KR101134161B1 - 스퍼터링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타깃의 수명을 증대시키는 스퍼터링 장치에 관한 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 스퍼터링 장치는 자장을 발생시키는 마그넷과, 증착물질인 타깃과, 타깃을 고정시키는 백킹 플레이트와, 타깃물질이 증착되는 기판을 구비한다.

Description

스퍼터링 장치{Sputtering Apparatus}

도 1은 종래의 스퍼터링 장치를 나타낸 단면도이다.

도 2는 도 1의 타깃부를 상세히 나타낸 측면도 및 단면도이다.

도 3은 도 2의 마그넷을 상세히 나타낸 전면도 및 단면도이다.

도 4는 도 3의 마그넷의 이동에 따라 형성되는 자장을 나타낸 도면이다.

도 5는 도 4의 나타난 자장에 따라 스퍼터링되는 타깃을 나타낸 도면이다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 스퍼터링 장치를 나타낸 단면도이다.

도 7은 도 6의 타깃부를 나타낸 측면사시도 및 단면도이다.

도 8은 도 7의 마그넷을 상세히 나타낸 단면도이다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 마그넷의 자장의 형성을 나타낸 도면이다.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 스퍼터링 장치로 제조되는 액정표시장치를 나타낸 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

SP : 기판부 TP : 타깃부

8, 108 : 기판 10, 110 : 서셉터

12, 112 : 타깃 14, 114 : 백킹 플레이트

16 : 모터유닛 18, 118 : 마그넷

22, 122 : 제 1 마그넷 24, 124 : 제 2 마그넷

80a : 상부기판 80b : 하부기판

81 : 칼라필터기판 82 : 컬러필터

84 : 공통전극 86 : 액정

90 : TFT 91 : TFT기판

92 : 화소전극 94 : 게이트라인

99 : 데이터 라인 104 : 공정챔버

106 : 전원부 136 : 제 1 모터유닛

138 : 제 1 모터 139 : 제 1 구동용 축

142 : 고주파 발생기 144 ; 직류전원

146 : 제 2 모터유닛 148 : 제 2 모터

149 : 제 2 구동용 축

본 발명은 스퍼터링 장치에 관한 것으로, 특히 타깃의 수명을 증대시키는 스퍼터링 장치에 관한 것이다.

통상 스퍼터링(Sputtering) 장치는 플라즈마에 의해 이온을 가속시켜 이온을 타깃에 충돌하게 하여 기판에 타깃물질을 성막하는 장치이다. 이 스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링 공정은 고온에서 진행되는 화학증착장치에 비해 기판을 약 400℃의 저온으로 유지하면서 박막을 형성할 수 있는 장점이 있다. 이러한 스퍼터링 장치는 비교적 간단한 구조로 짧은 시간에 증착막을 형성할 수 있기 때문에 반도체 소자 및 액정표시장치에 널리 이용되고 있다.

스퍼터링 장치는 타깃부와 기판부를 각각 전원의 음극단과 양극단에 연결하고, 고주파를 발생시키면서 직류전원을 인가하면 전기장의 작용으로 타깃에서 전자가 발생하고 이 전자들은 양극단으로 가속된다. 이 때, 가속 전자들이 챔버에 공급된 불활성가스와 충돌하여 가스가 이온화된다. 불활성 가스의 양이온은 전기장의 작용으로 음극단에 연결된 타깃과 충돌하여 타깃 표면에서 타깃 원자들이 이탈되는 스퍼터링 현상이 발생된다. 한편, 타깃에서 방출되어 양극단으로 가속되는 전자는 중성원자와 충돌하여 여기되고 이때 플라즈마가 발생한다. 플라즈마는 외부의 전위가 유지되고 전자가 계속 발생할 경우 유지된다.

도 1은 종래 스퍼터링 장치의 챔버 내부를 나타내는 단면도이다.

도 1을 참조하면, 종래 스퍼터링 장치의 챔버 내부는 기판부(SP), 타깃부(TP)로 이루어진다.

기판부(SP)는 스퍼터링공정에 의해 증착물질이 증착되는 기판(8)과, 기판(8)을 지지하는 서셉터(10)로 이루어진다.

타깃부(TP)는 도 2를 참조하면, 마그넷(Magnet)(18), 백킹 플레이트(14) 및 타깃(12)으로 이루어진다.

마그넷(18)은 플라즈마에서 발생하는 전자가 스퍼터링 장치의 다른 부분으로 이탈하는 것을 방지하기 위해 자기장을 인가하게 된다. 이러한 마그넷(18)의 배면에는 마그넷(18)을 상하좌우 운동시키는 모터유닛(16)이 설치된다.

이러한 타깃부(TP)에 설치되는 마그넷(18)을 도 3을 참조하여 좀더 상세히 살펴보기로 하자.

도 3을 참조하면, 타깃부(TP)에 설치되는 마그넷(18)은 중앙이 사각형태로 비어있는 육면체의 형태 즉, 띠 형태의 사각육면체 모양인 제 1 마그넷(22)과, 제 1 마그넷(22)의 중앙에 형성된 홀에 제 1 마그넷(22)의 극성과 상반된 극성을 가지며 홀의 크기보다 작게 형성된 사각육면체 모양의 제 2 마그넷(24)이 배치된다. 제 1 마그넷(22)과 제 2 마그넷(24)으로 형성되는 자장은 도 3을 참조하면, 제 1 마그넷(22) 과 제 2 마그넷(24)간에 형성된 갭(Gap)을 중심으로 형성된다.

백킹 플레이트(14)는 전면에 스퍼터링에 의하여 기판(8)에 형성되는 증착물질인 타깃(12)이 접착법등을 통하여 접착된다. 통상, 이러한 백킹 플레이트(14)가 갖는 열전도율은 공정의 효율성을 위하여 타깃(12)의 열전도율과 유사한 물질이 사용된다.

증착물질인 타깃(12)은 도 4에 도시된 바와 같이 마그넷(18)에 의해 형성된 자장이 일정부분에 편중되는 경향으로 인하여 특정부분의 부식속도가 다른 부분과 비교하여 더 빠르게 진행된다. 이러한 문제점을 방지하기 위하여 도 5에 도시된 바와 같이 마그넷(18)을 좌우로 운동시킴으로써 타깃(12)이 부식되는 영역을 확장 시키는 방법이 사용된다.

그러나, 이와 같은 방법으로 진행되는 스퍼터링 과정은 도 5에 도시된 바와 같이 마그넷(18)이 좌우로 운동할 경우, 마그넷(18)에 의해 형성된 자장이 뉴튼의 제 2 법칙(관성의 법칙)에 따라 마그넷(18)의 운동에 대하여 즉각적인 반응 보이지 않게 된다. 따라서, 마그넷(18)에 의해 형성되는 자장이 백킹 플레이트(14)에 고르게 분포되지 않게 됨으로 타깃(12)의 부식 영역이 특정부분에 집중되는 현상이 발생하는 문제점이 있다. 타깃(12)의 부식 영역이 특정부분에 지속적으로 발생함으로써 타깃(12)의 교체시기가 짧아지게 되고 결과적으로 제조비의 단가가 상승하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 타깃의 유효율을 증대시키는 스퍼터링 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 스퍼터링 장치는 자장을 발생하는 마그넷과; 상기 마그넷의 상부에 배치되어 스퍼터링 되는 타깃과; 상기 마그넷과 상기 타깃사이에 배치됨과 아울러 상기 타깃이 고정되고 상하좌우 운동을 하는 백킹 플레이트를 구비한다.

상기 백킹 플레이트는 상하좌우 운동을 위한 모터유닛을 추가로 구비한다.

상기 모터유닛은 상기 백킹 플레이트의 측벽에 형성된다.

상기 모터유닛은 상기 백킹 플레이트의 좌우 운동을 위한 제 1 모터유닛과, 상기 백킹 플레이트의 상하 운동을 위한 제 2 모터유닛을 구비한다.

상기 제 1 모터유닛 및 제 2 모터유닛 중 적어도 하나는 구동용 축과, 상기 구동용 축과 연결된 모터를 구비한다.

상기 제 1 모터유닛과 제 2 모터유닛은 상기 백킹 플레이트가 상하좌우 운동을 하도록 교번적으로 동작한다.

상기 마그넷은 상기 백킹 플레이트의 크기보다 작게 형성되고 상기 백킹 플레이트의 배면과 소정의 간격으로 이격됨과 아울러 고정된다.

상기 백킹 플레이트에 전류를 인가하는 전원부를 추가로 구비한다.

본 발명에 따른 액정표시장치의 제조장치는 액정 메트릭스를 이용하여 화상을 구현하는 액정표시장치의 제조장치에 있어서, 자장을 발생하는 마그넷과; 상기 마그넷의 상부에 배치되어 스퍼터링 되는 타깃과; 상기 마그넷과 상기 타깃사이에 배치됨과 아울러 상기 타깃이 고정되고 상하좌우 운동을 하는 백킹 플레이트를 구비한다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하, 도 6 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하기로 한다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 스퍼터링 장치는 스퍼터링 공정 이 진행되는 공정챔버(104)와, 전원을 공급하는 전원부(106)와, 증착막이 형성되는 기판부(SP)와, 전원부(106)로부터 전원을 공급받아 스퍼터링이 발생하는 타깃부(TP)를 구비한다.

공정챔버(104)는 스퍼터링 공정의 진행을 위하여 내부가 밀폐되고 진공상태를 유지한다.

전원부(106)는 고주파 발생기(142)와 직류전원(144)으로 구성되면 각 단자는 기판(108)과 타깃(112)에 연결되어 그 사이에 전기장을 형성함으로서 플라즈마가 발생하도록 하는 환경을 조성한다.

기판부(SP)는 성막할 대상인 기판(108)과, 기판(108)을 지지하는 서셉터(110) 로 구성된다.

타깃부(TP)는 도 7에 도시된 바와 같이, 마그넷(118), 백킹 플레이트(114) 및 타깃(112)으로 이루어진다.

타깃부(TP)에 설치되는 마그넷(118)은 도 8에 도시된 바와 같이 중앙이 사각형태로 비어있는 육면체의 형태 즉, 띠 형태의 사각육면체 모양인 제 1 마그넷(122)과, 제 1 마그넷(122)의 중앙에 형성된 홀에 제 1 마그넷(122)의 극성과 상반된 극성을 가지며 홀의 크기보다 작게 형성된 사각육면체 모양의 제 2 마그넷(124)이 배치된다. 제 1 마그넷(122)과 제 2 마그넷(124)으로 형성되는 자장은 제 1 마그넷 과 제 2 마그넷(122, 124)간에 형성된 갭(Gap)을 중심으로 형성된다. 또한, 제 1 및 제 2 마그넷(122, 124)은 자장의 제어 및 세정공정 등의 편이를 위하여 다수개의 소형 마그넷을 조립하여 형성될 수 있다.

백킹 플레이트(114)의 전면에는 스퍼터링에 의하여 기판(108)에 형성되는 증착물질인 타깃(112)이 고정된다. 이러한 타깃(112)의 고정을 위하여 고정용 부재를 사용하는 방법과, 인듐 페이스트(Indium paste)등의 접착제를 이용하여 직접 부착하는 방법 등이 사용된다. 또한, 스퍼터링 공정기간동안 타깃(112) 공급되는 전원공급의 효율성을 위하여 백킹 플레이트(114)의 열전도율은 타깃(112)의 열전도율과 유사한 물질이 사용된다. 한편, 백킹 플레이트(114)의 폭 방향 측벽에는 백킹 플레이트(114)와 백킹 플레이트(114)에 고정된 타깃(112)의 좌우 운동을 위하여 제 1 모터유닛(136)이 설치되고, 백킹 플레이트(114)의 길이 방향 측벽에는 백킹 플레이트(114)와 백킹 플레이트(114)에 고정된 타깃(112)의 상하 운동을 위하여 제 2 모터유닛(146)이 설치된다.

제 1 모터 유닛(136)은 백킹 플레이트(114)와 백킹 플레이트(114)에 고정된 타깃(112)의 좌우 운동을 위하여 백킹 플레이트(114)의 폭 방향 측벽에 제 1 모터(138)가 설치되고, 백킹 플레이트(114)의 폭 방향과 나란한 방향으로 제 1 모터(138)를 지지하는 제 1 구동용 축(139)을 구비한다.

제 2 모터 유닛(146)은 백킹 플레이트(114)와 백킹 플레이트(114)에 고정된 타깃(112)의 상하 운동을 위하여 백킹 플레이트(114)의 길이 방향 측벽에 제 2 모터(148)가 설치되고, 백킹 플레이트(114)의 길이 방향과 나란한 방향으로 제 2 모터(148)를 지지하는 제 2 구동용 축(149)을 구비한다.

여기서, 백킹 플레이트(114)의 각 측벽에 형성된 제 1 및 제 2 모터유닛(136, 146)은 백킹 플레이트(114) 및 백킹 플레이트(114)에 고정된 타깃(112)이 상 하좌우 운동이 발생하도록 교번적으로 동작하게 된다.

증착물질인 타깃(112)은 백킹 플레이트(114)의 전면에 부착되어 백킹 플레이트(114)의 운동에 따라 운동하게 된다. 이 과정에서 고정된 마그넷(118)에 의해 형성된 자장은 일정하게 형성되게 되고, 이러한 자장의 상부면에서 타깃(112)이 운동하게 됨으로 자장이 일정부분으로 집중되는 현상이 발생하지 않게 된다.

이와 같은 구조를 가지는 본 발명의 실시 예에 따른 스퍼터 장치의 타깃부(TP)의 동작과정에 대해서 살펴보기로 하자.

먼저, 백킹 플레이트(114)에는 전원부(106)로부터 전류가 인가된다.

다음으로, 마그넷(118)이 위치한 부분에서 마그넷(118)으로부터 발생되는 자장이 백킹 플레이트(114)에 공급되어 타깃(112)이 흐르는 전기장과의 상호 작용 즉, 전자 트래핑(Trapping)에 의한 전자밀도가 증가한다. 이러한 전자들은 공정챔버(104)내에 공급된 불활성 기체(예를 들면, Ar)와 충돌하게 되고 이에 따라, 플라즈마 현상이 발생한다.

그 다음, 플라즈마 형성에 따른 양이온이 타깃(112)의 표면과 충돌하게 된다. 이에 따라, 타깃(112)의 표면이 부식함과 아울러, 타깃(112) 물질이 기판(108)상에 증착되게 된다. 이 과정에서 타깃(112)의 편 마모를 방지하기 위하여 타깃(112)이 부착된 백킹 플레이트(114)를 운동시키게 된다. 즉, 도 9에 도시된 바와 같이, 고정된 마그넷(118)에 의해 형성된 자장이 타깃(112)의 전면에 고르게 분포시키기 위하여 백킹 플레이트(114)를 운동시킨다. 결과적으로, 타깃(112)의 표면에서 발생하는 부식과정이 일정하게 발생하게 된다.

한편, 도 10은 본 발명에 따른 스퍼터링장치를 이용하여 형성되는 액정패널을 나타내는 도면이다.

도 10을 참조하면, 액정패널은 액정(86)을 사이에 두고 합착된 컬러필터 기판(81)과 TFT 기판(91)을 구비한다.

액정(86)은 자신에게 인가된 전계에 응답하여 회전됨으로써 TFT 기판(91)을 경유하여 입사되는 빛의 투과량을 조절하게 된다.

컬러필터 기판(81)은 상부기판(80a)의 배면 상에 형성되는 컬러필터(82) 및 공통전극(84)을 구비한다. 컬러필터(82)는 적(R), 녹(G) 및 청(B) 색의 컬러필터층이 스트라이프(Stripe) 형태로 배치되어 특정 파장대역의 빛을 투과시킴으로써 컬러표시를 가능하게 한다. 인접한 색의 컬러필터(82)들 사이에는 도시하지 않은 블랙 매트릭스(Black Matrix)(도시하지 않음)가 형성되어 인접한 셀로부터 입사되는 빛을 흡수함으로써 콘트라스트의 저하를 방지하게 된다.

TFT 기판(91)은 하부기판(80b)의 전면에 데이터라인(99)과 게이트라인(94)이 상호 교차되도록 형성되며, 그 교차부에 TFT(90)가 형성된다. TFT(90)는 게이트라인(94)에 접속된 게이트전극, 데이터라인(99)에 접속된 소스전극, 채널을 사이에 두고 소스전극과 마주보는 드레인전극으로 이루어진다. 이 TFT(90)는 드레인전극을 관통하는 접촉홀을 통해 화소전극(92)과 접속된다. 이러한 TFT(90)는 게이트라인(94)으로부터의 게이트신호에 응답하여 데이터라인(99)으로부터의 데이터신호를 선택적으로 화소전극(92)에 공급한다.

화소전극(92)은 데이터라인(99)과 게이트라인(94)에 의해 분할된 셀 영역에 위치하며 광투과율이 높은 투명전도성물질로 이루어진다. 이 화소전극(99)은 드레인전극을 경유하여 공급되는 데이터신호에 의해 상부기판(80a)에 형성되는 공통전극(84)과 전위차를 발생시키게 된다. 이 전위차에 의해 하부기판(80b)과 상부기판(80a) 사이에 위치하는 액정(86)은 유전율이방성에 의해 회전하게 된다. 이에 따라, 광원으로부터 화소전극(92)을 경유하여 공급되는 광이 상부기판(80a) 쪽으로 투과된다.

액정표시소자의 반도체층, 절연층, 전극단자 및 신호라인들은 스퍼터링장치를 이용하여 기판 상에 전면 증착한 후 패터닝됨으로써 형성된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 스퍼터링 장치는 자장을 발생시키는 마그넷을 고정시킴으로써, 마그넷이 운동할 때 생기는 자장의 편중 현상을 방지할 수 있다. 일정하게 형성된 자장의 상면에서 타깃이 운동을 함으로써 자장이 타깃의 전면에 고르게 영향을 주게 됨으로 특정부분이 빠르게 부식되던 타깃의 편 마모를 방지할 수 있다. 따라서, 타깃의 교체간격을 확장시킬 수 있고, 작업공정 중 타깃의 교체시간을 줄임으로서 원할한 공정진행을 유도하게 된다. 결과적으로 타깃의 편 마모 방지는 스퍼터링 공정에서의 생산비를 절감시키게 된다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니 라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (9)

1. 띠 형태의 사각육면체 모양인 제 1 마그넷, 상기 제 1 마그넷의 중앙에 형성된 홀에 상기 제 1 마그넷의 극성과 상반된 극성을 가지며 상기 홀의 크기보다 작게 형성된 사각육면체 모양의 제 2 마그넷을 포함하여 자장을 발생하며, 특정 위치에 고정적으로 배치되는 마그넷과;

   상기 마그넷의 상부에 배치되어 스퍼터링 되는 타깃과;

   상기 마그넷과 상기 타깃사이에 배치되고 상기 타깃이 부착됨과 아울러, 상기 마그넷에 의해 형성된 자장이 상기 타깃의 일정부분에 집중되지 않고 상기 타깃의 전면에 고르게 분포되도록 하기 위해 상기 타깃을 부착한 상태로 상하좌우 운동을 하는 백킹 플레이트와;

   상기 백킹 플레이트의 좌우 운동을 위한 제 1 모터유닛과, 상기 백킹 플레이트의 상하 운동을 위한 제 2 모터유닛을 포함한 모터유닛을 구비하고;

   상기 제 1 모터유닛과 제 2 모터유닛은 상기 백킹 플레이트가 상하좌우 운동을 하도록 교번적으로 동작하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 모터유닛은

   상기 백킹 플레이트의 측벽에 형성되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
4. 삭제
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 제 1 모터유닛 및 제 2 모터유닛 중 적어도 하나는

   구동용 축과,

   상기 구동용 축과 연결된 모터를 구비하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 백킹 플레이트에 전류를 인가하는 전원부를 추가로 구비하는 스퍼터링 장치.
9. 삭제

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