KR101604977B1 - 반응성 스퍼터링 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 상에 균일한 박막을 형성할 수 있는 반응성 스퍼터링 장치를 제공하는 것으로, 본 발명에 따른 반응성 스퍼터링 장치는 기판을 반송하는 기판 반송부; 및 상기 기판 반송부에 의해 반송되는 기판에 대해 공정 가스를 이용한 반응성 스퍼터링 공정을 수행하는 프로세스 챔버를 포함하며, 상기 프로세스 챔버는 상기 기판 반송부에 의해 반송되는 기판의 제 1 영역에 제 1 산화물 박막을 증착하기 위한 2개 이상의 제 1 캐소드 모듈; 및 상기 기판 반송부에 의해 반송되는 상기 기판의 제 1 영역 중 일부를 제외한 나머지 제 2 영역에 제 2 산화물 박막을 증착하기 위한 1개 이상의 제 2 캐소드 모듈을 포함할 수 있다.

Description

반응성 스퍼터링 장치{REACTIVE SPUTTERING APPARATUS}
본 발명은 반응성 스퍼터링 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 기판 상에 균일한 박막을 형성할 수 있는 반응성 스퍼터링 장치에 관한 것이다.
스퍼터링(Sputtering) 장치는 대표적인 물리적 기상 증착(Physical Vapor Deposition) 장치로서, 디스플레이 장치, 반도체 장치, 태양 전지, 또는 유기 발광 조명 장치 등을 제조하는데 필요한 금속 박막 또는 금속 산화물 박막을 형성하는데 널리 사용되고 있다.
일반적인 스퍼터링 장치는 아르곤 가스 등의 방전 가스에 의해 발생되는 플라즈마를 이용하여 에너지를 가진 입자를 타겟(Target)에 충돌시켜 타겟으로부터 떨어져 나온 타겟 입자를 기판 상에 증착한다.
최근에는 ITO(Indium Tin Oxide), BZO(Boron-doped Zinc Oxide), AZO(or Al:ZnO)(Aluminum-doped Zinc Oxide), GZO(Gallium-doped Zinc Oxide), 또는 IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide) 등과 같은 산화물 박막의 증착에는 반응성 스퍼터링 장치가 사용되고 있다. 반응성 스퍼터링 장치는 일반적인 스퍼터링 공정에서 사용하는 방전 가스에 반응성 가스를 추가함으로써 반응성 가스와 타겟으로부터 방출되는 타겟 입자와의 반응을 이용해 기판 상에 산화물 박막을 증착한다.
예를 들어, 종래의 반응성 스퍼터링 장치는 챔버, 박막 물질로 이루어진 타겟, 타겟을 지지하는 백킹 플레이트, 및 자석 모듈을 구비한다. 이러한 반응성 스퍼터링 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 챔버 내부에 진공 분위기를 형성한 후, 챔버 내부에 방전 가스와 반응성 가스를 주입한다. 이때, 방전 가스는 아르곤(Ar)과 같은 불활성 기체일 수 있으며, 반응성 가스는 박막 물질에 따라 산소(O2) 또는 질소(N2) 등이 될 수 있다.
다음, 백킹 플레이트에 전원을 인가하여 챔버 내부에 플라즈마(Plasma) 방전을 발생시키고, 자석 모듈을 백킹 플레이트의 후면에서 수평 왕복 이송시킨다. 이러한 플라즈마 방전에 의해 방전 가스가 이온화되고, 이온화 입자들이 타겟 쪽으로 가속되어 타겟에 충돌하게 되고, 이온화 입자들의 충돌에 의해 타겟으로부터 방출되는 타겟 입자와 반응성 가스의 반응에 따른 산화물 박막이 기판에 증착되게 된다.
이와 같은, 종래의 반응성 스퍼터링 장치에서는 타겟의 수명 연장과 사용 효율을 증가시키기 위해, 자석 모듈이 수평 왕복 이송됨에 따라 타겟의 양 가장자리 부분에 대한 침식(Erosion) 양이 타겟의 중간보다 많음으로써 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(10)에 증착되는 박막(20)의 두께(T)가 불균일하다는 문제가 있다. 즉, 자석 모듈의 이송에 따라 타겟의 양 가장자리 부분에서 타겟 입자의 방출 량이 상대적으로 증가함에 따라 기판(10)의 양 가장자리 부분에 증착되는 박막(20)의 두께(T)가 기판(10)의 중간보다 상대적으로 두껍게 된다.
한편, 대면적 기판에 대한 반응성 스퍼터링 공정의 생산성 향상을 위해, 인라인 시스템을 이용하게 된다. 인라인 시스템은 로딩 챔버와 언로딩 챔버 사이에 배치된 1개 이상의 공정 챔버를 포함한다. 이러한 인라인 시스템은 로딩 챔버에 로딩된 기판을 2개 이상의 공정 챔버에 연속적으로 통과시키면서 반응성 스퍼터링 공정을 진행하게 된다. 이와 같은 인라인 시스템을 이용한 반응성 스퍼터링 공정에서는 자석 모듈의 이송에 따라 각 공정 챔버에 배치된 타겟에서 불균일한 타겟 침식 양이 발생되어 기판에 증착되는 박막의 두께가 불균일하게 되고, 나아가 기판의 반출입시 로딩 챔버와 언로딩 챔버 각각에 인접한 공정 챔버의 기판 출입구 쪽에서 발생되는 가스 흐름으로 인하여 박막의 특성이 저하된다는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 기판 상에 균일한 박막을 형성할 수 있는 반응성 스퍼터링 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 반응성 스퍼터링 장치는 기판을 반송하는 기판 반송부; 및 상기 기판 반송부에 의해 반송되는 기판에 대해 반응성 스퍼터링 공정을 수행하는 프로세스 챔버를 포함하며, 상기 프로세스 챔버는 상기 기판 반송부에 의해 반송되는 기판의 제 1 영역에 제 1 산화물 박막을 증착하기 위한 2개 이상의 제 1 캐소드 모듈; 및 상기 기판 반송부에 의해 반송되는 상기 기판의 제 1 영역 중 일부를 제외한 나머지 제 2 영역에 제 2 산화물 박막을 증착하기 위한 1개 이상의 제 2 캐소드 모듈을 포함할 수 있다.
상기 기판의 제 1 영역은 상기 제 1 산화물 박막이 증착될 상기 기판의 전면(前面) 전체로 정의되고, 상기 기판(S)의 제 2 영역은 상기 기판의 상부와 하부 가장자리 부분 사이의 중간 부분으로 정의될 수 있다.
상기 제 2 캐소드 모듈의 개수는 상기 제 1 캐소드 모듈보다 적을 수 있다.
상기 2개 이상의 제 1 캐소드 모듈은 상기 기판의 길이보다 긴 길이를 갖는 제 1 타겟을 포함하고, 상기 1개 이상의 제 2 캐소드 모듈은 상기 제 1 타겟보다 짧은 길이를 갖는 제 2 타겟을 포함할 수 있다.
상기 1개 이상의 제 2 캐소드 모듈은, 상기 기판의 길이 방향과 나란한 제 2 타겟의 길이 방향을 기준으로, 상기 제 2 타겟의 상부 및 하부 가장자리 부분 각각을 덮는 압력 안정화 부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 반응성 스퍼터링 장치는 상기 기판을 로딩하는 로딩 버퍼 챔버; 상기 로딩 버퍼 챔버와 상기 프로세스 챔버 사이에 배치된 로딩 트랜스퍼 챔버; 상기 기판을 언로딩하는 언로딩 버퍼 챔버; 상기 언로딩 버퍼 챔버와 상기 프로세스 챔버 사이에 배치된 언로딩 트랜스퍼 챔버; 및 상기 프로세스 챔버에 인접한 상기 로딩 트랜스퍼 챔버 및 상기 언로딩 트랜스퍼 챔버 각각에 설치된 기류 안정화 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 기류 안정화 부재는 상기 프로세스 챔버에 인접한 상기 로딩 트랜스퍼 챔버에 설치되고 공정 가스를 분사하는 제 1 가스 주입부; 및 상기 프로세스 챔버에 인접한 상기 언로딩 트랜스퍼 챔버에 설치되고, 상기 공정 가스를 분사하는 제 2 가스 주입부를 포함할 수 있다.
상기 과제의 해결 수단에 의하면, 본 발명에 따른 반응성 스퍼터링 장치는 2개 이상의 제 1 캐소드 모듈을 통해 기판의 제 1 영역에 제 1 산화물 박막을 형성하고, 1개 이상의 제 2 캐소드 모듈을 통해 기판의 제 2 영역에 제 2 산화물 박막을 추가로 형성함으로써 기판의 전면에 걸쳐 균일한 두께를 갖는 산화물 박막을 형성할 수 있다.
위에서 언급된 본 발명의 효과 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 반응성 스퍼터링 장치에서 기판에 증착되는 박막의 두께를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 반응성 스퍼터링 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 도 2에 도시된 프로세스 챔버에서 수행되는 반응성 스퍼터링 공정에 따라 기판에 증착되는 박막을 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 2개 이상의 제 1 캐소드 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 선I-I'의 단면도이다.
도 6은 도 4에 도시된 선II-II'의 단면도이다.
도 7은 도 2에 도시된 1개 이상의 제 2 캐소드 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 선III-III'의 단면도이다.
도 9는 도 8에 도시된 제 1 베이스 플레이트와 제 1 절연체 및 제 1 캐소드 지지 부재의 변형 예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 예에 따른 제 2 캐소드 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 10에 도시된 선IV-IV'의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 예에 따른 제 2 캐소드 모듈에 있어서, 다른 예에 따른 압력 안정화 부재를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 도 12에 도시된 선V-V'의 단면도이다.
도 14는 본 발명에 따른 반응성 스퍼터링 장치에서, 변형 예에 따른 제 1 및 제 2 캐소드 모듈의 배치 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 다른 예에 따른 반응성 스퍼터링 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제 1", "제 2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. "적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제 1 항목, 제 2 항목 또는 제 3 항목 각각 뿐만 아니라 제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다. "상에"라는 용어는 어떤 구성이 다른 구성의 바로 상면에 형성되는 경우뿐만 아니라 이들 구성들 사이에 제3의 구성이 개재되는 경우까지 포함하는 것을 의미한다.
이하에서는 본 발명에 따른 반응성 스퍼터링 장치의 바람직한 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 반응성 스퍼터링 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 반응성 스퍼터링 장치는 로딩 버퍼 챔버(110), 기판 반송부(120), 로딩 트랜스퍼 챔버(130), 프로세스 챔버(140), 언로딩 트랜스퍼 챔버(150), 및 언로딩 버퍼 챔버(160)를 포함한다.
상기 로딩 버퍼 챔버(110)는 로딩 로드락 챔버(미도시)로부터 공급되는 기판(S)을 로딩 트랜스퍼 챔버(130)로 반송한다. 여기서, 상기 기판(S)의 전면(前面)은 지면으로부터 수직하게 세워진 상태로 로딩 로드락 챔버에 투입되고, 직립 이송 방식에 따라 로딩 트랜스퍼 챔버(130)로 반송된다. 상기 로딩 버퍼 챔버(110)는 로딩 로드락 챔버와 로딩 트랜스퍼 챔버(130) 사이의 챔버 환경, 예를 들어 가스 분위기, 진공도 및 온도 등의 변화를 완충(또는 최소화)하는 역할을 한다. 상기 로딩 버퍼 챔버(110)와 로딩 로드락 챔버 사이에는 게이트 밸브(미도시)가 마련되어 있다.
상기 기판 반송부(120)는 로딩 트랜스퍼 챔버(130)와 프로세스 챔버(140) 및 언로딩 트랜스퍼 챔버(150) 각각에 설치된다. 이러한 기판 반송부(120)는 로딩 버퍼 챔버(110)로부터 공급되는 기판(S)을 직립 반송 방식에 따라 제 1 방향(X)으로 수평 이송시킨다. 일 예에 따른 기판 반송부(120)는 복수의 롤러를 갖는 롤러 구동부(미도시), 및 수직하게 세워진 기판(S)의 상부 가장자리와 하부 가장자리를 클램핑한 상태에서 롤러 구동부의 구동에 따라 제 1 방향(X)으로 이동하는 기판 클램핑 모듈(미도시)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 로딩 트랜스퍼 챔버(130)는 로딩 버퍼 챔버(110)와 프로세스 챔버(140) 사이에 마련된다. 이러한 로딩 트랜스퍼 챔버(130)는 로딩 버퍼 챔버(110)와 프로세스 챔버(140) 사이의 챔버 환경, 예를 들어 가스 분위기, 진공도 및 온도 등의 변화를 완충(또는 최소화)하는 역할을 한다. 상기 로딩 트랜스퍼 챔버(130)에는 복수의 제 1 펌핑 포트(131)가 마련되어 있다. 상기 로딩 트랜스퍼 챔버(130)와 프로세스 챔버(140) 사이에는 로딩 게이트 밸브(115)가 마련되어 있다.
상기 프로세스 챔버(140)는 상기 기판 반송부(120)에 의해 로딩 트랜스퍼 챔버(130)로부터 반송되는 기판(S)에 대한 반응성 스퍼터링 공정을 수행하여 기판(S)의 전면(前面)에 박막을 증착한다. 여기서, 상기 박막은 ITO(Indium Tin Oxide), BZO(Boron-doped Zinc Oxide), AZO(or Al:ZnO)(Aluminum-doped Zinc Oxide), GZO(Gallium-doped Zinc Oxide), 또는 IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide) 등과 같은 산화물 박막이 될 수 있다.
일 예에 따른 프로세스 챔버(140)는 제 1 내지 제 3 공정 공간(141, 143, 145)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 내지 제 3 공정 공간(141, 143, 145) 각각은 프로세스 챔버(140) 내에서 설정된 크기를 가지도록 구획되되, 공간적으로 분리되지 않고 서로 연결된다. 제 1 공정 공간(141)에는 복수의 제 2 펌핑 포트(141a)가 마련되어 있으며, 제 3 공정 공간(145)에도 복수의 제 3 펌핑 포트(145a)가 마련되어 있다.
부가적으로, 상기 프로세스 챔버(140)의 제 1 공정 공간(141)은 게이트 밸브 등에 의해 로딩 트랜스퍼 챔버(130)와 공간적으로 분리되지 않고 공간적으로 연결된다. 이에 따라, 일 예에 따른 프로세스 챔버(140)는 로딩 트랜스퍼 챔버(130)를 포함하여 이루어진다.
일 예에 따른 프로세스 챔버(140)는 반응성 스퍼터링 공정을 통해 기판(S)의 제 1 영역에 제 1 산화물 박막을 증착하기 위한 2개 이상의 제 1 캐소드 모듈(210), 및 반응성 스퍼터링 공정을 통해 기판(S)의 제 1 영역 중 일부를 제외한 나머지 제 2 영역에 제 2 산화물 박막을 증착하기 위한 1개 이상의 제 2 캐소드 모듈(220)을 포함한다. 여기서, 기판(S)의 제 1 영역은 제 1 산화물 박막이 증착될 상기 기판의 전면(前面) 전체로 정의될 수 있고, 기판(S)의 제 2 영역은 기판(S)의 상부 및 하부 가장자리 부분 사이의 중간 부분으로 정의될 수 있다.
상기 2개 이상의 제 1 캐소드 모듈(210) 각각은, 도 3a에 도시된 바와 같이, 플라즈마(P)를 이용한 반응성 스퍼터링 공정을 통해 수직하게 세워진 기판(S)의 제 1 영역, 보다 구체적으로, 기판(S)의 전면(前面) 전체에 제 1 산화물 박막(TH1)을 증착한다. 일 예에 따른 2개 이상의 제 1 캐소드 모듈(210) 각각은 반응성 스퍼터링 공정에 의해 기판(S)의 전면에 증착될 제 1 산화물 박막(TH1)의 주요 물질을 함유하는 제 1 타겟(TG1)을 포함한다. 여기서, 수직하게 세워진 기판(S)의 높이 방향(Z)(또는 길이 방향)을 기준으로, 상기 제 1 타겟(TG1)의 높이(또는 길이)(H2)는 기판(S)의 높이(H1)(또는 길이)보다 큰 길이를 갖는다.
상기 2개 이상의 제 1 캐소드 모듈(210) 각각은 제 1 내지 제 3 공정 공간(141, 143, 145)에 선택적으로 분산 배치될 수 있다. 일 예에 따른 제 1 캐소드 모듈(210)은 총 6개로 이루어질 수 있다. 이 경우, 6개의 제 1 캐소드 모듈(210)은 기판 반송부(120)에 의해 직립 상태로 반송되는 기판(S)의 전면(前面)과 마주하도록 수직하게 세워져 제 1 내지 제 3 공정 공간(141, 143, 145)에 분산 배치된다. 예를 들어, 제 1 공정 공간(141)에는 2개의 제 1 캐소드 모듈(210)이 나란하게 배치되고, 제 2 공정 공간(143)에는 3개의 제 1 캐소드 모듈(210)이 나란하게 배치되며, 제 3 공정 공간(145)에는 1개의 제 1 캐소드 모듈(210)이 배치될 수 있다.
상기 1개 이상의 제 2 캐소드 모듈(220)은, 도 3b에 도시된 바와 같이 반응성 스퍼터링 공정을 통해 수직하게 세워진 기판(S)의 제 2 영역, 보다 구체적으로, 기판(S)의 상부 및 하부 가장자리 부분(UEA, LEA)을 제외한 나머지 중간 부분(MA)에 제 2 산화물 박막(TH2)을 증착한다. 일 예에 따른 1개 이상의 제 2 캐소드 모듈(220) 각각은 상기 제 1 타겟(TG1)과 동일한 박막 물질로 이루어진 제 2 타겟(TG2)을 포함한다. 여기서, 기판(S)의 높이 방향(Z)(또는 길이 방향)을 기준으로, 상기 제 2 타겟(TG2)의 높이(또는 길이)(H3)는 상기 제 1 타겟(TG1)의 높이(H2)(또는 길이)보다 상대적으로 짧은 길이를 가지면서, 기판(S)의 높이(H1)(또는 길이)보다 짧은 길이를 갖는다.
상기 1개 이상의 제 2 캐소드 모듈(220)은 제 1 캐소드 모듈(210)을 통한 반응성 스퍼터링 공정에 의해 기판(S)에 증착되는 제 1 산화물 박막(TH1)의 두께가 상대적으로 얇게 형성되는 영역에만 제 2 산화물 박막(TH2)을 추가적으로 증착하기 위한 보조 증착 소스의 역할을 한다. 즉, 제 2 캐소드 모듈(220)은 제 1 캐소드 모듈(210)을 통한 반응성 스퍼터링 공정시 기판(S)의 상부 및 하부 가장자리 부분(UEA, LEA)을 제외한 나머지 중간 영역(MA)에서 상대적으로 얇은 두께로 형성되는 박막의 두께를 보완(또는 보상)함으로써, 도 3c에 도시된 바와 같이, 기판(S)에 증착되는 박막의 두께가 전체적으로 균일해지도록 한다. 이를 위해, 상기 제 2 캐소드 모듈(220)의 개수는 제 1 캐소드 모듈(210)보다 적은 개수로 설정되는 것이 바람직하다.
상기 1개 이상의 제 2 캐소드 모듈(220)은 제 3 공정 공간(145)에 배치될 수 있으며, 이 경우, 제 3 공정 공간(145)에 배치된 제 1 캐소드 모듈(210)의 후방부에 배치될 수 있다. 여기서, 상기 제 1 캐소드 모듈(210)의 후방부는 기판(S)의 반송 방향을 기준으로 언로딩 트랜스퍼 챔버(150)에 인접한 프로세스 챔버(140)의 후방부로 정의될 수 있다.
상기 언로딩 트랜스퍼 챔버(150)는 프로세스 챔버(140)와 언로딩 버퍼 챔버(160) 사이에 마련된다. 이러한 언로딩 트랜스퍼 챔버(150)는 프로세스 챔버(140)와 언로딩 버퍼 챔버(160) 사이의 챔버 환경, 예를 들어 가스 분위기, 진공도 및 온도 등의 변화를 완충(또는 최소화)하는 역할을 한다. 상기 언로딩 트랜스퍼 챔버(150)에는 복수의 제 4 펌핑 포트(151)가 마련되어 있다.
부가적으로, 상기 언로딩 트랜스퍼 챔버(150)는 상기 프로세스 챔버(140)와 공간적으로 분리되지 않고 공간적으로 연결된다. 즉, 상기 언로딩 트랜스퍼 챔버(150)는 프로세스 챔버(140)의 제 3 공정 공간(145)과 공간적으로 연결된다. 이에 따라, 일 예에 따른 프로세스 챔버(140)는 언로딩 트랜스퍼 챔버(150)를 포함하여 이루어진다.
상기 언로딩 버퍼 챔버(160)는 프로세스 챔버(140)와 언로딩 트랜스퍼 챔버(150)를 통과하여 공급되는 기판(S)을 언로딩 로드락 챔버(미도시)로 반송하거나 외부의 기판 언로딩 장치로 반송한다. 이러한 상기 언로딩 버퍼 챔버(160)는 언로딩 트랜스퍼 챔버(150)와 언로딩 로드락 챔버(또는 외부) 사이의 챔버 환경, 예를 들어 가스 분위기, 진공도 및 온도 등의 변화를 완충(또는 최소화)하는 역할을 한다. 상기 언로딩 트랜스퍼 챔버(160)와 상기 언로딩 버퍼 챔버(160) 사이에는 언로딩 게이트 밸브(155)가 마련되어 있다.
이와 같은, 본 발명에 따른 반응성 스터퍼링 장치는 직립 상태의 기판(S)을 프로세스 챔버(140)로 반송하면서 프로세스 챔버(140)에 마련된 캐소드 모듈(210, 220) 각각을 이용한 반응성 스퍼터링 공정을 통하여 프로세스 챔버(140)를 통과하는 기판(S)에 산화물 박막을 형성한다. 구체적으로, 본 발명에 따른 반응성 스터퍼링 장치는, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 2개 이상의 제 1 캐소드 모듈(210)을 메인 증착 소스로 이용하여 기판(S)의 전면에 제 1 산화물 박막(TH1)을 형성하고, 1개 이상의 제 2 캐소드 모듈(220)을 보조 증착 소스로 이용하여 기판(S)의 상부 및 하부 가장자리 부분(UEA, LEA)을 제외한 나머지 중간 영역(MA)에 제 2 산화물 박막(TH2)을 추가로 형성함으로써 기판(S)의 전면에 걸쳐 균일한 두께를 갖는 산화물 박막을 형성할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 반응성 스터퍼링 장치는 수직하게 세워진 기판(S)의 길이를 기준으로 기판(S)보다 긴 길이를 갖는 제 1 타겟(TG1)을 포함하는 2개 이상의 제 1 캐소드 모듈(210)을 메인 증착 소스로 이용하고, 기판(S)보다 짧은 길이의 제 2 타겟(TG2)을 포함하는 1개 이상의 제 2 캐소드 모듈(220)을 보조 증착 소스로 이용함으로써 기판(S)에 균일한 두께의 산화물 박막을 형성할 수 있다.
도 4는 도 2에 도시된 2개 이상의 제 1 캐소드 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이며, 도 5는 도 4에 도시된 선I-I'의 단면도이며, 도 6은 도 4에 도시된 선II-II'의 단면도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 일 예에 따른 2개 이상의 제 1 캐소드 모듈(210) 각각은 반응성 스퍼터링 공정을 통해 기판(S)의 전면(前面) 전체에 제 1 산화물 박막을 증착하는 메인 증착 소스의 역할을 한다. 이를 위해, 일 예에 따른 2개 이상의 제 1 캐소드 모듈(210) 각각은, 제 1 베이스베이스 플레이트(211), 제 1 백킹 플레이트(212), 제 1 절연체(213), 제 1 캐소드 지지 부재(214), 제 1 타겟(TG1), 제 1 그라운드 쉴드 프레임(215), 제 1 가스 분사 프레임(216), 제 1 입자 쉴드 프레임(217), 및 제 1 자석 모듈(218)을 포함한다.
상기 제 1 베이스 플레이트(211)는 제 1 백킹 플레이트(212)와 제 1 절연체(213)를 지지하는 역할을 한다. 이러한 제 1 베이스 플레이트(211)의 전면(前面)은 지면으로부터 수직하게 세워져 상기 기판 반송부(120)에 의해 반송되는 기판(S)의 전면과 마주한다.
상기 제 1 백킹 플레이트(212)는 제 1 베이스 플레이트(211)의 전면(前面)에 결합되어 제 1 타겟(TG1)을 지지한다. 이때 제 1 백킹 플레이트(212)는, 기판(S)의 길이 방향(X)을 기준으로, 기판(S)보다 긴 길이를 갖는다. 이러한 제 1 백킹 플레이트(212)는 외부 전원(미도시), 예를 들어, DC 전원, AC 전원, 또는 RF 전원에 전기적으로 접속되어 있으며, 이로 인해 외부 전원으로부터 공급되는 플라즈마 전원이 인가된다.
상기 제 1 타겟(TG1)은, 기판(S)의 길이 방향(X)을 기준으로, 기판(S)보다 긴 길이를 가지도록 형성되어 제 1 백킹 플레이트(212)의 전면 가장자리 부분을 제외한 나머지 중간 부분에 결합(또는 부착)되어 있다. 이러한 제 1 타겟(TG1)은 반응성 스퍼터링 공정에 의해 기판(S)의 전면에 증착될 제 1 산화물 박막의 주요 물질을 포함하여 이루어진다.
상기 제 1 절연체(213)는 상기 제 1 백킹 플레이트(212)의 각 측면으로부터 미리 설정된 갭(Gap)을 가지면서 제 1 백킹 플레이트(212)의 각 측면을 둘러싸도록 제 1 베이스 플레이트(211)의 전면 가장자리 부분에 설치된다. 일 예에 따른 제 1 절연체(213)는 제 1 백킹 플레이트(212)가 삽입되는 개구부를 갖는 사각띠 형태로 형성될 수 있다.
상기 제 1 캐소드 지지 부재(214)는 상기 제 1 절연체(213)의 상면에 결합됨과 아울러 프로세스 챔버(140)의 챔버 벽에 결합됨으로써 제 1 백킹 플레이트(212)를 지지한다. 일 예에 따른 제 1 캐소드 지지 부재(214)는 제 1 백킹 플레이트(212)가 삽입되는 개구부를 갖는 사각띠 형태를 갖는 제 1 지지부, 및 제 1 지지부로부터 계단 형태로 형성되어 챔버 벽에 결합되는 제 2 지지부를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제 1 그라운드 쉴드 프레임(215)은 상기 제 1 타겟(TG1)의 각 측면으로부터 미리 설정된 갭(Gap)을 가지면서 상기 제 1 타겟(TG1)의 각 측면을 둘러싸도록 제 1 캐소드 지지 부재(214)의 전면 가장자리 부분, 즉 제 1 지지부의 상면에 설치된다. 일 예에 따른 제 1 그라운드 쉴드 프레임(215)은 제 1 타겟(TG1)의 전면 크기에 대응되는 개구부를 갖는 사각띠 형태로 형성될 수 있다. 이때 제 1 그라운드 쉴드 프레임(215)은 제 1 타겟(TG1)과 제 1 백킹 플레이트(212)와 전기적으로 접촉되지 않는다.
상기 제 1 가스 분사 프레임(216)은 반응성 스퍼터링 공정시, 공정 가스를 제 1 타겟(TG1)의 전면(前面) 상으로 분사함으로써 제 1 타겟(TG1)으로부터 방출되는 타겟 입자와 반응성 가스의 반응에 따른 제 1 산화물 박막이 기판(S)에 증착되도록 한다. 상기 제 1 가스 분사 프레임(216)은 제 1 그라운드 쉴드 프레임(215)의 상면에 설치된다. 예를 들어, 상기 제 1 가스 분사 프레임(216)은 제 1 그라운드 쉴드 프레임(215)의 전면 가장자리 부분을 제외한 나머지 부분의 크기에 대응되는 개구부를 갖는 사각띠 형태로 형성될 수 있다.
일 예에 따른 제 1 가스 분사 프레임(216)는 가스 공급관(미도시)을 통해 공정 가스 공급 장치(미도시)로부터 공급되는 가스 버퍼링 공간(216a) 및 가스 버퍼링 공간(216a)에 공급되는 공정 가스를 제 1 타겟(TG1)의 전면 상에 분사하는 복수의 가스 분사구(216b)를 포함한다.
상기 공정 가스 공급 장치는 플라즈마 발생을 위한 아르곤 가스 등의 불활성 가스로 이루어진 방전 가스와 산화물 박막의 증착을 위한 반응성 가스의 혼합 가스로 이루어진 공정 가스를 가스 버퍼링 공간(216a)에 공급한다. 예를 들어, 상기 반응성 가스는 기판(S)에 증착될 제 1 산화물 박막의 일부 물질을 포함하도록 이루어져 제 1 타겟(TG1)의 타겟 입자와 반응하여 최종적인 제 1 산화물 박막을 형성하는 산소(O2) 가스 또는 질소(N2) 가스일 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 기판(S)에 증착될 제 1 산화물 박막의 물질에 따라 수소(H2) 가스, 수소(H2) 가스 와 질소(N2) 가스의 혼합 가스, 아산화질소(N2O) 가스, 암모니아(NH3) 가스, 또는 오존(O3) 가스일 수 있다.
상기 복수의 가스 분사구(216b)는 제 1 가스 분사 프레임(216)의 내측벽을 관통하여 가스 버퍼링 공간(216a)에 연통되도록 일정한 간격으로 형성된다. 이때, 상기 복수의 가스 분사구(216b)는 제 1 가스 분사 프레임(216)의 내측벽에 적어도 1열로 마련될 수 있다. 여기서, 제 1 타겟(TG1) 상에 분사되는 공정 가스의 흐름을 균일하게 하기 위하여, 상기 복수의 가스 분사구(216b)는 제 1 타겟(TG1)의 길이 방향과 나란한 제 1 가스 분사 프레임(216)의 일측과 타측 각각의 내측벽에 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제 1 입자 쉴드 프레임(217)은 상기 제 1 가스 분사 프레임(216)의 상면에 설치되어 미리 설정된 일정 폭만큼 제 1 타겟(TG1)의 전면 가장자리 부분을 덮는다. 일 예에 따른 제 1 입자 쉴드 프레임(217)은 제 1 타겟(TG1)의 전면 가장자리 부분을 제외한 나머지 전면 크기에 대응되는 개구부를 갖는 사각띠 형태로 형성된다. 이러한 제 1 입자 쉴드 프레임(217)은 제 1 타겟(TG1)으로부터 상대적으로 낮은 각도로 방출되는 저각도 비산 입자가 기판(S)에 증착되는 것을 방지함으로써 기판(S)에 증착되는 박막의 특성을 향상시킨다.
일반적으로 스퍼터링 공정시 타겟에서 스퍼터링되는 입자는 코사인(cosine) 법칙에 의해 비산되는데, 비산되는 입자들 중 낮은 각도로 비산되는 입자들이 기판(S)이 증착될 경우, 박막 특성이 저하되는 것으로 알려져 있다. 따라서, 상기 제 1 입자 쉴드 프레임(217)은 제 1 타겟(TG1)의 전면 가장자리 부분을 덮도록 상기 제 1 가스 분사 프레임(216)의 상면에 설치됨으로써 제 1 타겟(TG1)으로부터 상대적으로 낮은 각도로 방출되는 저각도 비산 입자가 기판(S) 쪽으로 진행하는 것을 차단한다.
상기 제 1 자석 모듈(218)은 상기 제 1 베이스 플레이트(211)의 후면에 이동 가능하게 배치된다. 이러한 제 1 자석 모듈(218)은 반응성 스퍼터링 공정시, 일정한 주기로 제 1 베이스 플레이트(211)의 후면에서 수평 왕복 이송하면서 제 1 타겟(TG1)의 표면에 자계를 형성함으로써 제 1 타겟(TG1)의 전체 면적에 걸쳐 침식(Erosion) 양을 균일화하여 제 1 타겟(TG1)의 사용 효율을 극대화시킨다. 또한, 제 1 자석 모듈(218)은 자계를 통해 제 1 타겟(TG1)의 표면에 고밀도 플라즈마를 발생시킴으로써 기판(S) 상에 증착되는 박막의 증착 속도를 향상시킨다. 일 예에 따른 제 1 자석 모듈(218)은 제 1 자석 어레이(218a), 및 제 1 자석 이송 수단(218b)을 포함한다. 이러한 제 1 자석 모듈(218)은 제 1 베이스 플레이트(211)의 후면에 마련된 후면 커버(219)의 내측면에 설치될 수 있다.
상기 제 1 자석 어레이(218a)는 일정 간격으로 배치된 복수의 N극성 자석, 및 복수의 N극성 자석 사이마다 배치된 복수의 S극성 자석을 포함하여 구성된다. 이때, 복수의 N극성 자석과 복수의 S극성 자석은 제 1 타겟(TG1)의 폭 방향(Y)을 따라 교번적으로 배치될 수 있다. 이러한 제 1 자석 어레이(218a)는 제 1 타겟(TG1)의 표면에 자계를 형성하여 전자를 구속시킴으로써 플라즈마의 밀도를 높여 박막의 증착율을 증가시키는 역할을 한다.
상기 제 1 자석 이송 수단(218b)은 제 1 베이스 플레이트(211)의 후면, 즉 후면 커버(219)의 내측면에 설치되어 제 1 자석 어레이(218a)를 이동 가능하게 지지하고, 제 1 타겟(TG1)의 폭 방향(Y)을 따라 자석 어레이(218a)를 수평 왕복 이송시킨다. 이때, 제 1 자석 이송 수단(218b)은 리니어 모터(Linear Motor) 방식, 모터와 볼 스크류(Ball Screw)를 이용한 볼 스크류 방식, 모터와 랙 기어(Rack Gear)와 피니언 기어(Pinion Gear)를 이용한 기어 방식, 및 유압 실린더 또는 공압 실린더를 이용한 실린더 방식에 따라 제 1 자석 어레이(218a)를 이송시킬 수 있다.
이와 같은 2개 이상의 제 1 캐소드 모듈(210) 각각은 반응성 스퍼터링 공정시, 제 1 백킹 플레이트(212)에 인가되는 플라즈마 전원에 따라 기판(S)과 제 1 타겟(TG1) 사이에 플라즈마를 발생하면서 제 1 가스 분사 프레임(216)을 통해 공정 가스를 플라즈마 발생 영역에 분사함으로써 플라즈마에 의해 제 1 타겟(TG1)으로부터 방출되는 타겟 입자와 반응성 가스의 반응을 통해 기판(S)의 전면(前面) 전체에 제 1 산화물 박막을 증착하게 된다.
도 7은 도 2에 도시된 1개 이상의 제 2 캐소드 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이며, 도 8은 도 7에 도시된 선III-III'의 사시도이다. 그리고, 도 7에 도시된 선I-I'의 단면도는 도 5에 도시되어 있다.
도 7 및 도 8을 도 5와 결부하면, 일 예에 따른 1개 이상의 제 2 캐소드 모듈(220) 각각은 반응성 스퍼터링 공정을 통해 기판(S)의 기판(S)의 상부 및 하부 가장자리 부분을 제외한 나머지 중간 부분에 제 2 산화물 박막을 증착하는 보조 증착 소스의 역할을 한다. 이를 위해, 일 예에 따른 1개 이상의 제 2 캐소드 모듈(220) 각각은 제 2 베이스 플레이트(221), 제 2 백킹 플레이트(222), 제 2 절연체(223), 제 2 캐소드 지지 부재(224), 제 2 타겟(TG2), 제 2 그라운드 쉴드 프레임(225), 제 2 가스 분사 프레임(226), 제 2 입자 쉴드 프레임(227), 및 제 2 자석 모듈(228)을 포함한다.
상기 제 2 베이스 플레이트(221)는 제 2 백킹 플레이트(222)와 제 2 절연체(223)를 지지하는 역할을 한다. 이러한 제 2 베이스 플레이트(221)의 전면(前面)은 지면으로부터 수직하게 세워져 상기 기판 반송부(120)에 의해 반송되는 기판(S)의 전면과 마주한다. 이러한 제 2 베이스 플레이트(221)는 제 1 캐소드 모듈(210)의 제 1 베이스 플레이트(211)와 동일한 형태를 가질 수 있다.
상기 제 2 백킹 플레이트(222)는 제 2 베이스 플레이트(221)의 전면(前面)에 결합되어 제 2 타겟(TG2)을 지지한다. 이때 제 2 백킹 플레이트(222)는, 기판(S)의 길이 방향(X)을 기준으로, 제 1 백킹 플레이트(212)보다 상대적으로 짧은 길이를 가지면서 기판(S)보다 짧은 길이를 갖는다. 이러한 제 2 백킹 플레이트(222)는 외부 전원(미도시), 예를 들어, DC 전원, AC 전원, 또는 RF 전원에 전기적으로 접속되어 있으며, 이로 인해 외부 전원으로부터 공급되는 플라즈마 전원이 인가된다.
상기 제 2 타겟(TG2)은, 기판(S)의 길이 방향(X)을 기준으로, 제 1 타겟(TG1)보다 상대적으로 짧은 길이를 가지면서 기판(S)보다 짧은 길이를 가지도록 형성되고, 제 2 백킹 플레이트(222)의 전면 가장자리 부분을 제외한 나머지 중간 부분에 결합(또는 부착)되어 있다. 이때 기판(S)의 길이 방향(X)과 나란한 제 2 타겟(TG2)의 길이 방향 중심부는 기판(S)의 길이 방향의 중심부와 중첩되고, 제 2 타겟(TG2)의 길이 방향(X)의 양 끝단(US, LS)은 기판(S)의 양 끝단으로부터 미리 설정된 간격으로 이격된다. 즉, 제 2 타겟(TG2)의 길이 방향(X)을 기준으로, 제 2 타겟(TG2)의 상측면(US)과 하측면(LS) 각각은 제 2 백킹 플레이트(222)의 측면으로부터 미리 설정된 간격만큼 이격된다. 이에 따라, 제 2 타겟(TG2)은 직립 상태로 반송되는 기판(S)의 상부 가장자리 부분과 하부 가장자리 부분 사이로 정의되는 기판(S)의 중간 부분과 직접적으로 마주보게 된다.
상기 제 2 타겟(TG2)은 상기 제 1 타겟(TG1)과 동일한 박막 물질로 이루어진다. 즉, 제 2 타겟(TG2)은 기판(S)의 길이 방향의 길이보다 짧은 길이를 가지는 것을 제외하고는 상기 제 1 타겟(TG1)과 동일한 구성을 갖는다. 이와 같은, 제 2 캐소드 모듈(220)은 제 1 캐소드 모듈(210)에 의해 증착되는 제 1 산화물 박막의 두께 편차를 보완하거나 균일화하기 위한 제 2 산화물 박막을 기판(S)의 중간 부분에 추가로 형성하는 보조 증착 소스의 역할을 한다.
상기 제 2 절연체(223)는 상기 제 2 백킹 플레이트(222)의 각 측면으로부터 미리 설정된 갭(Gap)을 가지면서 제 2 백킹 플레이트(222)의 각 측면을 둘러싸도록 제 2 베이스 플레이트(221)의 전면 가장자리 부분에 설치된다. 일 예에 따른 제 2 절연체(223)는 제 2 백킹 플레이트(222)가 삽입되는 개구부를 갖는 사각띠 형태로 형성될 수 있다.
상기 제 2 캐소드 지지 부재(224)는 상기 제 2 절연체(223)의 상면에 결합됨과 아울러 프로세스 챔버(140)의 챔버 벽에 결합됨으로써 제 2 백킹 플레이트(222)를 지지한다. 일 예에 따른 제 2 캐소드 지지 부재(224)는 제 2 백킹 플레이트(222)가 삽입되는 개구부를 갖는 사각띠 형태를 갖는 제 3 지지부, 및 제 3 지지부로부터 계단 형태로 형성되어 챔버 벽에 결합되는 제 4 지지부를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제 2 그라운드 쉴드 프레임(225)은 상기 제 2 타겟(TG2)의 각 측면으로부터 미리 설정된 갭(Gap)을 가지면서 상기 제 2 타겟(TG2)의 각 측면을 둘러싸도록 제 2 캐소드 지지 부재(224)의 전면 가장자리 부분, 즉 제 3 지지부의 상면에 설치된다.
일 예에 따른 제 2 그라운드 쉴드 프레임(225)은 제 2 타겟(TG2)의 전면 크기에 대응되는 개구부를 갖는 사각띠 형태로 형성될 수 있다. 이때, 제 2 그라운드 쉴드 프레임(223)은 제 1 캐소드 모듈(210)의 제 1 그라운드 쉴드 프레임(215)과 동일한 형태를 가지되, 상측부와 하측부 각각이 제 2 타겟(TG2)의 상측면(US)과 하측면(LS) 쪽으로 각각 돌출된 형태를 갖는다. 예를 들어, 제 2 그라운드 쉴드 프레임(223)의 상측부와 하측부 각각은 제 1 타겟(TG1)보다 상대적으로 짧은 길이를 갖는 제 2 타겟(TG2)에 의해 노출되는 제 2 백킹 플레이트(222)의 상측과 하측 가장자리 부분을 덮는 것으로, 좌측부와 우측부 각각보다 상대적으로 넓은 폭을 갖도록 형성된다. 이와 같은, 제 2 그라운드 쉴드 프레임(225)은 제 2 타겟(TG2)과 제 2 백킹 플레이트(222)와 전기적으로 접촉되지 않는다.
상기 제 2 가스 분사 프레임(226)은 반응성 스퍼터링 공정시, 공정 가스를 제 2 타겟(TG2)의 전면(前面)과 제 2 그라운드 쉴드 프레임(225) 상으로 분사함으로써 제 2 타겟(TG2)으로부터 방출되는 타겟 입자와 반응성 가스의 반응에 따른 제 2 산화물 박막이 기판(S)에 증착되도록 한다. 상기 제 2 가스 분사 프레임(226)은 제 2 그라운드 쉴드 프레임(225)의 상면에 설치된다. 예를 들어, 상기 제 2 가스 분사 프레임(226)은 제 2 그라운드 쉴드 프레임(225)의 전면 가장자리 부분을 제외한 나머지 부분의 크기에 대응되는 개구부를 갖는 사각띠 형태로 형성될 수 있다.
일 예에 따른 제 2 가스 분사 프레임(226)은 가스 공급관(미도시)을 통해 공정 가스 공급 장치(미도시)로부터 공정 가스가 공급되는 가스 버퍼링 공간(226a) 및 가스 버퍼링 공간(226a)에 공급되는 공정 가스를 제 2 타겟(TG2)의 전면(前面)과 제 2 그라운드 쉴드 프레임(225) 상으로 분사하는 복수의 가스 분사구(226b)를 포함한다. 이러한 제 2 가스 분사 프레임(226)은 제 1 캐소드 모듈(210)의 제 1 가스 분사 프레임(216)과 동일한 형태를 갖는다. 즉, 타겟(TG1, TG2)의 크기에 따라 제 1 및 제 2 가스 분사 프레임(216, 226)은 서로 다른 형태, 보다 구체적으로는, 서로 다른 크기의 개구부를 가질 수 있는데, 이 경우, 인접한 캐소드 모듈(210, 220)에 형성되는 가스 분포에 영향을 미칠 수 있고, 이로 인하여 캐소드 모듈(210, 220)의 길이 방향을 기준으로 양 가장자리 부분의 가스 분포가 불균일해 질 수 있다. 이에 따라, 제 2 가스 분사 프레임(226)은 제 1 가스 분사 프레임(216)의 개구부와 동일한 크기의 개구부를 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 제 1 및 제 2 가스 분사 프레임(216, 226) 각각은 서로 동일한 크기의 개구부를 가지며, 상기 개구부에 의해 정의되는 영역에 상기 공정 가스를 분사하게 된다.
상기 제 2 입자 쉴드 프레임(227)은 상기 제 2 가스 분사 프레임(226)의 상면에 설치되어 미리 설정된 일정 폭만큼 제 2 타겟(TG2)의 전면 가장자리 부분을 덮는다. 일 예에 따른 제 2 입자 쉴드 프레임(227)은 제 2 타겟(TG2)의 전면 가장자리 부분을 제외한 나머지 전면 크기에 대응되는 개구부를 갖는 사각띠 형태로 형성된다. 이러한 제 2 입자 쉴드 프레임(227)은, 제 1 캐소드 모듈(210)의 제 1 입자 쉴드 프레임(217)과 동일하게, 제 2 타겟(TG2)으로부터 상대적으로 낮은 각도로 방출되는 저각도 비산 입자가 기판(S)에 증착되는 것을 방지함으로써 기판(S)에 증착되는 박막의 특성을 향상시킨다.
상기 제 2 자석 모듈(228)은 반응성 스퍼터링 공정시, 일정한 주기로 제 2 베이스 플레이트(221)의 후면에서 수평 왕복 이송하면서 제 2 타겟(TG2)의 표면에 자계를 형성하는 것으로, 제 2 자석 어레이(228a), 및 제 2 자석 이송 수단(228b)을 포함한다. 이러한 제 2 자석 모듈(228)은 제 2 베이스 플레이트(221)의 후면에 마련된 후면 커버(229)의 내측면에 설치될 수 있다.
상기 제 2 자석 어레이(228a)는 일정 간격으로 배치된 복수의 N극성 자석, 및 복수의 N극성 자석 사이마다 배치된 복수의 S극성 자석을 포함하여 구성된다. 이때, 복수의 N극성 자석과 복수의 S극성 자석은 제 2 타겟(TG2)의 폭 방향(Y)을 따라 교번적으로 배치될 수 있다. 이러한 제 2 자석 어레이(228a)는 제 2 타겟(TG2)의 표면에 자계를 형성하여 전자를 구속시킴으로써 플라즈마의 밀도를 높여 박막의 증착율을 증가시키는 역할을 한다.
상기 제 2 자석 이송 수단(228b)은 제 2 베이스 플레이트(221)의 후면, 즉 후면 커버(229)의 내측면에 설치되어 제 2 자석 어레이(228a)를 이동 가능하게 지지하고, 제 2 타겟(TG2)의 폭 방향(Y)을 따라 제 2 자석 어레이(228a)를 수평 왕복 이송시킨다. 이때, 제 2 자석 이송 수단(228b)은 리니어 모터(Linear Motor) 방식, 모터와 볼 스크류(Ball Screw)를 이용한 볼 스크류 방식, 모터와 랙 기어(Rack Gear)와 피니언 기어(Pinion Gear)를 이용한 기어 방식, 및 유압 실린더 또는 공압 실린더를 이용한 실린더 방식에 따라 제 2 자석 어레이(228a)를 이송시킬 수 있다.
이와 같은 1개 이상의 제 2 캐소드 모듈(220)은 반응성 스퍼터링 공정시, 제 2 백킹 플레이트(222)에 인가되는 플라즈마 전원에 따라 기판(S)과 제 2 타겟(TG2) 사이에 플라즈마를 발생하면서 제 2 가스 분사 프레임(226)을 통해 공정 가스를 플라즈마 발생 영역에 분사함으로써 플라즈마에 의해 제 2 타겟(TG2)으로부터 방출되는 타겟 입자와 반응성 가스의 반응을 통해 기판(S)의 중간 부분에 제 2 산화물 박막을 추가적으로 증착하게 된다.
한편, 전술한 제 2 캐소드 모듈(220)에서, 제 2 타겟(TG2)의 길이 방향(X)을 기준으로, 제 2 베이스 플레이트(221)의 길이는, 도 9에 도시된 바와 같이, 제 1 타겟(TG1) 대비 짧아진 제 2 타겟(TG2)의 길이만큼 짧아질 수 있다. 이로 인하여, 제 2 절연체(223)의 길이 역시 제 1 타겟(TG1) 대비 짧아진 제 2 타겟(TG2)의 길이만큼 짧아지게 된다. 그리고, 제 2 베이스 플레이트(221)와 제 2 절연체(223)가 짧아짐에 따라 상기 제 2 캐소드 지지 부재(224)의 제 3 지지부가 상대적으로 넓은 폭으로 형성될 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 예에 따른 제 2 캐소드 모듈을 설명하기 위한 도면이며, 도 11은 도 10에 도시된 선IV-IV'의 단면도이다. 그리고, 도 10에 도시된 선I-I'의 단면도는 도 5에 도시되어 있다.
도 10 및 도 11을 도 5와 결부하면, 본 발명의 다른 예에 따른 제 2 캐소드 모듈(220)은 제 2 베이스 플레이트(221), 제 2 백킹 플레이트(222), 제 2 절연체(223), 제 2 캐소드 지지 부재(224), 제 2 타겟(TG2), 제 2 그라운드 쉴드 프레임(225), 제 2 가스 분사 프레임(226), 제 2 입자 쉴드 프레임(227), 제 2 자석 모듈(228), 및 압력 안정화 부재(230)를 포함한다. 상기 제 2 캐소드 모듈(220)에서 압력 안정화 부재(230)를 제외한 나머지 구성들은 도 5 및 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 동일하므로, 이들에 대한 중복 설명은 생략하기로 하고, 이하의 설명에서는 압력 안정화 부재(230)에 대해서만 설명하기로 한다.
일 예에 따른 압력 안정화 부재(230)는 상기 제 2 타겟(TG2)의 상부 및 하부 가장자리 부분 각각을 덮는 제 1 및 제 2 압력 안정화 쉴드(232, 234)를 포함한다.
상기 제 1 압력 안정화 쉴드(232)는 제 2 타겟(TG2)의 상부 가장자리 부분과 중첩되도록 배치되어 제 2 타겟(TG2)의 상부 주변에 대해 가스의 흐름(예를 들어, 반응 가스의 흐름)과 분압비를 안정화시킴으로써 제 2 타겟(TG2) 상에 분사되는 가스의 압력비(예를 들어, 반응 가스의 압력비)를 균일하게 하여 기판(S)에 증착되는 박막의 특성을 균일하게 하면서 플라즈마 미발생 영역에 대한 오염을 방지한다. 일 예에 따른 제 1 압력 안정화 쉴드(232)는 제 1 전면 쉴드(232a)와 제 1 측면 쉴드(232b)를 포함하여 구성되는 것으로, "┓"자 형태의 단면을 갖는다.
상기 제 1 전면 쉴드(232a)는 제 2 타겟(TG2)의 전면(前面)과 나란한 평판 형태로 형성되고, 제 2 타겟(TG2)의 전면(前面) 상부 가장자리 부분을 덮는다. 예를 들어, 제 1 전면 쉴드(232a)는 제 2 타겟(TG2)의 상측면(US)에 접한 상부 가장자리 부분을 일정 폭(D1)만큼 덮음으로써 제 2 타겟(TG2) 상에 발생되는 플라즈마 발생 영역에 대한 공정 가스의 흐름을 안정화시켜 제 2 타겟(TG2) 상에 분사되는 반응가스의 압력비를 균일하게 한다.
상기 제 1 전면 쉴드(232a)는 제 2 타겟(TG2)의 전면(前面) 상부 가장자리 부분과 중첩되는 제 2 입자 쉴드 프레임(227)의 하면에 결합된다. 이때 제 1 전면 쉴드(232a)의 상면은 제 2 가스 분사 프레임(226)의 상면과 동일한 수평 선상에 위치하는 것이 바람직하다. 상기 제 1 전면 쉴드(232a)는 복수의 제 1 스크류(233)에 의해 제 2 입자 쉴드 프레임(227)의 하면에 결합될 수 있는데, 이 경우, 제 1 전면 쉴드(232a)와 중첩되는 제 2 입자 쉴드 프레임(227)에는 복수의 제 1 스크류(233) 각각이 삽입되는 복수의 제 1 삽입 홀(227a)이 형성되어 있다.
상기 제 1 측면 쉴드(232b)는 제 2 타겟(TG2)의 상측면(US)과 나란하도록 제 1 전면 쉴드(232a)에 수직하게 형성된다. 이때 제 1 측면 쉴드(232b)는 제 2 가스 분사 프레임(226)으로부터 제 2 타겟(TG2) 상으로 분사되는 가스의 흐름을 방해하지 않도록 제 2 가스 분사 프레임(226)에 마련된 가스 분사구(226b) 사이에 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 제 1 측면 쉴드(232b)는 제 2 타겟(TG2)의 상측면(US)에 인접하도록 수직하게 배치됨으로써 제 2 가스 분사 프레임(224)으로부터 제 2 그라운드 쉴드 프레임(225) 상으로 분사되는 가스가 제 2 타겟(TG2)의 상부 가장자리 부분 상으로 흐르는 것을 차단한다. 즉, 상기 제 1 측면 쉴드(232b)는 제 2 타겟(TG2)의 짧은 길이로 인하여 제 2 캐소드 모듈(220)에서 발생되는 플라즈마 미발생 영역에 대한 가스의 흐름과 압력을 균일하게 유지시킴으로써 플라즈마 미발생 영역에 대한 오염을 방지한다.
한편, 상기 제 1 압력 안정화 쉴드(232)에서 상기 제 1 측면 쉴드(232b)가 용접 등에 의해 제 2 입자 쉴드 프레임(227)의 하면에 결합될 수도 있는데, 이 경우, 상기 제 1 전면 쉴드(232a)는 생략될 수 있다.
상기 제 2 압력 안정화 쉴드(234)는 제 2 타겟(TG2)의 하부 가장자리 부분과 중첩되도록 배치되어 제 2 타겟(TG2)의 하부 주변에 대해 가스 흐름과 분압비를 안정화시킴으로써 제 2 타겟(TG2) 상에 분사되는 가스의 압력비(예를 들어, 반응 가스의 압력비)를 균일하게 하여 기판(S)에 증착되는 박막의 특성을 균일하게 하면서 플라즈마 미발생 영역에 대한 오염을 방지한다. 일 예에 따른 제 2 압력 안정화 쉴드(234)는 제 2 전면 쉴드(234a), 및 제 2 측면 쉴드(234b)를 포함하여 구성되는 것으로, 제 2 타겟(TG2)의 중심부를 기준으로 제 1 압력 안정화 쉴드(232) 와 대칭되는 "┏"자 형태의 단면을 갖는다.
상기 제 2 전면 쉴드(234a)는 제 2 타겟(TG2)의 전면(前面)과 나란한 평판 형태로 형성되고, 제 2 타겟(TG2)의 전면(前面) 하부 가장자리 부분을 덮는다. 예를 들어, 제 2 전면 쉴드(234a)는 제 2 타겟(TG2)의 하측면(LS)에 접한 하부 가장자리 부분을 일정 폭(D1)만큼 덮음으로써 제 2 타겟(TG2) 상에 발생되는 플라즈마 발생 영역에 대한 공정 가스의 흐름을 안정화시켜 제 2 타겟(TG2) 상에 분사되는 반응가스의 압력비를 균일하게 한다.
상기 제 2 전면 쉴드(234a)는 제 2 타겟(TG2)의 전면(前面) 하부 가장자리 부분과 중첩되는 제 2 입자 쉴드 프레임(227)의 하면에 결합된다. 이때 제 2 전면 쉴드(234a)의 상면은 제 2 가스 분사 프레임(226)의 상면과 동일한 수평 선상에 위치하는 것이 바람직하다. 상기 제 2 전면 쉴드(234a)는 복수의 제 2 스크류(235)에 의해 제 2 입자 쉴드 프레임(227)의 하면에 결합될 수 있는데, 이 경우, 제 2 전면 쉴드(234a)와 중첩되는 제 2 입자 쉴드 프레임(227)에는 복수의 제 2 스크류(235) 각각이 삽입되는 복수의 제 2 삽입 홀(227b)이 형성되어 있다.
상기 제 2 측면 쉴드(234b)는 제 2 타겟(TG2)의 하측면(LS)과 나란하도록 제 2 전면 쉴드(234a)에 수직하게 형성된다. 이때 제 2 측면 쉴드(234b)는 제 2 가스 분사 프레임(226)으로부터 제 2 타겟(TG2) 상으로 분사되는 가스의 흐름을 방해하지 않도록 제 2 가스 분사 프레임(226)에 마련된 가스 분사구(226b) 사이에 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 제 2 측면 쉴드(234b)는 제 2 타겟(TG2)의 하측면(LS)에 인접하도록 수직하게 배치됨으로써 제 2 가스 분사 프레임(224)으로부터 제 2 그라운드 쉴드 프레임(225) 상으로 분사되는 가스가 제 2 타겟(TG2)의 하부 가장자리 부분 상으로 흐르는 것을 차단한다. 즉, 상기 제 2 측면 쉴드(234b)는 제 2 타겟(TG2)의 짧은 길이로 인하여 제 2 캐소드 모듈(220)에서 발생되는 플라즈마 미발생 영역에 대한 가스의 흐름과 압력을 균일하게 유지시킴으로써 플라즈마 미발생 영역에 대한 오염을 방지한다.
한편, 상기 제 2 압력 안정화 쉴드(234)에서 상기 제 2 측면 쉴드(234b)가 용접 등에 의해 제 2 입자 쉴드 프레임(227)의 하면에 결합될 수도 있는데, 이 경우, 상기 제 2 전면 쉴드(234a)는 생략될 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 예에 따른 제 2 캐소드 모듈에서, 다른 예에 따른 압력 안정화 부재를 설명하기 위한 도면이며, 도 13은 도 12에 도시된 선V-V'의 단면도이다. 그리고, 도 12에 도시된 선I-I'의 단면도는 도 5에 도시되어 있다.
다른 예에 따른 압력 안정화 부재(230)는 상기 제 2 타겟(TG2)의 상부 및 하부 가장자리 부분 각각을 덮는 제 1 및 제 2 압력 안정화 쉴드(232, 234)를 포함한다.
다른 예에 따른 제 1 압력 안정화 쉴드(232)는 제 1 전면 쉴드(232a)와 제 1 측면 쉴드(232b) 및 제 1 측면 돌출 쉴드(232c)를 포함하여 구성되는 것으로, "┤"자 형태의 단면을 갖는다. 이러한 제 1 압력 안정화 쉴드(232)는 제 1 측면 돌출 쉴드(232c)를 더 포함하는 것을 제외하고는 도 10 및 도 11에 도시된 제 1 압력 안정화 쉴드와 동일하므로, 제 1 전면 쉴드(232a)와 제 1 측면 쉴드(232b)에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
상기 제 1 측면 돌출 쉴드(232c)는 제 2 입자 쉴드 프레임(227)의 상면에 수직하게 돌출되도록 제 1 측면 쉴드(232b)의 상면으로부터 길게 연장된다. 이러한 제 1 측면 돌출 쉴드(232c)는 제 2 입자 쉴드 프레임(227)의 상면에 일정한 높이로 돌출됨으로써 제 2 가스 분사 프레임(224)으로부터 제 2 그라운드 쉴드 프레임(225) 상으로 분사되는 가스가 제 2 타겟(TG2)의 상부 가장자리 부분 상으로 흐르는 것을 추가적으로 차단한다. 즉, 상기 제 1 측면 돌출 쉴드(232c)는 제 2 타겟(TG2)의 짧은 길이로 인하여 제 2 캐소드 모듈(220)에서 발생되는 플라즈마 미발생 영역에 대한 가스의 흐름과 압력을 더욱 균일하게 유지시킴으로써 플라즈마 미발생 영역에 대한 오염을 방지한다.
상기 제 1 측면 돌출 쉴드(232c)와 중첩되는 제 2 입자 쉴드 프레임(227)에는 제 1 측면 돌출 쉴드(232c)가 수직 관통하는 제 1 슬릿(227c)이 형성되어 있다.
다른 예에 따른 제 2 압력 안정화 쉴드(234)는 제 2 전면 쉴드(234a)와 제 2 측면 쉴드(234b) 및 제 2 측면 돌출 쉴드(234c)를 포함하여 구성되는 것으로, "┣"자 형태의 단면을 갖는다. 이러한 제 2 압력 안정화 쉴드(234)는 제 2 측면 돌출 쉴드(234c)를 더 포함하는 것을 제외하고는 도 10 및 도 11에 도시된 제 2 압력 안정화 쉴드와 동일하므로, 제 2 전면 쉴드(234a)와 제 2 측면 쉴드(234b)에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
상기 제 2 측면 돌출 쉴드(234c)는 제 2 입자 쉴드 프레임(227)의 상면에 수직하게 돌출되도록 제 2 측면 쉴드(232b)의 상면으로부터 길게 연장된다. 이러한 제 1 측면 돌출 쉴드(232c)는 제 2 입자 쉴드 프레임(227)의 상면에 일정한 높이로 돌출됨으로써 제 2 가스 분사 프레임(224)으로부터 제 2 그라운드 쉴드 프레임(225) 상으로 분사되는 가스가 제 2 타겟(TG2)의 상부 가장자리 부분 상으로 흐르는 것을 추가적으로 차단한다. 즉, 상기 제 2 측면 돌출 쉴드(234c)는 제 2 타겟(TG2)의 짧은 길이로 인하여 제 2 캐소드 모듈(220)에서 발생되는 플라즈마 미발생 영역에 대한 가스의 흐름과 압력을 더욱 균일하게 유지시킴으로써 플라즈마 미발생 영역에 대한 오염을 방지한다.
상기 제 2 측면 돌출 쉴드(234c)와 중첩되는 제 2 입자 쉴드 프레임(227)에는 제 2 측면 돌출 쉴드(234c)가 수직 관통하는 제 2 슬릿(227d)이 형성되어 있다.
이와 같은, 다른 예에 따른 압력 안정화 부재(230)는 제 2 입자 쉴드 프레임(227)의 상면으로 돌출되는 제 1 및 제 2 제 2 압력 안정화 쉴드(232, 234) 각각의 측면 돌출 쉴드(232c, 234c)를 이용하여 제 2 캐소드 모듈(220)의 플라즈마 미발생 영역에 대한 가스의 흐름과 압력을 더욱 균일하게 유지시킴으로써 플라즈마 미발생 영역에 대한 오염을 더욱 방지할 수 있다.
한편, 전술한 설명에서는 기판(S)의 반송 방향을 따라 제 1 및 제 2 캐소드 모듈(210, 220)이 제 1 캐소드 모듈(210)과 제 2 캐소드 모듈(220)의 순서로 배치되는 것으로 설명하였지만 이에 한정되지 않고, 제 1 및 제 2 캐소드 모듈(210, 220)의 배치 구조는 다양한 형태로 변경될 수 있다.
도 14는 본 발명에 따른 반응성 스퍼터링 장치에서, 변형 예에 따른 제 1 및 제 2 캐소드 모듈의 배치 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 14의 (a)를 도 2와 결부하면, 일 변형 예에 따른 제 1 및 제 2 캐소드 모듈(210, 220)은 기판(S)의 반송 방향(X)을 따라 제 2 캐소드 모듈(220)과 제 1 캐소드 모듈(210)의 순서로 배치될 수 있다. 예를 들어, 기판(S)의 반송 방향(X)을 기준으로, 프로세스 챔버의 제 1 공정 공간(141)에는 하나의 제 2 캐소드 모듈(220)과 하나의 제 1 캐소드 모듈(210)이 나란하게 배치될 수 있고, 프로세스 챔버의 제 2 공정 공간(143)에는 3개의 제 1 캐소드 모듈(210)이 나란하게 배치될 수 있으며, 프로세스 챔버의 제 3 공정 공간(145)에는 2개의 제 1 캐소드 모듈(210)이 나란하게 배치될 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 반응성 스퍼터링 장치는 하나의 제 2 캐소드 모듈(220)을 이용한 반응성 스퍼터링 공정을 통해 기판(S)의 중간 부분에 제 2 산화물 박막을 먼저 형성한 후, 6개의 제 1 캐소드 모듈(210)을 이용한 반응성 스퍼터링 공정을 통해 기판(S)의 전면(全面)에 제 1 산화물 박막을 형성함으로써 기판(S)의 전면(全面)에 균일한 두께를 산화물 박막을 형성한다.
도 14의 (b)를 도 2와 결부하면, 다른 변형 예에 따른 제 1 및 제 2 캐소드 모듈(210, 220)은 기판(S)의 반송 방향(X)을 따라 제 1 캐소드 모듈(210), 제 2 캐소드 모듈(220), 및 제 1 캐소드 모듈(210)의 순서로 배치될 수 있다. 예를 들어, 기판(S)의 반송 방향(X)을 기준으로, 프로세스 챔버의 제 1 공정 공간(141)에는 2개의 제 1 캐소드 모듈(210)이 나란하게 배치될 수 있고, 프로세스 챔버의 제 2 공정 공간(143)에는 3개의 제 2 캐소드 모듈(220)이 나란하게 배치될 수 있으며, 프로세스 챔버의 제 3 공정 공간(145)에는 2개의 제 1 캐소드 모듈(210)이 나란하게 배치될 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 반응성 스퍼터링 장치는 2개의 제 1 캐소드 모듈(210)을 이용한 반응성 스퍼터링 공정을 통해 기판(S)의 전면(全面)에 제 1 산화물 박막을 먼저 형성한 후, 3개의 제 2 캐소드 모듈(220)을 이용한 반응성 스퍼터링 공정을 통해 기판(S)의 중간 부분에 제 1 산화물 박막을 추가로 형성한 다음, 2개의 제 1 캐소드 모듈(210)을 이용한 반응성 스퍼터링 공정을 통해 기판(S)의 전면(全面)에 제 1 산화물 박막을 형성함으로써 기판(S)의 전면(全面)에 균일한 두께를 산화물 박막을 형성한다.
도 14의 (c)를 도 2와 결부하면, 또 다른 변형 예에 따른 제 1 및 제 2 캐소드 모듈(210, 220)은 기판(S)의 반송 방향(X)을 따라 제 1 캐소드 모듈(210)과 제 2 캐소드 모듈(220)이 교대로 배치될 수 있다. 예를 들어, 기판(S)의 반송 방향(X)을 기준으로, 프로세스 챔버에는 4개의 제 1 캐소드 모듈(210)과 3개의 제 2 캐소드 모듈(220)이 교대로 배치될 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 반응성 스퍼터링 장치는 제 1 캐소드 모듈(210)을 이용한 반응성 스퍼터링 공정을 통해 기판(S)의 전면(全面)에 제 1 산화물 박막을 형성하는 공정과 제 2 캐소드 모듈(220)을 이용한 반응성 스퍼터링 공정을 통해 기판(S)의 중간 부분에 제 1 산화물 박막을 추가로 형성하는 공정이 교대로 수행됨으로써 기판(S)의 전면(全面)에 균일한 두께를 산화물 박막을 형성한다.
도 15는 본 발명의 다른 예에 따른 반응성 스퍼터링 장치를 개략적으로 나타내는 도면으로서, 이는 도 2 내지 도 14에 도시된 본 발명의 일 예에 따른 반응성 스퍼터링 장치에 기류 안정화 부재를 추가로 구성한 것이다. 이에 따라, 이하에서는 기류 안정화 부재에 대해서만 설명하기로 한다.
도 15를 참조하면, 상기 기류 안정화 부재(170)는 상기 프로세스 챔버(140)에 인접한 상기 로딩 트랜스퍼 챔버(130) 및 상기 언로딩 트랜스퍼 챔버(150) 각각에 설치되고, 프로세스 챔버(140)와 트랜스퍼 챔버(130, 150) 사이의 가스 흐름을 최소화하여 가스 흐름을 안정화시킨다. 일 예에 따른 기류 안정화 부재(170)는 제 1 및 제 2 가스 주입부(171, 173)를 포함한다.
상기 제 1 가스 주입부(171)는 프로세스 챔버(140)에 인접한 로딩 트랜스퍼 챔버(130)에 설치되어 외부의 가스 공급 장치로부터 공급되는 공정 가스를 분사한다. 여기서, 제 1 가스 주입부(171)는 방전 가스와 반응성 가스의 혼합 가스로 이루어질 수 있다. 이러한 제 1 가스 주입부(171)는 기판의 로딩측을 기준으로 프로세스 챔버(140)의 최외곽에 배치된 캐소드 모듈과 로딩 게이트 밸브(115) 사이에 흐르는 프로세스 챔버(140)의 내부의 가스 흐름을 안정화시킨다. 즉, 상기 제 1 가스 주입부(171)는 로딩 게이트 밸브(115)의 개방시 로딩 트랜스퍼 챔버(130)와 프로세스 챔버(140) 사이의 가스 흐름을 최소화하여 가스 흐름을 안정화시킨다.
상기 제 2 가스 주입부(173)는 프로세스 챔버(140)에 인접한 언로딩 트랜스퍼 챔버(150)에 설치 설치되어 외부의 가스 공급 장치로부터 공급되는 공정 가스를 분사한다. 여기서, 제 2 가스 주입부(173)는 방전 가스와 반응성 가스의 혼합 가스로 이루어질 수 있다. 이러한 제 2 가스 주입부(173)는 기판의 언로딩측을 기준으로 프로세스 챔버(140)의 최외곽에 배치된 캐소드 모듈과 언로딩 게이트 밸브(155) 사이에 흐르는 프로세스 챔버(140)의 내부의 가스 흐름을 안정화시킨다. 즉, 상기 제 2 가스 주입부(173)는 언로딩 게이트 밸브(155)의 개방시 프로세스 챔버(140)와 언로딩 트랜스퍼 챔버(150) 사이의 가스 흐름을 최소화하여 가스 흐름을 안정화시킨다.
추가적으로, 상기 기류 안정화 부재(170)는 제 1 및 제 2 격벽 구조물(175, 177)을 더 포함한다.
상기 제 1 격벽 구조물(175)은 기판 반송부(120)에 의한 기판(S)의 반송이 가능하도록 상기 제 1 가스 주입부(171)에 인접한 로딩 트랜스퍼 챔버(130)에 설치된다. 이러한 제 1 격벽 구조물(175)은 제 1 가스 주입부(171)에 의해 분사되는 공정 가스에 의해 형성되는 기류 안정화 영역을 정의함으로써 로딩 트랜스퍼 챔버(130)와 프로세스 챔버(140) 간의 가스 흐름을 최소화한다.
상기 제 2 격벽 구조물(177)은 기판 반송부(120)에 의한 기판(S)의 반송이 가능하도록 상기 제 2 가스 주입부(173)에 인접한 언로딩 트랜스퍼 챔버(150)에 설치된다. 이러한 제 2 격벽 구조물(177)은 제 2 가스 주입부(173)에 의해 분사되는 공정 가스에 의해 형성되는 기류 안정화 영역을 정의함으로써 언로딩 트랜스퍼 챔버(150)와 프로세스 챔버(140) 간의 가스 흐름을 최소화한다.
이와 같은, 본 발명의 다른 예에 따른 반응성 스퍼터링 장치는 게이트 밸브(115, 155)의 개방에 따른 프로세스 챔버(140)와 트랜스퍼 챔버(130, 150) 사이의 가스 흐름이 기류 안정화 부재(170)에 의해 더욱 안정화됨으로써 기판(S) 상에 증착되는 산화물 박막의 막질을 향상시킬 수 있다.
한편, 반응성 스퍼터링 장치는 도 2 및 도 15에 도시된 바와 같이, 각 챔버들이 인-라인 형태를 가지도록 1열로 배치되는 것을 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 박막 증착 공정의 생산성 향상을 위하여 각 챔버들은 인-라인 형태를 가지도록 2열 이상으로 배치될 수도 있다. 이때 로딩 버퍼 챔버(110)와 언로딩 버퍼 챔버(160) 각각은 2열 이상으로 배치된 각 트랜스퍼 챔버에 공통적으로 연결될 수도 있다.
또한, 반응성 스퍼터링 장치에서는 버퍼 챔버(110, 160)와 프로세스 챔버(140) 사이에 트랜스퍼 챔버(140, 150)가 배치되는 것으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 트랜스퍼 챔버(140, 150)는 생략 가능하다.
그리고, 전술한 설명에서 기판(S)은 직립 이송 방식에 따라 이송되는 것으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않고 수평 이송 방식에 따라 이송될 수도 있으며, 이 경우, 전술한 각 캐소드 모듈(210, 220)은 수평 이송 방식으로 이송되는 기판(S)의 전면(前面)과 마주보도록 수평 상태로 배치된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사항을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 로딩 버퍼 챔버 120: 기판 반송부
130: 로딩 트랜스퍼 챔버 140: 프로세스 챔버
150: 언로딩 트랜스퍼 챔버 160: 언로딩 버퍼 챔버
211: 제 1 베이스 플레이트 212: 제 1 백킹 플레이트
213: 제 1 절연체 214: 제 1 캐소드 지지 부재
215: 제 1 그라운드 쉴드 프레임 216: 제 1 가스 분사 프레임
217: 제 1 입자 쉴드 프레임 221: 제 2 베이스 플레이트
222: 제 2 백킹 플레이트 223: 제 2 절연체
224: 제 2 캐소드 지지 부재 225: 제 2 그라운드 쉴드 프레임
226: 제 2 가스 분사 프레임 227: 제 2 입자 쉴드 프레임
230: 압력 안정화 부재 232: 제 1 압력 안정화 쉴드
234: 제 2 압력 안정화 쉴드 170: 기류 안정화 부재
171: 제 1 가스 주입구 173: 제 2 가스 주입구
175: 제 1 격벽 구조물 177: 제 2 격벽 구조물

Claims (17)

  1. 기판을 반송하는 기판 반송부; 및
    상기 기판 반송부에 의해 반송되는 기판에 대해 공정 가스를 이용한 반응성 스퍼터링 공정을 수행하는 프로세스 챔버를 포함하며,
    상기 프로세스 챔버는,
    상기 기판 반송부에 의해 반송되는 기판의 제 1 영역에 제 1 산화물 박막을 증착하기 위한 2개 이상의 제 1 캐소드 모듈; 및
    상기 기판 반송부에 의해 반송되는 상기 기판의 제 1 영역 중 일부를 제외한 나머지 제 2 영역에 제 2 산화물 박막을 증착하기 위한 1개 이상의 제 2 캐소드 모듈을 포함하고,
    상기 2개 이상의 제 1 캐소드 모듈은 상기 기판의 길이보다 긴 길이를 갖는 제 1 타겟, 상기 제 1 타겟이 결합되는 제 1 백킹 플레이트, 상기 제 1 타겟의 측면과 이격되면서 상기 제 1 타겟의 측면을 감싸는 제 1 그라운드 쉴드 프레임, 및 상기 제 1 그라운드 쉴드 프레임에 설치되고 상기 공정 가스를 상기 제 1 타겟 상으로 분사하는 제 1 가스 분사 프레임을 포함하며,
    상기 1개 이상의 제 2 캐소드 모듈은 상기 제 1 타겟보다 짧은 길이를 갖는 제 2 타겟을 포함하는 것을 특징으로 하는 반응성 스퍼터링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 제 1 영역은 상기 제 1 산화물 박막이 증착될 상기 기판의 전면(前面) 전체로 정의되고,
    상기 기판(S)의 제 2 영역은 상기 기판의 상부와 하부 가장자리 부분 사이의 중간 부분으로 정의되는 것을 특징으로 하는 반응성 스퍼터링 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 캐소드 모듈의 개수는 상기 제 1 캐소드 모듈보다 적은 것을 특징으로 하는 반응성 스퍼터링 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 1개 이상의 제 2 캐소드 모듈은 상기 공정 가스를 상기 제 2 타겟 상으로 분사하는 제 2 가스 분사 프레임을 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 가스 분사 프레임 각각은 서로 동일한 크기의 개구부를 가지며, 상기 개구부에 의해 정의되는 영역에 상기 공정 가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 반응성 스퍼터링 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 2개 이상의 제 1 캐소드 모듈은 상기 제 1 가스 분사 프레임 상에 배치되고 상기 제 1 타겟의 전면 가장자리 부분을 덮는 제 1 입자 쉴드 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반응성 스퍼터링 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 1개 이상의 제 2 캐소드 모듈은,
    상기 제 2 타겟이 결합되는 제 2 백킹 플레이트;
    상기 제 2 타겟의 측면과 이격되면서 상기 제 2 타겟의 측면을 감싸는 제 2 그라운드 쉴드 프레임; 및
    상기 제 2 그라운드 쉴드 프레임에 설치되고 상기 공정 가스를 상기 제 2 타겟 상으로 분사하는 제 2 가스 분사 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 반응성 스퍼터링 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 1개 이상의 제 2 캐소드 모듈은 상기 제 2 가스 분사 프레임 상에 배치되고 상기 제 2 타겟의 전면 가장자리 부분을 덮는 제 2 입자 쉴드 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반응성 스퍼터링 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 가스 분사 프레임 각각은 서로 동일한 크기의 개구부를 가지며, 상기 개구부에 의해 정의되는 영역에 상기 공정 가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 반응성 스퍼터링 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 1개 이상의 제 2 캐소드 모듈은 상기 기판의 길이 방향과 나란한 제 2 타겟의 길이 방향을 기준으로, 상기 제 2 타겟의 상부 및 하부 가장자리 부분 각각을 덮는 압력 안정화 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반응성 스퍼터링 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 압력 안정화 부재는,
    상기 제 2 타겟의 상측면과 인접하도록 배치된 제 1 압력 안정화 쉴드; 및
    상기 제 2 타겟의 하측면과 인접하도록 배치된 제 2 압력 안정화 쉴드를 포함하는 것을 특징으로 하는 반응성 스퍼터링 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 1개 이상의 제 2 캐소드 모듈은 상기 제 2 가스 분사 프레임 상에 배치되고 상기 제 2 타겟의 전면 가장자리 부분을 덮는 제 2 입자 쉴드 프레임을 더 포함하며,
    상기 제 1 압력 안정화 쉴드는 상기 제 2 타겟의 상측면과 나란하도록 수직하게 형성되어 상기 제 2 입자 쉴드 프레임에 결합된 제 1 측면 쉴드를 포함하고,
    상기 제 2 압력 안정화 쉴드는 상기 제 2 타겟의 하측면과 나란하도록 수직하게 형성되어 상기 제 2 입자 쉴드 프레임에 결합된 제 2 측면 쉴드를 포함하는 것을 특징으로 하는 반응성 스퍼터링 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 압력 안정화 쉴드는 상기 제 1 측면 쉴드로부터 길게 연장되어 상기 제 2 입자 쉴드 프레임의 상면으로 돌출되는 제 1 돌출 측면 쉴드를 더 포함하고,
    상기 제 2 압력 안정화 쉴드는 상기 제 2 측면 쉴드로부터 길게 연장되어 상기 제 2 입자 쉴드 프레임의 상면으로 돌출되는 제 2 돌출 측면 쉴드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반응성 스퍼터링 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판을 로딩하는 로딩 버퍼 챔버;
    상기 로딩 버퍼 챔버와 상기 프로세스 챔버 사이에 배치된 로딩 트랜스퍼 챔버;
    상기 기판을 언로딩하는 언로딩 버퍼 챔버;
    상기 언로딩 버퍼 챔버와 상기 프로세스 챔버 사이에 배치된 언로딩 트랜스퍼 챔버; 및
    상기 프로세스 챔버에 인접한 상기 로딩 트랜스퍼 챔버 및 상기 언로딩 트랜스퍼 챔버 각각에 설치된 기류 안정화 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반응성 스퍼터링 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 기류 안정화 부재는,
    상기 프로세스 챔버에 인접한 상기 로딩 트랜스퍼 챔버에 설치되고 상기 공정 가스를 분사하는 제 1 가스 주입부; 및
    상기 프로세스 챔버에 인접한 상기 언로딩 트랜스퍼 챔버에 설치되고, 상기 공정 가스를 분사하는 제 2 가스 주입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반응성 스퍼터링 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 공정 가스는 상기 산화물 박막의 일부 물질을 포함하는 반응성 가스와 플라즈마 방전을 위한 방전 가스의 혼합 가스인 것을 특징으로 하는 반응성 스퍼터링 장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 기류 안정화 부재는,
    상기 프로세스 챔버에 인접한 상기 로딩 트랜스퍼 챔버에 설치되고 상기 제 1 가스 주입부에 의해 형성되는 기류 안정화 영역을 정의하는 제 1 격벽 구조물; 및
    상기 프로세스 챔버에 인접한 상기 언로딩 트랜스퍼 챔버에 설치되고 상기 제 2 가스 주입부에 의해 형성되는 기류 안정화 영역을 정의하는 제 2 격벽 구조물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반응성 스퍼터링 장치.
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