KR102253877B1 - 스퍼터링 장치 - Google Patents

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양수경
타카유키 후카사와
정창오
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

스퍼터링 장치가 제공된다. 스퍼터링 장치는 스퍼터링 챔버, 스퍼터링 챔버의 상부에 배치된 타겟, 스퍼터링 챔버의 하부에서 타겟에 대향하여 배치된 기판 지지대, 타겟 및 기판 지지대 사이에 배치되고, 스퍼터링 챔버의 내부를 상부 영역 및 하부 영역으로 분할하는 분리판, 상부 영역에 형성되고, 가스를 스퍼터링 챔버 내로 도입하는 유입구, 및 하부 영역에 형성되고, 도입된 가스를 반응 챔버 외부로 배출하는 배출구를 포함하되, 분리판은 복수의 슬릿을 포함한다.

Description

스퍼터링 장치 {Sputtering apparatus}
본 발명은 박막 형성 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 스퍼터링 장치에 관한 것이다.
디스플레이 장치나 반도체 장치의 박막 제조 공정에 스퍼터링 장치가 사용된다. 스퍼터링 장치는 증착될 금속으로 이루어지는 타겟을 포함한다.
챔버 내부에는 플라즈마 분위기 하에서, 이온화된 가스가 타겟을 두드리고, 증착 금속은 이온화된 가스의 충격 에너지에 의해 비산되어 증착 대상의 기판 상에 적층되어 박막을 형성한다.
스퍼터링 장치의 성막 속도, 박막의 균일성, 물성이 취약한 기판의 적용 가능성 등에 관련된 스퍼터링 장치의 전반적인 성능을 개선을 위한 다양한 시도가 있었다.
그러나, 스퍼터링 장치의 공간 효율성을 확보하기 위하여, 스퍼터링 챔버를 비롯한 전반벅인 스퍼터링 장치의 크기를 줄일 때에, 플라즈마 형성 영역과 기판과의 거리가 짧을 수 있고, 이에 따라, 플라즈마에 의해 유발되는 전자가 기판 또는 기판 상의 증착 박막에 데미지를 줄 수 있다. 또한, 스퍼터링 장치의 증착 속도를 개선하기 위하여, 플라즈마 형성 에너지를 증가시키는 경우, 앞서와 마찬가지로, 플라즈마에 유발되는 전자가 기판 또는 기판 상의 증착 박막에 데미지를 줄 수 있다. 또한, 예를 들어, 플라스틱과 같은 열 내성 또는 녹는점이 낮은 기판에 박막을 형성하는 경우, 플라즈마에서 발생된 에너지가 기판 또는 기판 상의 박막에 데미지를 줄 수 있으며, 이는 기판의 손상을 야기할 수 있다.
이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 기판 및 기판 상의 박막의 데미지를 저감시킨 스퍼터링 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치는 스퍼터링 챔버; 상기 스퍼터링 챔버의 상부에 배치된 타겟; 상기 스퍼터링 챔버의 하부에서 상기 타겟에 대향하여 배치된 기판 지지대; 상기 타겟 및 상기 기판 지지대 사이에 배치되고, 상기 스퍼터링 챔버의 내부를 상부 영역 및 하부 영역으로 분할하는 분리판; 상기 상부 영역에 형성되고, 가스를 상기 스퍼터링 챔버 내로 도입하는 유입구; 및 상기 하부 영역에 형성되고, 도입된 가스를 상기 반응 챔버 외부로 배출하는 배출구를 포함하되, 상기 분리판은 복수의 슬릿을 포함한다.
또한, 상기 스퍼터링 챔버에 배치되는 스퍼터링 건을 더 포함하되, 상기 스퍼터링 건은 백 플레이트 및 자기력 소스를 포함하고, 상기 타겟은 상기 백 플레이트 상에 배치되고, 상기 백 플레이트를 통해 상기 타겟에 직류 전압 또는 고주파 전압이 인가될 수 있다.
한편, 상기 분리판은 접지원, 직류 전압원 및 교류 전압원 중 하나에 연결될 수 있다.
또한, 상기 분리판은 임피던스 매칭 박스를 경유하여 고주파 교류 전압원에 연결될 수 있다.
또한, 상기 복수의 슬릿은 일 방향으로 나란하게 연장될 수 있다.
또한, 각각의 복수의 슬릿의 폭은 제1 길이이고, 각각의 복수의 슬릿 사이의 거리는 제2 길이이고, 상기 제2 길이는 상기 제1 길이 보다 길 수 있다.
또한, 상기 분리판의 두께는 제3 길이이고, 상기 제3 길이는 상기 제1 길이 보다 길 수 있다.
또한, 상기 분리판의 적어도 일부는 복수의 삼각 기둥이 나란하게 배열될 수 있다.
또한, 상기 복수의 슬릿은, 슬릿의 길이 방향 및 분리판의 평면에 수직한 단면이 상기 상부 영역을 향하는 장변 및 상기 하부 영역을 향하는 단변을 가지는 사다리꼴이고, 상기 복수의 슬릿이 상기 상부 영역에 접하는 단면적이 상기 복수의 슬릿이 상기 하부 영역에 접하는 단면적 보다 작을 수 있다.
또한, 상기 복수의 슬릿의 적어도 일부는 복수의 원기둥이 나란히 배열된 형상일 수 있다.
또한, 상기 복수의 슬릿은, 상기 상부 영역에 접하는 단면적과 상기 하부 영역에 접하는 단면적이 동일할 수 있고, 분리판의 두께 방향으로 단면적이 감소하다가 증가할 수 있다.
또한, 상기 복수의 슬릿의 적어도 일부는 마름모 기둥이 나란히 배열된 형상일 수 있다.
또한, 상기 복수의 슬릿은, 상기 상부 영역에 접하는 단면적과 상기 하부 영역에 접하는 단면적이 동일할 수 있고, 분리판의 두께 방향으로 단면적이 감소하다가 증가할 수 있다.
또한, 상기 복수의 슬릿은 제4 길이로 이격된 적어도 두 슬릿 및 제5 길이로 이격된 적어도 두 슬릿을 포함하고, 상기 제4 길이는 상기 제5 길이와 보다 작을 수 있다.
또한, 상기 제4 길이로 이격된 두 슬릿은 상기 제5 길이로 이격된 두 슬릿에 비하여 상기 분리판의 평면 상의 중앙에 더 가깝게 배치될 수 있다.
또한, 상기 복수의 슬릿의 적어도 하나의 슬릿의 폭은 제6 길이이고, 상기 복수의 슬릿의 적어도 다른 하나의 슬릿의 폭은 제7 길이이고, 상기 제6 길이는 상기 제7 길이 보다 클 수 있다.
또한, 상기 제6 길이의 폭을 가지는 슬릿은 상기 제7 길이의 폭을 가지는 슬릿에 비하여 상기 분리판의 평면 상의 중앙에 더 가깝게 배치될 수 있다.
또한, 상기 가스는 아르곤 가스일 수 있다.
또한, 상기 유입구는 질량 유량 조절계에 연결될 수 있다.
또한, 상기 유출구는 진공 펌프에 연결될 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과 있다.
즉, 스퍼터링 장치 내의 기판 또는 기판 상의 박막에 데미지가 저감된다.
또한, 기판 또는 기판 상의 박막의 데미지를 저감시킴으로써, 플라즈마 생성 에너지를 증가하여 증착 속도를 향상시킬 수 있고, 스퍼터링 장치의 사이즈를 줄여 공간 효율을 높일 수 있으며, 플라스틱과 같은 열 내성이 작은 물질을 기판으로 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 스퍼터링 챔버 내부의 가스의 유동을 모식적으로 도시한 예시도이다.
도 3은 스퍼터링 챔버 내부의 가스의 유동 및 가스의 유동에 의한 스퍼터링 물질(SP)의 운송을 모식적으로 도시한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리판의 예시적인 상면도이다.
도 5는 도 4의 V-V'선을 따라 분리판을 절개한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 분리판의 예시적인 단면도이다.
도 7은 도 5에 도시된 실시예 및 도 6에 도시된 실시예를 함께 도시한 예시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 분리판의 예시적인 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분리판의 예시적인 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분리판의 예시적인 상면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분리판의 예시적인 상면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 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.
본 명세서에서, 동일한 식별 부호는 실질적으로 동일한 구성을 지칭한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치(10)는, 스퍼터링 챔버(400), 기판(110) 지지대(100), 타겟(TG), 스퍼터링 건(300) 및 분리판(200)을 포함한다.
스퍼터링 챔버(400)는 외부 조건과 무관하게 내부의 압력, 온도, 가스 분위기 등을 조절할 수 있는 밀폐된 공간을 제공할 수 있다. 스퍼터링 챔버(400)는 유입구(420) 및 유출구(410)를 포함하며, 유입구(420)를 통하여 내부 가스의 종류 및 밀도를 조절할 수 있고, 유출구(410)를 통하여 챔버 내부로 도입된 가스를 배출할 수 있다.
유입구(420)를 통해 스퍼터링 챔버(400)로 불활성 가스, 예를 들어, 아르곤 가스가 도입될 수 있고, 필요에 따라, 반응 가스가 함께 도입될 수 있다. 유입구(420)는 도입되는 불활성 가스의 질량을 조절하거나, 도입되는 불활성 가스와 반응 가스의 질량 비를 조절하기 위하여 질량 유량 조절계(미도시)에 연결될 수 있다.
스퍼터링 챔버(400)는 내부의 플라즈마 형성을 용이하게 하기 위하여, 진공 또는 진공에 가까운 압력, 예를 들어, 1Pa의 압력 분위기를 갖도록 조절될 수 있다. 이에, 유출구(410)는 스퍼터링 챔버(400) 내부를 진공에 가깝게 유지하기 위한 진공 펌프(미도시)에 연결될 수 있다.
스퍼터링 챔버(400)의 상부에 타겟(TG) 및 스퍼터링 건(300)이 배치된다.
본 명세서에서, "스퍼터링 챔버(400)의 상부"는 스퍼터링 챔버(400) 내부의 일측부를 의미하며, 이에 대향하는 스퍼터링 챔버(400) 내부의 타측부에 해당하는 "스퍼터링 챔버(400)의 하부"와 구별하기 위한 용어로 사용되었다. 즉, 본 명세서에서 "상부" 및 "하부"의 표현은 서로 상대적인 위치를 표현하기 위해 사용된 것이며, 중력 방향을 기준으로 상, 하를 구별하는 것이 아니다.
스퍼터링 건(300)은 스퍼터링 챔버(400)의 상부에 배치되며, 백 플레이트(330), 자기력 소스(310) 및 전압 소스(320)를 포함한다.
백 플레이트(330)는 스퍼터링 챔버(400)의 상부벽의 일부로서 형성되거나, 스퍼터링 챔버(400)의 내부에서 스퍼터링 챔버(400)의 상부벽에 인접하게 형성될 수 있다. 스퍼터링 챔버(400)를 향하는 백 플레이트(330)의 일면 상에 타겟(TG)이 배치될 수 있고, 타겟(TG)이 형성된 백 플레이트(330)의 일면에 대한 반대면인 타면에 자기력 소스(310)가 배치될 수 있다. 백 플레이트(330)는 도전체, 예를 들어, 구리 또는 그 합금으로 이루어질 수 있다.
전압 소스(320)는 백 플레이트(330)로 직류 전압 또는 교류 전압을 제공할 수 있다. 직류 전압으로는 고압의 음전압을 제공할 수 있고, 교류 전압으로는 고주파 고전력 전압을 제공할 수 있다. 고주파 전압은, 예를 들어, 13.6Mhz의 주파수를 갖는 전압일 수 있다.
자기력 소스(310)는 스퍼터링 챔버(400) 내부의 타겟(TG) 주위에 자기장을 형성할 수 있으며, 자기장을 통해 플라즈마 발생 영역의 전자의 움직임을 조절하여, 플라즈마 발생을 촉진하는 역할을 할 수 있다.
본 명세서에서, 자기력 소스(310)는 고정된 영구 자석을 사용한 것으로 도시되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 자기력 소스(310)는, 영구 자석이 위치가 필요에 따라 움직일 수 있으며, 또는 전자석을 사용할 수도 있다.
타겟(TG)은 챔버 내부에서 백 플레이트(330) 상에 배치된다.
기판(110) 상에 증착하고자 하는 박막에 상응하는 물질이며, 도체 또는 부도체 일 수 있다.
타겟(TG)은 백 플레이트(330)를 통해 전압 소스(320)로부터 직접 전압이 인가될 수 있으며, 타겟(TG)에는 음의 직류 전압 또는 고주파 전압이 인가될 수 있고, 타겟(TG)은 플라즈마에 대하여 음극으로 작용할 수 있다.
스퍼터링 챔버(400)의 하부에는 기판(110) 지지대(100)가 배치된다.
기판(110)은 기판(110) 지지대(100)의 상면에 배치되며, 도시되지 않았으나, 기판(110) 지지대(100)는 기판(110)을 정위치에 고정하기 위한 지지 수단, 예를 들어, 전기력을 이용하여 기판(110)을 잡아주거나, 공기 압력을 이용하여 기판(110)을 잡아주는 수단을 포함할 수 있다.
또한, 기판(110)지지대는 스퍼터링 챔버(400) 내부에서 기판(110)의 위치를 조정할 수 있도록, 상하 좌우 이동 및 회전 이동이 가능할 수 있으며, 기판(110)의 온도조절을 위한 냉각 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치(10)에서, 기판(110)은 박막 형성의 대상이 되며, 유리, 플라스틱, 금속 및 세라믹 등 일수 있으며, 그 물질의 종류가 제한되는 것은 아니다.
분리판(200)은 타겟(TG) 및 기판(110) 지지대(100) 사이에 배치되고, 스퍼터링 챔버(400)의 내부를 상부 영역(S1) 및 하부 영역(S2)으로 분할할 수 있다. 스퍼터링 챔버(400)의 유입구(420)는 상부 영역(S1)에 배치되고 유출구(410)는 하부 영역(S2)에 배치된다.
분리판(200)은 복수의 슬릿(210)을 포함하며, 복수의 슬릿(210)을 통하여 상부 영역(S1)과 하부 영역(S2)은 유체 소통될 수 있다. 스퍼터링 공정 중, 상부 영역(S1)의 유입구(420)에서 유입되는 가스는 분리판(200)의 복수의 슬릿(210)을 통하여 하부 영역(S2)의 유출구(410)로 유동될 수 있다. 도시되지 않았으나, 분리판(200)은 접지원, 직류 전압원 또는 교류 전압원에 연결될 수 있고, 임피던스 매칭 박스에 연결되어, 타겟(TG)에 연결되는 고주판 전압원에 반대 위상을 갖는 고주파 전압이 인가될 수 있다.
유입구(420)를 통하여, 아르곤 가스가 유입될 수 있다. 음극으로 작용하는 타겟(TG) 및 다른 양극 사이, 예를 들어, 기판(110) 지지대(100) 또는 분리판(200) 사이의 높은 전압 차이는 챔버 내부의 방전을 유발할 수 있고, 아르곤 가스를 플라즈마 상태로 여기시킬 수 있다.
양 이온으로 여기된 아르곤 가스는 음극으로 작용하는 타겟(TG) 또는 백 플레이트(330)를 향하여 가속될 수 있고, 타겟(TG)을 지속적으로 두드려 타겟(TG)의 물질을 원자 또는 이온 상태로 비산시킬 수 있다. 비산된 타겟(TG) 물질은 스퍼터링 물질(SP)로서 확산되어 기판(110)에 증착될 수 있다.
분리판(200)은 스퍼터링 챔버(400) 내부의 기판(110) 지지대(100)와 타겟(TG) 사이에 형성되므로, 플라즈마 상태의 아르곤 양이온 및 자유 전자가 상부 영역(S1)으로부터 하부 영역(S2)으로 전달되는 것을 제한할 수 있다.
타겟(TG)으로부터 비산된 스퍼터링 물질(SP)은 유입구(420)를 통하여 도입되는 가스에 혼합되어 감속되며, 복수의 슬릿(210)을 통하여 상부 영역(S1)에서 하부 영역(S2)으로 유동하는 도입 가스에 의해 상부 영역(S1)으로 하부 영역(S2)으로 운송될 수 있다. 가스의 유동에 의해 운송되는 스퍼터링 물질(SP)은 하부 영역(S2)에서 확산될 수 있고, 기판(110) 상에 증착되어 박막을 형성할 수 있다.
이어서, 도 2 및 도 3을 참조하여, 스퍼터링 챔버(400) 내부의 가스 유동 및 가스 유동에 따른 스퍼터링 물질(SP)의 운송을 더 상세히 설명한다.
도 2는 스퍼터링 챔버 내부의 가스의 유동을 모식적으로 도시한 예시도이다. 도 3은 스퍼터링 챔버 내부의 가스의 유동 및 가스의 유동에 의한 스퍼터링 물질(SP)의 운송을 모식적으로 도시한 예시도이다.
도 2를 참조하면, 분리판(200)은 스퍼터링 챔버(400)를 상부 영역(S1) 및 하부 영역(S2)으로 분리한다. 분리판(200)의 복수의 슬릿(210)에 의해 상부 영역(S1)과 하부 영역(S2)은 유체 소통될 수 있다. 스퍼터링 챔버(400)의 상부 영역(S1)의 측벽에 배치된 유입구(420)를 통하여, 가스, 예를 들어, 아르곤 가스가 유입될 수 있다. 유입되는 가스는 스퍼터링 챔버(400)의 상부 영역(S1)의 측벽으로부터 스퍼터링 챔버(400)의 상부 영역(S1)의 중앙을 향해 나아가도록 유동할 수 있다. 스퍼터링 챔버(400)의 하부 영역(S2)의 측벽에 배치된 유출구(410)를 통하여, 챔버 내부의 가스는 배출될 수 있다. 유입구(420)로부터의 가스 유입 및 유출구(410)로로부터의 가스 유출은 상부 영역(S1)과 하부 영역(S2) 사이의 압력 차를 유발하고, 이는 상부 영역(S1)과 하부 영역(S2)을 유체 소통하는 복수의 슬릿(210)을 통하여 가스의 유동을 형성한다.
유입구(420)로 유입되는 가스의 양 또는 압력, 유출구(410)로 배출되는 가스의 양 또는 압력을 조절할 수 있고, 분리판(200)의 총 면적에 대한 복수의 슬릿(210)의 면적으로 조절함으로 써, 복수의 슬릿(210)을 통과하는 가스의 유동 량 및 가스의 속도를 조절할 수 있다.
이어서, 도 3을 참조하면, 타겟(TG) 및 백 플레이트(330) 인근에는 자기력 소스(310)에 의해 자기장(MF)이 형성된다. 챔버 내부의 방전은 유입된 불활성 기체, 예를 들어, 아르곤 가스를 아르곤 양이온과 전자로 여기시킬 수 있다. 자기력 소스(310)에 의해 형성되는 자기장은 방출된 전자의 나선형 운동을 유발할 수 있고, 전자와 아르곤 가스와의 충돌 빈도수를 증가시켜 플라즈마의 에너지 밀도를 증가시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 자기력 소스(310)가 플라즈마의 에너지 밀도를 증가시키는 마그네트론 스퍼터링 장치(10)를 예시하고 있다. 이는 고에너지 플라즈마를 형성하는 스퍼터링 장치(10)를 예시한 것에 불과하며, 본 발명에 따른 스퍼터링 장치(10)는 마그네트론 스퍼터링 장치(10)로 한정되는 것은 아니다.
증가된 플라즈마 에너지는 더 많은 전자를 외부로 방출시킬 수 있고, 특히, 음극으로 작용하는 타겟(TG)의 반대 방향에 배치되는 기판(110) 지지부를 향하여 다수의 전자를 가속시킬 수 있다. 가속된 전자 및 여기된 일부 아르곤 양이온은 기판(110) 지지부 및 기판(110) 지지부 상의 박막에 충돌하여 에너지를 전달할 수 있고, 기판(110)에 열적 데미지를 미칠 수 있다.
특히, 가요성 플라스틱과 같은 열 내성 또는 녹는점이 낮은 물질이 기판(110)으로 사용되는 경우, 이는 한계 이상의 데미지로 작용될 수 있다.
분리판(200)은 스퍼터링 챔버(400)의 상부 영역(S1)에서 형성되는 플라즈마 에너지가 기판(110)으로 전달되는 것을 차단할 수 있고, 분리판(200)의 복수의 슬릿(210)은 선택적으로 스퍼터링 물질(SP)을 통과시키는 통로의 역할을 수행할 수 있다.
분리판(200)에는 양의 고전압원, 음의 고전압원, 교류 전압원 또는 고주파 전압원에 연결될 수 있으며, 분리판(200) 주위에 전기력을 작용할 수 있다.
전기력은 플라즈마 방전에 의해 발생되는 전자에 척력 또는 인력을 작용할 수 있으며, 이로써 전자가 분리판(200)의 슬릿을 통과하여 하부 영역(S2)으로 전달되는 것을 차단하거나, 적어도 전자가 하부 영역(S2)의 기판(110)을 향하여 실질적으로 수직으로 입사하는 것을 틸팅시켜 기판(110)으로 전달되는 에너지를 감소시킬 수 있다.
반면에, 스퍼터링 물질(SP)은 일반적으로 전기적으로 중성이므로 분리판(200)의 전기장에 의한 영향을 덜 받을 수 있으며, 스퍼터링 물질(SP)이 양이온 또는 음이온이더라도, 전자에 비해 질량이 크므로, 분리판(200)에 인가되는 전압을 조절함으로써, 분리판(200)의 전기장에 의한 영향을 줄일 수 있으며, 복수의 슬릿(210)을 통과하는 가스 유동에 의해 상부 영역(S1)으로부터 하부 영역(S2)으로 운송될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리판의 예시적인 상면도이다.
도 5는 도 4의 V-V'선을 따라 분리판을 절개한 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 분리판(200)은 일 방향으로 나란하게 연장되는 복수의 슬릿(210)을 포함할 수 있다. 각각의 복수의 슬릿(210)의 폭은 제1 길이(t1)로 동일할 수 있고, 각각의 복수의 슬릿(210) 사이의 간격은 제2 길이(t2)로 동일할 수 있다. 분리판(200)의 두께는 제3 길이(t3)일 수 있다.
복수의 슬릿(210)의 폭, 즉, 제1 길이(t1)은 복수의 슬릿(210) 사이의 간격, 즉, 제2 길이(t2)보다 작을 수 있고, 예를 들어, 제1 길이(t1)은 0.1mm 이고, 제2 길이는 5mm일 수 있다. 또한, 분리판(200)의 두께, 즉, 제3 길이(t3)는 5mm일 수 있다.
그러나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 제1 길이(t1) 대 제2 길이(t2)의 비는, 분리판(200)의 본체와 복수의 슬릿(210)의 면적비에 대응될 수 있고 복수의 슬릿(210)을 통과하는 가스의 유동 플라즈마의 밀도 등을 고려하여 필요에 따라 조절될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 분리판의 예시적인 단면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 분리판(200_1)의 적어도 일부는 복수의 삼각 기둥(220_1)이 나란히 배열된 형상일 수 있고, 이에 상응하여, 분리판(200_1)의 복수의 슬릿(210_1)은, 슬릿의 단면을 기준으로 장변이 상부 영역(S1)을 향하고 단변이 하부 영역(S2)을 향하는 사다리꼴 기둥 형상일 수 있다. 복수의 슬릿(210_1)은 상부 영역(S1)에 접하는 단면적이 하부 영역(S2)에 인접하는 단면적보다 클 수 있다. 복수의 슬릿(210_1)의 단면의 장변은 제3 길이(t3)일 수 있고, 단변은 제1 길이(t1)일 수 있고, 제3 길이(t3)는 5mm이고 제1 길이(t1)은 0.1mm일 수 있다.
분리판(200_1)의 복수의 슬릿(210_1)을 통과하는 가스의 유동이 평형 상태에 도달할 때, 복수의 슬릿(210_1)을 향하여 유입되는 가스의 총 양과 복수의 슬릿(210_1)을 통과하여 하부 영역(S2)으로 도입된 가스의 총 양은 동일할 수 있다. 이에 따라, 도 6의 제1 영역(A1), 제2 영역(A2) 및 제3 영역(A3)의 부피는 동일할 수 있다. 복수의 슬릿(210_1)을 통과하는 가스의 유동 방향에 수직한 제2 영역의 단면적은 제1 영역에 비하여 작을 수 있고, 제2 영역의 가스의 속도가 제1 영역에 비하여 빠를 수 있다. 가스의 속도는 복수의 슬릿(210_1)의 단면의 단변을 지날 때, 최대로 증가할 수 있으며, 복수의 슬릿(210_1)을 통과하는 가스 유동의 속도는, 복수의 슬릿(210_1)으로 유입되는 가스의 속도가 v1일 때, v1?(t3/t1)일 수 있다.
이에 따라, 복수의 슬릿(210_1)을 통과하는 가스의 유동은 유입구(420)에 의해 상부 영역(S1)으로 도입되는 가스의 속도보다 충분히 더 크게 형성될 수 있다. 스퍼터링 물질(SP)은 확산 또는 가스의 유동에 의해 복수의 슬릿(210_1) 내부로 운송될 수 있고, 사다리꼴 단면을 갖는 복수의 슬릿(210_1) 내부에서 가스의 유동은 스퍼터링 물질(SP)의 운송에 필요한 충분한 속도로 증가될 수 있다.
도 7은 도 5에 도시된 실시예 및 도 6에 도시된 실시예를 함께 도시한 예시도이다.
도 7을 참조하면, 좌측의 사각 형상의 단면을 갖는 복수의 슬릿에서, 상부 영역(S1)에 인접한 제4 영역(A4) 및 하부 영역(S2)에 인접한 제5 영역(A5)의 부피는 동일하고, 슬릿 내부로 도입된 가스와 슬릿에서 유출되는 가스의 유동 속도는 같을 수 있다. 상부 영역(S1)에 인접한 슬릿의 입구에서, 분리판(200)과 슬릿의 경계를 이루는 에지부가 유입되는 가스 유동을 방해할 수 있고, 와류 또는 난류를 유발할 수 있다. 이는, 스퍼터링 물질(SP)이 에지 주위에 체류되는 시간 및 빈도를 증가시킬 수 있고, 충분한 운송력을 제공받지 못한 스퍼터링 물질(SP)은 분리판의 에지부에 증착될 수 있다. 장시간의 스퍼터링에 의해, 분리판과 복수의 슬릿(210) 사이의 경계 에지부는 상당량의 스퍼터링 물질(SP)이 증착될 수 있고, 스퍼터링 물질(SP)의 적절한 운송을 저해할 수 있다.
도 7의 우측의 사다리꼴 단면 형상을 갖는 복수의 슬릿에서, 통제된 가스의 유동 속도에서, 복수의 슬릿을 통과하는 가스의 유동은 층류일 수 있으며, 복수의 슬릿을 지나는 가스 유동의 유선을 따라 스퍼터링 물질(SP)을 운송할 수 있고, 스퍼터링 물질(SP)이 분리판에 적층되는 것을 줄일 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 분리판의 예시적인 단면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 분리판(200_2)의 적어도 일부는 복수의 원기둥(220_2)이 나란히 배열된 형상일 수 있고, 이에 상응하여, 분리판(200_2)의 복수의 슬릿(210_2)은, 슬릿의 단면을 기준으로 상부 영역(S1)에 인접하는 단면적과 하부 영역(S2)에 인접하는 단면적이 동일할 수 있고, 복수의 슬릿(210_2)의 내부를 향하여 단면적이 감소하는 형상일 수 있다. 즉, 복수의 슬릿(210_2)은 분리판(200_2)의 두께 방향으로 단면적이 감소하다가 다시 증가할 수 있다.
복수의 슬릿(210_2)은 단면적이 최소가 되는 지점에서 제1 길이(t1)의 폭을 가질 수 있고, 원기둥 형상의 분리판(200_2)의 일부의 폭은 제2 길이(t2)일 수 있고, 제1 길이(t1)은 0.1 mm 이고, 제2 길이(t2)는 5mm일 수 있다.
도 8에 도시된 실시예는 도 6에 도시된 실시예와 다른 구조를 갖는 분리판(200_2)에 관한 것이나, 기능 및 작용 효과에 있어 가스의 유동 속도를 증가시키고, 난류를 저감시키는 공통점이 있다. 이에 반복적인 설명은 생략한다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분리판의 예시적인 단면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 분리판(200_3)의 적어도 일부는 마름모 기둥(220_3)이 나란히 배열된 형상일 수 있고, 이에 상응하여, 분리판(200_3)의 복수의 슬릿(210_3)은, 슬릿의 단면을 기준으로 상부 영역(S1)에 인접하는 단면적과 하부 영역(S2)에 인접하는 단면적이 동일할 수 있고, 복수의 슬릿(210_3)의 내부를 향하여 단면적이 감소하는 형상일 수 있다. 즉, 분리판(200_3)의 두께 방향으로 복수의 슬릿(210_3)의 단면적은 감소하다가 다시 증가할 수 있다.
복수의 슬릿(210_3)은 단면적이 최소가 되는 지점에서 제1 길이(t1)의 폭을 가질 수 있고, 마름모 기둥 형상의 분리판(200_3)의 일부의 폭은 제2 길이(t2)일 수 있고, 두깨는 제3 길이(t3)일 수 있다. 제1 길이(t1)은 0.1 mm 이고, 제2 길이(t2) 및 제3 길이(t3)는 5mm일 수 있다.
도 9에 도시된 실시예는 도 6에 도시된 실시예와 다른 구조를 갖는 분리판(200_3)에 관한 것이나, 기능 및 작용 효과에 있어, 가스의 유동 속도를 증가시키고, 난류를 저감시키는 공통점이 있다. 이에 반복적인 설명은 생략한다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분리판의 예시적인 상면도이다.
도 10을 참조하면, 분리판(200_4)은 일 방향으로 나란하게 연장되는 복수의 슬릿(210)을 포함할 수 있다. 복수의 슬릿(210)의 폭은 제1 길이(t1)로 동일할 수 있고, 각각의 복수의 슬릿(210) 사이의 간격은 다를 수 있다. 분리판(200_4)의 가장 자리 영역에서 복수의 슬릿(210) 사이의 간격은 제4 길이(t4)이고, 분리판(200_4)의 중앙 영역에서 복수의 슬릿(210) 사이의 간격은 제5 길이(t5)이고, 제5 길이는 제4 길이보다 작을 수 있다.
분리판(200_4)의 중앙 영역에서의 복수의 슬릿(210) 사이의 간격을 분리판(200_4)의 가장 장리 영역에서의 복수의 슬릿(210) 사이의 간격 보다 작게 함으로써, 분리판(200_4)의 중앙 영역의 복수의 슬릿(210)이 분리판(200_4)의 가장자리 영역의 복수의 슬릿(210) 보다 큰 면적비를 가질 수 있고, 분리판(200_4)을 통과하는 가스 유동이 분리판(200_4)의 가장자리보다 분리판(200_4)의 중앙 영역을 통하여 더 많이 유동하도록 경향성을 부여할 수 있다.
즉, 상대적으로 기판(110) 및 타겟(TG)에 가까운 분리판(200)의 중앙 영역에 더 근접한 분리판(200_4)의 중앙 영역에 더 많은 가스가 유동하도록 조절할 수 있다.
그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 도시된 실시예와 달리, 분리판(200_4)의 가장 자리 영역의 복수의 슬릿(210)이 분리판(200_4)의 중앙 영역의 복수의 슬릿(210)에 비하여 더 큰 면적비를 갖도록, 분리판(200_4)의 가장 자리 영역의 복수의 슬릿(210) 사이의 간격이 분리판(200_4)의 중앙 영역의 복수의 슬릿(210) 사이의 간격보다 클 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분리판의 예시적인 상면도이다.
도 11을 참조하면, 분리판(200_5)은 일 방향으로 나란하게 연장되는 복수의 슬릿(214, 216)을 포함할 수 있다. 도 11에 도시된 실시예에서, 각각의 복수의 슬릿(210)의 폭은 다를 수 있다. 분리판(200_5)의 가장 자리 영역에서 복수의 슬릿(214)의 폭은 제6 길이(t6)이고 분리판(200_5)의 중앙 영역에서 복수의 슬릿(216)의 폭은 제7 길이(t7)이고, 제7 길이(t7)은 제6 길이(t6)보다 클 수 있다.
분리판(200_5)의 중앙 영역에서의 복수의 슬릿(216)의 폭을 분리판(200_5)의 가장 장리 영역에서의 복수의 슬릿(214)의 폭 보다 크게 함으로써, 분리판(200_5)의 중앙 영역의 복수의 슬릿(216)이 분리판(200_5)의 가장자리 영역의 복수의 슬릿(214) 보다 큰 면적비를 가질 수 있고, 분리판(200_5)을 통과하는 가스 유동이 분리판(200_5)의 가장자리보다 분리판(200_5)의 중앙 영역을 통하여 더 많이 유동하도록 경향성을 부여할 수 있다.
즉, 상대적으로 기판(110) 및 타겟(TG)에 가까운 분리판(200_5)의 중앙 영역에 더 근접한 분리판(200_5)의 중앙 영역에 더 많은 가스가 유동하도록 조절할 수 있다.
그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 도시된 실시예와 달리, 분리판의 가장 자리 영역의 복수의 슬릿이 분리판의 중앙 영역의 복수의 슬릿에 비하여 더 큰 면적비를 갖도록, 분리판의 가장 자리 영역의 복수의 슬릿의 폭이 분리판의 중앙 영역의 복수의 슬릿의 폭보다 클 수 있다.
10 : 스퍼터링 장치 400 : 스퍼터링 챔버
100 : 기판 지지대 110 : 기판
200 : 분리판 300 : 스퍼터링 건
TG : 타겟 410 : 유출구
420 : 유입구 310 : 자기력 소스
320 : 전압 소스 330 : 백 플레이트

Claims (20)

  1. 스퍼터링 챔버;
    상기 스퍼터링 챔버의 상부에 배치된 타겟;
    상기 스퍼터링 챔버의 하부에서 상기 타겟에 대향하여 배치된 기판 지지대;
    상기 타겟 및 상기 기판 지지대 사이에 배치되고, 상기 스퍼터링 챔버의 내부를 상부 영역 및 하부 영역으로 분할하는 분리판;
    상기 상부 영역에 형성되고, 가스를 상기 스퍼터링 챔버 내로 도입하는 유입구; 및
    상기 하부 영역에 형성되고, 도입된 가스를 상기 스퍼터링 챔버 외부로 배출하는 유출구를 포함하되,
    상기 분리판은 상기 상부 영역으로부터 상기 하부 영역으로 갈수록 폭이 좁아지는 구간을 포함하는 복수의 슬릿을 포함하는,
    스퍼터링 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 스퍼터링 챔버에 배치되는 스퍼터링 건을 더 포함하되,
    상기 스퍼터링 건은 백 플레이트 및 자기력 소스를 포함하고,
    상기 타겟은 상기 백 플레이트 상에 배치되고,
    상기 백 플레이트를 통해 상기 타겟에 직류 전압 또는 고주파 전압이 인가되는,
    스퍼터링 장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 분리판은 접지원, 직류 전압원 및 교류 전압원 중 하나에 연결되는,
    스퍼터링 장치.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 분리판은 임피던스 매칭 박스를 경유하여 고주파 교류 전압원에 연결되는,
    스퍼터링 장치
  5. 제1 항에 있어서, 상기 복수의 슬릿은 일 방향으로 나란하게 연장되는,
    스퍼터링 장치.
  6. 제5 항에 있어서, 각각의 복수의 슬릿의 폭은 제1 길이이고, 각각의 복수의 슬릿 사이의 거리는 제2 길이이고, 상기 제2 길이는 상기 제1 길이 보다 긴,
    스퍼터링 장치.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 분리판의 두께는 제3 길이이고, 상기 제3 길이는 상기 제1 길이 보다 긴,
    스퍼터링 장치.
  8. 제5 항에 있어서, 상기 분리판의 적어도 일부는 복수의 삼각 기둥이 나란하게 배열되는,
    스퍼터링 장치.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 복수의 슬릿은, 슬릿의 길이 방향 및 분리판의 평면에 수직한 단면이 상기 상부 영역을 향하는 장변 및 상기 하부 영역을 향하는 단변을 가지는 사다리꼴이고, 상기 복수의 슬릿이 상기 상부 영역에 접하는 단면적이 상기 복수의 슬릿이 상기 하부 영역에 접하는 단면적 보다 작은,
    스퍼터링 장치.
  10. 제5 항에 있어서, 상기 복수의 슬릿의 적어도 일부는 복수의 원기둥이 나란히 배열된 형상인,
    스퍼터링 장치.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 복수의 슬릿은, 상기 상부 영역에 접하는 단면적과 상기 하부 영역에 접하는 단면적이 동일하고, 분리판의 두께 방향으로 단면적이 감소하다가 증가하는,
    스퍼터링 장치.
  12. 제5 항에 있어서, 상기 복수의 슬릿의 적어도 일부는 마름모 기둥이 나란히 배열된 형상인,
    스퍼터링 장치.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 복수의 슬릿은, 상기 상부 영역에 접하는 단면적과 상기 하부 영역에 접하는 단면적이 동일하고, 분리판의 두께 방향으로 단면적이 감소하다가 증가하는,
    스퍼터링 장치.
  14. 제5 항에 있어서, 상기 복수의 슬릿은 제4 길이로 이격된 적어도 두 슬릿 및 제5 길이로 이격된 적어도 두 슬릿을 포함하고, 상기 제4 길이는 상기 제5 길이와 보다 작은,
    스퍼터링 장치.
  15. 제14 항에 있어서, 상기 제4 길이로 이격된 두 슬릿은 상기 제5 길이로 이격된 두 슬릿에 비하여 상기 분리판의 평면 상의 중앙에 더 가깝게 배치되는,
    스퍼터링 장치.
  16. 제5 항에 있어서, 상기 복수의 슬릿의 적어도 하나의 슬릿의 폭은 제6 길이이고, 상기 복수의 슬릿의 적어도 다른 하나의 슬릿의 폭은 제7 길이이고, 상기 제6 길이는 상기 제7 길이 보다 큰,
    스퍼터링 장치.
  17. 제16 항에 있어서, 상기 제6 길이의 폭을 가지는 슬릿은 상기 제7 길이의 폭을 가지는 슬릿에 비하여 상기 분리판의 평면 상의 중앙에 더 가깝게 배치되는,
    스퍼터링 장치.
  18. 제1 항에 있어서, 상기 가스는 아르곤 가스인,
    스퍼터링 장치.
  19. 제1 항에 있어서, 상기 유입구는 질량 유량 조절계에 연결되는,
    스퍼터링 장치.
  20. 제1 항에 있어서, 상기 유출구는 진공 펌프에 연결되는,
    스퍼터링 장치.
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