KR101305580B1 - 스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링 방법 - Google Patents

스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링 방법은 기판과 이격되면서 대향되도록 설치되는 스퍼터링 타겟과, 상기 스퍼터링 타겟 중 상기 기판과 대향되지 않은 면에 위치하여, 상기 스퍼터링 타겟의 좌측단으로부터 우측단까지의 구간을 왕복스캔하면서 상기 스퍼터링 타겟으로 자기장을 공급하는 마그넷을 포함하는 스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링 방법에 있어서, 상기 스캔 구간을 스캔방향을 기준으로 상기 스퍼터링 타겟의 좌측단으로부터 우측단까지 n개 (n≥4인 정수)의 부분으로 구획하여, p번째 부분 (1≤p≤n/2 인 정수)과 n-p+1번째 부분을 각각 시작부분과 끝부분으로 하는 원스캔구간으로 하여, 상기 마그넷이 상기 원스캔구간을 적어도 1회 왕복스캔하도록 하는 원스캔단계; 상기 원스캔단계 후 q번째 부분 (1≤q≤n/2 인 정수, q≠p)과 n-q+1번째 부분을 각각 시작부분과 끝부분으로 하는 변경스캔구간으로 하여, 상기 마그넷이 상기 변경스캔구간을 적어도 1회 왕복스캔하도록 하는 변경스캔단계;를 포함하되, 상기 변경스캔단계는 적어도 1회 실행하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 스퍼터링 장치에서 스퍼터링 타겟의 사용효율을 향상시켜 스퍼터링 타겟의 교체주기를 연장시킬 수 있고, 제조비용을 절감할 수 있는 스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링 방법이 제공된다.

Description

스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링 방법{SPUTERRING METHOD USING OF SPUTERRING DEVICE}
본 발명은 스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스퍼터링 타겟의 저면을 스캔하도록 이동하는 마그넷의 이동구간을 스퍼터링 타겟의 사용시간이 지남에 따라 작게 설정하여 스퍼터링 타겟의 사용효율이 향상되도록 하는 스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 스퍼터링 장치는 반도체 소자용 기판이나 액정표시장치용 기판 상에 박막를 형성할 때 널리 이용되는 성막장치의 하나로서, 반도체 소자의 제조 또는 액정표시 장치의 제조에서 매우 중요한 장치로 취급되고 있다.
도 1은 스퍼터링 장치의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 스퍼터링 장치는 진공챔버(101) 내측에 기판(103)이 안치되는 서셉터(102)와, 기판(103)의 대향면에 증착원으로 사용하는 금속물질의 스퍼터링 타겟(104)이 배치된다.
여기서, 스퍼터링 타겟(104)은 백플레이트(back plate)(105)에 의해 고정되어 기판(103)에 형성될 박막의 재료를 공급하며, 스퍼터링 타겟(104)의 측면을 따라서는 접지 차폐부(ground shield)(106)가 설치되고, 기판(103)과 스퍼터링 타겟(104)의 사이의 주변부를 따라서는 마스크(107)가 설치된다.
백플레이트(105)의 저면에는 DC 전원을 인가하기 위한 마그넷(magnet)(108)이 스퍼터링 타겟(104)의 좌우방향으로 이동하도록 소정의 구동수단(109)에 의해 결합되어 있다.
이와 같은 상태에서, 진공챔버(101)의 내부에 불활성 기체인 아르곤(Ar)을 주입하고, 스퍼터링 타겟(104)에 DC 바이어스를 인가하면, 불활성 기체가 이온화된 플라즈마 상태가 되어 이온들이 스퍼터링 타겟(104)과 충돌하고, 스퍼터링 타겟(104)에서 원자들이 방출되면서 기판(103) 상에 박막을 형성한다.
이때, 마그넷(108)은 도 2에서와 같이 좌우방향으로 왕복운동을 하면서 스퍼터링 타겟(104)을 스캔하면서 자기장을 공급하여 이온들이 스퍼터링 타겟(104)에 충돌하도록 유도한다.
그런데, 종래에는 마그넷(108)의 스캔 동작에 있어서, 스퍼터링 타겟(104)의 좌측 단부와 우측 단부에서 스캔속도를 줄이게 되어 있어서 중앙부보다 상대적으로 장시간 머무르게 되며, 마그넷(108)이 장시간 정지하게 되면, 마그넷(108)의 스캔 구간(D)의 중앙부보다 좌측단부와 우측단부에서 상대적으로 자기장에 노출되는 시간이 길어지게 된다.
즉, 스퍼터링 타겟(103)에서 마그넷(108)의 노출시간이 상대적으로 길어지는 좌측단부와 우측단부에서 침식이 중앙부보다 상대적으로 많이 발생된다.
도 3은 도 2의 Ｉ-Ｉ'을 따라 절단한 단면도이다. 도 3을 참조하면, 스퍼터링 타겟(A)에서 최초 설치시의 두께(t1)과 비교하여 중앙부에서의 두께(t2)에 비해 양측 단부에서의 두께(t3)의 침식이 더 많이 발생한 것을 확인할 수 있다.
결과적으로, 스퍼터링 장치에 설치되는 스퍼터링 타겟에서는 중앙부에 비해 좌측단부와 우측단부에서 상대적으로 침식이 집중되는 부분이 발생하여 스퍼터링 타겟의 사용효율이 낮아지는 문제점이 있었다.
또한, 스퍼터링 타겟의 낮은 사용효율에 따라 스퍼터링 타겟의 교체주기 또한 빨라지는 문제점이 있었다.
아울러, 스퍼터링 타겟의 교체주기가 빨라짐에 따라 제조비용이 상승하는 문제점이 있었다.
본 발명의 과제는 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 스퍼터링 장치에서 스퍼터링 타겟의 사용효율을 향상시켜 스퍼터링 타겟의 교체주기를 연장시킬 수 있는 스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 스퍼터링 타겟의 교체주기를 연장시켜 제조비용을 절감할 수 있는 스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제는, 본 발명에 따라, 기판과 이격되면서 대향되도록 설치되는 스퍼터링 타겟과, 상기 스퍼터링 타겟 중 상기 기판과 대향되지 않은 면에 위치하여, 상기 스퍼터링 타겟의 좌측단으로부터 우측단까지의 구간을 왕복스캔하면서 상기 스퍼터링 타겟으로 자기장을 공급하는 마그넷을 포함하는 스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링 방법에 있어서, 상기 스캔 구간을 스캔방향을 기준으로 상기 스퍼터링 타겟의 좌측단으로부터 우측단까지 n개 (n≥4인 정수)의 부분으로 구획하여, p번째 부분 (1≤p≤n/2 인 정수)과 n-p+1번째 부분을 각각 시작부분과 끝부분으로 하는 원스캔구간으로 하여, 상기 마그넷이 상기 원스캔구간을 적어도 1회 왕복스캔하도록 하는 원스캔단계; 상기 원스캔단계 후 q번째 부분 (1≤q≤n/2 인 정수, q≠p)과 n-q+1번째 부분을 각각 시작부분과 끝부분으로 하는 변경스캔구간으로 하여, 상기 마그넷이 상기 변경스캔구간을 적어도 1회 왕복스캔하도록 하는 변경스캔단계;를 포함하되, 상기 변경스캔단계는 적어도 1회 실행하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링 방법에 의해 달성된다.
여기서, 상기 변경스캔단계에서, 상기 q는 p-1 또는 p+1인 것이 바람직하다.
또한, 상기 변경스캔단계를 2회 이상 실행할 경우, 변경스캔구간들의 시작부분과 끝부분은 각각 서로 다르게 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 n개의 부분의 폭은 실질적으로 서로 동일하게 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 n개의 부분의 폭은 각각 상기 마그넷의 폭과 실질적으로 동일하게 설정할 수 있다.
본 발명에 따르면, 스퍼터링 장치에서 스퍼터링 타겟의 사용효율을 향상시켜 스퍼터링 타겟의 교체주기를 연장시킬 수 있는 스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링 방법이 제공된다.
또한, 스퍼터링 타겟의 교체주기를 연장시켜 제조비용을 절감할 수 있는 스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링 방법이 제공된다.
도 1은 스퍼터링 장치의 개략도,
도 2는 종래 스퍼터링 방법에 사용되는 스퍼터링 타겟과 마그넷의 평면도,
도 3은 도 2의 Ｉ-Ｉ'을 따라 절단한 단면도,
도 4와 도 5는 본 발명에 따른 스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링 방법에 사용되는 스퍼터링 타겟과 마그넷의 평면도,
도 6내지 도 13은 본 발명의 스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링 방법의 실시예에 따른 스퍼터링 타겟의 상태도이다.
설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
본 실시예에서 이용되는 스퍼터링 장치는 종래 스퍼터링 장치와 실질적으로 동일할 수 있으며, 사용되는 스퍼터링 타겟도 종래와 같이 일 방향으로 길게 형성된 타겟을 사용한다.
도 4와 도 5는 본 발명에 따른 스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링 방법에 사용되는 스퍼터링 타겟과 마그넷의 평면도이다. 본 발명에 따른 스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링 방법은 먼저, 도 4를 참조하면, 마그넷(20)이 이동하면서 스캔하는 스퍼터링 타겟(10)을 좌측단으로부터 우측단까지 n개(n은 자연수)의 부분으로 분할구획한다.
이때 구획되는 각각의 분할된 부분의 폭은 실질적으로 서로 동일하게 분할구획할 수 있으며, 바람직하게는 마그넷(20)의 폭과 실질적으로 동일하게 구획할 수 있다.
각 분할 구획된 부분의 폭이 마그넷(20)의 폭과 실질적으로 동일하게 구획되면, 양측 단부에서 마그넷에 의해 침식이 집중되는 부분의 중첩이 없어지게 되어, 부분적으로 중첩되는 부분에서 침식이 심하게 집중되는 것을 방지할 수 있다.
이어, 마그넷(20)을 p번째 부분 (1≤p≤n/2 인 정수)과 n-q+1번째 부분을 각각 시작부분과 끝부분으로 하는 원스캔구간(L1)으로 설정한 후, 마그넷을 원스캔구간(L1)에서 일정시간동안 적어도 1회 왕복스캔하도록 하여 스퍼터링 타겟을 스캔한다. 여기서, 일정시간은 사전에 설정될 수 있는 시간이다.
그리고, 원스캔구간(L1)에 대해 일정시간 동안 스캔한 이후에는, 도 5를 참조하면, q번째 부분(1≤q≤n/2 인 정수, q≠p)과 n-q+1번째 부분을 각각 시작부분과 끝부분으로 하는 변경스캔구간(L2)을 일정시간 동안 적어도 1회 왕복스캔한다(S30). 여기서, q는 (p-1) 또는 (p+1)인 것이 바람직하다.
즉, 변경스캔단계를 통해 스캔되는 구간은 스퍼터링 타겟의 사용효율의 극대화를 위해 원스캔단계의 시작부분과 끝부분의 최측근 부분을 구간으로 선택하는 것이 바람직하다.
이때, 변경스캔구간(L2)을 2회 이상 실행 시에는 1회째의 변경스캔구간의 시작부분과 2회째의 변경스캔구간의 시작부분이 서로 다르게 하고, 1회째의 변경스캔구간의 끝부분과 2회째의 변경스캔구간의 끝부분을 서로 다르게 설정하여 왕복스캔하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은, 스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링 방법에 대해 구체적인 예를 들어 설명한다.
(실시예 1)
p=1, q=2이고, 변경스캔구간을 1회 스캔한다고 한다고 가정하면, 원스캔구간(L1)은, 도 6에서와 같이, p=1이므로, 1번째 부분부터 n번째 부분이 시작부분과 끝부분으로 설정되고, 변경스캔구간(L2)은, 도 8에서와 같이, q=2이므로 2번째 부분부터 (n-1)번째 부분이 시작부분과 끝부분으로 설정된다.
이 같이 설정된 상태에서, 도 6과 같이, 설정된 1부터 n번째 부분인 원스캔구간(L1)을 마그넷을 일정시간 동안 적어도 1회 왕복운동시켜 스퍼터링 타겟(10)을 스캔한다.
도 7은 도 6의 Ⅱ-Ⅱ'을 따라 절단한 단면도이다. 도 7을 참조하면, 원스캔구간(L1)을 일정시간 동안 스캔하면 1번째 부분과 n번째 부분에서 침식이 집중되는 부분이 발생한다.
그리고, 원스캔구간(L1)을 일정시간 동안 스캔하고 난 후, 도 8과 같이, 2부터 (n-1)번째 부분인 변경스캔구간(L2)을 마그넷을 일정시간 동안 적어도 1회 왕복운동시켜 스퍼터링 타겟(10)을 스캔한다.
도 9는 도 8의 Ⅲ-Ⅲ'을 따라 절단한 단면도이다. 도 9를 참조하면, 변경스캔구간(L2)을 일정시간 동안 스캔하면, 스퍼터링 타겟(10)의 2번째 부분과 (n-1)번째 부분에서 침식이 집중되는 부분이 발생하게 된다.
즉, 원스캔구간(L1)과 변경스캔구간(L2)으로 나눠서 스캔하고 난 후에 스퍼터링 타겟(10)의 두께를 살펴보면, 1번째 부분 구간과 n번째 부분 구간은 변경스캔구간(L2)에 포함되지 않아, 변경스캔구간(L2)을 스캔 시에 스퍼터링 타겟(10)의 1번째 부분과 n번째 부분에서 추가적인 침식 집중이 거의 발생하지 않음을 알 수 있다. 따라서, 종래에 비해 타겟 전체적으로 침식이 집중되는 부분을 분산시킴으로써 스퍼터링 타겟의 사용효율을 향상시킬 수 있다.
(실시예 2)
p=2, q=1이고, 변경스캔구간을 1회 스캔한다고 한다고 가정하면, 원스캔구간(도 10의 L1')은 도 8의 L2와 같이 설정되고, 변경스캔구간(도 10의 L2')은 도 6의 L1과 같이 설정되어 스퍼터링 타겟(20)을 스캔한다.
이와 같이 스캔하면, 도 10에서와 같이, 원스캔구간(L1')을 일정시간 스캔한 이후에는 2번째 부분과 (n-1)번째 부분에서 침식이 집중되는 부분이 발생하고, 변경스캔구간(L2')을 스캔한 이후에는 1번째 부분과 n번째 부분에서 침식이 집중되는 부분이 발생하게 된다.
따라서, 가장 외측에 위치하는 부분에서는 일정시간 이후에 침식이 발생하게 되므로, 중앙부에 비해 침식량이 상대적으로 적어, 앞서 설명한 실시예와 같이 타겟 전체적으로 침식이 집중되는 부분을 분산시켜서 스퍼터링 타겟의 사용효율을 향상시킬 수 있다.
(실시예 3)
p=1, q1=2, q2=3, 변경스캔구간을 2회 반복하여 스캔한다고 가정하면, 원스캔구간(L1)은, 도 6에서와 같이, 1번째 부분부터 n번째 부분이 시작부분과 끝부분으로 설정되고, 변경스캔구간(L2)은, 도 8에서와 같이, q1=2이므로 2번째 부분부터 (n-1)번째 부분이 시작부분과 끝부분으로 설정된다.
그리고, 변경스캔구간(L3)은 도 12에서와 같이, q2=3이므로 3번째 부분부터 (n-2)번째 부분이 시작부분과 끝부분으로 설정된다.
여기서, 원스캔구간(L1)과 변경스캔구간(L2)을 실시예1에서와 같이 순차적으로스캔하스캔한다. 이후에, 스퍼터링 타겟(10)의 3번째 부분부터 n-2번째 부분까지를 구간으로 하는 변경스캔구간(L3)을 스캔한다.
이때에는, 도 13에서와 같이, 스퍼터링 타겟(10)의 1, 2번째 부분과 (n-1), n번째 부분은 변경스캔구간(L3)의 외측에 위치하므로 추가적인 침식 집중이 거의 발생하지 않게 된다.
본 실시예의 경우도 앞서 설명한 실시예들과 마찬가지로, 침식이 집중되는 부분을 분산시킴으로써 스퍼터링 타겟의 사용효율을 향상시킬 수 있다.
상술한 실시예들은 가장 대표적인 예를 들어 설명하였으며, 필요에 따라 다수의 변경스캔구간들을 설정하고, 각 변경스캔구간들에서 설정되는 각 시작부분과 끝부분을 서로 다르게 설정하여 스퍼터링 타겟을 스캔함으로써 스퍼터링 타겟의 사용효율을 증대시킬 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※
10 : 스퍼터링 타겟
20 : 마그넷

Claims (5)

  1. 기판과 이격되면서 대향되도록 설치되는 스퍼터링 타겟과, 상기 스퍼터링 타겟 중 상기 기판과 대향되지 않은 면에 위치하여, 상기 스퍼터링 타겟의 좌측단으로부터 우측단까지의 구간을 왕복스캔하면서 상기 스퍼터링 타겟으로 자기장을 공급하는 마그넷을 포함하는 스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링 방법에 있어서,
    상기 스캔 구간을 스캔방향을 기준으로 상기 스퍼터링 타겟의 좌측단으로부터 우측단까지 n개 (n≥4인 정수)의 부분으로 구획하여, p번째 부분 (1≤p≤n/2 인 정수)과 n-p+1번째 부분을 각각 시작부분과 끝부분으로 하는 원스캔구간으로 하여, 상기 마그넷이 상기 원스캔구간을 적어도 1회 왕복스캔하도록 하는 원스캔단계;
    상기 원스캔단계 후 q번째 부분 (1≤q≤n/2 인 정수, q≠p)과 n-q+1번째 부분을 각각 시작부분과 끝부분으로 하는 변경스캔구간으로 하여, 상기 마그넷이 상기 변경스캔구간을 적어도 1회 왕복스캔하도록 하는 변경스캔단계;를 포함하되,
    상기 변경스캔단계는 적어도 1회 실행하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 변경스캔단계에서, 상기 q가 p-1 또는 p+1인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 변경스캔단계를 2회 이상 실행할 경우, 변경스캔구간들의 시작부분과 끝부분은 각각 서로 다르게 설정하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 n개의 부분의 폭은 서로 동일한 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 n개의 부분의 폭은 각각 상기 마그넷의 폭과 동일하게 설정하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링 방법.
KR1020110113937A 2011-11-03 2011-11-03 스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링 방법 KR101305580B1 (ko)

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