KR101125557B1

KR101125557B1 - 스퍼터 장치

Info

Publication number: KR101125557B1
Application number: KR1020100023468A
Authority: KR
Inventors: 정홍기; 유운종; 신상호; 김영민
Original assignee: 주식회사 에스에프에이
Priority date: 2010-03-16
Filing date: 2010-03-16
Publication date: 2012-03-22
Also published as: KR20110104365A

Abstract

스퍼터 장치가 개시된다. 본 발명의 스퍼터 장치는, 상호 이격 배치되는 다수의 기판에 대한 증착 공간을 형성하는 챔버 바디; 및 챔버 바디 내에 마련되되 다수의 기판 사이에서 회전 가능하며, 외벽에 마련되어 다수의 기판 모두를 향하여 증착 물질을 제공하는 타겟과, 타겟의 내측에 상호 이격 배치되게 마련되는 다수의 마그네트 유닛을 구비하는 회전형 캐소드를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 회전형 캐소드를 적용함에 따라 파생될 수 있는 다양한 장점을 최대한 활용할 수 있어 종래기술처럼 타겟을 빈번하게 교체하는데 따른 제반적인 로스(loss)를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 원가를 감소시킬 수 있고, 무엇보다도 증착 공정에 있어서의 사용 효율 및 생산성을 높일 수 있다.

Description

스퍼터 장치{Apparatus to Sputter}

본 발명은, 스퍼터 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 회전형 캐소드를 적용함에 따라 파생될 수 있는 다양한 장점을 최대한 활용할 수 있어 종래기술처럼 타겟을 빈번하게 교체하는데 따른 제반적인 로스(loss)를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 원가를 감소시킬 수 있고, 무엇보다도 증착 공정에 있어서의 사용 효율 및 생산성을 높일 수 있는 스퍼터 장치에 관한 것이다.

LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel) 및 OLED(Organic Light Emitting Diodes) 등의 평판디스플레이나 반도체는 박막 증착(Deposition), 식각(Etching) 등의 다양한 공정을 거쳐 제품으로 출시된다.

다양한 공정 중에서 특히 박막 증착 공정은, 증착의 중요한 원칙에 따라 크게 두 가지로 나뉜다.

하나는 화학적 기상 증착(Chemical Vapor deposition, CVD)이고, 다른 하나는 물리적 기상 증착(Physical Vapor Deposition, PVD)이며, 이들은 현재 공정의 특성에 맞게 널리 사용되고 있다.

화학적 기상 증착은, 외부의 고주파 전원에 의해 플라즈마(Plasma)화 되어 높은 에너지를 갖는 실리콘계 화합물 이온(ion)이 전극을 통해 샤워헤드로부터 분출되어 기판 상에 증착되도록 하는 방식이다.

이에 반해, 스퍼터 장치로 대변될 수 있는 물리적 기상 증착은, 플라즈마 내의 이온에 충분한 에너지를 걸어주어 타겟에 충돌되도록 한 후에 타겟으로부터 튀어나오는, 즉 스퍼터되는 타겟 원자가 기판 상에 증착되도록 하는 방식이다.

물론, 물리적 기상 증착에는 전술한 스퍼터(Sputter) 방식 외에도 이-빔(E-Beam), 이베퍼레이션(Evaporation), 서멀 이베퍼레이션(Thermal Evaporation) 등의 방식이 있기는 하지만, 이하에서는 스퍼터링 방식의 스퍼터 장치를 물리적 기상 증착라 하기로 한다.

종래기술에 따른 스퍼터 장치의 구조도가 도 1에 도시되어 있다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 종래의 스퍼터 장치는, 히터(17a,17b)에 의해 가열되는 기판을 향하여 증착 물질을 제공하는 스퍼터 소스(sputter source)로서의 타겟(20a,20b)이 일측에 마련되는 캐소드(30a,30b)를 구비한다. 이때의 캐소드(30a,30b)는 고정된 타입의 평면형 캐소드(30a,30b)이며, 챔버(미도시)의 상부벽 또는 하부벽에 고정된다.

예컨대, 도 1의 (a)는 평면형 캐소드(30a)가 챔버의 상부벽에 고정된 형태로서 이때의 타겟(20a)은 평면형 캐소드(30a)의 하면에 결합된다. 그리고 도 1의 (b)는 평면형 캐소드(30a,30b)가 챔버의 상부벽 또는 하부벽 모두에 고정된 형태로서 이때의 타겟(20a,20b)은 평면형 캐소드(30a,30b)의 하면 및 상면에 각각 결합된다.

도 1의 (a)는 하향식 스퍼터 장치이고, 도 1의 (b)는 하향 및 상향 겸용 스퍼터 장치일 수 있는데, 도 1의 (b) 형태가 도 1의 (a)에 비해 사용 효율 및 생산성을 높일 수 있는 방안일 수 있다.

하지만, 도 1의 (b)와 같을 경우, 평면형 캐소드(30a,30b)가 두 개 필요하기 때문에 실질적으로 장치의 제조비용은 높아질 수밖에 없는 단점이 있다.

이에, 근자에 들어서는 그 일면에만 타겟(20a,20b)이 결합되는 위치 고정된 타입의 평면형 캐소드(30a,30b) 대신에 회전이 가능한 회전형 캐소드를 적용함으로써 증착 공정에 있어서의 사용 효율 및 생산성을 높일 수 있도록 하는 기술을 연구 중에 있다.

실제 이러한 기술이 상용화된다면 종래기술처럼 타겟을 빈번하게 교체하는데 따른 제반적인 로스(loss)를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 원가를 감소시킬 수 있고, 무엇보다도 증착 공정에 있어서의 사용 효율 및 생산성을 높일 수 있을 것이라 기대된다.

이처럼 회전형 캐소드를 적용할 경우, 다양한 장점이 있음에도 불구하고 현재까지 연구된 바에 따르면 도 1의 (b) 형태에서 평면형 캐소드(30a,30b) 대신에 회전형 캐소드를 대체하는 정도에 지나지 않았기 때문에 회전형 캐소드의 적용 시 파생될 수 있는 다양한 장점을 활용하지 못하고 있는 실정이다.

본 발명의 목적은, 회전형 캐소드를 적용함에 따라 파생될 수 있는 다양한 장점을 최대한 활용할 수 있어 종래기술처럼 타겟을 빈번하게 교체하는데 따른 제반적인 로스(loss)를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 원가를 감소시킬 수 있고, 무엇보다도 증착 공정에 있어서의 사용 효율 및 생산성을 높일 수 있는 스퍼터 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 상호 이격 배치되는 다수의 기판에 대한 증착 공간을 형성하는 챔버 바디; 및 상기 챔버 바디 내에 마련되되 상기 다수의 기판 사이에서 회전 가능하며, 외벽에 마련되어 상기 다수의 기판 모두를 향하여 증착 물질을 제공하는 타겟과, 상기 타겟의 내측에 상호 이격 배치되게 마련되는 다수의 마그네트 유닛을 구비하는 회전형 캐소드를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 다수의 마그네트 유닛은 상기 회전형 캐소드의 회전축심을 기준으로 상호 대칭되게 배치될 수 있다.

상기 회전형 캐소드는, 상기 다수의 마그네트 유닛을 외부에서 둘러싸고 상기 타겟이 그 외벽에 마련되는 캐소드 백킹 플레이트(cathode backing plate); 및 상기 캐소드 백킹 플레이트와 연결되어 상기 캐소드 백킹 플레이트의 회전축심을 형성하며, RF 또는 DC 전원의 파워(power)가 전기적으로 연결되는 캐소드 회전축을 더 포함할 수 있다.

상기 회전형 캐소드는, 상기 캐소드 백킹 플레이트와 상기 캐소드 회전축 사이에 마련되어 상기 캐소드 백킹 플레이트와 상기 캐소드 회전축을 결합시키는 백킹튜브를 더 포함할 수 있다.

상기 챔버 바디의 외부에서 상기 회전형 캐소드와 연결되되 상기 캐소드 백킹 플레이트의 내부 일측으로 냉각수가 유입되는 냉각수 유입관; 및 상기 냉각수 유입관에 인접되게 배치되며, 상기 캐소드 백킹 플레이트의 내부로부터 냉각수가 배출되는 냉각수 배출관을 더 포함할 수 있다.

상기 다수의 기판은 제1 및 제2 기판일 수 있으며, 상기 다수의 마그네트 유닛은 상기 제1 및 제2 기판에 대응되는 제1 및 제2 마그네트 유닛일 수 있으며, 상기 제1 및 제2 마그네트 유닛은 상호간 대칭되는 동일 구조로 마련될 수 있다.

상기 제1 및 제2 마그네트 유닛 각각은, 실질적으로 자기장을 발생시키는 다수의 마그네트; 베이스(base)를 형성하는 베이스 폴 플레이트; 및 상기 베이스 폴 플레이트에 대해 상대 위치 조정 가능하게 상기 베이스 폴 플레이트에 결합되며, 상기 다수의 마그네트가 개별적으로 각각 접착되는 다수의 개별 폴 플레이트를 포함할 수 있다.

상기 베이스 폴 플레이트와 상기 개별 폴 플레이트를 상호간 체결시키는 다수의 세팅볼트를 더 포함할 수 있다.

상기 다수의 세팅볼트는, 상기 베이스 폴 플레이트에 대해 상기 개별 폴 플레이트의 갭 또는 각도를 조절하는 조절볼트; 및 상기 베이스 폴 플레이트와 상기 개별 폴 플레이트를 상호간 체결시키는 체결볼트를 포함할 수 있다.

상기 다수의 마그네트는, 상기 베이스 폴 플레이트의 중앙 영역에 배치되는 중심부 마그네트; 및 상기 중심부 마그네트의 외곽에서 상기 베이스 폴 플레이트의 외곽에 배치되되 상기 베이스 폴 플레이트에 대한 돌출 높이가 상기 중심부 마그네트보다 낮거나 상기 중심부 마그네트의 사이즈보다 부피가 작은 다수의 외곽부 마그네트를 포함할 수 있다.

상기 회전형 캐소드와 상기 다수의 기판 사이의 영역 각각에서 상기 챔버 바디의 내벽에 결합되어 상기 기판의 외측 영역으로 상기 증착 물질이 향하는 것을 저지하는 쉴드(shield); 상기 다수의 기판에 각각 접촉되어 상기 다수의 기판을 이송 가능하게 지지하는 기판 이송 지지부; 및 상기 다수의 기판에 각각 인접하게 배치되어 상기 다수의 기판을 가열하는 히터를 더 포함할 수 있다.

상기 챔버 바디의 내부에는 상기 다수의 기판과 그 사이에 배치되는 하나의 상기 회전형 캐소드로 형성되는 하나의 증착단위체가 다수 개 마련될 수 있다.

상기 챔버 바디는 상기 기판이 수평 방향으로 배치된 상태에서 증착되는 수평형 타입 또는 상기 기판이 수직 방향으로 배치된 상태에서 증착되는 수직형 타입일 수 있다.

본 발명에 따르면, 회전형 캐소드를 적용함에 따라 파생될 수 있는 다양한 장점을 최대한 활용할 수 있어 종래기술처럼 타겟을 빈번하게 교체하는데 따른 제반적인 로스(loss)를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 원가를 감소시킬 수 있고, 무엇보다도 증착 공정에 있어서의 사용 효율 및 생산성을 높일 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 스퍼터 장치의 구조도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 스퍼터 장치의 구조도이다.
도 3은 회전형 캐소드 영역의 측면 구조도이다.
도 4는 마그네트 유닛의 평면 구조도이다.
도 5는 도 4의 종방향 단면 구조로서의 마그네트 유닛과 타겟 간의 배치 상태도이다.
도 6은 도 4의 횡방향 단면 구조로서의 마그네트 유닛과 타겟 간의 배치 상태도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스퍼터 장치의 종단면 구조도이다.
도 8은 도 7의 횡단면 구조도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 스퍼터 장치의 종단면 구조도이다.
도 10은 도 9의 횡단면 구조도이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 스퍼터 장치의 구조도이고, 도 3은 회전형 캐소드 영역의 측면 구조도이며, 도 4는 마그네트 유닛의 평면 구조도이고, 도 5는 도 4의 종방향 단면 구조로서의 마그네트 유닛과 타겟 간의 배치 상태도이며, 도 6은 도 4의 횡방향 단면 구조로서의 마그네트 유닛과 타겟 간의 배치 상태도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 스퍼터 장치는, 상호 이격 배치되는 제1 및 제2 기판에 대한 증착 공간을 형성하는 챔버 바디(110, chamber body)와, 챔버 바디(110) 내에 마련되되 제1 및 제2 기판 사이에서 회전 가능하며 제1 및 제2 기판 모두를 향하여 증착 물질을 제공하는 스퍼터 소스(sputter source)로서의 타겟(120)이 외벽에 마련되는 회전형 캐소드(130)를 포함한다.

본 실시예에서 제1 및 제2 기판은 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel) 및 OLED(Organic Light Emitting Diodes) 등의 평면디스플레이 기판이거나 아니면 태양전지용 기판, 혹은 반도체 웨이퍼 기판일 수 있는데, 이하에서는 별도의 구분 없이 기판이라는 용어로 통일하도록 한다.

그리고 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 스퍼터 장치는 제1 및 제2 기판 사이에 하나의 회전형 캐소드(130)가 마련되어 제1 및 제2 기판 모두에 동시에 증착막을 형성시키는 구조를 개시하고 있는데, 만일 제1 및 제2 기판의 사이즈가 일반적인 경우보다 크다면 회전형 캐소드(130)는 두 개 이상 병렬적으로 배치될 수도 있다.

또한 본 실시예의 설명에서 제1 및 제2 기판이라 함은 단순히 2장의 기판일 수도 있지만 별도의 트레이나 팔렛트에 지지된 다수 장의 기판일 수도 있다. 예컨대, 태양전지용 기판은 그 사이즈가 작기 때문에 별도의 트레이나 팔렛트에 여러 장이 함께 지지되어 한번에 증착될 수도 있는데, 이러한 경우라면 도 2에 도시된 제1 및 제2 기판의 위치에 다수의 기판이 지지되는 트레이나 팔렛트가 배치될 것이므로 제1 및 제2 기판이 단순히 2장의 기판이라고 간주되어서는 아니될 것이다. 이하, 스퍼터 장치의 구성에 대해 하나씩 순차적으로 설명한다.

챔버 바디(110)는 외관 벽체를 형성하는 부분으로서 증착 공정 시 그 내부는 밀폐되고 고진공 상태를 유지한다. 이를 위해, 챔버 바디(110)의 하부 영역에는 게이트 밸브(111)가 마련되고, 게이트 밸브(111) 영역에는 진공 펌프(112)가 장착된다. 이에, 게이트 밸브(111)가 개방된 상태에서 진공 펌프(112)로부터의 진공압이 발생되면 챔버 바디(110)의 내부는 고진공 상태를 유지할 수 있다.

챔버 바디(110)의 일측벽에는 챔버 바디(110)의 내부로 제1 및 제2 기판이 각각 인입되는 기판입구(113a,114a)가 형성되고, 챔버 바디(110)의 타측벽에는 챔버 바디(110)로부터의 제1 및 제2 기판이 각각 인출되는 기판출구(113b,114b)가 형성된다. 도시하고 있지는 않지만 기판입구(113a,114a)와 기판출구(113b,114b)에도 별도의 게이트 밸브가 마련될 수 있다.

제1 및 제2 기판 모두는 챔버 바디(110) 내에서 기판 이송 지지부(115)에 의해 이송 가능하게 지지된다. 기판 이송 지지부(115)는 챔버 바디(110) 내의 상부 및 하부 영역에 배치되어 제1 및 제2 기판을 지지함과 동시에 기판입구(113a,114a)로 인입된 제1 및 제2 기판을 기판출구(113b,114b)로 이송시키는 역할을 겸한다.

본 실시예에서 기판 이송 지지부(115)는 롤러로 적용될 수 있다. 통상 챔버 바디(110)의 내부가 고온 상태를 유지한다는 점을 감안할 때 기판 이송 지지부(115)는 내열성 및 내구성이 우수한 재질로 제작되는 것이 바람직하다. 하지만, 기판 이송 지지부(115)가 반드시 롤러일 필요는 없다.

제1 및 제2 기판의 인접 영역에는 기판 이송 지지부(115) 상에 놓이거나 지지되는 제1 및 제2 기판을, 특히 제1 및 제2 기판의 증착면을 가열하는 히터(116)가 마련된다. 히터(116)는 타겟(120)으로부터 제공되는 증착 물질이 제1 및 제2 기판에 잘 증착될 수 있도록 제1 및 제 기판을 수백도 이상으로 가열하는 역할을 한다. 이러한 히터(116)는 제1 및 제2 기판의 전면을 골고루, 또한 급속으로 가열할 수 있도록 제1 및 제2 기판의 사이즈와 유사하거나 그보다 큰 사이즈를 가질 수 있다.

그리고 회전형 캐소드(130)와 제1 및 제2 기판 사이 영역에는 증착 물질이 제1 및 제2 기판의 후방으로 향하는 것을 저지하는 쉴드(117, shield)가 마련된다. 쉴드(117)는 챔버 바디(110)의 내벽에서 내부 영역으로 돌출되는 형태로 결합될 수도 있고 위치 이동이 자유로운 형태가 될 수도 있다.

한편, 회전형 캐소드(130)는 전술한 바와 같이, 제1 및 제2 기판 사이의 영역에 마련되어 증착 공정 시 제1 및 제2 기판 모두를 향해 증착 물질을 제공하는 역할을 한다. 회전형 캐소드(130)는 원통 구조를 가질 수 있다. 여기서 원통 구조란 단면이 완전한 원 형상을 비롯하여 타원 형상까지를 포함한다.

이처럼 회전형 캐소드(130)가 제1 및 제2 기판 사이에서 제1 및 제2 기판 모두를 향해 증착 물질을 제공하면서 한번에 함께 증착 공정을 진행함에 따라 종래의 도 1과는 달리 회전형 캐소드(130)를 적용함에 따라 파생될 수 있는 다양한 장점을 최대한 활용할 수 있게 된다. 예컨대, 종래기술처럼 타겟(20a,20b, 도 1 참조)을 빈번하게 교체하는데 따른 제반적인 로스(loss)를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 원가를 감소시킬 수 있고, 무엇보다도 증착 공정에 있어서의 사용 효율 및 생산성을 높일 수 있게 된다. 결과적으로 본 실시예의 경우에는 회전형 캐소드(130) n개(n은 자연수임)로 2n개 이상의 기판에 대한 증착 공정을 동시에 진행할 수 있는 장점이 있다.

이러한 회전형 캐소드(130)는, 제1 및 제2 기판과 대응되게 마련되고 제1 및 제2 기판과의 사이에 증착을 위한 자기장(도 5 및 도 6 참조)을 발생시키는 제1 및 제2 마그네트 유닛(150)과, 제1 및 제2 마그네트 유닛(150)을 외부에서 둘러싸며 그 외벽에 타겟(120)이 마련되는 캐소드 백킹 플레이트(121, cathode backing plate)와, 캐소드 백킹 플레이트(121)와 연결되고 캐소드 백킹 플레이트(121)의 회전축심을 형성하는 캐소드 회전축(122)을 구비한다.

제1 및 제2 마그네트 유닛(150)의 설명에 앞서 캐소드 백킹 플레이트(121)에 대해 먼저 설명한다. 캐소드 백킹 플레이트(121)에는 RF 또는 DC 전원의 파워(140, power)가 전기적으로 인가된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 파워(140)는 캐소드 회전축(122)에 연결되어 캐소드 백킹 플레이트(121)로 인가된다. 이때, 회전형 캐소드(130) 영역이 음극(cathode)을 형성하고 제1 및 제2 기판 영역이 양극(anode)을 형성한다.

타겟(120)은 제1 및 제2 기판을 향하여 증착 물질을 제공하는 스퍼터 소스(sputter source)의 역할을 담당한다. 이러한 타겟(120)은 캐소드 백킹 플레이트(121)의 외벽에 결합 또는 접착될 수 있는데, 이때 캐소드 백킹 플레이트(121)의 둘레면 모두에 타겟(120)이 마련될 수도 있고 부분적인 일 영역에만 마련될 수도 있다.

캐소드 회전축(122)은 회전형 캐소드(130)의 회전축심을 이루는 부분이다. RF 또는 DC 전원의 파워(140, power)가 전기적으로 연결된다. 회전형 캐소드(130)가 회전되는 구조체이므로 캐소드 회전축(122)에 파워(140)가 연결될 때는 캐소드 회전축(122) 영역에서 아킹이나 스파크가 발생되지 않고 안정적으로 전압이 공급될 수 있도록 하는 것이 유리할 것이다. 캐소드 회전축(122)에는 캐소드 회전축(122)을 회전 구동시키기 위한 회전동력을 제공하는 회전동력 제공부(124)가 결합된다.

회전동력 제공부(124)는 모터와 벨트 등의 조합에 의해 마련될 수 있는데, 이 부품들은 챔버 바디(110) 내에 설치되기 어렵기 때문에 캐소드 회전축(122) 영역은 챔버 바디(110)의 외측으로 노출되어 별도의 하우징(125)에 커버링되는 정도의 구조를 가질 수 있다. 이러한 경우, 회전형 캐소드(130)와 하우징(125)은 부분 부분에서 실링처리된다.

이러한 캐소드 회전축(122)과 캐소드 백킹 플레이트(121) 사이에는 캐소드 백킹 플레이트(121)와 캐소드 회전축(122)을 결합시키는 백킹튜브(123)가 설치된다.

회전형 캐소드(130)의 냉각을 위해 챔버 바디(110)의 외측에서 냉각수 유입관(126)과 냉각수 배출관(127)이 회전형 캐소드(130)의 내부와 연결된다.

한편, 제1 및 제2 마그네트 유닛(150)은, 회전형 캐소드(130)의 내부 즉 캐소드 백킹 플레이트(121)의 내부에 마련되어 제1 및 제2 기판과의 사이에 증착을 위한 자기장(도 5 및 도 6 참조)을 발생시키는 역할을 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 제1 및 제2 마그네트 유닛(150)은 상호간 대칭되는 동일 구조로 마련된다. 따라서 본 실시예의 설명에서 제1 및 제2 마그네트 유닛(150)에 모두 동일한 참조부호를 부여하였다.

이러한 마그네트 유닛(150)은 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 타겟(120)에 대한 간격 또는 위치가 조정 가능하도록 타겟(120)에 대하여 상대 이동 가능한 다수의 마그네트(161~163)와, 다수의 마그네트(161~163)에 대한 베이스(base)를 형성하는 베이스 폴 플레이트(170)와, 베이스 폴 플레이트(170)에 대해 다수의 마그네트(161~163)를 개별적으로 지지하는 개별 폴 플레이트(181~183)를 구비한다.

다수의 마그네트(161~163)는 베이스 폴 플레이트(170)의 중앙 영역에 배치되는 중심부 마그네트(161)와, 중심부 마그네트(161)의 외곽에서 중심부 마그네트(161)의 외곽에 배치되는 외곽부 마그네트(162,163)를 구비한다.

이때, 외곽부 마그네트(162,163)는 외곽부 마그네트(162,163)에 대한 그 돌출 높이가 중심부 마그네트(161)보다 낮거나 혹은 중심부 마그네트(161)의 사이즈보다 부피가 작게 마련된다. 이는 자기장의 흐름 또는 세기를 고려한 디자인인데, 경우에 따라 변경될 수도 있다. 외곽부 마그네트(162,163)들은 도 4에 도시된 바와 같이, 위치별로 그 사이즈가 다르게 마련될 수 있다.

베이스 폴 플레이트(170)는 개별 폴 플레이트(181~183)를 통해 다수의 마그네트(161~163)를 지지하는 부분이다. 베이스 폴 플레이트(170)로 인해 개별 폴 플레이트(181~183)와 다수의 마그네트(161~163)는 일체형의 한 유닛 구조를 형성할 수 있다. 도면에 보면 베이스 폴 플레이트(170)의 두께가 개별 폴 플레이트(181~183)의 두께보다 두껍게 도시되어 있지만 본 발명의 권리범위가 이에 제한될 필요는 없다.

개별 폴 플레이트(181~183)는 베이스 폴 플레이트(170)에 대하여 마그네트(161~163)들을 개별적으로 지지하는 부분이다. 예컨대 도 4처럼 중심부 마그네트(161)와 외곽부 마그네트(162,163)의 개수가 11개라면 개별 폴 플레이트(181~183) 역시 11개가 마련되어 해당 위치에서 마그네트(161~163)들을 개별적으로 지지한다. 따라서 마그네트(161~163)들과 개별 폴 플레이트(181~183)들은 상호간 대응되는 것끼리 결합되어 있어야 하는데 이들은 접착 방식에 의해 결합될 수 있다.

마그네트(161~163)들을 개별적으로 지지하는 개별 폴 플레이트(181~183)들은 다수의 세팅볼트(191,192)에 의해 베이스 폴 플레이트(170)에 체결될 수 있다. 다수의 세팅볼트(191,192)는 그 위치 또는 기능에 따라 베이스 폴 플레이트(170)와 개별 폴 플레이트(181~183)를 상호간 체결시키는 체결볼트(191)와, 베이스 폴 플레이트(170)에 대해 개별 폴 플레이트(181~183)의 갭 또는 각도를 조절하는 조절볼트(192)로 나뉠 수 있다.

예컨대, 사이즈가 가장 큰 중심부 마그네트(161)를 그 예로 들면, 중심부 마그네트(161)의 개별 폴 플레이트(181)에는 체결볼트(191)를 사이에 두고 양측에 조절볼트(192)가 결합될 수 있다. 물론, 사이즈에 따라 중심부 마그네트(161)에 마련되는 체결볼트(191)와 조절볼트(192)의 개수는 더 증가될 수도 있다.

그리고 도면에는 단면의 위치상 외곽부 마그네트(162,163)들에 조절볼트(192)만이 도시되어 있지만 외곽부 마그네트(162,163)들에도 체결볼트(191)와 조절볼트(192)가 결합될 수 있다.

이처럼 체결볼트(191)와 조절볼트(192)가 마련되는 경우, 조절볼트(192)를 먼저 조절하여 베이스 폴 플레이트(170)에 대해 개별 폴 플레이트(181~183)의 갭 또는 각도를 조절한 상태에서 체결볼트(191)를 통해 베이스 폴 플레이트(170)에 대해 개별 폴 플레이트(181~183)를 견고하게 고정시키면 된다.

물론, 도 5 및 도 6의 그림은 하나의 예시에 불과하므로 만약 조절의 기능을 수행하면서 체결할 수 있는 볼트라면 베이스 폴 플레이트(170)와 모든 개별 폴 플레이트(181~183)에 하나씩의 체결볼트(191) 혹은 조절볼트(192)만이 결합되어도 좋고, 아니면 체결볼트(191)와 조절볼트(192)가 하나씩 혹은 다수 개씩 결합되어도 좋다.

어떠한 조합을 갖더라도 본 실시예의 마그네트 유닛(150)의 경우에는 마그네트(161~163)들을 개별적으로 지지하는 개별 폴 플레이트(181~183)가 베이스 폴 플레이트(170)에 대해 조절될 수 있기 때문에, 도 5 및 도 6처럼 타겟(120)에 대한 마그네트(161~163)들의 간격(L1,L2,L3) 조정이 자유롭다. 때문에 타겟(120)과의 간격, 타겟(120)의 재질 및 두께 등의 요인에 따라 달라질 수 있는 자기장의 세기 등에 기초한 시뮬레이션을 통해 마그네트(161~163)들의 위치를 세팅하는 세팅 작업을 용이하게 수행할 수 있게 된다.

이처럼 개별 폴 플레이트(181~183)를 적용하는 것이 세팅에 상대적으로 유리한 측면이 있지만, 필요에 따라 개별 폴 플레이트(181~183) 없이 베이스 폴 플레이트(170)에 직접 마그네트(161~163)들을 접착시킨 형태 역시 본 발명의 권리범위에 속한다고 할 것이다.

이러한 구성을 갖는 스퍼터 장치의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.

챔버 바디(110)의 기판입구(113a,114a)를 통해 제1 및 제2 기판이 유입되어 기판 이송 지지부(115) 상의 증착 위치로 배치되고 증착 공정이 개시된다. 즉 챔버 바디(110) 내로 예컨대 아르곤(Ar) 가스가 충진되고, 챔버 바디(110)는 그 내부가 밀폐되면서 고진공을 유지하며, 회전형 캐소드(130)는 회전을 개시한다.

이 상태에서 파워(140)로부터 회전형 캐소드(130)로 음극 전압이 가해지면 타겟(120)으로부터 방출된 전자들이 아르곤(Ar) 가스와 충돌하여 아르곤(Ar) 가스가 이온화된다.

이온화된 아르곤(Ar) 가스는 전위차에 의해 타겟(120) 방향으로 가속되어 타겟(120)의 표면과 충돌하게 되고, 이때 타겟(120) 원자, 즉 증착 물질이 타겟(120)으로부터 발생되는데, 회전형 캐소드(130)가 회전을 하고 있는 관계로 증착 물질은 도 2의 화살표 방향대로 퍼지면서 제1 및 제2 기판의 증착면으로 향하게 되면서 증착 공정이 진행된다.

증착 공정이 완료되면, 챔버 바디(110) 내의 진공이 해제되고 기판출구(113b,114b)가 열리면서 기판출구(113b,114b)를 통해 제1 및 제2 기판이 취출되고, 다시 새로운 기판이 기판입구(113a,114a) 쪽으로 유입되어 증착 공정을 진행하게 된다.

이와 같은 구조와 동작을 갖는 본 실시예의 스퍼터 장치에 따르면, 회전형 캐소드(130)를 적용함에 따라 파생될 수 있는 다양한 장점을 최대한 활용할 수 있어 종래기술처럼 타겟(20a,20b, 도 1 참조)을 빈번하게 교체하는데 따른 제반적인 로스(loss)를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 원가를 감소시킬 수 있고, 무엇보다도 증착 공정에 있어서의 사용 효율 및 생산성을 높일 수 있게 된다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스퍼터 장치의 종단면 구조도이고, 도 8은 도 7의 횡단면 구조도이다.

전술한 실시예의 경우, 챔버 바디(110) 내에 하나의 회전형 캐소드(130)가 마련되고 그 외측으로 제1 및 제2 기판이 배치되어 제1 및 제2 기판에 대한 증착 공정이 진행되는 구조를 개시하였다. 편의를 위해, 도 2에서 챔버 바디(110) 내의 구성 전체를 증착단위체(100, 도 7 참조)라 하기로 한다.

이에 반해, 도 7 및 도 8에 도시된 스퍼터 장치는, 하나의 챔버 바디(110a) 내에 도 2의 챔버 바디(110) 내의 구조가 2개 배치되는 구조를 갖는다. 다시 말해, 하나의 회전형 캐소드(130)에 대해 그 외측으로 제1 및 제2 기판이 배치되는 증착 공정이 진행되는 증착단위체(100)가 본 실시예의 경우에는 2개 마련된다.

도 7 및 도 8과 같을 경우, 기판에 대한 증착 공정의 수율이 높아질 수 있음은 물론 도 2를 통해 설명된 게이트 밸브(111) 및 진공 펌프(112) 등의 구성과 심지어 파워(140)까지도 공용으로 사용될 수 있기 때문에 공간 절약뿐만 아니라 원가 절감에 크게 기여할 수 있다.

도 7 및 도 8과 관련하여 제1 실시예에서 설명된 구성에 대한 중복 설명은 생략하였으며, 요부의 구성에만 간략하게 참조부호를 기재하였다.

도 7 및 도 8과 같이 적용하더라도 회전형 캐소드(130)를 적용함에 따라 파생될 수 있는 다양한 장점을 최대한 활용할 수 있어 종래기술처럼 타겟(20a,20b, 도 1 참조)을 빈번하게 교체하는데 따른 제반적인 로스(loss)를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 원가를 감소시킬 수 있고, 무엇보다도 증착 공정에 있어서의 사용 효율 및 생산성을 높일 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 스퍼터 장치의 종단면 구조도이고, 도 10은 도 9의 횡단면 구조도이다.

전술한 실시들에서 소개된 챔버 바디(110,110a)는 제1 및 제2 기판이 수평 방향으로 배치된 상태에서 증착되는 수평형 타입이었다.

하지만, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 챔버 바디(110b)는 제1 및 제2 기판이 수직 방향으로 배치된 상태에서 증착되는 수직형 타입일 수도 있다. 수직형 타입의 챔버 바디(110b)라 할지라도 그 내부의 구조는 전술한 실시예들과 동일하므로 중복 설명은 생략하도록 한다.

본 실시예와 같은 수직형 타입의 챔버 바디(110b)가 적용된다 하더라도 회전형 캐소드(130)를 적용함에 따라 파생될 수 있는 다양한 장점을 최대한 활용할 수 있어 종래기술처럼 타겟(20a,20b, 도 1 참조)을 빈번하게 교체하는데 따른 제반적인 로스(loss)를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 원가를 감소시킬 수 있고, 무엇보다도 증착 공정에 있어서의 사용 효율 및 생산성을 높일 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

이상 첨부도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예에 대해 자세히 설명하였으나 본 발명의 권리범위가 이에 제한되는 것은 아니다.

예컨대, 전술한 실시예에서는 챔버 바디를 대략 사각 형상으로 제작하였으나 만약에 챔버 바디를 사각 형상에서 벗어나 반구형이나 혹은 기타 다각 형상으로 제작한다면 회전형 캐소드의 배치를 전술한 실시예와는 달리 구성할 수 있고, 따라서 보다 많은 수의 또한 보다 넓은 영역에서의 기판에 대한 증착 공정을 진행할 수 있을 것이며, 이러한 구조 또는 이를 통해 예상될 수 있는 구조 역시 본 발명의 권리범위 내에 속한다 하여야 할 것이다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

110 : 챔버 바디 111 : 게이트 밸브
112 : 진공 펌프 115 : 기판 이송 지지부
116 : 히터 120 : 타겟
121 : 캐소드 백킹 플레이트 122 : 캐소드 회전축
123 : 백킹튜브 125 : 하우징
126 : 냉각수 유입관 127 : 냉각수 배출관
130 : 회전형 캐소드 140 : 파워
150 : 마그네트 유닛 161~163 : 마그네트
170 : 베이스 폴 플레이트 181~183 : 개별 폴 플레이트
191 : 체결볼트 192 : 조절볼트

Claims

상호 이격 배치되는 다수의 기판에 대한 증착 공간을 형성하는 챔버 바디;
상기 챔버 바디 내에 마련되되 상기 다수의 기판 사이에서 회전 가능하며, 외벽에 마련되어 상기 다수의 기판 모두를 향하여 증착 물질을 제공하는 타겟과, 상기 타겟의 내측에 상호 이격 배치되게 마련되는 다수의 마그네트 유닛;
상기 회전형 캐소드와 상기 다수의 기판 사이의 영역 각각에서 상기 챔버 바디의 내벽에 결합되어 상기 기판의 외측 영역으로 상기 증착 물질이 향하는 것을 저지하는 쉴드(shield);
상기 다수의 기판에 각각 접촉되어 상기 다수의 기판을 이송 가능하게 지지하는 기판 이송 지지부; 및
상기 다수의 기판에 각각 인접하게 배치되어 상기 다수의 기판을 가열하는 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
제1항에 있어서,
상기 다수의 마그네트 유닛은 상기 회전형 캐소드의 회전축심을 기준으로 상호 대칭되게 배치되는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
제2항에 있어서,
상기 회전형 캐소드는,
상기 다수의 마그네트 유닛을 외부에서 둘러싸고 상기 타겟이 그 외벽에 마련되는 캐소드 백킹 플레이트(cathode backing plate); 및
상기 캐소드 백킹 플레이트와 연결되어 상기 캐소드 백킹 플레이트의 회전축심을 형성하며, RF 또는 DC 전원의 파워(power)가 전기적으로 연결되는 캐소드 회전축을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
제3항에 있어서,
상기 회전형 캐소드는, 상기 캐소드 백킹 플레이트와 상기 캐소드 회전축 사이에 마련되어 상기 캐소드 백킹 플레이트와 상기 캐소드 회전축을 결합시키는 백킹튜브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
제3항에 있어서,
상기 챔버 바디의 외부에서 상기 회전형 캐소드와 연결되되 상기 캐소드 백킹 플레이트의 내부 일측으로 냉각수가 유입되는 냉각수 유입관; 및
상기 냉각수 유입관에 인접되게 배치되며, 상기 캐소드 백킹 플레이트의 내부로부터 냉각수가 배출되는 냉각수 배출관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
제2항에 있어서,
상기 다수의 기판은 제1 및 제2 기판이며,
상기 다수의 마그네트 유닛은 상기 제1 및 제2 기판에 대응되는 제1 및 제2 마그네트 유닛이며,
상기 제1 및 제2 마그네트 유닛은 상호간 대칭되는 동일 구조로 마련되는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
제6항에 있어서,
상기 제1 및 제2 마그네트 유닛 각각은,
실질적으로 자기장을 발생시키는 다수의 마그네트;
베이스(base)를 형성하는 베이스 폴 플레이트; 및
상기 베이스 폴 플레이트에 대해 상대 위치 조정 가능하게 상기 베이스 폴 플레이트에 결합되며, 상기 다수의 마그네트가 개별적으로 각각 접착되는 다수의 개별 폴 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
제7항에 있어서,
상기 베이스 폴 플레이트와 상기 개별 폴 플레이트를 상호간 체결시키는 다수의 세팅볼트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
제8항에 있어서,
상기 다수의 세팅볼트는,
상기 베이스 폴 플레이트에 대해 상기 개별 폴 플레이트의 갭 또는 각도를 조절하는 조절볼트; 및
상기 베이스 폴 플레이트와 상기 개별 폴 플레이트를 상호간 체결시키는 체결볼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
제7항에 있어서,
상기 다수의 마그네트는,
상기 베이스 폴 플레이트의 중앙 영역에 배치되는 중심부 마그네트; 및
상기 중심부 마그네트의 외곽에서 상기 베이스 폴 플레이트의 외곽에 배치되되 상기 베이스 폴 플레이트에 대한 돌출 높이가 상기 중심부 마그네트보다 낮거나 상기 중심부 마그네트의 사이즈보다 부피가 작은 다수의 외곽부 마그네트를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 챔버 바디의 내부에는 상기 다수의 기판과 그 사이에 배치되는 하나의 상기 회전형 캐소드로 형성되는 하나의 증착단위체가 다수 개 마련되는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
제12항에 있어서,
상기 챔버 바디는 상기 기판이 수평 방향으로 배치된 상태에서 증착되는 수평형 타입 또는 상기 기판이 수직 방향으로 배치된 상태에서 증착되는 수직형 타입인 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.