KR101794586B1 - 스퍼터링용 분할 타겟 장치 및 그것을 이용한 스퍼터링 방법 - Google Patents

스퍼터링용 분할 타겟 장치 및 그것을 이용한 스퍼터링 방법 Download PDF

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Abstract

분할 타겟 장치와 그것을 이용한 스퍼터링 방법이 개시된다. 개시된 분할 타겟 장치는, 베이스플레이트의 일면에 규칙적인 열을 이루며 부착된 복수개의 조각 타겟 및, 베이스플레이트의 타면에 복수개의 조각 타겟들과 각각 쌍을 이루며 부착된 복수개의 자석을 구비한 복수의 소스유닛을 포함하며, 소스유닛들이 열의 방향인 제1방향 및 그와 수직되는 제2방향 사이의 각도로 서로 평행하게 배열된 다. 이러한 구조의 분할 타겟 장치를 이용하여 스퍼터링을 수행하면 제조와 취급이 용이한 조각 타겟을 사용하면서도 기판 상에 균일한 증착 품질을 얻을 수 있게 되며, 결과적으로 디스플레이 장치의 휘도를 화면 전체에 걸쳐서 균일하게 만들 수 있다.

Description

스퍼터링용 분할 타겟 장치 및 그것을 이용한 스퍼터링 방법{Separated target apparatus for sputtering and sputtering method using the same}
본 발명은 스퍼터링 작업에 증착원으로 사용되는 분할 타겟 장치와 그것을 이용한 스퍼터링 방법에 관한 것이다.
일반적으로 디스플레이 장치에 적용되는 박막트랜지스터는 마그네트론 스퍼터링과 같은 증착과정을 통해 제조된다. 즉, 준비된 증착 타켓을 스퍼터링하여 증착 대상재인 디스플레이 장치의 기판 상에 원하는 패턴의 박막을 형성하게 된다.
그런데, 근래에 디스플레이 장치의 화면이 점차 대형화되면서, 증착 타켓을 그 화면과 같은 크기로 제작하기가 어려워지고 있다. 즉, 상기 박막트랜지스터는 디스플레이 장치의 화면 전체에 걸쳐서 형성되는데, 대형 화면의 증착 작업을 위해 증착 타켓을 화면과 거의 같은 크기로 만들려면, 제작과 취급에 상당한 부담이 따른다. 더구나, 활성층을 산화물로 형성하는 박막트랜지스터가 증가하면서 산화물 타겟이 스퍼터링에 사용되는 경우가 많아지고 있는데, 특히 이러한 산화물은 취성이 커서 대형화할 경우 제조와 취급에 상당한 어려움이 따른다.
따라서, 최근에는 이러한 문제를 감안하여, 증착 타겟을 제조와 취급이 용이한 여러 개의 소형 조각으로 만들어 베이스플레이트 위에 붙여서 만들고, 스퍼터링 시에 그 타겟 조립체를 화면을 따라 이동시키며 작업하는 분할 타겟 장치가 선호되고 있는 추세이다. 즉, 증착 타켓을 화면 전체를 커버하는 크기로 만드는 것이 아니라, 작은 조각들을 이어서 만들고, 그 이어진 크기도 화면 일부 폭만 커버하게 한 다음 스퍼터링 시 증착 타겟을 화면을 따라 이동시키면서 증착 작업을 수행하는 방식이 사용되고 있다.
그런데, 이렇게 여러 조각을 이어붙여서 증착 타겟을 만들다보니, 조각들 간의 틈새에 해당되는 영역과, 조각 안쪽에 해당되는 영역간에 증착 품질 편차가 심해지는 문제가 생기고 있다. 즉, 조각들 간의 틈새에 해당되는 영역에는 각 조각의 단부 모서리가 위치하기 때문에, 그 위치에서 전압과 자장값이 조각 안쪽보다 증가하게 되어 증착 품질이 불균일해지게 된다.
이렇게 되면 최종 제품인 디스플레이 장치의 화면상에서 휘도가 일정하지 못하고 부위별로 편차가 심하게 생기는 결과를 초래할 수 있다.
따라서, 이러한 문제를 해결할 수 있는 방안이 요구되고 있다.
본 발명의 실시예는 조각 타겟을 사용하면서도 휘도 편차를 초래하는 부위별 증착 품질 편차를 억제할 수 있도록 개선된 스퍼터링용 분할 타겟 장치 및 그것을 이용한 스퍼터링 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링용 분할 타겟 장치는, 베이스플레이트와; 상기 베이스플레이트의 일면에 규칙적인 열을 이루며 부착된 복수개의 조각 타겟 및, 상기 베이스플레이트의 타면에 상기 복수개의 조각 타겟들과 각각 쌍을 이루며 부착된 복수개의 자석을 구비한 복수의 소스유닛;을 포함하며, 상기 소스유닛들은 상기 열의 방향인 제1방향 및 그와 수직되는 제2방향 사이의 각도로 서로 평행하게 배열된다.
여기서, 인접한 상기 소스유닛들끼리는 상기 제1방향으로 각각의 스퍼터링 영역이 서로 겹치도록 배치될 수 있다.
상기 소스유닛들 중 상기 제1방향으로 양단부에 설치된 소스유닛은 대상재의 스퍼터링 영역 밖에 위치하는 더미 소스유닛일 수 있다.
상기 베이스플레이트가 상기 소스유닛들과 같은 패턴의 모양으로 형성될 수 있으며, 또는 상기 소스유닛들을 수용하는 다른 패턴의 모양으로 형성될 수도 있다.
상기 베이스플레이트는 금속 재질을 포함할 수 있고, 상기 분할 타겟은 산화물 재질을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 방법은, 베이스플레이트의 일면에 규칙적인 열을 이루며 부착된 복수개의 조각 타겟 및, 상기 베이스플레이트의 타면에 상기 복수개의 조각 타겟들과 각각 쌍을 이루며 부착된 복수개의 자석을 구비한 복수의 소스유닛을 포함하며, 상기 소스유닛들은 상기 열의 방향인 제1방향 및 그와 수직되는 제2방향 사이의 각도로 서로 평행하게 배열된 스퍼터링용 분할 타겟 장치를 준비하는 단계; 스퍼터링 대상재인 기판을 상기 분할 타겟 장치와 대향되게 준비하는 단계; 및, 상기 분할 타겟 장치를 상기 기판 상에서 상기 제2방향으로 이동시키며 스퍼터링을 수행하는 단계;를 포함한다.
여기서, 인접한 상기 소스유닛들끼리는 상기 제1방향으로 각각의 스퍼터링 영역이 서로 겹치도록 배치될 수 있다.
상기 소스유닛들 중 상기 제1방향으로 양단부에 설치된 소스유닛은 대상재의 스퍼터링 영역 밖에 위치하는 더미 소스유닛일 수 있다.
상기 베이스플레이트가 상기 소스유닛들과 같은 패턴의 모양으로 형성될 수 있으며, 또는 상기 소스유닛들을 수용하는 다른 패턴의 모양으로 형성될 수도 있다.
상기 베이스플레이트는 금속 재질을 포함할 수 있고, 상기 분할 타겟은 산화물 재질을 포함할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 분할 타겟 장치를 사용하여 스퍼터링을 수행하면 제조와 취급이 용이한 조각 타겟을 사용하면서도 균일한 증착 품질을 얻을 수 있게 되며, 결과적으로 디스플레이 장치의 휘도를 화면 전체에 걸쳐서 균일하게 만들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분할 타겟 장치의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 분할 타겟 장치가 설치된 진공챔버를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 분할 타겟 장치의 일부를 확대한 평면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 분할 타겟 장치의 스퍼터링 분포를 보인 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분할 타겟 장치의 평면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링용 분할 타겟 장치(100)의 구조를 도시한 것이다.
도시된 바와 같이 본 실시예의 분할 타겟 장치(100)는, 금속인 구리판 재질의 베이스플레이트(110)와, 스퍼터링 소스로서 그 베이스플레이트(110)의 일면 위에 부착된 복수의 조각 타겟(120)들 및, 베이스플레이트(110) 타면에 각 조각 타겟(120)들과 쌍을 이루며 부착된 복수의 자석(130)들을 구비하고 있다. 즉, 베이스플레이트(110)의 일면과 타면에 각각 부착된 조각 타겟(120)과 자석(130)이 일대일로 쌍을 이루며 소스유닛(140)을 형성하게 되며, 이러한 소스유닛(140)이 제1방향(Y축 방향)으로 열을 이루며 복수개가 배열되어 있다.
이러한 분할 타겟 장치(100)는 스퍼터링 시 도 2에 도시된 바와 같이 아르곤 가스가 도입된 진공챔버(10) 내에서 스퍼터링 대상재인 디스플레이 장치의 기판(20)과 대면하도록 설치된다.
이 진공챔버(10) 내에서 상기 분할 타겟 장치(100)를 음극으로, 스퍼터링 대상재인 기판(20)을 양극으로 하여 방전을 일으키면 상기 아르곤 가스로부터 아르곤 이온이 발생하게 되고, 이 아르곤 이온은 분할 타겟 장치(100)의 조각 타겟(120)들에 충돌하여 그 조각 타겟(120)의 미립자를 비산시키게 되며, 그 비산된 미립자가 기판(20)에 증착되면서 박막이 형성된다. 그리고, 상기 자석(130)들은 자기장을 형성하여 아르곤 이온의 충돌에 의한 스퍼터링 속도를 증가시키는 역할을 한다. 이렇게 전압과 자기장을 함께 가하며 증착을 진행하는 스퍼터링을 마그네트론 스퍼터링이라 한다.
한편, 상기 분할 타겟 장치(100)는 도 2에서 알 수 있듯이, 기판(20)과 같은 크기가 아니라 기판(20)의 일부 영역만 커버할 수 있는 크기로, 스퍼터링 시에는 도면의 X축 방향인 제2방향으로 이동하면서 기판(20) 위를 스캔하게 된다. 즉, 서로 대면하는 기판(20)과 분할 타겟 장치(100)를 같은 크기로 제작하는 것이 아니라, 기판(20)의 일부 폭만 커버하도록 분할 타겟 장치(100)를 만들고, 대신 분할 타겟 장치(100)가 기판(20) 위를 스캔하면서 전체 영역을 커버할 수 있도록 한 것이다. 이때 기판(20)에 대한 분할 타겟 장치(100)의 이동은 상대 운동이므로, 분할 타겟 장치(100)를 고정하고 기판(20)을 제2방향(X축 방향)으로 이동시킬 수도 있다.
그리고, 분할 타겟 장치(100)에 부착된 스퍼터링 소스는 도 1에 도시된 바와 같이 복수개의 조각 타겟(120)들로 형성되어 있는데, 이것은 특히 산화물 타겟의 경우 취급이 용이하도록 하기 위한 것이다. 즉, 전술한 바와 같이 활성층을 산화물로 형성하는 박막트랜지스터가 증가하면서 산화물 타겟이 스퍼터링에 사용되는 경우가 많아지고 있는데, 특히 이러한 산화물은 취성이 커서 대형화할 경우 제조와 취급에 상당한 어려움이 따른다. 그러나, 복수개로 분할된 조각 타겟(120)들을 베이스플레이트(110)에 부착하여 분할 타겟 장치(100)를 만드는 본 실시예의 경우에는 작은 조각 타겟(120)들만 다루면 되므로, 대형 타겟을 만드는 경우에 비해 제조와 취급이 매우 편리해진다.
대신, 이러한 조각 타겟(120)들을 사용할 경우, 각 조각 타겟(120)들간의 틈새(121) 때문에 불균일 증착이 생길 수 있다. 즉, 조각 타겟(120)들간의 틈새(121)에 해당되는 영역에는 각 조각 타겟(120)의 단부 모서리가 위치하므로, 전압과 자장값이 각 조각 타겟(120)의 안쪽보다 커지게 된다. 이 때문에 스퍼터링 결과가 불균일해질 수 있는데, 이를 해결하기 위해 본 실시예에서는 각 조각 타겟(120)들을 모두 일정한 방향으로 기울여서 평행하게 설정한다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이 각 조각 타겟(120)들이 일렬로 배열된 열의 방향(Y축 방향)을 제1방향이라하고, 분할 타겟 장치(100)가 기판(20) 위를 이동하는 방향(X축 방향)을 제2방향이라 하면, 상기 조각 타겟(120)들은 모두 상기 제1방향과 제2방향의 사이를 향하도록 기울어진 상태로 서로 평행하게 배열된다. 이렇게 하면, 인접한 소스유닛(140)끼리 스퍼터링 영역이 서로 겹치게 되어, 조각 타겟(120) 간의 틈새 영향이 상쇄될 수 있다. 이 원리를 설명하면 다음과 같다.
우선, 상기와 기울어지게 배열된 소스유닛(140)들 중에서 하나의 소스유닛(140)만으로 스퍼터링을 수행한다고 가정할 경우, 그 스퍼터링의 분포는 도 3과 같이 형성된다고 볼 수 있다. 즉, 조각 타겟(120)의 중앙부에서 최대의 증착율(a)이 나타나고, 당연히 양단측 가장자리로 갈수록 증착율은 떨어진다.
그런데, 이러한 소스유닛(140)들을 일렬로 평행하게 연결하게 되면, 도 4에 도시된 바와 같은 스퍼터링 분포를 보이게 된다. 즉, 점선으로 도시된 바와 같은 각 소스유닛(140)의 스퍼터링 분포가 서로 겹쳐지면서, 전체적으로는 실선으로 도시된 바와 같은 스퍼터링 분포가 얻어지게 된다. 그러니까, 각 소스유닛(140)들을 스퍼터링 분포가 서로 겹치도록 비스듬히 배열함으로써, 조각 타겟(120)들 간의 틈새에서 증착율이 달라지는 현상을 상쇄시키도록 한 것이다. 이렇게 되면, 중앙부에서 최대의 증착율(b)이 나타나고, 양단측 가장자리로 갈수록 증착율이 떨어지는 커다란 스퍼터링 분포가 형성된다. 설명의 편의 상 복수의 소스유닛(140)들에 S1~S9까지 기호를 붙였는데, 양단측의 S1,S9 소스유닛(140) 영역에서는 증착율이 감소하고, 나머지 S2~S8 소스유닛(140) 영역에서는 증착율이 거의 최대 증착율(b) 수준을 유지하게 된다. 도면의 S1_a ~ S9_a와 S1_b ~ S9_b는 S1~S9 소스유닛(140)의 제1방향(Y축 방향)으로의 일단과 타단 위치를 각각 나타낸 것으로, 인접한 소스유닛(140)들끼리의 스퍼터링 영역이 서로 겹치는 상황을 보이기 위해 부여한 참조부호이다.
따라서, 이러한 스퍼터링 분포를 보이는 분할 타겟 장치(100)에 대해, 대상재인 기판(20)을 도 4와 같이 배치시키면, 전체적으로 균일한 분포의 스퍼터링을 수행할 수 있게 된다. 즉, 양단측의 S1,S9 소스유닛(140)은 인접한 소스유닛(140)의 스퍼터링 분포에 영향을 주는 역할만 하고 실질적으로는 대상재인 기판(20)의 스퍼터링 영역 밖에 위치하는 더미 소스유닛의 역할을 한다. 그리고, 나머지 S2~S8 소스유닛(140)들에 의해 기판(20) 상에 균일한 스퍼터링이 수행된다.
그러므로, 이러한 분할 타겟 장치(100)를 이용하면, 제작과 취급이 용이한 조각 타겟(120)들을 사용하면서도 기판(20) 상에 균일한 스퍼터링이 가능해져서 기판(20) 전체에 걸쳐 균일한 휘도를 구현할 수 있게 된다.
한편, 본 실시예에서는 도 1에서 도시된 바와 같이 베이스플레이트(110)가 비스듬히 배열된 소스유닛(140)들의 패턴을 따라 같은 모양으로 형성된 구조를 예시하였는데, 도 5에 도시된 바와 같이, 소스유닛(140)들을 수용하는 넓은 모양으로 베이스플레이트(110')를 형성할 수도 있다. 즉, 실질적인 스퍼터링 분포는 상기 조각 타겟(120)과 자석(130)에 의해 형성되므로, 베이스플레이트(110')는 다양한 형상으로 변형시킬 수 있다.
그러므로, 상기와 같이 개선된 구조를 가진 분할 타겟 장치(100)를 사용하면, 제조와 취급이 용이한 조각 타겟(120)을 사용하면서도 기판(20) 상에 균일한 증착 품질을 얻을 수 있게 되며, 결과적으로 디스플레이 장치의 휘도를 화면 전체에 걸쳐서 균일하게 만들 수 있다. 특히, 취성이 큰 산화물을 타겟으로 사용하는 경우에 유용하게 활용될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100...분할 타겟 장치 110,110'...베이스플레이트
120.. 조각 타겟 130.. 자석
140...소스 유닛
10 ..진공챔버 20...기판

Claims (14)

  1. 베이스플레이트와;
    상기 베이스플레이트의 일면에 규칙적인 열을 이루며 부착된 복수개의 조각 타겟 및, 상기 베이스플레이트의 타면에 상기 복수개의 조각 타겟들과 각각 쌍을 이루며 부착된 복수개의 자석을 구비한 복수의 소스유닛;을 포함하며,
    상기 소스유닛들은 상기 열의 방향인 제1방향 및 그와 수직되는 제2방향 사이의 각도로 서로 평행하게 배열된 스퍼터링용 분할 타겟 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    인접한 상기 소스유닛들끼리 상기 제1방향으로 각각의 스퍼터링 영역이 서로 겹치도록 배치된 스퍼터링용 분할 타겟 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 소스유닛들 중 상기 제1방향으로 양단부에 설치된 소스유닛은 대상재의 스퍼터링 영역 밖에 위치하는 더미 소스유닛인 스퍼터링용 분할 타겟 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스플레이트가 상기 소스유닛들과 같은 패턴의 모양으로 형성된 스퍼터링용 분할 타겟 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스플레이트가 상기 소스유닛들을 수용하는 다른 패턴의 모양으로 형성된 스퍼터링용 분할 타겟 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스플레이트는 금속 재질을 포함하는 스퍼터링용 분할 타겟 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 분할 타겟은 산화물 재질을 포함하는 스퍼터링용 분할 타겟 장치.
  8. 베이스플레이트의 일면에 규칙적인 열을 이루며 부착된 복수개의 조각 타겟 및, 상기 베이스플레이트의 타면에 상기 복수개의 조각 타겟들과 각각 쌍을 이루며 부착된 복수개의 자석을 구비한 복수의 소스유닛을 포함하며, 상기 소스유닛들은 상기 열의 방향인 제1방향 및 그와 수직되는 제2방향 사이의 각도로 서로 평행하게 배열된 스퍼터링용 분할 타겟 장치를 준비하는 단계;
    스퍼터링 대상재인 기판을 상기 분할 타겟 장치와 대향되게 준비하는 단계; 및,
    상기 분할 타겟 장치를 상기 기판 상에서 상기 제2방향으로 이동시키며 스퍼터링을 수행하는 단계;를 포함하는 스퍼터링 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    인접한 상기 소스유닛들끼리 상기 제1방향으로 각각의 스퍼터링 영역이 서로 겹치도록 배치된 스퍼터링 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 소스유닛들 중 상기 제1방향으로 양단부에 설치된 소스유닛은 대상재의 스퍼터링 영역 밖에 위치하는 더미 소스유닛인 스퍼터링 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 베이스플레이트가 상기 소스유닛들과 같은 패턴의 모양으로 형성된 스퍼터링 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 베이스플레이트가 상기 소스유닛들을 수용하는 다른 패턴의 모양으로 형성된 스퍼터링 방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 베이스플레이트는 금속 재질을 포함하는 스퍼터링 방법.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 분할 타겟은 산화물 재질을 포함하는 스퍼터링 방법.
KR1020110048505A 2011-05-23 2011-05-23 스퍼터링용 분할 타겟 장치 및 그것을 이용한 스퍼터링 방법 KR101794586B1 (ko)

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