KR100707960B1 - 투명 전극용 아이티오 복합층 형성을 위한 인라인 스퍼터링장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유리기판상에 투명 전극용 아이티오 복합층 형성하는 인라인 스퍼터링 장치에 관한 것으로서, 투명 전극용 아이티오 복합층 형성을 위한 인라인 스퍼터링 장치로서, 기판상에 실리카 막을 증착시키기 위한 RF 스퍼터링 체임버; 분위기를 산소분위기로 한 상태에서 이온원에서 공급한 스퍼터링 가스로 상기 기판상에 제 1두께를 갖는 제 1 ITO층으로 이온빔 스퍼터링 증착하는 이온빔 스퍼터링 체임버; 및 상기 제 1 ITO층 표면상에 DC 스퍼터링 증착에 의하여 제 2두께를 갖는 제 2 ITO층 을 증착하는 DC 마그네트론 스퍼터링 체임버를 포함하는 것을 특징으로 하는 인라인 스퍼터링 장치를 제공한다.

인라인장치, 스퍼터, 이온빔, DC, ITO

Description

투명 전극용 아이티오 복합층 형성을 위한 인라인 스퍼터링 장치{An Inline sputter apparatus for manufacturing a multi-layered ITO for transparent electrode}

도 1은 본 발명에 따른 인라인 스퍼터링 장치의 전체적인 구성을 나타내는 개략 평면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 인라인 스퍼터링 장치의 체임버를 나타내는 블록도이다.

도 3은 본 발명에 따른 인라인 스퍼터링 장치에 의해 제조된 투명 전극용 아이티오 복합층과 기판의 단면 구조를 나타내는 모식도이다.

본 발명은 인라인 스퍼터링 장치에 관한 것으로, 특히 유리기판상에 실리카 막 또는 유기EL용 ITO막을 증착하는데 사용되는 인라인 스퍼터링 장치에 관한 것이다.

플라즈마를 이용하는 스퍼터링 기술은 반도체, LCD, PDP, OLED, 프로젝션 티 비 등의 제조 분야에서 박막의 코팅에 보편적으로 이용되고 있다.

이와 같은 박막의 코팅을 실현하기 위하여 다양한 형태의 스퍼터링 장치들이 개발되어 있으며, 특히 해당제조 분야에서 요구되는 막질특성에 의존하여, 각각의 스퍼터링 체임버를 연결시킨 인라인 스퍼터링 장치들이 개발되고 있다.

한편, 종래의 인라인 스퍼터링 장치들이 이용하는 이온빔 스퍼터링 증착 방식은 ITO 결정구조가 상기 다결정이면서 한가지의 결정방향성만을 우선 성장시킴으로써 그레인 특성을 가지는 결정 구조로 형성하게 되어 표면 거칠기가 좋은 반면에 낮은 증착율로 인하여 생산성이 현저히 떨어져 양산화 하기엔 어려운 문제점이 있으며, DC 스퍼터링 증착 방식은 증착율이 높아 생산성에는 유리한 면도 있으나, ITO결정구조가 다 결정질인 도메인구조를 형성하게 되어 표면 거칠기가 좋지 않아서 ITO증착후 별도의 연마공정을 실시하여 표면거칠기 상태를 개선해야 하는 등의 문제점이 있다.

위와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명자들은 특허 출원 No. 10-2004-0110987에서 제시한바와 같이, 이온빔 스퍼터링 법 과 DC 스퍼터링 법을 접목하여 각각의 장점만을 취합함으로써 표면특성 등 물리적 성질이 우수할 뿐만 아니라 생산성을 크게 향상시킨 것으로, 유리기판위의 분위기를 산소분위기로 한 상태에서 이온원에서 공급한 스퍼터링 가스로 상기 유리기판상에 이온빔 스퍼터링 증착 되는 제 1두께의 제 1 ITO 층 및 상기 제 1 ITO층 위에 DC 스퍼터링 증착되는 제 2두께의 제 2 ITO 층을 포함하는 투명 전극용 ITO 복합층, 동 증착방법 및 동 증착장치를 제공한바 있다. 그러나 상기 발명을 위한 생산라인을 최적화해야 할 여지가 남아 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 시스템적으로 기판의 안정적인 흐름이 확보된 상태에서, ITO 박막의 고평탄화 뿐만 아니라 박막의 균일성, 비저항 등 품질이 향상된 박막을 인라인 상으로 얻을 수 있는 인라인 스퍼터링 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

투명 전극용 아이티오 복합층 형성을 위한 인라인 스퍼터링 장치로서,

기판상에 실리카 막을 증착시키기 위한 RF 스퍼터링 체임버;

분위기를 산소분위기로 한 상태에서 이온원에서 공급한 스퍼터링 가스로 상기 실리카막 상에 제 1두께를 갖는 제 1 ITO층으로 이온빔 스퍼터링 증착하는 이온빔 스퍼터링 체임버; 및

상기 제 1 ITO층 표면상에 DC 스퍼터링 증착에 의하여 제 2두께를 갖는 제 2 ITO층 을 증착하는 DC 마그네트론 스퍼터링 체임버를 포함한다.

바람직하게는, 상기 인라인 스퍼터링 장치는,

기판을 대기압영역에서 작업 진공도 영역으로 유입시키기 위한 로드록 체임버;

상기 로드록 체임버로부터 유입된 기판을 예열하기 위한 엔트리 버퍼 체임버;

상기 RF 스퍼터링 체임버와 상기 이온빔 스퍼터링 체임버간 진공도 간섭을 막기 위한 이온빔 버퍼 체임버;

상기 이온빔 스퍼터링 체임버와 상기 DC 스퍼터링 체임버간 진공도 간섭을 막기 위한 DC 버퍼 체임버;

상기 제 2 ITO층이 증착된 기판의 후 열처리를 위한 후 열처리 체임버;

상기 후 열처리 체임버에서 후 열처리된 기판을 냉각시키는 냉각 버퍼 체임버;및

상기 냉각 버퍼 체임버에서 냉각된 기판을 작업 진공도 영역에서 대기압 영역으로 배출시키기 위한 언로드록 체임버를 순차적으로 더 포함한다.

또한, 바람직하게는 상기 인라인 스퍼터링 장치는 상기 언로드록 체임버에서 상기 로드록 체임버로 기판 이송장치를 되돌려 루틴을 이루도록 자동 순환시키는 리턴 컨베이어 부재를 더 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 인라인 스퍼터링 장치의 전체적인 구성을 나타내는 개략 평면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 인라인 스퍼터링 장치의 체임버를 나타내는 블록도이다.

본 발명에 따른 인라인 스퍼터링 장치의 개략적인 주요 구성은, 복수개의 유리 기판을 장착하여 장치내로 이송하는 캐리어를 진공장치내로 반입하기 위한 로드록 체임버(100)가 장치의 최 전단에 설치되고, 캐리어를 진공장치로부터 반출하기 위한 언로드록 체임버(1000)가 장치의 최 후단에 설치되며, 장치내 증착장치로는 실리카막의 증착을 위한 RF 스퍼터링 체임버(300), ITO 제 1증착을 위한 이온빔 스퍼터링 체임버(500), ITO 제 2증착을 위한 DC 마그네트론 스퍼터링 체임버(700)가 연속적으로 연결되어 있다. 언로드록 체임버(1000)에서 반출된 케리어는 탑재된 유리 기판을 탈착한후 로드록 체임버(100)까지 연속적으로 회송시킬 수 있는 리턴 컨베이어 장치(10)가 구비된다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 로드록 체임버(100)에서는, 케리어의 장치내로의 반입을 위하여, 로드록 체임버(100)에 부착된 벤트 벨브를 개방한 상태에서 로드록 체임버(100) 내부를 대기압 상태로 환기한 후, 로드록 체임버 전단(100)의 게이트 벨브를 개방하여, 장치 하단의 컨베이어를 통하여, 케리어를 로드록 체임버(100) 내부로 이동시킨 후 개방된 벤트 벨브 및 게이트 벨브를 닫은 후 진공펌프에 의해 5×10^-3 Torr의 진공상태가 되도록 펌핑한다. 목표 진공도에 도달된 후, 로드록 체임버(100)의 후단의 게이트 벨브를 개방하여 후위 체임버인 엔트리 버퍼 체임버 (200)로 케리어를 이동시킨후 후단의 게이트 벨브를 닫는다.

그 다음, 엔트리 버퍼 체임버(200)에서는 반입된 케리어를 체임버 내부의 양측에 설치된 히팅장치를 통하여 바람직하게는 100~250℃ 정도로 예열한다. 케리어를 예열한 후 엔트리 버퍼 체임버(200)의 후단 게이트 벨브를 개방한 상태에서 하단부 이송용 롤러 장치에 의하여 RF 스퍼터링 체임버(300)로 이송한후 후단 게이트 벨브를 닫는다.

한편, RF 스퍼터링 체임버(300)의 구성은, 체임버의 진공유지를 위한 진공펌프가 부착되어져 있고 케리어의 가열 및 가열 유지를 위한 히팅장치가 양측 벽면에 부착되어 케리어를 바람직하게는 100~250℃ 정도로 가열한다. 또한, 실리카 막의 증착을 위하여 일반적인 RF 스퍼터링 장치가 사용되며, 실리카 막 증착을 위한 작업가스로는 아르곤과 산소를 사용하고 RF 스퍼터링 켓소드의 수량은 일정한 간격을 두어 복수개로 장착 가능하다. 체임버의 진공도는 베이스 진공도가 5×10^-6 Torr 이하이며 작업 진공도는 10^-2 ~ 10^-3 Torr 정도로한다.

RF 스퍼터링 체임버(300)에서는, 엔트리 버퍼 체임버(200)로부터 반입된 케리어를 RF 스퍼터링 체임버(300)내부에서 일정한 속도로 이송을 하면서 실리카막을 증착하며, 바람직하게는 100~350Å 정도의 막두께로 증착한다. RF 스퍼터링(300) 후단 게이트 벨브가 개방된 상태에서, 실리카 막이 증착된 유리기판을 탑재한 케리어를 이온빔 버퍼 체임버(400)로 반출한다.

한편, 이온빔 버퍼 체임버(400)의 구성은, 전단 및 후단에 게이트 벨브가 부 착 되어져 있고 체임버내의 진공도를 변화시킬 수 있도록 고안된 가스 인젝터가 부착되어 있어 게이트 벨브를 열었을 때 전위의 RF 스퍼터링 체임버(300) 및 후위의 이온빔 스퍼터링 체임버(500)의 작업 진공도에 영향이 없도록 이온빔 버퍼 체임버(400) 내의 진공도를 변화시킬 수 있다. 또한, 케리어의 이송에 의한 온도 저하를 막기 위해 이온빔 버퍼 체임버(400) 양단에는 히팅장치가 부착되어져 있어 이온빔 버퍼 체임버(400)의 온도를 바람직하게는 200~350℃로 유지한다.

이온빔 버퍼 체임버(400)의 전단 게이트 벨브를 개방하기 전 가스 인젝터를 이용하여 진공도를 전위 체임버인 RF 스퍼터링 체임버(300)의 진공도인 10^-2 ~ 10^-3 Torr 정도로 유지시킨후 전단 게이트 벨브를 개방하여 케리어를 이온빔 버퍼 체임버(400) 내부로 반입한 후 전단 게이트 벨브를 닫고 후위 체임버인 이온빔 스퍼터링 체임버(500)의 진공도인 10^-3 ~ 10^-4 Torr 정도로 진공도를 유지한 후 후단 게이트 벨브를 개방하여 후위의 이온빔 스퍼터링 체임버(500)로 이동시킨 후 후단 게이트 벨브를 닫는다.

한편, 이온빔 스퍼터링 체임버(500)의 구성은 ECR방식의 이온원을 가지는 선형의 이온건이 구비되고 선형의 이온건에서 가속된 이온빔에 의하여 스퍼터링 되는 ITO 재질의 타겟이 구비되어 있으며 이온건에서 사용되는 작업가스인 아르곤과 산소에 의한 국부적인 진공도 저하를 막기 위한 전체 체임버 진공펌프 외에 추가적인 진공 펌프가 구비되어져 있다. 또한 케리어 가열 및 가열 유지를 위해 체임버 내부의 양측 벽면에 히팅장치가 부착되어진다. 필요수량에 따라서, 복수개의 이온건이 구비 가능하고 작업진공도는 10^-3 ~ 10^-4 토르 수준이며 가열온도는 200~350℃ 정도이다.

이온빔 스퍼터링 체임버(500) 내로 반입된 케리어를 증착율과 목표 막두께를 고려한 이송 속도로 이동시키면서 제 1 ITO막을 실리카막 상에 증착한 후, 후단 게이트 벨브를 개방한 상태에서 후위 체임버인 DC 버퍼 체임버(600) 내로 이송한후 후단 게이트 벨브를 닫는다.

DC 버퍼 체임버(600)의 구성 및 작동원리는 위에서 설명한 이온빔 버퍼 체임버(400)와 동일하므로 설명은 생략한다.

한편, DC 스퍼터링 체임버(700)의 구성은, RF 스퍼터링을 대신하여 DC 마그네트론 켓소드 및 ITO 타겟을 사용하여 제 2두께의 ITO막을 증착하는 점을 제외하고는 RF 스퍼터링 체임버(300)의 구성과 전체적으로 동일하다. 한편 작업가스로는 아르곤과 산소가 사용되며 작업 진공도는 10^-2 ~ 10^-3 Torr 수준이며, 필요한 DC 스퍼터링 수량에 따라 복수개의 켓소드 설치가 가능하고 증착율을 고려하여 제 2두께 ITO막의 목표두께를 달성할 수 있는 속도로 케리어를 이동시키며 제 2 ITO막을 제 1 ITO막상에 증착한 후 후열처리 체임버(700)로 케리어를 이송한다. 이때, 케리어의 작업온도는 200~350℃ 정도로 유지시키는 것이 바람직하다.

후열처리 체임버(800)는 증착완료된 ITO 박막의 후열처리에 사용되는 체임버로 DC 스퍼터링 체임버(700)와는 별도의 게이트 벨브를 사용하여 분리되지 않으며 후열처리 체임버(800) 내벽 양측에 히팅장치를 부착하여 DC 증착후 ITO 박막의 후 열처리를 실시한다. 바람직하게는 200~350℃ 정도의 온도로 케리어를 가열하며 체임버 진공도는 DC 스퍼터링 체임버(700)와 동일하다.

후열처리가 종료되면 후단의 게이트 벨브를 개방하여 냉각 버퍼 체임버(900)로 케리어를 이동시킨다.

한편, 냉각 버퍼 체임버(900)는 증착 과정중 고온으로 가열된 케리어 및 기판을 장치 외부로 반출 시키기 위하여 냉각하는 체임버로 냉각 버퍼 체임버(900) 내벽 양측단에 5 ~ -20℃ 정도로 유지되는 냉각 플레이트 장치를 부착하여 고온 상태인 케리어와의 열교환 방식을 이용하여 냉각시키는 기능을 가진다.

후열처리가 종료된 케리어가 냉각 버퍼 체임버(900)로 반입되면 냉각 버퍼 체임버(900)의 전단 게이트를 닫고 장치 하단부에 설치된 이송장치에 의하여 케리어를 냉각 버퍼 체임버(900)의 후단까지 진행시킨다. 이때 이송 속도는 증착 속도와 케리어 흐름상 무리가 없는 속도내의 최저 속도로 진행시켜 냉각 효율을 보다 향상시킬 수 있으며 냉각 버퍼 체임버(900) 내에 가스 인젝터를 설치하여 전위의 후열처리 체임버(1000)와의 진공도를 동일하게 유지 시키면서 냉각 버퍼 체임버(900)의 후단 게이트를 열어 언로드 록 체임버(1000)로 케리어를 이송시킨다.

언로드 록 체임버(1000)는 작업이 완료된 케리어의 반출을 위한 체임버로서 전단 게이트를 개방한 상태에서 냉각 버퍼 체임버(900)로부터 케리어를 반입시킨 후 전단 게이트를 닫고 밴트 벨브를 개방하여 진공을 대기압으로 환기한 후 후단 게이트를 개방하여 케리어를 반출시키며, 이후 개방된 게이트를 닫고 진공펌프에 의하여 펌핑을 하여 진공상태로 되돌아가게 한다. 또한, 언로드 록 체임버(1000)후 단에는 케리어에 장착된 유리 기판의 탈착을 위한 일정공간을 확보된다. 마지막으로, 유리 기판의 탈착이 종료된 빈 케리어는 리턴 컨베이어(10)에 의하여 로드 록 체임버(100) 쪽으로 회송하여 상기한 과정들을 반복함으로써 연속적인 작업이 가능하다.

본 실시예를 통하여 제조된 투명 전극용 아이티오 복합층이 형성된 기판의 단면 구조는 도 3에 나타나 있다.

본 발명에 따르면, 도 3에 나타낸 바와 같이, 다층구조의 ITO 복합층을 갖는 기판을 연속적으로 제조 가능함으로써, 시스템적으로 기판의 안정적인 흐름이 확보된 상태에서, ITO 박막의 고평탄화 뿐만 아니라 박막의 균일성, 비저항 등 품질이 개선된 박막을 제조 할 수 있는 인라인 스퍼터링 장치를 얻을 수 있다.

Claims (3)

1. 투명 전극용 아이티오 복합층 형성을 위한 인라인 스퍼터링 장치로서,

   기판상에 실리카 막을 증착시키기 위한 RF 스퍼터링 체임버;

   분위기를 산소분위기로 한 상태에서 이온원에서 공급한 스퍼터링 가스로 상기 실리카막 상에 제 1두께를 갖는 제 1 ITO층으로 이온빔 스퍼터링 증착하는 이온빔 스퍼터링 체임버; 및

   상기 제 1 ITO층 표면상에 DC 스퍼터링 증착에 의하여 제 2두께를 갖는 제 2 ITO층 을 증착하는 DC 마그네트론 스퍼터링 체임버를 포함하는 것을 특징으로 하는 인라인 스퍼터링 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 인라인 스퍼터링 장치는,

   기판을 대기압영역에서 작업 진공도 영역으로 유입시키기 위한 로드록 체임버;

   상기 로드록 체임버로부터 유입된 기판을 예열하기 위한 엔트리 버퍼 체임버;

   상기 RF 스퍼터링 체임버와 상기 이온빔 스퍼터링 체임버간 진공도 간섭을 막기 위한 이온빔 버퍼 체임버;

   상기 이온빔 스퍼터링 체임버와 상기 DC 스퍼터링 체임버간 진공도 간섭을 막기 위한 DC 버퍼 체임버;

   상기 제 2 ITO층이 증착된 기판의 후 열처리를 위한 후 열처리 체임버;

   상기 후 열처리 체임버에서 후 열처리된 기판을 냉각시키는 냉각 버퍼 체임버;및

   상기 냉각 버퍼 체임버에서 냉각된 기판을 작업 진공도 영역에서 대기압 영역으로 배출시키기 위한 언로드록 체임버를 순차적으로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인라인 스퍼터링 장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 투명 전극용 아이티오 복합층 형성을 위한 인라인 스퍼터링 장치는 상기 언로드록 체임버에서 상기 로드록 체임버로 기판 이송장치를 되돌려 루틴을 이루도록 자동 순환시키는 리턴 컨베이어 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인라인 스퍼터링 장치.

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