KR100909418B1 - 액정표시장치의 스퍼터링 장치 및 이의 오류시정방법 - Google Patents

액정표시장치의 스퍼터링 장치 및 이의 오류시정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액정표시장치의 제조에 사용되는 스퍼터링 장치에 관한 것으로, 특히 지면과 거의 수직인 각도에서 박막 증착이 기판의 파손없이 이루어지는 액정표시장치의 스퍼터링 장치 및 이의 오류 시정방법에 관한 것이다. 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 지면과 소정 각도로 기울어져 설치된 금속 타겟; 로봇에 의해 운반되는 기판이 놓여지는 서셉터; 상기 서셉터를 구동시켜 서셉터와 지면과의 각도를 조절하도록 서셉터에 부착되어 설치된 구동부; 상기 서셉터 구동시 상기 기판을 지지하도록, 상기 서셉터 하단에 설치된 스토퍼; 상기 금속 타겟, 서셉터, 스토퍼 및 구동부를 내부에 포함하는 진공 체임버; 상기 서셉터의 각도를 측정하도록 상기 진공 체임버에 부착된 각도 측정기를 포함하는 액정표시장치의 스퍼터링 장치를 제공한다.
스퍼터링, 각도측정기, 서셉터

Description

액정표시장치의 스퍼터링 장치 및 이의 오류시정방법{SPUTTERING DEVICE OF TFT-LCD AND ERROR CORRECTION METHOD THEREOF}
도 1은 스퍼터링 장치의 원리를 도시한 개략도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 의한 스퍼터링 장치의 동작을 도시한 측면도.
도 3은 스퍼터링 장치에 사용되는 서셉터에 기판이 안착된 모습을 도시한 평면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 각도 측정기를 도시한 정면도.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***
100,210: 금속타겟 110: 아르곤이온
120: 금속원자 200: 진공체임버
220: 마스크 230: 서셉터
230a: 스토퍼 240: 구동부
250: 각도측정기 260: 기판
400: 눈금 410: 수준계
420: 고정나사
본 발명은 액정표시장치의 제조에 사용되는 스퍼터링(sputtering) 장치에 관한 것으로, 특히 지면과 거의 수직인 각도에서 박막 증착이 기판의 파손없이 이루어지는 액정표시장치의 스퍼터링 장치 및 이의 오류 시정방법에 관한 것이다.
현재 평판디스플레이(Flat Panel Display)의 주력제품인 액정표시장치(TFT-LCD)는 양산기술 확보와 연구개발의 성과로 대형화와 고해상도화가 급속도로 진전되어 노트북 컴퓨터(computer)용 뿐만 아니라 대형 모니터(monitor) 응용제품으로도 개발되어 기존의 CRT(cathode ray tube) 제품을 점진적으로 대체하고 있어 디스플레이 산업에서의 그 비중이 점차 증대되고 있다. 최근의 정보화 사회에서 디스플레이는 시각정보 전달매체로서 그 중요성이 더 한층 강조되고 있다. 특히 모든 전자 제품의 경, 박, 단, 소 추세에 따라 저소비전력화, 박형화, 경량화, 고화질, 휴대성의 중요성이 더 한층 높아지고 있다. 액정표시장치는 평판디스플레이의 이러한 조건들을 만족시킬 수 있는 성능뿐만 아니라 양산성까지 갖춘 디스플레이 장치이기 때문에 이를 이용한 각종 신제품 창출이 급속도로 이루어지고 있으며 전자 산업에서 반도체 이상의 파급효과를 가져오고 있다.
액정표시장치의 제조공정은 박막(thin film) 증착, 사진(photolithography), 식각(etching), 세정(cleaning) 등의 단위 공정기술로 이루어진다. 액정표시장치의 제조공정은 상기의 단위공정 기술들을 사용하여 여러 종류의 박막을 증착하고 이를 가공하는 과정을 여러 차례 반복적으로 거친다.
액정표시장치의 제조공정에서 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 등 금속박막과 ITO(Indium-Tin-Oxide) 박막의 경우 스퍼터링 기술을 사용하여 형성한다.
도 1은 스퍼터링 기술의 원리를 도시한 개략도이다.
스퍼터링 기술에서는 진공 체임버(chamber)에서 증착할 금속 재질로 만들어진 타겟(target; 100)과 양극(anode) 사이에 플라즈마(plasma) 방전으로 아르곤 이온(Ar+; 110)을 여기시켜 높은 전압으로 가속하여 큰 운동 에너지로 금속 타겟(100)에 충돌하게 한다. 이 때 가해지는 Ar+(110)의 운동에너지가 금속원자간의 결합 에너지(energy)보다 클 경우 표면에서 금속원자(120)가 떨어져 나오는 스퍼터링이 일어나며 금속 타겟(100)에서 떨어져 나온 금속원자(120)가 유리기판 표면에서 상호 결합하여 박막형태로 성장한다.
스퍼터링을 할 경우 기판과 타겟이 지면과 거의 수직인 85°의 기울기로 위치할 때 박막 증착이 가장 효율적으로 이루어진다는 것이 알려져 있다.
그러나, 종래의 스퍼터링 장비에서는 기판을 지면과 85°의 각도로 기울이는 과정에서 기판이 파손되는 경우가 자주 발생하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 금속 타겟과 기판을 지면과 약 85°의 각도로 기울인 상태에서 박막 증착을 수행하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 기판을 지면과 약 85°의 각도로 기울이는 과정에서 기판의 파손을 방지하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 안출된 것으로, 지면과 소정 각도로 기울어져 설치된 금속 타겟; 로봇(robot)에 의해 운반되는 기판이 놓여지는 서셉터(susceptor); 상기 서셉터를 구동시켜 서셉터와 지면과의 각도를 조절하도록 서셉터에 부착되어 설치된 구동부; 상기 서셉터 구동시 상기 기판을 지지하도록, 상기 서셉터 하단에 설치된 스토퍼(stopper); 상기 금속 타겟, 서셉터, 스토퍼 및 구동부를 내부에 포함하는 진공 체임버; 상기 서셉터의 각도를 측정하도록 상기 진공 체임버에 부착된 각도 측정기(angle meter)를 포함하는 액정표시장치의 스퍼터링 장치를 제공한다.
상기 각도 측정기는 진공체임버의 정확한 위치에 설치될 수 있도록 수준계(leveler)를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 금속 타겟과 일정 간격 떨어져 평행하게 설치되는 마스크(mask)를 추가로 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 지면과 평행한 서셉터 상부로 기판이 안착되는 단계; 상기 서셉터가 지면과 소정 각도를 이루어 기울어지는 단계; 상기 기판이 상기 서셉터 상부에서 소정 간격 슬라이딩(sliding)하는 단계; 및 상기 기판을 상기 서셉터로부터 제거하고 서셉터를 세정하는 단계를 포함하는 액정표시장치의 스퍼터링 장치의 오류시정방법을 제공한다.
상기 소정 간격은 50°~85°인 것을 특징으로 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 의한 스퍼터링 장치의 개략적인 동작을 도시한 측면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 실시예는 진공 체임버(200) 내부에 설치된 금속 타겟(210), 마스크(220), 서셉터(230), 구동부(240) 및 진공 체임버(200)에 부착된 각도 측정기(250)로 구성되어 있다.
상기 금속 타겟(210)은 지면과 85°의 각도를 이루도록 설치되어 있다. 또한, 상기 금속 타겟(210)과 일정 간격 떨어져 금속 타겟(210)과 평행하게 마스크(220)가 설치되어 있다.
상기 서셉터(230)는 도 2a에 도시된 바와 같이 초기에 지면과 평행하도록 설치되어 있고, 그 일단에는 서셉터(230)가 지면과 이루는 각도를 조절하는 구동부(240)가 설치되어 있다. 상기 서셉터(230) 하부에는 서셉터(230)가 기울어질 때 안착되는 기판(260)을 지지하는 스토퍼(230a)가 부착되어 있다.
상기 진공 체임버(200) 외부에는 관찰자가 서셉터(230)의 각도를 측정할 수 있도록 각도 측정기(250)가 부착되어 있다.
이하 상기 스퍼터링 장치의 전체적인 동작을 설명하면 다음과 같다.
우선, 지면과 평행하게 놓여있는 서셉터(230) 상부로 박막이 증착될 기판(260)이 로봇(미도시)에 의해 안착된다.
이후, 도 2b에 도시된 바와 같이 서셉터(230)는 구동부(240)에 의해 금속 타겟(210)과 평행하도록 기울어진다. 이 때, 서셉터(230)가 지면과 소정 각도를 이루게 되면 서셉터(230)에 안착되어 있던 기판(260)은 미끄러져 스토퍼(230a)에 접촉되어 지지된다. 기판(260)이 서셉터(230) 상부에서 미끌어지기 시작하는 각도는 각도측정기(250)에 의해 측정된다.
금속 타겟(210)과 서셉터(230)에 안착된 기판(260)이 지면과 85°의 각도를 이룬 상태에서 박막 증착이 이루어진다.
도 3은 서셉터가 지면과 평행할 때 기판이 안착된 모습을 도시한 평면도이다.
점선으로 표시된 것은 기판(260)이 서셉터(230) 상에 정상적으로 놓였을 때이고, 실선으로 표시한 것은 기판(260)이 서셉터(230) 상에 비정상적으로 놓였을 때이다. 기판(260)이 서셉터(230) 상에 정상적으로 놓이지 않는 이유는 기판(260)을 운반하는 로봇이 오랜 사용으로 구동부위가 열화되고, 매 펄스(pulse) 인가에 따른 로봇의 진행 정도가 틀려지기 때문이다.
기판(260)은 서셉터(230)의 스토퍼(230a)와 소정 간격 d를 유지하여 놓여진다. 상기 소정 간격은 약 3㎜ 정도이다. 로봇의 부정확한 동작으로 스토퍼(230a) 상부에 기판(260)을 안착시켜 기판(260)이 파손되는 것을 방지하기 위해서이다. 따라서, 서셉터(230)가 기울어질 때 기판(260)이 서셉터(230) 상부를 3㎜ 가량 미끌어져 내려오게 되는 것이다.
기판(260)이 미끌어져 내려온 상태에서 스퍼터링이 이루어지기 때문에 서셉터(230) 상의 기판(260)이 미끌어져 내려온 서셉터(230) 상단의 약 3㎜의 영역에도 박막이 형성된다.
따라서, 이로 인한 마찰력으로 이후 공정에서는 기판(260)이 미끄러지는 정 도가 다르게 되고, 기판(260)이 완전히 미끌어지지 않은 상태, 즉 서셉터(230)와 기판(260)이 일정 각도 비틀어진 상태에서 박막이 증착될 수도 있다. 이 경우 기판(260)이 안착되는 영역에 박막이 증착되고 서셉터(230) 상부의 부분적인 마찰력의 차이는 더욱 커지게 된다.
상술한 바와 같이 서셉터(230)에 증착되는 박막은 도 2의 마스크(220)를 사용하여 어느 정도 예방할 수 있다. 상기 마스크(220)는 서셉터(230)의 기판(260)이 안착되는 부분에만 금속 원자가 증착되도록 패턴이 형성되어 있다. 그러나, 증착 횟수가 많아질수록 서셉터(230)와 기판(260) 사이의 마찰력으로 인해 기판(260)이 서셉터(230)에서 미끌어지는 각도가 커지게 되고, 일정 각도 이상일 경우 기판(260)이 파손 될 염려가 있다. 액정표시장치에 주로 사용되는 기판은 두께가 약 0.7㎜에 불과하므로 작은 충격에도 쉽게 파손된다.
이로 인한 기판(260)의 파손을 방지하기 위한 것이 진공 체임버(200) 외부에 부착된 각도 측정기(250)이다.
도 4는 상기 각도 측정기를 도시한 정면도이다.
서셉터가 오염되지 않았을 경우 기판은 약 30°정도에서 미끌어지기 시작한다. 서셉터가 오염됨에 따라 미끌어지는 각도가 증가하게 되고 50°~85° 사이의 각도에서 미끌어지게 되면 기판이 스토퍼에 부딪혀 파손되거나 서셉터에서 이탈하여 추락할 염려가 있다.
각도 측정기(250)는 도시된 바와 같이 원형의 프레임(frame; 430)에 고정 나사(420)와 눈금이 형성되어 있다.
상기 고정나사(420)는 각도측정기(250)를 진공체임버에 고정하기 위한 것이다.
도시된 각도 측정기(250)에는 약 50°~90°의 각도를 나타내는 눈금(400)이 형성되어 있다. 박막 증착을 위해 서셉터가 기울어질 때 진공 체임버 외부에서 기판이 미끌어지기 시작하는 각도를 각도 측정기(250)에 표시된 눈금(400)에 의해 측정하게 된다.
또한, 상기 각도 측정기(250)에는 수준계(410)가 부착되어 있다. 상기 각도 측정기(250)는 원형이어서 진공 체임버에 정확한 위치로 고정나사(420)에 의해 설치되어야 한다. 정확한 위치보다 일정 각도 회전하여 설치되면 기판이 미끌어지는 각도를 측정할 때 오차가 발생하기 때문이다.
오염된 서셉터에 기판이 안착되었을 때 이에 의한 기판의 파손을 방지하는 과정은 다음과 같다.
우선, 오염된 서셉터에 로봇에 의해 서셉터에 설치된 스토퍼와 약 3㎜ 가량 간격을 두고 기판이 안착된다.
그 후, 구동부에 의해 서셉터가 들어올려져 서셉터가 지면과 경사를 이루게 된다. 서셉터가 지면과 경사를 이루는 각도를 진공 체임버 외부에 설치되어 있는 각도 측정기를 사용하여 관찰한다.
이 때, 서셉터의 오염되면 기판과 서셉터 사이의 마찰이 증가하여 기판은 지면과 30°의 각도를 이루어도 미끌어지지 않는다.
서셉터가 30°이상의 각도로 경사를 이루어 소정 각도 이상의 경사를 이루어 도 기판이 서셉터 상부를 미끌어지지 않으면 구동부의 동작을 정지시킨다. 상기 소정 각도에 도달하기 전 기판이 서셉터를 미끌어지면 기판의 파손 없이 공정을 수행하여 기판에 박막이 증착된다.
상기 소정 각도는 약 50°정도인 것이 바람직하며, 50°이상 서셉터가 기울어졌을 때 기판이 미끌어지면 스토퍼에 부딪혀 파손되거나 서셉터로부터 추락하게 될 염려가 있다.
구동부의 동작을 정지시킨 후, 서셉터로부터 기판을 분리하여 서셉터를 세정한다. 서셉터를 세정할 때는 기판과 화학적으로 반응하지 않는 용액을 사용한다.
서셉터를 세정한 후, 다시 기판을 서셉터에 안착시킨 후 상기 단계를 반복하여 스퍼터링 공정을 수행하게 된다.
상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이 아니라 바람직한 실시예로서 해석되어야 한다. 예를 들면, 본 발명의 실시예에 의한 스퍼터링 장치는 액정표시장치의 제조뿐만 아니라 일반 반도체 소자의 제조를 위한 웨이퍼의 파손을 방지하기 위해서도 사용될 수 있을 것이다.
따라서 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.
본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 스퍼터링 장치의 서셉터에 스토퍼를 설치함으로써 박막 증착 공정을 지면과 거의 수직인 상태에서 수행하여 증착 효율을 향상시킨다.
둘째, 기판을 수직으로 위치시키기 위해 서셉터를 기울일 때 서셉터와 지면과의 각도를 관찰하여 는 과정에서 기판이 파손되는 것을 방지할 수 있다.

Claims (5)

  1. 지면과 소정 각도로 기울어져 설치된 금속 타겟;
    로봇에 의해 운반되는 기판이 놓여지는 서셉터;
    상기 서셉터를 구동시켜 서셉터와 지면과의 각도를 조절하도록 서셉터에 부착되어 설치된 구동부;
    상기 서셉터 구동시 상기 기판을 지지하도록, 상기 서셉터 하단에 설치된 스토퍼;
    상기 금속 타겟, 서셉터, 스토퍼 및 구동부를 내부에 포함하는 진공 체임버;
    상기 서셉터의 각도를 측정하도록 상기 진공 체임버에 부착된 각도 측정기를 포함하는 액정표시장치의 스퍼터링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 각도 측정기는 수준계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 스퍼터링 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 타겟과 일정 간격 떨어져 설치되는 마스크를 추가로 포함하는 액정표시장치의 스퍼터링 장치.
  4. 지면과 평행한 서셉터 상부로 기판이 안착되는 단계;
    상기 서셉터가 지면과 소정 각도를 이루어 기울어지는 단계;
    상기 기판이 상기 서셉터 상부에서 소정 간격 미끌어지는 단계; 및
    상기 기판을 상기 서셉터로부터 제거하고 서셉터를 세정하는 단계를 포함하는 액정표시장치의 스퍼터링 장치의 오류시정방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 소정 각도는 50°~ 85°인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 스퍼터링 장치의 오류시정방법.
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