KR101250237B1 - 서셉터 및 이를 적용한 스퍼터링 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 서셉터 및 이를 적용한 스퍼터링 장치에 관한 것으로, 타겟이 증착되는 기판이 안착되는 서셉터에 있어서, 상기 서셉터에 안착되는 상기 기판의 둘레를 따라 적어도 한 개 이상의 박리 이물 포집부를 형성하고, 서셉터의 재질을 알루미늄으로 형성함으로써, 박리 이물의 포집 능력을 향상시킬 수 있고 세정공정시 서셉터의 마모나 식각이 발생하지 않게 되어 장기간 사용하더라도 서셉터의 포집 능력이 저하되는 것을 방지할 수 있는 서셉터 및 이를 적용한 스퍼터링 장치를 제공한다.
서셉터, 스퍼터링, 알루미늄
Description
도 1은 일반적인 스퍼터링 장치를 개략적으로 도시한 사시도,
도 2는 도 1의 스퍼터링 장치에 사용되는 서셉터를 도시한 평면도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 서셉터를 도시한 평면도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 서셉터가 장착된 스퍼터링 장치를 개략적으로 도시한 사시도,
도 5는 도 3의 서셉터에 기판 및 마스크가 장착된 구성을 도시한 단면도,
도 6는 도 5의 A부분의 확대도,
도 7 및 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 서셉터에 형성된 박리 이물 포집부의 W, L 및 D에 따른 실험 그래프이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
200 : 서셉터 210 : 박리 이물 포집부
300 : 기판 400 : 마스크
D : 박리 이물 포집부의 깊이
W : 박리 이물 포집부의 폭
L : 박리 이물 포집부와 기판 가장자리 사이의 간격
본 발명은 서셉터(Susceptor) 및 이를 적용한 스퍼터링(Sputtering) 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 증착물의 박리를 방지하고 박리 이물 또는 입자 수용 능력이 장기간 지속되어 액정표시장치(Liquid Crystal Display : LCD)의 불량을 방지할 수 있는 서셉터 및 이를 적용한 스퍼터링 장치에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치(Liquid Crystal Display device : LCD)는 서로 마주보는 면으로 각각 전계생성전극이 형성된 한 쌍의 투명절연기판을 구비한 후 그 사이로 액정을 충진시킨 액정패널(liquid crystal panel)을 필수적인 구성요소로 하며, 각 전계생성전극에 적절한 전압을 인가함으로서 전기장 변화를 일으켜 광학적 이방성과 분극성질을 띤 액정분자의 배열방향을 인위적으로 조절한다.
그리고, 이 때 변화되는 빛의 투과율을 이용하여 다양한 화상을 표현한다.
액정패널을 구성하는 두 장의 투명기판에는 각각 화소(pixel)를 비롯한 전계생성전극과 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT) 등의 여러가지 구성요소들이 고밀도로 집적되며, 이들은 통상 전도체나 반도체 또는 부도체의 박막 증착과 이의 식각을 수 차례 반복하여 구현한다.
여기서 금속박막을 구현하기 위한 액정표시장치용 제조장비가 스퍼터링(Sputtering)장치로서, 간단하게는 증착 대상물인 투명기판 그리고 이와 대면되는 금속재의 타겟(target)과, 이들 투명기판과 타겟을 사이에 두고 서로 대향되는 투명기판 측의 제1전극과 제2전극을 포함한다.
그리고 기판과 타겟이 실장된 반응영역을 진공으로 조성한 후 아르곤(Ar) 등의 불활성 가스를 주입하면서 제1 및 제2전극에 각각 양과 음의 전압을 가하는 바, 불활성 가스는 플라즈마(plasma) 상태로 이온화되며, 이중 양이온 입자는 제2전극 방향으로 가속되어 타겟에 충돌함으로서 금속입자를 모재로부터 비산시키고, 이 비산된 금속입자는 제1전극 방향으로 가속되어 기판 표면으로 증착된다.
통상 스퍼터링 장치는 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 유기 전계발광표시소자 등의 평판표시소자에 널리 이용되고 있다.
도 1은 일반적인 스퍼터링 장치를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 스퍼터링 장치에 사용되는 서셉터를 도시한 평면도이다.
도 1을 참조하여 일반적인 스퍼터링 장치에 관하여 보다 상세하게 설명한다.
스퍼터링 장치(1)는 기판이 안착되는 서셉터(20)를 상면으로 고정시킨 테이블 역할의 플레튼(platen, 21) 그리고 금속재질의 타겟(50)을 일면으로 고정하며 수직하게 직립된 백킹플레이트(backingplate, 60)를 포함하고, 이들은 서로의 일 가장자리를 평행하게 근접시키면서 진공의 격리된 반응환경을 정의하는 챔버(10) 내에 실장된다.
이 때 플레튼(21)은 백킹플레이트(60)와 근접한 일 가장자리를 기준으로 피봇(pivot) 방식으로 회전 가능하고, 따라서 기판(30)의 반입/반출 시에 수평으로 유지함으로서 원활한 진행을 돕고, 공정 진행 중에는 기판(30)과 타켓(50)이 서로 평행에 가깝게 대면되도록 한다.
한편, 기판(30)과 타겟(50)의 사이에는 알루미늄 등과 같은 전도성 물질을 이용하여 사각 테두리 형상으로 형성된 마스크(40)가 설치된다.
진공 챔버(10) 내부로 기판(30)이 반입되어 플레튼(21)과 서셉터(20) 상에 안착되면 플레튼(21)이 회전하여 타겟(50)과 대면되고, 이어서 아르곤(Ar) 등의 가스가 주입됨에 따라 전술한 과정을 통해 타겟(50)의 금속입자가 기판에 증착되는 것으로, 제1전극의 역할은 DC 고전압이 인가되는 백킹플레이트(60)가 담당하며 서셉터(20)는 접지되어 제2전극 역할을 수행한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 서셉터(20)에는 클램프(22)의 장착을 위한 클램프장착구멍(20a)이 형성되어 있으며, 기타 플레튼(21)에 장착되기 위한 구멍이 형성되어 있다.
그러나, 종래의 스퍼터링 장치(1)에서는 진공 챔버(10) 내부의 타겟(50)의 소모량이 증가되거나 인가 전력을 향상시킬 경우, 필연적으로 재증착성 박리 이물이 발생하여 부유하게 되지만, 진공 챔버(10)의 특성상 장비의 내부를 청소하거나 박리 이물의 제거가 용이하지 않은 문제점이 있었다.
또한, 스퍼터링 공정시, 서셉터(20)와 마스크(40) 사이에 존재하는 간격 사이로 스퍼터링 공정에서 발생하는 증착 입자가 침투하여 서셉터(20)에 지속적인 증착이 이루어지게 되고, 이것이 스퍼터링 공정 중 또는 다른 입자 문제를 발생시키는 문제점이 있었다.
뿐만 아니라, 종래의 서셉터(20)는 그 재질이 파이렉스(Pyrex)와 같은 강화유리 또는 수정(Quartz)이기 때문에 지속적인 사용시 마모 또는 식각이 발생하여 장기간 사용함에 따라 입자포집(Particle Gettering) 능력이 저하되어 액정표시장치의 불량률이 증가되는 문제점도 있었다.
또한, 스퍼터링 공정시 금속증착입자가 기판(30)과 마스크(40)의 사이의 간격으로 침투하여 서셉터(20)에 증착되는 것을 방지하거나 증착된 입자의 박리현상이 일어나더라도 박리 이물을 용이하게 포집할 수 있도록 서셉터(20)의 표면에 블래스트(Blast) 가공이나 인위적인 엠보싱(Embossing) 가공을 할 수 없어 입자 포집 능력이 취약한 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 증착 입자의 박리 이물을 용이하게 포집되도록 유도하여 공정의 불량을 방지하고 생산 손실을 절감할 수 있는 서셉터 및 이를 적용한 스퍼터링 장치를 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 세정공정시 발생하는 서셉터의 마모 또는 식각을 방지하고, 서셉터의 입자 포집 능력을 향상시키기 위한 블래스트 가공이나 엠보싱 가공을 용이하게 할 수 있는 서셉터 및 이를 적용한 스퍼터링 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 타겟이 증착되는 기판이 안착되는 서셉터에 있어서, 상기 서셉터에 안착되는 상기 기판의 둘레를 따라 적어도 한 개 이상의 박리 이물 포집부가 형성되며, 상기 박리 이물 포집부의 폭은 9mm 내지 10mm이고 박리 이물 포집부와 상기 기판의 가장자리 사이의 간격은 1mm 내지 2mm인 것을 특징으로 하는 서셉터를 제공한다.
여기서 상기 박리 이물 포집부는 상기 서셉터의 표면에 음각진 홈으로 형성되거나 관통된 구멍으로 형성됨이 바람직하다.
상기와 같이 구성함으로써 증착 입자의 박리 이물이 기판의 표면에 닿기 전에 박리 이물 포집부에서 먼저 포집되므로 입자 포집능력이 향상되며, 박리 이물에 의한 액정표시장치의 불량을 방지할 수 있다.
한편, 상기 서셉터는 알루미늄으로 제조하는 것이 효과적이다. 왜냐하면, 이로 인해 세정공정시 서셉터의 내식성, 내마모성 및 내화학성이 향상되고, 알루미늄의 우수한 가공성으로 인하여 박리 이물 포집부를 용이하게 가공할 수 있기 때문이다. 또한, 입자 포집 능력을 향상시키기 위한 블래스트(Blast) 가공 또는 엠보싱(Embossing) 가공을 서셉터에 용이하게 할 수 있기 때문이다.
본 발명은 또한, 타겟이 고정된 수직의 백킹플레이트, 상기 타겟이 증착되는 기판이 안착되며 피봇회전 가능한 서셉터, 상기 타겟과 상기 서셉터의 사이에 설치된 마스크 및 상기 서셉터를 관통하여 상기 기판을 고정하는 클램프를 포함하는 스퍼터링 장치에 있어서, 상기 서셉터는 알루미늄으로 형성되며 안착되는 상기 기판의 둘레를 따라 적어도 한 개 이상의 박리 이물 포집부가 형성된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치를 제공한다.
여기서, 상기 서셉터의 표면에 홈 또는 구멍 형상의 박리 이물 포집부를 형 성함으로써, 공정 불량률을 절감할 수 있으며 스퍼터링 장치를 장시간 사용할 수 있다.
이러한 발명의 목적과 특징은 다음의 상세한 설명에 의하여 더욱 명백해질 것이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 구성 및 작용에 관하여 상세히 설명한다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
또한, 전술한 구성과 동일 및 동일 상당 부분에 대해서는 동일한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 서셉터를 도시한 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 서셉터가 장착된 스퍼터링 장치를 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 5는 도 3의 서셉터에 기판 및 마스크가 장착된 구성을 도시한 단면도이고, 도 6는 도 5의 A부분의 확대도이며, 도 7 및 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 서셉터에 형성된 박리 이물 포집부의 W, L 및 D에 따른 실험 그래프이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 서셉터(200)에는, 상기 서셉터(200)에 안착되는 기판(300)의 가장자리 둘레를 따라 적어도 한 개 이상의 박리 이물 포집부(210)가 형성된다.
상기 박리 이물 포집부(210)는 일정 깊이의 홈으로 형성되거나 완전히 관통된 구멍으로 형성될 수도 있다.
여기서 박리 이물 포집부(210)가 홈으로 형성될 경우에는 홈의 형상을 사각형의 단면(Square concave type)을 가지게 가공할 수도 있으며 곡면형의 단면(Arc concave type)을 가지도록 가공할 수도 있으며 필요에 따라 적절한 홈의 형상을 선택하는 것이 바람직하다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 서셉터(200)에는 기판(300)을 고정하기 위한 클램프(220)가 장착되는 클램프 장착구멍(220a)이 복수개 형성되어 있을 뿐만 아니라, 플레튼(230)과의 연결을 위한 구멍 등이 가공되어 있다. 따라서,이러한 구멍들이 형성되지 않은 부분에 박리 이물 포집부(210)를 형성하는 것이 더 넓은 포집 면적을 가질 수 있기 때문에 바람직하다.
상기 구멍들이 형성된 부분보다 더 바깥쪽 가장자리에 박리 이물 포집부(210)를 형성한다면 전체적으로 연결된 하나의 박리 이물 포집부(210)를 형성할 수도 있으며, 이 경우 박리 이물 포집부(210)의 형상은 일정 깊이로 음각지게 형성된 홈이 바람직하다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 서셉터(200)에 상기 기판(300)이 안착되며, 상기 기판(300)과 소정의 간격을 두고 마스크(400)가 설치된다.
상기 마스크(400)는 타겟(500)과 기판(200)의 사이에 위치하여 기판(200)의 스퍼터링 하고자 하는 부분 외의 다른 부분에는 증착물이 증착되지 않도록 하는 기능을 한다.
본 발명에서는 상기 서셉터(200)와 마스크(400) 사이에 존재하는 간격으로 증착물이 침투하더라도 박리 이물 포집부(210)에 의해서 포집되며, 또한, 서셉 터(200)의 가장자리에 이미 증착된 증착물이 박리되더라도 박리 이물 역시 상기 박리 이물 포집부(210)에서 포집될 수 있다.
여기서 포집효율을 최대화하기 위해서는 박리 이물 포집부(210)의 형상 뿐만 아니라 설계 치수가 중요하게 고려되어야 한다. 설계 치수는 실험 데이터에 근거하여 결정되는데, 도 7 및 도 8에는 박리 이물 포집부(210)의 깊이(D), 폭(W) 및 기판(300)과의 거리(L)에 따른 공정 불량률의 실험데이터가 제시되어 있다. 도 7과 도 8에 도시한 값은 바람직한 실시예에 해당하며 기판이나 스퍼터링 조건에 따라 그 값은 적절하게 달라질 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이 상기 박리 이물 포집부(210)의 폭(W)이 9mm 내지 10mm인 경우에 불량률이 가장 낮으며, 도 8에는 상기 기판(300)의 가장자리와 박리 이물 포집부(210) 사이의 간격(L)이 약 1mm 내지 2mm인 경우에 불량률이 가장 낮게 나타나 있음을 알 수 있다.
따라서, 상기 박리 이물 포집부(210)가 서셉터(210)의 표면에서 음각진 홈으로 형성될 경우, 그 홈의 깊이(D)는 약 7mm 보다 크게 형성되는 것이 불량률을 최소화할 수 있다. 또한, 상기 박리 이물 포집부(210)를 홈이나 구멍으로 형성할 경우, 그 폭(W)은 약 9mm 내지 10mm로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 기판(200)의 가장자리로부터 너무 떨어져서 박리 이물 포집부(210)가 형성되며 포집효율이 저하되므로, 상기 기판(200)의 가장자리와 상기 박리 이물 포집부(210) 사이의 간격(L)은 약 1mm 내지 2mm로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 서셉터(200)는 알루미늄(Al)을 재질로 하여 형성된다. 알루미늄은 세정공정시 내식성, 내마모성 및 내화학성이 우수하며, 가공성이 우수하기 때문이다.
세정공정은 기판 위에 붙어 있는 이물질이나 입자를 탈이온수(Deionized Water)를 이용하여 제거하는 공정으로 수율에 1차적인 영향을 주며, 특히 막을 입히기 전의 기판의 세정공정은 막의 밀착성을 높이는 요소이다. 따라서, 서셉터(200)를 알루미늄으로 제조함으로써 세정공정시 서셉터(200)가 마모되거나 식각되는 것을 방지하여 서셉터(200)를 장기간 사용할 수 있다.
또한, 입자 포집(Particle Gettering) 능력을 향상시키기 위해서 서셉터(200)의 표면에 미세한 입자를 고속으로 분사하여 인위적인 거칠기를 형성하는 블래스트(blast) 가공이나 인위적으로 엠보싱(Embossing)을 형성하는 가공을 할 필요가 있는데, 서셉터(200)의 재질을 알루미늄으로 함으로써 이러한 블래스트 또는 엠보싱 가공을 하더라도 서셉터(200)의 표면이 손상되는 일이 없이 입자 포집 능력을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명은 타겟(500)이 고정된 수직의 백킹플레이트(600), 타겟(500)이 증착되는 기판(300)이 안착되며 피봇회전 가능한 서셉터(200), 상기 타겟(500)과 상기 서셉터(200)의 사이에 설치된 마스크(400) 및 상기 서셉터(200)를 관통하여 상기 기판(300)을 고정하는 클램프(220)를 포함하는 스퍼터링 장치(100)에 있어서, 상기 서셉터(200)는 알루미늄으로 형성되며 안착되는 상기 기판(300)의 둘레를 따라 적어도 한 개 이상의 박리 이물 포집부(210)가 형성된 것을 특징으로 하는 스 퍼터링 장치(100)를 제공한다.
여기서 상기 박리 이물 포집부(210)를 음각지게 홈으로 형성하거나 구멍으로 형성함으로써 박리 이물의 포집 능력을 높일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 스퍼터링 장치(100)의 작동은 종래의 스퍼터링 장치와 동일하기 때문에 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절히 변경 가능한 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 서셉터에 안착되는 기판의 가장자리를 따라 서셉터에 박리 이물 포집부를 형성함으로써 박리 이물의 포집 능력을 향상시킬 수 있고, 이로 인해 공정의 불량률을 0.41%에서 0.09%로 낮춰 불량률이 기존대비 84.2% 저감되는 개선효과가 있다.
또한, 본 발명은 서셉터의 재질을 알루미늄으로 함으로써, 세정공정시 서셉터의 마모나 식각이 발생하지 않게 되어 장기간 사용하더라도 서셉터의 포집 능력이 저하되는 것을 방지할 수 있으며, 서셉터의 표면에 블래스트 또는 엠보싱 처리를 할 수 있게 되어 입자 포집 능력을 향상시킬 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명은 불필요한 장비의 청소나 부품 교체로 인한 유지보수 비용을 절감할 수 있다.
Claims (9)
- 타겟이 증착되는 기판이 안착되는 서셉터에 있어서,상기 서셉터에 안착되는 상기 기판의 둘레를 따라 적어도 한 개 이상의 박리 이물 포집부가 형성되며, 상기 박리 이물 포집부의 폭은 9mm 내지 10mm이고 박리 이물 포집부와 상기 기판의 가장자리 사이의 간격은 1mm 내지 2mm인 것을 특징으로 하는 서셉터.
- 제1항에 있어서,상기 박리 이물 포집부는 상기 서셉터의 표면으로부터 음각지게 형성된 것을 특징으로 하는 서셉터.
- 제2항에 있어서,상기 박리 이물 포집부의 음각된 홈의 깊이는 7mm 이상인 것을 특징으로 하는 서셉터.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 박리 이물 포집부는 상기 서셉터를 관통하여 형성된 구멍인 것을 특징으로 하는 서셉터.
- 제1항에 있어서,상기 서셉터는 알루미늄으로 형성된 것을 특징으로 하는 서셉터.
- 타겟이 고정된 수직의 백킹플레이트;상기 타겟이 증착되는 기판이 안착되며 피봇회전 가능한 서셉터;상기 타겟과 상기 서셉터의 사이에 설치된 마스크 및 상기 서셉터를 관통하여 상기 기판을 고정하는 클램프; 및안착되는 상기 기판의 둘레를 따라 서텝터에 적어도 한 개 이상 형성된 박리 이물 포집부로 구성되며,상기 박리 이물 포집부의 폭은 9mm 내지 10mm이고 박리 이물 포집부와 상기 기판의 가장자리 사이의 간격은 1mm 내지 2mm인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
- 제7항에 있어서,상기 박리 이물 포집부는 음각지게 형성된 홈인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
- 제7항에 있어서,상기 박리 이물 포집부는 상기 서셉터를 관통하여 형성된 구멍인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
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|---|---|---|---|---|
| JP2000273626A (ja) * | 1999-03-24 | 2000-10-03 | Advanced Display Inc | 薄膜の成膜装置およびこれを用いて薄膜が形成された液晶表示装置 |
| KR20010107141A (ko) * | 2000-05-25 | 2001-12-07 | 윤종용 | 기판 유효 면적을 극대화한 스퍼터링 장치 |
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2006
- 2006-06-30 KR KR1020060061175A patent/KR101250237B1/ko active IP Right Grant
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