KR20000014681A

KR20000014681A - 스퍼터링 장치의 자석 이송장치

Info

Publication number: KR20000014681A
Application number: KR1019980034220A
Authority: KR
Inventors: 김상진
Original assignee: 구자홍; 엘지전자 주식회사
Priority date: 1998-08-24
Filing date: 1998-08-24
Publication date: 2000-03-15

Abstract

본 발명은 플라즈마를 이용하여 기판에 원하는 물질의 박막을 코팅시키는 스퍼터링의 장치에 관한 것으로서, 특히 기판에 코팅될 물질로 이루어진 타겟의 후방에 설치되는 두 개의 회전축과, 상기 두 개의 회전축에 접촉되도록 설치되고 상기 타겟보다 긴 길이와 넓은 폭을 갖는 벨트수단과, 상기 벨트수단의 표면에 상하부가 서로 다른 극을 띠도록 설치되는 자력수단과, 상기 자력수단이 일정한 속도로 회전되도록 상기 두 개의 회전축을 구동시키는 모터로 구성되어;

타겟이 고르게 침식되고, 그 교체주기가 장기화되어 생산성이 향상되며, 타겟이 고르게 침식되므로 기판에 타겟입자가 고르게 증착되어 제품의 품질이 향상되는 스퍼터링장치의 자석 이송장치(Magnet driving device for sputtering apparatus)에 관한 것이다.

Description

스퍼터링 장치의 자석 이송장치

본 발명은 플라즈마를 이용하여 기판에 원하는 물질의 박막을 코팅시키는 스퍼터링의 장치에 관한 것으로서, 특히 기판에 코팅되는 물질로 이루어진 타겟의 후방에 설치되어 플라즈마가 더욱 효율적으로 대량 발생토록 설치되는 자석을 이송시키는 스퍼터링 장치의 자석 이송장치에 관한 것이다.

도 1은 종래기술에 의한 제 1실시예인 스퍼터링 장치의 개략도이고, 도 2는 종래기술에 의한 제 1실시예인 스퍼터링 장치의 실시 상태도이다.

종래기술에 의한 제 1실시예인 스퍼터링 장치는 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 유체가 이동되는 주입구(1a)와 배기구(1b)가 형성된 챔버(1)내에 코팅될 목적물인 기판(2)이 일측에 설치되고, 그 반대편에 상기 기판(2)과 대향되도록 코팅될 물질로 이루어진 타겟(3)이 설치되어 있다. 그리고, 상기 타겟(3) 뒤에는 플라즈마를 대량 발생시켜 그 밀도를 높이도록 복수개의 자석(4)이 설치되어 있다. 이와 같이 자석이 설치된 스퍼터링 장치를 마그네트론 스퍼터(magnetron sputter)라 한다.

상기와 같은 마그네트론 스퍼터의 동작을 설명하면, 우선 상기 챔버(1)에 형성된 배기구(1b)를 이용하여 그 내부를 진공상태로 만들고, 진공상태로 된 챔버(1)내에 아르곤(Ar)과 같은 불활성 가스를 주입한 후, 상기 챔버(1)의 양단에 설치된 전원장치(5)에 전원을 공급하면, 상기 챔버(1)내의 아르곤 가스는 아르곤 양이온(Ar⁺)과 전자이온(e^-)으로 분리되어 플라즈마 상태에 이르게 된다.

이때, 플라즈마 상태의 아르곤 양이온(Ar⁺)이 음극의 전원이 걸린 타겟(3)쪽으로 가속되어 고체상의 상기 타겟(3)에 충돌하게 된다. 여기서 아르곤 양이온(Ar⁺)은 아르곤(Ar) 가스원자와 그 질량이 비슷하게 무거우므로 상기 타겟(3)에 충돌하여 스퍼터링 현상을 일으킨다. 즉 상기 타겟(3)에 상기 아르곤(Ar) 가스원자가 충돌하여 에너지가 상기 타겟(3)에 전해지고, 그 에너지에 의해 상기 타겟(3)을 이루는 물질의 원자가 빠른 속도로 튀어나와 상기 기판(2)으로 날아가서 증착되게 된다.

이와 같은 상기 타겟(3) 원자의 증착이 반복되어 상기 기판(2)에 박막을 형성하게 된다.

한편, 충돌에너지에 의해 상기 타겟(3)에서 튀어나온 전자이온(e^-)은 상기 타겟(3)의 후방에 설치된 상기 자석(4)에 의해 형성되는 자기장과 전원장치(5)에 의해 발생되는 전기장에 의해 상기 기판(2)쪽으로 이동되지 않고 작은 원운동을 하면서 주위의 아르곤(Ar)원자와 충돌하게 된다.

따라서, 더욱 많은 수의 상기 아르곤(Ar)원자가 플라즈마 상태로 바뀌게 되고, 스퍼터링의 효율이 증대되게 된다.

그러나, 종래기술의 제 1실시예에 의한 스퍼터링 장치는 도 2에 도시된 바와 같이 플라즈마의 밀도는 자석과 자석 사이의 자기장과 상기 타겟(3)면이 평행을 이루는 영역(A)에서 집중되게 되고, 그 영역(A)에서 상기 타겟(3)의 침식(erosion)부위가 집중되어 상기 타겟(3)의 교체주기가 짧아져 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

아울러, 상기 타겟(3)의 원자가 튀어나오는 침식부위가 집중되어 상기 기판(2)에 증착되는 박막의 두께가 균일하지 못하게 되므로 제품의 품질이 저하되는 문제점이 있다.

한편, 도 3은 종래기술에 의한 제 2실시예인 스퍼터링 장치의 자석 이송장치의 개략도이고, 도 4는 종래기술에 의한 제 2실시예에 의해 실시된 타겟의 단면도이다.

종래기술에 의한 제 2실시예는 도 3에 도시된 바와 같이 타겟(3)의 후방에 설치되는 자석(11)을 좌우로 이동시킴으로써 종래기술의 제 1실시예의 문제점을 해결하고자 하는 기술이다.

즉, 자석(11)이 고정된 경우에 발생되는 집중적인 침식부위를 없애기 위하여 평면상에서 상기 자석(11)을 좌우로 이송시키는 이송장치(12)를 설치한 것이고, 그 동작을 설명하면, 상기 자석(11)이 설치된 이송장치(12)가 이동되므로 상기 자석(11)에 의해 형성되는 플라즈마의 집중부도 이동되어 상기 타겟(13)의 표면이 고르게 침식되고, 그에 따라 코팅물질이 기판(14)에 고르게 증착되게 된다.

그러나, 상기한 종래기술에 의한 제 2실시예인 스퍼터링 장치의 자석 이송장치는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 자석(11)이 좌우로 왕복 이송되기 때문에 상기 타겟(13)의 대부분의 구간에서는 고르게 침식이 이루어지나 운동방향이 반대로 바뀌는 양 끝단부의 가감속구간에서는 침식이 집중되는 침식집중부위(erosion peak)(B)가 발생되어 상기 타겟의 교체주기가 짧아져 생산성이 저하되고, 동시에 기판(14)의 코팅이 불균일하여 제품의 품질을 보장받을 수 없는 문제점이 있다.

여기서, 상기한 제 2실시예의 문제점을 해결하기 위하여 자석(11)의 속도분포 또는 자석(11)의 형태에 변화를 주는 방법이 사용될 수 있으나, 이러한 방법은 자석(11)과 이송장치(12)의 복잡한 구조를 필요로 하기 때문에 실제 적용시에는 많은 어려움이 따른다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 자석이 설치된 벨트를 타겟의 후방에서 한 방향으로 일정속도로 이송시켜 플라즈마의 발생이 집중되는 것을 방지함으로써, 타겟이 고르게 침식되고 코팅 품질이 우수한 기판을 제조할 수 있는 스퍼터링 장치의 자석 이송장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래기술에 의한 제 1실시예인 스퍼터링 장치의 개략도이고,

도 2는 종래기술에 의한 제 1실시예인 스퍼터링 장치의 타겟이 침식된 단면도이다.

도 3은 종래기술에 의한 제 2실시예인 스퍼터링 장치의 자석 이송장치의 개략도이고,

도 4는 종래기술에 의한 제 2실시예에 의해 실시된 타겟의 단면도이다.

도 5는 본 발명에 의한 제 1실시예인 스퍼터링 장치의 개략도이고,

도 6은 본 발명에 의한 제 1실시예의 자석 이송장치의 평면도이며,

도 7은 본 발명에 의한 스퍼터링 장치에 의해 실시된 타겟의 단면도이다.

도 8은 본 발명에 의한 제 2실시예인 자석 이송장치의 평면도이고,

도 9는 본 발명에 의한 제 2실시예인 자석 이송장치의 단면도이며,

도 10은 본 발명에 의한 제 3실시예인 자석 이송장치의 평면도이고,

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

51 : 챔버 52 : 기판

53, 63 : 타겟 54 : 전원장치

55, 55', 60 : 회전축 56 : 모터

57, 62, 70, 80 : 플레이트

58a, 58b, 61a, 61b, 71a, 71b, 81a, 81b : 자석

본 발명은 기판에 코팅될 물질로 이루어진 타겟의 후방에 설치되는 두 개의 회전축과, 상기 두 개의 회전축에 접촉되도록 설치되고 상기 타겟보다 긴 길이와 넓은 폭을 갖는 벨트수단과, 상기 벨트수단의 표면에 상하부가 서로 다른 극을 띠도록 설치되는 자력수단과, 상기 자력수단이 일정한 속도로 회전되도록 상기 두 개의 회전축을 구동시키는 모터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 자력수단은 상기 두 개의 회전축과 나란한 방향으로 일정간격을 두고 상기 벨트수단에 설치되는 복수개의 막대형 플라스틱 자석과, 상기 막대형 플라스틱 자석과 극성이 반대이고 상기 막대형 플라스틱 자석의 사이마다 막대형으로 설치되며 그 끝단이 서로 연결된 플라스틱 자석으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 참조된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 의한 제 1실시예인 스퍼터링 장치의 개략도이고, 도 6은 본 발명에 의한 제 1실시예의 자석 이송장치의 평면도이며, 도 7은 본 발명에 의한 스퍼터링 장치에 의해 실시된 타겟의 단면도이다.

본 발명에 의한 제 1실시예인 스퍼터링 장치는 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이 주입구(51a) 및 배기구(51b)가 형성된 챔버(51)와, 상기 챔버(51)의 일측에 설치되고 코팅될 목적물인 기판(52)과, 상기 가판(52)과 대향되도록 설치되고 상기 기판(52)에 코팅될 물질로 이루어진 타겟(53)과, 상기 기판(52)과 상기 타겟(53) 사이에 전압차를 형성시키는 전원장치(54)와, 상기 타겟(53)의 후방에 설치되는 두 개의 회전축(55, 55')과, 상기 두 개의 회전축(55, 55') 중에 한 개의 회전축(55)과 연결되어 회전동력을 제공하는 모터(56)와, 상기 두 개의 회전축(55, 55')에 접촉되도록 설치되고 벨트형태로서 상기 두 개의 회전축(55, 55')을 중심으로 회전되는 플레이트(57)와, 상하부가 다른 극성을 띠고 상기 두 개의 회전축(55, 55')과 나란하도록 상기 플레이트(57) 상에 길게 설치되는 다수개의 자석(58a, 58b)으로 구성된다.

여기서, 상기 플레이트(57) 상에 설치되는 자석(58a, 58b)은 상기 타겟(53) 전면에 자기장을 형성시킬 수 있도록 서로 극성이 반대인 자석(58a, 58b)이 번갈아 설치되어 있다.

또한, 상기 자석(58a, 58b)은 도 6에 도시된 바와 같이 상부는 N극, 하부는 S극이 형성되고 일정간격을 두고 서로 연결되고 긴 공간을 형성하도록 긴 타원형태인 플라스틱 자석(58a)과, 그 공간에 상부는 S극, 하부는 N극이 형성되도록 설치되는 막대형의 플라스틱 자석(58b)으로 이루어지며, 상기 자석(58a, 58b)이 플라스틱 자석이므로 상기 플레이트(57)가 상기 두 개의 회전축(55, 55') 주변의 곡선부위에서 부드럽게 이동될 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 제 1실시예의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 종래기술과 마찬가지로 상기 챔버(51)의 배기구(51b)로 공기를 빼내어 진공상태로 만들고, 상기 챔버(51b)의 주입구(51a)를 통하여 플라즈마를 발생시킬 불활성 가스를 주입한 후, 상기 전원장치(54)에 전원을 공급하여 플라즈마를 발생시키게 된다.

상기 전원장치(54)에 전원이 공급되면, 상기 챔버(51)내에 공급된 불활성가스는 양이온과 전자이온으로 분리되고, 전자이온과 달리 무거운 양이온은 상기 전원장치(54)에 의해 음극이 형성되는 상기 타겟(53)쪽으로 가속되어 상기 타겟(53)에 충돌하게 된다.

상기 전원장치(54)의 전위차에 의해 양이온이 상기 타겟(53)에 충돌하게 되면, 상기 타겟(53)에서는 양이온의 충돌에 의해 에너지가 흡수되고, 그에 해당하는 상기 타겟(53)의 입자가 튀어나오게 되며, 상기 타겟(53)으로부터 튀어나온 상기 타겟(53)의 입자는 상기 기판(52)쪽으로 날아가 증착되게 된다.

이때, 상기 타겟(53)의 후방에는 자석(58a, 58b)이 상기 타겟(53)의 전방에 자기장을 형성시키도록 설치되어 있으므로 그 자기장에 의해 상기 타겟(53)에서 튀어나온 전자이온은 양극이 형성되는 기판(52)쪽으로 이동되지 않고 자기장의 주위에서 작은 원운동을 하게 되며, 불활성가스와 충돌하여 더욱 많은 수의 플라즈마를 발생시키게 된다.

이와 동시에, 상기 모터(56)가 동작되어 상기 두 개의 회전축(55, 55')이 회전되면, 상기 두 개의 회전축(55, 55')에 설치된 상기 플레이트(57)도 그에 따라 회전되고, 상기 플레이트(57) 상에 설치된 자석(58a, 58b)도 그 회전에 따라 이동되며, 상기 자석(58a, 58b)의 이동으로 인해 상기 자석(58a, 58b)에 의해 상기 타겟(53)의 전방에 형성되는 자기장도 일정속도로 이동된다.

따라서, 상기 자석(58a, 58b)의 이동으로 인해 자기장이 이동되므로 자기장이 이동되지 않음으로써 발생되는 집중적인 침식부위가 생기지 않게 된다.

또한, 상기 자석(58a, 58b)이 상기 플레이트(57)를 따라 일정한 속도로 이동되므로 단순히 좌우로 왕복하는 경우에 상기 타겟(53)의 양끝단에 발생되는 집중적인 침식부위가 생기지 않게 되어 도 7에 도시된 바와 같이 상기 타겟(53)이 고르게 침식되고, 집중적인 침식부위가 생기지 않으므로 상기 기판(52)에는 상기 타겟(53)의 입자들이 고르게 증착되게 된다.

한편, 도 8은 본 발명에 의한 제 2실시예인 자석 이송장치의 평면도이고, 도 9는 본 발명에 의한 제 2실시예인 자석 이송장치의 단면도이며, 도 10은 본 발명에 의한 제 3실시예인 자석 이송장치의 평면도이다,

본 발명에 의한 제 2실시예의 자석 이송장치는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 제 1실시예와 자석과 그 배열이 변형된 것으로서, 두 개의 회전축(60)에 벨트형태로 설치된 플레이트(62) 상에 상부는 N극, 하부는 S극을 띠고 긴 공간을 갖도록 타원형태인 다수개의 자석(61a)이 일정간격을 두고 설치되고, 상기의 타원형태의 자석(61a)의 중앙공간마다 상부는 S극, 하부는 N극의 극성을 띠는 막대형의 자석(61b)이 설치되어 있다.

제 2실시예의 자석 이송장치는 도 9에 도시된 바와 같이 회전축(60)의 곡선부위에서 직선부위로 전환되는 부근에서 그 높이가 직선부위의 플레이트의 높이보다 높아지므로 타겟(63)과 플레이트(62) 사이의 간격을 충분히 확보해야 한다.

또한, 본 발명에 의한 제 3실시예의 자석 이송장치는 도 10에 도시된 바와 같이 제 2실시예와 마찬가지로 제 1실시예의 자석과 그 배열을 변형한 것으로서, 플레이트(70)에 길이가 길고 폭이 좁은 막대형태의 막대형 자석(71a, 71b)을 일정한 간격을 두고 서로 반대의 극성을 띠도록 배열시켜 놓은 것이다.

또한, 상기 막대형의 자석(71a, 71b)중에 N극의 자석(71a)는 폐루프를 이룰 수 있도록 서로 연결되되, 그 연결부위(71c)는 곡선부위에서 잘 꺽일 수 있도록 상기 막대형의 자석(71a, 71b)의 폭 만큼 씩 분리되어 있다.

상기와 같은 제 3실시예에 의한 자석 이송장치는 회전축의 곡선부위에서 상기 자석(71a, 71b)이 수직방향으로 좁고 그 연결부위(71c)가 곡선부위에서 잘 회전될 수 있도록 분리되어 있으므로 회전이 부드럽게 이루어지게 된다.

이와 같이, 본 발명에 의한 스퍼터링 장치는 벨트형의 이송장치를 제공하여 자석(58a, 58b. 61a, 61b, 71a, 71b, 81a, 81b)을 한방향으로 정속이동시킴으로써 타겟(53, 63,)이 고르게 침식되고, 그 교체주기가 장기화되어 생산성이 향상되며, 타겟(53, 63)이 고르게 침식되므로 기판(52)에 타겟입자가 고르게 증착되어 제품의 품질이 향상된다.

Claims

기판에 코팅될 물질로 이루어진 타겟의 후방에 설치되는 두 개의 회전축과, 상기 두 개의 회전축에 접촉되도록 설치되고 상기 타겟보다 긴 길이와 넓은 폭을 갖는 벨트수단과, 상기 벨트수단의 표면에 상하부가 서로 다른 극을 띠도록 설치되는 자력수단과, 상기 자력수단이 일정한 속도로 회전되도록 상기 두 개의 회전축을 구동시키는 모터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치의 자석 이송장치.
제 1항에 있어서,

상기 자력수단은 상기 두 개의 회전축과 나란한 방향으로 일정간격을 두고 상기 벨트수단에 설치되는 복수개의 막대형 플라스틱 자석과, 상기 막대형 플라스틱 자석과 극성이 반대이고 상기 막대형 플라스틱 자석의 사이마다 막대형으로 설치되며 그 끝단이 서로 연결된 플라스틱 자석으로 이루어진 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치의 자석 이송장치.
제 1항에 있어서,

상기 자력수단은 상기 두 개의 회전축과 나란한 방향으로 일정간격을 두고 상기 벨트수단에 설치되는 복수개의 막대형 자석과, 상기 막대형 자석과 극성이 반대이고 상기 막대형 자석을 감싸도록 타원형으로 설치되는 타원형 자석으로 이루어진 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치의 자석 이송장치.
제 3항에 있어서,

상기 막대형 자석을 감싸도록 타원형으로 설치되는 상기 타원형 자석은 상기 타원형의 자석이 회전부위에서 회전이 용이하도록 다수개로 분리된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치의 자석 이송장치.