KR101664187B1

KR101664187B1 - 스퍼터링 장치를 이용한 증착 방법

Info

Publication number: KR101664187B1
Application number: KR1020140146354A
Authority: KR
Inventors: 백우성; 이상문; 장창영; 김승태
Original assignee: 주식회사 셀코스
Priority date: 2014-10-27
Filing date: 2014-10-27
Publication date: 2016-10-11
Also published as: KR20160049349A

Abstract

본 발명은 스퍼터링 장치에 관한 것으로서, 다각기둥 형상이며 중심축을 중심으로 회전 가능하게 설치된 제1회전 타겟; 상기 제1회전 타겟과 나란하게 설치되며, 다각기둥 형상이며 중심축을 중심으로 회전 가능하게 설치된 제2회전 타겟; 상기 제1 및 제2회전 타겟의 아래에 설치되며 상기 제1 및 제2회전 타겟에서 각각 방출된 증착 물질이 증착되는 피증착물; 상기 제1 및 제2회전 타겟과 상기 피증착물 사이에 설치되며, 상기 피증착물을 덮거나 노출시키는 메인 셔터 유닛; 상기 메인 셔터 유닛과 상기 피증착물 사이에 수평방향으로 이동 가능하게 설치되며, 증착 패턴이 마련된 증착 마스크 유닛; 및 상기 제1회전 타겟, 제2회전 타겟, 메인 셔터 유닛 및 증착 마스크 유닛을 제어하는 제어부;를 포함하며, 상기 제1 및 제2회전 타겟의 다각기둥의 측면에는 각각 다른 증착 물질을 방출하는 타겟이 설치되며, 증착시 상기 피증착물과 마주하는 상기 제1회전 타겟의 타겟과 상기 제2회전 타겟의 타겟에서 방출되는 증착 물질이 다르도록 형성된다.

Description

스퍼터링 장치를 이용한 증착 방법{Sputtering method using sputtering apparatus}

본 발명은 스퍼터링 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 2개의 증착물질을 사용하여 다양한 조성비로 피증착물을 증착하거나, 일정한 조성비로 피증착물을 증착할 수 있는 스퍼터링 장치 및 이를 이용한 증착 방법에 관한 것이다.

일반적으로 플라즈마 현상을 사용하는 스퍼터링 장치는 높은 증착률을 보이며, 증착 박막의 균일도가 높고 재연성이 좋으며, 빠른 처리가 가능하여 여러 산업 분야에서 널리 사용되고 있다.

그러나, 일반적인 스퍼터링 장치는 한 공정에서 한 개의 타겟만을 사용하여 해당 타겟의 물성에 따른 한 종류의 박막만을 얻을 수 있다. 따라서, 다양한 물성의 박막을 얻기 위해서는 추가적인 공정이나 장치가 필요하다.

따라서, 2개의 타겟을 이용하여 한 기판상에 한 번의 공정으로 다양한 혼합 비율을 갖는 박막을 증착할 수 있으며, 또한, 한 기판상에 2가지 증착 물질의 특정 혼합 비율을 갖는 박막을 증착할 수 있는 스퍼터링 장치의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 것으로서, 2개의 타겟을 이용하여 한 기판상에 한 번의 공정으로 다양한 조성비의 혼합 박막을 증착할 수 있으며, 일정 조성비의 2가지 증착 물질로 된 혼합 박막을 증착할 수 있는 스퍼터링 장치 및 그 증착 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 정다각기둥 형상이며 중심축을 중심으로 회전 가능하게 설치된 제1회전 타겟; 상기 제1회전 타겟과 나란하게 설치되며, 정다각기둥 형상이며 중심축을 중심으로 회전 가능하게 설치된 제2회전 타겟; 상기 제1 및 제2회전 타겟의 아래에 설치되며 상기 제1 및 제2회전 타겟에서 각각 방출된 증착 물질이 증착되는 피증착물; 상기 제1 및 제2회전 타겟과 상기 피증착물 사이에 설치되며, 상기 피증착물을 덮거나 노출시키는 메인 셔터 유닛; 상기 메인 셔터 유닛과 상기 피증착물 사이에 수평방향으로 이동 가능하게 설치되며, 증착 패턴이 마련된 증착 마스크 유닛; 및 상기 제1회전 타겟, 제2회전 타겟, 메인 셔터 유닛 및 증착 마스크 유닛을 제어하는 제어부;를 포함하며, 상기 제1 및 제2회전 타겟의 정다각기둥의 측면에는 각각 다른 증착 물질을 방출하는 타겟이 설치되며, 증착시 상기 피증착물과 마주하는 상기 제1회전 타겟의 타겟과 상기 제2회전 타겟의 타겟에서 방출되는 증착 물질이 다르도록 형성될 수 있다.

이때, 상기 메인 셔터 유닛과 상기 피증착물 사이에 설치되며, 증착 영역을 결정할 수 있는 정밀 셔터 유닛; 및 상기 피증착물을 고정하며, 상기 증착 영역에 대해 상기 피증착물을 수평방향으로 이동시킬 수 있는 피증착물 이동유닛;을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2회전 타겟은 각각 정육각기둥으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 제1회전 타겟과 상기 제2회전 타겟 사이에는 차단벽이 설치될 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2회전 타겟은 상기 피증착물을 마주하는 정다각기둥의 일 측면이 상기 피증착물과 예각을 이루도록 위치할 수 있다.

또한, 상기 정밀 셔터 유닛은 선택된 조성비의 증착 박막이 형성되는 부분을 개방할 수 있도록 형성된 제1 및 제2정밀 셔터; 및 상기 제1 및 제2정밀 셔터를 직선 이동시키는 정밀 셔터 구동부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르는 증착 방법은, 증착 마스크를 사용하여 피증착물에 여러 조성비를 갖는 증착 박막을 형성하는 단계; 정밀 셔터 유닛을 이용하여 선택된 조성비를 갖는 증착 박막이 형성된 상기 증착 마스크의 증착 구멍에 대응하는 부분을 증착 영역으로 개방하는 단계; 및 제1 및 제2회전 타겟에 전압을 인가하고, 상기 증착 영역에 대해 상기 피증착물을 이동시키는 단계;를 포함할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 스퍼터링 장치를 나타내는 개념도;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 스퍼터링 장치에서 정밀 셔터 유닛이 작동하는 경우를 나타내는 개념도;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 스퍼터링 장치에서 2개의 타겟에서 방출된 2가지 증착 물질이 피증착물에 증착되는 농도의 변화를 설명하기 위한 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 스퍼터링 장치에 사용되는 증착 마스크의 일 예를 나타내는 도면;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 스퍼터링 장치에서 증착 마스크를 사용하여 증착한 경우를 설명하기 위한 도면;
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 스퍼터링 장치에서 2가지 증착 물질의 조성비가 70:30인 증착 박막을 형성할 경우 제1 및 제2정밀 셔터의 위치를 설명하기 위한 도면;
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 스퍼터링 장치에서 2가지 증착 물질의 조성비가 20:80인 증착 박막을 형성할 경우 제1 및 제2정밀 셔터의 위치를 설명하기 위한 도면;
도 8은 발명의 일 실시예에 의한 증착 방법을 나타내는 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 스퍼터링 장치 및 이를 이용한 증착 방법의 실시 예들에 대하여 상세하게 설명한다.

이하에서 설명되는 실시 예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들과 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 이하에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 스퍼터링 장치를 나타내는 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 스퍼터링 장치에서 정밀 셔터 유닛이 작동한 상태를 나타내는 개념도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 스퍼터링 장치(1)는 증착 챔버(10), 제1회전 타겟(20), 제2회전 타겟(30), 메인 셔터 유닛(40), 정밀 셔터 유닛(50), 증착 마스크 유닛(60), 피증착물 이동유닛(70), 및 제어부(90)를 포함할 수 있다.

증착 챔버(10)는 피증착물(80)이 증착되는 공간을 형성하며, 증착 물질이 피증착물(80)에 증착될 수 있도록 진공 상태를 유지하며, 불활성 가스, 예를 들면 아르곤(Ar) 가스 등이 충진되어 있다.

증착 챔버(10)의 상부에는 회전 타겟(20,30)이 설치된다. 본 실시예의 경우에는 2개의 회전 타겟(20,30), 즉 제1회전 타겟(20)과 제2회전 타겟(30)이 증착 챔버(10)의 천정에 평행하게 설치된다.

제1회전 타겟(20)은 정다각기둥 형상으로 형성되며, 정다각기둥의 중심축을 중심으로 회전 가능하게 설치된다. 구체적으로, 제1회전 타겟(20)은 삼각기둥, 사각기둥, 오각기둥, 육각기둥, 칠각기둥, 팔각기둥 등과 같이 단면이 정다각형인 기둥 형태로 형성될 수 있다. 본 실시예의 경우에는, 제1회전 타겟(20)은 정육각기둥 형태로 형성된다. 제1회전 타겟(20)의 측면에는 각각 다른 재질의 타겟(21)이 설치된다. 타겟(21)은 순물질 또는 2종의 화학물질이 혼합된 혼합물질로 형성될 수 있다. 타겟(21)의 하부에는 타겟(21)에 소정의 전압을 인가할 수 있는 전극(통상 캐소드)(22)이 마련된다. 타겟(21)은 소정의 전압이 인가되면, 피증착물(80)을 증착할 수 있는 증착 물질(S1)이 방출된다. 따라서, 본 실시예에 따른 제1회전 타겟(20)에는 6가지의 증착 물질을 방출하는 6종의 타겟(21)이 설치된다.

또한, 제1회전 타겟(20)은 제1타겟 구동부(24)에 의해 회전되며, 제1타겟 전원부(26)가 연결된다. 제1타겟 구동부(24)는 모터를 포함할 수 있다. 따라서, 제1타겟 구동부(24)를 제어하면, 제1회전 타겟(20)의 회전 각도를 제어할 수 있다. 따라서, 제1타겟 구동부(24)를 제어하면, 피증착물(80)을 마주하는 제1회전 타겟(20)의 타겟(21a)을 선택할 수 있다.

이때, 제1회전 타겟(20)은 피증착물(80)을 마주하는 다각기둥의 측면, 본 실시예의 경우에는 육각기둥의 일측면이 피증착물(80)과 예각을 이루도록 제어될 수 있다. 바람직하게는, 제1회전 타겟(20)의 일측면이 피증착물(80)과 약 30도 내지 60도 범위의 각도를 이루도록 제어될 수 있다. 이러한 경우에, 피증착물(80)과 마주하는 제1회전 타겟(20)의 일측면은 차단벽(12)을 향해 상향 경사진 상태가 된다. 일 예로서, 피증착물(80)과 마주하는 제1회전 타겟(20)의 육각기둥의 일 측면은 피증착물(80)과 45도를 이루도록 위치할 수 있다. 또한, 제1회전 타겟과 피증착물 사이의 거리는 타겟과 피증착물의 성질에 따라 적절하게 정해질 수 있다. 예를 들면, 제1회전 타겟과 피증착물 사이의 거리는 50~200mm 범위로 정해질 수 있다.

제1타겟 전원부(26)는 타겟(21)의 하부에 설치된 전극(22)에 전압을 인가할 수 있도록 구성된다. 따라서, 제1타겟 전원부(24)는 각각의 타겟(21)에 별도로 전압을 인가할 수 있다. 제1타겟 전원부(24)가 전원을 인가하면, 피증착물(80)과 마주하는 타겟(21a)에서만 증착 물질(S1)이 방출된다.

제2회전 타겟(30)은 제1회전 타겟(20)과 나란하게 설치되며, 정다각기둥 형상이며 정다각기둥의 중심축을 중심으로 회전 가능하게 설치된다. 제2회전 타겟(30)은 상술한 제1회전 타겟(20)과 동일한 형상과 구조로 형성되므로 상세한 설명은 생략한다. 다만, 제2회전 타겟(30)의 측면에 설치되는 6개의 타겟(31)은 모두 제1회전 타겟(20)의 6개의 타겟(21)과 그 종류가 다르다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 의한 스퍼터링 장치(10)에 의하면 36가지의 증착 물질이 혼합된 혼합 증착 박막을 얻을 수 있다. 이와 같이 2개의 회전 타겟(20,30)을 사용하면, 증착 물질의 조합을 변경하기 위해 증착 챔버(10)에서 타겟(21,31))을 분리 장착하는 작업을 할 필요가 없고, 진공을 유지한 상태에서 다양한 증착 물질의 조합한 증착 박막을 구현할 수 있다.

차단벽(12)은 증착 챔버(10)의 천정에서 아래로 제1회전 타겟(20)과 제2회전 타겟(30) 사이의 중앙으로 연장되도록 설치된다. 차단벽(12)은 제1회전 타겟(20)에서 방출되는 증착 물질(S1)이 제2회전 타겟(30)으로 이동하는 것을 방지하고, 또한, 제2회전 타겟(30)에서 방출되는 증착 물질(S2)이 제1회전 타겟(20)으로 이동하는 것을 방지한다.

메인 셔터 유닛(40)은 피증착물(80)의 상측으로 제1회전 타겟(20)과 제2회전 타겟(30)의 아래에 설치되어 피증착물(80)을 덮거나 노출시키도록 구성된다. 증착 공정을 수행할 경우에는 메인 셔터 유닛(40)은 피증착물(80)을 완전히 노출시킬 수 있도록 개방하고, 증착 공정을 수행하지 않을 경우에는 피증착물(80)의 상부를 차폐한다. 메인 셔터 유닛(40)은 제1 및 제2메인 셔터(41,42)와 메인 셔터 구동부(44)를 포함한다. 제1 및 제2메인 셔터(41,42)는 좌우로 슬라이딩 가능하게 설치되며, 메인 셔터 구동부(44)는 제1 및 제2메인 셔터(41,42)가 좌우로 슬라이딩 이동하도록 한다. 회전 타겟(20,30)과 피증착물(80) 사이를 차단할 경우에는, 제1 및 제2메인 셔터(41,42)는 중심을 향해 이동하여, 제1 및 제2메인 셔터(41,42)의 선단이 서로 접촉되도록 한다. 회전 타겟(20,30)과 피증착물(80) 사이를 개방할 경우에는 제1 및 제2메인 셔터(41,42)는 증착 챔버(10)의 양 측벽을 향하여 이동한다. 제1 및 제2메인 셔터(41,42)를 좌우로 슬라이딩시키는 구조는 종래 기술에 의한 다양한 구조를 사용할 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.

정밀 셔터 유닛(50)은 메인 셔터 유닛(40)의 아래에 설치되며, 일정한 증착 물질의 조성비를 갖는 증착 박막이 형성되는 증착 영역을 결정할 수 있도록 형성된다. 정밀 셔터 유닛(50)은 제1 및 제2정밀 셔터(51,52), 및 정밀 셔터 구동부(54)를 포함한다. 제1 및 제2정밀 셔터(51,52)는 좌우로 슬라이딩 가능하게 설치되며, 정밀 셔터 구동부(54)는 제1 및 제2정밀 셔터(51,52)가 좌우로 슬라이딩 이동할 수 있도록 한다. 제1 및 제2정밀 셔터(51,52)는 2개의 회전 타겟(20,30)에서 방출되는 증착 물질(S1,S2)이 통과하는 공간인 증착 영역(G, 도 2 참조)의 위치 및 면적을 결정할 수 있다. 구체적으로, 제1 및 제2정밀 셔터(51,52)는 메인 셔터 유닛(40)에 의해 개방된 영역(즉, 제1 및 제2메인 셔터 (41,42)사이의 공간으로 제1 및 제2회전 타겟(20,30)에서 방출된 증착 물질(S1,S2)이 통과하는 영역)의 대부분을 차단하고 임의의 일부 영역만을 개방하도록 구성된다. 제1 및 제2정밀 셔터(51,52)에 의해 개방된 증착 영역(G)을 통해서만 증착 물질(S1,S2)이 피증착물(80)에 증착된다. 따라서, 제1정밀 셔터(51)와 제2정밀 셔터(52)는 개별적으로 좌우로 슬라이딩 이동할 수 있도록 구성된다. 정밀 셔터 구동부(54)는 제1정밀 셔터(51)와 제2정밀 셔터(52)가 개별적으로 좌우로 직선 이동할 수 있도록 구성된다. 제1 및 제2정밀 셔터(51,52)를 개별적으로 좌우로 직선 이동시키는 정밀 셔터 구동부(54)의 구조는 종래 기술에 의한 다양한 직선 이동 구조를 사용할 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.

증착 마스크 유닛(60)은 정밀 셔터 유닛(50)과 피증착물(80) 사이에 수평방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 설치된다. 증착 마스크 유닛(60)은 증착 패턴이 형성된 증착 마스크(61)와 증착 마스크(61)를 구동하는 증착 마스크 구동부(64)를 포함한다. 증착 마스크 구동부(64)는 증착 마스크(61)가 피증착물(80) 위에 위치하는 제1위치와 증착 마스크(61)가 피증착물(80)에서 벗어난 곳인 제2위치 사이에서 왕복 이동할 수 있도록 한다. 증착 마스크(61)에 형성되는 증착 패턴의 예가 도 4에 도시되어 있다. 도 4(a)의 증착 패턴의 경우에는, 다수의 증착 구멍(62,63)이 2열로 형성되며, 하측의 증착 구멍(63)은 상측의 막힌 부분의 아래에 형성된다. 따라서, 피증착물(80)의 표면의 대부분의 영역에 형성되는 증착 박막의 조성비를 확인할 수 있다. 그러나, 도 4(b)의 증착 패턴의 경우에는, 다수의 증착 구멍(66)이 1열로 일정 간격으로 형성되어 있다. 따라서, 피증착물(80)의 표면에서 증착 마스크(61)에 의해 가려진 부분에 대해서는 증착 박막이 형성되지 않으므로, 해당 부분에 대응하는 증착 박막의 조성비를 확인할 수 없다.

피증착물 이동유닛(70)은 피증착물(80)을 고정하며, 피증착물(80)을 수평방향으로 슬라이딩 이동시킬 수 있도록 구성된다. 구체적으로, 피증착물 이동유닛(70)은 피증착물(80)이 고정되는 이동판(71) 및 이동판(71)을 좌우로 직선 왕복 이동할 수 있도록 구성된 피증착물 구동부(74)를 포함한다. 피증착물 이동유닛(70)은 종래 기술에 의한 직선왕복 이동구조를 사용할 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.

피증착물(80)은 상술한 피증착물 이동유닛(70)에 고정되며, 피증착물 이동유닛(70)에 의해 좌우로 직선 이동 가능하다. 피증착물 이동유닛(70)이 없는 경우에는 피증착물(80)은 증착 챔버(10)의 바닥면에 설치되는 고정대(미도시)에 설치될 수 있다. 피증착물(80)은 상술한 제1 및 제2회전 타겟(20,30)에서 방출된 2가지의 증착 물질(S1,S2)에 의해 증착된다. 피증착물(80)에 증착되는 증착 박막의 조성비는 제1 및 제2회전 타겟(20,30)까지의 거리에 따라 다양하다.

제어부(90)는 제1회전 타겟(20), 제2회전 타겟(30), 메인 셔터 유닛(40), 정밀 셔터 유닛(50), 증착 마스크 유닛(60), 및 피증착물 이동유닛(70)을 제어하여 피증착물(80)에 제1 및 제2회전 타겟(20,30)의 증착 물질(S1,S2)이 증착되도록 한다. 구체적으로, 제어부(90)는 제1타겟 구동부(24)와 제2타겟 구동부(34)를 제어하여 피증착물(80)과 마주하는 타겟(21a,31a)을 결정한다. 또한, 제어부(90)는 제1타겟 전원부(26)와 제2타겟 전원부(36)를 제어하여 제1회전 타겟(20)과 제2회전 타겟(30) 각각에서 증착 물질(S1,S2)이 방출되도록 한다. 제어부(90)는 제1회전 타겟(20)과 제2회전 타겟(30)에 걸리는 전압이 동일하거나 다르도록 제1타겟 전원부(26)와 제2타겟 전원부(36)를 제어할 수 있다. 제1회전 타겟(20)과 제2회전 타겟(30)에 동일한 전압을 인가하는 경우에는 2가지의 증착 물질의 조성비가 10~90%로 넓은 조성비 분포를 갖는다. 그러나, 한쪽 회전 타겟의 전압을 다른 쪽 회전 타겟의 전압보다 낮게 인가하면, 낮은 전압이 인가된 회전 타겟에서 방출되는 증착 물질의 조성비는 0.1~10%의 범위가 되므로 정밀한 조성비를 공간적으로 구분하여 증착할 수 있다.

또한, 제어부(90)는 메인 셔터 구동부(40)를 제어하여 제1 및 제2메인 셔터(41,42)가 피증착물(80)을 덮거나 노출시킬 수 있다. 또한, 제어부(90)는 메인 셔터 구동부(44)를 제어하여 제1 및 제2메인 셔터(41,42)가 피증착물(80)의 크기에 대응하는 크기만큼만 개방되도록 할 수 있다. 구체적으로, 제어부(90)는 메인 셔터 구동부(44)를 제어하여 제1 및 제2메인 셔터(41,42)가 피증착물(80)의 크기에 대응하며 제1 및 제2회전 타겟(20,30)에서 방출되는 증착 물질(S1,S2)이 통과할 수 있는 개구를 형성하도록 한다.

또한, 제어부(90)는 정밀 셔터 구동부(50)를 제어하여 제1 및 제2정밀 셔터(51,52)가 제1 및 제2메인 셔터(41,42)에 의해 형성된 개구에서 임의의 영역만을 개방하도록 한다. 제1 및 제2정밀 셔터(51,52)에 의해 개방된 영역(G)을 통해 제1 및 제2회전 타겟(20,30)에서 방출된 2가지 증착 물질(S1,S2)이 통과하므로, 특정 조성비의 증착 물질(S1,S2)이 피증착물(80)에 증착되게 된다. 따라서, 이러한 경우에 제1 및 제2정밀 셔터(51,52)로 형성된 개방 영역(G)의 아래를 피증착물(80)의 전체 영역이 통과하도록 피증착물(80)을 이동시키면 피증착물(80)의 전체 영역을 특정 조성비, 즉 한가지 조성비로 증착할 수 있다.

또한, 제어부(90)는 증착 마스크 유닛(60)의 증착 마스크 구동부(64)를 제어하여 증착 마스크(61)가 피증착물(80)의 상측에 위치하거나 피증착물(80)에서 벗어난 곳에 위치하도록 한다.

이하, 상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 의한 스퍼터링 장치의 동작에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 실시예에 의한 스퍼터링 장치(1)는 2가지 방식의 증착을 수행할 수 있다. 첫번째는 피증착물(80)의 표면에 2가지 증착 물질이 다양한 조성비로 증착되도록 하는 방식이다. 두번째는 피증착물(80)의 표면에 2가지 증착 물질이 일정 범위의 조성비로 증착되도록 하는 방식이다.

이하, 첫번째 방식의 증착 방법에 대해 설명한다.

사용자는 피증착물(80)을 피증착물 이동유닛(70)에 고정하고, 피증착물(80)이 증착 챔버(10)의 중앙에 위치하도록 한다. 즉, 제1회전 타겟(20)과 제2회전 타겟(30) 아래에 피증착물(80)이 위치하되, 피증착물(80)의 중심선이 차단벽(12)의 하단과 평행하도록 피증착물(80)을 설치한다. 이때, 증착 챔버(10)는 진공상태로 되며, 아르곤 가스와 같은 불활성 가스가 충전되어 있다.

이후, 제어부(90)는 메인 셔터 유닛(40)의 메인셔터 구동부(44)를 제어하여 제1 및 제2메인 셔터(41,42)가 피증착물(80)의 크기에 대응하는 크기만큼 피증착물(80)의 상부를 개방하도록 한다. 또한, 제어부(90)는 제1 및 제2회전 타겟(20,30)을 제어하여 원하는 증착 물질을 방출하는 타겟(21a,31a)이 설치된 제1 및 제2회전 타겟(20,30)의 측면이 피증착물(80)을 마주하도록 위치시킨다.

이어서, 제어부(90)는 제1 및 제2타겟 전원부(26,36)를 제어하여 제1 및 제2회전 타겟(20,30)에 소정의 전원을 인가한다. 그러면, 피증착물(80)과 마주한 서로 다른 2개의 타겟(21a,31a)에서 2종류의 증착 물질(S1,S2)이 방출되어 제1 및 제2메인 셔터(41,42)에 의해 개방된 공간을 통과하여 피증착물(80)에 증착된다. 증착이 진행되는 중에는 피증착물(80)은 이동하지 않는다. 이때, 피증착물(80)에 증착되는 증착 물질의 양은 회전 타겟(20,30)과 피증착물(80) 사이의 거리에 따라 변화한다. 이를 도 3을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 스퍼터링 장치에서 2개의 타겟에서 방출된 2가지의 증착 물질이 피증착물에 증착되는 농도의 변화를 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 제1회전 타겟(20) 및 제2회전 타겟(30)은 각각 피증착물(80)에 대해 대략 45도로 경사지게 위치하므로, 제1회전 타겟(20)에서 방출되는 제1증착 물질(S1)이 피증착물(80)에 대해 대략 삼각형의 형상을 이루고, 제2회전 타겟(30)에서 방출되는 제2증착 물질(S2)이 개방된 제1 및 제2메인 셔터(41,42)를 연결하는 가상의 직선(L)에 대해 대략 삼각형의 형상을 이룬다. 제1증착 물질(S1)과 제2증착 물질(S2)은 서로 겹치게 되므로 제1 및 제2메인 셔터(41,42)의 아래에 위치한 피증착물(80)의 표면에는 제1증착 물질(S1)과 제2증착 물질(S2)이 혼합된 박막(81)이 형성된다. 제1증착 물질(S1)과 제2증착 물질(S2)이 이루는 삼각형에서 제1 및 제2메인셔터(41,42)를 연결하는 가상의 직선(L)에서 타겟(21a,31a)을 꼭지점으로 하는 삼각형의 변까지의 수직 거리(H1,H2)가 피증착물(80)에 증착되는 증착 물질의 양이라고 할 수 있다. 도 3에서 피증착물(80)의 임의의 위치에서 H1은 제1회전 타겟(20)에서 방출되는 제1증착 물질(S1)의 농도로 볼 수 있으며, H2는 제2회전 타겟(30)에서 방출되는 제2증착 물질(S2)의 농도로 볼 수 있다. 따라서, 제1회전 타겟(20)에서 방출되는 제1증착 물질(S1)은 제1회전 타겟(20)에서 먼 거리에 위치하는 피증착물(80)의 부분(도 3에서 피증착물(80)의 좌측 부분)에 적은 양이 증착되고, 제1회전 타겟(20)에 근접하는 피증착물(80)의 부분(도 3에서 피증착물(80)의 우측 부분)에 많은 양이 증착된다. 마찬가지로, 제2회전 타겟(30)에서 방출되는 제2증착 물질(S2)은 제2회전 타겟(30)에서 먼 거리에 위치하는 피증착물(80)의 부분(도 3에서 피증착물(80)의 우측 부분)에 적은 양이 증착되고, 제2회전 타겟(30)에 근접하는 피증착물(80)의 부분(도 3에서 피증착물(80)의 좌측 부분)에 많은 양이 증착된다. 따라서, 피증착물(80)의 표면에 형성되는 증착 박막(81)을 구성하는 제1 및 제2증착 물질의 조성비는 피증착물(80)의 길이 방향에 따라 변화하게 된다. 예를 들면, 피증착물(80)에서 제1회전 타겟(20)에 가까운 부분에 증착된 박막은 제1증착 물질(S1)의 양이 많고 제2증착 물질(S2)의 양이 적게 된다. 또한, 피증착물(80)에서 제2회전 타겟(30)에 가까운 부분에 증착된 박막은 제2증착 물질(S2)의 양이 많고 제1증착 물질(S1)의 양이 적게 된다.

따라서, 이와 같은 방식에 의해 증착을 하면, 한 개의 피증착물(80)에 2개의 타겟(20,30)에서 방출되는 제1 및 제2증착 물질(S1,S2)에 대해 여러 가지 조성비를 갖는 증착 박막을 얻을 수 있다.

이하, 피증착물의 표면에 2가지 증착 물질이 일정 범위의 조성비로 증착되도록 하는 두번째 방식의 증착 방법에 대해 설명한다.

두번째 방식의 증착 방법은 크게 증착 박막의 조성비를 선택하는 단계와 선택된 조성비로 피증착물의 표면을 증착하는 단계를 포함할 수 있다.

먼저, 증착 박막의 조성비를 선택하는 단계에 대해 설명한다.

사용자는 피증착물(80)을 피증착물 이동유닛(70)에 고정하고, 피증착물(80)이 증착 챔버(10)의 중앙에 위치하도록 한다. 구체적으로, 피증착물(80)의 중심선이 제1회전 타겟(20)과 제2회전 타겟(30) 사이에 설치된 차단벽(12)의 하단 아래에 위치하며, 차단벽(12)의 하단과 평행하도록 피증착물(80)을 위치시킨다. 이때, 증착 챔버(10)는 진공상태로 되며, 아르곤 가스와 같은 불활성 가스가 충전되어 있다.

이후, 제어부(90)는 메인 셔터 유닛(40)의 메인 셔터 구동부(44)를 제어하여 제1 및 제2메인 셔터(41,42)가 피증착물(80)의 크기에 대응하는 크기만큼 피증착물(80)의 상부를 개방하도록 한다. 또한, 제어부(90)는 증착 마스크 구동부(64)를 제어하여 증착 마스크(61)가 피증착물(80)의 상측에 위치하도록 한다.

이어서, 제어부(90)는 사용자가 원하는 2개의 증착 물질을 방출하는 타겟(21a,31a)이 피증착물(80)을 향하도록 제1 및 제2회전 타겟(20,30)을 제어한다. 구체적으로, 2개의 증착 물질 중 한 가지의 증착 물질을 방출하는 타겟(21a)이 설치된 제1회전 타겟(20)의 측면이 피증착물(80)을 향하도록 제1타겟 구동부(24)를 제어하고, 다른 증착 물질을 방출하는 타겟(31a)이 설치된 제2회전 타겟(30)의 측면이 피증착물(80)을 향하도록 제2타겟 구동부(34)를 제어한다.

그 후, 제어부(90)는 제1 및 제2타겟 전원부(26,36)를 제어하여 제1 및 제2회전 타겟(20,30)에 소정의 전원을 인가한다. 그러면, 피증착물(80)과 마주한 서로 다른 2개의 타겟(21a,31a)에서 2종류의 증착 물질(S1,S2)이 방출되어 피증착물에 증착된다(S810). 증착이 진행 중일 때, 피증착물(80)은 고정된 위치에서 이동하지 않는다.

도 5에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2회전 타겟(20,30)의 아래에 증착 마스크(61)를 위치시킨 상태에서 증착을 수행하면, 피증착물(80)에 증착 마스크(61)의 다수의 증착 구멍(66)에 대응하는 부분에 제1회전 타겟(20)에서 방출된 제1증착 물질(S1)과 제2회전 타겟(30)에서 방출된 제2증착 물질(S2)이 혼합된 증착 박막(82)이 형성된다. 피증착물(80)의 가장 우측에 형성된 증착 박막(82a)은 제1증착 물질(S1)의 농도가 제일 높고 제2증착 물질(S2)의 농도가 제일 낮다. 피증착물(80)의 우측에서 좌측으로 갈수록 혼합된 증착 박막(82)의 농도는 제1증착 물질(S1)의 농도가 점점 줄어들고, 제2증착 물질(S2)의 농도가 점점 늘어난다. 따라서, 피증착물(80)의 가장 좌측에 형성된 증착 박막(82b)은 제2증착 물질(S2)의 농도가 최고로 높고 제1증착 물질(S1)의 농도가 최고로 낮다.

사용자는 이렇게 형성된 다양한 조성비의 혼합 증착 박막(82)들 중에서 원하는 성질을 갖는 증착 박막을 선택할 수 있다(S820). 이때, 사용자는 선택한 조성비를 갖는 증착 박막(82)이 형성된 증착 마스크(61)의 증착 구멍(66)의 위치 좌표를 제어부(90)에 입력한다.

다른 방식으로는, 제어부(90)의 디스플레이장치(미도시)에 증착 마스크(61)에 의해 형성되는 증착 패턴을 디스플레이하고, 사용자가 디스플레이된 증착 패턴 중 하나의 패턴을 선택하면, 제어부(90)가 자동으로 선택된 증착 패턴의 위치 좌표를 기억하도록 구성할 수도 있다.

이어서, 선택된 조성비로 피증착물(80)의 표면을 증착하는 단계에 대해 설명한다.

제어부(90)는 입력된 선택된 증착 패턴의 위치 좌표를 이용하여 정밀 셔터 유닛(50)을 제어하여 선택된 조성비의 증착 박막이 형성된 증착 구멍(66)에 대응하는 공간만 개방하고 다른 부분을 차단하도록 한다. 그러면, 정밀 셔터 유닛(50)의 제1 및 제2정밀 셔터(51,52)가 선택된 조성비의 증착 박막을 형성한 증착 구멍(66)에 대응하는 공간을 개방하고 다른 부분은 덮게 된다. 이때, 제1 및 제2정밀 셔터(51,52)에 의해 개방된 공간의 크기는 증착 마스크(61)의 증착 구멍(66)의 크기와 동일하거나 4배까지 크게 할 수 있다. 또한, 증착 마스크(61)는 피증착물(80)의 위에 위치하지 않고 벗어난 위치에 위치하도록 한다.

이후, 제어부(90)는 제1 및 제2타겟 전원부(26,36)를 제어하여 제1 및 제2회전 타겟(20,30)에 전원을 인가한다. 그러면, 피증착물(80)을 마주하는 제1 및 제2회전 타겟(20,30)의 타겟(21a,31a)에서 증착 물질이 방출되어 제1 및 제2정밀 셔터(51,52)에 의해 형성된 창(G)을 통해 피증착물(80)의 표면에 증착되게 된다.

제어부(90)는 피증착물 이동유닛(70)을 제어하여 피증착물(80)을 일정한 속도로 이송시켜 제1 및 제2정밀 셔터(51,52)에 의해 형성된 창(G)의 아래를 일정한 속도로 통과하도록 한다(S730). 그러면, 피증착물(80) 표면 전체에 대해 일정 범위의 조성비를 갖는 증착 박막(81)을 형성할 수 있다. 이때, 필요에 따라, 피증착물(80)이 제1 및 제2정밀 셔터(51,52)에 의해 형성된 창(G)의 아래를 1회 또는 2회 이상 통과하도록 할 수 있다. 피증착물(80)이 제1 및 제2정밀 셔터(51,52)에 의해 형성된 창(G)의 아래를 통과한 회수에 의해 피증착물(80)에 형성된 증착 박막의 두께가 결정될 수 있다.

이와 같이 제1 및 제2정밀 셔터(51,52)에 의해 형성된 창(G)과 피증착물 이동유닛(70)으로 피증착물(80)을 이동시키면서 증착 공정을 수행하면, 원하는 조성비 범위를 갖는 증착 박막(81)을 피증착물(80)의 전체 영역에 균일하게 형성할 수 있다.

예를 들어, 제1회전 타겟(20)의 증착 물질(S1)을 70%로 하고, 제2회전 타겟(30)의 증착 물질(S2)을 30%로 하고자하는 경우에는 도 6에 도시된 바와 같이 제1 및 제2정밀 셔터(51,52)에 의해 형성된 창(G)의 위치는 제1회전 타겟(20)에 치우치게 된다. 이때, 도 6에서 A로 표시한 직사각형 부분이 제1 및 제2회전 타겟(20,30)에서 방출되는 제1증착 물질(S1)과 제2증착 물질(S2)의 조성이 대략 70:30인 경우를 나타낸다.

또한, 제1회전 타겟(20)의 증착 물질(S1)을 20%로 하고, 제2회전 타겟(30)의 증착 물질(S2)을 80%로 하고자하는 경우에는 도 7에 도시된 바와 같이 제1 및 제2정밀 셔터(51,52)에 의해 형성된 창(G)의 위치는 제2회전 타겟(30)에 치우치게 된다. 이때, 도 5에서 B로 표시한 직사각형 부분이 제1 및 제2회전 타겟(20,30)에서 방출되는 제1증착 물질(S1)과 제2증착 물질(S2)의 조성이 대략 20:80인 경우를 나타낸다.

이와 같이, 본 발명에 의한 스퍼터링 장치(1)는 증착 마스크(61)를 사용하여 한 개의 피증착물의 표면에 다양한 조성비의 증착 박막을 형성할 수 있다. 이러한 방법을 수행할 수 있는 본 발명에 의한 스퍼터링 장치(1)는, 한 공정에서 한 개의 피증착물(80)에 2가지 타겟 물질로 다양한 조성비를 갖는 증착 박막을 형성하고, 그 중에서 원하는 특성의 증착 박막을 선택할 수 있으므로, 적어도 2개의 공정을 거처 한가지 조성비의 증착 박막만을 얻을 수 있는 종래 기술에 의한 스퍼터링 장치에 비해 효율적이다.

또한, 본 발명에 의한 스퍼터링 장치(1)는 정밀 셔터 유닛(50)과 피증착물 이동유닛(70)을 사용하여 다양한 조성비의 증착 박막에서 선택한 특정 조성비의 증착 박막을 피증착물(80)의 표면 전체에 균일하게 형성할 수 있다.

본 발명에 의한 스퍼터링 장치(1)는 순수 아르곤 플라즈마를 사용하여 2개의 타겟(20,30)에서 방출되는 2개의 증착 물질을 증착하므로 장시간 안정적인 제품의 생산이 가능하다.

이상의 설명에서는, 메인 셔터 유닛(40)과 정밀 셔터 유닛(50)을 모두 사용하는 경우에 대해 설명하였으나, 메인 셔터 유닛(40)을 제거하고, 정밀 셔터 유닛(50)만을 사용하도록 구성할 수도 있다. 이 경우에는 정밀 셔터 유닛(50)이 메인 셔터 유닛(40)의 기능을 수행하도록 구성할 필요가 있다.

상기에서 본 발명은 예시적인 방법으로 설명되었다. 여기서 사용된 용어들은 설명을 위한 것이며, 한정의 의미로 이해되어서는 안 될 것이다. 상기 내용에 따라 본 발명의 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 따로 부가 언급하지 않는 한 본 발명은 청구범위의 범주 내에서 자유로이 실시될 수 있을 것이다.

1; 스퍼터링 장치 10; 증착 챔버
12; 차단벽 20,30; 회전 타겟
21,31; 타겟 22,32; 전극
24,34; 타겟 구동부 26,36; 타겟 전원부
40; 메인 셔터 유닛 41,42; 메인 셔터
44; 메인 셔터 구동부 50; 정밀 셔터 유닛
51,52; 정밀 셔터 54; 정밀 셔터 구동부
60; 증착 마스크 유닛 61; 증착 마스크
64; 증착 마스크 구동부 70; 피증착물 이동유닛
71; 이동판 74; 피증착물 구동부
80; 피증착물 90; 제어부

Claims

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서로 이격되어 배치된 제1 및 제2회전 타겟 및 증착 마스크를 사용하여 피증착물에 여러 조성비를 갖는 증착 박막을 형성하는 단계;
정밀 셔터 유닛을 이용하여 선택된 조성비를 갖는 증착 박막이 형성된 상기 증착 마스크의 증착 구멍에 대응하는 부분을 증착 영역으로 개방하는 단계; 및
제1 및 제2회전 타겟에 전압을 인가하고, 상기 증착 영역에 대해 상기 피증착물을 이동시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 방법.