KR101744759B1 - 자석부재 이송장치, 이를 포함한 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법 - Google Patents

자석부재 이송장치, 이를 포함한 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 경사부를 구비하는 가이드레일 및 탄성부재를 통하여 스퍼터링 타겟을 균일하게 부식시켜 스퍼터링 타겟의 효율을 증가시키는 스퍼터링 장치를 개시하며, 일면이 기판을 향하는 스퍼터링 타겟; 상기 스퍼터링 타겟에 자기장을 인가하기 위한 것으로, 상기 스퍼터링 타겟의 타면을 향해 배치된 자석부재; 상기 자석부재와 연결되어 자석부재를 지지하고 가이드하며, 상기 스퍼터링 타겟의 중심부에 대응하는 부분은 상기 스퍼터링 타겟의 타면에 평행한 제1방향으로 형성된 직선부을 포함하고, 상기 스퍼터링 타겟의 가장자리부에 대응하는 부분은 상기 스퍼터링 타겟에 대해 상기 제1방향과 수직한 제2방향으로 멀어지도록 형성된 경사부를 포함하는 가이드레일; 상기 가이드레일에 대응하여 상기 제1방향으로 형성된 스크류라인; 및 상기 자석부재와 탄성부재에 의해 연결되어 상기 스크류라인에 따라 상기 자석부재를 상기 제1방향으로 운동시키는 연결블록; 을 포함한다.

Description

자석부재 이송장치, 이를 포함한 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법{Magnet transportation system, sputtering apparatus and method of sputtering thereof}
본 발명은 스퍼터링 타겟의 사용 효율을 증가시키는 자석부재 이송장치, 이를 포함한 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법에 관한 것이다.
스퍼터링 시스템은 대기압을 가지는 챔버와 진공상태의 챔버 사이에서 기판이 이동할 수 있도록 대기압과 진공상태를 완충시키기 위해 대기압과 진공상태를 번갈아 형성하는 로딩/언로딩 챔버(loading/unloading chamber), 기판에 금속막과 같은 박막을 증착시키는 스퍼터링 장치가 포함된 스퍼터링 챔버(sputtering chamber), 기판에 박막을 증착하기 전에 막특성 및 박막의 균일성을 좋게 하기 위하여 기판의 예비 가열을 실시하는 히팅 챔버(heating chamber) 및 로봇을 통하여 기판의 이송을 수행하는 트랜스퍼 챔버(transfer chamber)를 포함한다.
스퍼터링 챔버에 포함된 스퍼터링 장치는 기판에 박막을 증착시키는 스퍼터링 공정이 수행된다. 스퍼터링 공정에서는 자석부재에서 발생하는 자기장에 의해 스퍼터링 타겟으로부터 타겟 물질이 발생된다. 이 과정에서 스퍼터링 타겟이 부식되는데 왕복 운동하는 자석부재 때문에 스퍼터링 타겟의 가장자리에서는 중심부에 비해 부식(erosion)의 정도가 심하여 스퍼터링 타겟의 사용 효율이 급격히 떨어지는 문제가 있다.
본 발명은 경사부를 구비하는 가이드레일 및 탄성부재를 통하여 스퍼터링 타겟을 균일하게 부식시켜 스퍼터링 타겟의 효율을 증가시키는 자석부재 이송장치, 이를 포함한 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면 일면이 기판을 향하는 스퍼터링 타겟; 상기 스퍼터링 타겟에 자기장을 인가하기 위한 것으로, 상기 스퍼터링 타겟의 타면을 향해 배치된 자석부재; 상기 자석부재와 연결되어 자석부재를 지지하고 가이드하며, 상기 스퍼터링 타겟의 중심부에 대응하는 부분은 상기 스퍼터링 타겟의 타면에 평행한 제1방향으로 형성된 직선부을 포함하고, 상기 스퍼터링 타겟의 가장자리부에 대응하는 부분은 상기 스퍼터링 타겟에 대해 상기 제1방향과 수직한 제2방향으로 멀어지도록 형성된 경사부를 포함하는 가이드레일; 상기 가이드레일에 대응하여 상기 제1방향으로 형성된 스크류라인; 및 상기 자석부재와 탄성부재에 의해 연결되어 상기 스크류라인에 따라 상기 자석부재를 상기 제1방향으로 운동시키는 연결블록; 을 포함하는 스퍼터링 장치를 제공한다.
여기서 상기 스퍼터링 타겟의 타면을 지지하는 플레이트; 를 더 포함할 수 있다.
여기서 상기 자석부재는 상기 스퍼터링 타겟과 이격되어 배치된다.
여기서 상기 스크류라인을 회전시키는 모터; 를 더 포함하며, 상기 모터에 의해 상기 스크류라인이 회전하면서 상기 연결블록이 제1방향으로 운동한다.
여기서 상기 탄성부재는 압축코일스프링이며, 상기 자석부재가 상기 직선부에 위치하면 상기 압축코일스프링이 이완되며, 상기 자석부재가 상기 경사부에 위치하면 상기 압축코일스프링이 압축된다.
여기서 상기 자석부재는 베어링을 포함하는 연결부를 통해 가이드레일과 연결된다.
여기서 상기 스퍼터링 타겟의 가장자리부에 대응하는 부분은 상기 자석부재의 출발부, 터닝부 또는 종료부 중 어느 하나 이상에 해당한다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 스퍼터링 타겟에 자기장을 인가하기 위한 것으로, 상기 스퍼터링 타겟의 타면을 향해 배치된 자석부재; 상기 자석부재와 연결되어 상기 자석부재를 지지하고 가이드하며, 상기 스퍼터링 타겟의 중심부에 대응하는 부분은 상기 스퍼터링 타겟의 타면에 평행한 제1방향으로 형성된 직선부을 포함하고, 상기 스퍼터링 타겟의 가장자리부에 대응하는 부분은 상기 스퍼터링 타겟에 대해 상기 제1방향과 수직한 제2방향으로 멀어지도록 형성된 경사부를 포함하는 가이드레일; 상기 가이드레일에 대응하여 상기 제1방향으로 형성된 스크류라인; 및 상기 자석부재와 탄성부재에 의해 연결되어 상기 스크류라인에 따라 상기 자석부재를 상기 제1방향으로 운동시키는 연결블록; 을 포함하는 자석부재 이송 장치를 제공한다.
여기서 상기 스크류라인을 회전시키는 모터; 를 더 포함하며, 상기 모터에 의해 상기 스크류라인이 회전하면서 상기 연결블록이 제1방향으로 운동한다.
여기서 상기 탄성부재는 압축코일스프링이며, 상기 자석부재가 상기 직선부에 위치하면 상기 압축코일스프링이 이완되며, 상기 자석부재가 상기 경사부에 위치하면 상기 압축코일스프링이 압축된다.
여기서 상기 자석부재는 베어링을 포함하는 연결부에 의해 상기 가이드레일과 연결된다.
여기서 상기 스퍼터링 타겟의 가장자리부에 대응하는 부분은 상기 자석부재의 출발부, 터닝부 또는 종료부 중 어느 하나 이상에 해당한다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 일면이 기판을 향하는 스퍼터링 타겟; 상기 스퍼터링 타겟에 자기장을 인가하기 위한 것으로, 상기 스퍼터링 타겟의 타면을 향해 배치된 자석부재; 상기 자석부재에 연결되어 상기 자석부재를 지지하고 가이드하며, 상기 스퍼터링 타겟의 중심부에 대응하는 부분은 상기 스퍼터링 타겟의 타면에 평행한 제1방향으로 형성된 직선부을 포함하고, 상기 스퍼터링 타겟의 가장자리부에 대응하는 부분은 상기 스퍼터링 타겟에 대해 상기 제1방향과 수직한 제2방향으로 멀어지도록 형성된 경사부를 포함하는 가이드레일; 상기 가이드레일에 대응하여 상기 제1방향으로 형성된 스크류라인; 및 상기 자석부재와 탄성부재에 의해 연결되어 상기 스크류라인에 따라 상기 자석부재를 상기 제1방향으로 운동시키는 연결블록; 을 포함하는 스퍼터링 장치의 스퍼터링 방법에 있어서, 기판을 준비하는 단계; 상기 자석부재가 상기 스퍼터링 타겟의 타면에 평행한 제1방향으로 운동하면서 상기 스퍼터링 타겟에 자기장을 인가하는 단계; 및 상기 자석부재에 대응하는 스퍼터링 타겟으로부터 상기 자기장에 의해 타겟 물질이 발생되어 상기 기판에 증착되는 단계; 를 포함하며, 상기 자기장을 인가하는 단계는 상기 스퍼터링 타겟의 가장자리부에 대응하는 부분에서 자기장의 강도가 변화되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 방법을 제공한다.
여기서 상기 가이드레일의 경사부에 의해 상기 스퍼터링 타겟의 가장자리부에 대응하는 부분에서 상기 자석부재가 상기 스퍼터링 타겟으로부터 상기 제1방향과 수직한 제2방향으로 멀어짐으로써, 상기 자기장의 강도가 변화된다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
이상과 같은 본 발명의 일 실시 예에 의한 자석부재 이송장치, 스퍼터링 장치 및 이를 이용한 스퍼터링 방법에 따르면, 스퍼터링 타겟의 가장자리에서 경사부를 포함하는 가이드레일 및 탄성부재를 통해 자석부재가 스퍼터링 타겟으로부터 거리가 멀어짐으로써, 자기장이 약해져 증착 속도(deposition rate)가 저하되고 스퍼터링 타겟의 부식이 줄어든다. 결국, 스퍼터링 타겟의 중심부와 가장자리의 부식 정도의 차이가 줄어들고 균일하게 스퍼터링 타겟이 부식되어 스퍼터링 타겟의 전체 사용 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 의한 스퍼터링 장치를 포함하는 스퍼터링 챔버를 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 스퍼터링 장치에 포함된 자석부재 이송 장치의 일 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 의한 스퍼터링 장치를 사용한 스퍼터링 방법을 나타낸 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면들에 도시된 본 발명에 관한 실시예를 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 관한 스퍼터링 장치(200)를 포함한 스퍼터링 챔버(1)를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 스퍼터링 챔버(1)는 스퍼터링 장치(200)를 포함한다. 스퍼터링 챔버(1)는 플라즈마 방전으로 유리 또는 플라스틱과 같은 기판(3) 표면을 메탈과 같은 타겟 물질 입자로 성막시키도록 그 내부가 진공으로 형성된다. 스퍼터링 챔버(1)는 일측에 아르곤 가스와 같은 불활성 기체를 공급하는 가스 라인(5)을 구비한다. 도시되지 않았지만, 스퍼터링 챔버(1)는 기판(3)을 다수의 핀으로 지지하는 지지대(미도시)를 포함한다. 여기서 지지대(미도시)는 스퍼터링 챔버(1)의 일측에 구비된 게이트(7)로 투입되는 기판(3)을 수평 상태로 받아서 스퍼터링 타겟(10)과 평행한 수직 상태로 선회시킬 수 있도록 힌지축 또는 로봇암을 포함하여 스퍼터링 챔버(1) 내에 장착되어 있다.
스퍼터링 장치(200)는 스퍼터링 타겟(10), 스퍼터링 타겟(10)을 지지하는 플레이트(9) 및 자석부재 이송장치(100)를 포함할 수 있다.
플레이트(9)는 지지대(미도시)가 수직 상태로 선회되었을 때 지지대(미도시)에 장착된 기판(3)의 표면이 플레이트(9)에 장착된 스퍼터링 타겟(10)과 평행한 대향 상태를 이루도록 스퍼터링 챔버(1) 일측면에 고정되어 있다. 도시되어 있지 않지만, 플레이트(9)에는 직류전원을 인가시키기 위한 파워서플라이(power supply)가 연결되어 있다. 스퍼터링 공정에서는 플레이트(9)에 전원을 인가시키고, 자석부재 이송장치(100)를 동작시킨다.
스퍼터링 타겟(10)은 일면이 기판(3)을 향하도록 배치된다. 스퍼터링 타겟(10)은 자기장에 의해 메탈 입자를 발생시켜 기판(3)에 메탈 박막을 형성시키는 소스(source)에 해당한다. 스퍼터링 타겟(10)은 알루미늄, 알루미늄 합금, 내화성 글속 실리사이드, 금, 구리, 티타늄, 티타늄-텅스텐, 텅스텐 또는 몰리브덴 등과 같은 금속 물질, 또는 실리콘 다이옥사이드 등과 같은 무기 물질로 구성될 수 있다. 스퍼터링 타겟(10)은 메탈 입자를 발생시킴과 동시에 부식된다. 따라서, 스퍼터링 타겟(10)의 표면상의 부식 패턴과 기판(3) 상의 증착 패턴은 일치할 수 있다. 스퍼터링 타겟(10)은 평균적으로 약 5mm 내지 45mm의 두께를 가질 수 있다. 특히, 스퍼터링 타겟(10)은 균일한 두께를 가지고 있다. 따라서, 자석부재(110)의 출발부, 터닝부, 또는 종료부에서 스퍼터링 타겟(10)의 국부적인 부식이 일어날 경우, 스퍼터링 타겟(10)이 해당 부분의 메탈 입자의 발생을 지속할 수 없다. 이 경우 스퍼터링 타겟(10) 전체를 교체해야 한다. 이와 같은 문제는 스퍼터링 타겟(10)의 전체 사용 효율을 저하시키는 문제가 있다.
도 2 및 도 3은 도 1의 스퍼터링 장치(200)에 포함된 자석부재 이송장치(100)를 자세히 나타낸 도면이다. 특히 도 3은 도 2의 자석부재 이송장치(100)를 Ⅰ-Ⅰ` 방향으로 절단하여 바라본 도면이다. 이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여 자석부재 이송장치(100)에 대하여 자세히 설명한다.
자석부재 이송장치(100)는 제1방향의 정방향 및 역방향으로 왕복 이동하면서 스퍼터링 타겟(10)에 자기장을 인가하는 자석부재(110), 자석부재(110)와 연결되어 자석부재(110)를 가이드하는 가이드레일(120), 회전운동을 직선운동으로 변환하는 스크류라인(140)과 스크류라인(140)에 끼워져 자석부재(110)를 이송시키는 연결블록(130) 및 연결블록(130)과 자석부재(110)를 연결하는 탄성부재(150)를 포함한다.
자석부재(110)는 스퍼터링 타겟(10)에 자기장을 인가하기 위한 것으로, 스퍼터링 타겟(10)의 타면을 향해 배치된다. 이에 따라 자석부재(110)에서 발생한 자기장에 의해 스퍼터링 타겟(10)으로부터 메탈 입자가 발생하고, 이렇게 발생한 메탈입자는 스퍼터링 타겟(10)과 기판(3) 사이에서 플라즈마 방전을 일으키면서 자석부재(110)가 형성하는 이동 자기장을 따라 스퍼터링 타겟(10)의 일면을 향하는 기판(3)에 메탈 입자가 성막될 수 있다. 또한 자석부재(110)는 스퍼터링 타겟(10)과 이격되어 배치된다. 자석부재(110)가 스퍼터링 타겟(10)과 이격된 거리는 스퍼터링 타겟(10)의 종류, 품질, 필요로 하는 박막의 두께 및 균일성, 요구되는 자기장의 크기에 따라 결정될 수 있다.
자석부재(110)는 연결부(160)을 통해 가이드레일(120)과 연결된다. 가이드레일(120)은 자석부재(110)와 연결되어 자석부재(110)를 지지하고 가이드한다. 또한 연결부(160)을 통해 자석부재(110)는 가이드레일(120)의 형상대로 부드럽게 움직일 수 있다. 특히 연결부(160)는 가이드레일(120)과 접하는 부분이 볼 베어링, 바퀴형상의 베어링 등 다양한 형상의 베어링으로 구현될 수 있다. 연결부(160)의 재질은 금 또는 플라스틱 등이 적용될 수 있다.
가이드레일(120)은 자석부재(110)를 지지하고 가이드하며, 직선부(B)와 경사부(A)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 직선부(B)는 스퍼터링 타겟(10)의 중심부에 대응하는 부분으로써 스퍼터링 타겟(10)의 타면에 평행한 제1방향으로 형성된 다. 한편, 경사부(A)는 스퍼터링 타겟(10)의 가장자리부에 대응하는 부분으로써 스퍼터링 타겟(10)에 대해 상기 제1방향과 수직한 제2방향으로 멀어지도록 형성된다. 여기서, 제1방향이란 자석부재(110)가 진행하는 방향과 평행한 방향으로 스퍼터링 타겟(10)의 타면과 평행한 방향을 의미한다. 또한, 제2방향이란 제1방향과 수직한 방향으로, 스퍼터링 타겟(10)의 타면과 수직인 방향을 의미한다. 여기서 스퍼터링 타겟(10)의 가장자리부에 대응하는 부분이란, 자석부재(110)의 출발부, 터닝부 또는 종료부 중 어느 하나 이상을 의미한다. 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 스퍼터링 시 자기장의 강도를 변화시킴으로써 기판(3)에 증착되는 박막의 두께를 제어할 수 있다. 자석부재(110)의 출발부, 터닝부 또는 종료부에 대응하는 스퍼터링 타겟(10) 가장자리부는 다른 부분, 예를 들어 스퍼터링 타겟(10)의 중심부, 에 비하여 부식이 심하다. 왜냐하면, 자석부재(110)가 출발, 종료시 머무르는 시간이 길어질 수 있고, 터닝 시에도 직선운동시보다 머무르는 시간이 길어질 수 있기 때문이다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 의하면, 스퍼터링 타겟(10)의 가장자리부에 대응하는 부분에서 자기장의 강도를 변화시킴으로써 스퍼터링 타겟(10)의 중심부와 가장자리부의 부식이 일정하도록 제어한다. 구체적으로, 가이드레일(120)의 경사부(A)가 존재함으로써, 스퍼터링 타겟(10)의 가장자리부에 대응하는 부분에서 자석부재(110)가 스퍼터링 타겟(10)으로부터 멀어진다. 이로써, 자석부재(110)로부터 발생하는 자기장의 강도가 약화되고 결국 스퍼터링 타겟(10)의 자장자리부의 부식정도와 중심부의 부식정도가 균일하게 된다.
가이드레일(120)의 경사부(A)의 경사각도는 직선부(B)를 기준으로 약 10도 내지 60도 일 수 있다. 경사각도가 약 10도 미만인 경우 스퍼터링 타겟(10)의 가장자리부가 중심부와 균일하게 부식되지 않으며, 경사각도가 약 60도 초과인 경우 자석부재(110)의 자기장의 영향이 줄어들어 스퍼터링이 수행되기 어렵다. 경사부(A)의 경사각도는 자석부재(110)의 재질, 크기와 같은 구성에 따라 변화할 수 있으며, 요구되는 박막의 특성에 따라서도 변화할 수 있다.
가이드레일(120)은 자석부재(110)로부터 연장되어 연결된 연결부(160)이 끼워질 수 있도록 홈이 형성될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 연결부(160)이 끼워질 수 있도록 개구라인이 형성될 수도 있다.
스크류라인(140)은 가이드레일(120)에 대응하여 제1방향으로 형성된다. 스크류라인(140)은 모터(170)와 연결된다. 모터(170)로는 일반적인 모터가 사용될 수 있고, 기어 내장 모터(geared motor)가 사용될 수 있다. 스크류라인(140) 벨트를 통해 모터(170)와 연결될 수 있다.
스크류라인(140)은 원형의 단면을 가지며 외면에는 나사가 형성되어 있는데, 나사는 연결블록(130)과 접촉한다. 스크류라인(140)은 모터(170)에 의해 회전운동하면서, 스크류라인(140)에 연결된 연결블록(130)을 제1방향의 정방향 또는 역방향으로 직선운동시킨다. 스크류라인(140)은 회전운동을 직선운동으로 변환시키며, 이에 따라 연결블록(130) 및 이와 연결된 자석부재(110)를 제1방향으로 이송한다. 스크류라인(140)은 가이드레일(120)과 이격되어 형성되며, 스퍼터링 타겟(10)과도 이격되어 평행하게 형성된다. 스크류라인(140)의 길이는 기판(3)의 일방향의 길이보다 길 수 있다. 그래야만 기판(3)의 최가장자리까지 메탈 입자의 성막이 가능할 수 있기 때문이다. 스크류라인(140)은 시계방향으로 회전할 경우 연결블록(130)을 제1방향으로 이송하며, 반시계방향으로 회전할 경우 연결블록(130)을 제1방향의 역방향으로 이송할 수 있다. 하지만 이는 일 실시 예에 불과하며, 반대로 적용될 수도 있다. 본 발명의 일 실시 예에 의하면 스크류라인(140)은 하나 구비되며, 볼스크류(ball screw)라인일 수 있다. 그러나, 스크류라인(140)의 개수 및 형태는 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다. 스크류라인(140)은 두개이상 구비될 수 있다.
연결블록(130)은 일측이 자석부재(110)와 연결되며, 타측에는 나사산이 구비된 관통공(131)이 형성되어 스크류라인(140)이 끼워진다. 따라서 연결블록(130)은 스크류라인(140)의 회전운동에 따라 제1방향의 정방향 또는 역방향으로 운동하면서 자석부재(110)를 함께 움직인다. 연결블록(130)은 금속이나 플라스틱을 성형하여 제작하며 그 두께 및 형태 크기에는 제한이 없으나 일 실시 예에 의하면 스크류라인(140)이 끼워질 관통공(131)이 형성될 정도의 크기인 것으로 한다.
연결블록(130)은 스크류라인(140)의 개수에 따라 복수개의 관통공(131)이 형성될 수 있다. 관통공(131)의 형태 및 크기는 스크류라인(140) 단면의 형태 및 크기에 대응한다.
연결블록(130)은 탄성부재(150)에 의해 자석부재(110)와 연결된다. 구체적으로 연결블록(130)의 일측과 연결블록(130)를 바라보는 자석부재(110)의 일측 사이에 탄성부재(150)가 연결된다. 여기서 탄성부재(150)는 압축코일스프링일 수 있다. 탄성부재(150)는 자석부재(110)가 연결블록(130)에 의해 제1방향으로 이송되게 함과 동시에, 자석부재(110)가 가이드레일(120)에 따라 가이드될 수 있게 한다. 즉, 자석부재(110)가 가이드레일(120)의 형상을 따라, 연결블록(130)의 운동 방향으로 이동할 수 있게 한다.
예를 들어, 자석부재(110)가 가이드레일(120)의 직선부(B)에 위치하면, 압축코일스프링이 이완되고 연결블록(130)이 제1방향으로 이동함에 따라 자석부재(110)가 가이드레일(120)의 직선부(B)를 따라 이동하게 한다. 한편, 자석부재(110)가 가이드레일(120)의 경사부(A)에 위치하면, 압축코일스프링이 압축되고, 연결블록(130)이 제1방향으로 이동함에 따라 자석부재(110)가 가이드레일(120)의 경사부(A)를 따라 이동하게 한다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 탄성부재(150)가 존재함으로써, 가이드레일(120)의 경사부(A)에서 직선부(B)로 또는 직선부(B)에서 경사부(A)로 자석부재(110)의 자연스러운 이동이 가능하게 된다. 왜냐하면, 탄성부재(150)가 이완과 수축을 통해 자석부재(110)와 연결블록(130) 사이의 거리를 조절할 수 있으므로, 자석부재(110)가 연결블록(130)에 의해 제1방향으로 이동할 때 가이드레일(120)을 궤적을 따라 이동할 수 있는 것이다. 본 발명의 일 실시 예에서는 탄성부재(150)를 압축코일스프링으로 도시하였으나, 이외에도 원추형 스프링, 장고형 스프링 등을 사용할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 의한 스퍼터링 장치(200)를 사용한 스퍼터링 방법을 나타낸 도면이다.
도 4a 및 도 4b에는 설명의 편의를 위하여 가이드레일(120)의 궤적 및 상기 궤적을 따라 존재하는 자석부재(110)의 모습이 도시되어 있다. 연결블록(130), 스크류라인(140), 탄성부재(150) 및 모터(170)는 도면에서 생략되어 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 기판(3)이 준비되고, 기판(3)의 하면에 스퍼터링 타겟(10)이 배치된다. 또한 스퍼터링 타겟(10)의 하면에 자석부재(110)가 배치되며 자석부재(110)가 제1방향으로 이동하면서 스퍼터링 타겟(10)에 자기장을 인가한다. 그러면, 자석부재(110)에 대응하는 위치에서 플라즈마 방전이 일어나고, 스퍼터링 타겟(10)으로부터 타겟 물질이 발생된다. 이렇게 발행한 타겟 물질은 기판(3)에 증착되어 박막을 형성한다.
도 4a를 참조하면, 출발부(S)에서 가이드레일(120)이 경사부(A)를 가지므로, 자석부재(110)는 스퍼터링 타겟(10)으로부터 d1 거리에 존재한다. 따라서 스퍼터링 타겟(10)으로 E1만큼의 자기장이 인가된다. 다음으로 도시되지 않은 스크류라인(140)이 회전운동하면서 연결블록(130)을 제1방향으로 이동시키고 자석부재(110)는 가이드레일(120)에 연결되어 있으므로 가이드레일(120)을 따라 제1방향으로 이동한다.
중심부(M)에서 가이드레일(120)은 직선부(B)를 가지므로 자석부재(110)는 스퍼터링 타겟(10)으로부터 d2 거리에 존재한다. 따라서 스퍼터링 타겟(10)으로 E2만큼의 자기장이 인가된다. 다음으로 도시되지 않은 스크류라인(140)이 회전운동하면서 연결블록(130)을 제1방향으로 이동시키고 자석부재(110)는 가이드레일(120)에 연결되어 있으므로 가이드레일(120)을 따라 제1방향으로 이동한다.
종료부(E)에서 가이드레일(120)이 경사부(A)를 가지므로, 자석부재(110)는 스퍼터링 타겟(10)으로부터 d3 거리에 존재한다. 따라서 스퍼터링 타겟(10)으로 E3만큼의 자기장이 인가된다. 종료부(E)는 자석부재(110)가 제1방향의 역방향으로 이동할 경우 터닝부(T)가 될 수 있다. 이와 같이 자석부재(110)는 제1방향을 정방향 및 역방향으로 왕복운동할 수 있다. 이렇게 인가되는 자기장에 의해 스퍼터링 타겟(10)으로부터 타겟 물질이 발생되어 기판(3)에 금속 박막을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, d1 및 d3 의 길이는 d2의 길이보다 크다. 따라서 자기장의 크기는 E1 및 E3 가 E2 보다 작다. 즉, 스퍼터링 타겟(10)의 가장자리부에 대응하는 부분에서 자기장의 강도가 중심부에 대응하는 부분보다 작다. 그 이유는 자석부재(110)가 스퍼터링 타겟(10)의 가장자리부에 대응하는 부분에서 더 멀어지기 때문이다.
이로 인하여 본 발명에서는 도 4b에 도시된 바와 같이 스퍼터링 타겟(10)의 가장자리부 및 중심부가 균일하게 부식되어 스퍼터링 타겟(10)의 사용 효율이 증가하는 효과가 있다. 실험결과에 의하면, 기존 스퍼터링 타겟(10)의 사용효율이 약 20~30% 수준이었으나, 본 발명의 일 실시 예에 의한 스퍼터링 장치(200)를 사용한 경우 스퍼터링 타겟(10)의 사용효율을 적어도 40%이상으로 높일 수 있었다.
도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1: 스퍼터링챔버 3: 기판
5: 가스 라인 7: 게이트
200: 스퍼터링 장치 100: 자석부재 이송장치
10: 스퍼터링 타겟 9: 플레이트
110: 자석부재 120: 가이드레일
130: 연결블록 131: 관통공
140: 스크류라인 150: 탄성부재
160: 연결부 170: 모터
B: 직선부 A: 경사부

Claims (14)

  1. 일면이 기판을 향하는 스퍼터링 타겟;
    상기 스퍼터링 타겟에 자기장을 인가하기 위한 것으로, 상기 스퍼터링 타겟의 타면을 향해 배치된 자석부재;
    상기 자석부재와 연결되어 상기 자석부재를 지지하고 가이드하며, 상기 스퍼터링 타겟의 중심부에 대응하는 부분은 상기 스퍼터링 타겟의 타면에 평행한 제1방향으로 형성된 직선부를 포함하고, 상기 스퍼터링 타겟의 가장자리부에 대응하는 부분은 상기 스퍼터링 타겟의 타면에 대해 상기 제1방향과 수직한 제2방향으로 멀어지도록 형성된 경사부를 포함하는 가이드레일;
    상기 가이드레일에 대응하여 상기 제1방향으로 형성된 스크류라인; 및
    상기 자석부재와 탄성부재에 의해 연결되어 상기 스크류라인에 따라 상기 자석부재를 상기 제1방향으로 운동시키는 연결블록;을 포함하되,
    상기 자석부재는 베어링을 포함하는 연결부를 통하여 상기 가이드레일과 연결되며,
    상기 탄성부재는 압축코일스프링이며, 상기 자석부재가 상기 가이드레일의 궤적을 따라 이동시에 상기 가이드레일의 직선부에서 이완되고, 상기 가이드레일의 경사부에서 압축되도록 상기 자석부재의 일측과 연결블록의 일측 사이에 탄성적으로 결합된 스퍼터링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스퍼터링 타겟의 타면을 지지하는 플레이트;
    를 더 포함하는 스퍼터링 장치.
  3. 제1항에 있어서
    상기 자석부재는 상기 스퍼터링 타겟과 이격되어 배치된 스퍼터링 장치.
  4. 제1항에 있어서
    상기 스크류라인을 회전시키는 모터; 를 더 포함하며,
    상기 모터에 의해 상기 스크류라인이 회전하면서 상기 연결블록이 제1방향으로 운동하는 스퍼터링 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서
    상기 스퍼터링 타겟의 가장자리부에 대응하는 부분은 상기 자석부재의 출발부, 터닝부 또는 종료부 중 어느 하나 이상에 해당하는 스퍼터링 장치.
  8. 스퍼터링 타겟에 자기장을 인가하기 위한 것으로, 상기 스퍼터링 타겟의 타면을 향해 배치된 자석부재;
    상기 자석부재와 연결되어 상기 자석부재를 지지하고 가이드하며, 상기 스퍼터링 타겟의 중심부에 대응하는 부분은 상기 스퍼터링 타겟의 타면에 평행한 제1방향으로 형성된 직선부를 포함하고, 상기 스퍼터링 타겟의 가장자리부에 대응하는 부분은 상기 스퍼터링 타겟의 타면에 대해 상기 제1방향과 수직한 제2방향으로 멀어지도록 형성된 경사부를 포함하는 가이드레일;
    상기 가이드레일에 대응하여 상기 제1방향으로 형성된 스크류라인; 및
    상기 자석부재와 탄성부재에 의해 연결되어 상기 스크류라인에 따라 상기 자석부재를 상기 제1방향으로 운동시키는 연결블록;을 포함하되,
    상기 자석부재는 베어링을 포함하는 연결부를 통하여 상기 가이드레일과 연결되며,
    상기 탄성부재는 압축코일스프링이며, 상기 자석부재가 상기 가이드레일의 궤적을 따라 이동시에 상기 가이드레일의 직선부에서 이완되고, 상기 가이드레일의 경사부에서 압축되도록 상기 자석부재의 일측과 연결블록의 일측 사이에 탄성적으로 결합된 자석부재 이송 장치.
  9. 제8항에 있어서
    상기 스크류라인을 회전시키는 모터; 를 더 포함하며,
    상기 모터에 의해 상기 스크류라인이 회전하면서 상기 연결블록이 제1방향으로 운동하는 자석부재 이송 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제8항에 있어서
    상기 스퍼터링 타겟의 가장자리부에 대응하는 부분은 상기 자석부재의 출발부, 터닝부 또는 종료부 중 어느 하나 이상에 해당하는 자석부재 이송 장치.
  13. 일면이 기판을 향하는 스퍼터링 타겟;
    상기 스퍼터링 타겟에 자기장을 인가하기 위한 것으로, 상기 스퍼터링 타겟의 타면을 향해 배치된 자석부재;
    상기 자석부재에 연결되어 상기 자석부재를 지지하고 가이드하며, 상기 스퍼터링 타겟의 중심부에 대응하는 부분은 상기 스퍼터링 타겟의 타면에 평행한 제1방향으로 형성된 직선부를 포함하고, 상기 스퍼터링 타겟의 가장자리부에 대응하는 부분은 상기 스퍼터링 타겟의 타면에 대해 상기 제1방향과 수직한 제2방향으로 멀어지도록 형성된 경사부를 포함하는 가이드레일;
    상기 가이드레일에 대응하여 상기 제1방향으로 형성된 스크류라인; 및
    상기 자석부재와 탄성부재에 의해 연결되어 상기 스크류라인에 따라 상기 자석부재를 상기 제1방향으로 운동시키는 연결블록;을 포함하되,
    상기 자석부재는 베어링을 포함하는 연결부를 통하여 상기 가이드레일과 연결되며,
    상기 탄성부재는 압축코일스프링이며, 상기 자석부재가 상기 가이드레일의 궤적을 따라 이동시에 상기 가이드레일의 직선부에서 이완되고, 상기 가이드레일의 경사부에서 압축되도록 상기 자석부재의 일측과 연결블록의 일측 사이에 탄성적으로 결합된 스퍼터링 장치의 스퍼터링 방법에 있어서,
    상기 기판을 준비하는 단계;
    상기 자석부재가 상기 스퍼터링 타겟의 타면에 평행한 제1방향으로 운동하면서 상기 스퍼터링 타겟에 자기장을 인가하는 단계; 및
    상기 자석부재에 대응하는 스퍼터링 타겟으로부터 상기 자기장에 의해 타겟 물질이 발생되어 상기 기판에 증착되는 단계;
    를 포함하며,
    상기 자기장을 인가하는 단계는 상기 스퍼터링 타겟의 가장자리부에 대응하는 부분에서 상기 자기장의 강도가 변화되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 방법.
  14. 제13항에 있어서
    상기 가이드 레일의 경사부에 의해 상기 스퍼터링 타겟의 가장자리부에 대응하는 부분에서 상기 자석부재가 상기 스퍼터링 타겟으로부터 상기 제1방향과 수직한 제2방향으로 멀어짐으로써, 상기 자기장의 강도가 변화되는 스퍼터링 방법.
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