KR101504541B1 - 균일 증착을 위한 인라인 스퍼터링 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 성막 공정 챔버 내에 기판 캐리어가 이송되는 위치의 후면에 접지 플레이트를 구비함으로써 기판에서의 전위 분포가 균일하게 하여 기판에 필요한 박막의 균일 증착이 가능하도록 한 인라인 스퍼터링 장치에 관한 것이다.

Description

균일 증착을 위한 인라인 스퍼터링 장치 {In-Line Sputtering Apparatus for Uniform Deposition}
본 발명은 인라인 스퍼터링 장치에 관한 것으로서, 특히, 성막 공정 챔버 내에 기판 캐리어가 이송되는 위치의 후면에 접지 플레이트를 구비함으로써 기판에서의 전위 분포가 균일하게 하여 기판에 필요한 박막의 균일 증착이 가능하도록 한 인라인 스퍼터링 장치에 관한 것이다.
인라인 스퍼터링 장치에는 인라인으로 배치된 로딩 챔버, 성막 공정 챔버, 언로딩 챔버 등을 구비하며, 로딩 챔버에 의하여 기판을 성막 공정 챔버로 로딩시킨 후 기판의 표면에 박막의 증착을 수행한 후 언로딩 챔버에 의하여 기판을 언로딩시키는 방식으로 필요한 박막을 성막시킨다. 성막 공정 챔버 전후로 전처리 공정 챔버, 후처리 공정 챔버 등이 더 구비될 수 있다.
플라즈마(plasma)를 이용하여 박막을 증착하는 이와 같은 인라인 스퍼터링 장치는, 반도체, LCD(Liquid Crystal Display), PDP(PlasmaDisplay Panel), OLED(Organic Light Emitting Diode), 태양전지 등의 제조 분야에서, 금속, 절연체 등의 박막을 증착하는데 보편적으로 이용되고 있다.
그러나, 종래의 인라인 스퍼터링 장치는 기판이나 기판을 장착한 캐리어가 성막 공정 챔버 내에서 이송되는 동안 이송된 위치에 따라 그 기하학적인 구조가 달라지면서 도 5와 같이 타겟과 기판간 등전위면이 달라지므로 기판 상의 위치에 따른 전위 분포가 변화되어 플라즈마가 위치에 따라 불안정해질 수 있으며 이로 인해 기판에 증착되는 박막이 불균일하게 되거나 아크 등 이상 현상이 발생하는 문제점이 있다.
인라인 스퍼터링 장치에 관한 선행기술문헌으로 한국공개특허번호 10-2012-0006946 등이 참조될 수 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 증착 공정 동안 기판에서의 전위 분포가 균일하게 하여 기판에 필요한 박막의 균일 증착이 가능하도록 하기 위하여 성막 공정 챔버 내에 기판 캐리어가 이송되는 위치의 후면에 접지 플레이트를 구비하는 인라인 스퍼터링 장치를 제공하는 데 있다.
먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른, 인라인 처리를 위한 복수의 챔버를 포함하고 상기 복수의 챔버 중 성막 공정 챔버에서 박막의 증착을 수행하는 인라인 스퍼터링 장치에 있어서, 상기 성막 공정 챔버는, 입구와 출구 사이에서 박막 증착 대상 기판이 장착된 캐리어의 이송을 위해, 상부 가이드 레일과 하부 가이드 레일, 및 상기 하부 가이드 레일의 양면 사이에 설치된 롤러를 포함하는 이송 수단; 상기 기판의 박막 증착면에 대향된 상기 성막 공정 챔버의 벽면에 설치된 캐소드에 결합된 타겟; 및 상기 이송 수단의 후면으로 상기 입구쪽 챔버 벽면과 상기 출구쪽 챔버 벽면 사이를 가로지르도록 설치되며, 메쉬(mesh) 구조 또는 구멍들을 갖는 도전체 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 기판에 박막 증착 동안 상기 성막 공정 챔버의 벽면의 접지에 연결된 상기 도전체 플레이트에 의해, 상기 기판과 상기 타겟 사이의 전위 분포를 균일하게 하여 박막의 균일 증착을 위한 것을 특징으로 한다.
상기 도전체 플레이트는 상기 성막 공정 챔버의 양측 벽면에 결합된 탈착 수단 또는 상기 상부 가이드 레일과 상기 하부 가이드 레일에 결합된 탈착 수단에 결합될 수 있다.
상기 기판의 박막 증착면에 대향된 상기 성막 공정 챔버의 벽면에 각각의 캐소드에 결합된 각각의 타겟을 갖는, 복수 타겟 구조를 포함하며, 상기 이송 수단을 통해 상기 캐리어가 상기 입구에서 상기 출구로 이송되는 동안 상기 기판과 상기 각각의 타겟 사이에서 발생하는 플라즈마를 통해 상기 기판에 상기 각각의 타겟의 배치 순서로 순차적인 박막 증착이 이루어지도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 인라인 스퍼터링 장치에 따르면, 성막 공정 챔버 내에 기판 캐리어가 이송되는 위치의 후면에 구비된 접지 플레이트에 의해, 증착 공정 동안 기판에서의 전위 분포가 균일하게 함으로써 기판에 필요한 박막의 균일 증착이 가능하다.
도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 인라인 스퍼터링 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 성막 공정 챔버를 위에서 본 구체적인 단면도이다.
도 3은 도 2의 A-B 사이의 구체적인 단면도이다.
도 4는 도 3의 접지 플레이트의 사시도이다.
도 5는 종래의 인라인 스퍼터링 장치에서의 기판과 타겟 사이의 전위 분포를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 인라인 스퍼터링 장치에서의 기판과 타겟 사이의 전위 분포를 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 인라인 스퍼터링 장치(100)를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 인라인 스퍼터링 장치(100)는, 박막의 증착을 수행하는 성막 공정 챔버(110)를 포함하며, 이외에도 인라인 처리를 위해 인라인으로 배치된 성막 공정 챔버(110) 앞의 로딩 챔버와 기타 열처리 등을 위한 전처리 공정 챔버 등이 포함될 수 있으며, 인라인으로 배치된 성막 공정 챔버(110) 뒤의 열처리, 다른 박막의 증착 등 후처리를 위한 후처리 공정 챔버가 포함될 있고, 그 뒤에 배치된 언로딩 챔버를 통해 기판을 배출할 수 있다. 기판(11)이 장착된 캐리어(10)는 제어장치(도시되지 않음)의 제어를 받는 게이트 밸브의 제어에 따라 각 챔버 한쪽 벽면의 입구를 통해 챔버 내로 이송될 수 있으며, 제어장치(도시되지 않음)의 제어에 따라 각 챔버내 이송 수단을 통해 이송되어, 각 챔버 다른쪽 벽면의 출구를 통해 다른 챔버로 이송되거나 배출될 수 있다.
특히, 본 발명에서는 도 2와 같이 성막 공정 챔버(110) 내에 기판 캐리어(10)가 이송되는 위치의 후면에 구비된 도전체 플레이트(111)에 의해, 캐리어(10)에 장착된 기판(11)에 소정의 박막을 증착하는 공정 동안 기판(11)에서의 전위 분포가 균일하게 함으로써 기판(11)에 필요한 박막의 균일 증착이 가능하도록 하였다.
도 1의 성막 공정 챔버(110)를 위에서 본 단면도인 도 2를 참조하면, 성막 공정 챔버(110)는, 캐소드(20)에 결합된 타겟(21), 도전체 플레이트(111)를 포함하고, 이외에도 도 2의 A-B 사이의 구체적인 단면도인 도 3에서 보듯이 이송 수단(31, 41, 51)을 포함한다. 성막 공정 챔버(110)에는 박막 증착을 위해 가스(He, Ar 등)를 공급하기 위한 소정의 가스 공급구(도시되지 않음)와 진공펌프에 의해 챔버 내를 수 mTorr까지 진공 유지를 위해 가스를 배출하기 위한 소정의 가스 배출구(도시되지 않음)가 있다.
이송 수단(31, 41, 51)은 성막 공정 챔버(110) 한쪽 벽면의 입구와 반대쪽 벽변의 출구 사이에서 박막 증착 대상 기판(11)이 장착된 캐리어(10)의 이송을 위한 장치로서, 도 3과 같이, 상부 가이드 레일(41)과 하부 가이드 레일(51), 및 하부 가이드 레일(51)의 양면 사이에 설치된 롤러(31)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어장치(도시되지 않음)의 제어에 따라 모터 등을 구동하여 롤러(31)를 회전시킴으로써, 롤러(31) 위로 이송된 캐리어(10)를 좌우로 이송시킬 수 있으며, 이때 롤러(31) 위의 캐리어(10)가 상부 가이드 레일(41)의 양면 사이와 하부 가이드 레일(51)의 양면 사이의 가이드를 받아 해당 가이드 경로로 이송될 수 있다.
캐소드(20)는 기판(11)의 박막 증착면에 대향된 성막 공정 챔버(110)의 벽면에 설치된다. 성막 공정 챔버(110)의 벽면은 접지(ground)될 수 있으며, 반면 캐소드(20)는 챔버 구조나 증착 목적에 따라 성막 공정 챔버(110)의 벽면에 비교하여 수백 ~ 수천 kV의 음의 전압(-V)(DC 또는 RF 가능)이 인가되며, 캐소드(20) 상에는 타겟(21)이 결합된다. 타겟(21)은 증착 목적에 따라, 금속(Cu, Al, Ag, Mo 등등), 절연체(SiO2, ITO, 등등) 등 다양한 재질이 될 수 있다.
도전체 플레이트(111)는 이송 수단(31, 41, 51)의 후면으로 캐리어(10) 뒷면과 일정거리(예, 수mm~수십mm) 이격되게 성막 공정 챔버(110)의 입구쪽 챔버 벽면과 반대쪽의 출구쪽 벽면 사이를 가로지르도록 설치되며, 도 4와 같이 메쉬(mesh) 구조 또는 다수의 구멍들을 갖는 형태이다. 도전체 플레이트(111)는 SUS, Cu, Al, Ag, Mo 등 전도성 있는 재질로 이루어지며, 도 4와 같이 망사형 메쉬(mesh) 구조를 가질 수 있으며, 규칙적 또는 불규칙적으로 다수의 구멍들을 갖는 형태로 제작될 수 있다. 도전체 플레이트(111)는 성막 공정 챔버(110)의 양측 벽면에 결합된 탈착 수단에 결합되어, 필요시 꺼내어 세정 또는 교체가 쉽게 이루어지도록 할 수 있다. 도 3과 같이, 상부 가이드 레일(41)과 하부 가이드 레일(51)에 결합된 소정의 탈착 수단에 결합되어, 필요시 꺼내어 세정 또는 교체가 쉽게 이루어지도록 할 수도 있다.
기판(11)에 박막 증착 동안 성막 공정 챔버(110)의 벽면의 접지에 연결된 도전체 플레이트(111)에 의해, 기판(11)과 타겟(21) 사이의 전위 분포를 균일하게 하여 박막의 균일 증착을 가능하게 할 수 있으며, 이때 성막 공정 챔버(110) 내에 공급되는 가스의 챔버(110) 내에서의 원활한 움직임으로 균일하게 분포시키기 위하여 도전체 플레이트(111)는 메쉬(mesh) 구조 또는 다수의 구멍들을 갖는 형태가 바람직하며, 특히 구멍이나 관통되는 부분의 크기를 작게, 즉, 큰 구멍이나 관통되는 부분을 크게 하기 보다는, 구멍이나 관통되는 부분의 개수를 늘려 촘촘하게 규칙적으로 형성함으로써 전위 분포를 더욱 균일하게 유지 할 수 있다.
도전체 플레이트(111)가 없는 종래의 인라인 스퍼터링 장치는 도 5와 같이 기판(11)이 성막 공정 챔버 내에서 이송되는 동안 이송된 위치에 따라 타겟(21)과 기판(11)간 등전위면이 달라지므로 기판(11) 상의 위치에 따른 전위 분포가 불균일하게 되어 타겟(21)과 기판(11) 사이의 가스(He, Ar 등)의 작용에 의한 플라즈마가 위치에 따라 불안정해질 수 있으며, 이로 인해 타겟(21)에서 떨어져 나온 해당 물질이 기판(11)에 증착되어 형성된 박막이 불균일하게 된다. 본 발명에서는 위와 같이 기판(11)에 가깝게 도전체 플레이트(111)를 설치함으로써, 기판(11) 상의 위치에 따른 전위 분포가 거의 일정하게 유지될 수 있으며, 이는 기판(11)을 이송하면서 증착하는 경우에나, 기판(11)을 타겟(21) 앞에 까지 이송한 후 고정시킨 후 증착하는 경우에서도, 전위 분포는 거의 일정하게 유지될 수 있고 박막의 균일 증착이 가능하게 된다.
또한, 도 6과 같이, 성막 공정 챔버(110)가, 기판(11)의 박막 증착면에 대향된 성막 공정 챔버(110)의 벽면에 각각의 캐소드에 결합된 각각의 타겟(예, 21, 22, 23)을 갖는, 복수 타겟 구조인 경우에 있어서도 기판(11) 상에 다층 박막을 균일 증착할 수 있다. 예를 들어, 이송 수단(31, 41, 51)을 통해 캐리어(10)가 챔버(110) 입구에서 반대편 출구로 이송되는 동안 기판(11)과 각각의 서로 다른 타겟(예, 21, 22, 23) 사이에서 발생하는 플라즈마를 통해 기판(11)에 각각의 타겟(예, 21, 22, 23)의 배치 순서로 순차적인 박막 증착이 이루어지도록 하여, 하나의 챔버(110) 내에서 다층 박막을 이루는 각각의 박막을 하나 하나씩 균일하게 증착할 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
캐리어(10)
기판(11)
캐소드(20)
타겟(21)
이송 수단(31, 41, 51)
도전체 플레이트(111)

Claims (4)

  1. 인라인 처리를 위한 복수의 챔버를 포함하고 상기 복수의 챔버 중 성막 공정 챔버에서 박막의 증착을 수행하는 인라인 스퍼터링 장치에 있어서,
    상기 성막 공정 챔버는,
    입구와 출구 사이에서 박막 증착 대상 기판이 장착된 캐리어의 이송을 위해, 상부 가이드 레일과 하부 가이드 레일, 및 상기 하부 가이드 레일의 양면 사이에 설치된 롤러를 포함하는 이송 수단;
    상기 기판의 박막 증착면에 대향된 상기 성막 공정 챔버의 벽면에 설치된 캐소드에 결합된 타겟; 및
    상기 이송 수단의 후면으로 입구쪽 챔버 벽면과 출구쪽 챔버 벽면 사이를 가로지르도록 설치되며, 메쉬(mesh) 구조 또는 구멍들을 갖는 도전체 플레이트를 포함하고,
    상기 도전체 플레이트는 상기 성막 공정 챔버의 양측 벽면에 결합된 탈착 수단 또는 상기 상부 가이드 레일과 상기 하부 가이드 레일에 결합된 탈착 수단에 결합되는 것을 특징으로 하는 인라인 스퍼터링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판에 박막 증착 동안 상기 성막 공정 챔버의 벽면의 접지에 연결된 상기 도전체 플레이트에 의해, 상기 기판과 상기 타겟 사이의 전위 분포를 균일하게 하여 박막의 균일 증착을 위한 것을 특징으로 하는 인라인 스퍼터링 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 박막 증착면에 대향된 상기 성막 공정 챔버의 벽면에 각각의 캐소드에 결합된 각각의 타겟을 갖는, 복수 타겟 구조를 포함하며,
    상기 이송 수단을 통해 상기 캐리어가 상기 입구에서 상기 출구로 이송되는 동안 상기 기판과 상기 각각의 타겟 사이에서 발생하는 플라즈마를 통해 상기 기판에 상기 각각의 타겟의 배치 순서로 순차적인 박막 증착이 이루어지도록 하기 위한 것을 특징으로 하는 인라인 스퍼터링 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007039712A (ja) * 2005-08-01 2007-02-15 Ulvac Japan Ltd スパッタリング装置、成膜方法
KR20120068190A (ko) * 2010-12-17 2012-06-27 주식회사 효성 인라인 스퍼터링 기판이송장치, 이를 이용한 기판증착방법 및 이를 포함한 인라인 스퍼터링 장치

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