KR101174154B1 - 스퍼터링 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 의한 스퍼터링 장치는, 프로세스 챔버 내에서 증착이 수행되는 기판이 구비된 기판부와, 상기 기판 상에 증착되는 물질의 재료가 되는 타겟이 구비된 타겟부와, 상기 기판의 특정 부분에 증착이 이루어지도록 마스킹하는 마스크가 구비된 마스크부가 포함되어 구성되는 스퍼터링 장치에 있어서, 상기 마스크부는, 마스크와; 상기 마스크의 각 4변이 위치하여 기판부로 이동하는 플로팅 마스크와; 상기 플로팅 마스크를 이동시키는 플로팅 마스크 이동수단이 포함되어 구성됨을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 인-라인 스퍼터링 장치의 챔버 내에서 마스크와 캐리어 사이의 갭을 최소화함으로써, 캐리어에 불필요하게 타겟 물질이 증착되는 것을 방지하여 챔버 내부의 오염 가능성 및 캐리어 이동시 흔들림을 최소화할 수 있으며, 이를 통해 인-라인 스퍼터에서 안정된 플라즈마 형성 시스템을 구축할 수 있게 되는 장점이 있다.

Description

스퍼터링 장치{sputtering apparatus}
도 1은 종래의 클러스터 타입의 스퍼터링 장치의 개략적인 단면도.
도 2는 종래의 인-라인 타입 스퍼터링 장치의 평면도 및 챔버 내의 단면도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 의한 인-라인 타입 스퍼터링 장치의 평면도 및 챔버 내의 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 인-라인 타입 스퍼터링 장치의 평면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
300 : 프로세스 챔버 310 : 기판
320 : 캐리어 330 : 타겟
340 : 마스크부 342 : 마스크
344 : 플로팅 마스크 346 : 플로팅 마스크 이동수단
400 : 로드 챔버
본 발명은 스퍼터링 장치에 관한 것으로, 특히 챔버 내에 구비된 마스크와 캐리어 사이의 갭이 일정한 간격으로 조절되는 스퍼터링 장치에 관한 것이다.
통상 스퍼터링(Sputtering) 장치는 플라즈마에 의해 이온을 가속시켜 이온을 타겟에 충돌하게 하여 기판에 타겟 물질을 성막하는 장치이다.
상기 스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링 공정은 고온에서 진행되는 화학증착장치에 비해 기판을 약 400도의 저온으로 유지하면서 박막을 형성할 수 있는 장점이 있다. 이러한 스퍼터링 장치는 비교적 간단한 구조로 짧은 시간에 증착막을 형성할 수 있기 때문에 액정표시장치, 유기 전계발광소자 등의 평판표시소자에 널리 이용되고 있다.
상기 스퍼터링 장치는 챔버 내에 구비된 타겟부와 기판부를 각각 전원의 음극단(cathode)과 양극단(anode)에 연결하고, 고주파를 발생시키면서 상기 음극단 및 양극단에 직류전원을 인가하면 전기장의 작용으로 타겟에서 전자가 발생되고 이 전자들은 양극단으로 가속된다.
이 때, 가속 전자들이 챔버에 공급된 불활성가스와 충돌하여 가스가 이온화되며, 상기 불활성 가스의 양이온은 전기장의 작용으로 음극단에 연결된 타겟과 충돌하여 타겟 표면에서 타겟 원자들이 이탈되는 스퍼터링 현상이 발생된다.
한편, 상기 타겟에서 방출되어 양극단으로 가속되는 전자는 중성원자와 충돌하여 여기되고 이때 플라즈마가 발생한다. 플라즈마는 외부의 전위가 유지되고 전자가 계속 발생할 경우 유지된다. 또한, 이렇게 이탈된 타겟 원자들은 기판부에 형성됨으로써 소정의 물질이 기판 상에 증착되는 것이다.
이와 같은 스퍼터링 장치는 크게 클러스터(cluster) 타입과 인-라인(in- line) 타입으로 나뉘어진다.
도 1은 종래의 클러스터 타입의 스퍼터링 장치의 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 클러스터 타입의 스퍼터링 장치는 기판(110)이 챔버(100) 내에 이송이 되면 상기 기판(110)을 지지하는 리프터(Lifter)(120)가 수직으로 직립하고, 상기 리프터(120)에 지지되는 기판 상에 타겟(130) 물질이 증착되도록 구성되는 것이다.
즉, 기판(110)이 수평 반송 후 수직으로 리프트되어 스퍼터링이 수행되는 것으로, 상기 리프터(120)가 항상 진공 및 일정 온도를 유지하여 변형량이 최소가 된다는 장점이 있다.
또한, 상기 챔버(100) 내에서 마스크(140)와 기판(110) 사이의 갭(gap)을 약 5mm 정도로 유지할 수 있어 상기 기판(110)을 지지하는 리프터(120)에 타겟 물질이 증착되는 것을 최소화할 수 있다.
그러나, 이와 같은 클러스터 타입의 스퍼터링 장치는 장비의 무게 및 펌프용량의 증가 등으로 인해 2*2m 이상의 대형 기판에 대한 증착 공정을 수행할 수 없다는 단점이 있다.
최근 들어 증착이 수행되는 기판이 점차적으로 대형화되고 있는 바, 상기 대형 기판에 대한 증착 공정을 수행하기 위해 인-라인 타입의 스퍼터링 장치가 많이 사용되고 있다.
도 2는 종래의 인-라인 타입 스퍼터링 장치의 평면도 및 챔버 내의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 종래의 인-라인 타입 스퍼터링 장치는 기판(210)이 캐리어(carrier)(220)에 의해 이송되며, 상기 캐리어(220)는 앞서 설명한 클러스터 타입의 리프터와는 달리 챔버(200) 내에서 수직으로 직립하지 않고, 도시된 바와 같이 그 전체가 챔버 내의 마스크 방향으로 수직 반송하여 타겟(230) 앞으로 이동하여 상기 기판(210) 상에 타겟(230) 물질이 증착되도록 구성된다.
이와 같은 인-라인 타입의 스퍼터링 장치에 의하면 대면적 기판에 대한 증착 공정을 수행할 수 있다는 장점이 있으나, 상기 캐리어(220)가 수직 반송하여 타겟(230) 앞으로 이동하기 때문에 상기 캐리어(220)에 지지되는 기판(210)과 마스크(240) 간의 갭을 10mm 이하로 조절하지 못하는 문제가 있다. 즉, 상기 갭을10mm 이하로 조절할 경우 기판(210)과 마스크(240)가 충돌될 위험이 있게 된다.
따라서, 종래의 인-라인 스퍼터링 장치는, 상기 기판과 마스크 사이의 갭이크므로 상기 기판을 지지하는 캐리어에 타겟 물질이 증착되는 문제가 발생되며, 이에 이해 상기 캐리어가 변형될 수 있게 된다는 단점이 있다.
본 발명은 인-라인 스퍼터링 장치에 있어서, 챔버 내에 구비된 마스크와 캐리어 사이의 갭이 소정 간격 이하로 일정하게 유지하기 위해 캐리어의 수직 반송이 완료된 후, 마스크의 4변에 구비된 플로팅 마스크가 각각 상기 캐리어 방향으로 이동됨으로써, 상기 마스크와 캐리어 사이의 갭을 최소화할 수 있는 스퍼터링 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 상기 마스크의 4변에 구비된 플로팅 마스크가 이동됨에 있어 캐리어의 휨 정도를 미리 파악하여 각각의 이동량 정도가 자동으로 조절됨으로써, 각각의 캐리어에 대해 마스크와 캐리어 사이의 갭을 최소화할 수 있는 스퍼터링 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 의한 스퍼터링 장치는, 프로세스 챔버 내에서 증착이 수행되는 기판이 구비된 기판부와, 상기 기판 상에 증착되는 물질의 재료가 되는 타겟이 구비된 타겟부와, 상기 기판의 특정 부분에 증착이 이루어지도록 마스킹하는 마스크가 구비된 마스크부가 포함되어 구성되는 스퍼터링 장치에 있어서, 상기 마스크부는, 마스크와; 상기 마스크의 각 4변이 위치하여 기판부로 이동하는 플로팅 마스크와; 상기 플로팅 마스크를 이동시키는 플로팅 마스크 이동수단이 포함되어 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 기판부는 상기 기판을 지지하고 상기 기판을 프로세스 챔버 내로 이송하는 캐리어가 포함되어 구성되며, 상기 플로팅 마스크가 이동된 상태에서의 마스크와 기판부 상에 지지되는 기판과의 간격은 약 5mm 정도 임을 특징으로 한다.
또한, 상기 플로팅 마스크 이동수단은 각각의 플로팅 마스크에 개별적으로 구비되는 것으로, 모터가 포함되어 구성되며, 상기 플로팅 마스크 이동 수단은 마스크부에 구비된 제어부에 의해 개별적으로 또는 전체적으로 제어됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 프로세스 챔버 전에 로드 챔버가 추가로 구비되고, 상기 로드 챔버에는 스퍼터링에 앞서 기판을 이송하는 캐리어의 휨 정도를 측정하는 캐리어 휨 측정 장비가 구비되어 있음을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 의한 인-라인 타입 스퍼터링 장치의 평면도 및 챔버 내의 단면도이다.
도 3a를 참조하면, 본 발명에 의한 인-라인 타입 스퍼터링 장치는 기판(310)이 캐리어(carrier)(320)에 의해 프로세스 챔버(300) 내부로 이송되며, 상기 캐리어(320)는 앞서 설명한 클러스터 타입의 리프터와는 달리 프로세스 챔버 내에서 수직으로 직립하지 않고, 도시된 바와 같이 그 전체가 챔버 내의 마스크부(340) 방향으로 수직 반송하여 타겟(330) 앞으로 이동하여 상기 기판(310) 상에 타겟(330) 물질이 증착되도록 구성된다.
단, 본 발명의 경우 상기 캐리어(320)가 프로세스 챔버(300) 내에서 수직 반송이 완료된 후, 상기 마스크(342)의 분리된 각 4변에 구비된 플로팅 마스크(344)가 다시 상기 캐리어(320) 방향으로 이동됨으로써, 기존의 인 라인 타입과 비교할 때, 상기 플로팅 마스크(344)와 캐리어(320) 사이의 갭을 최소화할 수 있음을 특징으로 한다.
도 3b를 참조하면, 상기 스퍼터링 장치의 프로세스 챔버 내부는 기판부(SP), 타겟부(TP) 및 마스크부(MP)로 이루어진다.
상기 타겟부(TP)는 도시된 바와 같이 후면판(314) 및 타겟(330)으로 이루어지며, 상기 후면판(314) 뒤에는 자석이 구비될 수 있는데, 상기 자석(318)은 플라 즈마에서 발생하는 전자가 스퍼터링 장치의 다른 부분으로 이탈하는 것을 방지하기 위해 자기장을 인가하게 된다. 또한, 상기 후면판(314)은 스퍼터링에 의해 기판(310)에 형성되는 증착물질인 타겟(330)을 고정하게 된다. 또한, 상기 타겟과 후면판 사이에는 음극단(cathode)(미도시)가 구비되어 있다.
기판부(SP)는 스퍼터링 공정에 의해 증착 물질이 증착되는 기판(310)과, 기판(310)을 지지하는 캐리어(320)로 이루어지며, 또한, 상기 기판과 캐리어 사이에는 양극단(anode)(미도시)가 구비되어 있다.
본 발명의 경우 인-라인 스퍼터링 장치이므로 상기 캐리어(320)가 챔버 내로 이송한 뒤에는 상기 캐리어가 챔버 내에서 상기 타겟(330) 방향으로 수직 반송된다.
여기서, 상기 캐리어(320)가 수직 반송된 상태에서 마스크부(MP)와 캐리어 상에 지지되는 기판(310)과의 간격은 약 10mm 정도가 된다.
또한, 마스크부(MP)는 마스크(342), 플로팅 마스크(344) 및 플로팅 마스크 이동수단(346)로 이루어진다.
특히 상기 플로팅 마스크(344)는 상기 마스크(342)의 각 4변에 위치하는 것으로, 상기 캐리어(320)가 챔버 내에서 수직 반송이 완료된 후, 상기 플로팅 마스크 이동수단(346)에 의해 다시 상기 캐리어(320) 방향으로 소정 간격 이동됨으로써, 기존의 인 라인 타입과 비교할 때, 상기 플로팅 마스크(344)와 캐리어(320) 사이의 갭이 최소화된다.
즉, 상기 플로팅 마스크(344)가 이동된 상태에서의 마스크부(MP)와 캐리어 (320) 상에 지지되는 기판(310)과의 간격은 약 5mm 정도가 된다.
이에 따라 기존의 인-라인 스퍼터링 장치의 단점 즉, 상기 기판과 마스크 사이의 갭이 큰 문제를 극복할 수 있게 되며, 이를 통해 상기 갭을 통해 상기 기판을 지지하는 캐리어에 타겟 물질이 증착됨을 방지할 수 있게 되는 것이며, 결과적으로 챔버 내부의 오염 가능성 및 캐리어 이동시 흔들림을 최소화할 수 있게 되어 인-라인 스퍼터에서 안정된 플라즈마 형성 시스템을 구축할 수 있게 된다.
여기서, 상기 플로팅 마스크 이동수단(346)은 각각의 플로팅 마스크(344)에 개별적으로 구비될 수 있는 것으로, 모터 등으로 구현될 수 있다.
또한, 상기 플로팅 마스크 이동 수단(346)은 마스크부에 구비된 제어부(미도시)에 의해 개별적으로 또는 전체적으로 제어된다.
또한, 상기 마스크(342)는 알루미늄(Al) 등과 같은 전도성 물질을 이용하여 사각 테두리 형상으로 형성되며 음극역할을 하는 타겟(330)과의 전위차를 유지하여 플라즈마를 생성 하게 된다. 플로팅 마스크(344)는 알루미늄(Al) 등과 같은 전도성 물질로 마스크(342)의 테두리 내측에 마스크(342)와 전기적으로 절연되게 형성된다.
상기와 같이 상기 플로팅 마스크(344)가 이동된 상태에서 스퍼터링이 수행되어 기판(310) 상에 타겟(330) 물질이 증착되면, 추후 상기 플로팅 마스크(344)는 최초 상태로 다시 이동하여 상기 마스크와 캐리어 상에 지지되는 기판과의 간격이 다시 10mm 정도로 이격된다.
단, 앞서 설명한 도 3의 실시예의 경우 프로세스 챔버 내에 기판을 이송하는 캐리어의 특성이 모두 동일함을 가정하여 설명하고 있으나, 실제로는 상기 캐리어는 각각 마다 조립 정도의 차이, 진공 및 열충격 등에 의해 각 캐리어의 휨 정도가 상이할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 인-라인 타입 스퍼터링 장치의 평면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 인-라인 타입 스퍼터링 장치는 도 3a와 비교할 때 스퍼터링이 수행되는 프로세스 챔버(300) 전에 로드 챔버(400)가 추가로 구비되고, 상기 로드 챔버(400)에는 스퍼터링에 앞서 기판을 이송하는 캐리어의 휨 정도를 측정하는 캐리어 휨 측정 장비(미도시)가 구비되어 있음을 특징으로 한다.
즉, 기판을 이송하는 다수의 캐리어(320)는 각각의 캐리어마다 휨 정도 등 그 특성이 각각 상이하므로, 스퍼터링 공정에 앞서 상기 캐리어의 휨 정도를 미리 측정함으로써, 추후 마스크가 캐리어 방향으로 이동할 때 마스크의 4변에 구비된 각 플로팅 마스크의 이동 간격을 개별적으로 제어하기 위함이다.
여기서, 상기 각 캐리어의 특성은 캐리어 자체에 구비된 바 코드 등으로 식별하도록 할 수도 있다.
이에 따라 상기 로드 챔버(400)에서 먼저 캐리어의 휨 정도를 먼저 측정한 뒤 상기 캐리어가 프로세스 챔버(300) 내부로 이송된 후의 과정은 앞서 도 3b를 통해 설명한 바와 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
단, 도 4의 실시예의 경우 상기 캐리어가 챔버 내에서 수직 반송이 완료된 후, 상기 마스크의 분리된 각 4변에 구비된 플로팅 마스크가 다시 상기 캐리어 방향으로 이동됨에 있어, 상기 캐리어의 휨 상태를 고려하여 각각 다른 이동 간격을 갖도록 이동됨을 특징으로 한다.
즉, 프로세스 챔버 내에 구비된 플로팅 마스크 이동수단은 각각의 플로팅 마스크에 개별적으로 구비되고, 이는 마스크부에 구비된 제어부에 의해 상기 기 측정된 캐리어의 휨 정도를 반영하여 개별적으로 제어되는 것이다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 인-라인 스퍼터링 장치의 챔버 내에서 마스크와 캐리어 사이의 갭을 최소화함으로써, 캐리어에 불필요하게 타겟 물질이 증착되는 것을 방지하여 챔버 내부의 오염 가능성 및 캐리어 이동시 흔들림을 최소화할 수 있으며, 이를 통해 인-라인 스퍼터에서 안정된 플라즈마 형성 시스템을 구축할 수 있게 되는 장점이 있다.

Claims (6)

  1. 프로세스 챔버 내에서 증착이 수행되는 기판이 구비된 기판부와, 상기 기판 상에 증착되는 물질의 재료가 되는 타겟이 구비된 타겟부와, 상기 기판의 특정 부분에 증착이 이루어지도록 마스킹하는 마스크가 구비된 마스크부가 포함되어 구성되는 스퍼터링 장치에 있어서,
    상기 마스크부는,
    마스크와;
    상기 마스크의 상, 하, 좌, 우 각 4변에 위치하여 기판부로 이동하는 플로팅 마스크와;
    상기 플로팅 마스크를 이동시키는 플로팅 마스크 이동수단이 포함되어 구성됨을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기판부는 상기 기판을 지지하고 상기 기판을 프로세스 챔버 내로 이송하는 캐리어가 포함되어 구성됨을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 플로팅 마스크가 이동된 상태에서의 마스크와 기판부 상에 지지되는 기판과의 간격은 5mm인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 플로팅 마스크 이동수단은 각각의 플로팅 마스크에 개별적으로 구비되는 것으로, 모터가 포함되어 구성됨을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 플로팅 마스크 이동 수단은 마스크부에 구비된 제어부에 의해 개별적으로 또는 전체적으로 제어됨을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 프로세스 챔버 전에 로드 챔버가 추가로 구비되고,
    상기 로드 챔버에는 스퍼터링에 앞서 기판을 이송하는 캐리어의 휨 정도를 측정하는 캐리어 휨 측정 장비가 구비되어 있음을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
KR1020050050258A 2005-06-13 2005-06-13 스퍼터링 장치 KR101174154B1 (ko)

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