KR102312568B1 - 스퍼터링 장치 및 이를 이용한 막 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

스퍼터링 장치 및 이를 이용한 막 형성 방법이 제공된다.
일례로, 스퍼터링 장치는 챔버; 상기 챔버의 내부에 배치되며, 기판이 안착되는 스테이지; 상기 스테이지와 마주보도록 상기 챔버의 내부에 배치되는 타겟; 상기 스테이지와 상기 타겟 사이에 배치되며, 개구를 정의하는 복수의 측벽부들과 상기 측벽부들 중 마주보는 양 측벽부들에 수납홈이 형성되는 쉴드 마스크; 상기 수납홈에 수납되고 제1 방향을 따라 서로 이격되는 복수의 결합홈을 포함하며 상기 제1 방향으로 수평 이동하도록 구성된 이동 부재; 및 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 연장되며, 상기 이동 부재의 결합홈에 결합되어 상기 복수의 이동 부재의 수평 이동에 의해 함께 수평 이동하는 복수의 쉴드 봉을 포함한다.

Description

스퍼터링 장치 및 이를 이용한 막 형성 방법{SPUTTERING DEVICE AND METHOD OF FORMING FILM USING THE SAME}
본 발명은 스퍼터링 장치 및 이를 이용한 막 형성 방법에 관한 것이다.
최근에 퍼스널 컴퓨터나 텔레비전 등의 경량화, 박형화의 추세에 따라 표시 장치도 경량화, 박형화가 요구되고 있다. 이러한 요구를 충족시키기 위하여 음극선관 표시 장치(Cathode Ray Tube; CRT) 대신 액정 표시 장치(LCD)와 같은 플랫 패널(flat panel)형 표시 장치가 많이 사용되고 있다.
액정 표시 장치는 두 기판 사이에 주입되어 있는 이방성 유전율을 갖는 액정 물질에 전계를 인가하고 이 전계의 세기를 조절하여 기판에 투과되는 빛의 양을 조절함으로써 원하는 화상 신호를 얻는 표시 장치이다. 이러한 액정 표시 장치는 휴대가 간편한 플랫 패널형 표시 장치로서, 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)를 스위칭 소자로 이용하는 박막 트랜지스터 액정 표시 장치(TFT LCD)가 주로 사용되고 있다.
스퍼터링 장치는 막 형성 기판(예를 들어, 반도체 소자용 기판이나 액정 표시 장치용 기판) 상에 박막(예를 들면 금속 박막) 증착시 널리 이용되는 제조 장치 중의 하나로서, 반도체 소자 제조나 액정 표시 장치 제조시 없어서는 안될 중요한 장치 중의 하나로 취급되고 있다.
스퍼터링 장치에서는 통상적으로 다음과 같은 방식으로 박막이 증착된다. 챔버의 내부에 설치된 타겟에 전원을 인가하고 아르곤(Ar) 가스나 산소(O2) 가스 등의 불활성 가스를 챔버의 내부에 주입하면, 기판과 타겟 사이에 전기장이 형성되고 상기 전기장에 의해 불활성 가스가 이온화되어 플라즈마가 발생되고 이온들이 타겟에 충돌한다. 이때 타겟에서 타겟 입자들이 방출되고, 방출된 타겟 입자들은 기판(예를 들어, 반도체 소자용 기판이나 액정 표시 장치용 기판)에 증착되어 박막을 형성한다.
한편, 스퍼터링 장치는 기판과 타겟 사이에 배치되어 타겟과의 사이에 전기장을 형성하는 개구를 가지는 쉴드 마스크와, 상기 개구를 가로지르도록 쉴드 마스크에 설치되어 타겟과 쉴드 마스크 사이의 전기장 형성시 균일한 전기장을 형성되게 하는 다수의 쉴드 봉을 포함한다.
그런데, 다수의 쉴드 봉은 타겟으로부터 방출된 타겟 입자들이 기판으로 이동되는 경로에 배치되기 때문에, 타겟 입자들의 이동시 타겟 입자들의 이동을 방해하는 방해물로 작용할 수 있다. 이 경우, 기판에 형성되는 박막의 균일도가 저하될 수 있다.
이에, 본 발명이 해결하려는 과제는 기판에 형성되는 박막의 균일도를 향상시킬 수 있는 스퍼터링 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하려는 다른 과제는 기판에 형성되는 박막의 균일도를 향상시킬 수 있는 스퍼터링 장치를 이용한 막 형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치는 챔버; 상기 챔버의 내부에 배치되며, 기판이 안착되는 스테이지; 상기 스테이지와 마주보도록 상기 챔버의 내부에 배치되는 타겟; 상기 스테이지와 상기 타겟 사이에 배치되며, 개구를 정의하는 복수의 측벽부들과 상기 측벽부들 중 마주보는 양 측벽부들에 수납홈이 형성되는 쉴드 마스크; 상기 수납홈에 수납되고 제1 방향을 따라 서로 이격되는 복수의 결합홈을 포함하며 상기 제1 방향으로 수평 이동하도록 구성된 이동 부재; 및 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 연장되며, 상기 이동 부재의 결합홈에 결합되어 상기 복수의 이동 부재의 수평 이동에 의해 함께 수평 이동하는 복수의 쉴드 봉을 포함한다.
또한, 상기 스퍼터링 장치는 상기 이동 부재를 구동시키는 구동부를 더 포함할 수 있다.
상기 이동 부재는 상기 타겟의 일측과 타측 사이에서 왕복 이동하도록 구성될 수 있다.
상기 이동 부재는 상기 타겟의 일측에서 타측 방향으로 일정한 속도로 수평 이동되고, 상기 타겟의 타측에서 일측 방향으로 다시 상기 일정한 속도로 수평 이동하도록 구성될 수 있다.
상기 이동 부재는 상기 타겟의 일측에서 타측 방향으로 일정한 속도로 수평 이동되고 일정 시간 정지되는 동작을 반복하고, 상기 타겟의 타측에서 일측 방향으로 다시 상기 일정한 속도로 수평 이동되고 상기 일정 시간 정지되는 동작을 반복하도록 구성될 수 있다.
상기 각 쉴드 봉의 직경은 상기 인접한 쉴드 봉들 사이의 이격 거리와 같을 수 있다.
또한, 상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 스퍼터링 장치는 챔버; 상기 챔버의 내부에 배치되며, 기판이 안착되는 스테이지; 상기 스테이지와 마주보도록 상기 챔버의 내부에 배치되는 타겟; 상기 스테이지와 상기 타겟 사이에 배치되며, 개구를 정의하는 복수의 측벽부들과 상기 측벽부들 중 마주보는 양 측벽부들에 제1 방향을 따라 서로 이격되게 형성된 복수의 결합홈을 포함하고, 상기 제1 방향으로 수평 이동하도록 구성된 쉴드 마스크; 및 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 연장되며, 상기 복수의 이동 부재의 결합홈에 결합되어 상기 쉴드 마스크의 수평 이동에 의해 함께 수평 이동하는 복수의 쉴드 봉을 포함한다.
또한, 상기 스퍼터링 장치는 상기 쉴드 마스크를 구동시키는 구동부를 더 포함할 수 있다.
상기 쉴드 마스크는 상기 타겟의 일측과 타측 사이에서 왕복 이동하도록 구성될 수 있다.
상기 쉴드 마스크는 상기 타겟의 일측에서 타측 방향으로 일정한 속도로 수평 이동되고, 상기 타겟의 타측에서 일측 방향으로 다시 상기 일정한 속도로 수평 이동하도록 구성될 수 있다.
상기 쉴드 마스크는 상기 타겟의 일측에서 타측 방향으로 일정한 속도로 수평 이동되고 일정 시간 정지되는 동작을 반복하고, 상기 타겟의 타측에서 일측 방향으로 다시 상기 일정한 속도로 수평 이동되고 상기 일정 시간 정지되는 동작을 반복하도록 구성될 수 있다.
상기 각 쉴드 봉의 직경은 상기 인접한 쉴드 봉들 사이의 이격 거리와 같을 수 있다.
또한, 상기 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 따른 일 실시예에 따른 막 형성 방법은 챔버 내부에 기판을 배치하는 단계; 스퍼터링 공정을 이용하여 상기 기판과 대향하는 타겟으로부터 방출되는 타겟 입자들을 상기 기판에 증착시키는 단계; 및 상기 스퍼터링 공정 중 상기 기판과 상기 타겟 사이에 배치된 쉴드 마스크에 제1 방향을 따라 서로 이격되게 설치된 복수의 쉴드 봉을 상기 제1 방향으로 수평 이동시키는 단계를 포함한다.
상기 복수의 쉴드 봉을 수평 이동시키는 단계는 상기 복수의 쉴드 봉을 상기 타겟의 일측과 타측 사이에서 왕복 이동시키는 것을 포함할 수 있다.
상기 복수의 쉴드 봉을 수평 이동시키는 단계는 상기 복수의 쉴드 봉을 타겟의 일측에서 타측 방향으로 일정한 속도로 수평 이동시키고, 상기 타겟의 타측에서 일측 방향으로 다시 상기 일정한 속도로 수평 이동시키는 것을 포함할 수 있다.
상기 복수의 쉴드 봉을 수평 이동시키는 단계는 상기 복수의 쉴드 봉을 상기 타겟의 일측에서 타측 방향으로 일정한 속도로 수평 이동시키고 일정 시간 정지되는 동작을 반복시키고, 상기 타겟의 타측에서 일측 방향으로 다시 상기 일정한 속도로 수평 이동시키고 상기 일정 시간 정지되는 동작을 반복시키는 것을 포함할 수 있다.
상기 복수의 쉴드 봉을 수평 이동시키는 단계는 상기 쉴드 마스크에 수납되며 상기 복수의 쉴드 봉이 결합되는 이동 부재가 상기 제1 방향으로 수평 이동함에 따라 수행될 수 있다.
상기 복수의 쉴드 봉을 수평 이동시키는 단계는 상기 복수의 쉴드 봉이 결합되는 상기 쉴드 마스크가 상기 제1 방향으로 수평 이동함에 따라 수행될 수 있다.
상기 각 쉴드 봉의 직경은 상기 인접한 쉴드 봉들 사이의 이격 거리와 같을 수 있다.
상기 타겟 입자가 상기 기판에 증착되어 형성되는 막은 금속 박막일 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치는 불균일한 전기장의 세기에 의해 타겟으로부터 타겟 입자가 방출되는 방출 균일도가 저하되는 것을 줄이게 하면서, 타겟과 쉴드 마스크 사이에서 복수의 쉴드 봉이 고정된 상태로 배치된 경우에서 기판 중 복수의 쉴드 봉과 대응되는 부분에 타겟 입자들의 증착이 잘 이루어지지 않아 기판에 타겟 입자들이 증착되어 형성되는 박막의 균일도가 저하되는 것을 줄어들게 할 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 방지 스퍼터링 장치의 단면도이다.
도 2는 도 1의 타겟, 쉴드 마스크, 쉴드 봉 및 이동 부재의 배치를 보여주는 사시도이다.
도 3은 쉴드 마스크, 쉴드 봉 및 이동 부재의 부분 분리 사시도이다.
도 4는 도 3의 A-A' 부분의 단면도이다.
도 5는 도 3의 쉴드 봉 및 이동 부재의 평면도이다.
도 6 내지 도 11은 도 1의 스퍼터링 장치를 이용한 막 형성 방법을 보여주는 공정 단면도들이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방지 스퍼터링 장치의 단면도이다.
도 13은 도 12의 타겟, 쉴드 마스크 및 쉴드 봉의 배치를 보여주는 사시도이다.
도 14는 쉴드 마스크 및 쉴드 봉의 분리 사시도이다.
도 15는 도 14의 B-B' 부분의 단면도이다.
도 16은 도 14의 쉴드 봉 및 쉴드 마스크의 평면도이다.
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.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층"위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 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, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방지 스퍼터링 장치의 단면도이고, 도 2는 도 1의 타겟, 쉴드 마스크, 쉴드 봉 및 이동 부재의 배치를 보여주는 사시도이고, 도 3은 쉴드 마스크, 쉴드 봉 및 이동 부재의 부분 분리 사시도이고, 도 4는 도 3의 A-A' 부분의 단면도이고, 도 5는 도 3의 쉴드 봉 및 이동 부재의 평면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 스퍼터링 장치(100)는 챔버(110), 스테이지(115), 마스크(120), 타겟(125), 백 플레이트(130), 쉴드 마스크(140), 이동 부재(150), 복수의 쉴드 봉(155), 전원 공급부(160), 구동부(170) 및 제어부(180)를 포함한다. 이러한 스퍼터링 장치(100)는 기판(S)에 박막을 증착하는 방법 중 하나인 스퍼터링 공정을 수행하는 장치이다.
챔버(110)는 일정한 진공이 형성될 수 있는 내부 공간을 이룬다. 챔버(110)의 일측에는 불활성 가스, 예를 들어 아르곤 가스를 챔버(110)의 내부로 공급하는 가스 공급관(111)이 설치되고, 또한 공정 진행 이후에 챔버(110)의 내부에 잔류하는 공정 가스가 배기되는 가스 배출관(112)이 설치된다. 도시되진 않았지만, 챔버(110)의 타측에는 기판(S)이 챔버(110)의 내부 공간에 인입되거나 챔버(110)로부터 인출될 수 있는 출입구가 형성될 수 있다. 챔버(110)는 그라운드 상태일 수 있다.
스테이지(115)는 챔버(110)의 내부 일측에 배치되며, 기판(S)이 안착되는 공간을 제공한다. 기판(S)은 디스플레이용 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(S)은 유기 발광 표시 장치, 액정 표시 장치, 플라즈마 표시 장치와 같은 표시 장치용 기판일 수 있다. 기판(S)은 베어 기판(bare substrate)이거나, 박막이나 배선과 같은 구조물이 형성된 기판일 수 있다.
마스크(120)는 기판(S) 상에 배치되어, 기판(S)의 원하는 위치에 박막을 형성시키기 위해 이용된다. 마스크(120)는 그라운드 상태일 수 있다.
타겟(125)은 스테이지(115)와 마주보도록 챔버(110)의 내부 타측에 배치되며, 기판(S)에 형성시키고자 하는 박막의 재료로 형성될 수 있다. 타겟(125)은 전기장에 의해 타겟 입자를 발생시켜 기판(S)에 박막을 형성시키는 소스(source)에 해당된다. 타겟(125)은 예를 들어, 알루미늄, 알루미늄 합금, 내화성 금속 실리사이드, 금, 구리, 티타늄, 티타늄-텅스텐, 텅스텐 또는 몰리브덴 등과 같은 금속 물질, 또는 실리콘 다이옥사이드 등과 같은 무기 물질로 구성될 수 있다.
타겟(125)은 챔버(110)의 외부에 설치된 전원 공급부(160)로부터 백 플레이트(130)을 통해 전원, 예를 들어 마이너스(-) 전원을 인가 받는다. 상기 마이너스(-) 전원은 직류 또는 교류로 인가 받을 수 있다. 타겟(125)에 마이너스(-) 전원이 인가되면, 타겟(125)과 그라운드 상태인 쉴드 마스크(140) 사이에 전기장이 발생되며, 상기 전기장에 의해 불활성 가스가 이온화되고 플라즈마가 발생된다. 예를 들어, 아르곤 가스가 이온화되어 Ar+ 양이온과 전자로 분리되며, Ar+ 양이온은 타겟(125)에 충돌한다. 이에 따라, 타겟(125)이 스퍼터링되어 타겟(125)으로부터 타겟 입자가 방출되고 기판(S)에 증착된다.
백 플레이트(130)는 타겟(125) 상에 설치되어 타겟(125)을 지지하며, 전원 공급부(160)로부터 제공된 전원을 타겟(125)에 인가한다.
쉴드 마스크(140)는 스테이지(115)와 타겟(125) 사이에 배치된다. 쉴드 마스크(140)는 개구(OP)를 정의하는 복수의 측벽부들(140a, 140b, 140c, 140d)과, 측벽부들(140a, 140b, 140c, 140d) 중 마주보는 양 측벽부들(140a, 140c)에 형성되는 수납홈(141)을 포함한다. 쉴드 마스크(140)는 타겟(125)과 전기적으로 독립된다. 쉴드 마스크(140)는 그라운드 상태로 전원, 예를 들어 마이너스(-) 전원이 인가된 타겟(125)과의 사이에 전기장을 형성한다. 쉴드 마스크(140)는 알루미늄 또는 몰리브덴으로 형성될 수 있다. 한편, 상기 개구(OP)는 기판(S)과 대응될 수 있다.
이동 부재(150)는 쉴드 마스크(140)의 수납홈(141)에 수납되고 제1 방향(D1)을 따라 서로 이격되는 복수의 결합홈(151)을 포함하도록 형성되고, 제1 방향(D1)으로 수평 이동하도록 구성된다. 예를 들어, 이동 부재(150)는 제1 방향(D1)에서 타겟(125)의 일측과 타측 사이에서 일정한 속도로 왕복 이동하도록 구성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 이동 부재(150)는 정지 없이 제1 방향(D1)에서 타겟(125)의 일측에서 타측 방향으로 일정한 속도로 수평 이동되고, 타겟(125)의 타측에서 일측 방향으로 다시 일정한 속도로 수평 이동되게 구성될 수 있다. 또한, 이동 부재(150)는 제1 방향(D1)에서 타겟(125)의 일측에서 타측 방향으로 일정한 속도로 수평 이동되고 일정 시간 정지되는 동작을 반복하고, 타겟(125)의 타측에서 일측 방향으로 다시 일정한 속도로 수평 이동되고 일정 시간 정지되는 동작을 반복하도록 구성될 수 있다.
도1 내지 도 5에서는, 이동 부재(150)가 이동 블록으로 구성되는 것으로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 이동 부재(150)가 이동 블록 및 가이드 레일을 포함하여 구성될 수 있다.
복수의 쉴드 봉(155)은 제1 방향(D1)과 수직인 제2 방향(D2)으로 연장되며, 이동 부재(150)의 결합홈(151)에 결합될 수 있다. 이 경우, 복수의 쉴드 봉(155)은 제1 방향(D1)을 따라 서로 이격되게 배치된다. 쉴드 봉(155)의 직경(R)은 인접한 쉴드 봉들(155) 사이의 이격 거리(SD)와 동일할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
복수의 쉴드 봉(155)은 쉴드 마스크(140)와 동일한 물질로 형성될 수 있으며, 타겟(125)과 전기적으로 독립된다. 이러한 복수의 쉴드 봉(155)은 타겟(125)과의 사이에 전기장을 형성함으로써, 쉴드 마스크(140)와 타겟(125) 사이에 형성되는 전기장의 세기가 개구(OP)의 중앙부로 갈수록 작아져 전기장의 세기가 불균일해지는 것을 줄일 수 있다. 이에 따라, 불활성 가스의 이온 효율이 영역별로 불균일해지는 것이 줄어들어, 타겟으로부터 입자가 방출되는 방출 균일도가 저하되는 것이 줄어들 수 있다.
복수의 쉴드 봉(155)은 기판(S)에 대한 스퍼터링 공정시 이동 부재(150)의 수평 이동에 의해 함께 수평 이동할 수 있다. 예를 들어, 복수의 쉴드 봉(155)은 이동 부재(150)의 수평 이동에 의해 제1 방향(D1)에서 타겟(125)의 일측과 타측 사이에서 일정한 속도로 왕복 이동할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 복수의 쉴드 봉(155)은 이동 부재(150)의 수평 이동에 의해 정지 없이 제1 방향(D1)에서 타겟(125)의 일측에서 타측 방향으로 일정한 속도로 수평 이동되고, 타겟(125)의 타측에서 일측 방향으로 다시 일정한 속도로 수평 이동될 수 있다. 또한, 복수의 쉴드 봉(155)은 이동 부재(150)의 수평 이동에 의해 제1 방향(D1)에서 타겟(125)의 일측에서 타측 방향으로 일정한 속도로 수평 이동되고 일정 시간 정지되는 동작을 반복하고, 타겟(125)의 타측에서 일측 방향으로 다시 일정한 속도로 수평 이동되고 일정 시간 정지되는 동작을 반복할 수 있다.
이러한 복수의 쉴드 봉(155)은 기판(S)에 대한 스퍼터링 공정시 타겟(125)로부터 방출되는 타겟 입자들의 이동을 특정 부분에서 계속적으로 방해하는 것을 줄일 수 있다. 이에 따라, 타겟과 복수의 쉴드 봉 사이에 고정된 상태로 배치된 경우에서 기판에 대한 스프터링 공정시 타겟으로부터 방출되는 타겟 입자들의 이동이 고정된 상태를 가지는 복수의 쉴드 봉에 의해 방해 받는 것이 줄어들 수 있다. 이에 따라, 타겟과 쉴드 마스크 사이에서 복수의 쉴드 봉이 고정된 상태로 배치된 경우에서 기판 중 복수의 쉴드 봉과 대응되는 부분에 타겟 입자들의 증착이 잘 이루어지지 않아 기판에 타겟 입자들이 증착되어 형성되는 박막의 균일도가 저하되는 것이 줄어들 수 있다.
전원 공급부(160)는 챔버(110)의 외부에 배치되며, 백 플레이트(130)를 통해 타겟(125)에 전원을 공급하는 역할을 한다. 예를 들어, 전원 공급부(160)는 타겟(125)에 마이너스(-) 전원을 공급하여, 기판(S)에 대한 스퍼터링 공정시 요구되는 전기장이 타겟(125)와 그라운드 상태의 쉴드 마스크(140) 및 복수의 쉴드 봉(155) 사이에 형성되게 할 수 있다. 전원 공급부(160)는 파워 서플라이로 구성될 수 있으며, 마이너스(-) 전원을 직류 또는 교류로 공급할 수 있다.
구동부(170)는 이동 부재(150)를 구동시키며, 예를 들어 모터와 볼스크류를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 모터의 작동에 의해 이동 부재(150)가 제1 방향(D1)으로 수평 이동될 수 있다.
제어부(180)는 전원 공급부(160)에 연결되어 전원 공급부(160)의 전원 공급에 대한 제어를 할 수 있고, 또한 구동부(170)와 연결되어 이동 부재(150)의 구동에 대한 제어를 할 수 있다. 또한, 제어부(180)는 챔버(110)의 내부에서 진행되는 기판(S)에 대한 스퍼터링 공정을 전반적으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(180)는 챔버(110) 내부로의 불활성 가스 공급 및 챔버(110) 외부로의 공정 가스 배기 등을 제어할 수 있다. 이러한 제어부(180)는 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합을 이용하여 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 구현될 수 있다.
한편, 도시하진 않았지만 불활성 가스의 이온화율을 더 높여 증착 속도와 증착 막의 품질을 향상시키기 위해 백 플레이트(130) 주변에 마그네트를 더 배치할 수 있다. 상기 마그네트는 자기장을 형성하는 자석 또는 자기장 코일로 형성될 수 있다.
상기와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치(100)는 스테이지(115)와 타겟(125) 사이에 배치되어 전기장을 형성하는 쉴드 마스크(140)에 설치되며 수평 이동이 가능한 복수의 쉴드 봉(155)을 포함함으로써, 타겟(125)과 쉴드 마스크(140) 사이에 형성되는 전기장의 세기를 균일하게 하면서 기판(S)에 대한 스퍼터링 공정시 타겟(125)로부터 방출되는 타겟 입자들의 이동이 특정 부분에서 계속적으로 방해되는 것을 줄이게 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치(100)는 불균일한 전기장의 세기에 의해 타겟으로부터 타겟 입자가 방출되는 방출 균일도가 저하되는 것을 줄이게 하면서, 타겟과 쉴드 마스크 사이에서 복수의 쉴드 봉이 고정된 상태로 배치된 경우에서 기판 중 복수의 쉴드 봉과 대응되는 부분에 타겟 입자들의 증착이 잘 이루어지지 않아 기판에 타겟 입자들이 증착되어 형성되는 박막의 균일도가 저하되는 것을 줄어들게 할 수 있다.
다음은 도 1의 스퍼터링 장치(100)를 이용한 막 형성 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 6 내지 도 11은 도 1의 스퍼터링 장치를 이용한 막 형성 방법을 보여주는 공정 단면도들이다.
도 6을 참조하면, 먼저 챔버(110)의 내부에 설치된 스테이지(115) 상에 기판(S)을 안착시키고, 스퍼터링 공정을 이용하여 스테이지(115)와 마주보도록 배치되는 타겟(125)으로부터 방출되는 타겟 입자들을 기판(S)에 증착시킨다. 상기 스퍼터링 공정은 다음의 과정을 포함한다. 제어부(180)의 제어에 의해 전원 공급부(160)로부터 타겟(125)에 전원을 인가하고 챔버(110)의 가스 공급관(111)을 통해 불활성 가스, 예를 들어 아르곤 가스를 챔버(110)의 내부로 공급하면, 쉴드 마스크(140) 및 복수의 쉴드 봉(155)과 타겟(125) 사이에 전기장이 형성된다. 이러한 전기장에 의해 불활성 가스가 이온화되어 플라즈마가 발생되고, 불활성 가스로부터 이온화된 이온들이 타겟(125)에 충돌한다. 그럼, 타겟(125)에서 타겟 입자들이 방출되어 기판(S)에 증착된다.
기판(S)은 디스플레이용 기판, 예를 들어 유기발광 표시장치, 액정표시장치, PDP 장치와 같은 디스플레이용 기판일 수 있다. 타겟(125)은 기판(S)에 형성시키고자 하는 박막의 재료로 형성되며, 이하에서는 상기 박막의 재료가 금속 박막, 예를 들어 박막트랜지스터의 전극층의 재료인 것으로 설명한다.
한편, 상기 스퍼터링 공정에 의해 타겟(125)으로부터 방출되는 타겟 입자들의 이동이 이루어지기 전에, 도 6에 도시된 바와 같이 타겟(125)으로부터 방출되는 타겟 입자들이 기판(S) 중 복수의 쉴드 봉(155)과 대응되는 부분에 증착되지 않는 증착 패턴(DP1)이 기판(S)에 형성될 수 있다.
이어서, 도 7 내지 도 12를 참조하면, 기판(S)에 대한 스퍼터링 공정시 제어부(180)가 구동부(170)를 제어하여 이동 부재(150)를 제1 방향(D1)에서 타겟(125)의 일측과 타측 사이에서 일정한 속도로 수평 이동시킨다. 이에 따라, 이동 부재(150)에 결합되는 복수의 쉴드 봉(155)이 제1 방향(D1)에서 타겟(125)의 일측과 타측 사이에서 일정한 속도로 수평 이동될 수 있다. 따라서, 기판(S)에 대한 스퍼터링 공정시 타겟(125)로부터 방출되는 타겟 입자들의 이동을 특정 부분에서 계속적으로 방해하는 것이 줄어들어, 기판(S)에 타겟 입자들이 증착되어 형성되는 박막의 균일도가 향상될 수 있다.
구체적으로, 도 7을 참조하면, 제어부(180)는 구동부(170)를 제어하여 기판(S)에 대한 스퍼터링 공정이 시작되고 제1 일정 시간 이후에 이동 부재(150)를 제1 방향(D1)에서 일 방향으로 이동시켜 복수의 쉴드 봉(155)을 함께 수평 이동 시킨다(①). 그럼, 도 6에서 기판(S) 중 복수의 쉴드 봉(155)과 대응되는 부분에 타겟(125)의 타겟 입자들이 증착되지 않았던 부분에 타겟(125)의 타겟 입자들이 증착되어 기판(S) 상에 전체적으로 균일한 증착층(DL1)이 형성된다. 상기 일 방향은 타겟(125)의 일측에서 타측을 향하는 방향일 수 있다.
이어서, 도 8을 참조하면, 제어부(180)는 구동부(170)를 제어하여 기판(S)에 대한 스퍼터링 공정 중 제1 일정 시간 이후 제2 일정 시간이 되면 이동 부재(150)를 제1 방향(D1)에서 일 방향으로 더 수평 이동시켜 복수의 쉴드 봉(155)을 함께 수평 이동 시킨다(②). 그럼, 타겟(125)으로부터 방출되는 타겟 입자들이 기판(S) 중 복수의 쉴드 봉(155)과 대응되는 부분에 증착되지 않는 증착 패턴(DP2)이 기판(S)에 형성될 수 있다. 상기 제2 일정 시간은 기판(S)에 균일한 증착층(DL1)이 형성된 직후일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 도 9를 참조하면, 제어부(180)는 구동부(170)를 제어하여 기판(S)에 대한 스퍼터링 공정 중 제2 일정 시간 이후 제3 일정 시간이 되면 이동 부재(150)를 제1 방향(D1)에서 타 방향으로 수평 이동시켜 복수의 쉴드 봉(155)을 함께 수평 이동 시킨다(③). 그럼, 도 8에서 기판(S) 중 복수의 쉴드 봉(155)와 대응되는 부분에 타겟(125)의 타겟 입자들이 증착되지 않았던 부분에 타겟(125)의 타겟 입자들이 증착되어 기판(S) 상에 전체적으로 균일한 증착층(DL2)이 형성된다. 상기 타 방향은 타겟(125)의 타측에서 일측을 향하는 방향일 수 있다.
이어서, 도 10을 참조하면, 제어부(180)는 구동부(170)를 제어하여 기판(S)에 대한 스퍼터링 공정 중 제3 일정 시간 이후 제4 일정 시간이 되면 이동 부재(150)를 제1 방향(D1)에서 타 방향으로 더 수평 이동시켜 복수의 쉴드 봉(155)를 함께 수평 이동 시킨다(④). 그럼, 타겟(125)으로부터 방출되는 타겟 입자들이 기판(S) 중 복수의 쉴드 봉(155)과 대응되는 부분에 증착되지 않는 증착 패턴(DP3)이 기판(S)에 형성될 수 있다. 상기 제4 일정 시간은 기판(S)에 균일한 증착층(DL2)이 형성된 직후일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 도 11을 참조하면, 제어부(180)는 구동부(170)를 제어하여 기판(S)에 대한 스퍼터링 공정 중 제4 일정 시간 이후 제5 일정 시간이 되면 이동 부재(150)를 제1 방향(D1)에서 타 방향으로 더 수평 이동시켜 복수의 쉴드 봉(155)을 함께 수평 이동 시킨다(⑤). 그럼, 도 10에서 기판(S) 중 복수의 쉴드 봉(155)와 대응되는 부분에 타겟(125)의 타겟 입자들이 증착되지 않았던 부분에 타겟(125)의 타겟 입자들이 증착되어 도 11에 도시된 바와 같이 기판(S) 상에 전체적으로 균일한 금속 박막, 예를 들어 박막트랜지스터의 전극층(EL)이 형성된다.
다음은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스퍼터링 장치(200)에 대해 설명하기로 한다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방지 스퍼터링 장치의 단면도이고, 도 13은 도 12의 타겟, 쉴드 마스크 및 쉴드 봉의 배치를 보여주는 사시도이고, 도 14는 쉴드 마스크 및 쉴드 봉의 분리 사시도이고, 도 15는 도 14의 B-B' 부분의 단면도이고, 도 16은 도 14의 쉴드 봉 및 쉴드 마스크의 평면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 스퍼터링 장치(200)는 도 1의 스퍼터링 장치(100)와 비교하여 쉴드 마스크(240)가 다르고 도 1의 이동 부재(150)가 생략되는 점만 제외하고 동일한 구성을 가진다. 이에 따라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스퍼터링 장치(200)에서는 쉴드 마스크(240) 및 쉴드 마스크(240)와 연결된 구성들에 대해 중점적으로 설명하기로 한다.
도 12 내지 도 16을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스퍼터링 장치(200)는 챔버(110), 스테이지(115), 마스크(120), 타겟(125), 백 플레이트(130), 쉴드 마스크(240), 복수의 쉴드 봉(255), 전원 공급부(160), 구동부(270) 및 제어부(180)를 포함한다.
쉴드 마스크(240)는 스테이지(115)와 타겟(125) 사이에 배치된다. 쉴드 마스크(240)는 개구(OP1)를 정의하는 복수의 측벽부들(240a, 240b, 240c, 240d)과, 측벽부들(240a, 240b, 240c, 240d) 중 마주보는 양 측벽부들(240a, 240c)에 형성되는 결합홈(241)을 포함하도록 형성되고, 제1 방향(D1)으로 수평 이동하도록 구성된다. 예를 들어, 쉴드 마스크(240)는 제1 방향(D1)에서 타겟(125)의 일측과 타측 사이에서 일정한 속도로 왕복 이동하도록 구성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 쉴드 마스크(240)는 정지 없이 제1 방향(D1)에서 타겟(125)의 일측에서 타측 방향으로 일정한 속도로 수평 이동되고, 타겟(125)의 타측에서 일측 방향으로 다시 일정한 속도로 수평 이동되게 구성될 수 있다. 또한, 쉴드 마스크(240)는 제1 방향(D1)에서 타겟(125)의 일측에서 타측 방향으로 일정한 속도로 수평 이동되고 일정 시간 정지되는 동작을 반복하고, 타겟(125)의 타측에서 일측 방향으로 다시 일정한 속도로 수평 이동되고 일정 시간 정지되는 동작을 반복하도록 구성될 수 있다.
쉴드 마스크(240)는 타겟(125)과 전기적으로 독립된다. 쉴드 마스크(240)는 그라운드 상태로 전원, 예를 들어 마이너스(-) 전원이 인가된 타겟(125)과의 사이에 전기장을 형성한다. 쉴드 마스크(240)는 알루미늄 또는 몰리브덴으로 형성될 수 있다. 한편, 상기 개구(OP1)는 기판(S)과 대응될 수 있다.
복수의 쉴드 봉(255)은 도 1의 복수의 쉴드 봉(155)과 유사하다. 다만, 복수의 쉴드 봉(255)은 쉴드 마스크(240)의 결함홈(241)에 결합되며, 제1 방향(D1)을 따라 서로 이격되게 배치될 수 있다. 또한, 복수의 쉴드 봉(255)은 기판(S)에 대한 스퍼터링 공정시 쉴드 마스크(240)의 수평 이동에 의해 함께 수평 이동할 수 있다.
구동부(270)는 도 1의 구동부(170)와 유사하다. 다만, 구동부(270)는 쉴드 마스크(240)를 구동시키며, 예를 들어 모터와 볼스큐류를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 모터의 작동에 의해 쉴드 마스크(240)가 제1 방향(D1)으로 수평 이동될 수 있다.
상기와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 스퍼터링 장치(200)는 스테이지(115)와 타겟(125) 사이에 배치되어 전기장을 형성하는 쉴드 마스크(240)에 설치되며 수평 이동이 가능한 복수의 쉴드 봉(255)을 포함함으로써, 타겟 (125)과 쉴드 마스크(240) 사이에 형성되는 전기장의 세기를 균일하게 하면서 기판(S)에 대한 스퍼터링 공정시 타겟(125)로부터 방출되는 타겟 입자들의 이동이 특정 부분에서 계속적으로 방해되는 것을 줄이게 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스퍼터링 장치(200)는 불균일한 전기장의 세기에 의해 타겟으로부터 타겟 입자가 방출되는 방출 균일도가 저하되는 것을 줄이게 하면서, 타겟과 쉴드 마스크 사이에서 복수의 쉴드 봉이 고정된 상태로 배치된 경우에서 기판 중 복수의 쉴드 봉과 대응되는 부분에 타겟 입자들의 증착이 잘 이루어지지 않아 기판에 타겟 입자들이 증착되어 형성되는 박막의 균일도가 저하되는 것을 줄어들게 할 수 있다.
도 12의 스퍼터링 장치(200)를 이용한 막 형성 방법은 복수의 쉴드 봉(255)의 수평 이동이 쉴드 마스크(240)의 수평 이동에 의해 수행되는 점만 다르고, 도 6 내지 도 11에서 설명된 막 형성 방법과 유사하다. 이에 따라, 스퍼터링 장치(200)를 이용한 막 형성 방법에 대한 설명은 생략하기로 한다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 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.
100, 200: 스퍼터링 장치 110: 챔버
115: 스테이지 120: 마스크
125: 타겟 130: 백 플레이트
140, 240: 쉴드 마스크 150: 이동 부재
155, 255: 쉴드 봉 160: 전원 공그부
170: 구동부 180: 제어부

Claims (20)

  1. 챔버;
    상기 챔버의 내부에 배치되며, 기판이 안착되는 스테이지;
    상기 스테이지와 마주보도록 상기 챔버의 내부에 배치되는 타겟;
    상기 스테이지와 상기 타겟 사이에 배치되며, 개구를 정의하는 복수의 측벽부들과 상기 측벽부들 중 마주보는 양 측벽부들에 수납홈이 형성되는 쉴드 마스크;
    상기 수납홈에 수납되고 제1 방향을 따라 서로 이격되는 복수의 결합홈을 포함하며 상기 제1 방향으로 수평 이동하도록 구성된 이동 부재; 및
    상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 연장되며, 상기 이동 부재의 결합홈에 결합되어 상기 이동 부재의 수평 이동에 의해 함께 수평 이동하는 복수의 쉴드 봉을 포함하는 스퍼터링 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 이동 부재를 구동시키는 구동부를 더 포함하는 스퍼터링 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 이동 부재는 상기 타겟의 일측과 타측 사이에서 왕복 이동하도록 구성된 스퍼터링 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 이동 부재는 상기 타겟의 일측에서 타측 방향으로 일정한 속도로 수평 이동되고, 상기 타겟의 타측에서 일측 방향으로 다시 상기 일정한 속도로 수평 이동하도록 구성되는 스퍼터링 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 이동 부재는 상기 타겟의 일측에서 타측 방향으로 일정한 속도로 수평 이동되고 일정 시간 정지되는 동작을 반복하고, 상기 타겟의 타측에서 일측 방향으로 다시 상기 일정한 속도로 수평 이동되고 상기 일정 시간 정지되는 동작을 반복하도록 구성되는 스퍼터링 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 쉴드 봉 각각의 직경은 인접한 상기 쉴드 봉들 사이의 이격 거리와 같은 스퍼터링 장치.
  7. 챔버;
    상기 챔버의 내부에 배치되며, 기판이 안착되는 스테이지;
    상기 스테이지와 마주보도록 상기 챔버의 내부에 배치되는 타겟;
    상기 스테이지와 상기 타겟 사이에 배치되며, 개구를 정의하는 복수의 측벽부들과 상기 측벽부들 중 마주보는 양 측벽부들에 제1 방향을 따라 서로 이격되게 형성된 복수의 결합홈을 포함하고, 상기 제1 방향으로 수평 이동하도록 구성된 쉴드 마스크; 및
    상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 연장되며, 상기 쉴드 마스크의 결합홈에 결합되어 상기 쉴드 마스크의 수평 이동에 의해 함께 수평 이동하는 복수의 쉴드 봉을 포함하는 스퍼터링 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 쉴드 마스크를 구동시키는 구동부를 더 포함하는 스퍼터링 장치.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 쉴드 마스크는 상기 타겟의 일측과 타측 사이에서 왕복 이동하도록 구성된 스퍼터링 장치.
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 쉴드 마스크는 상기 타겟의 일측에서 타측 방향으로 일정한 속도로 수평 이동되고, 상기 타겟의 타측에서 일측 방향으로 다시 상기 일정한 속도로 수평 이동하도록 구성되는 스퍼터링 장치.
  11. 제7 항에 있어서,
    상기 쉴드 마스크는 상기 타겟의 일측에서 타측 방향으로 일정한 속도로 수평 이동되고 일정 시간 정지되는 동작을 반복하고, 상기 타겟의 타측에서 일측 방향으로 다시 상기 일정한 속도로 수평 이동되고 상기 일정 시간 정지되는 동작을 반복하도록 구성되는 스퍼터링 장치.
  12. 제7 항에 있어서,
    상기 복수의 쉴드 봉 각각의 직경은 인접한 상기 쉴드 봉들 사이의 이격 거리와 같은 스퍼터링 장치.
  13. 챔버 내부에 기판을 배치하는 단계;
    스퍼터링 공정을 이용하여 상기 기판과 대향하는 타겟으로부터 방출되는 타겟 입자들을 상기 기판에 증착시키는 단계; 및
    상기 스퍼터링 공정 중 상기 기판과 상기 타겟 사이에 배치된 쉴드 마스크에 제1 방향을 따라 서로 이격되게 설치된 복수의 쉴드 봉을 상기 제1 방향으로 수평 이동시키는 단계를 포함하되,
    상기 복수의 쉴드 봉을 수평 이동시키는 단계는 상기 쉴드 마스크에 수납되며 상기 복수의 쉴드 봉이 결합되는 이동 부재가 상기 제1 방향으로 수평 이동함에 따라 수행되는 막 형성 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 복수의 쉴드 봉을 수평 이동시키는 단계는 상기 복수의 쉴드 봉을 상기 타겟의 일측과 타측 사이에서 왕복 이동시키는 것을 포함하는 막 형성 방법.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 복수의 쉴드 봉을 수평 이동시키는 단계는 상기 복수의 쉴드 봉을 타겟의 일측에서 타측 방향으로 일정한 속도로 수평 이동시키고, 상기 타겟의 타측에서 일측 방향으로 다시 상기 일정한 속도로 수평 이동시키는 것을 포함하는 막 형성 방법.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 복수의 쉴드 봉을 수평 이동시키는 단계는 상기 복수의 쉴드 봉을 상기 타겟의 일측에서 타측 방향으로 일정한 속도로 수평 이동시키고 일정 시간 정지되는 동작을 반복시키고, 상기 타겟의 타측에서 일측 방향으로 다시 상기 일정한 속도로 수평 이동시키고 상기 일정 시간 정지되는 동작을 반복시키는 것을 포함하는 막 형성 방법.
  17. 삭제
  18. 챔버 내부에 배치되는 스테이지에 기판을 배치하는 단계;
    스퍼터링 공정을 이용하여 상기 기판과 대향하는 타겟으로부터 방출되는 타겟 입자들을 상기 기판에 증착시키는 단계; 및
    상기 스퍼터링 공정 중 상기 기판과 상기 타겟 사이에 배치된 쉴드 마스크에 제1 방향을 따라 서로 이격되게 설치된 복수의 쉴드 봉을 상기 제1 방향으로 수평 이동시키는 단계를 포함하되,상기 쉴드 마스크는 상기 스테이지와 상기 타겟 사이에 배치되며, 개구를 정의하는 복수의 측벽부들과 상기 측벽부들 중 마주보는 양 측벽부들에 상기 제1 방향을 따라 서로 이격되게 형성된 복수의 결합홈을 포함하고,
    상기 복수의 결합홈은 상기 복수의 쉴드 봉과 결합하며,
    상기 복수의 쉴드 봉을 수평 이동시키는 단계는 상기 복수의 쉴드 봉이 결합되는 상기쉴드 마스크가 상기 제1 방향으로 수평 이동함에 따라 수행되는 막 형성 방법.
  19. 제13 항에 있어서,
    상기 복수의 쉴드 봉 각각의 직경은 인접한 상기 쉴드 봉들 사이의 이격 거리와 같은 막 형성 방법.
  20. 제13 항에 있어서,
    상기 타겟 입자가 상기 기판에 증착되어 형성되는 막은 금속 박막인 막 형성 방법.
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