KR101073557B1 - 스퍼터링 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비정질 실리콘을 결정화시키기 위하여, 상기 비정질 실리콘 상에 극저농도의 금속 촉매를 증착시키기 위한 스퍼터링 장치에 관한 것으로, 공정 효율의 저하 없이 프리-스퍼터링(Pre-sputtering) 공정에 의한 금속 촉매의 불균일 정도를 최소화 함으로써, 상기 비정질 실리콘 상에 극저농도로 증착되는 금속 촉매의 균일도를 향상시킬 수 있는 스퍼터링 장치에 관한 것이다.
본 발명은 제 1 영역 및 제 2 영역을 포함하는 공정 챔버; 상기 공정 챔버의 내측에 위치하는 금속 타겟; 상기 금속 타겟을 이동시키며, 상기 금속 타겟으로부터 방출되는 금속 촉매의 진행 방향을 제어하기 위한 제 1 쉴드를 포함하는 타겟 이송부; 및 상기 제 2 영역에 상기 금속 타겟과 대향되도록 위치하는 기판 홀더를 포함하며, 상기 기판 홀더에 안착되는 기판과 금속 타겟 사이의 직선 거리와 상기 제 1 쉴드의 길이의 차이는 3cm 이하인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치에 관한 것이다.
스퍼터링 장치, 프리-스퍼터링 장치
Description
본 발명은 비정질 실리콘을 결정화시키기 위하여, 상기 비정질 실리콘 상에 극저농도의 금속 촉매를 증착시키기 위한 스퍼터링 장치에 관한 것으로, 공정 효율의 저하 없이 프리-스퍼터링(Pre-sputtering) 공정에 의한 금속 촉매의 불균일 정도를 최소화 함으로써, 상기 비정질 실리콘 상에 극저농도로 증착되는 금속 촉매의 균일도를 향상시킬 수 있는 스퍼터링 장치에 관한 것이다.
평판표시장치(Flat Panel Display device)는 경량 및 박형 등의 특성으로 인하여, 음극선관 표시 장치(Cathode-ray Tube Display device)를 대체하는 표시 장치로 사용되고 있으며, 대표적인 예로서 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display device; LCD)와 유기전계발광표시장치(Organic Light Emitting diode Display device; OLED)가 있다. 이 중, 유기전계발광표시장치는 액정표시장치에 비하여 휘도 특성 및 시야각 특성이 우수하고 백라이트(Backlight)를 필요로 하지 않아 초박형으로 구현할 수 있다는 장점이 있다.
상기 유기전계발광표시장치는 구동 방법에 따라 수동 구동(Passive matrix) 방식과 능동 구동(Active matrix) 방식으로 나뉘는데, 능동 구동 방식은 박막 트랜 지스터(Thin Film Transistor; TFT)를 사용하는 회로를 가진다.
상기 박막 트랜지스터는 일반적으로 소오스 영역, 드레인 영역 및 채널 영역을 포함하는 반도체층, 게이트 전극, 소오스 전극 및 드레인 전극을 포함한다. 상기 반도체층은 다결정 실리콘(polycrystalline silicon; poly-si) 또는 비정질 실리콘(amorphous silicon; a-si)으로 형성할 수 있으나, 상기 다결정 실리콘의 전자 이동도가 비정질 실리콘의 그것보다 높아 현재는 다결정 실리콘을 주로 적용하고 있다.
상기 비정질 실리콘을 다결정 실리콘으로 결정화하는 방법 중 하나로 금속을 이용한 결정화 방법이 있으며, 상기 금속을 이용한 결정화 방법은 플라즈마를 이용하여 니켈과 같은 결정화 유도 금속으로 형성된 금속 타겟으로부터 기판 상에 결정화 유도 금속을 증착하는 스퍼터링(Sputtering) 공정 또는 니켈과 같은 결정화 유도 금속인 금속 촉매를 포함하는 반응 가스를 이용하여 화학적인 방법으로 기판 상에 상기 금속 촉매의 원자층을 형성하는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD) 공정 등에 의해 기판 상에 금속 촉매를 증착하고, 상기 금속 촉매를 시드(seed)로 상기 비정질 실리콘을 결정화함으로써, 비교적 낮은 온도에서 빠른 시간 내에 결정화시킬 수 있는 장점을 가지고 있다.
통상적인 스퍼터링 장치는 타겟의 배면에 마그네틱 조립체를 이용하여 상기 타겟과 기판 상에 플라즈마를 집중시켜 짧은 시간에 두꺼운 막을 균일하게 증착시키기 위한 것인 반면, 금속을 이용한 결정화 방법은 비정질 실리콘을 결정화하여 형성된 다결정 실리콘에 금속 촉매가 잔류하는 경우, 박막 트랜지스터의 특성을 저하시키며, 특히 상기 다결정 실리콘에 잔류하는 금속 촉매가 자화되는 경우 상기 박막 트랜지스터의 구동을 불균일하게 할 수 있으므로, 상기 금속을 이용한 결정화 방법에 사용되는 스퍼터링 장치는 마그네틱 조립체를 사용하지 않고 상기 금속 촉매로 형성된 금속 타겟을 이동시키며 증착 공정을 수행하여 니켈과 같은 결정화 유도 금속으로부터 방출되는 금속 촉매의 자화 방지 및 극저농도의 금속 촉매가 증착될 수 있도록 한다.
그러나, 상기와 같은 마그네틱을 사용하지 않으며 금속 타겟을 이동시켜 증착 공정을 수행하는 스퍼터링 장치에 있어서, 극저농도의 금속 촉매를 보다 균일하고 안정적으로 증착시킬 수 있도록, 증착 공정 전 상기 금속 타겟의 표면에 부착된 NiO2 등의 이물을 제거하는 프리-스퍼터링 공정을 수행하고 있는 경우, 상기 프리-스퍼터링 공정 동안 상기 금속 타겟으로부터 방출되는 금속 촉매가 기판의 가장 자리에 증착되어, 상기 기판에 증착되는 금속 촉매의 균일도를 저하시키는 문제점이 있다.
또한, 상기 프리-스퍼터링 공정 동안 상기 금속 타겟으로부터 방출되는 금속 촉매가 상기 기판에 증착되지 않도록 하기 위하여, 상기 프리-스퍼터링 공정 동안 상기 플라즈마 생성 영역을 격리시키는 방법이 있으나, 상기 플라즈마 생성 영역을 격리하기 위한 별도의 쉴드가 필요하며, 상기 프리-스퍼터링 공정의 진행에 따라 상기 별도의 쉴드를 형성 또는 제거하기 위하여 일정 시간이 소요되므로, 증착 공정이 지연되어 전체적인 공정 효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 금속 촉매의 자화 방지 및 극저농도의 금속 촉매를 증착시키기 위하여 마그네틱 조립체를 사용하지 않고 금속 타겟을 이동시키는 스퍼터링 장치에 있어서, 공정 효율의 저하 없이 프리-스퍼터링(Pre-sputtering) 공정 동안 상기 금속 타겟으로부터 방출되는 금속 촉매가 기판에 증착되는 것을 최소화하여 상기 기판에 증착되는 금속 촉매의 균일도를 향상시킬 수 있는 스퍼터링 장치를 제공함에 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 제 1 영역 및 제 2 영역을 포함하는 공정 챔버; 상기 공정 챔버의 내측에 위치하는 금속 타겟; 상기 금속 타겟을 이동시키며, 상기 금속 타겟으로부터 방출되는 금속 촉매의 진행 방향을 제어하기 위한 제 1 쉴드를 포함하는 타겟 이송부; 및 상기 제 2 영역에 상기 금속 타겟과 대향되도록 위치하는 기판 홀더를 포함하며, 상기 기판 홀더에 안착되는 기판과 금속 타겟 사이의 직선 거리와 상기 제 1 쉴드의 길이의 차이는 3cm 이하인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치에 의해 달성된다.
따라서, 본 발명에 따른 스퍼터링 장치는 공정 챔버를 프리-스퍼터링 공정이 수행되는 영역 및 증착 공정이 수행되는 영역으로 분리시키고, 금속 타겟이 상기 공정 챔버의 프리-스퍼터링 수행 영역 및 증착 수행 영역을 이동하여 상기 프리-스퍼터링 공정 및 증착 공정이 순차적으로 수행되는 스퍼터링 장치에 있어서, 상기 금속 타겟을 이동시키기 위한 타겟 이송부에 상기 금속 타겟으로부터 방출되는 금속 촉매의 진행 방향을 제어하기 위한 제 1 쉴드를 형성하고, 상기 금속 타겟과 기판 사이의 직선 거리와 상기 제 1 쉴드의 길이가 3cm 이하의 차이를 갖도록 함으로써, 전체적인 증착 공정의 효율성 저하 없이, 기판에 극저농도로 증착되는 금속 촉매의 균일도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 이에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시 예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 더욱 명확하게 이해될 것이다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성 요소를 나타내는 것이며, 도면에 있어서 층 및 영역의 기이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다.
(실시 예)
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 스퍼터링 장치를 나타낸 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 스퍼터링 장치(100)는 프리-스퍼터링 공정이 수행되는 제 1 영역(A) 및 증착 공정이 수행되는 제 2 영역(B)을 포 함하는 공정 챔버(110), 상기 공정 챔버(110)의 내측에 위치하는 금속 타겟(120), 상기 금속 타겟(120)을 이동시키며, 상기 금속 타겟(120)으로부터 방출되는 금속 촉매의 진행 방향을 제어하기 위한 제 1 쉴드(150)를 포함하는 타겟 이송부(130) 및 상기 공정 챔버(110)의 제 2 영역(B)에 상기 금속 타겟(120)에 대향되도록 위치하며, 기판(S)을 안착시키기 위한 기판 홀더(140)를 포함한다.
상기 공정 챔버(110)는 상기 프리-스퍼터링 공정 및 증착 공정을 수행하기 위한 공간을 제공하기 위한 것으로, 상기 금속 타겟(120)과 기판 홀더(140) 사이에 플라즈마를 생성하기 위한 반응 가스를 공급하는 가스 유입구(112) 및 잔류 반응 가스를 배기시키기 위한 배기구(117)를 더 포함하며, 상기 배기구(117)를 상기 공정 챔버(110) 내부의 압력을 제어하기 위한 진공 펌프(170)과 연결되도록 하여, 별도의 배기 펌프 없이 상기 잔류 반응 가스를 용이하게 배기할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 반응 가스는 상기 기판 홀더(140)에 안착된 기판(S)의 손상을 방지하기 위하여 낮은 전력에서 플라즈마 생성이 가능한 아르곤(Ar) 가스일 수 있다.
또한, 상기 공정 챔버(110)는 불필요한 플라즈마 생성을 방지하며, 상기 공정 챔버(110) 내부에 잔존하는 플라즈마에 의해 반입 및 반출되는 기판(S) 상의 비정질 실리콘이 손상되는 것을 방지하기 위하여, 상기 금속 타겟(120)과 기판 홀더(140) 사이의 제 1 영역(A) 및 제 2 영역(B)을 감싸는 제 2 쉴드(160)를 통해 상기 기판(S)의 반출입구(115)를 플라즈마 생성 영역으로부터 분리시킬 수 있으며, 이 경우, 상기 공정 챔버(110)는 상기 기판 홀더(140)를 상기 반출입구(115)와 상기 제 2 쉴드(160)의 제 2 영역(B)으로 이동시키기 위한 홀더 이송부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 스퍼터링 장치(100)는 상기 공정 챔버(110)의 가스 유입구(112)를 통해 유입되는 반응 가스가 상기 제 2 쉴드(160)를 통과하여 상기 제 1 영역(A) 및 제 2 영역(B)으로 직접 공급되도록 할 수 있으나, 상기 기판(S) 상에 극저농도의 금속 촉매를 용이하게 증착시키기 위해서는 플라즈마가 약하게 생성되는 것이 바람직하므로, 상기 가스 유입구(112)는 상기 반응 가스가 상기 제 2 쉴드(160)에 의해 감싸지지 않는 상기 공정 챔버(110)의 내측, 즉 상기 공정 챔버(110)와 제 2 쉴드(160) 사이로 공급되도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시 예에 따른 스퍼터링 장치(100)의 공정 챔버(110)는 상기 금속 타겟(120)과 기판 홀더(140) 사이에 플라즈마가 용이하게 생성되며, 증착 공정 동안 상기 제 1 영역(A)에서의 플라즈마 생성을 억제하기 위하여, 상기 금속 타겟(120)을 이동시키는 상기 타겟 이송부(130)의 내측에 위치하는 제 1 전극(132) 및 상기 기판 홀더(140)의 내측에 위치하며, 상기 제 1 전극(132)와 상이한 극성의 전원 전압과 연결되는 제 2 전극(142)를 포함한다.
여기서, 상기 공정 챔버(110) 내부에 생성되는 플라즈마는 상기 제 1 전극(132)과 제 2 전극(142) 사이의 전압 차에 의해 생성되므로, 상기 플라즈마 생성을 용이하게 제어할 수 있도록 상기 제 1 전극(132)을 일정한 DC 전압이 공급되는 전력 공급부(180)에 연결시키고, 상기 제 2 전극(142)을 제 1 기준 전압원과 연결 시키는 것이 바람직하다.
상기 기판 홀더(140)는 상기 공정 챔버(110) 내측으로 반입된 상기 기판(S)이 안착되기 위한 공간을 제공하기 위한 것으로, 상기 기판(S)을 고정하기 위한 고정 부재(145)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 고정 부재(145)는 상기 기판 홀더(140)의 이동에 의해 상기 기판(S)이 손상되는 것을 방지하기 위하여, 상기 기판(S)의 가장 자리를 감싸도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 금속 타겟(120)은 니켈 등과 같이 금속을 이용한 결정화 방법에 사용되는 결정화 유도 금속, 즉 금속 촉매를 상기 기판 홀더(140)에 안착된 기판(S)으로 방출하기 위한 것으로, 상기 기판(S)과 일정 직선 거리(h)만큼 이격되어 위치하며, 상기 타겟 이송부(130)는 상기 금속 타겟(120)을 상기 제 1 영역(A) 및 제 2 영역(B)으로 이동시키기 위한 것으로, 일정 길이(d)를 가지는 제 1 쉴드(150)를 포함한다.
여기서, 상기 타겟 이송부(130)는 증착 공정 전에는 상기 금속 타겟(120)이 상기 제 1 영역(A)에 위치하도록 하여 프리-스퍼터링 공정이 수행될 수 있도록 하고, 증착 공정 동안에는 상기 금속 타겟(120)이 상기 제 2 영역(B)에 위치하도록 하여, 상기 기판(S) 상에 금속 촉매가 증착될 수 있도록 하며, 증착 공정이 수행되는 동안, 상기 금속 타겟(120)이 상기 제 2 영역(B)을 왕복하도록 하여 상기 기판(S) 상에 극저농도의 금속 촉매가 더욱 균일하게 증착되도록 할 수도 있다.
통상적으로 기판과 일정 직선 거리 h 만큼 떨어진 곳에 포인트 소스(point source)가 위치하는 경우, 상기 포인트 소스로부터 방출되는 원자 빔이 기판의 각 위치에 증착되는 량은 코사인의 법치(the cosine's law)에 따라 하기 수식(1)과 같이 계산된다.
여기서, NA는 아보가드로의 수(Avogadro's number), T는 절대 온도, p는 챔버의 압력, θ는 증착각, M은 기판의 분자량(molecular weight)이다.
프리-스퍼터링 공정 및 증착 공정을 순차적으로 수행하는 스퍼터링 장치에 있어서, 금속 타겟으로부터 방출되는 금속 촉매의 양이 공정 시간 동안 일정하고, 상기 금속 촉매가 기판에 접착되는 접착력이 이상적(ideal)이라 가정한 후, 상기 수식 (1)을 이용하여 일정 폭을 가지는 금속 타겟이 타겟 이송부에 의해 기판 상을 이동하며 상기 기판에 금속 촉매를 분사하는 경우를 계산하면, 상기 기판에 증착되는 금속 촉매의 불균일 정도는 도 2와 같이 나타난다.
도 2를 참조하면, 상기 기판 상에 증착되는 금속 촉매는 상기 기판의 가장 자리, 즉 증착 공정이 시작되는 위치와 종료되는 위치에서 불균일하게 증착되며, 상기 금속 촉매의 불균일도는 2% 정도 되는 것을 알 수 있다.
여기서, 도 2에 도시된 그래프는 가장 이상적인 환경에서 프리-스퍼터링 공정 및 증착 공정이 수행되는 경우, 기판에 증착되는 금속 촉매의 불균일도를 나타내는 것이므로, 도 2를 참조하면 금속 타겟으로부터 방출되는 금속 촉매의 진행 방 향을 제어하기 위한 제 1 쉴드가 없는 경우, 상기 기판에 증착되는 금속 촉매의 불균일도는 2% 이하가 될 수 없다는 것을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 스퍼터링 장치에 있어서, 금속 타겟(120)과 기판(S) 사이의 직선 거리(h)와 제 1 쉴드(150)의 길이(d) 사이의 차이에 따른 기판에 증착되는 금속 촉매의 불균일도를 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, 금속 타겟(120)과 기판(S) 사이의 직선 거리(h)와 상기 제 1 쉴드(150)의 길이(d) 사이의 차이가 작을 수록 상기 기판(S) 상에 증착되는 금속 촉매의 불균일도가 감소하며, 특히 금속 타겟(120)과 기판(S) 사이의 직선 거리(h)와 상기 제 1 쉴드(150)의 길이(d) 사이의 차이가 3cm 이하가 되는 경우, 금속 촉매의 불균일 정도는 2% 이하가 되는 것을 알 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 따른 실시 예에 따른 스퍼터링 장치는 금속 타겟을 이동시키기 위한 타겟 이송부에 상기 금속 타겟으로부터 방출되는 금속 촉매의 진행 방향을 제어하기 위한 제 1 쉴드를 형성하고, 상기 금속 타겟과 기판 사이의 직선 거리와 상기 제 1 쉴드의 길이 사이의 차이가 3cm 이하가 되도록 함으로써, 상기 기판에 증착되는 금속 촉매의 불균일도가 2% 이하, 즉 상기 제 1 쉴드가 없이 증착 공정을 수행하는 경우 얻을 수 있는 최대 균일도보다 향상된 금속 촉매의 증착 균일도를 갖도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 스퍼터링 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 타겟 이송부에 제 1 쉴드를 형성하지 않고 금속 타겟을 이동하여 증착 공정을 수행하는 경우, 기판의 증착 불균일 정도를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 스퍼터링 장치에 있어서, 금속 타겟과 기판 사이의 직선 거리와 제 1 쉴드의 길이 사이의 차이에 따른 기판에 증착되는 금속 촉매의 불균일도를 나타낸 그래프이다.
<도면 주요 부호에 대한 부호의 설명>
100 : 스퍼터링 장치 110 : 공정 챔버
120 : 금속 타겟 130 : 타겟 이송부
140 : 기판 홀더 150 : 제 1 쉴드
160 : 제 2 쉴드 170 : 진공 펌프
180 : 전력 공급부
Claims (12)
- 제 1 영역 및 제 2 영역을 포함하는 공정 챔버;상기 공정 챔버의 내측에 위치하는 금속 타겟;상기 금속 타겟을 이동시키며, 상기 금속 타겟으로부터 방출되는 금속 촉매의 진행 방향을 제어하기 위한 제 1 쉴드를 포함하는 타겟 이송부; 및상기 제 2 영역에 상기 금속 타겟과 대향되도록 위치하는 기판 홀더를 포함하며,상기 기판 홀더에 안착되는 기판과 금속 타겟 사이의 직선 거리와 상기 제 1 쉴드의 길이의 차이는 3cm 이하인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 타겟 이송부의 내측에 위치하는 제 1 전극 및 상기 기판 홀더의 내측에 위치하며, 상기 제 1 전극과 상이한 극성의 전원 전압이 공급되는 제 2 전극을 더 포함하는 스퍼터링 장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 1 전극은 일정한 DC 전압을 공급하는 전력 공급부와 연결되고, 상기 제 2 전극은 기준 전압원과 연결되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 금속 타겟과 기판 홀더 사이의 제 1 영역 및 제 2 영역을 감싸는 제 2 쉴드를 더 포함하는 스퍼터링 장치.
- 제 4 항에 있어서,상기 공정 챔버 내측으로 기판을 반입 및 반출하기 위한 반출입구; 및상기 기판 홀더를 상기 반출입구 및 상기 제 2 쉴드의 제 2 영역으로 이동시키기 위한 홀더 이송부를 더 포함하는 스퍼터링 장치.
- 제 4 항에 있어서,상기 공정 챔버와 제 2 쉴드 사이에 플라즈마 생성을 위한 반응 가스를 유입시키는 유입구를 더 포함하는 스퍼터링 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 반응 가스는 아르곤 가스인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 기판 홀더의 일측에 위치하며, 상기 기판을 고정하기 위한 고정 부재를 더 포함하는 스퍼터링 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 금속 타겟은 니켈로 형성되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 타겟 이송부는 증착 공정 동안 상기 금속 타겟이 상기 제 2 영역을 왕복하도록 하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 영역은 프리-스퍼터링 공정이 수행되는 영역이며, 상기 제 2 영역은 증착 공정이 수행되는 영역인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 공정 챔버의 배기구에 연결되는 진공 펌프를 더 포함하는 스퍼터링 장치.
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