KR100762046B1 - Apparatus for depositing large area thin film - Google Patents
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Abstract
본 발명은 박막 증착 장치에 관한 것으로서, 진공 챔버와, 진공 챔버 내부에 배치되고, 그 일면에 금속층이 증착되는 기판을 지지하는 지지 부재와, 진공 챔버 내부에 기판과 소정 간격 이격된 거리에 대향되어 배치되고, 음극의 전원이 인가되는 증착 부재와, 기판 및 증착 부재 사이에 배치되고, 기판에 증착될 패턴에 상응하는 소정의 개구부가 마련된 고정 마스크와, 증착 부재 및 고정 마스크 사이에 배치되고, 고정 마스크의 개구부를 제외한 나머지 부분을 가리는 회전봉을 구비한 회전 마스크를 포함한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film deposition apparatus, comprising: a vacuum chamber, a support member disposed inside the vacuum chamber and supporting a substrate on which a metal layer is deposited, and a distance spaced apart from the substrate by a predetermined distance in the vacuum chamber. A fixed mask disposed between the deposition member and the deposition member to which the cathode is applied, a predetermined opening disposed between the substrate and the deposition member and corresponding to a pattern to be deposited on the substrate; It includes a rotating mask having a rotating rod to cover the remaining portion of the mask except the opening.
본 발명에 따르면 고정 마스크의 교환 주기를 증가시켜 장시간 동안 연속적으로 증착 작업을 실시할 수 있다.According to the present invention, the deposition cycle can be performed continuously for a long time by increasing the replacement cycle of the fixed mask.
박막 증착 장치(sputter), 마스크, 대면적 박막 증착 장치 Thin film deposition apparatus, mask, large area thin film deposition apparatus
Description
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.The following drawings attached to this specification are illustrative of preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the invention to serve to further understand the technical spirit of the present invention, the present invention is a matter described in such drawings It should not be construed as limited to.
도 1은 종래 기술에 따른 박막 증착 장치의 일부를 도시한 도면.1 is a view showing a part of a thin film deposition apparatus according to the prior art.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 박막 증착 장치의 구성을 개략적으로 도시한 단면도.2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a thin film deposition apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
도 3은 도 2에 도시된 박막 증착 장치의 일부를 도시한 사시도.FIG. 3 is a perspective view showing a part of the thin film deposition apparatus shown in FIG. 2. FIG.
<도면의 주요 참조 부호에 대한 설명><Description of Major Reference Marks in Drawing>
11..기판 100..고정 마스크 200..회전 마스크11.substrate 100.fixed mask 200.rotated mask
300..증착 부재 400..쉴드 부재 500..진공 챔버300.
본 발명은 기판(substrate)을 대상으로 목적하는 물질의 박막을 증착하는 박 막 증착 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film deposition apparatus for depositing a thin film of a target material on a substrate.
일반적으로 스퍼터 박막 증착 장치는, 플라즈마에 의한 양이온을 가속시키고 양이온을 박막의 재료인 금속 타겟에 충돌하게 하여 기판에 타겟물질을 성막하는 장치이다. 이러한 스퍼터 박막 증착 장치를 이용한 박막 증착 공정은 고온에서 진행되는 화학증착 장치에 비해 기판을 약 400℃의 저온으로 유지하면서 박막을 형성할 수 있는 장점이 있고, 비교적 간단한 구조로 짧은 시간에 증착막을 형성할 수 있기 때문에 널리 이용되고 있다.In general, a sputter thin film deposition apparatus is a device for forming a target material on a substrate by accelerating a cation by plasma and causing the cation to collide with a metal target which is a material of the thin film. The thin film deposition process using the sputter thin film deposition apparatus has the advantage of forming a thin film while maintaining the substrate at a low temperature of about 400 ℃ compared to the chemical vapor deposition proceeding at a high temperature, and forms a deposited film in a short time with a relatively simple structure It is widely used because it can.
스퍼터 박막 증착 장치는, 금속 타겟과 기판에 각각 음전위와 양전위를 인가하여 불활성 가스를 플라즈마 방전시킨다. 그러면 플라즈마 내의 양이온은 음전위로 대전된 금속 타겟 측으로 가속되어 충돌한다. 이에 따라 금속 타겟으로부터 이탈된 금속 이온은 기판으로 가속되어 기판의 일면에 증착된다.The sputtered thin film deposition apparatus applies a negative potential and a positive potential to a metal target and a board | substrate, respectively, and discharges an inert gas plasma. The cations in the plasma then accelerate and collide toward the negatively charged metal target side. As a result, the metal ions separated from the metal target are accelerated to the substrate and deposited on one surface of the substrate.
이때, 금속 타겟과 기판 사이에는 증착 마스크가 배치된다.In this case, a deposition mask is disposed between the metal target and the substrate.
도 1은 종래 기술에 따른 스퍼터 박막 증착 장치에 사용되는 증착 마스크의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다. 1 is a perspective view schematically showing the configuration of a deposition mask used in the sputter thin film deposition apparatus according to the prior art.
도 1을 참조하면, 증착 마스크(10)는 금속 타겟(20)과 기판(30) 사이에 개재된다. 그리고, 증착 마스크(10)는 절연체로 이루어지며 금속 박막이 증착될 기판(30)의 일부를 금속 타겟(20) 측으로 노출시킨다. 즉, 증착 마스크(10)에는 소정의 개구부(10')가 마련되어 있어 증착 공정시 개구부(10')에 상응하는 형상대로 기판(30)상에 증착 패턴이 형성된다. Referring to FIG. 1, the
한편, 증착 마스크(10)는 개구부(10')를 제외한 부분이 금속 타겟(20)으로부 터 방출되는 금속 이온에 노출되기 때문에 주기적으로 증착 마스크(10)를 교체해야 하는 번거로움이 있다. 따라서, 종래에는 증착 마스크(10)의 교환 주기를 증가시키기 위해 평면으로 이루어진 증착 마스크의 표면을 엠보싱 처리하여 표면적을 증가시키는 방법을 사용하였으나, 이러한 방법도 증착 마스크의 사용 수명을 연장시키는데 한계점이 있었다.Meanwhile, since the
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 박막 증착 장치의 효율적인 사용을 위해 수명이 긴 증착 마스크를 구비하여 효율적이고 가동률이 향상된 대면적 박막 증착 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a large-area thin film deposition apparatus having an efficient lifetime and having a long lifetime deposition mask for efficient use of the thin film deposition apparatus.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 대면적 박막 증착 장치는, 진공 챔버와, 진공 챔버 내부에 배치되고, 그 일면에 금속층이 증착되는 기판을 지지하는 지지 부재와, 진공 챔버 내부에 기판과 소정 간격 이격된 거리에 대향되어 배치되고, 음극의 전원이 인가되는 증착 부재와, 기판 및 증착 부재 사이에 배치되고, 기판에 증착될 패턴에 상응하는 소정의 개구부가 마련된 고정 마스크와, 증착 부재 및 고정 마스크 사이에 배치되고, 고정 마스크의 개구부를 제외한 나머지 부분을 가리는 회전봉을 구비한 회전 마스크를 포함한다.In order to achieve the above object, the large-area thin film deposition apparatus according to the present invention includes a vacuum chamber, a support member disposed inside the vacuum chamber, and supporting a substrate on which one metal layer is deposited, and a substrate inside the vacuum chamber. A deposition mask disposed opposite to a distance spaced apart from the substrate by a predetermined distance and provided with a deposition member to which a cathode power is applied, a fixed mask disposed between the substrate and the deposition member, and having a predetermined opening corresponding to a pattern to be deposited on the substrate; And a rotating mask disposed between the fixing masks and having a rotating rod covering the remaining portions of the fixing masks except for the openings.
바람직하게, 상기 박막 증착 장치는, 상기 증착 부재의 하단면 및 측면을 감싸는 쉴드 부재를 더 구비한다.Preferably, the thin film deposition apparatus further includes a shield member surrounding the lower surface and the side surface of the deposition member.
또한, 상기 회전봉은 고정 마스크의 개구부를 정의하는 장 방향 프레임의 폭 과 상응하는 지름을 가지고 고정 마스크의 장 방향을 따라 프레임의 하방에 배치된다.In addition, the rotating rod has a diameter corresponding to the width of the longitudinal frame defining the opening of the fixed mask and is disposed below the frame along the long direction of the fixed mask.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to the common or dictionary meanings, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 박막 증착 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 일부를 확대한 사시도이다.2 is a view schematically showing the configuration of a thin film deposition apparatus according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 3 is an enlarged perspective view of a portion of FIG.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 박막 증착 장치는, 진공 챔버(500), 지지 부재(12), 증착 부재(300), 고정 마스크(100) 및 회전 마스크(200)를 포함한다.2 and 3, the thin film deposition apparatus according to the present embodiment includes a
진공 챔버(500)는 스퍼터링 공정이 진행되는 공간으로, 진공 챔버(500)의 외부에 마련된 진공 펌프(600)를 통해 진공 챔버(500) 내부가 감압되어 실질적으로 진공 상태가 유지된다. 그리고, 상기 진공 챔버(500)의 내부에는 플라즈마 분위기를 형성하기 위해 불활성 가스가 공급된다.The
지지 부재(12)는 상기 진공 챔버(500) 내부에 설치되고, 증착 대상인 기판(11)을 고정시킨다. 상기 지지 부재(12)는 전기적으로 접지되거나 양전위로 대전된다. 또한, 지지 부재(12)는 상기 기판(11)과 통전이 가능하도록 금속 등의 전도성 물질로 이루어진다.The
증착 부재(300)는, 상기 지지 부재(12)에 고정되는 기판(11)과 소정 간격 이격된 거리에 대향되도록 배치된다. 증착 부재(300)는 증착 대상인 기판(11)의 일면에 증착될 박막 재료에 상응하는 금속 타겟으로서, 고전압의 음전위가 인가된다. 증착 부재(300)에 음전위가 인가되면, 증착 부재(300)로부터 전자가 방출되고 이러한 전자는 진공 챔버(500) 내의 불활성 가스를 플라즈마 방전시킨다. The
고정 마스크(100)는, 상기 기판(11)과 증착 부재(300) 사이에 배치되어 상기 기판(11)을 증착 부재(300)로부터 선택적으로 가린다. 구체적으로, 고정 마스크(100)에는 상기 기판(11)에 증착될 증착 패턴에 상응하는 소정의 개구부(100')가 마련된다. 따라서 증착 공정시 기판(11)에는 상기 고정 마스크(100)의 개구부(100')에 의해 노출된 부분에 선택적으로 금속층이 증착된다. The
상기 고정 마스크(100)에 마련된 소정의 개구부(100')는 기계적인 가공에 의해 형성되거나, 에칭 등의 화학적 공정에 의해 형성된다. The
회전 마스크(200)는, 상기 고정 마스크(100)와 증착 부재(300) 사이에 장착되고, 고정 마스크(100)의 개구부(100')를 제외한 부분은 회전 마스크(200)에 의해 가려진다. The
구체적으로, 회전 마스크(200)는 고정 마스크(100)의 개구부(100')를 정의하는 장 방향 및 단 방향 프레임의 폭에 상응하는 지름을 가지고 고정 마스크(100)의 장 방향 및 단 방향을 따라 프레임의 하방에 배치된다. 즉, 회전 마스크(200)는 4개의 회전봉(210)을 구비한다. 상기 4 개의 회전봉(210)은 상기 고정 마스크(100)의 장 방향 및 단 방향을 따라 프레임의 하방에 대응하여 2 개씩 평행하게 배치된다. 또한, 각 회전봉(210)의 회전축(shaft)은 챔버(500)의 내부 벽에 연결되어 상기 배치된 각 회전봉(210)의 위치가 고정된다.Specifically, the
상기 회전봉(210)을 회전시키기 위해 별도의 회전 수단(미도시)이 필요하다. 본 실시예에서는 회전 수단으로 회전봉(210)의 끝단에 결합된 내부 자석부재(미도시)와 상기 각 회전봉(210)에서 연장된 회전축 방향에 대응되는 진공 챔버(500)의 외부면 부근에 마련된 외부 자석부재(미도시)를 구비한다.
여기서, 상기 외부 자석부재를 회전 동력을 이용하여 회전시키면, 자기력에 의해 회전하는 외부 자석부재에 따라 상기 내부 자석부재가 회전하게 된다. 이와 같이 상기 외부 자석부재의 회전 운동이 자기력에 의해 내부 자석부재로 전달되어 상기 내부 자석부재와 결합된 회전봉(210)은 함께 회전하게 된다. 이때, 회전봉(210)은 프리롤(free roll)형태로서 연속적으로 회전하고, 이에 따라 고정 마스크(100)가 증착 부재(300)에 완전히 노출되는 것을 방지한다.In order to rotate the
Here, when the external magnet member is rotated by using rotational power, the internal magnet member is rotated according to the external magnet member that is rotated by the magnetic force. As such, the rotational motion of the outer magnet member is transmitted to the inner magnet member by the magnetic force so that the rotating
그러나 본 실시예에서 회전봉(210)을 구동시키는 회전 수단이 상술한 방법에만 한정되는 것은 아니다. 회전봉(210)의 회전축(shaft)이 진공 챔버(500)의 내부로부터 외부로 관통하도록 설치하고, 외부로 관통된 회전축에 회전기어를 연결한다. 다음 챔버(500) 외부에 구비된 회전 동력수단의 회전축에 연결된 회전기어를 상기 외부로 관통된 회전축에 연결된 회전기어에 맞물리게 설치하고, 상기 회전 동력수단에 동력을 인가하면 회전기어에 의해 기계적인 회전운동이 챔버(500) 내부의 회전봉(210)으로 전달된다. 이렇게 전달된 회전운동으로 내부의 회전봉(210)은 구동되고 회전하게 된다.However, the rotating means for driving the rotating
상술한 바와 같이, 자석 부재에 의한 무접점 회전 수단 또는 기어에 의한 기계적 회전 수단을 이용함으로써 상기 회전 마스크(200)는 연속적으로 회전되어 증착되는 물질을 분산시킨다. As described above, by using a contactless rotation means by a magnet member or a mechanical rotation means by a gear, the
부가적으로, 쉴드 부재(400)는 증착 부재(300)로부터 방출되는 금속 이온에 의해 진공 챔버(500) 내부가 오염되는 것을 방지한다. In addition, the
다음으로, 상술한 박막 증착 장치의 동작을 설명하기로 한다.Next, the operation of the above-described thin film deposition apparatus will be described.
먼저, 진공 챔버(500) 내부에 증착 부재(300)를 장착하고, 상기 증착 부재(300)에 대향되도록 배치된 지지 부재(12)에 증착 대상인 기판(11)을 장착한다. 여기서, 증착 부재(300)는 진공 챔버(500) 내부에 별도로 배치된 전원 공급 장치(미도시)의 음극과 연결되고, 기판(11)이 부착된 지지 부재(12)는 양극과 연결되거나 또는 접지된다.First, the
이어서 진공 챔버(500)의 내부를 외기와 차단시킨 후, 진공 펌프(600)를 작동시켜 진공 챔버(500) 내부를 감압시킨다. 진공 챔버(500) 내부의 압력이 실질적인 진공 상태가 되면 진공 분위기인 챔버 내부로 방전 가스, 예컨대 아르곤(Ar) 가스를 주입한다. Subsequently, the inside of the
다음으로, 전원 공급 장치로부터 증착 부재(300) 및 기판(11)에 각각 음전위 및 양전위를 인가한다. 그러면 증착 부재(300)로부터 전계가 형성되며 상기 증착 부재(300)로부터 전자가 방출된다. 방출된 전자는 진공 챔버(500) 내부에 충전된 아르곤 가스와 충돌하여 아르곤 가스를 이온화 시키고, 그에 따라 이온화된 아르곤 가스는 상기 증착 부재(300)로 가속되어 충돌한다.Next, a negative potential and a positive potential are applied to the
충돌에 의해 증착 부재(300)의 금속 이온이 증착 부재(300)로부터 방출되면 상기 방출된 금속 이온은 증착 대상인 기판(11)에 증착된다. When the metal ions of the
이때, 상기 기판(11)에는 고정 마스크(100)가 부착되어 있어, 상기 증착 부재(300)로부터 방출된 금속 이온은 고정 마스크(100)의 개구부(100')를 통해 기판(11)에 선택적으로 증착된다. In this case, the fixed
그런데 증착 부재(300)로부터 방출된 금속 이온은 고정 마스크(100)의 개구 부(100')를 통해 상기 기판(11) 측으로 가속될 뿐 아니라, 고정 마스크(100) 측으로도 가속된다. 이때, 회전 마스크(200)는 고정 마스크(100)를 선택적으로 가려 증착 부재(300)로부터 방출된 금속 이온이 고정 마스크(100) 상에 증착되는 것을 방지한다. 구체적으로, 회전 마스크(200)의 회전봉(210)은 회전하면서 고정 마스크(100)가 증착 부재(300)에 노출되는 것을 방지한다. However, the metal ions emitted from the
따라서, 고정 마스크(100)의 교환주기를 증가시킬 수 있다.Therefore, the replacement cycle of the fixed
다음으로, 본 발명의 보다 구체적인 실험예를 설명함으로써 본 발명의 효과를 설명한다. 그러나 본 발명이 하기 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.Next, the effect of this invention is demonstrated by demonstrating the more specific experimental example of this invention. However, the present invention is not limited by the following experimental example.
본 실시예 및 비교예에서는 고정 마스크 및 회전 마스크가 구비된 대면적 박막 증착 장치(실시예)와 고정 마스크가 구비된 대면적 박막 증착 장치(비교예)를 각각 사용하여 기판 상에 금속층을 증착시켰다. 증착 공정을 진행하면서 고정 마스크의 교환 주기를 측정하였다. 또한 고정 마스크 교체시 필요한 시간 및 고정 마스크 교체 후 진공 챔버 내부를 감압하는데 걸리는 배기(pumping) 시간을 측정하였다.In this Example and Comparative Example, a metal layer was deposited on a substrate using a large-area thin film deposition apparatus (example) with a fixed mask and a rotating mask and a large-area thin film deposition apparatus (comparative example) with a fixed mask, respectively. . During the deposition process, the replacement cycle of the fixed mask was measured. In addition, the time required to replace the fixed mask and the pumping time to depressurize the inside of the vacuum chamber after the fixed mask were measured.
상기 교환 주기, 교체 시간 및 배기 시간을 하기 표 1에 나타내었다.The replacement cycle, replacement time and exhaust time are shown in Table 1 below.
표 1을 참조하면, 실시예와 같이 증착 공정에서 고정 마스크와 회전 마스크를 혼용한 경우, 고정 마스크의 교환 주기가 고정 마스크만을 사용한 비교예에 비해 3배 정도 증가하였다. 이에 따라, 동일한 길이를 갖는 증착 부재상에 금속층을 증착할 때 소요되는 총 시간은 실시예가 비교예에 비해 110분 정도 감소했음을 알 수 있다. Referring to Table 1, when the fixed mask and the rotation mask were mixed in the deposition process as in Example, the replacement period of the fixed mask was increased by three times compared to the comparative example using only the fixed mask. Accordingly, it can be seen that the total time required for depositing the metal layer on the deposition members having the same length is reduced by about 110 minutes compared to the comparative example.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.Although the present invention has been described above by means of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and will be described below by the person skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of the claims.
본 발명에 의하면, 기본적으로 고정 마스크와 유사한 형상으로 고정 마스크를 선택적으로 가리는 회전 마스크를 구비함으로써, 고정 마스크를 효율적으로 사용할 수 있다.According to the present invention, the fixed mask can be efficiently used by providing a rotation mask that selectively covers the fixed mask in a shape similar to the fixed mask.
따라서, 고정 마스크의 교환 주기를 증가시킬 수 있으며 장시간 동안 연속적으로 증착 작업을 실시함으로써 박막 증착 장치의 가동율을 극대화 시킬 수 있다.Therefore, the replacement cycle of the fixed mask can be increased, and the operation rate of the thin film deposition apparatus can be maximized by continuously performing the deposition operation for a long time.
Claims (5)
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KR20040050045A (en) * | 2002-12-03 | 2004-06-14 | 세이코 엡슨 가부시키가이샤 | Mask vapor deposition method, mask vapor deposition system, mask, process for manufacturing mask, apparatus for manufacturing display panel, display pane, and electronic device |
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