KR20090058993A - 마그네트론 스퍼터링장치 및 구동방법 - Google Patents

마그네트론 스퍼터링장치 및 구동방법 Download PDF

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KR20090058993A
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Abstract

본 발명은 마그네트론 스퍼터링장치 및 구동방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링장치는 수평상태에서 기판이 안착되고 상기 기판이 세워지도록 선회운동이 가능하며 좌우방향으로 이동가능케 설치되는 서셉터; 상기 서셉터가 안착되고 이 서셉터가 좌우방향으로 이동가능케 가이드하는 기판스테이지; 상기 기판상에 증착하고자 하는 물질을 포함하며 세워진 상태에서 상기 기판과 대면되는 타겟; 상기 타겟을 지지하고 상기 타겟상에 직류전압을 인가하는 백플레이트; 및 상기 기판증착시 상기 기판과 타겟사이의 방전영역에 자기장을 공급하는 마그네트;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
서셉터, 직류전압, 타겟, 스퍼터링, 백플레이트, 기판스테이지

Description

마그네트론 스퍼터링장치 및 구동방법 {Magnetron Sputtering Apparatus and method for driving the same}
본 발명은 스퍼터링장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가동서셉터의 좌우 이동을 가능케하여 타겟 사용효율을 증가시킬 수 있는 마그네트론 스퍼터링장치 및 구동방법에 관한 것이다.
최근에 액정표시장치(Liquid Crystal Display: LCD), 전계방출 시장치(Field Emission Display: FED), 플라즈마 디스플레이패널(Plasma Display Panel : PDP) 등의 평판 표시장치(Flat Panel Display: FPD)의 개발이 가속화되고 있다.
또한, 메모리분야는 반도체공정의 발달에 힘입어 초미세화, 대용량화의 발달을 거듭하고 있다.
평판 표시장치 또는 메모리의 제조공정에는 금속배선이나 전극의 증착공정이 수반된다. 예를들어, 인듐틴옥사이드(ITO: Indium Tin Oxide)와 같은 투명 도전성 금속물질은 마그네트론 스퍼터링장치를 이용하여 기판상에 증착되고 있다.
이러한 기존의 마그네트론 스퍼터링장치에 대해 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래기술에 따른 마그네트론 스퍼터링장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
종래기술에 따른 마그네트론 스퍼터링장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(17)이 안착된 서셉터(Susceptor)(13)와, 상기 서셉터(13)상에 기판(17)을 고정하기 위한 클램프(Clamp)(15)와, 상기 서셉터(13)의 아랫쪽에 설치되는 리프트핀 플레이트(Lift Pin Plate)(11)와, 진공챔버의 상부에 설치되는 타겟(39)과, 상기 타겟(39)이 부착된 백플레이트(37)와, 상기 백플레이트(37)의 윗쪽에 설치되는 마그네트(31)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 백플레이트(37)는 그라운드실드(Ground Shield) (35)에 접속되어 있으며, 상기 마그네트(31)는 마그네트 스캔 경로 가이드 (33)상에서 좌우로 이동되도록 구성되어 있다.
상기와 같이 구성되는 종래기술에 따른 마그네트론 스퍼터링장치의 동작에 대해 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2a 내지 도 2c는 종래기술에 따른 마그네트론 스퍼터링장치의 작동상태를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
먼저, 진공챔버(미도시)내부가 최저 진공상태에 도달한 상태에서 기판(17)이 도시하지 않은 로봇에 의해 진공챔버내부로 로딩되면, 리프트핀 플레이트(11)가 수직 상승하고, 이 리프트핀 플레이트(11)에 의해 기판(17)이 서셉터(13)상에 안착된다. 이때, 상기 기판(17)이 서셉터(13)위로 로딩되면, 클램프(15)가 상기 기판(17)의 중앙방향으로 움직여서 기판(15)의 가장자리부분과 밀착되어 기판(17)을 고정시 킨다.
이어서, 상기 기판(17)이 고정된 채로 서셉터(13)가 기판(17)이 타겟(39) 표면과 평행한 정도까지 위치하도록 수직방향으로 이동시킨다.
그다음, 스퍼터링 기체로 사용되는 아르곤(Ar) 등의 불활성 가스를 진공챔버내로 유입시키면서 공정에 적합한 압력으로 조절한다.
이어서, 직류전압을 백플레이트(37)에 인가하면 진공챔버내에서 플라즈마 방전이 일어남과 동시에 마그네트(31)가 상기 마그네트 스캔 경로 가이드(33)상에서 좌우로 이동된다.
이때, 상기 플라즈마 방전에 의해 불활성 가스가 이온화되고, 이온화된 가스가 증착하고자 하는 물질의 타겟(39)쪽으로 가속된다.
그러면, 이온화 입자들이 타겟(39)에 충돌되고, 이에 의해 타겟(39) 원자들이 방출된다. 이렇게 방출된 원자들은 기판(17)표면쪽으로 확산되어 기판(17)상에 증착된다.
이때, 상기 마그네트(31)의 이동에 의해 이온화 입자들이 타겟(39)의 전면에 균일하게 스퍼터링되므로 기판(17)상에 박막이 균일하게 두께로 전면 증착된다.
그다음, 이렇게 기판(17)상에 적절한 두께의 박막이 형성되면, 마그네트(31)의 위치가 초기 위치로 복귀한 후에 플라즈마 방전이 오프된다.
이렇게 플라즈마 방전이 오프된 후에는 서셉터(13)가 수직하강되고, 리프트 플레이트(11)가 상승된 다음, 로봇에 의해 기판(17)이 진공챔버 밖으로 언로딩(unloading)된다.
그러나, 상기한 바와 같이 종래기술에 따른 마그네트론 스퍼터링장치 및 구동방법에 의하면 다음과 같은 문제점이 있다.
종래기술에 따른 마그네트론 스퍼터링장치 및 구동방법은 기판 크기보다 큰 타겟을 필요로 하고, 기판과 타겟은 고정상태에서 마그네트가 마그네트 스캔 경로 가이드상에서 좌우로 이동하면서 증착이 진행된다.
이때, 마그네트가 운동상태에서 정지하게 되는 부분에서 타겟의 비정상적인 침식이 일어나므로 타겟 사용 효율이 현저히 떨어지게 된다.
또한, 타겟이 수직 타입(Vertical type)이어서 기판 로딩후 서셉터 모듈이 수직에 가깝게 구동해야기 때문에 진공챔버의 부피가 크게 늘어난다.
이는 챔버 내부 작업을 위해 벤팅(Venting)후 박막트랜지스터 제조에 필요한 박막을 얻기 위한 방법의 일환으로 적용되는 초기 펌핑(base pumping)에서 진공압력(base pressure) 도달시간을 지연시키는 주요 원인이 된다.
특히, 자장을 타겟 크기만큼 한번에 걸어 주기에는 기술적 한계가 있어서 스캔방식으로 진행하므로 인해 마그네트의 운동방향이 전환되는 곳, 예를들어 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 좌우측 가장자리에서는 마그네트가 머무르는 시간이 길어져서 타겟 침식이 빨리 일어나게 된다.
따라서, 고가의 타겟이 비정상적인 침식부분 때문에 사용효율이 극히 적은 상태에서 폐기를 해야 하는 문제가 발생하게 된다.
한편, 타겟이 수직방향으로 세워진 상태에서 기판은 수평방향으로 로딩되어 증착상태인 타겟 표면과 기판간 평행 상태가 이루어지기 위해서는 타겟이 수평방향 으로 눕거나 기판이 수직방향으로 서야 하는데 이렇게 되기 위해서는 챔버 채적이 커질 수 밖에 없다.
이에 본 발명은 상기 종래기술에 따른 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 타겟 전면에서 균일하게 침식이 이루어지도록 하여 타겟 효율을 극대화시키면서 제조비용을 절감시킬 수 있는 마그네트론 스퍼터링 장치 및 구동방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 진공압력 도달 시간을 단축시켜 생산성을 향상시킬 수 있는 마그네트론 스퍼터링 장치 및 구동방법을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링장치는 수평상태에서 기판이 안착되고 상기 기판이 세워지도록 선회운동이 가능하며 좌우방향으로 이동가능케 설치되는 서셉터; 상기 서셉터가 안착되고 이 서셉터가 좌우방향으로 이동가능케 가이드하는 기판스테이지; 상기 기판상에 증착하고자 하는 물질을 포함하며 세워진 상태에서 상기 기판과 대면되는 타겟; 상기 타겟을 지지하고 상기 타겟상에 직류전압을 인가하는 백플레이트; 및 상기 기판증착시 상기 기판과 타겟사이의 방전영역에 자기장을 공급하는 마그네트;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링장치 구동방법은 진공챔버내부가 최저 진공상태에 도달한 상태에서 기판을 진공챔버내부로 로딩시키는 단계; 기판스테이지가 수직 상승하고, 이 기판스테이지에 의해 기판을 서셉터상에 안착시켜 고정시키는 단계; 상기 기판이 고정된 채로 서셉터를 기판이 타겟 표면과 평행한 정도까지 위치하도록 수직방향으로 이동시키는 단계; 스퍼터링기체로 사용되는 아르곤(Ar) 등의 불활성 가스를 진공챔버내로 유입하면서 일정한 압력으로 조절하는 단계; 직류전압을 백플레이트에 인가하고, 마그네트에는 자장을 걸어서 진공챔버내에서 플라즈마 방전이 일어나도록 하는 단계; 및 상기 기판이 놓여진 서셉터가 기판스테이지상에서 좌우로 이동되면서 이온화 입자들이 타겟의 전면에 스퍼터링되도록 하여 타겟원자들이 기판상에 박막이 전면 증착되도록 하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링장치 및 구동방법에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링장치 및 구동방법은 기존의 마그네트 크기보다 약 10% 수준만 타겟 크기를 향상시켜 타겟 전면에서 균일하게 침식이 이루어지도록 하여 타겟 효율을 극대화시키고, 기판이 이동되어 막균일도 측면에서도 기존과 동일하거나 그 이상의 균일도를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명은 기존과 같이 마그네트가 좌우로 이동하면서 기판상에 막을 증착시키는 것이 아니라, 마그네트가 고정된 상태에서 기판이 서셉터와 함께 기판스테이지상에서 좌우로 이동하면서 증착이 이루어지기 때문에 막균일도가 기존과 동일하거나 개선된다.
또한, 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링장치 및 구동방법은 타겟 크기가 작아짐으로 인해 수평방향으로도 장착하는데 작업이 용이하기 때문에 챔버 부피를 줄일 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링장치 및 구동방법은 진공압력 도달 시간을 단축시킬 수 있어 생산성 향상에 기여할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링장치는, 도 3에 도시된 바와 같이, 기판(107)이 수평상태에서 기판이 안착되고 증착시 기판이 세워지도록 선회운동을 가능하게 하며, 좌우방향으로 이동가능한 서셉터(Susceptor) (103)와, 상기 서셉터(103)상에 기판(107)을 고정하기 위한 클램프(Clamp)(105)과, 상기 서셉터(103)의 아랫쪽에 설치되고 상기 서셉터(103)를 좌우방향으로 이동되도록 가이드해 주는 기판스테이지(101)와, 진공챔버의 상부에 설치되는 타겟(139)과, 상기 타겟(139)이 부착된 백플레이트(137)와, 상기 백플레이트(37)의 윗쪽에 설치되는 마그네트(131)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 스퍼터링장치의 상부에는 마스크 장착판(111)이 구비되어 있으며, 이 마스크장착판(111)에는 기판의 증착영역을 정의하는 마스크(113)가 설치되어 있다. 이때, 상기 마스크(113)에는 플로팅 마스크(floating mask)(113a)가 마련 되어 있다.
그리고, 상기 마그네트(131)와 타겟(139)의 폭은 기판(107) 폭의 약 30% 이하 수준이고, 단일 타입(single type)이다. 더욱이, 상기 타겟(139)의 크기는 마그네트(131)의 110% 수준이다.
또한, 상기 기판스테이지(101)상면에는, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 서셉터(103)가 좌우 방향으로 왕복운동할 수 있도록 가이드해 주는 한쌍의 가이드부(101a)가 일정한 간격을 두고 서로 대응되게 길이방향을 따라 형성되어 있다. 이때, 상기 한쌍의 가이드부(101a)는 필요에 따라 하나 또는 두개 이상일 수도 있다. 한편, 상기 기판스테이지(101)상에서 서셉터(103)를 좌우방향으로 이동되게 하는 수단으로는 한쌍의 가이드부(101a)와 가이드홈(103a)이외에 기타 다른 이동수단에 의해서도 가능하다.
그리고, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 서셉터 (103) 하면에는 상기 한쌍의 가이드부(101a)에 안착되어 이동가능하게 가이드될 수 있도록 가이드홈(103a)이 형성되어 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링장치의 동작에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링장치를 이용한 박막 증착과정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링장치에 있어서 기판이 기판스테이지상에서 서셉터와 함께 좌우측으로 이동하면서 막이 증착되는 상태 를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링장치의 기판스테이지상에서 서셉터가 좌우측으로 이동되게 안착된 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
먼저, 진공챔버(121)내부가 최저 진공상태에 도달한 상태에서 기판 (107)이 도시하지 않은 로봇에 의해 진공챔버(121)내부로 로딩되면, 기판스테이지(101)가 수직 상승하고, 이 기판스테이지(101)에 의해 기판(107)이 서셉터(103)상에 안착된다. 이때, 상기 기판(107)이 서셉터(103)위로 로딩되면, 클램프(105)가 상기 기판(107)의 중앙방향으로 움직여서 기판 (105)의 가장자리부분과 밀착되어 기판(107)을 고정시킨다.
이어서, 상기 기판(107)이 고정된 채로 서셉터(103)가 기판(107)이 타겟(139) 표면과 평행 정도까지 위치하도록 수직방향으로 이동시킨다.
그다음, 스퍼터링기체로 사용되는 아르곤(Ar) 등의 불활성 가스를 진공챔버(121)내로 유입하면서 공정에 적합한 압력으로 조절한다.
이어서, 직류전압(141)을 백플레이트(137)에 인가하고, 마그네트 (131)에는 자장을 걸어서 진공챔버(121) 내에서 플라즈마 방전이 일어나게 한다.
이때, 상기 플라즈마 방전에 의해 불활성 가스가 이온화되고, 이온화된 가스가 증착하고자 하는 물질의 타겟(139)쪽으로 가속된다.
그러면, 이온화 입자들이 타겟(139)에 충돌되고, 이에 의해 타겟(139) 원자들이 방출된다. 이렇게 방출된 원자들은 기판(107)표면쪽으로 확산되어 기판(107)상에 증착된다.
이때, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 기판(107)이 놓여진 서셉터(103)가 기판스테이지 (101) 상에서 좌우로 이동되면서 이온화 입자들이 타겟(139)의 전면에 균일하게 스퍼터링되므로 기판 (107)상에 박막이 균일하게 두께로 전면 증착된다.
따라서, 기존과 같이 마그네트(131)를 이동시키지 않고 기판(107)이 놓여진 서셉터(103)를 좌우로 이동되도록 하여 기판(107)상에 증착이 균일하게 이루어진다. 이때, 상기 마그네트(131)는 기존과 같이 마그네트의 운동방향이 전환되는 지점의 타겟의 침식이 비정상적으로 증가하였지만, 본 발명에서는 마그네트(131)가 중앙부에서 고정된 상태에서 기판(107)이 좌우로 이동되면서 증착이 이루어지기 때문에 타겟(139) 전면에서 균일하게 침식이 이루어지게 된다.
그다음, 이렇게 기판(107)상에 적절한 두께의 박막이 형성되면, 마그네트(131)의 위치가 초기 위치로 복귀한 후에 플라즈마 방전이 오프된다.
이렇게 플라즈마 방전이 오프된 후에는 서셉터(103)가 수직하강되고, 로봇(미도시)에 의해 기판(107)이 진공챔버(121)밖으로 언로딩 (unloading) 된다.
상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다.
따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.
도 1은 종래기술에 따른 마그네트론 스퍼터링장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2a 내지 도 2c는 종래기술에 따른 마그네트론 스퍼터링장치의 작동상태를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링장치를 이용한 박막 증착과정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링장치에 있어서 기판이 기판스테이지상에서 서셉터와 함께 좌우측으로 이동하면서 막이 증착되는 상태를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 마그네트론 스퍼터링장치의 기판스테이지상에서 서셉터가 좌우측으로 이동되도록 안착된 상태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **
101 : 기판스테이지 103 : 서셉터
105 : 클램프 107 : 기판
111 : 마스크장착판 113 : 마스크
113a : 플로팅마스크 115 : 서셉터의 이동방향
121 : 진공챔버 131 : 마그네트
137 : 백플레이트 139 : 타겟
141 : 직류전압

Claims (11)

  1. 수평상태에서 기판이 안착되고 상기 기판이 세워지도록 선회운동이 가능하며 좌우방향으로 이동가능케 설치되는 서셉터;
    상기 서셉터가 안착되고 이 서셉터가 좌우방향으로 이동가능케 가이드하는 기판스테이지;
    상기 기판상에 증착하고자 하는 물질을 포함하며 세워진 상태에서 상기 기판과 대면되는 타겟;
    상기 타겟을 지지하고 상기 타겟상에 직류전압을 인가하는 백플레이트; 및
    상기 기판증착시 상기 기판과 타겟사이의 방전영역에 자기장을 공급하는 마그네트;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 마그네트와 타겟의 폭은 기판 폭의 약 30% 이하 수준이고, 단일 타입(single type)인 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 타겟의 크기는 마그네트의 110% 정도 크기를 갖는 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 기판스페이서의 상면에 일정 간격을 두고 길이방향으로 따라 한쌍의 가이드부가 형성된 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 서셉터의 하면에 상기 한쌍의 가이드부에 안착되어 가이드되는 가이드홈이 형성된 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 서셉터의 하면에 상기 한쌍의 가이드부에 안착되어 가이드되는 가이드홈이 형성된 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링장치.
  7. 진공챔버내부가 최저 진공상태에 도달한 상태에서 기판을 진공챔버내부로 로딩시키는 단계;
    기판스테이지가 수직 상승하고, 이 기판스테이지에 의해 기판을 서셉터상에 안착시켜 고정시키는 단계;
    상기 기판이 고정된 채로 서셉터를 기판이 타겟 표면과 평행한 정도까지 위치하도록 수직방향으로 이동시키는 단계;
    스퍼터링기체로 사용되는 아르곤(Ar) 등의 불활성 가스를 진공챔버내로 유입하면서 일정한 압력으로 조절하는 단계;
    직류전압을 백플레이트에 인가하고, 마그네트에는 자장을 걸어서 진공챔버내에서 플라즈마 방전이 일어나도록 하는 단계; 및
    상기 기판이 놓여진 서셉터가 기판스테이지상에서 좌우로 이동되면서 이온화 입자들이 타겟의 전면에 스퍼터링되도록 하여 타겟원자들이 기판상에 박막이 전면 증착되도록 하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링장치 구동방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 마그네트와 타겟의 폭은 기판 폭의 약 30% 이하 수준이고, 단일 타입(single type)인 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링장치 구동방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 타겟의 크기는 마그네트의 110% 정도 크기를 갖는 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링장치 구동방법.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 기판스페이서의 상면에 일정 간격을 두고 길이방향으로 따라 한쌍의 가이드부가 형성된 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링장치 구동방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 서셉터의 하면에 상기 한쌍의 가이드부에 안착되어 가이드되는 가이드홈이 형성된 것을 특징으로 하는 마그네트론 스퍼터링장치 구동방법.
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KR20190022767A (ko) * 2017-06-28 2019-03-06 가부시키가이샤 아루박 스퍼터 장치

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