KR20080055381A - 스퍼터링 장치 - Google Patents

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KR20080055381A
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은 액정표시장치를 구성하는 기판상에 금속 박막을 증착시키는 스퍼터링 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 목적은, 타겟을 고정시키고 있는 백킹 플레이트에 션트를 부착시킴으로써 자석의 자장에 대한 영향을 제어할 수 있는 스퍼터링 장치를 제공하는 것이다. 이를 위해 본 발명에 따른 스퍼터링 장치는 금속 재료의 타겟; 상기 타겟에 음의 고전압(HV)을 인가하기 위한 전극부; 상기 전극부의 상단에서 좌우 왕복운동을 하며 상기 타겟에 자기장을 형성하기 위한 자석; 상기 전극부와 상기 타겟 사이에 배치되어 상기 타겟을 고정하는 한편 상기 고전압을 상기 타겟에 인가시키며, 상기 자기장에 의한 영향을 상쇄시킬 수 있는 션트가 안착되는 백킹 플레이트; 및 상기 타겟에 대향하는 방향에 배치되어, 상기 타겟으로부터 방출되는 금속전자가 증착되는 기판을 안착시키는 서셉터를 포함한다.

Description

스퍼터링 장치{SPUTTERING APPARATUS}
도 1은 종래의 스퍼터링 장치의 일실시예 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 스퍼터링 장치의 평면도.
도 3은 도 1에 도시된 스퍼터링 장치에 의한 박막 두께의 분포를 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 스퍼터링 장치의 일실시예 구성도.
도 5는 도 4에 도시된 스퍼터링 장치의 평면도.
도 6은 도 4에 도시된 스퍼터링 장치 중 백킹 플레이트의 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10, 110 : 타겟 20, 120 : 백킹 플레이트
30, 130 : 전극부 40, 140 : 자석
50, 150 : 서셉터 60, 160 : 기판
170 : 션트
본 발명은 액정표시장치의 제조공정에 사용되는 장치에 관한 것으로서, 특히, 액정표시장치를 구성하는 기판상에 금속 박막을 증착시키는 스퍼터링 장치에 관한 것이다.
액정표시장치(Liquid Crystal Display ; 이하 "LCD"라 함)는 영상신호에 대응하도록 광빔의 투과량을 조절함에 의해 화상을 표시하는 대표적인 평판 표시장치이다. 특히, LCD는 경량화, 박형화, 저소비 전력구동 등의 특징으로 인해 그 응용범위가 점차 넓어지고 있는 추세에 있으며, 이러한 추세에 따라 LCD는 사무자동화(Office Automation) 장치 및 노트북 컴퓨터의 표시장치로 이용되고 있다.
액정표시장치는 하부기판(TFT 기판)과 상부기판(C/F 기판)이 액정층을 경계로 결합되어 있는 액정패널 및 상기 액정패널에 광을 조사하는 백라이트 유닛으로 크게 구분될 수 있다. 이러한 액정패널 및 백라이트 유닛은 일체화된 형태로 체결되어야 함과 아울러 외부의 충격에 의하여 손상되지 않도록 케이스로 보호되고 있다.
상기 TFT 기판이나 C/F 기판의 제조 기술에서 TFT-어레이(Array)를 형성하는 공정은 박막증착(Thin Film Deposition), 사진(Photolithography), 식각(Etching) 등의 공정으로 이루어져 있으며, 개개의 공정 전후에 결과 및 이상 여부를 확인하기 위한 검사와 청정도를 유지하기 위한 세정을 포함한다.
상기 박막 증착공정은 기판상에 금속 박막을 증착시키는 공정으로서, 금속막 및 투명전극의 경우 스퍼터링(Sputtering) 방법에 의해 증착되며, 실리콘(Silicon) 및 절연막은 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposion) 방법에 의해 증착되고 있다.
일반적으로 액정표시장치의 제조 공정에 사용되는 스퍼터링 장치는 기판 상에 금속 박막을 증착시키는 장치로서, 진공 속의 2개의 전극에 직류전압을 가하고, 아르곤(Ar)가스 등을 주입하면, 아르곤이 이온화되면서 음극으로 가속되어 충돌에 의해 음극에 준비된 금속 타겟의 원자가 방출되고, 이때 방출된 원자가 양극에 있는 기판 면에 부착되는 원리를 이용한 것이다.
도 1은 종래의 스퍼터링 장치의 일실시예 구성도이다. 또한, 도 2는 도 1에 도시된 스퍼터링 장치의 평면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 스퍼터링 장치에 의한 박막 두께의 분포를 나타낸 그래프이다.
종래의 스퍼터링 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, Al, Mo, Cr과 같은 금속 재료의 타겟(10), 상기 타겟을 고정하기 위한 백킹 플레이트(20), 상기 백킹 플레이트를 통해 상기 타겟에 음의 고전압(HV)을 인가하기 위한 전극부(30), 상기 타겟에 대향하는 방향에 배치되어 기판(60)이 놓여지는 서셉터(50)를 포함하여 구성되어 있으며, 상기 서셉터(50)는 상기 타겟(10)과의 전압차를 만들기 위해 접지되어 있다. 상기와 같은 구성을 갖는 스퍼터링 장치의 내부는 불활성 기체인 아르곤(Ar)가스로 채워져 있으며, 상기 타겟(10)과 기판(60) 사이의 상기 아르곤(Ar) 기체는 상기 타겟(10) 및 서셉터(50)의 양극판 사이의 높은 전압차에 의하여 플라즈마(plasma)상태로 된다. 상기 플라즈마는 아르곤 이온(Ar+) 및 2차 전자로 이루어 져 있으며, 상기 아르곤 이온(Ar+)은 빠른 속도로 상기 타겟(10)에 충돌되어 미세한 금속입자를 상기 타겟(10)으로부터 분리시키고, 상기 아르곤 이온(Ar+)의 충돌에 의해 분리된 상기 금속입자(M+)는 반발력으로 상기 서셉터 상의 상기 기판(60) 면에 증착된다.
상기 타겟(10)의 종류는 여러 가지가 있지만, 특히, 알미늄 합금(AlNd)은 원가가 싸고 비저항이 작아 스퍼터링 방법으로 증착되는 금속 증착물로서 가장 많이 이용되고 있다.
상기 타겟(10)에 상기 아르곤 이온(Ar+)을 고르게 충돌시키기 위해 상기 전극부(30)의 뒷면에는 자석(40)이 구비되어 있다. 즉, 종래의 스퍼터링 장치는 상기 자석(40)의 자기장을 이용하여 상기 아르곤 이온(Ar+)을 집중시켜 상기 타겟(10)에 충돌시키고 있으며, 이를 위해 상기 자석(40)은 상기 전극부(30)를 일정한 주기로 왕복하고 있다. 즉, 종래의 스퍼터링 장치는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 상기 자석(40)이 전극부(30)의 양방향으로 왕복하면서 스캐닝 방식으로 타겟(10)에 자기장을 인가하는 방법을 이용하고 있다.
한편, 상기한 바와 같은 종래의 스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링 공정시, 전자는 자석(40)에 의해 형성되는 자기장내에서 그 자기장에 의한 작은 원 운동을 하게 되며, 상기 타겟(10)이 음극으로 대전되어 있기 때문에 전자는 수직방향으로 튀어 오르게 되어 복합적인 운동을 하게 된다. 이로인해, 플라즈마 밀도가 높아지게 됨으로써 특정 영역, 특히 상기 자석(40)이 방향전환을 위해 일시적으로 정지하게 되는 상기 타겟(10)의 네 모퉁이 부분에서의 박막 증착률이 불량하게 된다는 문 제가 발생된다.
이를 해결하기 위해 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 자기장의 힘을 약하게 하는 션트(Shunt)(42)가 상기 자석(40)의 자석본체(41) 상하단에 설치된다. 상기 션트(42)는 스테인리스 스틸 등의 강자성 물질로 제조되어 자석본체(41)와 반대 방향의 스핀(spin) 방향을 가지게 됨으로써 션트(42) 부위의 자기장의 세기가 약하게 되어, 특정영역에서의 박막 증착률 증가가 방지될 수 있다.
그러나, 이와 같은 션트(42)의 도입으로 특정영역에의 박막 증착률 증가는 방지할 수 있게 되었으나 도 3에 도시된 바와 같이 증착률이 낮은 부분이 국소적으로 존재하는 경우에는 상기와 같은 방법에 의해서는 전체의 박막 균일성이 향상될 수 없다는 문제점이 발생된다. 즉, 종래의 스퍼터링 장치는 상기 션트(42)가 자석본체(41)에 고정되어 있을 뿐만 아니라, 상기 자석본체(41)를 따라 상기 타겟(10) 상단을 왕복운동하므로 상기 션트(42)에 의한 자장 제어가 불가능하다는 문제점이 있다.
상기와 같은 박막의 불균일적인 증착은 결국 타겟(10) 표면의 불균일을 초래하게 된다. 즉, 박막이 불균일하게 증착된다는 것은 상기 박막이 증착되는 기판(60)과 대향하고 있는 타겟(10)의 전면으로부터 전자들이 불균일하게 방출된다는 것으로서, 이로인해 타겟(10)의 표면이 불균일하게 된다. 따라서, 전자의 방출이 가장 많이된 표면을 기준으로 하여 타겟(10)의 수명이 제한되므로, 타겟(10)의 수명이 줄어들게 된다는 문제점이 발생된다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 타겟을 고정시키고 있는 백킹 플레이트에 션트를 부착시킴으로써 자석의 자장에 대한 영향을 제어할 수 있는 스퍼터링 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 스퍼터링 장치는 금속 재료의 타겟; 상기 타겟에 음의 고전압(HV)을 인가하기 위한 전극부; 상기 전극부의 상단에서 좌우 왕복운동을 하며 상기 타겟에 자기장을 형성하기 위한 자석; 상기 전극부와 상기 타겟 사이에 배치되어 상기 타겟을 고정하는 한편 상기 고전압을 상기 타겟에 인가시키며, 상기 자기장에 의한 영향을 상쇄시킬 수 있는 션트가 안착되는 백킹 플레이트; 및 상기 타겟에 대향하는 방향에 배치되어, 상기 타겟으로부터 방출되는 금속전자가 증착되는 기판을 안착시키는 서셉터를 포함한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 도면들을 참조한 실시예의 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예가 상세히 설명된다.
도 4는 본 발명에 따른 스퍼터링 장치의 일실시예 구성도이다. 또한, 도 5는 도 4에 도시된 스퍼터링 장치의 평면도이며, 도 6은 도 4에 도시된 스퍼터링 장치 중 백킹 플레이트의 사시도이다.
본 발명에 따른 스퍼터링 장치는 도 4에 도시된 바와 같이, Al, Mo, Cr과 같은 금속 재료의 타겟(110), 상기 타겟에 음의 고전압(HV)을 인가하기 위한 전극부(130), 상기 전극부의 상단에서 좌우 왕복운동을 하며 상기 타겟에 자기장을 형성하기 위한 자석(140), 상기 전극부와 상기 타겟 사이에 배치되어 상기 타겟을 고정하는 한편 상기 고전압을 상기 타겟에 인가시키며 상기 자기장에 의한 영향을 상쇄시킬 수 있는 션트가 부착되는 백킹 플레이트(120) 및 상기 타겟에 대향하는 방향에 배치되어 기판(160)을 안착시키는 서셉터(150)를 포함하여 구성되어 있으며, 상기 서셉터(150)는 상기 타겟(110)과의 전압차를 만들기 위해 접지되어 있다. 상기와 같은 구성을 갖는 스퍼터링 장치의 내부는 불활성 기체인 아르곤(Ar)가스로 채워져 있다.
상기 타겟(110)의 종류는 여러 가지가 있지만, 특히, 알미늄 합금(AlNd)은 원가가 싸고 비저항이 작아 스퍼터링 방법으로 증착되는 금속 증착물로서 가장 많이 이용되고 있다.
상기 자석(140)은 상기 타겟(110)에 상기 아르곤 이온(Ar+)을 고르게 충돌시키기 위해 상기 전극부(130)의 뒷면에 구비되어 있다. 즉, 본 발명에 따른 스퍼터링 장치는 상기 자석(140)의 자기장을 이용하여 상기 아르곤 이온(Ar+)을 집중시켜 상기 타겟(110)에 충돌시키고 있으며, 이를 위해 상기 자석(140)은 상기 전극부(30)를 일정한 주기로 왕복하고 있다. 즉, 본 발명에 따른 스퍼터링 장치는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 상기 자석(140)이 전극부(130)의 양방향으로 왕복하면서 스캐닝 방식으로 타겟(110)에 자기장을 인가하는 방법을 이용하고 있다.
상기 전극부(130)는 상기 타겟(110)에 음의 고전압(HV)을 인가하기 위한 것으로서, 직류전압원과 연결되어 있다.
상기 서셉터(150)는 상기 타겟에 대향하는 방향에 배치되어 있으며, 상기 서셉터(150)의 상단에는 상기 타겟으로부터 방출된 금속 전자들이 증착되는 기판(160)이 안착된다. 즉, 각종 금속 박막을 증착시키고자하는 기판(160)이 상기 서셉터(150)에 안착된다. 한편, 상기 서셉터(150)는 상기 타겟(110)과의 전압차를 만들기 위해 접지되어 있다.
상기 백킹 플레이트(120)는 상기 타겟(110)을 고정시키는 한편, 상기 전극부(130)로부터 인가되는 전압을 상기 타겟(110)에 인가하는 기능을 수행한다. 상기 백킹 플레이트(120)는 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 션트(170)가 내부에 안착될 수 있도록 홈이 형성되어져 있다. 상기 션트(170)는 스테인리스 스틸 등의 강자성 물질로 제조되어 상기 자석(140)과 반대 방향의 스핀(spin) 방향을 가지는 물질로서, 상기 션트(170) 부위의 자기장의 세기는 약하게 된다. 상기 타겟(110)의 특정부분에서 상기 자석(140)에 의한 자기장의 세기가 너무 강하게 형성되어 상기 타겟(110)의 특정부분으로부터 방출되는 금속전자의 숫자가 증가하게 되면, 상기 타겟(110)에 대향하게 배치되어 있는 기판의 특정부분에 보다 많은 금속전자가 부착되며, 이로인해 상기 기판(160)에 형성되는 박막의 두께는 불균일하게 형성된다. 따라서, 본 발명은 상기 특정부분의 자기장의 세기를 감쇄시키기 위하여 션트를 이용하고 있다. 즉, 상기 션트가 놓여지는 부분의 자기장의 세기는 감쇄되며, 이로인해 상기 특정부분에서의 금속전자의 방출은 적절한 수준으로 감소될 수 있으므로, 기판(160)에 증착되는 금속박막의 두께가 균일하게 조절될 수 있다. 본 발명은 상기 션트(170)를 상기 백킹 플레이트(120)에 배치하고 있다는 특징을 가지고 있다. 상기 백킹 플레이트(120)는 상기 타겟(110)을 고정시키는 정도의 기능만을 수행하고 있으므로, 본 발명은 상기 백킹 플레이트(120)의 내부에 상기 션트(170)를 배치시키고 있다. 한편, 상기와 같은 기능을 위해 상기 백킹 플레이트(120)는 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 모서리를 제외한 내부가 움푹 파인 형태로 구성되므로써, 상기 움푹 파인 공간에 상기 션트(170)를 배치시킬 수 있다. 상기한 바와 같이 상기 션트(170)는 다른 부분들에 비하여 강하게 형성되는 상기 자석(140)에 의한 자기장을 상쇄시켜 다른 부분들에서의 자기장과 같은 수준의 자기장을 형성하기 위한 것으로서, 다수의 스퍼터링 공정을 통한 자기장의 통계자료를 바탕으로 하여 그 배치 위치가 결정될 수 있다. 즉, 스퍼터링 공정시에 나타나는 상기 자석(140)에 의한 자기장은 어느 정도 유사한 패턴을 형성하게 되며, 따라서 다른 부분들보다 높은 자기장을 형성하는 특정부분 역시 어느 정도 유사한 패턴을 형성하게 된다. 따라서, 상기와 같은 패턴에 대한 분석자료를 바탕으로 하여 상기 션트(170)의 배치위치는 결정될 수 있다. 한편, 본 발명은 상기와 분석자료가 급변할 경우를 대비하여 상기 션트(170)가 상기 백킹 플레이트(120)에 완전고정되는 것이 아니라, 탈착이 가능한 형태로 배치되도록 할 수도 있다. 즉, 상기 션트(170)는 접착재를 이용하여 상기 백킹 플레이트(120)에 고정될 수 있다. 또한, 도면상에서는 상기 션트(170)가 놓여진 상기 백킹 플레이트(120)의 상단이 개방되어 있는 것으로 도시되어 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 상기 션트(170)가 배치 되어 있는 상기 백킹 플레이트(120)의 상단은 상기 백킹 플레이트(120)와 동일한 재질의 물질로 커버될 수 있다.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 스퍼터링 장치의 동작 방법을 설명하면 다음과 같다.
상기 서셉터(150)에 박막 증착이 요구되는 기판(160)이 안착되고, 상기 기판에 증착시키고자 하는 금속재질의 타겟(110)이 상기 백킹 플레이트(120)에 고정되면, 상기 전극부(130)에는 고전압의 음극전압이 인가되며, 상기 서셉터(150)는 접지된 상태로 유지된다.
상기 타겟(110)과 기판(160) 사이에는 아르곤 기체가 채워져 있으며, 상기 아르곤(Ar) 기체는 상기 타겟(110) 및 서셉터(150)의 양극판 사이의 높은 전압차에 의하여 플라즈마(plasma)상태로 된다.
상기 플라즈마는 아르곤 이온(Ar+) 및 2차 전자로 이루어져 있으며, 상기 아르곤 이온(Ar+)은 빠른 속도로 상기 타겟(110)에 충돌되어 미세한 금속입자를 상기 타겟(110)으로부터 분리시키고, 상기 아르곤 이온(Ar+)의 충돌에 의해 분리된 상기 금속입자(M+)는 반발력으로 상기 서셉터(150) 상의 상기 기판(160) 면에 증착된다.
상기와 같은 스퍼터링 공정시, 전자는 상기 자석(140)에 의해 형성되는 자기장내에서 그 자기장에 의한 작은 원 운동을 하게 되며, 상기 타겟(110)이 음극으로 대전되어 있기 때문에 전자는 수직방향으로 튀어 오르게 되어 복합적인 운동을 하게 된다. 상기와 같은 복합적인 전자의 운동에 의해 특정부분의 플라즈마 밀도가 높아지게 되는데, 본 발명은 상기 특정부분에서의 자기장의 세기를 상기 션트(170) 를 이용하여 감쇄시킴으로써, 타겟(110)의 모든 부분에서의 자기장의 세기가 일정한 크기를 갖도록 유지할 수 있다.
상기와 같은 본 발명은 타겟(110)의 모든 부분에서의 자기장의 세기를 일정하게 유지할 수 있으므로, 상기 타겟(110)으로부터 방출된 금속전자가 증착되는 상기 기판의 박막의 두께를 균일하게 형성할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 타겟(110)에서의 금속전자의 방출을 균일하게 형성할 수 있기 때문에, 상기 타겟(110)의 표면 전체가 균일한 속도로 감소되며, 이로 인해 타겟(110)의 수명을 연장시킬 수 있다는 특징을 가지고 있다.
또한, 본 발명은 상기한 바와 같이, 변화되는 자기장의 패턴에 따라 상기 션트를 상기 백킹 플레이트(120)의 상단에 자유롭게 배치할 수 있으므로, 다양한 액정표시장치의 제조에 유연하게 대처할 수 있다는 특징을 가지고 있다.
상술된 바와 같은 본 발명은 타겟으로부터 방출된 금속전자가 증착되는 기판의 박막의 두께를 균일하게 형성할 수 있다는 우수한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 타겟의 표면 전체를 균일한 속도로 감소시킬 수 있으므로 타겟의 수명을 연장시킬 수 있다는 우수한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 다양한 액정표시장치의 제조에 유연하게 대처할 수 있다는 우수한 효과가 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하 는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (6)

  1. 금속 재료의 타겟;
    상기 타겟에 음의 고전압(HV)을 인가하기 위한 전극부;
    상기 전극부의 상단에서 좌우 왕복운동을 하며 상기 타겟에 자기장을 형성하기 위한 자석;
    상기 전극부와 상기 타겟 사이에 배치되어 상기 타겟을 고정하는 한편 상기 고전압을 상기 타겟에 인가시키며, 상기 자기장에 의한 영향을 상쇄시킬 수 있는 션트가 안착되는 백킹 플레이트; 및
    상기 타겟에 대향하는 방향에 배치되어, 상기 타겟으로부터 방출되는 금속전자가 증착되는 기판을 안착시키는 서셉터를 포함하는 스퍼터링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 서셉터는 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 타겟은 알루미늄(Al), 망간(Mo), 크롬(Cr) 중 어느 하나의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 션트는 상기 백킹 플레이트로부터 탈착이 가능한 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 션트는 상기 백킹 플레이트의 움푹 파인 부분에 안착되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 백킹 플레이트의 상단은 커버에 의해 덮혀지는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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TWI766707B (zh) * 2021-05-28 2022-06-01 天虹科技股份有限公司 可調整磁場分布的薄膜沉積設備及其磁場調整裝置
CN116145096A (zh) * 2023-03-25 2023-05-23 洛阳汇晶新材料科技有限公司 一种靶材高利用率真空磁控溅射镀膜设备
US11978615B2 (en) 2021-07-30 2024-05-07 Samsung Display Co., Ltd. Sputtering apparatus

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