KR101188361B1 - 원료 공급 유닛 및 스퍼터링 장치 - Google Patents

원료 공급 유닛 및 스퍼터링 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 원료 공급 유닛은 상기 기판과 수직을 이루도록 배치되어 서로 마주 보도록 대향 배치되는 한 쌍의 타겟과, 한 쌍의 타겟 각각의 외측에서 상기 타겟과 수직을 이루도록 배치되어 상하로 이격된 3개 이상의 자성체를 구비하는 자석부와, 한 쌍의 타겟 각각의 배면과 이격되어 대향 배치되는 전면 요크와, 전면 요크의 배면과 이격되어 대향 배치되는 후면 요크를 포함하는 수직 타겟 장치를 구비하고, 상기 전면 요크의 두께는 후면 요크의 두께보다 두껍게 제작된다.
따라서, 본 발명에 의하면 대향하는 한 쌍의 타겟이 기판과 수직을 이루도록 배치된 수직 타겟 장치에 있어서, 3개 이상의 자성체를 마련하여 타겟의 양 끝단 뿐만 아니라 중앙부에도 상기 자성체를 대향 배치시킨다. 또한, 전면 요크의 두께를 후면 요크의 두께에 비해 2배 내지 3배 두껍게 제작한다. 이로 인해, 타겟 전체 영역에 걸쳐 균일한 세기의 자기장이 형성되며, 한 쌍의 타겟 사이에 포획되는 플라즈마의 밀도를 향상시킬 수 있다.
스퍼터링 장치, 자성체, 타겟

Description

원료 공급 유닛 및 스퍼터링 장치{Target module and sputtering apparatus}
본 발명은 원료 공급 유닛 및 스퍼터링 장치에 관한 것으로, 타겟 전체 영역에 대해 균일하게 스퍼터링이 일어나고, 기판 또는 먼저 증착된 증착막의 손상없이 후속 증착막을 형성할 수 있는 원료 공급 유닛 및 스퍼터링 장치에 관한 것이다.
유기 발광 소자(Organic Light Emitting Device: OLED)는 자체 발광이 가능하기 때문에 백라이터가 필요없고 소비 전력이 작다. 또한, 넓은 시야각과 빠른 응답 속도를 갖고 있기 때문에 이를 이용한 평판 표시 장치는 시야각 및 잔상의 문제가 없는 우수한 화상을 구현할 수 있다. 이러한 유기 발광 소자는 기판 상에 음극(cathode), 전자 수송층(electron transport layer), 발광층(emission layer), 정공 수송층(hole transport layer), 정공 주입층(hole injicton layer) 및 양극(anode)이 적층되어 구성된다. 두 전극을 통해 구동 정류를 인가해주면 전자 수송층에서 주입된 전자와 정공 주입층에서 주입된 정공이 발광층에서 재결합을 이루면서 여기자(exiton)가 생성되고, 이 여기자가 확산되면서 에너지 밴드갭에 해당하는 광이 방출된다.
한편, 유기 발광 소자의 전극 즉, 음극 또는 양극의 형성시에는 주로 스퍼터 링(sputtering)법이 사용된다. 일반적인 스퍼터링 장치는 챔버 내에 기판이 마련되고, 기판에 대향하도록 타겟(target)이 배치되며, 챔버 내부로 Ar 가스가 공급된다. 그리고 상기 타겟에 DC 전원이 인가되면 DC 전원에 의해 가속된 Ar+ 이온에 의하여 타겟에서 떨어져 나온 입자가 DC 전원에 의해 가속되어 기판에 증착된다. 이때, 타겟으로부터 떨어져 나온 입자의 운동 에너지가 너무 커서 기판이 손상될 우려가 있어, 최근에는 대향 타겟 방식이 주로 사용되고 있다.
대향 타겟 방식을 사용하는 대향 타겟 장치는 소정 거리로 이격되어 서로 대향하는 적어도 한 쌍의 타겟부를 구비하고, 상기 타겟부 각각은 원료 물질을 공급하는 타겟과, 타겟의 배면과 이격되어 대향 배치된 전면 요크와, 전면 요크의 배면과 이격되어 대향 배치된 후면 요크와, 전면 요크와 후면 요크 사이를 연결하는 자성체와, 타겟의 전면을 제외한 외측을 커버하고 자성체, 전면 요크 및 후면 요크를 수용하는 커버 부재를 포함한다. 여기서, 한 쌍의 타겟부의 각 타겟은 기판과 수직을 이루도록 배치되어 서로 마주 보도록 구성된다. 또한, 종래의 2개의 자성체를 마련하여 전면 요크 및 후면 요크의 양 끝단을을 연결하도록 배치한다. 이때, 2개의 자성체의 각각의 일단은 전면 요크와 연결되고, 타단은 후면 요크와 연결된다. 이러한 자성체는 자기장을 발생시켜 플라즈마가 두 타겟 사이의 공간에 구속 되도록 한정한다. 그리고, 상기 플라즈마는 대향 배치된 두 타겟과 충돌하여 스퍼터링을 일으키고, 스퍼터링으로 인해 타겟으로부터 떨어져 나온 입지는 기판 방향으로 가속되어 소정 두께의 박막을 형성한다. 하지만, 종래의 자성체는 전술했던 바와 같이 전면 요크와 후면 요크의 양 끝단을 연결하도록 배치된다. 이와 같은 경우, 타겟의 양 끝단과 중앙부의 자기장의 세기가 크게 차이가 난다. 이로 인해, 타겟의 양 끝단에 플라즈마가 집중되는 현상이 발생된다. 따라서, 타겟 전체 영역이 균일하게 침식되지 않음에 따라 상기 타겟의 수명이 단축되는 문제점이 있다. 또한, 700G 이하의 낮은 세기의 자기장을 생성함으로써, 두 타겟 사이의 공간에 포획되는 플라즈마의 밀도가 높지 않은 단점이 있다.
그리고, 상기와 같은 대향 타겟 장치는 한 쌍의 타겟을 서로 대향 배치시켜 기판과 직접 대면하지 않도록 함으로써, 높은 에너지의 입자에 의해 기판이 손상되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있으나, 증착 속도가 낮은 단점이 있다. 이에, 목표하는 두께의 증착막을 형성하기 위해서는 공정 시간이 길어지는 문제점이 있다.
상기의 문제점을 해결하기 위하여 대향하는 한 쌍의 타겟이 기판과 수직을 이루도록 배치된 수직 타겟 장치에 있어서, 타겟 전체 영역을 균일하게 스퍼터링 하는 원료 공급 유닛 및 스퍼터링 장치를 제공한다. 또한, 기판 또는 증착막을 손상시키지 않으면서 성막 속도를 향상시킬 수 있는 원료 공급 유닛 및 스퍼터링 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 원료 공급 유닛은 상기 기판과 수직을 이루도록 배치되어 서로 마주 보도록 대향 배치되는 한 쌍의 타겟, 상기 한 쌍의 타겟 각각의 외측에서 상기 타겟과 수직을 이루도록 배치되어 상하로 이격된 3개 이상의 자성체를 구비하는 자석부, 상기 한 쌍의 타겟 각각의 배면과 이격되어 대향 배치되는 전면 요크, 상기 전면 요크의 배면과 이격되어 대향 배치되는 후면 요크를 포함하는 수직 타겟 장치를 구비하고, 상기 전면 요크의 두께는 후면 요크의 두께보다 두껍게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 자성체는 상기 전면 요크와 후면 요크의 양 끝단 및 상기 전면 요크와 후면 요크의 중앙부를 연결하도록 배치된다.
상기 전면 요크의 두께가 상기 후면 요크의 두께 보다 2배 내지 3배 두껍게 제작된다.
상기 전면 요크와 후면 요크의 중앙부를 연결하는 자성체의 길이와 상기 전 면 요크와 후면 요크의 양 끝단을 연결하는 자성체의 길이가 다르도록 제작된다.
상기 전면 요크와 후면 요크의 중앙부를 연결하는 자성체의 길이는 상기 전면 요크와 후면 요크의 양 끝단을 연결하는 자성체의 길이에 비해 2% 내지 3% 짧게 제작된다.
상기 한 쌍의 타겟 각각의 외측에 마련되어 서로 마주하도록 배치된 양측 자석부의 자성체는 대향하는 극성이 다르도록 배치된다.
상기 한 쌍의 타겟 각각의 외측에 마련된 자석부의 자성체는 동일 방향의 극성이 다르도록 배치된다.
상기 기판과 수평을 이루도록 배치되는 타겟, 상기 타겟의 배면과 이격되어 대향하도록 배치되는 후면 요크, 상기 타겟과 후면 요크 사이에서 수직을 이루도록 배치되어 상기 후면 요크의 양 끝단 및 중앙부에 각각 연결되는 복수의 자성체를 포함하는 자석부가 마련된 수평 타겟 장치를 포함한다.
본 발명에 따른 스퍼터링 장치는 내부 공간을 가지는 챔버, 상기 챔버 내에 마련되어 대향하는 한 쌍의 타겟이 기판과 수직을 이루도록 배치된 수직 타겟 장치, 타겟이 상기 기판과 수평하도록 배치된 수평 타겟 장치를 구비하는 원료 공급 유닛, 상기 원료 공급 유닛의 상측에 대향 배치되어, 상기 수평 타겟 장치와 대향하는 위치와 수직 타겟 장치와 대향하는 위치 사이에서 기판을 이동시키는 기판 지지부를 포함한다.
본 발명에 따른 스퍼터링 장치는 내부 공간을 가지는 챔버, 상기 챔버 내에 마련되어 대향하는 한 쌍의 타겟이 기판과 수직을 이루도록 배치된 원료 공급 유 닛, 상기 한 쌍의 타겟이 기판과 수평을 이루도록 상기 원료 공급 유닛을 회동시키는 회동장치, 상기 원료 공급 유닛의 상측에 대향 배치되어, 한 쌍의 타겟 사이에서 기판을 이동시키는 기판 지지부를 포함한다.
본 발명에 따른 기판 처리 방법은 내부 공간을 가지는 챔버 내에 기판을 인입시키는 단계, 상기 챔버 내에 위치하는 원료 공급 유닛을 이용하여 상기 기판과 수직을 이루는 타겟을 통해 제 1 증착 공정을 실시하고, 상기 기판과 수평을 이루는 타겟을 통해 제 2 증착 공정을 실시하여 증착막을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 증착막을 형성하는 단계에 있어서, 상기 제 1 증착 공정은 챔버 내에 배치된 원료 공급 유닛의 수직 타겟 장치를 이용하여 실시하고, 상기 제 2 증착 공정은 상기 챔버 내에 배치된 원료 공급 유닛의 수평 타겟 장치를 이용하여 실시하는 것이 바람직하다.
상기 수직 타겟 장치를 이용하여 제 1 증착 공정을 실시한 후, 기판 지지부를 이용하여 상기 기판을 수평 타겟 장치의 상측에 대향 배치시켜, 수평 타겟 장치를 이용하여 제 2 증착 공정을 실시하는 것이 바람직하다.
상기 증착막을 형성하는 단계에 있어서, 한 쌍의 타겟이 기판과 수직을 이루도록 배치시킨 원료 공급 유닛을 이용하여 제 1 증착 공정을 실시하고, 회동장치를 이용하여 상기 한 쌍의 타겟이 기판과 수평을 이루도록 상기 원료 공급 유닛을 회동시킨 후, 상기 원료 공급 유닛을 이용하여 제 2 증착 공정을 실시한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 대향하는 한 쌍의 타겟이 기판과 수직을 이루도 록 배치된 수직 타겟 장치에 있어서, 3개 이상의 자성체를 마련하여 타겟의 양 끝단 뿐만 아니라 중앙부에도 상기 자성체를 대향 배치시킨다. 또한, 전면 요크의 두께를 후면 요크의 두께에 비해 2배 내지 3배 두껍게 제작한다. 이로 인해, 타겟 전체 영역에 걸쳐 균일한 세기의 자기장이 형성되며, 한 쌍의 타겟 사이에 포획되는 플라즈마의 밀도를 향상시킬 수 있다.
그리고, 챔버 내에 대향하는 한 쌍의 타겟이 기판과 수직을 이루는 수직 타겟 장치와, 타겟이 기판과 대향하도록 배치된 수평 타겟 장치를 함께 설치한다. 이에, 수직 타겟 장치를 이용하여 기판 상에 먼저 증착막을 형성함으로써 기판이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 그리고 이후에 증착 속도가 빠른 수평 타겟 장치를 이용하여 증착막을 형성함으로써 성막 속도를 높일 수 있다.
또한, 서로 다른 물질로 이루어진 복수의 막을 순차적으로 증착할 경우, 물질의 특성 및 공정 특성을 고려하여 수직 타겟 장치로 증착하거나 수평 타겟 장치로 증착할 수 있다. 즉, 물질의 특성 및 공정 특성을 고려하여 증착 속도가 느리게 증착을 해야할 경우 수직 타겟 장치를 이용하고, 빠른 속도로 증착을 해야할 경우 수평 타겟 장치를 이용할 수 있다. 따라서, 선택적으로 수직 타겟 장치 및 수평 타겟 장치 중 어느 하나를 사용할 수 있는 장점이 있다.
이후, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 더욱 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도 록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 개략적인 모식도이다. 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 수직 타겟 장치를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 스퍼터링 장치는 내부 공간을 가지는 챔버(100)와, 챔버(100) 내에 마련되어 기판(s)을 지지하는 기판 지지부(200)와, 기판 지지부(200)와 대향 배치되어 스퍼터링 방법으로 기판(s) 상에 원료 물질을 제공하는 원료 공급 유닛(600)과, 원료 공급 유닛(600)에 전원을 인가하는 전원 공급부(700)를 포함한다.
챔버(100)는 내부가 비어있는 사각형 통 형상으로 제작되며, 내부에는 기판(s)을 처리할 수 있는 소정의 반응 공간이 마련된다. 본 실시예에서는 챔버(100)를 사각 통 형상으로 형성하였으나, 이에 한정되지 않고 기판(s)의 형상에 대응되도록 제작되는 것이 바람직하다. 한편, 상기에서는 챔버(100)를 일체형으로 설명하였지만, 챔버(100)를 상부가 개방된 하부 챔버와 하부 챔버의 상부를 덮는 챔버 리드(Lid)로 분리하여 구성할 수 있음은 물론이다. 또한, 챔버(100)의 일측에는 아르곤(Ar)과 같은 스퍼터링 가스가 유입되는 가스 유입구(110)가 마련되고, 상기 챔버(100)의 타측에는 스퍼터링 가스가 외부로 배출되는 가스 유출구(120)가 마련된다.
기판 지지부(200)는 챔버(100) 내의 상부벽에 장착되어, 챔버(100) 내로 인입된 기판(s)을 지지한다. 본 실시예에서는 챔버(100) 내의 상부벽에 기판 지지 부(200)가 장착되었으나, 원료 물질을 공급하는 원료 공급 유닛(600)의 위치에 따라 상기 원료 공급 유닛(600)과 대향하는 위치라면 챔버(100) 내의 어디라도 장착될 수 있다. 이러한, 기판 지지부(200)는 기판(s)이 안착되는 기판 안치 수단(210)과, 상기 기판 안치 수단(210)을 이동시키는 구동부(220)를 포함한다. 여기서 기판 안치 수단(210)에는 기계력, 진공 흡입력, 정전력 등을 이용하여 기판(s)을 잡아주는 다양한 척 수단이 추가적으로 구성될 수도 있다. 구동부(220)는 기판 안치 수단(210)을 승하강 시키거나 회전시키는 이동부(221)와, 상기 이동부(221)의 상부에 연결되어 이동부(221)가 수평 이동할 수 있도록 하는 가이드 부재(222)를 포함한다. 그리고 기판 지지부(200)와 원료 공급 유닛(600) 사이에는 새도우 마스크(shadow mask)(M)가 배치될 수 있다. 즉, 기판(s)에 증착할 증착막의 패턴을 규제하도록 기판(s)의 증착면 전방에 소정의 패턴을 갖는 새도우 마스크(M)가 배치된다.
본 실시예에 따른 원료 공급 유닛(600)은 도 1에 도시된 바와 같이 수직 타겟 장치(300)와 복수의 수평 타겟 장치(400, 500)를 포함한다.
도 2를 참조하면, 수직 타겟 장치(300)는 기판(s)과 수직을 이루도록 배치되고 상호 이격된 한 쌍의 타겟(311, 312)과, 한 쌍의 타겟(311, 312)의 외측에 각기 마련된 한 쌍의 자석부(321, 322)를 포함한다. 상기 한 쌍의 자석부(321, 322) 각각은 상하로 배치된 적어도 3개 이상의 자성체(11, 12, 13)를 포함하고, 상기 3개 이상의 자성체(11, 12, 13)의 전방 및 후방에는 한 쌍의 요크부(331, 332)가 설치된다. 또한, 타겟(311, 312)의 외측을 커버하고, 자석부(321, 322) 및 요크부(331, 332)를 각기 수용하는 한 쌍의 커버 부재(341, 342)를 포함한다.
상호 이격된 한 쌍의 타겟(311, 312)은 기판(s)과 수직을 이루도록 위치하여, 상기 기판(s)과 직접 대면하지 않도록 배치된다. 이로 인해, 한 쌍의 타겟(311, 312)으로부터 떨어져 나온 높은 에너지의 입자가 바로 기판(s)으로 가속되어 상기 기판(s)이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 이러한, 한 쌍의 타겟(311, 312)은 기판(s) 상에 증착될 물질로 구성된다. 예를 들어 한 쌍의 타겟(311, 312)은 알루미늄(Al) 및 니켈(Ni) 등과 같은 금속 재료와, ITO(Indium-Tin Oxide), IZO(Indium-Zinc Oxide) 및 IO(Indium Oxide) 등과 같은 금속 산화물 재료를 이용하여 제작될 수 있다. 또한, 도시되지는 않았지만 한 쌍의 타겟(311, 312) 각각을 지지하기 위한 타겟 지지대(미도시)가 별도로 마련될 수 있다. 그리고, 스퍼터링 공정 동안에 발생된 열에 의해 타겟들(311, 312)이 변화되는 것을 방지하기 위해, 타겟 지지대(미도시)에 냉각 수단(미도시)이 더 구비될 수 있다.
한 쌍의 타겟(311, 312) 각각에는 전원 공급부(700)로부터 이종 전원이 인가된다. 예를 들어, 상기의 이종 전원은 스퍼터링 메인 전원(main power)으로 공급되는 DC(Direct Current) 전원 및 서브 전원(sub power)으로 공급되는 RF(Radio Frequency) 전원을 포함한다. 이때, RF 전원은 방전 전압을 낮춰주어 한 쌍의 타겟(311, 312)에서 스퍼터링된 입자의 운동 에너지를 낮춰주는 역할을 하며, DC 전원은 RF 전원을 사용할 경우 증착율이 낮은 단점을 보완하는 역할을 한다. 이에, 한 쌍의 타겟(311, 312) 각각에 이종 전원이 인가되고 챔버(100) 측벽에 접지 전원이 인가되면, 서로 대향하는 한 쌍의 타겟(311, 312) 사이의 공간에서 방전이 발생 된다. 따라서, 아르곤(Ar)과 같은 스퍼터링 가스가 이온화됨으로써 플라즈마가 생성된다. 이때, 상기에서 전술했던 바와 같이 한 쌍의 타겟(311, 312)을 서로 마주 보도록 대향 배치시켜 기판(s)과 직접 대면하지 않도록 함으로써, 높은 에너지를 갖는 입자에 의해 기판(s)이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 도 1에 도시된 바와 같이 하나의 전원 공급부(700)를 통해 상기 수직 타겟 장치(300) 및 후술되는 복수의 수평 타겟 장치(400, 500) 각각에 전원을 인가한다. 이를 위해, 수직 타겟 장치(300)와 전원 공급부(700) 사이 그리고 복수의 수평 타겟 장치(400, 500)와 전원 공급부(700) 사이에 전원 스위치 장치(710)을 연결한다. 이로 인해, 전원 공급부(700) 및 전원 스위치 장치(710)를 이용하여 수직 타겟 장치(300) 및 복수의 수평 타겟 장치(400, 500) 각각에 선택적으로 전원을 인가할 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고 복수의 전원 공급부(700)를 마련하여 수직 타겟 장치(300) 및 복수의 수평 타겟 장치(400, 500) 각각에 연결할 수도 있다.
한 쌍의 요크부(331, 332)는 한 쌍의 타겟(311, 312) 전체 영역에 걸쳐 균일한 세기의 자기장이 형성될 수 있도록 하는 역할을 한다. 이러한, 요크부(331, 332)는 한 쌍의 타겟(311, 312) 각각의 배면과 이격되어 대향 배치된 전면 요크(21)와, 상기 전면 요크(21)의 배면과 이격되어 대향 배치된 후면 요크(22)를 포함한다. 이때, 전면 요크(21) 및 후면 요크(22) 사이를 연결하도록 자석부(321, 322)가 배치된다. 여기서, 전면 요크(21)의 두께가 후면 요크(22)의 두께에 비해 두껍도록 제작한다. 본 실시예에서는 전면 요크(21)의 두께가 후면 요크(22)의 두께에 비해 2배 내지 3배 두껍도록 제작한다. 예를 들어, 전면 요크(21)를 4mm, 후 면 요크(22)를 2mm로 제작한다. 이러한, 전면 요크(21) 및 후면 요크(22)는 강자성체 또는 상자성체의 물질을 이용하여 제작한다. 본 실시예에서는 Fe 계열의 플레이트를 이용하여 전면 요크(21) 및 후면 요크(22)를 제작한다. 물론 이에 한정되지 않고 철, 코발트, 니켈 및 이들의 합금 중 어느 하나를 이용하여 제작할 수 있다.
한 쌍의 자석부(321, 322)에 의해 발생된 자기장은 한 쌍의 타겟(311, 312) 사이의 공간에 플라즈마가 구속되도록 하는 역할을 한다. 이러한, 한 쌍의 자석부(321, 322) 각각은 전면 요크(21)와 후면 요크(22) 사이에 배치된다. 그리고, 한 쌍의 타겟(311, 312) 사이의 공간에 플라즈마를 효과적으로 구속하기 위해서는 자기장을 700G(절대값) 이상으로 발생시키는 것이 바람직하다. 이를 위해, 본 실시예에 따른 한 쌍의 자석부(321, 322) 각각은 전면 요크(21) 및 후면 요크(22)의 양 끝단에 대향 배치되는 제 1 및 제 2 자성체(11, 13)와, 상기 전면 요크(21) 및 후면 요크(22)의 중앙부에 대향 배치되는 제 3 자성체(12)를 포함한다. 여기서, 3개의 자성체(11, 12, 13)의 각 일단은 전면 요크(21)와 연결되며, 타단은 후면 요크(22)와 연결된다. 이를 통해, 한 쌍의 타겟(311, 312)의 양 끝단과 중앙부에 자성체(11, 12, 13)가 대향 배치된다. 또한, 한 쌍의 자석부(321, 322) 각각의 자성체(11, 12, 13)는 대향하는 극성이 다르도록 배치되는 것이 바람직하다. 이로 인해, 한 쌍의 타겟(311, 312)의 전체 영역에 걸쳐 균일한 세기의 자기장이 형성됨으로써, 플라즈마가 어느 한 영역에 집중되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 한 쌍의 타겟(311, 312)의 전체 영역에 대해 균일하게 스퍼터링이 일어난다. 본 실시예에 따른 한 쌍의 타겟(311, 312)의 전면의 자기장 세기에 대한 상세한 설명은 하기에 서 하기로 한다.
본 실시예에서는 3개의 자성체(11, 12, 13)를 마련하였다. 하지만 이에 한정되지 않고, 3개 이상의 자성체(미도시)를 마련하여 전면 요크(21) 및 후면 요크(22) 사이를 연결하도록 배치할 수 있다.
한 쌍의 커버 부재(341, 342) 각각은 타겟들(311, 312)의 원치 않는 부분에서 스퍼터링이 발생하는 것을 방지하는 역할을 한다. 이를 위해, 한 쌍의 커버 부재(341, 412) 각각은 자석부(321, 322), 타겟(311, 312), 요크부(331, 332)를 수용할 수 있고, 타겟(311, 312)과 대응하는 면이 개방된 박스 형태로 제작된다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예의 변형예에 따른 수직 타겟 장치를 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 전면 요크(21)와 후면 요크(22) 사이를 연결하도록 3개의 자성체(11, 12, 13)가 연결된다. 즉, 전면 요크(21)와 후면 요크(22)의 양 끝단을 연결하도록 제 1 및 제 2 자성체(11, 13)가 배치되고, 중앙부를 연결하도록 제 3 자성체(12)가 배치된다. 이때, 전면 요크(21)와 후면 요크(22)의 중앙부를 연결하는 제 3 자성체(12)의 길이와 상기 전면 요크(21)와 후면 요크(22)의 양 끝단을 연결하는 제 1 및 제 2 자성체(11, 13)의 길이가 다르도록 제작한다. 본 실시예에서는 제 3 자성체(12) 길이가 제 1 및 제 2 자성체(11, 13)에 비해 2% 내지 3% 작도록 제작한다. 그리고, 전면 요크(21) 및 후면 요크(22) 각각의 중앙부와 제 3 자성체(12)를 연결하도록 이음부(315, 325)를 설치한다.
도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 개략적 인 모식도이다. 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 원료 공급 유닛을 도시한 단면도이다. 하기에서는 제 1 실시예와 중복되는 설명은 생략한다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면 제 2 실시예에 따른 스퍼터링 장치는 내부 공간을 가지는 챔버(100)와, 챔버(100) 내에 마련되어 기판(s)을 지지하는 기판 지지부(200)와, 기판 지지부(200)와 대향 배치되어 스퍼터링 방법으로 기판(s) 상에 원료 물질을 제공하는 원료 공급 유닛(600)과, 원료 공급 유닛(600)에 전원을 인가하는 전원 공급부(700)를 포함한다. 여기서, 원료 공급 유닛(600)에는 상기 원료 공급 유닛(600)을 회동시키는 회동장치(800)가 결합된다.
원료 공급 유닛(600)은 기판(s)과 수직을 이루도록 배치되고 상호 이격된 한 쌍의 타겟(311, 312)과, 한 쌍의 타겟(311, 312)의 외측에 각기 마련된 한 쌍의 자석부(321, 322)를 포함한다. 상기 한 쌍의 자석부(321, 322) 각각은 상하로 배치된 적어도 3개 이상의 자성체(11, 12, 13)를 포함하고, 상기 3개 이상의 자성체(11, 12, 13)의 전방 및 후방에는 한 쌍의 요크부(331, 332)가 설치된다. 또한, 타겟(311, 312)의 외측을 커버하고, 자석부(321, 322) 및 요크부(331, 332)를 각기 수용하는 한 쌍의 커버 부재(341, 342)를 포함한다. 이때, 상하로 이격된 3개의 자성체(11, 12, 13)는 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 동일 방향의 극성이 다르도록 배치되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 전면 요크(21)와 접속된 제 1 자성체(11)의 일단부 극성이 N일 경우, 상기 제 1 자성체(11)의 상측에 위치하여 전면 요크(21)와 접속된 제 2 자성체(12)의 일단부 극성이 S가 되도록 배치한다. 그리고 같은 방법으로 제 3 자성체(13)를 배치하여 동일 방향의 극성이 서로 다르도록 배 치한다. 이와 같이 대향하는 극성이 서로 다르도록 한 쌍의 자석부(321, 322)를 배치시키고, 한 쌍의 자석부(321, 322) 각각에 마련되어 상하로 이격된 자성체(11, 12, 13)를 동일 방향의 극성이 다르도록 배치시킨다. 따라서, 상기와 같이 발생된 자기장에 의해 한 쌍의 타겟(311, 321) 사이에 포획되는 플라즈마의 밀도가 높아짐에 따라 증착 속도가 향상된다.
이러한 원료 공급 유닛(600)에는 상기 원료 공급 유닛(600)을 회동시키는 회동장치(800)가 연결된다. 여기서, 회동장치(800)는 한 쌍의 타겟(311, 321)이 기판(s)과 수직을 이루도록 배치된 원료 공급 유닛(600)을 상기 한 쌍의 타겟(311, 321) 각각이 기판(s)과 수평을 이루도록 회동시키는 역할을 한다. 또한, 회동장치(800)는 한 쌍의 타겟(311, 321)이 기판(s)과 수평을 이루도록 배치된 원료 공급 유닛(600)을 상기 한 쌍의 타겟(311, 321) 각각이 기판(s)과 수직을 이루도록 회동시키는 역할을 한다. 즉, 회동장치(800)는 원료 공급 유닛(600)을 회동시킴으로써, 앞서 전술한 수평 타겟 장치 및 수직 타겟 장치의 역할을 모두 수행할 수 있도록 한다.
여기서, 회동장치(800)는 한 쌍의 커버 부재(341, 342)의 영역 중, 각 타겟(311, 322)과 수평을 이루는 커버 부재(341, 342)의 일단에 결합된 제 1 지지부(810)와, 상기 각 타겟(311, 322)과 수직을 이루는 커버 부재(341, 342)의 타단에 결합된 제 2 지지부(820)와, 제 1 지지부(810) 사이를 연결하도록 결합되어 원료 공급 유닛(600)을 회동시키는 회동축(830)을 포함한다. 이때, 제 1 지지부(810)는 챔버(100)의 측벽을 향하도록 커버 부재(341, 342)에 결합되고, 제 2 지지 부(820)는 챔버(100)의 바닥을 향하도록 커버 부재(341, 342)에 결합되는 것이 바람직하다. 물론 이에 한정되지 않고, 원료 공급 유닛(600)을 회동시킬 수 있는 수단이라면 어떠한 형태의 회동장치가 사용되어도 무방하다.
하기에서는 도 4a 내지 도 5b를 참조하여, 회동장치(800)를 이용하여 원료 공급 유닛(600)을 회동시키는 방법을 간단히 설명한다. 먼저, 도 4a 및 도 5a에 도시된 바와 같이 원료 공급 유닛(600)은 한 쌍의 타겟(311, 312)이 기판(s)과 수직을 이루도록 배치된다. 이때, 원료 공급 유닛(600)은 한 쌍의 타겟(311, 312)과 수직을 이루는 커버 부재(341, 342)의 타단에 결합된 제 2 지지부(820)에 의해 챔버(100) 바닥에 고정된다. 또한, 한 쌍의 자석부(321, 322) 각각의 자성체(11, 12, 13)는 대향하는 극성이 다르도록 배치되며, 한 쌍의 자석부(321, 322) 각각에 마련되어 상하로 이격된 자성체(11, 12, 13)를 동일 방향의 극성이 다르도록 배치시킨다. 상기와 같은 한 쌍의 자석부(321, 322)의 각 자성체(11, 12, 13)의 배치로 인해 발생된 자기장에 의해 한 쌍의 타겟(311, 321) 사이에 포획되는 플라즈마의 밀도가 높아진다. 따라서, 한 쌍의 타겟(311, 312)의 전체 영역에 걸쳐 균일한 세기의 자기장이 형성됨으로써, 플라즈마가 어느 한 영역에 집중되는 것을 방지할 수 있다. 이로 인해, 한 쌍의 타겟(311, 312)의 전체 영역에 대해 균일하게 스퍼터링이 일어난다.
이와 같이 기판(s)과 수직을 이루도록 배치된 원료 공급 유닛(600)을 이용하여 증착 공정이 완료된 후, 도 4b 및 도 5b에 도시된 바와 같이 회동장치(800)의 회동축(830)을 이용하여 원료 공급 유닛(600)을 회동시킨다. 이때, 한 쌍의 타 겟(311, 312)이 기판(s)과 수평을 이루도록 원료 공급 유닛(600)을 회동시킨다. 여기서, 원료 공급 유닛(600)은 한 쌍의 타겟(311, 312)과 수평을 이루는 커버 부재(341, 342)의 일단에 결합된 제 1 지지부(810)에 의해 챔버(100) 바닥에 고정된다. 이때, 한 쌍의 자석부(321, 322) 각각의 자성체(11, 12, 13)는 타겟(311, 312)을 향하는 극성이 SNS의 형태로 구성되도록 배치된다. 한 쌍의 자석부(321, 322)에 의해 생성된 자기장은 기판(s)과 타겟(311, 312) 사이의 공간에 생성된 플라즈마를 포획하고, 상기 플라즈마는 각 타겟(311, 312)과 충돌함으로써 스퍼터링을 일으킨다. 스퍼터링되어 각 타겟(311, 312)으로부터 떨어져 나온 입자는 음극으로 대전된 기판(s) 방향으로 가속되어 기판(s)의 일면에 증착됨으로써, 소정 두께의 박막을 형성한다.
도 6은 도 2에 도시된 제 1 실시예에 따른 수직 타겟 장치에 있어서, 한 쌍의 타겟 표면에 형성된 자기장의 세기를 나타낸 그래프이다. 도 7은 도 3에 도시된 제 1 실시예의 변형예에 따른 수직 타겟 장치에 있어서, 한 쌍의 타겟 표면에 형성된 자기장의 세기를 나타낸 그래프이다.
도 2 및 도 6을 참조하면, 제 1 실시예에 따른 수직 타겟 장치(300)에 있어서, 한 쌍의 타겟(311, 312)의 표면과 평행한 방향의 자기장의 세기인 Bx는 -900G 내지 -1000G 값을 나타낸다. 이와 같이, 변형예에서는 한 쌍의 타겟(311, 312)의 전체 영역에 걸쳐 균일한 세기의 자기장이 형성된다. 또한, 전술했던 바와 같이 -900G 내지 -100G 사이의 자기장이 발생됨으로써, 한 쌍의 타겟(311, 312) 사이에 고 밀도의 플라즈마가 포획된다.
도 3 및 도 7을 참조하면, 제 1 실시예의 변형예에 따른 수직 타겟 장치(300)에 있어서, 한 쌍의 타겟(311, 312)의 표면과 평행한 방향의 자기장의 세기인 Bx는 -1100G 내지 -1200G 값을 나타낸다. 이와 같이, 변형예에서는 한 쌍의 타겟(311, 312)의 전체 영역에 걸쳐 종래에 비하여 균일한 세기의 자기장이 형성된다. 또한, 전술했던 바와 같이 -1100G 내지 -1200G 사이의 자기장이 발생됨으로써, 한 쌍의 타겟(311, 312) 사이에 고 밀도의 플라즈마가 포획된다.
이와 같이 본 실시예에 따른 수직 타겟 장치(300)에서는 전면 요크(21)와 후면 요크(22)의 양 끝단을 연결하도록 제 1 및 제 2 자성체(11, 13)를 배치하고, 중앙부를 연결하도록 제 3 자성체(12)를 배치한다. 또한, 전면 요크(21)의 두께를 후면 요크(22)의 두께에 비해 2배 내지 3배 두껍게 제작한다. 이로 인해, 한 쌍의 타겟(311, 312) 전체 영역에 걸쳐 700G(절대값) 이상의 균일한 세기의 자기장이 형성된다. 따라서, 한 쌍의 타겟(311, 312) 사이에 고 밀도의 플라즈마가 포획되며, 상기 플라즈마는 각 타겟(311, 312)의 전체 영역을 고르게 스퍼터링한다. 또한, 한 쌍의 타겟(311, 312)을 기판(s)과 직접 대면하지 않도록 배치시킴으로써, 높은 에너지의 입자에 의해 기판(s)이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 하지만, 이러한 수직 타겟 장치(300)는 증착 속도가 낮은 단점이 있다. 이를 해결하기 위해 본 실시예에 따른 스퍼터링 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 챔버(100) 내에 수직 타겟 장치(300)와 함께 2개의 수평 타겟 장치(400, 500)을 구비한다. 이에, 본 실시예에서는 수직 타겟 장치(300)를 이용하여 기판(s) 상에 먼저 10Å 내지 500Å의 얇은 두께로 증착막을 형성한 후, 증착 속도가 빠른 제 1 및 제 2 수평 타겟 장치(400, 500)를 이용하여 증착막을 형성한다. 따라서, 수직 타겟 장치(300)를 이용함으로써, 기판(s)을 손상시키지 않으면서 증착막을 형성할 수 있다. 그리고 이후에 증착 속도가 빠른 제 1 및 제 2 수평 타겟 장치(400, 500)를 이용하여 증착막을 형성함으로써 목표하는 두께의 증착막을 빠른 속도로 형성할 수 있다.
도 1을 참조하면, 제 1 수평 타겟 장치(400)는 기판(s)과 대향하도록 배치되어 원료 물질을 공급하는 타겟(410)과, 타겟(410)의 배면과 이격되어 대향 배치되는 후면 요크(420)와, 타겟(410)과 후면 요크(420) 사이에 배치되어 일단이 후면 요크(420)와 연결되는 자석부(430)를 포함한다. 또한, 타겟(410)의 외측을 커버하고 자석부(430) 및 후면 요크(420)를 수용하는 커버 부재(440)를 포함한다.
여기서, 자석부(430)는 후면 요크(420)의 양 끝단에 각각 연결된 제 1 및 제 2 자성체(51, 53)와, 중앙부에 연결된 제 3 자성체(52)를 포함한다. 그리고, 3개의 자성체(51, 52, 53)는 타겟(410)을 향하는 극성이 NSN의 형태로 구성되도록 배치된다. 물론 이에 한정되지 않고 타겟(410)을 향하는 극성이 SNS의 형태로 구성되도록 배치할 수 있다. 따라서, 자석부(430)에 의해 생성된 자기장은 기판(s)과 타겟(410) 사이의 공간에 생성된 플라즈마를 포획하고, 상기 플라즈마는 타겟(410)과 충돌함으로써 스퍼터링을 일으킨다. 스퍼터링되어 타겟(410)으로부터 떨어져 나온 입자는 음극으로 대전된 기판(s) 방향으로 가속되어 기판(s)의 일면에 증착됨으로써, 소정 두께의 박막을 형성한다. 이러한, 제 1 수평 타겟 장치(400)는 전술했던 바와 같이 기판(s)과 대향하도록 타겟(410)을 배치시킴으로써, 상기 수직 타겟 장치(300)에 비해 증착 속도가 빠른 장점이 있다.
제 2 수평 타겟 장치(500)는 상기에서 전술한 제 1 수평 타겟 장치(400)와 동일한 구조로 제작된다. 단, 본 실시예에서는 제 2 수평 타겟 장치(500)의 타겟(510)에 공급되는 전력 제 1 수평 타겟 장치(400)의 타겟(410)에 공급되는 전력에 비해 크다. 이로 인해, 제 1 수평 타겟 장치(400)에 비해 제 2 수평 타겟 장치(500)의 증착 속도가 더 빠르다.
본 실시예에서는 2개의 수평 타겟 장치(400, 500)를 마련하였으나, 이에 한정되지 않고 2개 이하 또는 이상의 개수로 수평 타겟 장치(400, 500)를 마련할 수도 있다.
하기에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 동작을 설명한다.
먼저, 챔버(100) 내에 배치된 기판 안치 수단(210)에 기판(s)을 안착시킨다. 여기서, 기판(s)은 투광성의 유리 기판을 사용한다. 그리고 이러한 기판(s) 상에 실시예에 따른 스퍼터링 장치를 이용하여 하부전극을 형성한다. 이때, 실시예에서는 ITO/Ag/ITO로 이루어진 하부전극을 형성한다. 이를 위해, 수직 타겟 장치(300)의 한 쌍의 타겟(311, 312)은 ITO로 이루어진 것을 사용하며, 제 1 수평 타겟 장치(400)의 타겟(410)은 Ag로 이루어진 것을 사용한다. 물론 이에 한정되지 않고 제 2 수평 타겟 장치(500)의 타겟(510)이 Ag로 이루어진 것을 사용할 수도 있다. 이와 같이 실시예에서는 수직 타겟 장치(300)의 한 쌍의 타겟(311, 312)과 제 1 수직 타겟 장치(400)의 타겟(410)이 서로 다른 물질로 제작된 것을 사용하여 ITO/Ag/ITO의 하부전극을 형성한다. 이를 위해 먼저 이동부(221) 및 가이드 부재(222)를 이용하 여 상기 기판(s)이 안착된 기판 안치 수단(210)을 수직 타겟 장치(300)의 상부에 대향 배치 시킨다. 그리고, 가스 유입구(110)를 통해 아르곤(Ar)과 같은 스퍼터링 가스를 챔버(100) 내로 공급한다. 이후, 전원 공급부(700)를 이용하여 수직 타겟 장치(300)의 한 쌍의 타겟(311, 312) 각각에 전원을 인가하여 플라즈마를 발생시킨다. 발생된 플라즈마는 한 쌍의 자석부(321, 322)를 통해 생성된 자기장에 의해 한 쌍의 타겟(311, 312) 사이의 공간에 포획된다. 그리고, 상기 플라즈마는 한 쌍의 타겟(311, 312)과 충돌함으로써 스퍼터링을 일으킨다. 이때, 전면 요크(21) 및 후면 요크(22)에 제 1 및 제 2 자성체(11, 13)가 각각 연결되고, 중앙부에 제 3 자성체(12)가 연결된다. 또한, 전면요크(21)의 두께가 후면요크(22)에 비해 2배 내지 3배 두껍다. 이에, 한 쌍의 타겟(311, 312) 전체 영역에 걸쳐 700G (절대값) 이상의 균일한 세기의 자기장이 형성된다. 이로 인해 한 쌍의 타겟(311, 312) 사이의 공간에 포획되는 플라즈마의 밀도가 높아지며, 상기 플라즈마가 고르게 분포한다. 따라서, 한 쌍의 타겟(311, 312) 전면에 대해 스퍼터링이 일어나며, 스퍼터링으로 인해 한 쌍의 타겟(311, 312)으로부터 떨어져 나온 입자는 유기물층 상에 증착되어 상부 전극을 형성한다. 이와 같이, 본 실시예에서는 먼저 수직 타겟 장치(300)를 이용하여 0.5Å/s 이하의 증착속도로 500Å 내지 600Å 두께의 ITO 막을 형성한다. 이로 인해, 기판을 손상시키지 않고, 거칠기(Roughness)가 양호한 ITO막을 형성할 수 있다.
이어서, 이동부(221) 및 가이드 부재(222)를 이용하여 상기 기판(s)이 안치된 기판 안치 수단(210)을 제 1 수평 타겟 장치(400)의 상부에 대향 배치 시킨다. 이후, 전원 공급부(700)를 이용하여 제 1 수평 타겟 장치(400)의 타겟(410)에 전원을 공급하여 상기 타겟(410)과 기판(s) 사이의 공간에 플라즈마를 발생시킨다. 상기 플라즈마는 제 1 수평 타겟 장치(400)의 타겟(410)과 충돌함으로써 스퍼터링을 일으키며, 타겟(410)으로부터 떨어져 나온 입자는 상기 타겟(410)과 대향 배치된 기판(s) 방향으로 가속되어 기판(s)의 일면에 증착됨으로써 Ag막을 형성한다. 이때, 제 1 수평 타겟 장치(400)를 이용하여 0.5Å/s 이상의 증착속도로 100Å 내지 150Å의 Ag 막을 형성한다.
그리고, 이동부(221) 및 가이드 부재(222)를 이용하여 기판(s)이 안치된 기판 안치 수단(210)을 수직 타겟 장치(300)의 상부에 다시 대향 배치시킨다. 이후, 전 단계에서 수직 타겟 장치(300)를 이용하여 ITO를 증착할 때와 같은 방법으로 Ag막 위에 0.5Å/s 이하의 증착속도로 500Å 내지 600Å 두께의 ITO 막을 증착한다. 이로 인해, 기판(s) 상에는 ITO/Ag/ITO로 이루어진 하부전극이 형성된다.
이와 같이 본 실시예에서는 먼저 수직 타겟 장치(300)를 이용하여 기판(s) 상에 400지 500Å의 두께로 ITO막을 형성한 후, 제 1 수평 타겟 장치(400)를 이용하여 Ag막을 형성하고, 이후 다시 수직 타겟 장치(300)를 이용하여 Ag막 상에 ITO막을 형성한다. 따라서 기판(s) 상에 ITO/Ag/ITO로 이루어진 하부전극을 형성할 수 있다. 이때, ITO의 거칠기(Roughness)는 유기발광소자의 전기적 특성에 영향을 주게 되므로, 전술한 바와 같이 증착 속도가 낮은 수직 타겟 장치(300)를 이용하여 ITO를 형성한다. 이와 같이, 실시예에서는 수직 타겟 장치(300)의 한 쌍의 타겟(311, 312)과 제 1 수평 타겟 장치(400)의 타겟(410)이 서로 다른 원료 물질로 이루어지도록 제작함으로써, 물질 및 공정 조건에 따라 선택적으로 수직 타겟 장치(300) 및 2개의 수평 타겟 장치(400, 500) 중 하나를 선택적으로 사용할 수 있다.
이어서, ITO/Ag/ITO로 이루어진 하부전극이 형성된 기판(s)을 유기물층을 증착하는 증착장치(미도시)로 이동시킨 후, 상기 하부전극 유기물층을 형성한다. 여기서, 유기물층은 정공주입층(Hole Injection Layer: HIL), 정공수송층(Hole Transport Layer: HTL), 발광층(Emitting Layer :EML) 및 전자수송층(Electron Transport Layer : ETL)을 포함할 수 있다. 이때, 투명 전극 상면에 정공주입층(Hole Injection Layer: HIL), 정공수송층(Hole Transport Layer: HTL), 발광층(Emitting Layer :EML) 및 전자수송층(Electron Transport Layer : ETL)을 순차적으로 적층하는 것이 바람직하다. 유기물층을 구성하는 유기물은 필요에 따라 추가 또는 생략될 수 있다. 이후, 하부전극 및 유기물층이 형성된 기판(s)을 상부전극을 형성하기 위한 증착장치(미도시)로 이동시켜, 상기 유기물층 상에 금속물질 예를 들어, Ag로 이루어진 상부전극을 형성한다.
상기에서는 제 1 실시예에 따른 스퍼터링 장치를 이용하여 유기발광소자의 하부전극을 형성하는 방법을 설명하였으나 이에 한정되지 않고 유기발광소자의 상부전극을 형성할 수도 있다. 하기에서는 제 1 실시예에 따른 스퍼터링 장치를 이용하여 유기발광소자의 상부전극을 형성하는 방법을 설명한다.
먼저, 챔버(100) 내에 배치된 기판 안치 수단(210)에 도시되지는 않았지만 투명 전극 및 유기물층이 형성된 기판(s)을 안착시킨다. 여기서, 기판(s)은 투광성 기판을 사용하며, 투명 전극은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide) 및 In2O3 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 본 실시예에서는 투명 전극으로 ITO를 사용한다. 또한, 유기물층은 정공주입층(Hole Injection Layer: HIL), 정공수송층(Hole Transport Layer: HTL), 발광층(Emitting Layer :EML) 및 전자수송층(Electron Transport Layer : ETL)을 포함할 수 있다. 이때, 투명 전극 상면에 정공주입층(Hole Injection Layer: HIL), 정공수송층(Hole Transport Layer: HTL), 발광층(Emitting Layer :EML) 및 전자수송층(Electron Transport Layer : ETL)을 순차적으로 적층하는 것이 바람직하다. 유기물층을 구성하는 유기물은 필요에 따라 추가 또는 생략될 수 있다. 이후, 상기 유기물층 상에 상부 전극을 형성하기 위해, 이동부(221) 및 가이드 부재(222)를 이용하여 상기 기판(s)이 안착된 기판 안치 수단(210)을 수직 타겟 장치(300)의 상부에 대향 배치 시킨다. 그리고, 가스 유입구(110)를 통해 아르곤(Ar)과 같은 스퍼터링 가스를 챔버(100) 내로 공급한다. 이후, 전원 공급부(700)를 이용하여 수평 타겟 장치(300)의 한 쌍의 타겟(311, 312) 각각에 전원을 인가하여 플라즈마를 발생시킨다. 여기서, 타겟(311, 312)은 상부 전극을 형성하기 위한 재료 예를 들어, 알루미늄(Al) 타겟을 사용한다. 발생된 플라즈마는 한 쌍의 자석부(321, 322)를 통해 생성된 자기장에 의해 한 쌍의 타겟(311, 312) 사이의 공간에 포획된다. 그리고, 상기 플라즈마는 한 쌍의 타겟(311, 312)과 충돌함으로써 스퍼터링을 일으킨다. 이때, 전면 요크(21) 및 후면 요크(22)에 제 1 및 제 2 자성체(11, 13)가 각각 연결되고, 중앙 부에 제 3 자성체(12)가 연결된다. 또한, 전면요크(21)의 두께가 후면요크(22)에 비해 2배 내지 3배 두껍다. 이에, 한 쌍의 타겟(311, 312) 전체 영역에 걸쳐 700G (절대값) 이상의 균일한 세기의 자기장이 형성된다. 이로 인해 한 쌍의 타겟(311, 312) 사이의 공간에 포획되는 플라즈마의 밀도가 높아지며, 상기 플라즈마가 고르게 분포한다. 따라서, 한 쌍의 타겟(311, 312) 전면에 대해 스퍼터링이 일어나며, 스퍼터링으로 인해 한 쌍의 타겟(311, 312)으로부터 떨어져 나온 입자는 유기물층 상에 증착되어 상부 전극을 형성한다. 이와 같이, 본 실시예에서는 먼저 수직 타겟 장치(300)를 이용하여 0.5Å/s 이하의 증착속도로 10Å 내지 500Å 두께의 상부 전극을 형성한다. 이로 인해, 유기물층을 손상시키지 않고 상부 전극을 형성할 수 있다.
이어서, 이동부(221) 및 가이드 부재(222)를 이용하여 상기 기판(s)이 안치된 기판 안치 수단(210)을 제 1 수평 타겟 장치(400)의 상부에 대향 배치시킨다. 이후, 전원 공급부(700)를 이용하여 제 1 수평 타겟 장치(400)의 타겟(410)에 전원을 공급하여 상기 타겟(410)과 기판(s) 사이의 공간에 플라즈마를 발생시킨다. 상기 플라즈마는 제 1 수평 타겟 장치(400)의 타겟(410)과 충돌함으로써 스퍼터링을 일으키며, 타겟(410)으로부터 떨어져 나온 입자는 상기 타겟(410)과 대향 배치된 기판(s) 방향으로 가속되어 기판(s)의 일면에 증착됨으로써 상부 전극을 형성한다. 이때, 제 1 수평 타겟 장치(400)를 이용하여 0.5Å/s 이상의 증착속도로 상부 전극을 형성한다. 즉, 수직 타겟 장치(300)를 이용하여 0.5Å/s 이하의 낮은 증착속도로 유기물층 상에 상부 전극을 형성한 후, 제 1 수평 타겟 장치(400)를 이용하여 0.5Å/s 이상의 증착속도로 상부 전극을 연속하여 형성한다.
그리고, 이동부(221) 및 가이드 부재(222)를 이용하여 기판(s)이 안치된 기판 안치 수단(210)을 제 2 수평 타겟 장치(500)의 상부에 대향 배치시킨다. 이후, 전원 공급부(700)를 이용하여 제 2 수평 타겟 장치(500)의 타겟(510)에 전원을 인가하여 상기 타겟(510)과 기판(s) 사이에 플라즈마를 발생시킨다. 이때, 제 2 수평 타겟 장치(500)의 타겟(510)에 인가되는 전원은 제 1 수평 타겟 장치(400)의 타겟(410)에 인가되는 전원에 비해 크다. 이에, 제 2 수평 타겟 장치(500)는 제 1 수평 타겟 장치(400)에 비해 빠른 속도로 상부 전극을 형성한다. 즉, 수직 타겟 장치(300), 제 1 수평 타겟 장치(400), 제 2 수평 타겟 장치(500)로 갈수록 상부 전극을 형성하는 성막 속도가 빨라진다.
이와 같이 본 실시예에서는 먼저 수직 타겟 장치(300)를 이용하여 기판(s) 상에 10Å 내지 500Å의 얇은 두께로 증착막을 형성한 후, 상기 수직 타겟 장치(300)에 비해 증착 속도가 빠른 제 1 및 제 2 수평 타겟 장치(400, 500)를 이용하여 상부 전극을 형성한다. 이로 인해, 높은 에너지를 갖는 입자에 의해 기판(s) 또는 유기물층이 손상되는 것을 방지하면서, 상부 전극을 형성할 수 있다. 그리고, 제 1 및 제 2 수평 타겟 장치(400, 500)를 통해 연속하여 상부 전극을 형성함으로써, 목표로 하는 두께의 상부 전극을 빠른 속도로 형성할 수 있다.
본 실시예에서는 수직 타겟 장치(300), 제 1 수평 타겟 장치(400) 및 제 2 수평 타겟 장치(500)를 이용하여 상부 전극을 형성하였다. 하지만 이에 한정되지 않고, 상기 제 1 수평 타겟 장치(400) 및 제 2 수평 타겟 장치(500)를 이용하여 상 부 전극을 형성할 수도 있다. 예를 들어, 제 1 수평 타겟 장치(400)를 이용하여 0.5Å/s 이하의 증착 속도로 먼저 상부 전극을 형성한 후, 제 2 수평 타겟 장치(500)를 이용하여 0.5Å/s 이상의 증착 속도로 연속하여 상부 전극을 형성할 수도 있다.
하기에서는 도 4a 및 도 5b를 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 동작을 설명한다. 제 1 실시예와 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
먼저, 챔버(100) 내에 배치된 기판 안치 수단(210)에 도시되지는 않았지만 투명 전극 및 유기물층이 형성된 기판(s)을 안착시킨다. 이후, 상기 유기물층 상에 상부 전극을 형성하기 위해, 이동부(221) 및 가이드 부재(222)를 이용하여 상기 기판(s)이 안착된 기판 안치 수단(210)을 원료 공급 유닛(600)의 상부에 대향 배치 시킨다. 이때, 원료 공급 유닛(600)은 한 쌍의 타겟(311, 312)이 기판(s)과 수직을 이루도록 배치되어 있는 것이 바람직하다. 그리고, 가스 유입구(110)를 통해 아르곤(Ar)과 같은 스퍼터링 가스를 챔버(100) 내로 공급한다. 이후, 전원 공급부(700)를 이용하여 원료 공급 유닛(600)의 한 쌍의 타겟(311, 312) 각각에 전원을 인가하여 플라즈마를 발생시킨다. 발생된 플라즈마는 한 쌍의 자석부(321, 322)를 통해 생성된 자기장에 의해 한 쌍의 타겟(311, 312) 사이의 공간에 포획된다. 그리고, 상기 플라즈마는 한 쌍의 타겟(311, 312)과 충돌함으로써 스퍼터링을 일으킨다. 이때, 한 쌍의 자석부(321, 322) 각각의 자성체(11, 12, 13)는 대향하는 극성이 다르도록 배치되며, 한 쌍의 자석부(321, 322) 각각에 마련되어 상하로 이격된 자성 체(11, 12, 13)를 동일 방향의 극성이 다르도록 배치되어 있다. 이에, 한 쌍의 자석부(321, 322)의 각 자성체(11, 12, 13)의 배치로 인해 발생된 자기장에 의해 한 쌍의 타겟(311, 321) 사이에 포획되는 플라즈마의 밀도가 높아지며, 플라즈마가 고르게 분포된다. 따라서, 한 쌍의 타겟(311, 312) 전면에 대해 스퍼터링이 일어나며, 스퍼터링으로 인해 한 쌍의 타겟(311, 312)으로부터 떨어져 나온 입자는 유기물층 상에 증착되어 상부 전극을 형성한다. 이와 같이, 본 실시예에서는 먼저 한 쌍의 타겟(311, 321)이 기판(s)과 수직을 이루도록 배치된 원료 공급 유닛(600)을 이용하여 0.5Å/s 이하의 증착속도로 10Å 내지 500Å 두께의 상부 전극을 형성한다. 이로 인해, 유기물층을 손상시키지 않고 상부 전극을 형성할 수 있다.
이어서, 회동장치(800)의 회동축(830)을 이용하여 원료 공급 유닛(600)을 회동시킨다. 이때, 한 쌍의 타겟(311, 312)이 기판(s)과 수평을 이루도록 원료 공급 유닛(600)을 회동시킨다. 여기서, 원료 공급 유닛(600)은 한 쌍의 타겟(311, 312)과 수평을 이루는 커버 부재(341, 342)의 일단에 결합된 제 1 지지부(810)에 의해 챔버(100) 바닥에 고정된다. 그리고, 한 쌍의 자석부(321, 322) 각각의 자성체(11, 12, 13)는 타겟(311, 312)을 향하는 극성이 SNS의 형태로 구성되도록 배치된다. 이후, 전원 공급부(700)를 이용하여 원료 공급 유닛(600)의 한 쌍의 타겟(311, 312)에 전원을 공급하여 각 타겟(311, 312)과 기판(s) 사이의 공간에 플라즈마를 발생시킨다. 상기 플라즈마는 원료 공급 유닛(100)의 한 쌍의 타겟(311, 312)과 충돌함으로써 스퍼터링을 일으키며, 한 쌍의 타겟(311, 312)으로부터 떨어져 나온 입자는 기판(s) 방향으로 가속되어 기판(s)의 일면에 증착됨으로써 상부 전극을 형성 한다. 이때, 원료 공급 유닛(600)을 이용하여 0.5Å/s 이상의 증착속도로 상부 전극을 형성한다.
이와 같이 본 실시예에서는 한 쌍의 타겟(311, 312)이 기판(s)과 수직을 이루도록 원료 공급 유닛(600)을 배치시킨 후, 상기 기판(s) 상에 10Å 내지 500Å의 얇은 두께로 증착막을 형성한다. 그리고, 한 쌍의 타겟(311, 312)이 기판(s)과 수평을 이루도록 원료 공급 유닛(600)을 배치시킨 후, 상기 기판(s) 상에 목표하는 두께로 증착막을 형성한다. 이로 인해, 높은 에너지를 갖는 입자에 의해 기판(s) 또는 유기물층이 손상되는 것을 방지하면서, 목표로 하는 두께의 상부 전극을 빠른 속도로 형성할 수 있다.
본 실시예에서는 투명 전극, 유기물층 및 상부 전극을 포함하는 유기발광소자(Organic Light Emitting : OLED)를 예를 들어 설명하였으나 이에 한정되지 않고 다양한 전기광학소자 예를 들어 무기발광소자의 제작에 적용할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 개략적인 모식도
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 수직 타겟 장치를 도시한 단면도
도 3은 본 발명의 제 1 실시예의 변형예에 따른 수직 타겟 장치를 도시한 단면도
도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 개략적인 모식도
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 원료 공급 유닛을 도시한 단면도
도 6은 도 2에 도시된 제 1 실시예에 따른 수직 타겟 장치에 있어서, 한 쌍의 타겟 표면에 형성된 자기장의 세기를 나타낸 그래프
도 7은 도 3에 도시된 제 1 실시예의 변형예에 따른 수직 타겟 장치에 있어서, 한 쌍의 타겟 표면에 형성된 자기장의 세기를 나타낸 그래프
<도면의 주요부분의 부호에 대한 설명>
100 : 챔버 300 : 수직 타겟 장치
311, 312 : 제 1 타겟 321, 322 : 자석부
331, 332 : 요크부 341, 342 : 커버 부재

Claims (14)

  1. 공정이 진행되는 기판의 일측면과 수직을 이루도록 배치되어 서로 마주 보도록 대향 배치되는 한 쌍의 타겟;
    상기 한 쌍의 타겟 각각의 외측에서 상기 타겟과 수직을 이루도록 배치되어 상하로 이격된 3개 이상의 자성체를 구비하는 자석부;
    상기 한 쌍의 타겟 각각의 배면과 이격되어 대향 배치되는 전면 요크;
    상기 전면 요크의 배면과 이격되어 대향 배치되는 후면 요크를 포함하는 수직 타겟 장치를 구비하고,
    상기 전면 요크의 두께는 상기 후면 요크의 두께보다 두꺼운 원료 공급 유닛.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 자성체는 상기 전면 요크와 후면 요크의 양 끝단 및 상기 전면 요크와 후면 요크의 중앙부를 연결하도록 배치되는 원료 공급 유닛.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 전면 요크의 두께가 상기 후면 요크의 두께보다 2배 내지 3배 두껍게 제작되는 원료 공급 유닛.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 전면 요크와 후면 요크의 중앙부를 연결하는 자성체의 길이와 상기 전면 요크와 후면 요크의 양 끝단을 연결하는 자성체의 길이가 다른 원료 공급 유닛.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 전면 요크와 후면 요크의 중앙부를 연결하는 자성체의 길이는 상기 전면 요크와 후면 요크의 양 끝단을 연결하는 자성체의 길이에 비해 2% 내지 3% 짧게 제작되는 원료 공급 유닛.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 한 쌍의 타겟 각각의 외측에 마련되어 서로 마주하도록 배치된 양측 자석부의 자성체는 대향하는 극성이 다르도록 배치되는 원료 공급 유닛.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 한 쌍의 타겟 각각의 외측에 마련된 자석부의 자성체는 동일 방향의 극성이 다르도록 배치되는 원료 공급 유닛.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판과 수평을 이루도록 배치되는 타겟;
    상기 타겟의 배면과 이격되어 대향하도록 배치되는 후면 요크;
    상기 타겟과 후면 요크 사이에서 수직을 이루도록 배치되어 상기 후면 요크 의 양 끝단 및 중앙부에 각각 연결되는 복수의 자성체를 포함하는 자석부가 마련된 수평 타겟 장치를 포함하는 원료 공급 유닛.
  9. 내부 공간을 가지는 챔버;
    상기 챔버 내에 마련되어 대향하는 한 쌍의 타겟이 기판과 수직을 이루도록 배치된 수직 타겟 장치와,
    타겟이 상기 기판과 수평하도록 배치된 수평 타겟 장치를 구비하는 원료 공급 유닛;
    상기 원료 공급 유닛의 상측에 대향 배치되어, 상기 수평 타겟 장치와 대향하는 위치와 수직 타겟 장치와 대향하는 위치 사이에서 기판을 이동시키는 기판 지지부를 포함하고,
    상기 수직 타겟 장치는,
    상기 한 쌍의 타겟 각각의 외측에서 상기 타겟과 수직을 이루도록 배치되어 상하로 이격된 3개 이상의 자성체를 구비하는 자석부;
    상기 한 쌍의 타겟 각각의 배면과 이격되어 대향 배치되는 전면 요크;
    상기 전면 요크의 배면과 이격되어 대향 배치되는 후면 요크를 더 포함하고,
    상기 전면 요크의 두께는 상기 후면 요크의 두께보다 두꺼운 스퍼터링 장치.
  10. 내부 공간을 가지는 챔버;
    상기 챔버 내에 마련되어 대향하는 한 쌍의 타겟이 기판과 수직을 이루도록 배치된 원료 공급 유닛;
    상기 한 쌍의 타겟이 기판과 수평을 이루도록 상기 원료 공급 유닛을 회동시키는 회동장치;
    상기 원료 공급 유닛의 상측에 대향 배치되어, 한 쌍의 타겟 사이에서 기판을 이동시키는 기판 지지부를 포함하고,
    상기 원료 공급 유닛은,
    상기 한 쌍의 타겟 각각의 외측에서 상기 타겟과 수직을 이루도록 배치되어 상하로 이격된 3개 이상의 자성체를 구비하는 자석부;
    상기 한 쌍의 타겟 각각의 배면과 이격되어 대향 배치되는 전면 요크;
    상기 전면 요크의 배면과 이격되어 대향 배치되는 후면 요크를 더 포함하고
    상기 전면 요크의 두께는 상기 후면 요크의 두께보다 두꺼운 스퍼터링 장치.
  11. 내부 공간을 가지는 챔버, 상기 챔버 내에 마련되어 대향하는 한 쌍의 타겟이 기판과 수직을 이루도록 배치된 수직 타겟 장치와, 타겟이 상기 기판과 수평하도록 배치된 수평 타겟 장치를 구비하는 원료 공급 유닛을 포함하고,
    상기 수직 타겟 장치는, 상기 한 쌍의 타겟 각각의 외측에서 상기 타겟과 수직을 이루도록 배치되어 상하로 이격된 3개 이상의 자성체를 구비하는 자석부, 상기 한 쌍의 타겟 각각의 배면과 이격되어 대향 배치되는 전면 요크, 상기 전면 요크의 배면과 이격되어 대향 배치되는 후면 요크를 더 포함하고, 상기 전면 요크의 두께는 후면 요크의 두께보다 두꺼운 스퍼터링 장치를 이용한 기판 처리 방법으로서,
    내부 공간을 가지는 챔버 내에 기판을 인입시키는 단계;
    상기 챔버 내에 위치하는 원료 공급 유닛을 이용하여 상기 기판과 수직을 이루는 타겟을 통해 제 1 증착 공정을 실시하고, 상기 기판과 수평을 이루는 타겟을 통해 제 2 증착 공정을 실시하여 증착막을 형성하는 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 증착막을 형성하는 단계에 있어서, 상기 제 1 증착 공정은 챔버 내에 배치된 원료 공급 유닛의 수직 타겟 장치를 이용하여 실시하고, 상기 제 2 증착 공정은 상기 챔버 내에 배치된 원료 공급 유닛의 수평 타겟 장치를 이용하여 실시하는 기판 처리 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 수직 타겟 장치를 이용하여 제 1 증착 공정을 실시한 후, 기판 지지부를 이용하여 상기 기판을 수평 타겟 장치의 상측에 대향 배치시켜, 수평 타겟 장치를 이용하여 제 2 증착 공정을 실시하는 기판 처리 방법.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 증착막을 형성하는 단계에 있어서, 한 쌍의 타겟이 기판과 수직을 이루도록 배치시킨 원료 공급 유닛을 이용하여 제 1 증착 공정을 실시하고, 회동장치를 이용하여 상기 한 쌍의 타겟이 기판과 수평을 이루도록 상기 원료 공급 유닛을 회동시킨 후, 상기 원료 공급 유닛을 이용하여 제 2 증착 공정을 실시하는 기판 처리 방법.
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