KR20110027187A - 대면적 기판용 마그네트론 스퍼터링 타겟 장치 - Google Patents

대면적 기판용 마그네트론 스퍼터링 타겟 장치 Download PDF

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KR20110027187A
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이춘수
강원구
이대종
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에이피시스템 주식회사
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Abstract

대면적 기판용 마그네트론 스퍼터링 타겟 장치에 관해 개시한다. 본 발명의 대면적 기판용 마그네트론 스퍼터링 타겟 장치는: 대면적 기판으로부터 이격되게 위치하며, 상기 대면적 기판의 박막 형성 부위를 모두 커버하는 형상을 갖는 스퍼터링 타겟과; 이동가능하게 상기 스퍼터링 타겟 부근에 위치한 마그네트와; 상기 마그네트를 이동시켜서 상기 스퍼터링 타겟의 전체 면을 스캔할 수 있도록 해주는 마그네트 이동수단을 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 챔버의 사이즈를 크게 늘릴 필요가 없어서 장비가 차지하는 면적의 측면에서 유리하다. 또한, 대면적 기판 또는 스퍼터링 타겟을 움직이지 않을 경우에 발생할 수도 있는 박막형성의 불균일, 비효율성을 마그네트 이동수단으로 해결할 수 있어서 형성된 박막의 질을 높이는 동시에 박막을 효율적으로 형성할 수 있다.
마그네트론 스퍼터링 타겟, 마그네트 이동수단, 챔버사이즈, 효율성

Description

대면적 기판용 마그네트론 스퍼터링 타겟 장치 {Magnetron sputtering target apparatus for use in large size substrate}
본 발명은 스퍼터링 타겟 장치에 관한 것으로서, 특히 대면적 기판에 적용할 경우라도 장비의 크기를 크게 늘리지 않게 할 수 있는 대면적 기판용 마그네트론 스퍼터링 타겟 장치에 관한 것이다.
스퍼터링(sputtering)은 에너지를 가진 입자에 의해 박막 형성용 재료로 이루어진 타겟(target)의 표면에 충격을 가하여 이 때의 운동량 교환으로 타겟 표면으로부터 재료가 이탈, 방출되게 함으로써 기판에 박막을 증착시키는 공정이다. 이 공정은 화학적 또는 열적 반응과정이 아니며, 운동량을 이용한 기계적 과정이므로 어떤 재료도 타겟의 재료로 사용할 수 있는 장점이 있어서 박막 형성공정으로 현재 널리 쓰이고 있다. 이러한 스퍼터링 에 의한 박막 형성방법으로는 다이오드 스퍼터링 방법, 바이어스 스퍼터링 방법, 고주파 스퍼터링 방법, 트라이오드 스퍼터링 방법, 마그네트론 스퍼터링 방법이 있는데, 이 중에서 가장 많이 사용되고 있는 것은 마그네트론(magnetron) 스퍼터링 방법이다. 그 이유는, 마그네트론 스퍼터링 방법의 경우 타겟 뒷면에 마그네트(magnet)가 장착되어 스퍼터링 시 마그네트가 있는 타겟부위가 다른 부위보다 고밀도의 플라즈마가 형성되는 관계로 더 많은 타겟 원자가 방출되어 박막 증착속도를 향상시킬 수 있다는 장점이 있기 때문이다.
한편, 최근에는 평판 디스플레이 등의 제조에는 글라스(glass) 등의 대면적 기판에 스퍼터링 공정을 적용해야 할 필요성이 높아지고 있다. 현재 사용되는 대면적 기판에 적용되는 스퍼터링 공정의 경우, 보다 균일한 막질을 얻어내기 위해 기판이나 타겟을 서로에 대해 상대적으로 움직이는 방법을 쓰고 있다. 그런데, 기판을 움직이는 경우 최소 기판의 3배에 달하는 진공챔버를 사용하여야 하며, 대면적 기판을 이동시켜야 하기 때문에 안전성 및 균일한 속도, 균일한 히팅효과를 주어야 하는 과제를 충족시키지 못하는 문제점들이 발생하고 있다. 또한, 타겟을 움직이는 경우에도 타겟의 2배 정도의 크기와 기판의 크기를 합한 진공챔버가 필요하기 때문에, 필연적으로 장비의 크기를 증가시켜야 한다는 문제점이 있다.
한편, 스퍼터링 공정에서 마그네트가 타겟에 대해서 고정되어 있을 경우, 박막 증착물질의 사용효율, 즉 타겟의 이용효율은 30% 정도에 그치나, 마그네트를 타겟에 대해 이동시켜서 타겟 전체에 대해서 마그네트가 영향을 가하는 경우, 박막 증착물질의 사용효율이 70%로 높아지기 때문에, 최근에는 도 1에 도시한 바와 같은 스퍼터링 타겟 장치를 사용하는 이중 회전형 마그네트론 공정(Dual Rotatable Magnetron Process)이 도입되었다. 도 1을 참조하면, 2개의 중공(hollow) 실린더형 타겟(110a, 110b)의 내부에는 각각 마그네트(120a, 120b)가 설치되어 있다. 실린더형 타겟(110a, 110b)은 회전수단(130)에 의해 화살표 방향으로 회전하면서 기판(105) 상에 실린더형 타겟(110a, 110b) 재료로 박막을 형성하게 된다. 그런데, 이러한 구조의 스퍼터링 타겟 장치는 회전에 의해 실린더형 타겟의 외면이 모두 박막형성재료로 이용되므로, 고정형 마그네트와 평판 또는 바(bar) 타입의 타겟을 이용할 경우 정해진 부분에서만 타겟이 침식되어 박막형성재료로 이용되는 데 따른 타겟 이용의 비효율화, 타겟의 단수명화라는 문제점을 개선하는 것에는 효과를 보일 수 있어서, 박막 증착물질의 사용효율은 70% 대에 이른다. 하지만, 이러한 스퍼터링 타겟 장치를 대면적 기판에 적용하기 위해서는 많은 수의 타겟을 설치해야 한다는 문제점이 있으며, 실린더형 타겟마다 회전수단을 부가해야 하기 때문에 장비의 제조단가가 비싸다는 단점도 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 과제는 공정이 진행되는 챔버의 사이즈를 크게 늘리지 않으면서도 균일한 박막을 대면적 기판에 효율성 높게 형성시킬 수 있는 대면적 기판용 마그네트론 스퍼터링 타겟 장치를 제공하는 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1 측면에 따른 대면적 기판용 마그네트론 스퍼터링 타겟 장치는: 대면적 기판으로부터 이격되게 위치하며, 상기 대면적 기판의 박막 형성 부위를 모두 커버하는 형상을 갖는 스퍼터링 타겟과; 이동가능하게 상기 스퍼터링 타겟 부근에 위치한 마그네트와; 상기 마그네트를 이동시켜서 상기 스퍼터링 타겟의 전체 면을 스캔할 수 있도록 해주는 마그네트 이동수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 스퍼터링 타겟은 상기 대면적 기판을 마주 보는 면이 항상 일정 거리만큼 유지하도록 이격되어 있는 것이 바람직하며, 대체적으로 상기 스퍼터링 타겟이 직사각형, 상기 마그네트가 바(bar) 형태로 되어 있으며, 상기 마그네트의 길이가 상기 스퍼터링 타겟의 직사각형의 한쪽 변과 실질적으로 같은 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 마그네트 이동수단이 상기 마그네트를 상기 스퍼터링 타겟 위에서 이동시키되, 상기 마그네트의 길이방향이 상기 스퍼터링 타겟의 직사각형의 한쪽 변과 항상 평행하게 되도록 이동시키는 것이 바람직하다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제2 측면에 따른 대면적 기판용 마그네트론 스퍼터링 타겟 장치는: 대면적 기판으로부터 이격되게 위치하며, 상기 대면적 기판의 박막 형성 부위를 모두 커버하는 형상을 갖는 스퍼터링 타겟과; 상기 스퍼터링 타겟의 상부에 일정 간격으로 배열된 복수의 마그네트와; 상기 복수의 마그네트들을 이동시켜서 상기 스퍼터링 타겟의 전체 면을 스캔할 수 있도록 해주는 마그네트 이동수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 복수의 마그네트들이 서로 연결되어 있으며, 상기 스퍼터링 타겟의 전체 면이 불균일하게 중첩하여 스캔되지 않도록 상기 마그네트 이동수단이 상기 복수의 마그네트들을 상기 복수의 마그네트들 사이의 일정 간격만큼 왕복 이동시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 스퍼터링 타겟이 직사각형, 상기 복수의 마그네트들의 각각이 바(bar) 형태로 되어 있으며, 상기 각각의 마그네트의 길이가 상기 스퍼터링 타겟 의 직사각형의 한쪽 변과 실질적으로 같은 것을 사용할 수도 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제3 측면에 따른 대면적 기판용 마그네트론 스퍼터링 타겟 장치는: 대면적 기판으로부터 이격되게 위치하며, 상기 대면적 기판의 박막 형성 부위를 모두 커버하는 형상을 갖는 스퍼터링 타겟과; 상기 스퍼터링 타겟의 상부에 일정 간격으로 배열된 복수의 마그네트와; 상기 복수의 마그네트들이 탑재되는 벨트를 가지며, 상기 벨트에 탑재된 상기 복수의 마그네트들을 이동시켜서 상기 스퍼터링 타겟의 전체 면을 스캔할 수 있도록 해주는 무한궤도형 마그네트 이동수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 스퍼터링 타겟이 직사각형, 상기 복수의 마그네트들의 각각이 바(bar) 형태로 되어 있으며, 상기 각각의 마그네트의 길이가 상기 스퍼터링 타겟의 직사각형의 한쪽 변과 실질적으로 같은 것을 사용할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 대면적 기판 또는 스퍼터링 타겟을 움직이지 않아도 되기 때문에 공정이 진행되는 챔버의 사이즈를 크게 늘릴 필요가 없어서 장비가 차지하는 면적(footprint)의 측면에서 유리하다. 또한, 대면적 기판 또는 스퍼터링 타겟을 움직이지 않을 경우에 발생할 수도 있는 박막형성의 불균일, 비효율성을 마그네트 이동수단으로 해결할 수 있어서 형성된 박막의 질을 높이는 동시에 박막을 효율적으로 형성할 수 있다.
이하에서, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세 하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
[제1 실시예]
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 대면적 기판용 마그네트론 스퍼터링 타겟 장치의 개략적 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 직사각형의 대면적 기판(105)의 상부에 같은 형상의 스퍼터링 타겟(210)이 설치되어 있다. 스퍼터링 타겟(210)의 형상은 특별히 제한되지는 않으나, 대면적 기판(105) 상에 박막을 형성할 부위의 형상과 같은 형상이 되도록 한다. 통상적으로 대면적 기판(105)이 직사각형일 경우에, 스퍼터링 타겟(210)도 직사각형이 되도록 한다. 스퍼터링 타겟(210)은 대면적 기판(105)에서 스퍼터링 타겟(210)까지 일정한 거리가 되도록 설치된다. 스퍼터링 타겟(210)의 상부에는 마그네트(magnet; 220)가 설치되는데, 스퍼터링 타겟(210)이 직사각형일 경우에는, 마그네트(220)가 바(bar) 형태를 갖도록 하며, 마그네트(220)의 길이(d1)가 스퍼터링 타겟(210)의 직사각형의 한쪽 변(d2)과 실질적으로 같게 한다. 이 마그네트(220)에는 마그네트 이동수단(230)이 연결되어 마그네트(220)가 스퍼터링 타겟(210) 위에서 이동할 수 있는데, 마그네트(220)의 길이방향이 스퍼터링 타겟(210)의 직사각형의 한쪽 변과 항상 평행하게 되도록 한 상태에서 화살표 c-c' 방향으로 이동시키면, 스퍼터링 타겟(210)의 전체 면이 마그네트(220)에 의해 스캔되면서 영향을 받게 되어, 박막 형성의 효율이 높아지게 된다. 따라서, 본 발명의 장치는, 박막 형성의 효율은 마그네트가 스 퍼터링 타겟에 대해 상대적으로 움직이지 못할 때의 타겟물질 이용효율인 30%를 넘어서, 이중 회전형 마그네트론 공정(Dual Rotatable Magnetron Process)과 마찬가지로 70% 대에 이르면서도, 대면적 기판에도 쉽게 적용할 수 있다는 장점을 갖는다. 또한, 실린더형 타겟마다 회전수단을 부가하였던 도 1에 도시한 종래기술의 장치에 비해, 마그네트(220)에 마그네트 이동수단(230)이 하나만 부가되어도 되기 때문에 장비제작 단가가 저렴해지는 장점도 갖는다.
[제2 실시예]
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 대면적 기판용 마그네트론 스퍼터링 타겟 장치의 개략적 구성을 설명하기 위한 단면도이다. 도 3을 참조하면, 직사각형의 대면적 기판(105)의 상부에 같은 형상의 스퍼터링 타겟(210)이 설치되어 있다. 여기서 대면적 기판(105) 또는 스퍼터링 타겟(210)이 직사각형이라고 함은 스퍼터링 타겟(210)에서 기판(105) 쪽으로 향하는 방향에서 바라본 형태를 말한다. 스퍼터링 타겟(210)의 상부에는 복수의 바 형태의 마그네트(220)가 일정 간격(h)으로 배열되어 있으며, 인접한 마그네트(220) 사이에는 고정대(235)가 설치되어 마그네트 이동수단(230)이 하나의 마그네트(220)만을 이동시키더라도 복수의 마그네트 모두가 이동할 수 있도록 되어 있다. 제2 실시예의 스퍼터링 타겟 장치는 기본적으로 제1 실시예에 도시된 것과 유사하나, 차이점을 들자면 제2 실시예에서는 인접한 것끼리 연결된 바 형태의 마그네트(220)가 복수 개 설치된다는 것이다. 따라서, 마그네트 이동수단(230)이 복수의 마그네트(220)들을 이동시켜서 스퍼터링 타겟(210)의 전체 면을 스캔할 경우에, 스퍼터링 타겟(210)의 전체 면이 복수의 마그네트(220)들에 의해 불균일하게 중첩하여 스캔되지 않도록 마그네트 이동수단(230)이 복수의 마그네트(220)들을 그들 사이의 일정 간격(h)만큼 왕복 이동시키게 된다. 이와 같이 복수의 마그네트를 채용한 스퍼터링 타겟 장치를 이용하면, 1개의 마그네트를 채용한 것보다 빠른 시간 내에 마그네트가 스퍼터링 타겟의 전체 면을 스캔할 수 있으므로 공정시간을 단축시킬 수 있다는 이점을 갖는다.
[제3 실시예]
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 대면적 기판용 마그네트론 스퍼터링 타겟 장치의 개략적 구성을 설명하기 위한 단면도이다. 제3 실시예의 스퍼터링 타겟 장치는 기본적으로 제2 실시예에 도시된 것과 유사하나, 차이점을 들자면, 제3 실시예에서는 바 형태의 복수의 마그네트(220)들이 무한궤도형 마그네트 이동수단(240)의 벨트에 일정 간격으로 배열된 상태로 탑재된다는 것이다. 이와 같은 상태에서 무한궤도형 마그네트 이동수단(240)이 작동하면 도 4의 화살표 방향으로 마그네트(220)들이 연속적으로 이동하여 스퍼터링 타겟(210)의 전체 면을 스캔할 수 있다.
도 1은 종래기술 중의 하나인 이중 회전형 마그네트론 공정(Dual Rotatable Magnetron Process)에 사용되는 스퍼터링 타겟 장치를 설명하기 위한 도면;
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 대면적 기판용 마그네트론 스퍼터링 타겟 장치의 개략적 구성을 설명하기 위한 도면;
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 대면적 기판용 마그네트론 스퍼터링 타겟 장치의 개략적 구성을 설명하기 위한 단면도; 및
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 대면적 기판용 마그네트론 스퍼터링 타겟 장치의 개략적 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
* 도면 중의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
105: 대면적 기판
210: 스퍼터링 타겟
220: 마그네트
230: 마그네트 이동수단
235: 고정대
240: 무한궤도형 마그네트 이동수단

Claims (9)

  1. 대면적 기판으로부터 이격되게 위치하며, 상기 대면적 기판의 박막 형성 부위를 모두 커버하는 형상을 갖는 스퍼터링 타겟과;
    이동가능하게 상기 스퍼터링 타겟 부근에 위치한 마그네트와;
    상기 마그네트를 이동시켜서 상기 스퍼터링 타겟의 전체 면을 스캔할 수 있도록 해주는 마그네트 이동수단;
    을 구비하는 대면적 기판용 마그네트론 스퍼터링 타겟 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스퍼터링 타겟이 상기 대면적 기판을 마주 보는 면이 항상 일정 거리만큼 유지하도록 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 대면적 기판용 마그네트론 스퍼터링 타겟 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 스퍼터링 타겟이 직사각형, 상기 마그네트가 바(bar) 형태로 되어 있으며, 상기 마그네트의 길이가 상기 스퍼터링 타겟의 직사각형의 한쪽 변과 실질적으로 같은 것을 특징으로 하는 대면적 기판용 마그네트론 스퍼터링 타겟 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 마그네트 이동수단이 상기 마그네트를 상기 스퍼터링 타겟 위에서 이동시키되, 상기 마그네트의 길이방향이 상기 스퍼터링 타겟의 직사 각형의 한쪽 변과 항상 평행하게 되도록 이동시키는 것을 특징으로 하는 대면적 기판용 마그네트론 스퍼터링 타겟 장치.
  5. 대면적 기판으로부터 이격되게 위치하며, 상기 대면적 기판의 박막 형성 부위를 모두 커버하는 형상을 갖는 스퍼터링 타겟과;
    상기 스퍼터링 타겟의 상부에 일정 간격으로 배열된 복수의 마그네트와;
    상기 복수의 마그네트들을 이동시켜서 상기 스퍼터링 타겟의 전체 면을 스캔할 수 있도록 해주는 마그네트 이동수단;
    을 구비하는 대면적 기판용 마그네트론 스퍼터링 타겟 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 복수의 마그네트들이 서로 연결되어 있으며, 상기 스퍼터링 타겟의 전체 면이 불균일하게 중첩하여 스캔되지 않도록 상기 마그네트 이동수단이 상기 복수의 마그네트들을 상기 복수의 마그네트들 사이의 일정 간격만큼 왕복 이동시키는 것을 특징으로 하는 대면적 기판용 마그네트론 스퍼터링 타겟 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 스퍼터링 타겟이 직사각형, 상기 복수의 마그네트들의 각각이 바(bar) 형태로 되어 있으며, 상기 각각의 마그네트의 길이가 상기 스퍼터링 타겟의 직사각형의 한쪽 변과 실질적으로 같은 것을 특징으로 하는 대면적 기판용 마그네트론 스퍼터링 타겟 장치.
  8. 대면적 기판으로부터 이격되게 위치하며, 상기 대면적 기판의 박막 형성 부위를 모두 커버하는 형상을 갖는 스퍼터링 타겟과;
    상기 스퍼터링 타겟의 상부에 일정 간격으로 배열된 복수의 마그네트와;
    상기 복수의 마그네트들이 탑재되는 벨트를 가지며, 상기 벨트에 탑재된 상기 복수의 마그네트들을 이동시켜서 상기 스퍼터링 타겟의 전체 면을 스캔할 수 있도록 해주는 무한궤도형 마그네트 이동수단;
    을 구비하는 대면적 기판용 마그네트론 스퍼터링 타겟 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 스퍼터링 타겟이 직사각형, 상기 복수의 마그네트들의 각각이 바(bar) 형태로 되어 있으며, 상기 각각의 마그네트의 길이가 상기 스퍼터링 타겟의 직사각형의 한쪽 변과 실질적으로 같은 것을 특징으로 하는 대면적 기판용 마그네트론 스퍼터링 타겟 장치.
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