KR101201364B1 - 듀얼 챔버를 갖는 스퍼터링 장치 - Google Patents

Abstract

듀얼 챔버를 갖는 스퍼터링 장치에 관해 개시한다. 본 발명의 가장 큰 특징은 스퍼터링 장치의 챔버를 기판 챔버와 마그네트론 챔버로 분리하고 분리벽의 일부로서 스퍼터링 타겟을 이용함으로써, 압력조절처리해야 할 공간을 줄여서 작은 공간을 차지하는 장치에서도 대면적 기판에 공정을 진행할 수 있도록 하였다는 것이다.

듀얼 챔버, 기판 챔버, 마그네트론 챔버, 압력 조절, 분리벽

Description

듀얼 챔버를 갖는 스퍼터링 장치 {Sputtering apparatus having dual chamber}

본 발명은 스퍼터링 장치에 관한 것으로서, 특히 압력조절처리해야 할 공간을 줄여서 작은 공간을 차지하는 장치에서도 대면적 기판에 공정을 진행할 수 있도록 한 듀얼 챔버를 갖는 스퍼터링 장치에 관한 것이다.

스퍼터링(sputtering)은 에너지를 가진 입자에 의해 박막 형성용 재료로 이루어진 타겟(target)의 표면에 충격을 가하여 이 때의 운동량 교환으로 타겟 표면으로부터 재료가 이탈, 방출되게 함으로써 기판에 박막을 증착시키는 공정이다. 이 공정은 화학적 또는 열적 반응과정이 아니며, 운동량을 이용한 기계적 과정이므로 어떤 재료도 타겟의 재료로 사용할 수 있는 장점이 있어서 박막 형성공정으로 현재 널리 쓰이고 있다. 이러한 스퍼터링 에 의한 박막 형성방법으로는 다이오드 스퍼터링 방법, 바이어스 스퍼터링 방법, 고주파 스퍼터링 방법, 트라이오드 스퍼터링 방법, 마그네트론 스퍼터링 방법이 있는데, 이 중에서 가장 많이 사용되고 있는 것은 마그네트론(magnetron) 스퍼터링 방법이다. 그 이유는, 마그네트론 스퍼터링 방법 의 경우 타겟 뒷면에 마그네트(magnet)가 장착되어 스퍼터링 시 마그네트가 있는 타겟부위가 다른 부위보다 고밀도의 플라즈마가 형성되는 관계로 더 많은 타겟 원자가 방출되어 박막 증착속도를 향상시킬 수 있다는 장점이 있기 때문이다.

이러한 공정이 진행되는 종래의 마그네트론 스퍼터링 장치의 챔버를 도 1에 나타내었다. 도 1은 종래의 마그네트론 스퍼터링 장치의 챔버의 개략적인 단면을 나타낸 것이다. 도 1을 참조하면, 챔버(100) 안에는 통상적으로 마그네트론(110), 타겟(120), 기판(130) 등의 구성물이 포함되며, 가스 조절 장치나 압력조절용 진공펌프(미도시)가 챔버(100)에 연결된다. 그런데, 마그네트론(110), 타겟(120), 기판(130)과 같은 구성요소를 모두 한 챔버에 넣으려면 부피가 큰 하나의 챔버를 사용하여야 하며, 챔버 내부의 압력을 조절하기 위해서는 진공펌프와 같은 압력 조절수단이 부가되어야 하는데, 이와 같이 큰 챔버가 필요하다면 압력 조절수단이 처리해야 할 공간이 커서 압력 조절에 필요한 시간이 많이 소요될 뿐 아니라 압력 조절에 필요한 에너지도 낭비되는 문제가 있다. 한편, 최근에는 평판 디스플레이 등의 제조에는 글라스(glass) 등의 대면적 기판에 스퍼터링 공정을 적용해야 할 필요성이 높아지고 있는데, 이러한 대면적 기판에 대응하기 위해서는 챔버가 점점 커져야 하는 바, 이러한 문제점은 더욱 심각하게 대두될 수밖에 없다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 과제는, 압력조절처리해야 할 공 간을 줄여서 작은 공간을 차지하는 장치에서도 대면적 기판에 공정을 진행할 수 있도록 하는 스퍼터링 장치를 제공하는 것이다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1 측면에 따른, 듀얼 챔버를 갖는 스퍼터링 장치는, 스퍼터링 타겟과, 마그네트론과, 스퍼터링 공정 대상인 기판이 장입되는 챔버를 포함하여 이루어지는 것으로서, 상기 챔버가: 상기 기판이 장입되는 기판 챔버와, 상기 마그네트론이 설치되는 마그네트론 챔버로 분리되어 있으며, 상기 기판 챔버와 상기 마그네트론 챔버 사이의 분리벽의 적어도 일부가 상기 스퍼터링 타겟으로 이루어지며, 상기 기판 챔버와 마그네트론 챔버의 압력을 서로 다르게 조절할 수 있는 압력 조절수단이 마련된 것을 특징으로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제2 측면에 따른, 듀얼 챔버를 갖는 스퍼터링 장치는, 스퍼터링 타겟과, 마그네트론과, 스퍼터링 공정 대상인 기판이 장입되는 챔버를 포함하여 이루어지는 것으로서, 상기 챔버가: 상기 기판이 장입되는 2개의 분리된 기판 챔버들과, 상기 마그네트론이 설치되며 상기 기판 챔버들 사이에 위치하는 마그네트론 챔버로 분리되어 있으며, 상기 기판 챔버들의 각각과 상기 마그네트론 챔버 사이의 분리벽의 적어도 일부가 2개의 스퍼터링 타겟들의 각각으로 이루어지며, 상기 기판 챔버들의 각각과 마그네트론 챔버의 압력을 서로 다르게 조절할 수 있는 압력 조절수단이 마련된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 마그네트론이: 상기 스퍼터링 타겟(또는 스퍼터링 타겟들의 각 각)으로부터 일정 거리만큼 이격되게 배열된 복수의 마그네트와; 상기 복수의 마그네트들이 탑재되는 벨트를 가지며, 상기 벨트에 탑재된 상기 복수의 마그네트들을 이동시켜서 상기 스퍼터링 타겟(또는 상기 스퍼터링 타겟들의 각각)을 스캔할 수 있도록 해주는 무한궤도형 마그네트 이동수단을 구비하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 압력 조절수단이, 상기 기판 챔버(또는 기판 챔버들)와 마그네트론 챔버에 각각 설치된 진공펌프를 포함하도록 할 수도 있고, 상기 기판 챔버(또는 기판 챔버들)와 마그네트론 챔버에 각각 설치된 압력차 유지 모듈이어도 좋다.

본 발명에 따르면, 스퍼터링 장치가 기판 챔버와 마그네트론 챔버로 분리되어 이루어진 듀얼 챔버를 갖기 때문에, 기판 챔버 내의 압력 조절을 마그네트론 챔버와 다르게 하여도 무방하다. 이러한 구조의 장점은, 압력 조절수단이 처리해야 할 공간이 작아져서 압력 조절에 필요한 시간이 적게 소요될 뿐 아니라 압력 조절에 필요한 에너지도 절약되는 효과를 나타낼 수 있다는 것이다.

이하에서, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

[제1 실시예]

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른, 듀얼 챔버를 갖는 스퍼터링 장치의 개 략적 구성을 설명하기 위한 단면도이다. 도 2를 참조하면, 글라스(glass) 등의 대면적 기판(210)이 기판 지지대(250)에 안착된 상태로 기판 챔버(204) 내에 장입되어 있다. 스퍼터링 타겟(270)이 대면적 기판(210)을 마주 보는 형상은, 대면적 기판(210) 상에 박막을 형성할 부위의 형상과 같은 형상이 되도록 한다. 예컨대, 대면적 기판(210)이 직사각형일 경우에, 스퍼터링 타겟(270)도 직사각형이 되도록 한다. 스퍼터링 타겟(270)은 대면적 기판(210)에서 일정한 거리만큼 이격되게 설치된다. 스퍼터링 타겟(270)의 상부에는, 복수의 마그네트(magnet; 220)들과, 이 마그네트(220)들을 탑재한 무한궤도형 마그네트 이동수단의 벨트(240)와, 회전축(230)으로 이루어진 마그네트론 모듈이 설치되어 있으며, 이 마그네트론 모듈은 마그네트론 챔버(202)에 의해 둘러싸여 있다. 이와 같은 구조에서 무한궤도형 마그네트 이동수단의 회전축(230)이 작동하면 도 2의 화살표 방향으로 마그네트(220)들이 연속적으로 이동하면서 스퍼터링 타겟(270)의 전체 면을 스캔할 수 있게 된다. 기판(210)이 장입되는 기판 챔버(202)와, 마그네트론이 설치되는 마그네트론 챔버(202)가 전체 챔버(200)를 이루고 있지만 이들은 서로 분리되어 있으며, 기판 챔버(204)와 마그네트론 챔버(202)의 사이에서 스퍼터링 타겟(270)이 분리벽의 적어도 일부를 구성하고 있다. 기판 챔버(204)와 마그네트론 챔버(202)에는 각각 별도의 진공펌프(280a, 280b)가 연결되어 기판 챔버(204)의 내부를 독립적으로 감압할 수 있도록 되어 있다. 스퍼터링 타겟(270)의 양단 부근에는 안전을 고려하여 화살표 방향으로 가스가 흐르도록 해줄 수 있는 체크 밸브(check valve; 260a, 260b)가 설치되어 있다. 이러한 구조를 갖는 본 발명의 제1 실시예에서는 기판 챔버(204)와 마그네트론 챔버(202)의 압력을 서로 다르게 조절할 수 있는 압력 조절수단이 마련되어 있어서, 마그네트론 부분과 기판부분이 분리되는 효과를 가져오게 된다. 또한, 분리벽의 일부로서 스퍼터링 타겟(270)이 이용되므로, 기판 챔버(204)의 부피가 작아지게 되며, 이렇게 작아진 부피와 서로 다른 부피를 가지는 마그네트론 챔버(202)의 공간이 생기게 되므로 압력의 조절이 쉬워진다. 예를 들어서, 마그네트론 챔버(202)는 저진공으로, 기판 챔버(204)는 고진공으로 유지하는 압력의 조절이 쉬워짐에 따라 기반 시설인 배관이나 진공펌프(280a, 280b)의 구동에도 이점이 있으며, 진공펌프(280a, 280b)의 사양을 낮추어 선택할 수 있어 원가 절감에도 효과가 있다. 본 발명의 명세서 전체에 걸쳐서 듀얼 챔버라고 하는 것은, 스퍼터링 공정이 진행되는 챔버가 기판 챔버와 마그네트론 챔버의 두 개의 부분으로 분리되어 있음을 강조하기 위한 표현이다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에서 압력 조절수단만 변형시킨 예를 나타낸 단면도이다. 도 3을 참조하면 변형된 압력 조절수단(290)은 압력게이지 및 다양한 부품을 사용하여 이루어지며, 양단의 압력차를 일정 범위 안으로 유지시키는 모듈로 되어있는데, 도 3에서도 챔버(200)가 듀얼챔버 구조로 되어 있으므로, 기판 챔버(204)와 마그네트론 챔버(202)의 각각의 압력이 일정 범위 안으로 유지될 수 있다.

[제2 실시예]

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른, 멀티 구조의 듀얼 챔버를 갖는 스퍼터링 장치의 개략적 구성을 설명하기 위한 단면도이다. 도 4를 참조하면 스퍼터링 장 치의 전체적인 구조는 도 2에 도시된 것과 유사하지만, 도 4의 경우 마그네트론 챔버가 2개의 기판 챔버의 사이에 위치하여 공동으로 사용될 수 있다는 것이 가장 큰 차이이다. 제2 실시예의 스퍼터링 장치에서는 2개의 기판(210a, 210b)의 각각에 대해서 스퍼터링 타겟(270a, 270b)를 이용한 박막 증착이 가능하다. 더욱이, 스퍼터링 타겟(270a, 270b)을 서로 다른 종류로 채택하고, 진공펌프(280a, 280b, 280c)들을 협력적으로 사용하여 기판 챔버마다 다른 압력을 유지하는 경우에는 서로 다른 박막을 기판(210a, 210b)의 각각에 형성할 수도 있어서, 공정 시 생산성 및 전력사용의 효율성을 높일 수 있다. 기판 챔버마다 동일한 공정 조건을 부가하여 동일한 공정을 진행할 경우에는, 기판(210a, 210b)의 각각에 동일한 막을 형성할 수도 있음은 물론이다. 본 제2 실시예에서는 압력 조절을 위하여 진공펌프(280a, 280b, 280c)를 이용하였으나, 도 3에 도시된 바와 같은 압력 조절수단을 이용하여도 무방하다.

도 1은 종래의 마그네트론 스퍼터링 장치의 챔버의 개략적인 단면을 나타낸 도면;

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른, 듀얼 챔버를 갖는 스퍼터링 장치의 개략적 구성을 설명하기 위한 단면도;

도 3은 본 발명의 제1 실시예에서 압력 조절수단만 변형시킨 예를 나타낸 단면도; 및

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른, 멀티 구조의 듀얼 챔버를 갖는 스퍼터링 장치의 개략적 구성을 설명하기 위한 단면도이다.

* 도면 중의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

200: 챔버

202: 마그네트론 챔버

204: 기판 챔버

210, 210a, 210b: 대면적 기판

220: 마그네트

230: 회전축

240: 무한궤도형 마그네트 이동수단의 벨트

260a, 260b, 260c, 260d: 체크 밸브

270, 270a, 270b: 스퍼터링 타겟

280a, 280b, 280c: 진공 펌프

290: 압력 조절수단

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 스퍼터링 타겟과, 마그네트론과, 스퍼터링 공정 대상인 기판이 장입되는 챔버를 포함하여 이루어지는 스퍼터링 장치에 있어서,

   상기 챔버가:

   상기 기판이 장입되는 2개의 분리된 기판 챔버들과, 상기 마그네트론이 설치되며 상기 기판 챔버들 사이에 위치하는 마그네트론 챔버로 분리되어 있으며, 상기 기판 챔버들의 각각과 상기 마그네트론 챔버 사이의 분리벽의 적어도 일부가 2개의 스퍼터링 타겟들의 각각으로 이루어지며, 상기 기판 챔버들의 각각과 마그네트론 챔버의 압력을 서로 다르게 조절할 수 있는 압력 조절수단이 마련된 것을 특징으로 하는, 듀얼 챔버를 갖는 스퍼터링 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 마그네트론이:

   상기 스퍼터링 타겟들의 각각으로부터 일정 거리만큼 이격되게 배열된 복수의 마그네트와;

   상기 복수의 마그네트들이 탑재되는 벨트를 가지며, 상기 벨트에 탑재된 상기 복수의 마그네트들을 이동시켜서 상기 스퍼터링 타겟들의 각각을 스캔할 수 있도록 해주는 무한궤도형 마그네트 이동수단;

   을 구비하는 것을 특징으로 하는, 듀얼 챔버를 갖는 스퍼터링 장치.
7. 제5항에 있어서, 상기 압력 조절수단이, 상기 기판 챔버들과 마그네트론 챔버에 각각 설치된 진공 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는, 듀얼 챔버를 갖는 스퍼터링 장치.
8. 제5항에 있어서, 상기 압력 조절수단이 상기 기판 챔버들의 각각과 마그네트론 챔버에 각각 설치된 압력차 유지 모듈인 것을 특징으로 하는, 듀얼 챔버를 갖는 스퍼터링 장치.

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