KR20030071926A

KR20030071926A - 스퍼터링 타겟 어셈블리 및 이를 이용한 스퍼터링 장비

Info

Publication number: KR20030071926A
Application number: KR1020020011193A
Authority: KR
Inventors: 박재열
Original assignee: 엘지.필립스 엘시디 주식회사
Priority date: 2002-03-02
Filing date: 2002-03-02
Publication date: 2003-09-13
Also published as: US20030165639A1; US6824652B2; US20050045470A1

Abstract

본 발명에 따른 스퍼터링 타겟 어셈블리는, 양면이 편평하게 형성된 백킹 플레이트(backing plate); 및 일면은 편평하게 형성되어 백킹 플레이트의 한 면에 부착되며, 타면은 위치에 따라 그 두께가 다르게 형성된 타겟(target); 을 포함한다.

여기서, 타겟은 위치에 따라 그 두께가 다르게 형성됨에 있어, 그 두께에 따라 별도로 분할되어 형성되며, 과침식이 발생되는 영역은 상대적으로 두껍게 형성된다.

또한, 본 발명에 따른 스퍼터링 장비는, 양면이 편평하게 형성된 백킹 플레이트(backing plate) 및 일면은 편평하게 형성되어 백킹 플레이트의 상부 면에 부착되며, 타면은 위치에 따라 그 두께가 다르게 형성된 타겟(target)을 구비하는 스퍼터링 타겟 어셈블리; 및 백킹 플레이트의 하부 면 아래에 마련되며, 타겟에 소정의 자기장을 형성시키는 마그네트; 를 포함한다.

여기서 마그네트는, 백킹 플레이트의 하부 면 아래에서 이동되는 무빙 마그네트로 구성된다.

또한, 타겟은 위치에 따라 그 두께가 다르게 형성됨에 있어, 그 두께에 따라 별도로 분할되어 형성되며, 과침식이 발생되는 영역은 상대적으로 두껍게 형성되는 점에 그 특징이 있다.

Description

스퍼터링 타겟 어셈블리 및 이를 이용한 스퍼터링 장비{Sputtering target assembly and sputtering apparatus using the same}

본 발명은 스퍼터링 장비에 관한 것으로서, 특히 마그네트론 스퍼터링 장비에서 타겟의 사용 효율을 높일 수 있는 스퍼터링 타겟 어셈블리 및 이를 이용한 스퍼터링 장비에 관한 것이다.

오늘날, 영상표시장치는 브라운관 방식에서 액정표시장치, 플라즈마 표시 패널 등을 이용하는 방식으로 변화되고 있으며, 특히 액정표시장치는 브라운관 방식에 비해 소비 전력이 낮고, 경량박형화가 가능하며, 유해 전자파를 방출하지 않는 장점으로 인하여 차세대 첨단 영상표시장치로 각광을 받고 있다.

한편, 도 1은 일반적인 액정표시장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하여 간략하게 설명하면, 일반적인 액정표시장치는 TFT(Thin Film Transistor) 어레이(array)가 형성되어 있는 TFT 기판과, 칼라 필터(Color Filter)가 배열되어 있는 칼라 필터 기판과, 상기 TFT 기판과 칼라 필터 기판 사이에 주입된 액정(Liquid Crystal) 및 영상 표시를 위하여 빛을 공급하는 백 라이트 (Back Light)를 포함한다.

여기서, 상기 TFT 기판에 형성된 TFT 어레이는 전기적 신호를 전달, 제어하는 역할을 하며, 액정은 인가된 전압에 따라 분자구조를 달리하여 빛의 투과 정도를 제어한다. 이와 같은 과정을 통하여 제어된 빛은 칼라 필터 기판을 통과하면서 원하는 색과 영상으로 나타나게 된다.

한편, 상기 칼라 필터 기판에 마련되는 블랙 매트릭스 막 또는 상기 TFT 기판에 마련되는 전극 등을 형성함에 있어, 스퍼터링 장비를 이용하여 크롬(Cr) 등의 금속을 증착시킨다.

여기서, 스퍼터링에 의한 박막 형성방법이란, 진공 챔버 내에 형성하고자 하는 박막재료로 이루어진 타겟을 놓고, 타겟에 대응되는 위치에 기판을 배치한 후 아르곤 이온을 주입하면 진공 챔버 내에 형성된 플라즈마에 의해 이온화된 아르곤 입자등의 충돌입자가 음으로 대전된 타겟면에 충돌되어 그 에너지에 의해 타겟입자가 튀어나와 기판상에 증착되는 방법을 말한다.

상기 스퍼터링에 의한 박막 형성 방법으로는 다이오드 스퍼터링 방법, 바이어스 스퍼터링 방법, 고주파 스퍼터링 방법, 트라이오드 스퍼터링 방법, 마그네트론 스퍼터링 방법 등이 있으며, 가장 많이 사용되고 있는 마그네트론 스퍼터링 방법의 경우 타겟 뒷면에 마그네트가 장착되어 스퍼터링시 마그네트가 있는 타겟 부위가 다른 부위보다 고밀도의 플라즈마가 형성되는 관계로 더 많은 타겟 원자가 방출되어 박막 증착속도를 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

그러나 이와 같은 장점과는 달리 스퍼터링이 진행될수록 특정 부위에 대한 타겟 침식 속도가 빨라 전체적인 타겟의 사용효율이 떨어질 수 있는 단점이 있다.

이때, 마그네트론 스퍼터링 장비는 다양하게 구현될 수 있는데, 도 2에 나타낸 바와 같이, 마그네트(23)의 위치에 따라서 타겟(21)의 침식(erosion) 형상이 달라지게 된다. 도 2는 일반적인 마그네트론 스퍼터링 장비에서, 마그네트의 위치에 따른 타겟의 침식 상태를 개념적으로 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하여 설명하면, 일반적인 마그네트론 스퍼터링 장비에서 상기 마그네트(23)를 이용하여 스퍼터링 수행 시에, 자기장의 균등 분할 문제로 인하여 상기 타겟(21)에 국부적인 침식이 발생된다. 이에 따라, 상기 타겟(21)의 일부 영역만을 이용하여 증착을 수행할 수 있게 됨으로써, 상기 타겟(21)을 효율적으로 사용할 수 없게되는 단점이 있다.

이러한 단점을 개선하기 위하여, 상기 고정된 마그네트(23)를 이동식으로 변형시킨, 무빙 마그네트(moving magnet)를 이용한 마그네트론 스퍼터링 장비가 제안되고 있다. 그러나, 이와 같이 무빙 마그네트를 이용하는 마그네트론 스퍼터링 장비에 있어서도, 상기 타겟(21)에 대한 침식은 모든 영역에서 고르게 발생되지 않고, 부분적으로 침식이 다르게 수행되는 현상이 발생된다.

이에 따라, 타겟을 효율적으로 사용하기 위해서, 타겟의 불균일한 침식 상태를 감안하여, 상기 타겟의 위치에 따라, 상기 타겟을 분할하여 그 두께를 달리하는 방안이 제안되고 있다. 도 3은 일반적인 마그네트론 스퍼터링 장비에 채용되는 종래의 스퍼터링 타겟 어셈블리의 형상을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 스퍼터링 어셈블리(30)의 타겟(35)(37)은 그 위치에 따라 두께가 다르게 분할되어 마련되는데, 과침식(over erosion)이 발생되는 영역의 타겟(35)은 상대적으로 두껍게 형성되고, 나머지 영역의 타겟(37)은 상대적으로 얇게 형성되어 단차지게 마련된다. 이때, 상기 타겟(35)(37)의 표면은 균일하게 형성시키고, 백킹 플레이트(31)(33) 부분에 단차를 적용함으로써, 상기 타겟의 과침식 부분(35)에 대응되는 백킹 플레이트 부분(31만 형성된 부분)을 보호하고, 상기 타겟(35)(37)에 대한 사용 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

여기서, 상기 백킹 플레이트(31)(33)의 단차 정도는, 마그네트론 스퍼터링 장비 및 공정 조건을 감안하여 타겟(35)(37)의 침식 형상을 이론적으로 계산하고, 그 계산된 상기 타겟(35)(37)의 위치별 두께 분할에 따라, 백킹 플레이트(31)(33)의 단차를 결정하게 된다.

그런데, 이와 같이 단차지게 설계된 백킹 플레이트(31)(33)가 채용된 마그네트론 스퍼터링 장비를 이용하여, 스퍼터링 공정이 실제 양산에 적용됨에 있어, 양산 모델별로 공정 조건 등의 변경이 발생되는 경우에는 이론적으로 계산된 타겟의 침식 형상에 변화가 발생되게 된다. 이에 따라, 새롭게 변경된 공정 조건에 대응되도록 백킹 플레이트(31)(33)를 수정/재설계를 해야 하는 문제점이 발생된다.

이와 같이 변경되는 공정 조건에 따라 백킹 플레이트(31)(33)의 설계가 다시 수행되어야 함으로써, 상기 백킹 플레이트(31)(33)가 소모품화되는 경향이 발생되며, 이에 따른 비용이 증가되는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 여건을 감안하여 창출된 것으로서, 스퍼터링 장비 또는 공정 조건의 변화에 따라 타겟의 침식 형상이 변경되는 경우에, 백킹 플레이트를 수정/재설계하지 않고 타겟의 형상만을 변경시킴으로써, 타겟의 사용 효율을 향상시킬 수 있는 스퍼터링 타겟 어셈블리 및 이를 이용한 스퍼터링 장비를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 액정표시장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.

도 2는 일반적인 마그네트론 스퍼터링 장비에서, 마그네트의 위치에 따른 타겟의 침식 상태를 개념적으로 나타낸 도면.

도 3은 일반적인 마그네트론 스퍼터링 장비에 채용되는 종래의 스퍼터링 타겟 어셈블리의 형상을 개략적으로 나타낸 도면.

도 4는 일반적인 마그네트론 스퍼터링 장비에 채용되는 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟 어셈블리의 형상을 개략적으로 나타낸 도면.

도 5는 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟 어셈블리가 채용된 마그네트론 스퍼터링 장비에서, 타겟의 사용시간에 대한 침식 상태를 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

21... 타겟

23... 마그네트

30, 40... 스퍼터링 어셈블리

31, 33, 41... 백킹 플레이트

35, 37, 43, 45... 타겟

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟 어셈블리는,

양면이 편평하게 형성된 백킹 플레이트(backing plate); 및

일면은 편평하게 형성되어 상기 백킹 플레이트의 한 면에 부착되며, 타면은 위치에 따라 그 두께가 다르게 형성된 타겟(target); 을 포함하는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 상기 타겟은 위치에 따라 그 두께가 다르게 형성됨에 있어, 그 두께에 따라 별도로 분할되어 형성되는 점에 그 특징이 있다.

또한, 상기 타겟은 위치에 따라 그 두께가 다르게 형성됨에 있어, 과침식 (over erosion)이 발생되는 영역은 상대적으로 두껍게 형성되는 점에 그 특징이 있다.

또한, 상기의 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 스퍼터링 장비는,

양면이 편평하게 형성된 백킹 플레이트(backing plate) 및 일면은 편평하게 형성되어 상기 백킹 플레이트의 상부 면에 부착되며, 타면은 위치에 따라 그 두께가 다르게 형성된 타겟(target)을 구비하는 스퍼터링 타겟 어셈블리; 및

상기 백킹 플레이트의 하부 면 아래에 마련되며, 상기 타겟에 소정의 자기장을 형성시키는 마그네트; 를 포함하는 점에 그 특징이 있다.

여기서 상기 마그네트는, 상기 백킹 플레이트의 하부 면 아래에서 이동되는 무빙 마그네트인 점에 그 특징이 있다.

또한, 상기 타겟은 위치에 따라 그 두께가 다르게 형성됨에 있어, 그 두께에따라 별도로 분할되어 형성되는 점에 그 특징이 있다.

또한, 상기 타겟은 위치에 따라 그 두께가 다르게 형성됨에 있어, 과침식이 발생되는 영역은 상대적으로 두껍게 형성되는 점에 그 특징이 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 스퍼터링 장비 또는 공정 조건의 변화에 따라 타겟의 침식 형상이 변경되는 경우에, 백킹 플레이트를 수정/재설계하지 않고 타겟의 형상만을 변경시킴으로써, 타겟의 사용 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명한다.

도 4는 일반적인 마그네트론 스퍼터링 장비에 채용되는 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟 어셈블리의 형상을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟 어셈블리(40)는, 양면이 편평하게 형성된 백킹 플레이트(41); 및 일면은 편평하게 형성되어 상기 백킹 플레이트의 한 면에 부착되며, 타면은 위치에 따라 그 두께가 다르게 형성된 타겟(43)(45)을 포함한다.

즉, 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 백킹 플레이트(41)는 양면이 모두 편평하게 마련되어, 단차없이 균일한 두께로 형성된다. 그리고, 상기 타겟(43)(45)을 마련함에 있어, 과침식이 발생되는 부분(43)은 상대적으로 두껍게 형성시키고, 나머지 부분(45)은 상대적으로 얇게 형성시킨다. 이때, 상기 타겟(43)(45)을 상기 백킹 플레이트(41)에 부착시킴에 있어, 상기 백킹 플레이트(41)가 편평하게 되어 있으므로, 상기 타겟(43)(45)의 상부 면이 단차지게 형성되게 된다.

여기서, 상기 타겟(43)(45)을 단차지게 형성함에 있어, 상기 타겟(43)(45)의두께에 따라, 각 두께별로 분할시켜 형성함으로써(도면부호 43 영역과 도면부호 45 영역을 별도로 분할시켜 형성함), 공정 조건에 따라 이론적으로 계산된 침식 형상에 따라 상기 타겟(43)(45)의 형상을 용이하게 구현할 수 있게 된다.

그러면, 이와 같은 형상을 갖는 스퍼터링 어셈블리를 이용하여 스퍼터링 공정이 수행되는 경우에 타겟의 침식 과정을 도 5를 참조하여 간략하게 설명해 보기로 한다. 도 5는 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟 어셈블리가 채용된 마그네트론 스퍼터링 장비에서, 타겟의 사용시간에 대한 침식 상태를 나타낸 도면이다.

먼저, 스퍼터링 공정이 수행되는 최초 상태에서는, 단차지게 형성된 상기 타겟(43)(45)의 상부 방향에서 아르곤 이온과 같은 입자들이 입사된다. 이에 따라, 순차적으로 상기 타겟(43)(45)에 대한 침식이 발생되며, 최종적으로는 상기 타겟 (43)(45)의 두께 차이와 관계없이 비슷하게 침식이 발생됨으로써, 상기 타겟(43) (45)을 효율적으로 이용할 수 있게 된다.

또한, 스퍼터링 장비 또는 공정 조건 등의 변경에 의하여, 상기 타겟 (43)(45)의 침식 형상이 변경되는 경우에는, 그 변경된 침식 형상에 맞추어 상기 타겟(43)(45)의 두께를 조절하면 된다. 이에 따라, 스퍼터링 장비 또는 공정 조건 등이 변경되는 경우에도, 상기 백킹 플레이트(41)에 대해서는 재설계를 수행할 필요가 없는 장점이 있다.

그리고, 상기 백킹 플레이트(41)에 단차를 적용하는 방식이 아니라, 소모품인 타겟(43)(45) 부분 간에 단차를 적용시킴으로써, 보다 유연(flexible)하게 단차를 변경시킬 수 있게 되며, 상기 타겟(43)45)의 사용 효율을 최적화시킬 수 있게된다. 이때, 상기 타겟(43)(45) 부분 간에 단차를 형성시킴에 있어, 이러한 단차부에서 아킹(arcing) 발생 가능성이 있으므로, 단차 폭의 적정값을 도출할 필요성이 있다.

한편, 이와 같은 스퍼터링 어셈블리가 채용된 본 발명에 따른 스퍼터링 장비는, 양면이 편평하게 형성된 백킹 플레이트(41) 및 일면은 편평하게 형성되어 상기 백킹 플레이트(41)의 상부 면에 부착되며, 타면은 위치에 따라 그 두께가 다르게 형성된 타겟(43)(45)을 구비하는 스퍼터링 타겟 어셈블리(40); 및 상기 백킹 플레이트(41)의 하부 면 아래에 마련되며, 상기 타겟(43)(45)에 소정의 자기장을 형성시키는 마그네트(미도시)를 포함한다.

여기서, 상기 마그네트는 무빙 마그네트가 채용됨으로써, 상기 타겟(43)(45)의 사용 효율을 향상시킬 수 있게 된다. 그리고, 이러한 무빙 마그네트를 이용하는 경우에, 상기 타겟(43)(45) 부분 별로 막을 형성시키는 속도(성막 rate)가 발생될 수 있으므로, 상기 무빙 마그네트의 이동 속도를 적절히 조정하여야 한다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟 어셈블리 및 이를 이용한 스퍼터링 장비에 의하면, 스퍼터링 장비 또는 공정 조건의 변화에 따라 타겟의 침식 형상이 변경되는 경우에, 백킹 플레이트를 수정/재설계하지 않고 타겟의 형상만을 변경시킴으로써, 타겟의 사용 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims

양면이 편평하게 형성된 백킹 플레이트(backing plate); 및

일면은 편평하게 형성되어 상기 백킹 플레이트의 한 면에 부착되며, 타면은 위치에 따라 그 두께가 다르게 형성된 타겟(target); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟 어셈블리.
제 1항에 있어서,

상기 타겟은 위치에 따라 그 두께가 다르게 형성됨에 있어, 그 두께에 따라 별도로 분할되어 형성되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟 어셈블리.
제 1항에 있어서,

상기 타겟은 위치에 따라 그 두께가 다르게 형성됨에 있어, 과침식(over erosion)이 발생되는 영역은 상대적으로 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타겟 어셈블리.
양면이 편평하게 형성된 백킹 플레이트(backing plate) 및 일면은 편평하게 형성되어 상기 백킹 플레이트의 상부 면에 부착되며, 타면은 위치에 따라 그 두께가 다르게 형성된 타겟(target)을 구비하는 스퍼터링 타겟 어셈블리; 및

상기 백킹 플레이트의 하부 면 아래에 마련되며, 상기 타겟에 소정의 자기장을 형성시키는 마그네트; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장비.
제 4항에 있어서,

상기 마그네트는, 상기 백킹 플레이트의 하부 면 아래에서 이동되는 무빙 마그네트인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장비.
제 4항에 있어서,

상기 타겟은 위치에 따라 그 두께가 다르게 형성됨에 있어, 그 두께에 따라 별도로 분할되어 형성되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장비.
제 4항에 있어서,

상기 타겟은 위치에 따라 그 두께가 다르게 형성됨에 있어, 과침식이 발생되는 영역은 상대적으로 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장비.