KR102205398B1 - 스퍼터링 장치 및 이를 이용한 박막 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스퍼터링 장치를 개시한다. 본 발명은, 하우징과, 상기 하우징에 회전 가능하도록 설치되는 회전브라켓과, 상기 회전브라켓에 설치되는 타겟부와, 상기 타겟부의 내측에 배치되며, 상기 회전브라켓과 상대 운동 가능하도록 설치되는 마그넷부와, 상기 회전브라켓과 상기 마그넷부 사이 및 상기 하우징과 상기 마그넷부 사이 중 적어도 하나에 설치되어 상기 마그넷부를 상기 마그넷부의 길이방향으로 가력하는 가력부를 포함한다.

Description

스퍼터링 장치 및 이를 이용한 박막 형성 방법{Sputtering apparatus and method for forming thin film using the same}
본 발명은 스퍼터링 장치 및 이를 이용한 박막 형성 방법에 관한 것이다.
반도체 소자, 표시 장치 및 기타 전자 소자 등은 복수의 박막을 구비한다. 이러한 복수의 박막을 형성하는 방법은 다양한데 그 중 증착 방법이 하나의 방법이다.
증착 방법은 예를들면, 스퍼터링(sputtering), 화학적 기상 증착(CVD: chemical vapor deposition), 원자층 증착(ALD: atomic layer deposition) 기타 다양한 방법이 있다.
한편, 표시 장치들 중, 유기 발광 표시 장치는 시야각이 넓고 컨트라스트가 우수할 뿐만 아니라 응답속도가 빠르다는 장점을 가지고 있어 차세대 디스플레이 장치로서 주목을 받고 있다.
유기 발광 표시 장치는 서로 대향된 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 유기 발광층을 구비하는 중간층을 포함하고, 그 외에 하나 이상의 다양한 박막을 구비한다. 이때 유기 발광 표시 장치의 박막을 형성하기 위하여 스퍼터링 공정을 이용하기도 한다.
이러한 스퍼터링 공정 시 타겟과 기판 사이에는 플라즈마 방전이 발생하는데, 이러한 플라즈마 방전 특성의 균일도를 확보하기 용이하지 않다.
특히, 유기 발광 표시 장치가 대형화되고 고해상도를 요구함에 따라 유기 발광 표시 장치에 포함되는 박막들의 균일한 특성이 요구된다. 그러나 스퍼터링 공정을 이용하여 박막 형성 시 플라즈마 방전 특성을 유지하기 곤란하여 원하는 특성을 갖는 박막을 형성하는데 한계가 있다.
본 발명의 실시예들은 작동 시 마그넷부의 위치 고정이 가능고 균일한 성막이 가능한 스퍼터링 장치 및 이를 이용한 박막 형성 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면은, 하우징과, 상기 하우징에 회전 가능하도록 설치되는 회전브라켓과, 상기 회전브라켓에 설치되는 타겟부와, 상기 타겟부의 내측에 배치되며, 상기 회전브라켓과 상대 운동 가능하도록 설치되는 마그넷부와, 상기 회전브라켓과 상기 마그넷부 사이 및 상기 하우징과 상기 마그넷부 사이 중 적어도 하나에 설치되어 상기 마그넷부를 상기 마그넷부의 길이방향으로 가력하는 가력부를 포함하는 스퍼터링 장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 하우징은, 제 1 하우징과, 상기 제 1 하우징과 대향하도록 설치되는 제 2 하우징을 구비할 수 있다.
또한, 상기 회전브라켓은, 상기 제 1 하우징 내부에 회전 가능하도록 설치되는 제 1 회전브라켓과, 상기 제 2 하우징 내부에 회전 가능하도록 설치되는 제 2 회전브라켓을 구비할 수 있다.
또한, 상기 마그넷부의 일단은 상기 제 1 회전브라켓에 상대 운동 가능하도록 설치되며, 상기 마그넷부의 타단은 상기 제 2 하우징에 고정되도록 설치될 수 있다.
또한, 상기 제 2 하우징은, 상기 마그넷부가 삽입되어 지지되고, 상기 제 2 회전브라켓에 삽입되는 제 1 플레이트와, 상기 제 1 플레이트와 연결되어 상기 제 2 회전브라켓을 감싸도록 형성되는 제 2 플레이트와, 상기 제 2 플레이트를 감싸도록 형성되는 제 3 플레이트를 구비할 수 있다.
또한, 상기 제 1 플레이트와 상기 제 2 회전브라켓 사이에 설치되는 제 1 실링부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 2 회전브라켓과 상기 제 2 플레이트 사이에 설치되는 제 2 실링부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 타겟부와 상기 회전브라켓을 고정시키도록 설치되는 백킹 튜브를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 가력부는, 상기 마그넷부와 접촉하도록 설치되는 접촉부와, 상기 회전브라켓 내부에 설치되어 상가 접촉부를 가력하는 탄성부를 구비할 수 있다.
또한, 상기 가력부는, 상기 마그넷부와 접촉하여 상기 마그넷부를 제 1 방향으로 제 1 힘을 가하는 제 1 가력부와, 상기 제 1 가력부와 대향하도록 설치되며, 상기 마그넷부를 상기 제 1 방향과 상이한 제 2 방향으로 상기 제 1 힘과 상이한 제 2 힘을 가하는 제 2 가력부를 구비할 수 있다.
또한, 상기 제 1 힘은 상기 제 2 힘보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 방향과 상기 제 2 방향은 서로 반대 방향일 수 있다.
또한, 상기 마그넷부와 상기 회전브라켓 사이에 설치되는 마찰저감부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 마찰저감부는 상기 마그넷부와 상기 회전브라켓의 상대 운동 시 상기 마그넷부와 상기 회전브라켓 사이의 마찰력을 저감시킬 수 있다.
또한, 상기 마찰저감부는 상기 마그넷부의 하측면에 적어도 하나 이상 설치될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 하우징과, 상기 하우징에 회전 가능하도록 설치되는 회전브라켓과, 상기 회전브라켓에 설치되는 타겟부와, 상기 타겟부의 내측에 배치되며, 상기 회전브라켓과 상대 운동 가능하도록 설치되는 마그넷부와, 상기 회전브라켓과 상기 마그넷부 사이에 설치되는 마찰저감부를 포함하는 스퍼터링 장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 마찰저감부는 상기 마그넷부와 상기 회전브라켓의 상대 운동 시 상기 마그넷부와 상기 회전브라켓 사이의 마찰력을 저감시킬 수 있다.
또한, 상기 마찰저감부는 상기 마그넷부의 하측면에 적어도 하나 이상 설치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은, 챔버 내에 기판을 투입하는 단계와, 상기 챔버 내에 상기 기판과 대향하도록 배치되고, 타켓부 내부의 마그넷부를 고정시킨 상태에서 상기 타겟부를 회전시키면서 증착 물질을 상기 기판에 증착하는 단계를 포함하고, 상기 증착 물질을 상기 기판에 증착하는 단계는, 상기 마그넷부를 적어도 일단에서 상기 타겟부의 길이방향으로 가력부가 상기 마그넷부를 가력한 상태에서 이루어지는 박막 형성 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 마그넷부의 움직임을 방지함으로써 균일한 자기장 형성하여 증착 균일도를 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들은 마그넷부의 움직임에 의한 아크 발생을 최소화할 수 있어 장치의 가동률을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절취한 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 절취한 단면도이다.
도 4는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 절취한 단면도이다.
도 5는 도 1 스퍼터링 장치를 이용하여 제조된 유기 발광 표시 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 도 5의 F의 확대도이다.
본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 스퍼터링 장치(100)를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절취한 단면도이며, 도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 절취한 단면도이다. 도 4는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 절취한 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 스퍼터링 장치(100)는 기판(S)이 배치되고 기판(S)에 대한 증착 공정이 이루어지는 증착 공간을 포함하는 챔버(110), 챔버(110)에 고정되도록 설치되는 하우징(120), 하우징(120)에 회전 가능하게 설치되는 회전브라켓(131,133), 회전브라켓(131,133)에 설치되는 타겟부(140)를 포함할 수 있다. 또한, 스퍼터링 장치(100)는 타겟부(140)의 내축에 배치되며, 회전브라켓(131,133)과 상대 운동 가능하도록 설치되는 마그넷부(150), 회전브라켓(131,133)과 마그넷부(150) 사이 및 하우징(120)과 마그넷부(150) 사이 중 적어도 하나에 설치되어 마그넷부(150)를 마그넷부(150)의 길이방향으로 가력하는 가력부(161,163)를 포함할 수 있다. 스퍼터링 장치(100)는 타겟부(140)와 회전브라켓(131,133)을 고정시키도록 설치되는 백킹 튜브(171,173)와, 마그넷부(150)와 회전브라켓(131,133) 사이에 설치되는 마찰저감부(180)를 포함할 수 있다.
스퍼터링 장치(100)는 타겟부(140)와 회전브라켓(131,133)을 고정시키도록 설치되는 백킹 튜브(171,173)를 포함할 수 있다. 또한, 스퍼터링 장치(100)는 마그넷부(150)와 회전브라켓(131,133) 사이에 설치되는 마찰저감부(180)를 포함할 수 있다.
챔버(110)는 증착 공정의 압력 분위기를 제어하도록 펌프(미도시)에 연결될 수 있고, 기판(S) 및 타겟부(140) 등을 수용 및 보호한다. 또한, 챔버(110)는 기판(S)의 출입을 위한 하나 이상의 출입구(미도시)를 구비할 수 있다. 도 1에는 챔버(110)의 바닥면만을 도시하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로서, 챔버(110)는 박스와 유사한 형태를 가질 수 있다.
기판(S)은 기판지지부(105)상에 배치될 수 있다. 기판지지부(105)는 기판(S)에 대한 증착 공정이 진행되는 동안 기판(S)이 움직이거나 흔들리지 않도록 한다. 이를 위하여 기판지지부(105)는 클램프(미도시)를 구비할 수 있다. 또한 기판지지부(105)와 기판(S)간의 흡착을 위하여 기판지지부(105)는 하나 이상의 흡착홀(미도시)을 구비할 수도 있다. 또한 기판지지부(105)는 증착 공정 중 열에 의한 변성 및 파손을 방지하도록 내열성 및 내구성이 높은 재질로 형성하는 것이 바람직하다.
타겟부(140)는 기판(S)과 대향하도록 배치된다. 이때, 타겟부(140)는 원통형으로 형성될 수 있다. 또한, 타겟부(140)는 증착 공정 중 회전하면서 기판(S)에 증착 물질을 제공하여, 기판(S)에 증착막이 형성되도록 한다. 이를 위하여 타겟부(140)의 길이는 적어도 기판(S)의 일 방향의 폭과 동일하거나 그보다 큰 것이 바람직하다.
한편, 타겟부(140)는 백킹 플레이트(140a:backing plate)에 의해 지지될 수 있다. 백킹 플레이트(140a)는 속이 빈 기둥 형태인 타겟부(140)와 유사한 형태를 가지며, 타겟부(140)의 내부에 배치되어 타겟부(140)를 지지할 수 있다. 또한, 백킹 플레이트(140a)는 증착 공정 중 타겟부(140)의 온도를 일정하게 유지할 수 있고, 전원(미도시)를 통하여 파워가 백킹 플레이트(140a)에 인가될 수 있다. 예를 들면, 백킹 플레이트(140a)에 RF 또는 DC 전원의 파워가 인가될 수 있고 백킹 플레이트(140a)는 캐소드 기능을 할 수 있다. 이를 통하여 백킹 플레이트(140a)와 연결된 타겟부(140)는 캐소드 기능을 할 수 있다. 물론, 백킹 플레이트(140a)없이 타겟부(140)를 사용할 수 있고, 그 경우 파워는 타겟부(140)에 인가될 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 타겟부(140)의 내부에 백킹 플레이트(140a)가 설치되는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
타겟부(140)의 내부에는 마그넷부(150)가 설치될 수 있다. 이때, 마그넷부(150)는 타겟부(140)의 길이방향으로 타겟부(140) 내부에 설치되는 마그넷지지부(153)를 포함할 수 있다. 또한, 마그넷부(150)는 마그넷지지부(153)에 설치되는 마그넷 부재(151)를 포함할 수 있다.
마그넷 부재(151)는 타겟부(140)와 나란하게 타겟부(140)의 길이 방향으로 길게 연장된 형태를 가질 수 있다. 이때, 마그넷 부재(151)와 마그넷지지부(153)는 전술한 타겟부(140)가 회전하면서 증착 공정을 진행하는 동안 회전하지 않는다. 즉, 마그넷 부재(151)와 마그넷지지부(153)는 타겟부(140) 및 백킹 플레이트(140a)와 연결되어 있지 않다.
마그넷 부재(151)는 플라즈마 방전을 제어할 수 있는 자기장을 발생시킨다. 예를 들어, 마그넷 부재(151)는 제 1 마그넷 부재(151a)와 제 1 마그넷 부재(151a)의 양 측에 위치한 한 쌍의 제 2 마그넷 부재(151b)를 포함할 수 있다. 이때, 제 1 마그넷 부재(151a)와 한 쌍의 제 2 마그넷 부재(151b)는 극성이 서로 반대가 되도록 배치됨으로써, 마그넷 부재(151)에 의해 발생하는 자기장은 타겟부(140)의 일부분에 집중되도록 할 수 있고, 이에 의해 플라즈마 방전 역시 타겟부(140)의 일부분에 집중되도록 제어될 수 있다. 특히 상기와 같은 마그넷 부재(151)는 상기의 경우 이외에도 다양하게 형성될 수 있다. 예를 들면, 마그넷 부재(151)는 2개 또는 4개 이상 설치될 수 있으며, 상기와 같이 평행하게 배치되거나 각도를 형성하도록 배치될 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 마그넷 부재(151)가 상기와 같이 제 1 마그넷 부재(151a)와 제 2 마그넷 부재(151b)를 포함하는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
한편, 상기와 같은 마그넷부(150)는 회전브라켓(131,133) 및 하우징(120)에 연결될 수 있다. 구체적으로 회전브라켓(131,133)은 제 1 회전브라켓(131)과 제 2 회전브라켓(133)을 포함할 수 있다. 또한, 하우징(120)은 제 1 하우징(121)과 제 2 하우징(123)을 포함할 수 있다. 이때, 제 1 회전브라켓(131)은 제 1 하우징(121)에 회전 가능하도록 설치될 수 있으며, 제 2 회전브라켓(133)은 제 2 하우징(123)에 회전 가능하도록 설치될 수 있다. 제 1 하우징(121)과 제 2 하우징(123)은 서로 대향하도록 설치될 수 있으며, 제 1 회전브라켓(131)과 제 2 회전브라켓(133)도 서로 대향하도록 설치될 수 있다.
이때, 마그넷부(150)는 제 1 회전브라켓(131)과 제 2 하우징(123)에 상대 운동 가능하도록 설치될 수 있다. 구체적으로 마그넷지지부(153)의 일단은 제 1 회전브라켓(131)에 삽입되도록 설치되어 제 1 회전브라켓(131)의 회전 시 회전하지 않을 수 있다. 또한, 마그넷지지부(153)의 타단은 제 2 하우징(123)에 삽입되도록 설치되어 고정될 수 있다.
이때, 제 2 하우징(123)은 마그넷부(150)가 삽입되어 지지되고, 제 2 회전브라켓(133)에 삽입되는 제 1 플레이트(123a)를 포함할 수 있다. 특히 제 1 플레이트(123a)는 스프링 형태로 형성되어 마그넷부(150)의 진동을 흡수할 수 있다. 또한, 제 2 하우징(123)은 제 1 플레이트(123a)와 연겨로디어 제 2 회전브라켓(133)을 감싸도록 형성되는 제 2 플레이트(123b)를 포함할 수 있다. 제 2 하우징(123)은 제 2 플레이트(123b)를 감싸도록 형성되는 제 3 플레이트(123c)를 포함할 수 있다. 이때, 제 1 플레이트(123a) 내지 제 3 플레이트(123c)는 챔버(110)와 연결되도록 형성되어 제 2 회전브라켓(133)을 지지할 수 있다.
한편, 스퍼터링 장치(100)는 제 1 플레이트(123a)와 제 2 회전브라켓(133) 사이에 설치되는 제 1 실링부재(191)를 포함할 수 있다. 이때, 제 1 실링부재(191)는 제 1 플레이트(123a)의 외면과 제 2 회전브라켓(133)의 내면 사이에 배치될 수 있다. 특히 제 1 실링부재(191)는 링 형태로 형성될 수 있다. 구체적으로 제 1 실링부재(191)는 수분을 차단하도록 형성되는 수봉식 링(Water ring) 형태일 수 있다.
스퍼터링 장치(100)는 제 2 회전브라켓(133)과 제 2 플레이트(123b) 사이에 설치되는 제 2 실링부재(193)를 포함할 수 있다. 이때, 제 2 실링부재(193)는 제 2 회전브라켓(133)의 외면과 제 2 플레이트(123b) 내면 사이에 배치될 수 있다. 특히 제 2 실링부재(193)는 링 형태로 형성될 수 있다. 구체적으로 제 2 실링부재(193)는 공기를 차단하는 베큠 링(Vacuum ring) 형태일 수 있다.
한편, 백킹 플레이트(140a)와 타겟부(140)는 제 2 회전브라켓(133)에 의해 회전할 수 있다. 보다 구체적으로, 제 2 회전브라켓(133)은 구동 벨트(101) 등과 같은 구동부(미도시)와 연결되어 구동력을 전달받음으로써, 백킹 플레이트(140a)와 타겟부(140)를 회전시킬 수 있다. 이때, 전술한 전원(미도시)은 제 2 회전브라켓(133)에 연결되고, 제 2 회전브라켓(133)을 통하여 백킹 플레이트(140a)에 파워가 인가될 수 있다.
이와 같은, 제 1 회전브라켓(131)과 제 2 회전브라켓(133)은 백킹 플레이트(140a)의 양단에 길게 연장된 형태로 형성되는데, 제 1 하우징(121) 및 제 2 하우징(123)에 의하여 수용될 수 있다. 또한, 백킹 플레이트(140a)와 제 1 회전브라켓(131) 또는 백킹 플레이트(140a)와 제 2 회전브라켓(133)은 백킹 튜브(171,173)에 의해 연결 및 고정될 수 있다. 이때, 백킹 튜브(171,173)는 백킹 플레이트(140a)와 제 1 회전브라켓(131)을 연결하는 제 1 백킹 튜브(171)와, 백킹 플레이트(140a)와 제 2 회전브라켓(133)을 연결하는 제 2 백킹 튜브(173)를 포함할 수 있다. 특히 상기와 같이 제 1 백킹 튜브(171)와 제 2 백킹 튜브(173)는 타겟부(140)와 제 1 회전브라켓(131) 또는 타겟부(140)와 제 2 회전브라켓(133)을 연결할 수 있다. 또한, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 백킹 튜브(171,173)가 생략된 채 백킹 플레이트(140a)와 제 1 회전브라켓(131) 및 제 2 회전브라켓(133)이 일체로 형성될 수도 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 제 1 백킹 튜브(171)는 백킹 플레이트(140a)와 제 1 회전브라켓(131)을 연결하고, 제 2 백킹 튜브(173)는 백킹 플레이트(140a)와 제 2 회전브라켓(133)을 연결하는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
한편, 제 2 하우징(123)에는 냉각수 유입관(미도시)과 냉각수 배출관(미도시)이 형성되고, 상기 냉각수 유입관과 상기 냉각수 배출관은 타겟부(140)의 내부와 연결되어 냉각수를 순환시킬 수 있다. 따라서, 스퍼터링 공정 중 타겟부(140)에 발생된 열은 백킹 플레이트(140a)를 통해 냉각수로 흡수되어, 타겟부(140)의 온도가 일정하게 유지될 수 있다. 이에 의해, 스퍼터링 공정의 효율이 향상될 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 상기 냉각수 유입관과 상기 냉각수 배출관이 형성되지 않는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
타겟부(140)는 기판(S)과 대향하는 영역이 노출되며, 이 노출된 영역이 스퍼터링 영역이 된다. 이때, 타겟부(140)는 다양한 실시예에 따라서 일부만 노출되거나 전부 노출될 수 있다. 구체적으로 타겟부(140)가 일부만 노출되는 경우 타겟부(140) 주변에는 쉴드부(미도시)가 설치될 수 있다. 또한, 타겟부(140)가 전부 노출되는 경우에는 상기 쉴드부가 설치되지 않을 수 있다.
이때, 상기 쉴드부가 설치되는 경우, 상기 쉴드부는 원통형의 타겟부(140)과 함께 회전하지 않고 고정된 상태이다. 따라서, 타겟부(140)의 스퍼터링 영역은 계속 새로운 영역으로 교체되고 이에 의해, 타겟부(140)의 사용 효율이 향상되고, 타겟부(140)의 사용 주기를 증가시킬 수 있다.
특히 상기 쉴드부는 타겟부(140)와 상기 쉴드부 간의 거리가 이온 쉬스(Sheath)의 두께 보다 작도록 배치된다. 이온 쉬스(Sheath)는 전극 주위에 생기는 이온의 공간 전하층을 의미하는데, 이와 같이 타겟부(140)와 상기 쉴드부 간의 거리가 이온 쉬스(Sheath)의 두께 보다 작은 경우는, 상기 쉴드부와 타겟부(140) 사이에서 방전이 발생하지 않게 된다. 따라서, 스퍼터링 영역 외의 지점에서 발생하는 비정상 방전에 의해 야기되는 아크(Arc)를 방지할 수 있다.
이와 같은 상기 쉴드부는 전도성을 가지는 재질로 형성되어, 애노드 기능을 수행할 수 있다. 즉, 플라즈마를 발생시키기 위한 전압이 타겟부(140)와 상기 쉴드부에 인가됨에 따라, 기판(S)과 챔버(110)는 플로팅(Floating) 상태를 유지할 수 있다.
기판(S)과 챔버(110)가 플로팅 상태를 유지하면, 플라즈마 발생으로 인하여 발생한 음이온, 전자 등이 애노드 측으로 진행할 때, 기판(S)은 음이온, 전자 등의 운동경로에서 벗어나게 되므로, 음이온, 전자 등에 의한 기판(S)의 손상 및 아크(Arc)의 발생 등을 방지할 수 있다. 또한, 기판(S)이 플로팅 상태를 유지함에 따라, 기판(S)과 타겟부(140) 간의 거리를 감소시키더라도, 기판(S)의 손상을 방지할 수 있으며, 이에 의해 증착 속도가 증가하여, 증착 공정의 효율성이 향상될 수 있다.
다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 상기 쉴드부가 존재하지 않는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
가력부(161,163)는 제 1 회전브라켓(131) 내부에 설치되는 제 1 가력부(161)와, 제 1 플레이트(123a) 내부에 설치되는 제 2 가력부(163)를 포함할 수 있다. 이때, 제 1 가력부(161)와 제 2 가력부(163)는 서로 대향하게 배치되어 마그넷부(150)를 마그넷부(150)의 길이방향으로 가력할 수 있다. 즉, 제 1 가력부(161)와 제 2 가력부(163)는 마그넷부(150)의 양단에 설치되어 마그넷부(150)의 양단에서 마그넷부(150)의 중심 방향으로 힘을 가할 수 있다.
또한, 제 1 가력부(161)와 제 2 가력부(163)는 마그넷부(150)를 서로 상이한 힘으로 가력할 수 있다. 특히 제 1 가력부(161)는 제 1 방향으로 마그넷부(150)에 제 1 힘을 가할 수 있다. 또한, 제 2 가력부(163)는 제 2 방향으로 마그넷부(150)에 제 2 힘을 가할 수 있다. 이때, 제 1 방향과 제 2 방향은 상기에서 설명한 바와 같이 서로 반대 방향이며, 제 1 힘과 제 2 힘은 서로 상이할 수 있다. 특히 제 1 힘은 제 2 힘에 비하여 크게 형성될 수 있다.
한편, 상기와 같은 제 1 가력부(161)와 제 2 가력부(163)는 서로 유사하게 형성될 수 있다. 예를 들면, 제 1 가력부(161)는 제 1 접촉부(161a)와, 제 1 탄성부(161b)를 포함하고, 제 2 가력부(163)는 제 2 접촉부(163a)와 제 2 탄성부(163b)를 포함할 수 있다. 이때, 제 1 접촉부(161a)와 제 2 접촉부(163a)는 각각 마그넷부(150)의 일단 및 타단에 접촉할 수 있다. 또한, 제 1 접촉부(161a)는 제 1 회전브라켓(131) 내부에 설치되며, 제 2 접촉부(163a)는 제 1 플레이트(123a) 내부에 설치될 수 있다. 제 1 탄성부(161b)와 제 2 탄성부(163b)는 각각 제 1 회전브라켓(131)과 제 1 플레이트(123a) 내부에 삽입되도록 설치될 수 있다. 특히 제 1 탄성부(161b)는 제 1 회전브라켓(131)의 내면과 제 1 접촉부(161a)에 접촉하도록 설치될 수 있으며, 제 2 탄성부(163b)는 제 1 플레이트(123a)의 내면과 제 2 접촉부(163a)에 접촉하도록 설치될 수 있다.
상기와 같은 제 1 탄성부(161b)와 제 2 탄성부(163b)는 다양한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 제 1 탄성부(161b)와 제 2 탄성부(163b)는 고무, 실리콘 등과 같은 탄성 재질로 형성될 수 있다. 또한, 제 1 탄성부(161b)와 제 2 탄성부(163b)는 스프링으로 형성될 수 있으며, 특히 제 1 탄성부(161b)와 제 2 탄성부(163b)는 압축스프링으로 형성될 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 제 1 탄성부(161b)와 제 2 탄성부(163b)가 압축스프링 형태로 형성되는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
한편, 마찰저감부(180)는 상기에서 설명한 바와 같이 마그넷부(150)와 제 1 회전브라켓(131) 사이에 설치될 수 있다. 특히 마찰저감부(180)는 마그넷부(150)와 제 1 회전브라켓(131)의 상대 운동 시 마그넷부(150)와 제 1 회전브라켓(131) 사이의 마찰력을 저감시킬 수 있다. 이때, 마찰저감부(180)와 마그넷부(150)는 다양한 형태로 형성될 수 있다. 예를 들면, 마찰저감부(180)는 기어 형태로 형성될 수 있다. 이때, 제 1 회전브라켓(131)의 내부에는 암나사 형태로 형성되어 제 1 회전브라켓(131)의 회전 시 마찰저감부(180)를 회전시킬 수 있다. 또한, 마찰저감부(180)는 기어 형태 이외에도 롤러 형태로 형성될 수 있다. 특히 마찰저감부(180)는 제 1 회전브라켓(131)의 내면에 접촉하여 제 1 회전브라켓(131)의 회전 시 함께 회전할 수 있다. 이때, 마찰저감부(180)는 상기에 한정되지 않으며, 제 1 회전브라켓(131)의 회전 시 제 1 회전브라켓(131)과 마그넷부(150) 사이의 마찰을 저감시키는 모든 구조 또는 장치를 포함할 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 마찰저감부(180)가 롤러 형태로 형성되는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
상기와 같은 마찰저감부(180)는 마그넷부(150)의 하측면에 적어도 하나 이상 설치될 수 있다. 구체적으로 마찰저감부(180)는 제 1 마찰저감부(181)와, 제 1 마찰저감부(181)와 일정 각도를 형성하는 제 2 마찰저감부(183)를 포함할 수 있다. 이때, 제 1 마찰저감부(181)와 제 2 마찰저감부(183)는 제 1 회전브라켓(131)의 회전 시 마그넷부(150)가 제 1 회전브라켓(131)과 함께 회전하는 것을 방지하거나 마그넷부(150)와 제 1 회전브라켓(131)의 접촉으로 인한 마찰력을 저감시킬 수 있다.
한편, 이하에서는 스퍼터링 장치(100)의 동작 및 효과에 대하여 간략하게 설명한다.
우선, 스퍼터링 장치(100)의 챔버(110)에 기판(S)을 배치하고, 기판(S)에 증착막을 형성하기 위한 재료를 제공할 수 있는 타겟부(140)를 기판(S)과 대향하도록 배치한다. 그리고 챔버(110)내로 주입된 기체 등을 통하여 플라즈마 상태를 형성한 후 여기된 입자들이 타겟부(140)와 충돌하여 타겟부(140)로부터 떨어져 나온 입자들이 기판(S)상에 도달하여 증착막을 형성한다.
구체적으로 상기와 같이 타겟부(140)에 여기된 입자들이 충돌하는 경우 상기 구동부를 작동시켜 타겟부(140)를 회전시킬 수 있다. 이때, 상기 구동부의 구동력은 상기에서 설명한 바와 같이 구동 벨트(101) 등을 통하여 제 2 회전브라켓(133)에 전달될 수 있다. 제 2 회전브라켓(133)은 상기 구동부의 작동에 따라 회전하게 되고, 백킹 플레이트(140a)도 회전할 수 있다. 이때, 백킹 플레이트(140a)에 연결된 제 1 회전브라켓(131)도 회전할 수 있다.
이때, 증착 공정 중 타겟부(140)가 회전하면서 증착 공정이 진행되므로 타겟부(140)의 전체면을 균일하게 사용하면서 증착 공정을 수행할 수 있다. 이를 통하여 타겟부(140)의 사용 효율을 향상하여 타겟부(140)의 사용 주기를 증가하고, 스퍼터링 장치(100)를 통한 증착 공정을 효율적으로 진행한다. 또한, 타겟부(140)의 내부에 마그넷 부재(151)를 구비하여 기판(S)에 대한 증착 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기와 같이 제 1 회전브라켓(131)과 제 2 회전브라켓(133)이 회전하는 동안, 제 1 가력부(161)와 제 2 가력부(163)는 마그넷부(150)에 제 1 힘 및 제 2 힘을 가할 수 있다. 특히 제 1 가력부(161)는 마그넷지지부(153)의 일단에서 중심 방향으로 제 1 힘을 가할 수 있고, 제 2 가력부(163)는 마그넷지지부(153)의 타단에서 중심 방향으로 제 2 힘을 가할 수 있다.
이때, 제 1 탄성부(161b)의 길이는 제 2 탄성부(163b)의 길이보다 작게 형성될 수 있다. 특히 제 1 탄성부(161b)에 저장된 복원력은 제 2 탄성부(163b)에 저장된 복원력보다 크게 형성될 수 있다. 상기와 같이 제 1 힘과 제 2 힘이 가해지는 경우 마그넷지지부(153)는 외부의 힘에 의하여 위치가 변경되지 않을 수 있다.
구체적으로 제 1 회전브라켓(131), 타겟부(140), 제 2 회전브라켓(133)이 회전하는 경우 타겟부(140)는 회전, 외부 환경 등에 의해 다양하게 위치가 변경될 수 있다. 또한, 타겟부(140) 내부에 설치되는 마그넷부(150)의 위치도 변경될 수 있다. 특히 마그넷부(150)의 경우 제 1 회전브라켓(131)에 삽입된 마그넷지지부(153)의 일단이 위치를 벗어나 도 3의 Z방향으로 움직일 수 있다. 상기와 같은 경우 마그넷 부재(151)에 의하여 형성되는 자기장이 가변함으로써 여기된 입자들의 경로가 변경될 수 있다.
이때, 상기와 같이 제 1 가력부(161)와 제 2 가력부(163)가 마그넷지지부(153)를 양단에서 가력함으로써 마그넷지지부(153)가 움직이는 것을 방지할 수 있다. 따라서 마그넷지지부(153)는 초기 상태를 그대로 유지할 수 있으며, 마그넷 부재(151)에 의하여 형성되는 자기장이 마그넷부(150)의 길이방향으로 균일하게 형성될 수 있다.
또한, 상기와 같이 타겟부(140)가 회전하는 경우 마그넷지지부(153)와 제 1 회전브라켓(131)은 서로 접촉할 수 있다. 구체적으로 마그넷지지부(153)는 제 1 회전브라켓(131)의 회전 및 마그넷지지부(153)의 하중에 의하여 제 1 회전브라켓(131)과 접촉할 수 있다.
상기와 같이 마그넷지지부(153)가 제 1 회전브라켓(131)의 회전에 따라 제 1 회전브라켓(131)이 서로 접촉하는 경우 제 1 회전브라켓(131)과 마그넷지지부(153) 사이의 마찰력으로 인하여 마그넷지지부(153)의 일부가 마모될 수 있다. 특히 마그넷지지부(153)의 일부가 마모되는 경우 마그넷지지부(153)가 경사지게 배치될 수 있다. 이때, 마그넷지지부(153)의 경사로 인하여 마그넷 부재(151)가 형성하는 자기장의 위치가 변경될 수 있다.
이때, 마찰저감부(180)는 상기와 같이 마그넷지지부(153)와 제 1 회전브라켓(131)의 접촉으로 인한 마그넷지지부(153)의 마모를 방지할 수 있다. 구체적으로 마찰저감부(180)는 상기에서 설명한 바와 같이 마그넷지지부(153)에 회전 가능하도록 설치되어 제 1 회전브라켓(131)의 회전 시 같이 회전할 수 있다. 상기와 같은 마그넷지지부(153)는 제 1 회전브라켓(131)과 마그넷지지부(153)가 직접 접촉하는 것을 방지할 뿐만 아니라 제 1 회전브라켓(131)과 마그넷지지부(153)의 상대 운동 시 마찰력을 저감시킬 수 있다.
따라서 스퍼터링 장치(100)는 타겟부(140)의 회전 시 타겟부(140) 내부에 설치된 마그넷부(150)의 위치를 고정시킴으로써 마그넷부(150)의 위치 변경에 따른 자기장 변화를 최소화할 수 있다. 뿐만 아니라 스퍼터링 장치(100)는 성막 시 균일한 자기장을 형성함으로써 발생하는 아크를 감소시켜 설비 가동률을 높일 수 있다.
도 5는 도 1 스퍼터링 장치를 이용하여 제조된 유기 발광 표시 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 6은 도 5의 F의 확대도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면 유기 발광 표시 장치(10:organic light emitting display apparatus)는 기판(30)상에 형성된다. 기판(30)은 글래스재, 플라스틱재, 또는 금속재로 형성될 수 있다.
기판(30)상에는 기판(30)상부에 평탄면을 제공하고, 기판(30)방향으로 수분 및 이물이 침투하는 것을 방지하도록 절연물을 함유하는 버퍼층(31)이 형성되어 있다.
버퍼층(31)상에는 박막 트랜지스터(40(TFT: thin film transistor)), 캐패시터(50), 유기 발광 소자(60:organic light emitting device)가 형성된다. 박막 트랜지스터(40)는 크게 활성층(41), 게이트 전극(42), 소스/드레인 전극(43)을 포함한다. 유기 발광 소자(60)는 제 1 전극(61), 제 2 전극(62) 및 중간층(63)을 포함한다. 캐패시터(50)는 제 1 캐패시터 전극(51) 및 제 2 캐패시터 전극(52)을 구비한다.
구체적으로 버퍼층(31)의 윗면에는 소정 패턴으로 형성된 활성층(41)이 배치된다. 활성층(41)은 실리콘과 같은 무기 반도체 물질, 유기 반도체 물질 또는 산화물 반도체 물질을 함유할 수 있고, 선택적으로 p형 또는 n형의 도펀트를 주입하여 형성될 수도 있다.
활성층(41)상부에는 게이트 절연막(32)이 형성된다. 게이트 절연막(32)의 상부에는 활성층(41)과 대응되도록 게이트 전극(42)이 형성된다. 게이트 절연막(32)의 상부에는 제 1 캐패시터 전극(51)이 형성될 수 있고, 게이트 전극(42)과 동일한 재질로 형성될 수 있다.
게이트 전극(42)을 덮도록 층간 절연막(33)이 형성되고, 층간 절연막(33) 상에 소스/드레인 전극(43)이 형성되는 데, 활성층(41)의 소정의 영역과 접촉되도록 형성된다. 절연막(33) 상에는 제 2 캐패시터 전극(52)이 형성될 수 있고, 소스/드레인 전극(43)과 동일한 재질로 형성될 수 있다.
소스/드레인 전극(43)을 덮도록 패시베이션층(34)이 형성되고, 패시베이션층(34)상부에는 박막 트랜지스터(40)의 평탄화를 위하여 별도의 절연막을 더 형성할 수도 있다.
패시베이션층(34)상에 제 1 전극(61)을 형성한다. 제 1 전극(61)은 소스/드레인 전극(43)중 어느 하나와 전기적으로 연결되도록 형성한다. 그리고, 제 1 전극(61)을 덮도록 화소정의막(35)이 형성된다. 이 화소정의막(35)에 소정의 개구(64)를 형성한 후, 이 개구(64)로 한정된 영역 내에 유기 발광층을 구비하는 중간층(63)을 형성한다. 중간층(63)상에 제 2 전극(62)을 형성한다.
제 2 전극(62)상에 봉지층(70)을 형성한다. 봉지층(70)은 유기물 또는 무기물을 함유할 수 있고, 유기물과 무기물을 교대로 적층한 구조일 수 있다.
구체적인 예로서 봉지층(70)은 전술한 스퍼터링 장치(100)를 이용하여 형성할 수 있다. 즉 제 2 전극(62)이 형성된 기판(30)을 챔버(110)내로 투입한 후, 스퍼터링 장치(100)를 이용하여 원하는 층을 형성할 수 있다.
특히, 봉지층(70)은 무기층(71) 및 유기층(72)을 구비하고, 무기층(71)은 복수의 층(71a, 71b, 71c)을 구비하고, 유기층(72)은 복수의 층 (72a, 72b, 72c)을 구비한다. 이 때 스퍼터링 장치(100)를 이용하여 무기층(71)의 복수의 층(71a, 71b, 71c)을 형성할 수 있다.
그러나 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉 전술한 스퍼터링 장치(100)를 이용하여 유기 발광 표시 장치(10)의 게이트 전극(42), 소스/드레인 전극(43), 제 1 전극(61), 제 2 전극(62)등과 같은 전극을 형성할 수도 있다.
또한 전술한 스퍼터링 장치(100)를 이용하여 버퍼층(31), 게이트 절연막(32), 층간 절연막(33), 패시베이션층(34) 및 화소정의막(35) 등 기타 절연막을 형성하는 것도 물론 가능하다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
100: 스퍼터링 장치 150: 마그넷부
101: 구동 벨트 151: 마그넷 부재
105: 기판지지부 151a: 제 1 마그넷 부재
110: 챔버 151b: 제 2 마그넷 부재
120: 하우징 153: 마그넷지지부
121: 제 1 하우징 161: 제 1 가력부
123a: 제 1 플레이트 161a: 제 1 접촉부
123b: 제 2 플레이트 161b: 제 1 탄성부
123: 제 2 하우징 163: 제 2 가력부
123c: 제 3 플레이트 163a: 제 2 접촉부
131: 제 1 회전브라켓 163b: 제 2 탄성부
133: 제 2 회전브라켓 171: 제 1 백킹 튜브
140: 타겟부 173: 제 2 백킹 튜브
140a: 백킹 플레이트 180: 마찰저감부
181: 제 1 마찰저감부 183: 제 2 마찰저감부
191: 제 1 실링부재 193: 제 2 실링부재

Claims (19)

  1. 하우징;
    상기 하우징에 회전 가능하도록 설치되는 회전브라켓;
    상기 회전브라켓에 설치되는 타겟부;
    상기 타겟부의 내측에 배치되며, 상기 회전브라켓과 상대 운동 가능하도록 설치되는 마그넷부; 및
    상기 회전브라켓과 상기 마그넷부 사이 및 상기 하우징과 상기 마그넷부 사이 중 적어도 하나에 설치되어 상기 마그넷부를 상기 마그넷부의 길이방향으로 가력하는 가력부;를 포함하는 스퍼터링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은,
    제 1 하우징; 및
    상기 제 1 하우징과 대향하도록 설치되는 제 2 하우징;를 구비하는 스퍼터링 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 회전브라켓은,
    상기 제 1 하우징 내부에 회전 가능하도록 설치되는 제 1 회전브라켓; 및
    상기 제 2 하우징 내부에 회전 가능하도록 설치되는 제 2 회전브라켓;을 구비하는 스퍼터링 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 마그넷부의 일단은 상기 제 1 회전브라켓에 상대 운동 가능하도록 설치되며, 상기 마그넷부의 타단은 상기 제 2 하우징에 고정되도록 설치되는 스퍼터링 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 하우징은,
    상기 마그넷부가 삽입되어 지지되고, 상기 제 2 회전브라켓에 삽입되는 제 1 플레이트;
    상기 제 1 플레이트와 연결되어 상기 제 2 회전브라켓을 감싸도록 형성되는 제 2 플레이트; 및
    상기 제 2 플레이트를 감싸도록 형성되는 제 3 플레이트;를 구비하는 스퍼터링 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 플레이트와 상기 제 2 회전브라켓 사이에 설치되는 제 1 실링부재;를 더 포함하는 스퍼터링 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 회전브라켓과 상기 제 2 플레이트 사이에 설치되는 제 2 실링부재;를 더 포함하는 스퍼터링 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 타겟부와 상기 회전브라켓을 고정시키도록 설치되는 백킹 튜브;를 더 포함하는 스퍼터링 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 가력부는,
    상기 마그넷부와 접촉하도록 설치되는 접촉부; 및
    상기 회전브라켓 내부에 설치되어 상가 접촉부를 가력하는 탄성부;를 구비하는 스퍼터링 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 가력부는,
    상기 마그넷부와 접촉하여 상기 마그넷부를 제 1 방향으로 제 1 힘을 가하는 제 1 가력부; 및
    상기 제 1 가력부와 대향하도록 설치되며, 상기 마그넷부를 상기 제 1 방향과 상이한 제 2 방향으로 상기 제 1 힘과 상이한 제 2 힘을 가하는 제 2 가력부;를 구비하는 스퍼터링 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 힘은 상기 제 2 힘보다 크게 형성되는 스퍼터링 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 방향과 상기 제 2 방향은 서로 반대 방향인 스퍼터링 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 마그넷부와 상기 회전브라켓 사이에 설치되는 마찰저감부;를 더 포함하는 스퍼터링 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 마찰저감부는 상기 마그넷부와 상기 회전브라켓의 상대 운동 시 상기 마그넷부와 상기 회전브라켓 사이의 마찰력을 저감시키는 스퍼터링 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 마찰저감부는 상기 마그넷부의 하측면에 적어도 하나 이상 설치되는 스퍼터링 장치.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 챔버 내에 기판을 투입하는 단계; 및
    상기 챔버 내에 상기 기판과 대향하도록 배치되고, 타겟부 내부의 마그넷부를 고정시킨 상태에서 상기 타겟부를 회전시키면서 증착 물질을 상기 기판에 증착하는 단계;를 포함하고,
    상기 증착 물질을 상기 기판에 증착하는 단계는, 상기 마그넷부를 적어도 일단에서 상기 타겟부의 길이방향으로 가력부가 상기 마그넷부를 가력한 상태에서 이루어지는 박막 형성 방법.
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