KR102279641B1 - 스퍼터링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판이 위치하는 반응 영역을 정의하는 챔버와, 상기 챔버 내부에 설치되어 상기 기판과 일정 간격 이격하여 제1 면이 대응되며 다수개가 서로 일정 간격 이격하여 배열되는 타겟과, 상기 각각의 타겟의 제2면에 위치하여 상기 각각의 타겟을 고정하는 백킹 플레이트와, 상기 서로 이웃하는 타겟 사이에 위치하는 그라운드 쉴드 및 상기 챔버 내부에서 상기 기판의 스크라이빙 부분과 대응되도록 상기 타겟의 일정 부분과 중첩되는 보조 쉴드를 포함한다.

Description

스퍼터링 장치{SPUTTERING DEVICE}

본 발명은 스퍼터링 장치에 관한 것으로, 특히 균일한 박막을 형성하는 스퍼터링 장치에 관한 것이다.

액정표시장치는 콘트라스트 비(contrast ratio)가 크고 동화상 표시에 적합하며 소비전력이 적다는 특징을 보여 노트북, 모니터, TV 등의 다양한 분야에서 활용되고 있는데, 이의 화상 구현 원리는 액정의 광학적 이방성과 분극 성질을 이용하는 것으로, 액정은 분자구조가 가늘고 길며 배열에 방향성을 갖는 광학적 이방성과, 전기장 내에 놓일 경우 그 크기에 따라 분자 배열 방향이 변화되는 분극 성질을 띤다.

이러한 액정표시장치를 형성하기 위해서는 소정물질의 박막을 형성하는 박막증착(thin film deposition), 포토리소그라피(photo-lithography), 식각(etching) 등 여러가지 서로 다른 공정이 수반된다.

이 중에서 박막증착은 기판 상부에서 라디컬(radical)의 화학반응을 유도하여 그 반응 결과물인 박막입자를 낙하 및 흡착시키는 증착 방식의 화학기상증착(chemical vapour deposition: CVD)과, 박막입자를 직접적으로 기판에 충돌 및 흡착시키는 물리적 증착방식의 스퍼터링(sputtering)으로 구분될 수 있다.

스퍼터링의 박막 증착 원리 및 동작을 간단히 설명하면, 챔버 내부를 진공으로 조성한 후, 백킹 플레이트로 전압을 가하면서 진공 영역에 반응 가스를 주입한다. 그러면 반응 가스의 입자는 플라즈마(plasma) 상태로 이온화되고, 이온화된 입자들은 타겟에 충돌하는데, 이때 이온화된 입자들이 가진 운동 에너지가 타겟을 이루는 원자들에 전달됨으로써, 타겟을 이루는 원자들이 타겟으로부터 튀어나오게 되는 스퍼터링 현상이 일어나게 된다. 그리고, 타겟으로부터 방출된 원자들은 기판쪽으로 확산되어 기판에 증착됨으로써 기판에 박막을 형성시킨다.

한편, 복수의 타겟을 사용한 스퍼터링 장치에서는 플라즈마 형성시 포텐셜(potential) 유지를 위해 타겟과 타겟 사이에 그라운드 쉴드가 구비될 수 있다. 이러한 그라운드 쉴드는 타겟과 직접 접촉되지 않고 그 테두리와 중첩하는 형태를 이룬다.

그라운드 쉴드가 타겟과 타겟 사이에 위치함에 따라, 그라운드 쉴드에 의해 가려지는 타겟의 측면부에서 플라즈마 불균일이 발생하여 그라운드 쉴드에 대응되는 부분에서 만족할 만한 박막 균일도를 기대할 수 없다. 또한, 그라운드 쉴드와 대응되는 기판 상에 증착된 박막의 두께는 그라운드 쉴드로 가려지지 않는 부분과 대응되는 기판 상에 증착된 박막에 비해 두꺼워서 얼룩으로 인식되어 제품의 불량을 초래할 수 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 기판의 절단부와 대응되는 부분에만 보조 쉴드를 설치함으로써 보조 쉴드가 타겟부를 직접 가리는 면적을 최소화하여 기판 상에 균일한 박막을 증착할 수 있는 스퍼터링 장치를 제공하고자 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예의 특징에 따르면, 본 발명은 기판이 위치하는 반응 영역을 정의하는 챔버와, 상기 챔버 내부에 설치되어 상기 기판과 일정 간격 이격하여 제1 면이 대응되며 다수개가 서로 일정 간격 이격하여 배열되는 타겟과, 상기 각각의 타겟의 제2 면에 위치하여 상기 각각의 타겟을 고정하는 백킹 플레이트와, 상기 서로 이웃하는 타겟 사이에 위치하는 그라운드 쉴드 및 상기 챔버 내부에서 상기 기판의 스크라이빙 부분에 대응되도록 상기 타겟의 일정 부분과 중첩되는 보조 쉴드를 포함한다.

또한, 상기 보조 쉴드는 탈부착이 가능한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 그라운드 쉴드는 상기 타겟과 직접 접촉되지 않는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 그라운드 쉴드는 상기 백킹 플레이트 배면에 위치하는 수평바와, 상기 수평바로부터 돌출 형성되는 수직바로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수직바의 높이는 15mm이고, 그 폭은 7mm인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 백킹 플레이트의 배면에는 마그넷이 위치하는 것을 특징으로 한다.

이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따른 스퍼터링 장치는 일정 간격 이격된 타겟들 사이에 그라운드 쉴드를 구비하고, 기판의 스크라이빙 영역과 대응되는 타겟 상부에 보조 쉴드를 구비함으로써 공정 챔버 내에서 균일한 플라즈마 세기를 유지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 스퍼터링 장치는 기판 상에 균일한 두께를 갖는 박막을 형성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 스퍼터링 장치를 기판의 상부에서 봤을 때 기판/타겟/그라운 드 쉴드/보조 쉴드의 배치 관계를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 스퍼터링 장치의 일부 구성을 나타내는 평면도이다.
도 4a는 도 3의 Ⅰ ~ Ⅰ'을 따라 절단한 단면도이다.
도 4b는 도 3의 Ⅱ ~ Ⅱ'을 따라 절단한 단면도이다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

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 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 고안의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

또한, 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서 설명의 편의를 위해 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 장치는 밀폐된 반응 영역을 정의하는 공정 챔버(100)를 포함한다.

이를 보다 구체적으로 살펴보면, 공정 챔버(100)는 내부로 기판(S) 상에 박막을 증착 및 식각하기 위한 밀폐된 반응영역을 제공하는데, 도면 상에 도시하지는 않았지만, 공정 챔버(100)에는 기판(S)의 출입을 위한 개구가 형성된다.

그리고, 공정 챔버(100)에는 타겟(150)과 반응하여 타겟(150)을 원자상태로 만들기 위하여 질소(N2), 아르곤(Ar) 등의 비활성 기체인 스퍼터 가스를 공정 챔버(100) 내부로 공급하기 위한 가스 주입 수단(170)이 구비되며, 공정 챔버(100) 내부를 고진공으로 만들기 위해 흡기시스템(미도시)과 연결된 배기포트(190)가 구비된다.

이러한 공정 챔버(100) 내부로 처리 대상물인 기판(S)이 실장되며, 기판(S)이 실장된 공정 챔버(100)의 반응 영역 내로 소정의 스퍼터 가스를 유입시킨 후 이를 활성화시켜 목적하는 박막 처리 공정을 진행한다.

스퍼터링 장치의 공정 챔버(100) 내부 일측에는 타겟(target, 150), 백킹 플레이트(backing plate, 140), 마그넷(magnet, 120)이 구비되고, 타겟(150)과 마주보는 공정 챔버(100)의 타측에는 히터(heater, 180)가 구비되며, 이들 사이에서 기판(S)은 기판이송수단(미도시)에 의해 수직에 가깝게 세워진 상태로 이송된다.

이러한 스퍼터링 장치는 인라인 방식으로, 기판(S)이 수평이송되는 클러스터형에 비해 공정의 효율성이 높은 장점을 갖는다.

이때, 기판(S)은 타겟(150)과 일정한 간격을 갖도록 위치하여, 기판(S)과 타겟(150) 사이에는 반응 영역 즉, 플라즈마 형성공간(E)이 형성된다.

그리고, 히터(180)에서 제공된 열은 기판(S)에 전달되고, 이와 같이 전달된 열에 의해 기판(S) 상에 증착되는 박막의 두께를 일정하게 유지할 수 있어, 박막의 균일성을 향상시킬 수 있다.

한편, 공정 챔버(100) 내부의 가장자리에는 기판(S)에 대한 증착 공정 수행 시, 증착 물질이 공정 챔버(100)의 내벽에 증착되는 것을 방지하는 챔버 쉴드가 구비될 수 있다.

타겟(150)은 기판(S) 상에 증착될 증착물질과 동일한 물질로 이루어지는 데, 형성하고자 하는 막에 따라, 알루미늄(Al)이나 알루미늄합금(AlNd)과 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 등으로 다양하게 구성할 수 있으며, 본 발명에 따른 스퍼터링 장치에 있어서는 전술한 금속 물질 이외에 타겟(150)은 산화물 반도체 물질 예를 들면 IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), ZTO(Zinc Tin Oxide), ZIO(Zinc Indium Oxide) 중 선택된 어느 하나로도 이루어질 수 있다.

이러한 물질로 이루어진 타겟(150)은 일정 폭을 갖는 긴 바(bar) 형상으로 복수개가 구비될 수 있으며, 각각의 타겟(150)은 서로 일정 간격 이격하여 나란하게 배열된다.

백킹 플레이트(140)는 복수개의 타겟(150)의 배면에 각각 대응하여 구비되며, 각각의 타겟(150)을 고정시키는 역할을 한다. 이때, 백킹 플레이트(140)는 외부의 전압원(미도시)과 연결되어 있어 외부의 전압원으로부터 전압이 인가되며, 캐소드 전극의 역할을 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 장치에 있어서 가장 특징적인 구성으로서, 서로 이웃하는 타겟(150) 사이에는 애노드 전극의 역할을 하는 다수의 그라운드 쉴드(110)가 구비될 수 있다.

이때, 다수의 그라운드 쉴드(110)는 백킹 플레이트(140) 및 타겟(150)과 접촉되지 않도록 구성된다. 이러한 그라운드 쉴드(110)는 그 형태가 'ㅗ'자 형태를 이루는 것이 특징이다.

그라운드 쉴드(110)는 백킹 플레이트(140)의 배면과 대응하여 수평방향으로 연장된 'ㅡ'형태의 제1 쉴드(110a)와, 백킹 플레이트(140) 및 타겟(150)의 측면에 대응하여 제1 쉴드(110a)로부터 수직방향으로 연장된 'ㅣ'형태의 제2 쉴드(110b)를 포함한다.

이때, 제2 쉴드(110b)의 높이는 15mm이고, 그 폭은 7mm가 될 수 있고, 제2 쉴드(110b)의 일측은 타겟(150)의 상면 및 배면 사이에 위치하며 그 타측은 제1 쉴드(110a)와 접촉된다.

그라운드 쉴드(110)의 제2 쉴드(110b)는 타겟(150) 측면과 직접 접촉되지 않으며 타겟(150)의 상부와도 중첩되지 않는다. 즉, 그라운드 쉴드(110)는 타겟(150)과 직접적으로 중첩되지 않도록 설계될 수 있다.

백킹 플레이트(140)는 제1 전극의 역할을 하고, 그라운드 쉴드(110)는 제2 전극 역할을 함으로써, 외부로부터 백킹 플레이트(140)에 전압이 인가되면, 백킹 플레이트(140)와 그라운드 쉴드(110) 사이의 전위차에 의한 방전이 발생하며 이 방전에 의해 스퍼터 가스가 여기되어 플라즈마화된다.

각각의 백킹 플레이트(140)의 배면에는 일정 간격 이격된 마그넷(120)이 배치된다. 마그넷(120)은 각각의 타겟(150)에 대응되어, N극과 S극이 좌우로 번갈아 배치된다. 마그넷(120)의 N극과 S극 사이에는 자계가 형성되도록 함으로써, 마그넷(120)의 N극과 S극 사이의 자계에 의해 플라즈마 형성공간(E)에 형성된 플라즈마를 기판(S) 가까이에 포집하여, 타겟(150)에서 이탈되어 스퍼터 가스와 충돌하여 타겟(150)에서 이탈된 이온화된 입자들의 산란을 막아, 입자를 기판(S) 표면의 근처에 구속하여 입자들의 이온의 생성효율을 높이도록 한다.

이와 같이, 마그넷(120)을 각각의 타겟(150)에 대응하여 위치함으로써, 각각의 타겟(150)에 걸친 자계를 제어하고 조절할 수 있다.

이러한 다수의 마그넷(120)은 이동 유닛(130)에 결합되어 타겟(150)의 배열 방향을 따라 평행하게 왕복 운동하게 되는데, 이를 통해 타겟(150)에 대한 사용 효율을 향상시키게 된다.

특히, 본 발명의 스퍼터링 장치는 타겟(150) 상부에서 각각의 타겟(150)의 일정 부분과 중첩되는 다수의 보조 쉴드(160)를 더 포함한다.

다수의 보조 쉴드(160)는 그라운드 쉴드(110)와 마찬가지로 그라운드로 접지되어 있어서 방전 시 타겟(150) 또는 백킹 플레이트(140)와의 전위차를 유지하여 양극의 역할을 할 수 있다.

이러한 다수의 보조 쉴드(160)는 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(S)의 스크라이브 영역(Scribe Portion: S/P)에 대응되도록 타겟(150) 상부에 위치하며 타겟(150)의 일정 부분과 중첩된다. 이때, 기판(S)은 스크라이브 영역(S/P)에 의해 최종적으로 제1 내지 제4 기판(S1 ~ S4)으로 분리될 수 있다.

이러한 다수의 보조 쉴드(160)는 그라운드 쉴드(110)의 기능을 보조하여 공정 챔버(100) 내에서 타겟(150)과의 전위차를 충분히 유지하여 플라즈마 형성 공간(E)에서 플라즈마 세기를 균일하게 한다.

공정 챔버(100) 내에 그라운드 쉴드(110)만 구비되는 경우, 그라운드 쉴드(110)가 차지하는 면적이 작아 기판(S)의 안쪽으로 갈수록 포텐셜(potential) 저하가 발생하여 플라즈마 유지가 어려워질 수 있다. 따라서, 다수의 보조 쉴드(160)를 구비하여 그라운드 쉴드(110)의 역할을 보조함으로써 공정 챔버(100) 내에서 플라즈마 세기를 균일하게 하여 최종적으로 기판(S) 상에 균일한 두께의 박막이 형성되도록 한다.

또한, 공정 챔버(100) 내에서 그라운드 쉴드(110)가 타겟(150)의 양측면을 모두 감싸는 경우, 그라운드 쉴드(110)에 의해 타겟(150)이 가려지는 부분이 증가하기 때문에 그라운드 쉴드(110)에 의해 타겟(150)이 가려지는 부분과 그렇지 않은 부분에서 기판(S)에 형성된 박막의 두께 차이가 발생할 수 있다. 따라서, 그라운드 쉴드(110)가 타겟(150)과 직접 중첩되지 않게 하고 다수의 보조 쉴드(160)를 기판(S)의 스크라이브 영역(S/P)에만 대응되게 구비함으로써 공정 챔버(100) 내에서 플라즈마 세기를 균일하게 하면서 기판(S)의 얼룩을 최소화할 수 있다.

한편, 다수의 보조 쉴드(160)가 공정 챔버(100) 내에서 타겟(150) 상부에 위치함에 따라 타겟(150)의 일정 부분을 가려 기판(S)에 얼룩이 발생할 수도 있다. 그러나, 다수의 보조 쉴드(160)는 기판(S)의 스크라이브 영역(S/P)과 대응되도록 타겟(150) 상부에 위치하기 때문에 최종 제품에서는 존재하지 않는다.

또한, 다수의 보조 쉴드(160)는 공정 챔버(100) 내에서 탈부착이 가능하므로 적용하고자 하는 제품의 사이즈에 따라 유연하게 위치를 변경할 수 있다.

도 3은 도 1의 스퍼터링 장치의 일부 구성을 나타내는 평면도이다.

도 1 및 도 3을 참고하면, 스퍼터링 장치는 일정 간격 이격된 다수의 타겟(150)과, 타겟(150)들 사이에 위치한 다수의 그라운드 쉴드(110) 및 각각의 타겟(150)의 일부와 중첩되는 다수의 보조 쉴드(160)를 포함한다.

다수의 그라운드 쉴드(110) 및 보조 쉴드(160)는 그라운드로 접지되어 있다.

이때, 다수의 보조 쉴드(160)는 하나의 기판(S)이 제1 내지 제4 기판(S1 ~ S4)으로 구분되는 스크라이브 영역(S/P)에 대응되도록 도 4a에 도시된 바와 같이, 기판(S3)의 스크라이브 영역(S/P) 하부에 위치하는 타겟(150)의 그 상부를 둘러싸는 형태로 구비된다.

다수의 보조 쉴드(160)는 그라운드 쉴드(110)와 더불어 공정 챔버(100) 내에서 타겟(150)과의 전위차를 충분히 유지하여 플라즈마 형성 공간(E)에서 플라즈마 세기를 균일하게 한다.

다수의 보조 쉴드(160)는 기판(도 1의 S)의 스크라이브 영역(S/P)에 대응되도록 공정 챔버(100) 내에서 작업자에 의해 탈부착이 가능하다. 따라서, 박막 증착을 하고자 하는 제품의 사이즈에 따라 다수의 보조 쉴드(160)의 위치가 변경될 수 있다.

한편, 다수의 보조 쉴드(160)는 기판(S)의 스크라이브 영역(S/P)에만 형성되므로 도 4b에 도시된 바와 같이 기판(S3)의 스크라이브 영역(S/P)을 제외한 영역과 대응되는 타겟(150) 상부에는 구비되지 않는다.

본 발명의 실시예에 따르면, 타겟(150)과 타겟(150) 사이에 다수의 그라운드 쉴드(110)를 구비하고, 기판(S)의 스크라이브 영역(S/P)과 대응되는 타겟(150) 상부에 다수의 보조 쉴드(160)를 구비함으로써 공정 챔버(100) 내에서 플라즈마 세기가 균일하게 유지되게 할 수 있다.

이로 인해, 공정 챔버(100) 내에서 균일한 두께를 갖는 박막이 기판(S) 상에 형성될 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위에 의하여 나타내어지며, 특히 청구범위의 의미 및 범위 그리고 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 공정 챔버 110: 그라운드 쉴드
120: 마그넷 130: 이동 유닛
140: 백킹 플레이트 150: 타겟
160: 보조 쉴드 170: 가스 주입 수단
180: 히터 190: 배기포트
200: 챔버 쉴드

Claims (7)

1. 기판이 위치하는 반응 영역을 정의하는 챔버;
   상기 챔버 내부에 설치되어 상기 기판과 일정 간격 이격하여 제1면이 대응되며 다수개가 서로 일정 간격 이격하여 배열되는 타겟;
   상기 각각의 타겟의 제2면에 위치하여 상기 각각의 타겟을 고정하는 백킹 플레이트;
   상기 서로 이웃하는 타겟 사이에 위치하며, 상기 타겟과 중첩하지 않도록 위치하는 그라운드 쉴드;
   상기 챔버 내부에서 상기 기판의 스크라이빙 부분과 대응되도록 상기 타겟의 일정 부분과 중첩되며, 상기 그라운드 쉴드와 이격하여 위치하는 보조 쉴드;
   상기 다수개의 타겟과 대응되어 상기 백킹 플레이트의 배면에서, 서로 일정 간격 이격하여 배열되는 다수개의 마그넷; 및
   상기 다수개의 마그넷과 결합되어 상기 타겟의 배열 방향을 따라 평행하게 왕복 운동하는 이동 유닛을 포함하는 스퍼터링 장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 보조 쉴드는 탈부착이 가능한 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 그라운드 쉴드는 상기 타겟과 직접 접촉되지 않는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 그라운드 쉴드는 상기 백킹 플레이트 배면에 위치하는 수평바와, 상기 수평바로부터 돌출 형성되는 수직바로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 수직바의 높이는 15mm이고, 그 폭은 7mm인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
6. 제4 항에 있어서,
   상기 수직바는 상기 타겟의 제1 및 제2 면 사이에 위치하는 일측 및 상기 수평바와 접촉하는 타측으로 구성되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
7. 삭제

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