KR20110033362A - 고균일 박막제조를 위한 방전용 양전극을 구비하는 스퍼터 건 - Google Patents

고균일 박막제조를 위한 방전용 양전극을 구비하는 스퍼터 건 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스퍼터링 방법에 의해 진공 박막을 제조하는 경우 박막의 균일도를 높일 수 있도록 방전용 양전극을 구비하도록 한 스퍼터 건에 관한 것이다. 본 발명의 스퍼터 건은, 박막을 증착하기 위한 타겟; 상기 타겟을 고정하는 타겟 클램프; 상기 타겟의 하부에 위치하며 스퍼터링시 타겟에서 발생하는 열을 냉각하고 타겟의 손상을 방지하기 위한 배킹 판; 상기 배킹 판 하부에 위치하며 타겟 표면에 자기장을 형성하여 스퍼터링시 타겟 주변에 발생하는 플라즈마를 타겟 표면에 유지시키고 플라즈마의 밀도를 향상시키기 위한 마그네트; 상기 마그네트 하부에 위치하여 상기 마그네트를 고정하는 요크; 및 상기 타겟 상부의 가장자리 영역에 형성되어 그라운드 역할을 수행하는 양전극을 구비하는 스퍼터링 장치의 스퍼터 건에 있어서, 상기 양전극의 상부에 위치하는 적어도 하나 이상의 방전용 양전극 지지체; 및 상기 방전용 양전극 지지체에 의해 지지되며 상기 타겟의 상부에 형성되는 적어도 하나 이상의 방전용 양전극을 포함하며, 상기 방전용 양전극은 스퍼터링 시에 타겟에 인가되는 음전압에 대해 전위차를 높여서 상기 방전용 양전극이 위치한 아래쪽의 타겟 영역에서 분사되는 소스의 양을 증가시킴으로써 기판에 증착되는 박막의 균일도를 높이는 것을 특징으로 하는 스퍼터 건을 제공한다.
스퍼터 건, 방전용 양전극

Description

고균일 박막제조를 위한 방전용 양전극을 구비하는 스퍼터 건{SPUTTER GUN HAVING DISCHARGE ANODE FOR HIGH UNIFORMITY FILM FABRICATION}
본 발명은 스퍼터 건에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스퍼터링 방법에 의해 진공 박막을 제조하는 경우 박막의 균일도를 높일 수 있도록 방전용 양전극을 구비하도록 한 스퍼터 건에 관한 것이다.
진공 박막의 제조방법으로서는 CVD(Chemical Vapor Deposition), 증발법(Evaporation) 및 스퍼터링(Sputtering) 등의 다양한 방법이 알려져 있고 이들이 널리 활용되고 있다. CVD 방법의 경우 증착막이 균일하지 못하고 특성 재현에 어려움이 많고 또한 박막 제조시 고온이 요구되므로 많은 에너지가 요구된다는 단점이 있다. 한편, 증발법은 높은 증착율이라는 장점은 있으나, 증착막의 밀도나 밀착력이 떨어지는 단점이 있다. 반면 스퍼터링 방법의 경우, 증착 조건을 조절하기 쉽고, 특히 대형 기판을 사용하여 제조할 경우 박막의 두께 등 박막 특성의 균일화를 기하는데 용이한 장점을 가지고 있다. 따라서, 현재 반도체 분야나 전기 전자 및 디스플레이 분야에서 널리 애용하는 진공 박막 제조법이 스퍼터링 방법이다. 일반적으로 스퍼터링 방법은 다음과 같다. 즉, 마그네트(Magnet)로 타겟의 표면에 자기장을 형성시키고, 불활성 기체인 아르곤(Ar)을 적절히(예컨대, ~10-2torr) 주입시킨 후, 타겟에 음의 DC 전압 또는 RF 음 전압을 인가시켜 주면, 타겟 주변에 플라즈마가 형성된다. 이러한 상태에서 양이온화된 아르곤 기체가 타겟에 고속으로 충돌하면 타겟 물질이 전방으로 스퍼터링되어 날아가게 되고, 날아간 타겟 물질이 기판(Substrate)에 증착되게 된다. 그러나, 이러한 스퍼터링 방법에서는, 박막 코팅의 대상이 되는 기판의 크기가 스퍼터 건의 크기에 따라 한계가 있으므로, 기판이 대면적으로 갈수록 스퍼터 건의 크기를 더욱 크게 해야 하기 때문에 장비 가격 및 소스 소모량이 상대적으로 크기 때문에 원가가 높아진다는 단점이 있다. 예컨대, 기존의 기판 고정식 스퍼터링 장비에서는 6인치 스퍼터 건을 사용했을 때 4인치 기판의 영역에서는 박막의 균일도가 ±5%~±10%의 정도에 불과하므로 기판을 고정하여 사용할 수가 없었고, 회전식으로 사용하는 경우에도 박막의 균일도가 ±3%~±5%정도에 그치므로 고균일도가 요구되는 경우에는 8인치 이상의 스퍼터 건을 사용해야 한다는 점에서 한계점을 가지고 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 점을 해결하기 위한 것으로서, 스퍼터링 방법에 의하여 진공 박막을 제조하는 경우 스퍼터 건에 양전극을 구비하도록 함으로써, 박막의 막 균일도를 향상시킬 수 있는 스퍼터 건을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 대면적 기판에 스퍼터링하는 경우에도 종래에 비하여 적은 크기의 스퍼터 건을 사용할 수 있도록 함으로써, 전체 장비를 저렴하게 운용할 수 있으며 타겟 소스의 소모량을 절감할 수 있는 스퍼터 건을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 박막을 증착하기 위한 타겟; 상기 타겟을 고정하는 타겟 클램프; 상기 타겟의 하부에 위치하며 스퍼터링시 타겟에서 발생하는 열을 냉각하고 타겟의 손상을 방지하기 위한 배킹 판; 상기 배킹 판 하부에 위치하며 타겟 표면에 자기장을 형성하여 스퍼터링시 타겟 주변에 발생하는 플라즈마를 타겟 표면에 유지시키고 플라즈마의 밀도를 향상시키기 위한 마그네트; 상기 마그네트 하부에 위치하여 상기 마그네트를 고정하는 요크; 및 상기 타겟 상부의 가장자리 영역에 형성되어 그라운드 역할을 수행하는 양전극을 구비하는 스퍼터링 장치의 스퍼터 건에 있어서, 상기 양전극의 상부에 위치하는 적어도 하나 이상의 방전용 양전극 지지체; 및 상기 방전용 양전극 지지체에 의해 지지 되며 상기 타겟의 상부에 형성되는 적어도 하나 이상의 방전용 양전극을 포함하며, 상기 방전용 양전극은 스퍼터링 시에 타겟에 인가되는 음전압에 대해 전위차를 높여서 상기 방전용 양전극이 위치한 아래쪽의 타겟 영역에서 분사되는 소스의 양을 증가시킴으로써 기판에 증착되는 박막의 균일도를 높이는 것을 특징으로 하는 스퍼터 건을 제공한다.
여기에서, 상기 방전용 양전극은 타겟의 가장 자리 영역의 상부에 위치하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나 이상의 방전용 양전극은 서로 대향하는 한쌍의 방전용 양전극 지지체에 연결된 와이어에 의해 지지되도록 구성할 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나 이상의 방전용 양전극 각각의 길이, 넓이, 두께 및 갯수는 조절가능하도록 구성할 수도 있다.
또한, 상기 적어도 하나 이상의 방전용 양전극 지지체는 상기 양전극 상부에서 이동가능하도록 설치할 수도 있다.
또한, 상기 적어도 하나 이상의 방전용 양전극 지지체는 전기적 이동 수단과 연결되어, 상기 양전극 상부에서 스퍼터링 공정 중에 연속적으로 이동 가능하도록 설치할 수도 있다.
또한, 상기 적어도 하나 이상의 방전용 양전극은 띠 형상으로 구성할 수도 있다.
또한, 상기 적어도 하나 이상의 방전용 양전극은 원형 형상으로 구성할 수도 있다.
본 발명에 의하면, 스퍼터링 방법에 의하여 진공 박막을 제조하는 경우 스퍼터 건에 양전극을 구비하도록 함으로써, 박막의 막 균일도를 향상시킬 수 있는 스퍼터 건을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 대면적 기판에 스퍼터링하는 경우에도 종래에 비하여 적은 크기의 스퍼터 건을 사용할 수 있도록 함으로써, 전체 장비를 저렴하게 운용할 수 있으며 타겟 소스의 소모량을 절감할 수 있는 스퍼터 건을 제공할 수 있다.
기존의 기판고정식 스퍼터링 장비에서는 6인치 스퍼터건을 사용했을 때 4인치 기판 영역에서 박막의 균일도가 ±5% ~ ±10%의 정도에 불과하였으나, 본 발명에 의하면 고정식 기판을 사용하는 경우에도 4인치 기판 내에서 ±2% 이내의 균일도를 확보할 수 있을 것으로 예상된다. 또한 본 발명을 OLED 및 LED용 스퍼터링 시스템, TFT-LCD 및 태양전지용 ITO 및 SiO2 박막 제조장비 부분이나 각종 금속 박막 제조 장비 부분 등 많은 박막 생산공정에 유용하게 활용할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 의한 스퍼터 건(100)의 일실시예의 단면도 및 평면도를 각각 나타낸 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예의 스퍼터 건(100)은 박막을 증착하기 위한 타겟(10)과, 상기 타겟(10)을 고정하는 타겟 클램프(20)과, 상기 타겟(10)의 하부에 위치하며 스퍼터링시 타겟(10)에서 발생하는 열을 냉각하고 타겟(10)의 손상을 방지하기 위한 배킹 판(backing plate, 30)과, 상기 배킹 판(30) 하부에 위치하며, 타겟(10) 표면에 자기장을 형성하여 스퍼터링시 타겟(10) 주변에 발생하는 플라즈마를 타겟(10) 표면에 유지시키고 플라즈마의 밀도를 향상시키기 위한 마그네트(40)와, 상기 마그네트(40) 하부에 위치하여 상기 마그네트(40)를 고정하는 요크(50)와, 상기 타겟(10) 상부의 가장자리 영역에 형성되어 그라운드 역할을 수행하는 양전극(60)을 구비하는 스퍼터링 장치의 스퍼터 건에 있어서, 상기 양전극(60)의 상부에 위치하는 적어도 하나 이상의 방전용 양전극 지지체(70)와, 상기 방전용 양전극 지지체(70)에 의해 지지되며 상기 타겟(10)의 상부에 형성되는 적어도 하나 이상의 방전용 양전극(80)을 포함하되, 상기 방전용 양전극(80)은 스퍼터링 시에 타겟(10)에 인가되는 음전압에 대해 전위차를 높여서 상기 방전용 양전극(80)이 위치한 아래쪽의 타겟(10) 영역에서 분사되는 소스의 양을 증가시킴으로써 기판에 증착되는 박막의 균일도를 높이는 것을 특징으로 하는 스퍼터 건(100)을 제공한다.
본 실시예의 스퍼터 건(100)에 있어서, 타겟(10), 타겟 클램프(20), 배킹 판(30), 마그네트(40), 요크(50) 및 양전극(60)은 종래의 스퍼터 건에서 일반적으로 이용되는 구성이므로 이들에 대한 상세 설명은 생략한다. 또한, 도 1에 도시한 것 이외에도, 스퍼터 건(100)에 기타 부수적인 구성이 구비될 수 있으나 이들은 본 발명과는 직접적인 관련은 없으며 또한 설명의 편의를 위하여 생략하였음을 유의하여야 한다.
상기 방전용 양전극 지지체(70)는 방전용 양전극(80)을 지지하기 위한 수단으로서, 상기 양전극(60)의 상면에 위치하며 상방향으로 연장 형성된다. 방전용 양전극 지지체(70)는 도 2에 나타낸 바와 같이 방전용 양전극(80)을 타겟(10) 상부에 뜬 상태에서 위치시킬 수 있도록 하나의 방전용 양전극(80)에 대하여 2개 즉, 한 쌍으로 형성하는 것이 바람직하다. 한 쌍의 방전용 양전극 지지체(70)의 상단부에는 와이어(90)가 각각 연장되며, 한 쌍의 와이어(90)를 통해 방전용 양전극(80)이 도 2에 나타낸 바와 같이 타겟(10) 상부에 뜬 상태로 띠 형상으로 위치할 수 있게 된다. 방전용 양전극(80) 및 방전용 양전극 지지체(70)의 갯수는 기판의 크기 또는 형상, 요구되는 균일도 등의 조건에 따라 자유롭게 설정할 수 있다. 방전용 양전극(80)의 두께, 넓이, 길이 등의 형상 및 모양은 여러 가지 형상 및 모양으로 구비해 두고, 기판의 크기 또는 형상, 요구되는 균일도 등의 조건에 따라 교체 설치할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이러한 방전용 양전극(80)의 구체적인 작용은 다음과 같다. 우선, 일반적인 종래의 스퍼터링 방법에서와 같이, 불활성 기체인 아르곤(Ar)을 적절히(~10-2torr) 주입시킨 후 타겟(10)에 음의 DC전압 또는 RF 음전압을 인가시켜 주면, 타겟(10) 주변에 플라즈마가 형성이 되고, 양이온화 된 아르곤 기체가 타겟(10)에 고속으로 충돌하면 타겟 물질이 전방으로 스퍼터링되어 날아가게 된다. 이 경우, 종래의 스퍼터링 건에 의하면, 타겟(10)의 가장 자리 영역(edge)은 중앙 부분에 비해 날아오는 아르곤 기체의 양이 상대적으로 적어서 박막 증착시 박막의 가장 자리 영역의 증착율이 낮아져서 박막의 균일도를 저하시키고 있다. 이를 해결하기 위하여, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 방전용 양전극(80)을 형성하게 되면, 방전용 양전극(80)은 실질적으로는 그라운드 전극(양전극(60)과 동일한 전압)이지만 타겟(10)에 인가되는 음의 DC 전압 또는 RF 음전압에 대해서는 양전극으로 볼 수 있으므로, 타겟(10)의 가장 자리 영역에 대한 전위차를 높이는 기능을 수행하게 된다. 이러한 전위차에 의하여, 기존에 상대적으로 적게 날아 오던 아르곤 기체가 타겟(10)의 가장 자리 영역에 보다 많이 날아 올 수 있으므로 타겟(10)의 가장 자리 영역 즉, 방전용 양전극(80)이 위치하는 영역에서의 스퍼터링율을 높일 수 있게 된다.
도 2에 도시한 것은 직사각형 기판인 경우에 대한 것으로서, 직사각형의 가장자리 영역의 좌우측에 각각 2개씩의 방전용 양전극(80)이 형성되어 있으며, 이들 방전용 양전극(80)에 의하여 해당 영역의 스퍼터링율을 높일 수 있게 된다. 기판이 더욱 큰 경우에는 방전용 양전극(80)의 갯수를 늘림으로써 공정 조건을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 방전용 양전극 지지체(70)는 양전극(60) 상부에서 이동가능하도록 설치할 수도 있다. 예컨대, 양전극(60) 상부에 홈을 형성하고, 지지체(70)가 홈을 따라 이동하도록 하면 방전용 양전극(80)의 위치를 간편하게 조절할 수 있게 된다. 또한, 방전용 양전극 지지체(70)에 전원에 의해 자동적으로 이동할 수 있는 전기적 이동 수단을 연결하고, 스퍼터링 공정 중에 방전용 양전극 지지체(70)가 홈을 따라 자동적으로 또한 연속적으로 반복 이동하도록 구성할 수도 있다. 이 경우, 이동 주기, 이동 속도, 반복 횟수 등은 전기적 이동 수단에 의해 필요한 공정 조건에 따라 설정하도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 도 3은 도 2의 방전용 양전극(80)의 또 다른 형태를 나타낸 것으로서, 도 3의 방전용 양전극(80)은 도 2의 경우에 비해 그 넓이가 다소 넓게 형성된 것을 특징으로 한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 스퍼터 건(200)의 단면도 및 평면도를 각각 나타낸 것이다.
도 4 및 도 5의 실시예의 스퍼터 건(200)은 도 1 및 도 2의 스퍼터 건(100)의 단면 모양이 사각형인 경우에 비하여 스퍼터 건(200)이 원형이고 타겟(10) 또한 원형인 경우에 대한 것이다. 도 4 및 도 5의 스퍼터 건(200)은 도 1 및 도 2의 스퍼터 건(100)과 비교해 볼 때, 타겟(10), 타겟 클램프(20), 배킹 판(30), 마그네트(40), 요크(50) 및 양전극(60)을 포함한다는 점은 동일하지만, 스퍼터 건(200)의 단면 모양이 원형인 경우에는 이들 구성 요소들이 도 1 및 도 2의 경우와 약간씩 차이가 있다(예컨대, 배킹 판(30) 등). 그러나, 이러한 점 또한 종래의 원형 스퍼터 건에서 일반적으로 이용되는 구성이고 이들은 본원 발명과는 직접적인 관련은 없으므로 상세 설명은 생략한다.
도 4 및 도 5의 스퍼터 건(200)은 그 단면의 형상이 원형인 경우이므로, 이에 상응하여 방전용 양전극(81)을 원형으로 구성하고 또한 방전용 양전극 지지체(71) 및 와이어(91)를 이러한 원형의 방전용 양전극(81)에 대응하도록 구성했다는 점에서 차이가 있다.
도 5를 참조하면, 방전용 양전극 지지체(71)는 중심점에서 서로 대략 90°각도를 가지고 양전극(60)의 상부에 위치하며, 이들로부터 와이어(91)가 각각 중심점을 향하여 연장되도록 구성된다. 방전용 양전극(81)은 이러한 와이어(91)에 의해 지지되며, 2개의 동심원으로 형성되어 있다. 본 실시예에서도, 방전용 양전극 지지체(71)의 갯수나 위치는 기판의 크기, 타겟의 크기 등의 공정 조건에 따라 변경할 수 있으며 방전용 양전극(81)의 갯수, 서로간의 간격, 두께 등도 공정 조건에 따라 변경하여 설치할 수 있을 것이다. 도 4 및 도 5의 실시예에 의하면, 원형의 스퍼터 건(200)의 경우에도 원형의 타겟(10)의 가장 자리 영역에 대해서 도 1 및 도 2에서 설명한 바와 같은 작용에 의하여 스퍼터링율을 높일 수 있게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아님은 물론이다. 예컨대, 방전용 양전극(80, 81)의 갯수, 위치, 두께, 넓이 등의 형상 또는 모양은 타겟의 크기, 타겟의 형상, 기판의 크기, 기판의 형상, 균일 요구 조건 등의 여러 가지 공정 조건을 감안하여 여러가지 형태로 변형 실시할 수 있다는 점을 유의해야 한다.
도 1는 본 발명에 의한 스퍼터 건의 일실시예의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 스퍼터 건의 일실시예의 평면도이다.
도 3은 도 2의 변형 실시예의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 스퍼터 건의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 스퍼터 건의 평면도이다.

Claims (8)

  1. 박막을 증착하기 위한 타겟; 상기 타겟을 고정하는 타겟 클램프; 상기 타겟의 하부에 위치하며 스퍼터링시 타겟에서 발생하는 열을 냉각하고 타겟의 손상을 방지하기 위한 배킹 판; 상기 배킹 판 하부에 위치하며 타겟 표면에 자기장을 형성하여 스퍼터링시 타겟 주변에 발생하는 플라즈마를 타겟 표면에 유지시키고 플라즈마의 밀도를 향상시키기 위한 마그네트; 상기 마그네트 하부에 위치하여 상기 마그네트를 고정하는 요크; 및 상기 타겟 상부의 가장자리 영역에 형성되어 그라운드 역할을 수행하는 양전극을 구비하는 스퍼터링 장치의 스퍼터 건에 있어서,
    상기 양전극의 상부에 위치하는 적어도 하나 이상의 방전용 양전극 지지체; 및
    상기 방전용 양전극 지지체에 의해 지지되며 상기 타겟의 상부에 형성되는 적어도 하나 이상의 방전용 양전극
    을 포함하며,
    상기 방전용 양전극은 스퍼터링 시에 타겟에 인가되는 음전압에 대해 전위차를 높여서 상기 방전용 양전극이 위치한 아래쪽의 타겟 영역에서 분사되는 소스의 양을 증가시킴으로써 기판에 증착되는 박막의 균일도를 높이는 것을 특징으로 하는 스퍼터 건.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방전용 양전극은 타겟의 가장 자리 영역의 상부에 위치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 스퍼터 건.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 방전용 양전극은 서로 대향하는 한쌍의 방전용 양전극 지지체에 연결된 와이어에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 스퍼터 건.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 방전용 양전극 각각의 길이, 넓이, 두께 및 갯수는 조절가능한 것을 특징으로 하는 스퍼터 건.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 방전용 양전극 지지체는 상기 양전극 상부에서 이동가능하도록 설치된 것을 특징으로 하는 스퍼터 건.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 방전용 양전극 지지체는 전기적 이동 수단과 연결되어, 상기 양전극 상부에서 스퍼터링 공정 중에 연속적으로 이동 가능하도록 설치된 것을 특징으로 하는 스퍼터 건.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 방전용 양전극은 띠 형상인 것을 특징으로 하는 스퍼터 건.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 방전용 양전극은 원형 형상인 것을 특징으로 하는 스퍼터 건.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20190080125A (ko) 2017-12-28 2019-07-08 주식회사 선익시스템 스퍼터링 장치용 스퍼터건
KR20190080127A (ko) 2017-12-28 2019-07-08 주식회사 선익시스템 각도 조절형 스퍼터건
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KR20190080129A (ko) 2017-12-28 2019-07-08 주식회사 선익시스템 중심전자석을 포함하는 스퍼터장치용 스퍼터건
KR20190091739A (ko) 2018-01-29 2019-08-07 주식회사 선익시스템 박막 균일성이 향상된 반응형 스퍼터장치
KR20190108812A (ko) 2018-03-15 2019-09-25 주식회사 선익시스템 전자석을 포함하는 스퍼터장치용 스퍼터건

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