지만, 본 발명의 로드 애노드(47)는 종래에 비해 상대적으로 큰 표면적을 갖기 때문에 타겟 물질이 로드 애노드(47)로부터 쉽게 이탈되지 않는다.

타겟 물질이 로드 애노드(47)로부터 쉽게 이탈되지 않는다는 것은 타겟 물질에 의해 이상 방전이 일어나지 않음을 의미하며, 따라서 이상 방전에 의해 기판(51) 상에 성막된 박막에 두께 차가 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있다.

상기 기판 지지대(49)에는 로봇 암에 의해 진공챔버 안으로 인-로딩된 기판(51)이 안착되며, 기판이 안착된 후에는 상기 기판 지지대(49)가 고정축(13)을 중심으로 상기 타겟(41)과 마주할 수 있도록 상승하고, 성막이 완료되면 다시 하강하며, 로봇 암에 의해 기판은 아웃-로딩된다.

이와 같은 본 발명의 스퍼터링 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 로봇 암에 의해 기판(51)이 진공 챔버 안으로 인-로딩(In-Loading)된 후, 기판 지지대(49)위에 안착된다. 이어, 로봇 암이 진공 챔버 밖으로 아웃 로딩(Out-Loading)되고, 상기 기판(51)이 타겟(41)과 마주볼 수 있도록 기판 지지대(49)는 고정축(13)을 중심으로 상승한다.

이후, 진공 챔버 내의 양극과 음극에 전압을 인가하면 두 전극 사이에 전기장이 생성되고, 불활성 가스가 상기 전기장에 의해 양이온으로 이온화되어 음으로 대전된 타겟(41)에 가속되어 충돌하고, 그 충격에 의해 타겟(41) 물질이 튀어나와 기판(51) 상에 성막된다.

이때, 기판(51) 상에 성막되는 박막의 균일도를 향상시키기 위해 타겟(41)과 소정의 간격을 두고 형성된 표면이 거친 로드 애노드(47)의 표면에도 상기 타겟 물질이 성막되는데, 본 발명에 따른 로드 애노드(47)는 거친 표면을 갖고 있기 때문에 타겟 물질이 성막되더라도 쉽게 이탈되지 않는다.

이와 같은 성막 공정이 오래 지속될 경우, 상기 로드 애노드(47)의 표면에 성막된 타겟 물질이 이탈되는데, 상기 타겟 물질이 이탈되는 시점에서 로드 애노드를 교환해 준다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 스퍼터링 장치는 다음과 같은 효과가 있다.

기판 상에 박막을 성막함에 있어서, 로드 애노드의 표면을 거칠게 함으로써, 박막의 성막 과정에서 타겟 물질이 상기 로드 애노드의 표면에 쌓이더라도 로드 애노드의 표면이 거칠기 때문에 타겟 물질이 쉽게 이탈되지 않는다.

따라서, 이탈된 타겟 물질에 의해 이상 방전이 일어나는 것을 방지할 수 있 고, 이상 방전이 일어나는 것을 방지함으로써, 기판 상에 성막된 박막의 균일도(Uniformity)를 향상시킬 수가 있으며, 이로 인해, 제품의 수율이나 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 로드 애노드의 표면적을 극대화함으로써, 로드 애노드에 성막되는 타겟 물질이 이탈되는 시간이 연장되므로 로드 애노드의 교환시기를 최대한 연장할 수 있어 그 만큼 비용을 절감할 수 있다.

Claims (5)

1. 진공 챔버;

   상기 진공 챔버 내에 배치되며 성막하고자 하는 물질로 이루어진 타겟;

   상기 타겟과 소정 간격을 두고 배치되며 거친 표면을 갖는 로드 애노드들;

   상기 로드 애노드와 소정 간격을 두고 배치되어 상기 타겟에서 이탈된 물질이 균일하게 성막되는 기판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 로드 애노드의 표면은 연속 또는 불연속적인 요철을 갖는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 로드 애노드는 상기 타겟의 주위를 따라 형성된 그라운드 실드(Ground shied)에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 일측이 축으로 고정되어 상승 및 하강이 가능한 기판 지지대를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
5. 제 2 항에 있어서, 상기 요철은 첨상 또는 마름모 형상인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.

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