KR20090043861A - 마그네트론 스퍼터링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마그네트론 스퍼터링 장치에 관한 것으로, 마그네트론 스퍼터링 장치에 있어서, 상기 마그네트론 스퍼터링 장치 일측에 설치되는 마그네트론 스퍼터링 소스, 상기 마그네트론 스퍼터링 소스에 전원을 공급하는 전원 공급부, 상기 마그네트론 스퍼터링 소스의 상단에 안착되어 피증착물에 증착되는 타깃, 상기 타깃과 조립되는 타깃 조립체, 상기 타깃 및 타켓 조립체의 외주면과 이격 거리를 갖고 설치되는 소스 몸체, 상기 바디에는 자기장이 발생되도록 마그넷이 설치되며, 상기 마그넷은 타깃의 양 측면과 대응하는 위치에 각각 설치된다.

이에 따라, 마그넷의 배치를 달리하여 자기장의 분포에 변화를 주어 타깃의 표면 전체에서 부식이 발생하도록 하여 타깃의 낭비를 방지한다.

마그네트론 스퍼터링 장치, 스퍼터링 소스, 마그넷

Description

마그네트론 스퍼터링 장치{Magnetron Sputtering Source}

본 발명은 마그네트론 스퍼터링 장치에 관한 것으로, 특히 마그네트론 스퍼터링 소스에서 타깃의 표면 부식이 균등하게 발생하는 마그네트론 스퍼터링 장치에 관한 것이다.

일반적으로 LCD와 PDP를 비롯한 평판 디스플레이 제조에 관련된 장비는 적용하고자 하는 디스플레이에 따라 많은 종류가 있지만, 그 중에서 물리적 증착 장비에 속하는 스퍼터링 시스템(Sputtering System)은 각종 재료 등의 박막을 형성하기 위해 필요한 장비이다.

스퍼터링 시스템으로 박막을 제조하는 공정은 가속된 이온의 충돌에 의하여 물질을 타깃에서 떼어내어 방출된 원자나 분자 단위로 기판에 증착하게 되는 과정이다.

이러한 과정에서 이온을 가속시키려면 불활성 기체를 가속 입자로 만들기 위해서 방전을 이용하며, 이때 기체가 이온화되는 과정에서 플라즈마(plasma)를 형성하게 된다. 플라즈마 내에서 양이온은 타깃의 강한 음극을 향하여 이동하여 높은 운동 에너지를 갖고 타깃에 충돌함으로써 타깃의 원자가 기판으로 증착하게 된다.

그러나 상기와 같은 스퍼터링 장치는 대면적을 간편하게 증착할 수 있지만 증착속도가 느리다는 문제가 있었다. 이에 따라 증착속도의 향상을 위해 자기장을 이용하는 마그네트론 스퍼터링 장치(Magnetron Sputtering System)가 사용되었다. 여기서 상기 마그네트론 스퍼터링 장치는 스퍼터의 구조에 따라 마그넷의 위치가 다양하게 구성될 수 있다.

마그네트론 스퍼터링 장치는 타깃와 기판 사이에 전기장이 형성되고, 영구 자석에 의한 자기장이 분포하게 되면 음극에서 발생한 전자들이 타깃의 근처로 포획된다. 이에 따라 양이온에 의한 플라즈마도 타깃 근처에 제한되어 밀도가 집중하고 증착 속도가 증가하게 된다.

이와 같은 마그네트론 스퍼터링 장치에 대한 일례를 도 1을 토대로 설명한다.

도 1(a)에 도시된 바와 같이 챔버(10) 일측에 구비되는 스퍼터링 소스(30)와, 상기 스퍼터링 소스(30)에 안착되는 타깃(32)을 갖고, 상기 스퍼터링 소스(30)에 대향되도록 구비되는 기판 홀더(21), 상기 기판 홀더(21)에 고정되는 기판(20)으로 이루어진다. 또한, 상기 타깃(32)의 일측에는 전원을 공급하는 전원공급부(32)가 마련된다.

상기 기판 홀더(21)는 그 전면에 기판(20)이 장착된 상태로 마련되는 기판 운송장치(미도시)에 의하여 이동되며, 상기 스퍼터링 소스(30)와 대행되는 위치에서 기판(20)을 이동시켜 이 기판(20)의 전면에 소정의 박막이 형성되도록 한다.

이러한 스퍼터링 장치(M)에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 장치 내의 진공도 를 원하는 레벨까지 낮춘 상태에서 장치 내로 플라즈마, 예를 들어 아르곤 기체를 주입한 후, 타깃(32)에 직류(DC)[또는 교류(AC)] 전원을 가하면 아르곤 이온이 여기(excitation) 되어져, 고속으로 타깃(32)에 충돌하게 된다.

이 과정에서 아르곤 이온에 맞은 타깃(32)의 입자가 타깃으로부터 떨어져 나와 자유각도로 기판(20)에 확산되어 소정의 박막이 기판(20)에 증착된다.

한편, 상기 스퍼터링 소스(30)에 설치되는 평면 형태의 타깃(32)은 기판(20)에 증착될 물질로 이루어진 것으로서 증착 과정에서 소모되어 필수적으로 교체가 필요하다.

그리고 상기 타깃(32)의 하측에 구비되어 이 타깃(32) 표면에 일정한 자기장을 형성하기 위하여 마그넷(33)이 가장자리와 중심부위에 이격된 상태로 마련된다.

상기 마그넷(33)은 스퍼터링을 효율적으로 수행하기 위하여 마련되는 것으로서, 저압 및 고밀도 플라즈마의 공정조건을 만족시킬 수 있으므로 타깃(32)으로부터 많은 아르곤 이온이 충돌하게 되므로 적은 타깃(32) 전압하에서도 많은 양의 타깃 원자들이 떨어져 나오게 된다.

그러나 도 1(b)에서와 같이 상기와 같이 구성된 마그네트론 스퍼터링 장치에서는 타깃의 표면이 부식되는 부식면이 타깃 전면에 걸쳐 균일하게 부식되지 않고 마그넷에 의해 발생 된 자기장의 분포에 의해 타깃의 일부분만 지속적으로 파이게 된다.

이에 따라, 타깃의 일부만을 사용하고 새로운 타깃으로 교체해야 하므로 그 재료의 낭비가 크고 비용 부담이 증가하였다.

특히, 특정한 전극이나 재료를 증착하기 위해 Ag, Au, Pt, Pd 등의 타깃을 선정할 경우 그 비용 부담은 더욱 증가하였다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 타깃의 부식이 균등하게 발생하여 타깃의 낭비를 방지하고 교체시기를 늦추는 마그네트론 스퍼터링 소스를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 마그네트론 스퍼터링 장치는 마그네트론 스퍼터링 장치에 있어서, 상기 마그네트론 스퍼터링 장치 일측에 설치되는 마그네트론 스퍼터링 소스, 상기 마그네트론 스퍼터링 소스에 전원을 공급하는 전원 공급부, 상기 마그네트론 스퍼터링 소스의 상단에 안착되어 피증착물에 증착되는 타깃, 상기 타깃과 조립되는 타깃 조립체, 상기 타깃 및 타켓 조립체의 외주면과 이격 거리를 갖고 설치되는 소스 몸체, 상기 바디에는 자기장이 발생되도록 마그넷이 설치되며, 상기 마그넷은 타깃의 양 측면과 대응하는 위치에 각각 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 마그넷은 타깃의 상면과 동일한 수평면을 갖는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 디스플레이 제조용 스퍼터링 장치에 의하 면, 마그넷의 배치를 달리하여 자기장의 분포에 변화를 주어 타깃의 표면 전체에서 부식이 발생하도록 하여 타깃의 일부만을 사용한 후 새로운 타깃로 교체함으로 인한 타깃의 낭비를 방지하고, 타깃의 교체 횟수를 줄일 수 있다.

이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 양호한 실시예를 상세히 설명한다. 여기서, 종래기술과 동일한 구성에는 동일한 구성부호를 사용하며 그 상세한 설명은 생략한다.

한편, 마그네트론 스퍼터링 장치을 사용하여 증착하는 기술은 이미 공지된 기술이므로 구체적인 구성 및 증착 과정에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치(M)는 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 크게 진공공간을 만드는 챔버(10), 상기 챔버(10) 일측에 설치되는 기판 홀더(21) 및 상기 기판 홀더(21)에 고정되는 기판(20), 상기 기판과 마주하는 위치에 설치되는 마그네트론 스퍼터링 소스(30'), 상기 마그네트론 스퍼터링 소스(30')에는 기판(20)에 증착되는 원판 형상의 타깃(32)이 설치된다. 여기서, 상기 기판(20)과 타깃(32)은 서로 마주하도록 설치된다.

상기 마그네트론 스퍼터링 소스(30')는 상기 타깃(32)이 고정되는 타깃 조립체(35), 상기 타깃(32) 및 타깃 조립체(35)의 외주면과 이격 거리를 갖고 설치되는 소스 몸체(31)를 갖는다.

여기서, 상기 소스 몸체(31)는 상측이 개방되도록 위치한 'ㄷ' 형상을 갖으며, 상기 타깃(32)은 주로 전기적 특성이 우수한 Ag, Au, Pt, Pd 등의 금속을 사용 하는 것이 바람직하다.

한편, 타깃(32)은 타깃 조립체(35)의 상단에 탈부착할 수 있도록 고정된다. 여기서 타깃 조립체(35)는 소스 몸체(31)의 바닥면을 기준으로 양측, 즉 소스 몸체(31)의 내측과 외측으로 각각 일부가 돌출되게 설치되며, 타깃 조립체(35)에서 타깃(32)이 조립된 상측부는 돌출 거리가 조절될 수 있도록 구성되는 것이 좋다.

이때, 상기 소스 몸체(31) 내측으로 설치된 타깃 조립체(35)에는 타깃(32)이 설치되어 타깃(32)이 챔버(10) 내측에 위치하게 하고, 소스 몸체(31) 외측으로 설치된 타깃 조립체(35)는 전원 공급부(34)와 연결되어 마그네트론 스퍼터링 소스에 전원이 공급되게 한다.

한편, 소스 몸체(31)의 양 옆면에는 상기 타깃(32)과 상응하는 위치에 각각 마그넷(33)이 부착된다. 상기 마그넷(33)은 타깃 조립체(35)와 조금 떨어진 상태로 소스 몸체(31)에 설치되어 설치와 제거가 용이하도록 한다.

상기와 같이 마그넷(33)을 타깃(32)의 양 측면에 배치함으로써 마그넷(33)에 의해 형성되는 자기장 분포라인(40')은 터널과 같은 형상으로 형성되고, 이에 따라 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 타깃(32)의 표면은 전체적으로 부식되어 타깃(32)의 낭비를 방지한다.

도 1은 종래 기술에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치를 나타낸 도면

도 2는 마그네트론 스퍼터링 장치의 증착을 나타낸 도면

도 3은 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치를 나타낸 도면.

* 도면의 주요 구성에 대한 부호의 설명 *

M : 스퍼터링 장치

10 : 챔버

20 : 기판

21 : 기판홀더

30, 30' : 스퍼터링 소스

31 : 소스 몸체

32 : 타깃

33 : 마그넷

34 : 전원 공급부

35 : 타깃 조립체

40, 40' : 자기장 분포라인

50 : 가스 주입구

Claims (2)

1. 마그네트론 스퍼터링 장치에 있어서,

   상기 마그네트론 스퍼터링 장치 일측에 설치되는 마그네트론 스퍼터링 소스,

   상기 마그네트론 스퍼터링 소스에 전원을 공급하는 전원 공급부,

   상기 마그네트론 스퍼터링 소스의 상단에 안착되어 피증착물에 증착되는 타깃,

   상기 타깃과 조립되는 타깃 조립체,

   상기 타깃 및 타켓 조립체의 외주면과 이격 거리를 갖고 설치되는 소스 몸체,

   상기 바디에는 자기장이 발생되도록 마그넷이 설치되며,

   상기 마그넷은 타깃의 양 측면과 대응하는 위치에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 마그넷은 타깃의 상면과 동일한 수평면을 갖는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링 장치.

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