KR101093749B1 - 스퍼터링 장치 - Google Patents

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추혜용
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Abstract

본 발명은 스퍼터링 장치에 관한 것으로, 유도 결합 플라즈마 발생 장치를 이용하여 박막의 스텝 커버리지가 우수하고 치밀한 막질을 형성할 수 있는 스퍼터링 장치를 제공한다.
이를 위하여, 본 발명의 일실시 예에 따른 스퍼터링 장치는, 진공 배기 가능한 챔버; 피처리체의 탑재를 위하여 상기 챔버 내에 형성되는 탑재 수단; 외부로부터 유입되는 기체를 플라즈마(plasma)화하여 상기 챔버 내부로 유입시키기 위하여 상기 챔버의 일측에 형성되는 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma; ICP) 방출기; 및 상기 유입되는 플라즈마에 의하여 이온화될 타겟 물질을 탑재하기 위하여 상기 챔버 내에 형성되는 스퍼터 건(sputter gun)을 포함한다.
그럼으로써, 스텝 커버리지를 향상시키고 치밀한 막질을 얻을 수 있으며 저온 증착이 가능한 스퍼터링 장치를 제공할 수 있는 이점이 있다.
스퍼터링, 유도 결합 플라즈마, ICP

Description

스퍼터링 장치{sputtering device}
본 발명은 스퍼터링 장치에 관한 것으로, 특히 유도 결합 플라즈마 방출기를 이용한 스퍼터링 장치에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호 : 2006-S-079-03, 과제명 : 투명전자 소자를 이용한 스마트 창]
반도체 소자의 제조는 크게 건식 식각 공정, 화학 기상 증착 공정, 스퍼터링 공정 등으로 이루어진다. 이 중 물리적 증착 방법 중의 하나인 스퍼터링 공정을 위해 종래 이용되는 스퍼터링 장치는 플라즈마 소스와 마그네트론 건으로 구성되는데, 아르곤 등의 불활성 기체로 플라즈마를 형성하고 아르곤 양이온이 타겟 물질에 충격을 가하게 함으로써 기판에 타겟 물질을 증착시키는 방법을 이용한다.
상기와 같은 방법은, 증착 입자의 직진성과 낮은 화학적 특성으로 인해 박막의 스텝 커버러지(step coverage)가 낮고, 박막의 치밀성이 떨어지며, 박막의 흡착성도 약한 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 최근에는 마이크로 웨이 브(microwave), 필라멘트(filament) 및 이온 건(ion gun) 등을 이용하는 시도가 이루어지고 있다.
그러나, 마이크로 웨이브를 이용하는 방법은 가격이 비싼 단점이 있고, 필라멘트를 이용하는 방법은 장치의 유지 및 관리상의 어려움이 있으며, 이온 건을 이용하는 방법은 대면적의 기판 처리에 부적합하다는 단점이 있다.
따라서, 박막의 치밀성을 확보할 수 있고, 저렴하며, 대면적 기판에 적용이 가능한 스퍼터링 장치가 요구된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 박막의 스텝 커버리지가 우수하고 치밀한 막질을 형성할 수 있는 스퍼터링 장치를 제공하는 데에 있다.
이를 위하여, 본 발명의 일실시 예에 따른 스퍼터링 장치는, 진공 배기 가능한 챔버; 피처리체의 탑재를 위하여 상기 챔버 내에 형성되는 탑재 수단; 외부로부터 유입되는 기체를 플라즈마(plasma)화하여 상기 챔버 내부로 유입시키기 위하여 상기 챔버의 일측에 형성되는 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma; ICP) 방출기; 및 상기 유입되는 플라즈마에 의하여 이온화될 타겟 물질을 탑재하기 위하여 상기 챔버 내에 형성되는 스퍼터 건(sputter gun)을 포함한다.
바람직하게, 상기 유도 결합 플라즈마 방출기는 상기 탑재 수단에 대향되도록 상기 챔버의 상부에 형성되고, 상기 스퍼터 건은 상기 유도 결합 플라즈마 방출기와 상기 탑재 수단 사이에 형성된다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 유도 결합 플라즈마 방출기를 이용함으로써 스텝 커버리지를 향상시키고 치밀한 막질을 얻을 수 있으며 저온 증착이 가능한 이점이 있다. 또한, 저렴하게 스퍼터링 장치를 구성할 수 있으며, 대면적의 처리가 가 능하며, 플렉시블 기판의 처리가 가능한 이점이 있다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 스퍼터링 장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 스퍼터링 장치의 일부 확대도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 스퍼터링 장치는, 외관을 형성하는 챔버(100), 피처리체(112)의 탑재를 위한 탑재 수단, 플라즈마(plasma) 발생을 위한 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma; ICP) 방출기(120), 이온화될 타겟 물질을 탑재하기 위한 스퍼터 건(sputter gun)(130)을 포함한다.
챔버(100)는, 피처리체(112)의 표면 처리를 위한 공간을 제공하며, 내부에는 이를 위한 각종 구성 요소가 형성된다. 또한, 챔버(100)의 일측에는 배기구(160)가 형성되는데, 상기 배기구(160)는 스로틀 밸브(미도시) 및 진공 시스템(미도시) 등에 연결되어 기체의 외부 반출 및 챔버(100)의 진공 배기를 가능하게 한다. 챔버(100) 내의 압력은 상기 진공 시스템에 의하여 조절된다. 한편, 챔버(100)는 0.1~5.0m의 길이를 가지는 대면적 피처리체(112)의 처리를 가능하도록 충분한 크기를 갖는다.
탑재 수단은, 피처리체(112)의 탑재를 위한 영역을 제공하며, 설계자의 의도에 따라 평판 형태 등의 다양한 형태로 형성될 수 있다. 도 1에서는 플렉시블(flexible)한 피처리체(112)의 표면 처리를 가능하게 하는 롤 투 롤(Roll-to-Roll) 유닛(110)을 도시하고 있으나, 본 발명은 이에 한정하지 않고, 다양한 형태의 탑재 수단을 이용할 수 있다. 한편, 상기 탑재 수단은, 대면적 피처리체(112)의 처리가 가능하도록 0.1~5.0m 의 길이로 형성되는 것이 바람직하다.
도 1을 참조하면, 탑재 수단으로서 이용되는 롤 투 롤 유닛(110)은, 플렉시블한 피처리체(112)의 표면 처리를 위하여 양 단에 롤(roll)(110a, 110b)을 구비한다. 이러한 롤 투 롤 유닛(110)에서 어느 하나의 롤(100a)이 플렉시블한 피처리체(112)를 감아주는 리와인더(rewinder) 역할을 하는 경우, 다른 하나의 롤(110b)이 플렉시블한 피처리체(112)를 풀어주는 언와인더(unwinder) 역할을 한다. 반대로, 어느 하나의 롤(100b)이 플렉시블한 피처리체(112)를 감아주는 리와인더(rewinder) 역할을 하는 경우에는 다른 하나의 롤(110a)이 플렉시블한 피처리 체(112)를 풀어주는 언와인더(unwinder) 역할을 하게 된다. 또한, 상기 롤 투 롤 유닛(110)과 연결되는 외부 회로(미도시)를 이용하여 롤(110a, 110b)의 회전 속도를 제어할 수 있고, 그럼으로써 증착 박막의 두께를 조절할 수 있다.
피처리체(112)로는 일반적인 실리콘 기판을 이용할 수도 있고, 본 발명의 일실시 예와 같이 롤 투 롤 유닛(110)을 이용하는 경우에는 플라스틱 기판과 같은 플렉시블 기판을 이용할 수도 있다.
유도 결합 플라즈마 방출기(120)는, 유도 코일부(미도시)와 고주파 전원(미도시)을 포함하며, 외부로부터 유입되는 기체를 플라즈마 상태로 변환하여 챔버(100) 내부로 유입시킨다. 본 발명에서는, 상기 고주파 전원으로 13.56 ~ 27.12㎒의 주파수를 이용하며, 상기 기체로는 아르곤, 산소, 질소 및 도핑 가스 등을 이용할 수 있다.
유도 결합 플라즈마 방출기(120)의 크기는 표면 처리될 피처리체(112)의 크기에 따라 달리할 수 있으며, 필요에 따라 그 개수를 늘려서 형성할 수 있다. 상기와 같이, 다 수개의 유도 결합 플라즈마 방출기(120)를 형성하는 경우 피처리체(112)의 크기 및 모양 등을 고려하여 이온화된 기체의 증착 균일도를 최적화시키는 방향으로 상기 유도 결합 플라즈마 방출기(120)의 배열을 달리할 수 있다.
본 발명은, 상기와 같은 유도 결합 플라즈마 방출기(120)를 이용하여 반응 기체의 이온화율을 크게 향상시킴으로써 증착되는 박막의 균일성을 개선할 수 있 고, 치밀한 막질을 이룰 수 있으며, 증착 온도의 저온화를 가능하게 하는 이점이 있다. 또한, 마이크로 웨이브, 필라멘트 등을 이용하는 종래 기술에 대비하여 저렴하게 장치를 구성할 수 있는 이점이 있다.
스퍼터 건(130)에는 이온화될 타겟(target) 물질(132)이 탑재된다. 상기 스퍼터 건(130)은 기울기를 조절할 수 있는데, 이를 위하여 스퍼터 건(130)의 일측에 기울기 조절 수단(134)이 더 포함될 수 있다. 스퍼터 건(130) 사이의 간격은 표면 처리될 피처리체(112)의 크기에 따라 조절이 가능하며, 이를 위하여 스퍼터건의 이동을 가능하게 하는 운송 수단(미도시)을 더 구비한다. 바람직하게, 스퍼터 건(130)의 길이는 피처리체(112)의 폭보다 10~20% 긴 길이를 갖도록 0.11~6.00m의 길이를 갖는다.
증착하고자 하는 박막의 조성에 따라 상기 타겟 물질(132)은 여러 종류의 물질을 동시에 사용할 수 있다.
한편, 원활한 표면 처리를 위하여 유도 결합 플라즈마 방출기(120)를 탑재 수단과 대향하도록 챔버(100)의 상부에 형성하고, 스퍼터 건(130)은 유도 결합 플라즈마 방출기(120)와 탑재 수단의 사이에 형성하는 것이 바람직하다.
상기와 같이, 스퍼터 건(130)이 유도 결합 플라즈마 방출기(120)와 탑재 수단의 사이에 형성되는 경우, 유도 결합 플라즈마 방출기(120)로부터 직접 분사되는 플라즈마에 의하여 스퍼터 건(130)이 손상을 입을 수 있다.
이러한 손상을 억제하고 오염을 방지하기 위하여, 유도 결합 플라즈마 방출기(120)와 스퍼터 건(130)의 사이에 차단막(140, 이하, 제 1 차단막이라 함)을 형성할 수 있다. 즉, 도면에 도시된 바와 같이, 유도 결합 플라즈마 방출기(120)로부터 분사되는 플라즈마의 분사 경로는 화살표(121) 방향까지는 가능하지만, 제 1 차단막(140)의 형성으로 화살표(122) 방향으로의 직접 분사는 억제된다. 상기 제 1 차단막(140)은 스테인리스(stainless)를 이용하여 만들거나 세라믹(ceramics)을 코팅한 물질을 이용할 수 있다.
상기와 같이, 제 1 차단막(140)을 형성함으로써, 유도 결합 플라즈마 방출기(120)로부터 직접 분사되는 플라즈마에 의한 손상을 줄일 수 있는 이점이 있다.
한편, 상기한 바와 같이, 기울기 조절 수단(134)에 의하여 스퍼터 건(130)과 탑재 수단이 이루는 각도를 조절할 수 있는데, 바람직하게 상기 각도는 45~90°가 되도록 한다. 본발명은, 이처럼 스퍼터 건(130)과 탑재 수단을 탈축(off-axis)시킴으로써 스퍼터된 입자에 의한 피처리체(112)의 손상을 줄일 수 있다.
한편, 플라즈마에 의하여 이온화된 기체가 공정 영역 외부로 누설되는 것을 억제하기 위하여 챔버(100)의 상부 내면과 탑재 수단 사이에 차단막(150, 이하, 제 2 차단막이라 함)을 형성할 수 있다. 상기 제 2 차단막(150)은, 스퍼터 건(130)의 전체 구조를 둘러싸는 형태로 형성되어 이온화된 기체가 공정 영역 내의 기판에 집중될 수 있도록 한다. 한편, 상기 제 2 차단막(150)은, 세라믹(ceramics) 등으로 코팅된 물질을 이용하는 것이 바람직하며, 피처리체(112)와의 간격이 1cm 이상 되 도록 한다.
한편, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어 져서는 안 될 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 스퍼터링 장치를 나타내는 개략도,
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 스퍼터링 장치의 일부 확대도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 롤 투 롤 유닛
112 : 피처리체
120 : 유도 결합 플라즈마 방출기
130 : 스퍼터 건
134 : 기울기 조절 수단
140, 150 : 제1 차단막 및 제2 차단막

Claims (11)

  1. 진공 배기 가능한 챔버;
    피처리체의 탑재를 위하여 상기 챔버 내에 형성되는 탑재 수단;
    외부로부터 유입되는 기체를 플라즈마(plasma)화한 후에 상기 챔버 내부로 유입시키기 위하여 상기 챔버의 상부에 형성되는 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma; ICP) 방출기; 및
    상기 챔버 내에 형성되고, 상기 유입되는 플라즈마에 의하여 이온화될 타겟 물질을 탑재하고, 상기 타겟 물질에 물리적 충격을 가하여 상기 피처리체에 증착될 반응 기체를 형성하는 스퍼터 건(sputter gun)
    을 포함하는 스퍼터링 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 유도 결합 플라즈마 방출기는 상기 탑재 수단에 대향되도록 상기 챔버의 상부에 형성되고, 상기 스퍼터 건은 상기 유도 결합 플라즈마 방출기와 상기 탑재 수단 사이에 형성되는
    스퍼터링 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 플라즈마에 의한 상기 스퍼터 건의 손상을 억제하기 위하여 상기 유도 결합 플라즈마 방출기와 상기 스퍼터 건 사이에 형성되는 제 1차단막
    을 더 포함하는 스퍼터링 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 플라즈마가 공정 영역 외부로 누설되는 것을 억제하기 위하여 상기 챔버의 상부 내면과 상기 탑재 수단 사이에 형성되는 제2 차단막
    을 더 포함하는 스퍼터링 장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 스퍼터 건의 기울기를 조절하기 위한 기울기 조절 수단
    을 더 포함하는 스퍼터링 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 탑재 수단은,
    플렉시블(flexible)한 상기 피처리체의 표면 처리를 위하여 일측에는 플렉시블한 상기 피처리체를 감아주는 리와인더(rewinder)가 형성되고 타측에는 플렉시블한 상기 피처리체를 풀어주는 언와인더(unwinder)가 형성된 롤 투 롤(Roll-to- Roll) 유닛(unit)인
    스퍼터링 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 탑재 수단은,
    0.1~5.0m 의 길이로 형성되는
    스퍼터링 장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 스퍼터 건은,
    0.11~6.00m 의 길이로 형성되는
    스퍼터링 장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 유도 결합 플라즈마 방출기는,
    13.56 ~ 27.12㎒의 주파수를 이용하는
    스퍼터링 장치.
  10. 제 3항에 있어서, 상기 제 1차단막은,
    스테인리스(stainless)로 이루어지거나 세라믹(ceramics)으로 코팅된
    스퍼터링 장치.
  11. 제 4항에 있어서, 상기 제 2차단막은,
    세라믹(ceramics)으로 코팅된
    스퍼터링 장치.
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KR101425432B1 (ko) * 2012-12-24 2014-08-01 엘아이지에이디피 주식회사 기판 처리 장치

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