KR102235442B1 - 스퍼터링 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
제1 타겟과 제2 타겟을 서로 마주보도록 배치하고, 기판을 상기 제1 타겟과 제2 타겟 사이의 영역과 마주하도록 배치한 상태에서, 상기 제1 타겟과 상기 제2 타겟 사이의 영역과 상기 기판 사이에 포집망을 배치하여, 상기 제1 타겟과 상기 제2 타겟 사이에 플라스마를 발생시켜 스퍼터링을 진행면서, 상기 제1 타겟과 상기 제2 타겟 사이의 영역에서 상기 기판을 향하여 진행하는 음이온 및/또는 전자를 포집하여 배출한다.
Description
본 명세서는 박막을 형성하는데 사용하는 스퍼터링 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체나 표시 장치 등을 제조하기 위하여는 여러 박막을 형성하고 패터닝하는 공정이 소요된다. 박막을 패터닝하여 미세한 패턴을 형성하기 위하여는 손상이 없는 고품질의 박막을 형성하는 것이 선행되어야 한다. 박막 형성은 박막의 재료나 박막 형성의 목적에 따라 화학 기상 증착, 원자층 증착, 스퍼터링(sputtering) 등의 다양한 방법이 있다. 이 중 스퍼터링은 진공증착법의 일종으로 비교적 낮은 에서 를 발생시켜 한 아르곤 등의 가스를 가속하여 타켓에 충돌시켜 목적의 나 분자를 분출, 그 근방에 있는 기판상에 막을 만드는 방법을 말한다.
스퍼터링을 이용하여 박막을 형성할 경우, 박막 형성을 위한 재료 뿐만 아니라 이온과 전자 등도 함께 분출되고, 이러한 이온과 전자가 기판에 충돌하여 현재 형성되고 있는 박막이나 기판에 이미 형성되어 있는 다른 박막에 손상을 가하는 문제가 있다.
일 실시예는 스퍼터링을 통한 박막 형성시 부산물로 인한 박막 손상을 방지할 수 있는 스퍼터링 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 스퍼터링 장치는 제1 타겟 장착대, 상기 제1 타겟 장착대와 소정 간격을 두고 마주보도록 배치되어 있는 제2 타겟 장착대, 상기 제1 타겟 장착대와 소정 간격을 두고 배치되어 있는 제1 대향 전극, 상기 제2 타겟 장착대와 소정 간격을 두고 배치되어 있는 제2 대향 전극, 상기 제1 타겟 장착대와 상기 제1 대향 전극 사이 및 상기 제2 타겟 장착대와 상기 제2 대향 전극 사이에 전압을 인가하는 전원부, 상기 제1 타겟 장착대와 상기 제2 타겟 장착대 사이의 영역과 마주하도록 배치되어 있는 기판 장착대, 상기 제1 타겟 장착대와 상기 제2 타겟 장착대 사이의 영역과 상기 기판 장착대 사이에 배치되어 있는 포집망을 포함한다.
상기 포집망은 전자 또는 음이온 중 적어도 하나를 포집할 수 있고, 상기 포집망은 접지되어 있을 수 있다. 상기 포집망은 전기 전도성을 가지는 재료로 이루어질 수 있고, 비유전율이 1.2 이하인 재료로 이루어질 수 있으며, 은, 구리, 납, 알루미늄, 팔라듐 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 포집망은 행렬로 이루어진 그물 모양, 거미줄 모양, 복수의 동심원선과 이들을 연결하는 방사선이 결합한 모양 중 적어도 하나의 모양을 포함할 수 있다.
상기 제1 타겟 장착대와 상기 제2 타겟 장착대는 각각 자석으로 작용하여 그 사이에 직류 자계를 형성할 수 있다.
상기 제1 타겟 장착대와 상기 제1 대향 전극 사이 및 상기 제2 타겟 장착대와 상기 제1 대향 전극 사이에는 직류, RF(Radio Frequency) 또는 펄스 형태의 전계 중 어느 하나를 인가할 수 있다.
일 실시예에 따른 막 형성 방법은 제1 타겟과 제2 타겟을 서로 마주보도록 배치하고, 기판을 상기 제1 타겟과 제2 타겟 사이의 영역과 마주하도록 배치하는 단계, 상기 제1 타겟과 상기 제2 타겟 사이에 플라스마를 발생시켜 스퍼터링을 진행하는 단계, 상기 제1 타겟과 상기 제2 타겟 사이의 영역에서 상기 기판을 향하여 진행하는 음이온과 전자 중 적어도 하나를 포집하여 배출하는 단계를 포함한다. 상기 음이온과 전자 중 적어도 하나를 포집하여 배출하는 단계는 상기 제1 타겟과 상기 제2 타겟 사이의 영역과 상기 기판 사이에 포집망을 배치하는 단계 및상기 포집망을 접지하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 포집망은 비유전율이 1.2 이하인 재료로 이루어질 수 있고, 은, 구리, 납, 알루미늄, 팔라듐 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 포집망은 행렬로 이루어진 그물 모양, 거미줄 모양, 복수의 동심원선과 이들을 연결하는 방사선이 결합한 모양 중 적어도 하나의 모양을 포함할 수 있다.
이러한 막 형성 방법을 통하여 두께가 100nm 이하인 ITO막을 형성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 플라스마 형성 영역과 기판 사이에 전자와 이온을 포집할 수 있는 포집망을 설치함으로써 제막의 균일성을 향상할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 개요도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치와 포집망을 설치하지 않은 스퍼터링 장치(비교예)에서 기판에 도달하는 전자량을 전류로써 측정한 그래프이다.
도 3은 포집망을 설치하지 않은 스퍼터링 장치(비교예)를 사용하여 다양한 조건 아래에서 형성한 여러 박막의 전도도를 측정한 그래프이다.
도 4는 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치를 사용하여 다양한 조건 아래에서 형성한 여러 박막의 전도도를 측정한 그래프이다.
도 2는 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치와 포집망을 설치하지 않은 스퍼터링 장치(비교예)에서 기판에 도달하는 전자량을 전류로써 측정한 그래프이다.
도 3은 포집망을 설치하지 않은 스퍼터링 장치(비교예)를 사용하여 다양한 조건 아래에서 형성한 여러 박막의 전도도를 측정한 그래프이다.
도 4는 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치를 사용하여 다양한 조건 아래에서 형성한 여러 박막의 전도도를 측정한 그래프이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
먼저, 도 1을 참조하여 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 개요도이다.
일 실시예에 따른 스퍼터링 장치는 기판 장착부(10), 플라스마 생성부(20) 그리고 기판 장착부(10)와 플라스마 생성부(20) 사이에 설치되어 있는 이온 및 전자 포집부(30)를 포함한다. 이러한 기판 장착부(10), 플라스마 생성부(20) 및 이온 및 전자 포집부(30)는 챔버(도시하지 않음) 내에 설치된다.
기판 장착부(10)는 기판(11)을 장착하는 기판 장착대(12)를 포함한다.
플라스마 생성부(20)는 서로 마주보며 한 쌍의 타겟(211, 221)을 각각 장착하는 한 쌍의 타겟 장착대(210, 220), 한 쌍의 타겟(211, 221) 각각과 소정의 간격을 두고 설치되어 있는 한 쌍의 대향 전극(241, 242), 타겟 장착대(210, 220)와 대향 전극(241, 242) 사이에 소정의 전압을 인가하는 전원(230)을 포함한다. 한 쌍의 타겟(211, 221)은 각각 타겟 장착대(210, 220)에 장착되어 전원(230)으로부터 소정의 전압을 인가받아 음극의 역할을 한다. 대향 전극(241, 242)은 각각 전원(230)에 연결되어 양극의 역할을 한다. 타겟 장착대(210, 220)는 각각 자석으로 작용하여 서로 마주보는 한 쌍의 타겟(211, 221) 사이에 직류 자계(H)를 형성한다. 타겟 장착대(211, 221)와 대향 전극(241, 242) 사이에 형성되는 전계는 직류, RF(Radio Frequency) 또는 펄스 형태의 전계일 수 있다. 이러한 구조의 플라스마 생성부(20)에서는 타겟(211, 221)의 표면에서 방출된 2차 전자(43)나 방전 중에 생성된 전자는 로렌쯔 힘에 의하여 한 쌍의 타겟(211, 221) 사이에 형성된 직류 자계 주위를 운동하여 한 쌍의 타겟(211, 221) 사이를 왕복하며 아르곤 등의 플라스마 생성 가스 원자와 충돌하여 플라스마 생성을 촉진한다. 이로 인해 플라스마(41)는 한 쌍의 타겟(211, 221) 사이의 영역에만 형성되고, 기판(11)은 플라스마가 형성되는 영역에서 벗어나 위치한다. 플라스마 생성 가스 원자가 전자와 충돌하여 생성된 양이온(44)은 음극 역할을 하는 타겟(211, 221)을 향해 가속되어 충돌함으로써 타겟(211, 221)의 원자나 분자(42)를 분출시킨다. 분출된 타겟(211, 221)의 원자나 분자(42)는 기판(11)에 적층되어 박막을 형성한다. 이 때, 플라스마 형성 영역에서 발생한 전자나 음이온 중의 일부가 기판(11) 쪽으로 비산하여 기판(11)에 형성되어 있는 박막에 손상을 줄 수 있다.
일 실시예에 따른 스퍼터링 장치는 한 쌍의 대향 전극(241, 242)과 타겟 장착대(210, 220)를 가지나, 대향 전극과 타겟 장착대는 복수 쌍 배치할 수도 있다. 복수 쌍의 대향 전극과 타겟 장착대를 배치하면, 박막 형성에 소요되는 시간을 줄일 수 있어서 박막의 손상도 감소한다.
일 실시예에 따른 스퍼터링 장치는 플라스마 형성 영역에서 발생한 전자나 음이온이 기판(11) 쪽으로 비산하여 기판(11)에 형성되어 있는 박막에 손상을 입히는 것을 방지하기 위하여, 이온 및 전자 포집부(30)를 플라스마 생성부(20)와 기판 장착부(10) 사이에 설치한다.
이온 및 전자 포집부(30)는 그물망 형태의 포집망(31)과 포집된 전자나 이온을 방출하는 방출선(32)을 포함한다. 방출선(32)은 전자나 음이온을 방출하기 위한 것이므로 접지되어 있을 수 있다. 포집망(31)의 형태는 행렬 모양뿐만 아니라 거미줄 모양이나 복수의 동심원선과 이들을 연결하는 방사선이 결합한 모양 등 다양한 형태를 가질 수 있다. 포집부(30)를 이루는 재료로는 전기 전도성 물질이면 어느 것이라도 채용될 수 있다. 은, 구리, 납, 알루미늄, 팔라듐 등은 전기 전도도가 우수하고 비유전율이 1.2 이하로 낮아 플라스마 형성 영역의 자계에 미치는 영향이 적으므로 포집부(30) 재료로서 우수한 특성을 가진다.
일 실시예에 따른 스퍼터링 장치를 사용하여 박막을 형성하는 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 기판 장착대(12)에 박막을 형성할 기판(11)을 장착한다. 기판의 장착은 진공 흡착을 이용하는 방법이나 다른 고정 수단을 이용하는 방법 등에 의하여 이루어진다. 타겟 장착대(210, 220)에는 타겟(211, 221)을 서로 마주보도록 장착한다. 타겟(211, 221)은 타겟 장착대(210, 220)를 통하여 전압을 인가받아야 하므로 타겟 장착대(210, 220)와 전기적으로 도통하도록 장착한다.
다음, 플라스마 생성부(20)에 전원을 공급하여 플라스마를 발생시킴으로써 스퍼터링을 진행한다. 스퍼터링을 통하여 타겟에서 분출된 원자나 분자가 기판 위에 적층된다. 이 때, 함께 발생하는 전자나 음이온 중 플라스마 생성부(20)를 벗어나서 기판(11)을 향하여 진행하는 것은 이온 및 전자 포집부(30)의 포집망(31)에 흡인되어 방출선(32)을 통하여 방출된다. 스퍼터링을 통하여 타겟에서 분출된 원자나 분자는 전기적으로 중성을 띠므로 일부를 제외하고는 포집망(31)을 통과하여 기판(11)에 도달한다.
필요한 시간만큼 스퍼터링을 진행하여 원하는 두께의 박막이 형성되면, 전원 인가를 중단하고, 기판(11)을 기판 장착대(12)로부터 탈거하여 반출한다.
일 실시예에 따른 스퍼터링 장치를 사용하여 ITO막을 형성할 경우에는 ITO막의 두께를 100nm 이하, 더 바람직하기로는 10nm 이하로 하면, 형성에 소요되는 시간을 줄일 수 있어서 손상이 적은 ITO막을 얻을 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치와 포집망을 설치하지 않은 스퍼터링 장치(비교예)에서 기판에 도달하는 전자량을 전류로써 측정한 그래프이다.
도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 스퍼터링 파워를 높일수록 기판에 도달하는 전자량이 비례하여 증가하는 것은 실시예와 비교예에서 동일하다. 그러나 비교예에 비하여 실시예가 기판에 도달하는 전자량이 항상 적음을 알 수 있다. 따라서, 이온 및 전자 포집부(30)가 음이온과 전자를 차단하는 역할을 수행함이 확인되었다.
도 3은 포집망을 설치하지 않은 스퍼터링 장치(비교예)를 사용하여 다양한 조건 아래에서 형성한 여러 박막의 전도도를 측정한 그래프이고, 도 4는 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치를 사용하여 다양한 조건 아래에서 형성한 여러 박막의 전도도를 측정한 그래프이다
먼저, 도 3을 참고하면, 비교예의 경우 -5V의 전압이 인가되었을 때, 스퍼터링 조건에 따라 전류 밀도가 1.0E-0.4에서 1.0E-06 사이에서 변화한다. 이에 비하여, 실시예의 경우에는, 도 4를 참고하면, -5V의 전압이 인가되었을 때, 스퍼터링 조건이 달라지더라도 전류 밀도가 1.0E-0.7 부근에서 비교적 작은 폭으로 변화한다. 그래프를 전체적으로 보더라도, 도 3에 비하여 도 4의 경우에 곡선들이 좁은 범위에 밀집하여 분포하는 것을 알 수 있다. 이것은 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치를 사용하여 형성한 박막은 스퍼터링 조건의 변화에 관계없이 비교적 균일한 전기적 특성을 가진다는 것을 의미한다. 이는 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치를 사용하면, 스퍼터링 공정의 마진을 넓게 가져갈 수 있다는 의미도 된다.
이상과 같이, 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치를 사용하면, 고품질의 박막을 넓은 공정 마진 아래에서 형성할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 기판 장착부 20: 플라스마 생성부
30: 이온 및 전자 포집부 11: 기판 장착대
210, 220: 타겟 장착대 241, 242: 대향 전극
230: 전원 31: 포집망
32: 방출선
30: 이온 및 전자 포집부 11: 기판 장착대
210, 220: 타겟 장착대 241, 242: 대향 전극
230: 전원 31: 포집망
32: 방출선
Claims (17)
- 제1 타겟을 장착하는 제1 타겟 장착대,
상기 제1 타겟 장착대와 플라스마 생성 영역인 제1 공간을 사이에 두고 마주보도록 배치되어 있고 제2 타겟을 장착하는 제2 타겟 장착대,
상기 제1 타겟 장착대와 제2 공간을 사이에 두고 배치되어 있는 제1 대향 전극,
상기 제2 타겟 장착대와 제3 공간을 사이에 두고 배치되어 있는 제2 대향 전극,
상기 제1 타겟 장착대와 상기 제1 대향 전극 사이 및 상기 제2 타겟 장착대와 상기 제2 대향 전극 사이에 전압을 인가하는 전원부,
상기 제1 공간과 마주하도록 배치되어 있고, 기판을 장착하는 기판 장착대,
상기 제1 공간과 상기 기판 장착대 사이에 배치되어 있는 포집망
을 포함하고,
상기 제1 타겟 장착대와 상기 제2 타겟 장착대는 각각 이들 사이에 자기장을 형성하는 자석의 역할을 하고,
상기 제1 대향 전극과 상기 제2 대향 전극은 제1 방향으로 배열되어 서로 대향하고 있고, 상기 기판은 상기 제1 방향과 나란하게 상기 기판 장착대에 장착되어 있으며,
플라스마 생성 기체 원자와 전자의 충돌에 의하여 생성된 양이온은 상기 제1 방향으로 가속되어 상기 제1 타겟 또는 상기 제2 타겟에 충돌하여 상기 제1 타겟과 상기 제2 타겟 중 적어도 하나에서 원자 또는 분자를 방출하고,
상기 포집망은 접지되어 있으며, 비유전율이 1.2 이하인 재료를 포함하고, 전도성을 가지며,
상기 포집망은 상기 플라스마 생성 영역에서 산란되어 상기 제1 공간에서 상기 기판을 향하여 진행하는 음이온 또는 전자 중 적어도 하나를 포집하고, 상기 원자 또는 분자 중 적어도 하나를 통과시키는 박막 형성용 스퍼터링 장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에서,
상기 포집망은 은, 구리, 납, 알루미늄, 팔라듐 중 적어도 하나를 포함하는 박막 형성용 스퍼터링 장치. - 삭제
- 삭제
- 제1항에서,
상기 포집망은 행렬로 이루어진 그물 모양, 거미줄 모양, 복수의 동심원선과 이들을 연결하는 방사선이 결합한 모양 중 적어도 하나의 모양을 포함하는 박막 형성용 스퍼터링 장치. - 제1항에서,
상기 제1 타겟 장착대와 상기 제2 타겟 장착대는 각각 자석으로 작용하여 상기 제1 타겟 장착대와 상기 제2 타겟 장착대 사이에 직류 전원에 의한 자계를 형성하는 박막 형성용 스퍼터링 장치. - 제1항에서,
상기 제1 타겟 장착대와 상기 제1 대향 전극 사이 및 상기 제2 타겟 장착대와 상기 제2 대향 전극 사이에는 직류, RF(Radio Frequency) 또는 펄스 형태의 전계 중 어느 하나를 인가하는 박막 형성용 스퍼터링 장치. - 제1 타겟을 제1 타겟 장착대에 장착하고 제2 타겟을 제2 타겟 장착대에 장착하여, 제1 타겟과 제2 타겟을 플라스마가 생성되는 제1 공간을 사이에 두고 서로 마주보도록 배치하는 단계,
기판을 상기 제1 공간과 마주하도록 기판 장착대에 장착하는 단계,
상기 제1 공간에 플라스마를 발생시켜 상기 기판 위에 스퍼터링을 진행하는 단계,
비유전율이 1.2 이하이고 전도성을 가지는 재료를 포함하는 포집망을 상기 제1 공간과 상기 기판 사이에 배치하는 단계,
상기 포집망을 접지하는 단계,
상기 포집망을 사용하여 상기 플라스마 생성시 상기 제1 공간에서 산란되어 상기 기판을 향하여 진행하는 음이온과 전자 중 적어도 하나를 포집하여 배출하는 단계,
상기 제1 타겟과 상기 제2 타겟에서 방출되는 원자와 분자 중 적어도 하나가 상기 포집망을 통과하는 단계
를 포함하고,
상기 제1 타겟 장착대와 상기 제2 타겟 장착대는 각각 이들 사이에 자기장을 형성하는 자석의 역할을 하며,
상기 제1 타겟 장착대에는 제1 전극이 연결되고, 상기 제2 타겟 장착대에는 제2 전극이 연결되어 있으며,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 제1 방향으로 배열되어 서로 대향하고 있고, 상기 기판은 상기 제1 방향과 나란하게 상기 기판 장착대에 장착되어 있으며,
상기 플라스마를 생성하는 기체 원자 또는 전자의 충돌에 의하여 양이온이 발생하고, 상기 양이온은 제1 방향을 따라 가속되어 상기 제1 타겟 또는 상기 제2 타겟과 충돌하여 상기 원자 또는 분자를 방출하는 박막 형성 방법. - 삭제
- 삭제
- 제12항에서,
상기 포집망은 은, 구리, 납, 알루미늄, 팔라듐 중 적어도 하나를 포함하는 박막 형성 방법. - 제15항에서,
상기 포집망은 행렬로 이루어진 그물 모양, 거미줄 모양, 복수의 동심원선과 이들을 연결하는 방사선이 결합한 모양 중 적어도 하나의 모양을 포함하는 박막 형성 방법. - 제12항에서,
상기 기판 장착대에 장착하는 단계, 상기 스퍼터링을 진행하는 단계, 상기 포집하여 배출하는 단계를 통해 두께가 100nm 이하인 ITO막을 형성하는 박막 형성 방법.
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