KR101703219B1 - 기판의 잔류 응력을 제어하는 스퍼터링 장치 - Google Patents

기판의 잔류 응력을 제어하는 스퍼터링 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 챔버 하우징을 포함하며 내부에 스퍼터링 공정이 진행되는 공간을 제공하는 챔버부와, 스퍼터링 타겟을 포함하는 스퍼터링 타겟부와 박막이 증착되는 평판 기판을 지지하며 상기 스퍼터링 타겟과 대향하는 기판 지지부 및 상기 평판 기판의 외측부를 마스킹하는 마스킹부를 구비하며, 상기 마스킹부는 상기 평판 기판의 상부에 위치하며, 내측에 상기 평판 기판의 박막 영역에 대응되는 크기의 마스크 홀을 구비하여 상기 평판 기판의 비박막 영역을 마스킹하는 플로팅 마스크 및 상기 플로팅 마스크와 전기적으로 절연되어 상기 플로팅 마스크의 상부에 위치하며, 상기 마스크 홀보다 큰 면적을 가지는 쉴드 홀을 구비하는 그라운드 쉴드를 포함하며, 상기 플로팅 마스크는 마스크 홀의 내측면이 상부 방향으로 갈수록 외측을 향하는 경사면으로 형성되고, 상기 그라운드 쉴드는 쉴드 홀을 통하여 상기 플로팅 마스크의 상면을 상기 플로팅 마스크의 내측면으로부터 소정의 플로팅 노출 폭으로 노출시키도록 형성되는 스퍼터링 장치를 개시한다.

Description

기판의 잔류 응력을 제어하는 스퍼터링 장치{Sputtering Device Controlling residual stress of substrate}
본 발명은 기판의 잔류 응력을 제어하는 스퍼터링 장치에 관한 것이다.
스퍼터링은 액정 표시 장치(liquid crystal display), 유기 발광 표시 장치(organic light-emitting diode device)와 같은 평판 표시 장치를 구성하는 유리 기판과 같은 평판 기판에 박막을 증착하는 주된 방법이다.
기존의 스퍼터링 장치는 일반적으로, 도 1을 참조하면, 스퍼터링 타겟과, 스퍼터링 타겟의 후방에 위치하는 마그넷과, 평판 기판과 평판 기판의 상면에서 평판 기판의 외측단부를 마스킹하는 플로팅 마스크(floating mask) 및 그라운드 쉴드(ground shield)를 포함하여 형성된다. 상기 스퍼터링 장치는 스퍼터링 타겟의 후방에 위치하는 마그넷이 작동되고, 스퍼터링 타겟에 전원이 인가되어 플라즈마 방전이 진행되면서 스퍼터링 타겟을 스퍼터링하여 평판 기판의 표면에 박막을 증착시킨다.
상기 플로팅 마스크는 평판 기판의 박막 형성 영역으로 타겟 물질이 원활하게 유입되도록 마스크 홀의 내측면이 경사지게 형성된다. 또한, 상기 그라운드 쉴드도 쉴드 홀의 내측면이 경사지게 형성되며, 내측면의 하단 모서리가 마스크 홀의 내측면의 상단 모서리와 동일 수직 평면상에 위치하도록 결합된다. 상기 그라운드 쉴드와 평판 기판이 그라운드에 접지되고 플로팅 마스크가 플로팅된 상태에서 스퍼터링이 진행되며, 플로팅 마스크와 대향하는 영역은 플라즈마 밀도가 상대적으로 증가하며, 상대적으로 많은 양전하의 분포가 증가된다.
또한, 상기 평판 기판의 박막은 평판 기판의 외측부와 중앙부에 형성되는 박막 사이에 증착 밀도의 차이가 발생된다. 이러한 현상은 스퍼터링 과정에서 기판의 외측부에는 기판의 중앙부에 비하여 상대적으로 많은 음전하가 분포되면서 높은 에너지의 양전하가 박막에 충돌하여 박막의 증착 밀도를 증가시키기 때문이다, 상기 평판 기판은 외측부에 형성되는 박막의 증착 밀도가 증가함에 따라 평판 기판의 외측부에 압축 응력이 유발되며, 휨 현상이 발생될 수 있다. 특히, 상기 평판 기판은 면적이 증가하거나 두께가 얇을수록 중앙부와 외측부의 증착 밀도 차이로 인해 휨 현상이 증가되는 문제가 있다.
종래에는 상기 스퍼터링 장치는 평판 기판의 중앙부와 외측부의 증착 밀도의 차이를 감소시키기 위하여 마그넷의 구조 또는 구동 방법을 변경시키는 방법을 사용하는 경우가 있으나, 추가적인 설계 변경이 필요하고 증착 밀도의 편차를 감소시키는 효과에 한계가 있다.
본 발명은 평판 기판에 증착되는 박막의 중앙부와 외측부 사이의 증착 밀도 차이를 감소시켜 평판 기판의 잔류 응력 편차를 감소시킬 수 있는 스퍼터링 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 잔류 응력을 제어하는 스퍼터링 장치는 챔버 하우징을 포함하며 내부에 스퍼터링 공정이 진행되는 공간을 제공하는 챔버부와, 스퍼터링 타겟을 포함하는 스퍼터링 타겟부와 박막이 증착되는 평판 기판을 지지하며 상기 스퍼터링 타겟과 대향하는 기판 지지부 및 상기 평판 기판의 외측부를 마스킹하는 마스킹부를 구비하며, 상기 마스킹부는 상기 평판 기판의 상부에 위치하며, 내측에 상기 평판 기판의 박막 영역에 대응되는 크기의 마스크 홀을 구비하여 상기 평판 기판의 비박막 영역을 마스킹하는 플로팅 마스크 및 상기 플로팅 마스크와 전기적으로 절연되어 상기 플로팅 마스크의 상부에 위치하며, 상기 마스크 홀보다 큰 면적을 가지는 쉴드 홀을 구비하는 그라운드 쉴드를 포함하며, 상기 플로팅 마스크는 마스크 홀의 내측면이 상부 방향으로 갈수록 외측을 향하는 경사면으로 형성되고, 상기 그라운드 쉴드는 쉴드 홀을 통하여 상기 플로팅 마스크의 상면을 상기 플로팅 마스크의 내측면으로부터 소정의 플로팅 노출 폭으로 노출시키도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 플로팅 마스크는 내측면의 상단 모서리가 상기 하단 모서리보다 외측에 위치하며, 상기 그라운드 쉴드는 내측면의 하단 모서리가 상기 플로팅 마스크의 내측면의 상단 모서리로부터 상기 플로팅 노출 폭으로 이격되도록 형성될 수 있다. 이때, 상기 플로팅 노출 폭은 상기 플로팅 마스크의 내측면의 사선 폭(CW)에 대하여 0.5 ∼ 5.0 배의 폭으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 그라운드 쉴드는 상기 쉴드 홀의 내측면이 외측으로 이동 가능하게 형성될 수 있다. 이때, 상기 그라운드 쉴드가 상기 쉴드 홀과 외측부 사이에 외측부 방향으로 연장되는 결합 홀을 더 구비하며, 상기 마스킹부는 고정 홈을 구비하며 상기 그라운드 쉴드를 지지하는 쉴드 고정판과 상기 결합 홀을 관통하여 상기 고정 홈에 결합되는 쉴드 고정 나사를 포함하는 쉴드 이동 유닛을 더 포함할 수 이 있다.
본 발명의 기판의 잔류 응력을 제어하는 스퍼터링 장치는 평판 기판에 증착되는 박막에서 중앙부와 외측부의 증착 밀도의 차이를 제어하여 박막의 중앙부와 외측부의 잔류 응력 편차를 제어하고 평판 기판의 휨 현상을 개선하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 기판의 잔류 응력을 제어하는 스퍼터링 장치는 금속 스퍼터링 타겟의 스퍼터링에 의하여 금속 박막이 형성되는 경우에 평판 기판의 휨 현상을 개선하여 박막의 좌굴, 주름과 같은 현상에 의하여 박막이 박리되는 것을 감소시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 기판의 잔류 응력을 제어하는 스퍼터링 장치는 박막이 다층으로 증착되는 경우에 박막 계면에서의 부착력이 감소되는 것을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 기존의 스퍼터링 장치의 수직 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 잔류 응력을 제어하는 스퍼터링 장치의 수직 단면도이다.
도 3은 도 2의 "A"에 대한 확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치에 의한 평판 기판의 잔류 응력 변화를 측정한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 잔류 응력을 제어하는 스퍼터링 장치에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 잔류 응력을 제어하는 스퍼터링 장치의 수직 단면도이다. 도 3은 도 2의 "A"에 대한 확대도이다.
본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 장치(100)는, 도 2와 도 3을 참조하면, 챔버부(110)와 스퍼터링 타겟부(120)와 기판 지지부(130) 및 마스킹부(140)를 포함하여 형성된다.
상기 스퍼터링 장치(100)는 스퍼터링 과정에 의하여 스퍼터링 타겟부(120)에서 스퍼터링되는 스퍼터링 타겟 입자를 기판 지지부(130)에 안착되는 평판 기판(10)의 상면에 증착시켜 박막을 형성한다. 상기 스퍼터링 장치(100)는 챔버부(110) 내부를 진공으로 유지하고, 스퍼터링 타겟부(120)와 기판 지지부(130) 및 마스킹부(140)에 전원을 인가하고, 기판 지지부(130)와 스퍼터링 타겟부(120)의 사이에 아르곤 가스를 공급하여 플라즈마 방전을 진행한다.
상기 스퍼터링 장치(100)는 평판 기판(10)에 증착되는 박막에서 중앙부와 외측부의 증착 밀도의 차이를 감소시켜 박막의 중앙부와 외측부의 잔류 응력 편차를 감소시키고 평판 기판(10)의 휨 현상을 감소시킨다. 또한, 상기 스퍼터링 장치(100)는 금속 스퍼터링 타겟의 스퍼터링에 의하여 금속 박막이 형성되는 경우에 평판 기판(10)의 휨 현상을 개선하여 박막의 좌굴, 주름과 같은 현상에 의하여 박막이 박리되는 것을 감소시킨다. 또한, 상기 스퍼터링 장치(100)는 박막이 다층으로 증착되는 경우에 박막들 사이에서 박리되는 것을 감소시켜 박막 계면에서의 부착력이 감소되는 것을 방지한다.
상기 평판 기판(10)은 평판 디스플레이 장치에 사용되는 유리 기판일 수 있다. 상기 평판 기판(10)은 박막이 형성되는 중앙부의 박막 영역과 박막이 형성되지 않는 외측부의 비박막 영역으로 구분될 수 있다. 상기 비박막 영역은 마스킹부(140)에 의하여 마스킹되어 스퍼터링 과정에서 박막이 형성되지 않는다.
상기 챔버부(110)는 내부 중공인 박스 형상으로 형성되는 챔버 하우징(111)을 구비하며, 내부에 스퍼터링 타겟부(120)와 기판 지지부(130) 및 마스킹부(140)가 장착된다. 상기 챔버부(110)는 스퍼터링 타겟부(120)와 기판 지지부(130)가 수평 방향으로 위치한다. 또한, 상기 챔버부(110)는 챔버 하우징(111)의 내부로 플라즈마 형성에 필요한 아르곤 가스를 포함하는 공정 가스를 주입하는 공정 가스 공급구(112)와 공정 가스를 배출하는 공정 가스 배출구(113)를 더 포함하여 형성된다. 상기 챔버 하우징(111)은 내부가 진공으로 유지되며 스퍼터링 과정이 진행된다. 상기 챔버부(110)는 일반적인 스퍼터링 장치의 챔버부로 형성될 수 있다. 한편, 상기 챔버부(110)는 스퍼터링 타겟부(120)와 기판 지부가 수직 방향으로 위치하도록 형성될 수 있다.
상기 스퍼터링 타겟부(120)는 타겟 유닛(121)과 마그넷 유닛(125)을 포함하여 형성된다. 상기 스퍼터링 타겟부(120)는 타겟 유닛(121)이 챔버부(110)의 상부에 위치하고, 마그넷 유닛(125)이 타겟 유닛(121)의 상부에 위치한다. 한편, 상기 스퍼터링 타겟부(120)는 평판 기판(10)의 스퍼터링을 위한 스퍼터링 장치에 사용되는 일반적인 스퍼터링 타겟의 구성과 동일 또는 유사하게 형성될 수 있다.
상기 타겟 유닛(121)은 스퍼터링 타겟(122)과 타겟 지지판(123)을 포함하여 형성된다. 상기 타겟 유닛(121)은 스퍼터링 되는 평판 기판(10)의 면적보다 큰 면적을 가지는 판상으로 이루어진다. 상기 타겟 유닛(121)은 스퍼터링 장치에 사용되는 일반적인 평판형 타겟 유닛으로 이루어질 수 있다.
상기 스퍼터링 타겟(122)은 평판 기판(10)의 면적보다 큰 면적을 갖는 판상으로 형성되며, 하나의 평판 또는 복수 개의 평판이 조립되어 형성될 수 있다. 상기 스퍼터링 타겟(122)은 평판 기판(10)의 표면에 형성하고자 하는 박막의 물질로 이루어진다. 상기 스퍼터링 타겟(122)은 전면이 기판 지지부(130)와 대향하도록 설치된다. 여기서, 상기 전면은 스퍼터링 과정에서 스퍼터링이 진행되는 스퍼터링 타겟(122)의 면을 의미한다.
상기 타겟 지지판(123)은 판상으로 형성되며, 스퍼터링 타겟(122)의 후면에 접촉되어 스퍼터링 타겟(122)을 지지한다. 상기 타겟 지지판(123)은 스퍼터링 타겟(122)이 복수 개의 평판으로 형성되는 경우에 스퍼터링 타겟(122)과 동일한 개수로 형성될 수 있다. 상기 타겟 지지판(123)은 별도의 전원에 의하여 음의 전압이 공급된다.
상기 마그넷 유닛(125)은 영구자석 또는 전자석으로 이루어지며, 복수 개의 분할되어 서로 이격되어 스퍼터링 타겟(122)의 상부에 위치한다. 또한, 상기 마그넷 유닛(125)은 별도의 이동 수단(미도시)에 의하여 스퍼터링 타겟(122)의 일측에서 타측으로 이동하도록 형성된다. 상기 마그넷 유닛(125)은 스퍼터링 공정에서 스퍼터링 타겟(122)의 표면을 포함하는 영역에 자장을 형성하여 스퍼터링 효율을 향상시킨다.
상기 기판 지지부(130)는 평판 기판(10)이 안착되는 기판 지지판(131)을 포함하여 형성된다. 상기 기판 지지부(130)는 기판 지지판(131)의 상면에 안착되는 평판 기판(10)을 지지하여 고정한다. 상기 기판 지지부(130)는 구체적으로 도시하지는 않았지만, 별도의 기판 지지 클램프를 사용하여 평판 기판(10)을 지지한다. 또한, 상기 기판 지지부(130)는 평판 기판을 상승 또는 하강시키는 이젝터 핀(미도시)을 더 포함하여 형성될 수 있다. 한편, 상기 기판 지지부(130)는 스퍼터링 장치에서 사용되는 일반적인 기판 지지부로 형성될 수 있다.
상기 기판 지지판(131)은 판상으로 형성되며, 안착되는 평판 기판(10)의 면적보다 큰 면적을 가지도록 형성된다. 상기 기판 지지판(131)은 그라운드에 접지된다. 상기 기판 지지판(131)은 구체적으로 도시하지 않았지만, 평판 기판(10)을 수직으로 상승시키기 위한 이젝트 핀(미도시)이 관통하는 이젝트 홀(미도시)과 진공 형성을 위한 진공 홀(미도시)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 기판 지지판(131)은 평판 기판(10)을 가열 또는 냉각하기 위한 온도 제어 모듈(미도시)을 더 포함하여 형성될 수 있다.
상기 마스킹부(140)는 플로팅 마스크(141)와 그라운드 쉴드(142) 및 절연판(143)을 포함하여 형성된다. 또한, 상기 마스킹부(140)는 쉴드 이동 유닛(144)을 더 구비하여 형성될 수 있다. 상기 마스킹부(140)는 평판 기판(10)의 상부에 위치하며, 평판 기판(10)의 외측부인 비박막 영역을 마스킹한다. 상기 마스킹부(140)는 평판 기판(10)상에 박막이 균일하게 증착되도록 평판 기판(10)과 스퍼터링 타겟부(120) 사이 영역에서의 플라즈마 분포를 제어한다. 상기 마스킹부(140)는 쉴드 이동 유닛(144)에 의하여 그라운드 쉴드(142)가 플로팅 마스크(141)의 상면을 마스킹하는 폭을 조정할 수 있도록 형성된다.
상기 플로팅 마스크(141)는 내측에 마스크 홀(141a)이 형성되는 사각 링 형상의 프레임으로 형성된다. 상기 플로팅 마스크(141)는 바람직하게는 상면(141b)과 하면(141c)이 전체적으로 평면을 이루도록 형성된다. 상기 플로팅 마스크(141)는 평판 기판(10)의 상부에서 평판 기판(10)의 상면과 소정 거리로 이격되도록 위치한다. 상기 플로팅 마스크(141)는 평판 기판(10)의 비박막 영역을 마스킹한다.
상기 플로팅 마스크(141)는 마스크 홀(141a)에 의한 내측면(141d)이 상부 방향을 따라 외측으로 경사지는 경사면으로 형성된다. 즉, 상기 내측면(141d)은 상단 모서리(141e)가 하단 모서리(141f)보다 외측에 위치한다. 상기 플로팅 마스크(141)는 내측면(141d)이 경사지게 플라즈마 영역으로 노출된다. 상기 플로팅 마스크(141)는 상면(141b)이 소정의 플로팅 노출 폭(W)으로 플라즈마 영역으로 노출된다. 상기 플로팅 마스크(141)는 스퍼터링 과정에서 플라즈마에 노출되는 내측면(141d)과 상면(141b)에 양전하가 분포된다. 상기 플로팅 마스크(141)는 플로팅 노출 폭(W)으로 상면이 노출되고 상면(141b)에도 양전하가 분포되므로 기존에 비하여 많은 양의 양전하가 분포된다.
상기 마스크 홀(141a)은 평판 기판(10)에서 박막이 형성되는 영역인 박막 영역에 대응되는 면적을 가지도록 형성된다. 상기 플로팅 마스크(141)는 평판 기판(10)의 비박막 영역을 마스킹하여 평판 기판(10)의 비박막 영역에 박막이 증착되지 않도록 한다.
상기 플로팅 마스크(141)는 기판 지지판(131) 및 그라운드 쉴드(142)와 전기적으로 절연된다. 상기 플로팅 마스크(141)는 그라운드에 연결되지 않고 플로팅되어 플로팅 전위가 인가된다. 따라서, 상기 플로팅 마스크(141)는 플로팅되어 플라즈마 영역의 전자를 유인하여 플라즈마 영역에서 두꺼운 분포를 보이는 가장 자리 부분을 외측으로 확장시킨다. 상기 플로팅 마스크(141)는 알루미늄, 니켈 합금과 같은 전도성 금속으로 형성된다.
상기 그라운드 쉴드(142)는 내측에 쉴드 홀(142a)이 형성되는 사각 링 형상의 프레임으로 형성된다. 상기 그라운드 쉴드(142)는 바람직하게는 상면(142b)과 하면(142c)이 전체적으로 평면을 이루도록 형성된다. 또한, 상기 그라운드 쉴드(142)는 쉴드 홀(142a)에 의한 내측면(142d)이 외측 방향으로 경사지는 경사면으로 형성된다. 상기 그라운드 쉴드(142)는 플로팅 마스크(141)의 상부에서 플로팅 마스크(141)의 상면(141b)과 소정 거리로 이격되도록 위치한다.
상기 쉴드 홀(142a)은 플로팅 마스크(141)의 상면의 노출되는 영역을 포함하도록 소정 면적으로 형성된다. 상기 쉴드 홀(142a)은 내측면(142d)이 외측으로 경사지게 형성되므로 상단 모서리(142e)가 하단 모서리(142f)보다 외측에 위치하도록 형성된다. 상기 그라운드 쉴드(142)는 쉴드 홀(142a)을 통하여 플로팅 마스크(141)의 상면(141b)을 내측면(141d)의 상단 모서리(141e)로부터 플로팅 노출 폭(W)으로 노출시킨다. 즉, 상기 그라운드 쉴드(142)는 플로팅 마스크(141)의 상면(141b)이 플로팅 노출 폭(W)으로 노출되도록 플로팅 마스크(141)의 상면(141b)을 마스킹한다. 여기서, 상기 플로팅 노출 폭(W)은 플로팅 마스크(141)의 내측면(141d)의 상단 모서리(141e)로부터 그라운드 쉴드(142)의 내측면(142d)의 하단 모서리(142f) 사이의 수평 거리에 해당한다. 상기 플로팅 마스크(141)는 내측면(141d)과 함께 상면(141b)이 노출되므로 기존의 플로팅 마스크에 대비하여 상대적으로 많은 면적이 플라즈마에 노출된다. 상기 플로팅 마스크(141)는 상기에서도 언급한 바와 같이 노출된 영역에 양전하가 분포하게 되므로 기존의 플로팅 마스크에 비하여 상대적으로 많은 양전하가 분포된다.
상기 플로팅 노출 폭(W)은 플로팅 마스크(141)의 내측면(141d)의 사선 폭(CW)에 대하여 0.5 ∼ 5.0 배의 폭으로 결정된다. 여기서, 상기 사선 폭(CW)은 내측면(141d)의 경사진 방향에 따른 폭으로서 플로팅 마스크(141)의 상단 모서리(141c)와 하단 모서리(141f) 사이의 거리를 의미한다. 상기 플로팅 노출 폭(W)이 너무 작으면, 플로팅 마스크(141) 상면에 양전하의 분포가 충분하지 않아 평판 기판(10)의 외측부에 분포되는 음전하가 플로팅 마스크(141) 쪽으로 이동하는 속도가 저하된다. 따라서, 상기 평판 기판(10)의 외측부에 충돌하는 양전하의 양이 충분히 감소되지 않는다. 또한, 상기 플로팅 노출 폭(W)이 너무 크면 평판 기판(10)의 상면에서의 플라즈마 분포가 불균일하게 되어 박막의 두께가 불균일하게 된다.
또한, 상기 플로팅 노출 폭(W)은 평판 기판(10)의 상면에 형성되는 박막에서 응력이 불균일해지는 폭에 따라 조절될 수 있다. 상기 박막의 응력이 불균일해지는 폭이 넓으면 플로팅 노출 폭(W)을 증가시키며, 응력이 불균일해지는 폭이 좁으면 플로팅 노출 폭(W)을 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 그라운드 쉴드(142)는 쉴드 홀(142a)의 내측면(142d)이 외측으로 이동 가능하도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 그라운드 쉴드(142)는 쉴드 이동 유닛(144)에 의하여 이동되어 고정되면서 플로팅 노출 폭이 변경될 수 있도록 형성된다. 이를 위하여, 상기 그라운드 쉴드(142)는 바 형상의 복수 개의 서브 그라운드 쉴드가 사각 링 형상으로 결합되어 형성될 수 있다. 상기 그라운드 쉴드(142)는 복수 개의 서브 그라운드 쉴드로 형성되는 경우에 평판 기판(10)의 중심 방향에 대하여 전후로 이동할 수 있다. 따라서, 상기 그라운드 쉴드(142)는 설치되는 위치가 조정되어 플로팅 마스크(141)의 플로팅 노출 폭(W)을 용이하게 변화시킬 수 있다.
상기 그라운드 쉴드(142)는 쉴드 홀(142a)과 외측부 사이에 외측부 방향으로 연장되는 결합 홀(142g)을 더 포함할 수 있다. 상기 결합 홀(142g)은 쉴드 이동 유닛(144)이 결합되어 그라운드 쉴드(142)가 이동 및 고정될 수 있도록 한다. 상기 결합 홀(142g)과 쉴드 이동 유닛(144)의 결합 관계에 대하여는 이하에서 구체적으로 설명한다.
상기 그라운드 쉴드(142)는 그라운드에 연결되며, 플로팅 마스크(141)와 전기적으로 절연된다. 상기 그라운드 쉴드(142)는 알루미늄, 니켈 합금과 같은 전도성 금속으로 형성된다. 상기 그라운드 쉴드(142)는 플라즈마 영역의 전자를 유인하여 플라즈마 분포가 평판 기판(10)의 상부에 전체적으로 형성되도록 한다.
상기 절연판(143)은 플로팅 마스크(141)와 그라운드 쉴드(142) 사이에 위치하며, 플로팅 마스크(141)와 그라운드 쉴드(142)를 전기적으로 절연한다. 상기 절연판(143)은 하나의 판상 또는 복수 개의 블록으로 형성될 수 있다. 상기 절연판(143)은 그라운드 쉴드(142)의 쉴드 홀(142a)로 노출되지 않도록 그라운드 쉴드(142)의 하면(142c)에 대응되는 위치에 결합된다.
상기 쉴드 이동 유닛(144)은 쉴드 고정판(145) 및 쉴드 고정 나사(146)를 포함하여 형성된다. 상기 쉴드 이동 유닛(144)은 그라운드 쉴드(142)를 지지하며, 이동 및 고정시킨다. 한편, 상기 쉴드 이동 유닛(144)은 그라운드 쉴드(142)를 지지 및 이동시킬 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있다.
상기 쉴드 고정판(145)은 바 형상 또는 판상으로 형성되며, 그라운드 쉴드(142)의 하면(142c) 또는 상면(142b)에 접촉되어 그라운드 쉴드(142)를 지지한다. 또한, 상기 쉴드 고정판(145)은 챔버부(110)에 결합되거나 별도의 고정 수단(미도시)에 의하여 고정된다.
상기 쉴드 고정판(145)은 고정 홈(147)을 더 포함하여 형성된다. 상기 고정 홈(147)은 내주면에 나사가 형성되며 쉴드 고정 나사(146)가 결합된다.
상기 쉴드 고정 나사(146)는 그라운드 쉴드(142)의 두께보다 큰 높이로 형성된다. 또한, 상기 쉴드 고정 나사(146)는 그라운드 쉴드(142)의 결합 홀(142g)을 관통하여 고정 홈(147)에 결합된다. 상기 쉴드 고정 나사(146)는 고정 홀(147)에 결합되면서 그라운드 쉴드(142)의 표면에 접촉하여 그라운드 쉴드(142)를 고정한다. 또한, 상기 쉴드 고정 나사(146)는 고정 홈(147)에서 풀려지면서 그라운드 쉴드(142)의 표면과 이격되어 그라운드 쉴드(142)가 이동될 수 있도록 한다.
다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 작용에 대하여 설명한다.
먼저, 상기 스퍼터링 타겟부(120)의 타겟 유닛(121)에 음의 전압이 인가되고, 기판 지지부(130)와 마스킹부(140)의 그라운드 쉴드(142)가 그라운드에 연결된다. 상기 챔버부(110)의 내부가 진공으로 유지된 상태에서 아르곤 가스가 공급되고 평판 기판(10)과 스퍼터링 타겟(122) 사이에 플라즈마가 형성되면 스퍼터링이 진행되어 스퍼터링 타겟(122)으로부터 스퍼터링된 스퍼터링 타겟 입자가 평판 기판(10)의 상면에 증착된다.
상기 그라운드 쉴드(142)는 그라운드에 연결되며 평판 기판(10)의 상면에 대응되는 부분인 스퍼터링 타겟(122)의 표면에서 플라즈마 분포가 보다 균일하게 형성되도록 한다. 또한, 상기 플로팅 마스크(141)는 플라즈마 영역에 노출되는 내측면(141d)과 상면(141b)에 양전하가 분포된다. 상기 플로팅 마스크(141)는 플라즈마에 노출되는 면적이 증가하므로, 상대적으로 많은 양전하가 플로팅 마스크(141)의 내측면(141d)과 상면(141b)에 분포된다. 또한, 상기 평판 기판(10)의 상면 외측부에는 중앙부보다 상대적으로 많은 양의 음전하가 분포한다. 상기 음전하는 플로팅 마스크(141)의 상면(141b)과 내측면(141d)에 존재하는 양전하와의 인력에 의하여 평판 기판(10)의 외측부로부터 플로팅 마스크(141) 방향으로 이동한다. 이때, 상기 플로팅 마스크(141)의 상면(141b)과 내측면(141d)에 분포되는 양전하의 양이 많으므로, 음전하를 잡아당기는 힘이 증가되어 음전하가 신속하게 이동된다. 상기 평판 기판(10)의 외측부에서는 음전하의 양이 감소되면서 전위가 상승하게 되며, 높은 에너지의 양전하가 충돌되는 것이 감소된다. 따라서, 상기 평판 기판(10)의 외측부는 증착 밀도가 중앙부에 대비하여 증가하지 않으며, 압축 응력이 감소된다.
다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치를 이용한 박막의 잔류 응력 평가 결과에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치에 의한 기판의 잔류 응력 변화를 측정한 그래프이다.
본 평가에서는, 상기 플로팅 마스크(141)의 상면(141b)의 플로팅 노츨 폭(W)은 플로팅 마스크(141)의 내측면(141d)의 사선 폭(CW)의 2배로 하였다. 또한, 상기 평판 기판(10)의 상면에 박막을 증착하는 스퍼터링 조건으로 인가되는 파워와 챔버부(110)의 내부 압력을 각각 표 1과 같이 설정하였다. 또한, 동일한 스퍼터링 장치에서 파워와 내부 압력을 동일하게 하고 기존과 같이 플로팅 마스크(141)의 상면(141b)이 노출되지 않는 조건에서 박막을 증착하여 비교예로 하였다. 실시예와 비교예에 따른 평판 기판(10)의 잔류 응력은 평판 기판(10)의 외측부에서 평가되었다.
Power(kw) Pressure(mTorr) 비교예 실시예
4 1.4 50.7Mpa 21.4Mpa
6 1.4 63.4Mpa 40.7Mpa
6 2.4 43.7Mpa 21.4Mpa
도 4를 참조하면, 비교예와 대비하면, 본 발명의 실시예에 따라 플로팅 마스크(141)의 상면(141b)이 노출되는 경우에 평판 기판(10)의 잔류 응력이 모두 감소되는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 장치는 평판 기판(10)의 외측부에서의 잔류 응력을 감소시키는 것을 확인할 수 있었다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 평판 기판의 잔류 응력을 제어하는 스퍼터링 장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100: 스퍼터링 장치
110; 챔버부 120; 스퍼터링 타겟부
130; 기판 지지부 140; 마스킹부

Claims (5)

  1. 챔버 하우징을 포함하며 내부에 스퍼터링 공정이 진행되는 공간을 제공하는 챔버부와, 스퍼터링 타겟을 포함하는 스퍼터링 타겟부와 박막이 증착되는 평판 기판을 지지하며 상기 스퍼터링 타겟과 대향하는 기판 지지부 및 상기 평판 기판의 외측부를 마스킹하는 마스킹부를 구비하며,
    상기 마스킹부는
    상기 평판 기판의 상부에 위치하며, 내측에 상기 평판 기판의 박막 영역에 대응되는 크기의 마스크 홀을 구비하여 상기 평판 기판의 비박막 영역을 마스킹하는 플로팅 마스크 및
    상기 플로팅 마스크와 전기적으로 절연되고 그라운드에 연결되며, 상기 플로팅 마스크의 상부에 위치하며, 상기 마스크 홀보다 큰 면적을 가지는 쉴드 홀을 구비하는 그라운드 쉴드를 포함하며,
    상기 플로팅 마스크는 상기 마스크 홀의 내측면이 상부 방향으로 갈수록 외측을 향하는 경사면으로 형성되어 내측면의 상단 모서리가 하단 모서리보다 외측에 위치하며, 상기 그라운드에 연결되지 않고 플로팅되며,
    상기 그라운드 쉴드는 상기 쉴드 홀의 내측면의 하단 모서리가 상기 플로팅 마스크의 내측면의 상단 모서리로부터 이격되어 상기 쉴드 홀을 통하여 상기 플로팅 마스크의 상면이 상기 플로팅 마스크의 내측면으로부터 소정의 플로팅 노출 폭으로 노출되도록 형성되며,
    상기 쉴드 홀의 내측면이 외측으로 이동 가능하게 형성되어 상기 플로팅 노출 폭이 변경될 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 기판의 잔류 응력을 제어하는 스퍼터링 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 플로팅 노출 폭은 상기 플로팅 마스크의 내측면의 사선 폭(CW)에 대하여 0.5 ∼ 5.0 배의 폭으로 결정되는 것을 특징으로 하는 기판의 잔류 응력을 제어하는 스퍼터링 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 그라운드 쉴드가 상기 쉴드 홀과 외측부 사이에 외측부 방향으로 연장되는 결합 홀을 더 구비하며,
    상기 마스킹부는
    고정 홈을 구비하며 상기 그라운드 쉴드를 지지하는 쉴드 고정판과 상기 결합 홀을 관통하여 상기 고정 홈에 결합되는 쉴드 고정 나사를 포함하는 쉴드 이동 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 잔류 응력을 제어하는 스퍼터링 장치.
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