KR20120049554A - 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라즈마를 회전하는 원통형 타겟 사이에 구속시켜 플라즈마 입자에 의한 피증착물의 손상을 최소화시킬 수 있는 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 의한 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템은, 진공 챔버의 내부에 서로 마주보도록 배치되는 제 1 원통형 타겟 및 제 2 원통형 타겟, 제 1 원통형 타겟 및 제 2 원통형 타겟을 각각 회전시키기 위한 제 1 타겟 회전장치 및 제 2 타겟 회전장치, 제 1 원통형 타겟과 제 2 원통형 타겟의 사이에 자기장을 형성하기 위해 제 1 원통형 타겟의 내부에 배치되는 제 1 자석유닛 및 제 2 원통형 타겟의 내부에 배치되는 제 2 자석유닛, 제 1 자석유닛 및 제 2 자석유닛을 각각 회전시켜 제 1 자석유닛 및 제 2 자석유닛 각각의 배치 각도를 변화시키기 위한 제 1 자석유닛 각도조절장치 및 제 2 자석유닛 각도조절장치, 성막 입자가 증착되는 피증착물을 지지하기 위해 제 1 원통형 타겟과 제 2 원통형 타겟의 배열 방향과 직교하는 방향에 배치되는 피증착물 홀더를 포함한다.
Description
본 발명은 스퍼터링 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마를 회전하는 원통형 타겟 사이에 구속시켜 플라즈마 입자에 의한 피증착물의 손상을 최소화시킬 수 있는 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템에 관한 것이다.
기상증착법(Vapor Deposition)은 증착시키려는 물질이 기판으로 기체상태에서 고체상태로 변태될 때 어떤 과정을 거치느냐에 따라 화학증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD)과 물리증착법(Physical Vapor Deposition; PVD)으로 구분될 수 있다. 물리증착법은 진공 환경을 요구하는데 반해 화학증착법은 수십~수백 torr 내지는 상압의 환경에서도 작업이 가능하고, 화학증착법은 물리증착법에 보다 훨씬 고온의 환경이 요구된다.
화학증착법으로는 MOCVD(Metal-organic chemical vapor deposition), HVPE(Hydride vapor phase epitaxy) 등이 있다. 화학증착법은 물리증착법처럼 원료 물질을 일단 기체상태로 운반하나, 원료 물질이 기판의 표면에서 화학반응을 일으켜 고체 상태로 변화한다.
물리증착법으로는 스퍼터링(Sputtering), 전자빔증착법(E-beam evaporation), 열증착법(Thermal evaporation), 레이저분자빔증착법Laser molecular beam epitaxy; L-MBE), 펄스레이저증착법(Pulsed laser deposition; PLD) 등이 있다. 이들 물리증착법들은 증착시키려는 물질이 기판에 증착될 때 기체상태가 고체상태로 바뀌는 과정에서 물리적인 변화가 수반된다. 즉, 고체 상태의 타겟을 열, 레이저, 전자빔 등을 통해 기체상태로 날려서 보내고 날아간 타겟 물질이 기판에 닿을 때 고체 상태로 변화하여 박막이 형성된다. 기판에 붙은 물질의 화학적 조성은 기판에 도착한 기체상태의 물질의 조성과 같다. 물리적증착법은 증착시키려는 물질을 기체상태로 만들어서 날려보내는 것이므로, 기체상태의 물질이 중간에 다른 기체 분자들과 부딪혀서 기판에 닿지 못하거나 중간에 열을 잃어버려서 고체로 변해버리는 문제를 막기 위해 진공 환경이 요구된다.
물리증착법 중에서 스퍼터링은 기판 재료의 종류에 관계없이 어떤 재질의 막으로도 유독한 가스를 사용하지 않고 안전하게 비교적 간단한 장치로 박막을 얻을 수 있다는 점에서 널리 사용되고 있다. 스퍼터링은 진공 중에서 불활성 기체(Ar, Kr, Xe 등)의 글로 방전(Glow discharge)을 형성하여 양이온들이 음극 바이어스된 타겟에 충돌하도록 함으로써 운동에너지 전달에 의해 타겟의 원자가 방출되도록 하는 방법이다.
타켓이 전도체일 경우에는 DC 바이어스를 사용할 수 있지만 부도체인 경우에는 공간전하(Space charge)가 축적되는 것을 막기 위해서 RF(13.56MHz)나 Pulsed DC 전원을 이용해서 바이어스를 인가한다. 타겟으로부터 방출된 원자들은 진공 챔버 안에서 자유롭게 운동하게 되며 기판에 입사되는 입자들은 박막을 형성한다. 스퍼터링 가스와 함께 반응성 가스(O2, N2, NH3, CH4, C2H2 등)를 도입하게 되면 반응성 가스분자들도 함께 이온화되고 활성화되며 스퍼터링된 입자들과 반응하여 산화물, 질화물, 탄화물 등의 화합물 피막을 형성한다.
스퍼터링 기술의 큰 약점 중 하나는 증착속도가 느려서 생산성이 떨어진다는 점이다. 스퍼터링 공정에서의 증착 속도는 타겟의 스퍼터링 속도와 직결되며, 스퍼터링 속도는 플라즈마의 밀도, 즉 이온화율(Ionization rate)에 가장 큰 영향을 받는다. 스퍼터링 기술의 공업적 응용이 시작된 이래 플라즈마 밀도를 향상시키기 위한 많은 연구가 이루어졌다. 글로 방전에서 플라즈마를 형성하고 유지하는 역할을 하는 것은 음극에서 발생하는 2차 전자이다. 전자들은 작은 질량으로 인해 쉽게 전기장에 의해 가속되고 기체 원자(또는 분자)들과 충돌하여 이온화를 일으키거나 운동에너지를 전달하는 역할을 한다. 따라서, 전자들의 손실을 막고 수명을 연장시킬 수 있다면 높은 이온화 효율을 얻을 수 있다.
타겟 배면에 자석을 부착하여 전기장에 수직한 자기장을 형성함으로써 전자들의 운동을 타겟 주위로 구속하고 이동 경로를 길게 함으로써 스퍼터링 효율을 높이는 것이 마그네트론 스퍼터링이다. 전자들의 움직임이 대부분 타겟 주위에서 일어나게 되므로 전자의 입사에 의한 기판의 가열현상도 크게 억제된다. 그러나 일반적인 마그네트론 스퍼터링은 기판과 타겟이 정면으로 마주하기 때문에 고에너지의 2차 전자가 기판으로 입사되는 문제가 있고, 강자성체 제거 또는 열적으로 취약한 기판으로의 저온?고속 스퍼터가 어려운 문제가 있다.
이러한 마그네트론 스퍼터링의 문제를 해결하기 위해 대향 타겟식 스퍼터링 시스템이 소개된 바 있다. 대향 타겟식 스퍼터링 시스템은 두 개의 타겟이 대향하도록 배치되고, 각각의 타겟 이면에 마그네트론이 서로 반대 자극을 갖도록 배치된다. 스퍼터링 가스의 타겟 충격에 의해 타겟 표면으로부터 방출되는 고에너지의 2차 전자는 대향하는 타겟 사이에 가둬져 고밀도 플라즈마를 발생한다. 기판은 대향하는 타겟 옆의 플라즈마 밖에 위치하기 때문에 2차 전자의 기판으로의 입사를 완전히 억제할 수 있어, 저온?고속 스퍼터가 가능하다.
그런데 종래의 대향 타겟 스퍼터링 시스템은 고정되어 있는 원형 또는 직사각형 모양의 타겟을 이용하여 스퍼터링 공정을 진행하기 때문에, 시간에 따른 타겟의 열화현상을 막을 수 없으며, 증착 속도 역시 고정된 타겟의 한계로 느린 단점을 가지고 있다. 그리고 타겟 이용 효율이 낮아 이를 이용하는 AMOLED나 유기 광전자 소자의 제조 원가 상승의 원인으로 작용한다.
또한, 종래의 대향 타겟 스퍼터링 시스템은 스퍼터 공정을 진행함에 따라 타겟이 열화되고, 많은 양의 입자가 재스퍼터링(Resputtering)되어 고품위 박막을 구현하는데 어려움이 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 플라즈마에 의한 피증착물의 손상을 최소화하고 타겟 이용 효율을 높일 수 있는 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 열이나 외부 충격에 약한 다양한 피증착물 상에 저온으로 금속, 투명전도막, 반도체, 부도체, 유전체, 박막 봉지막 등의 박막을 안정적으로 증착할 수 있는 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템은, 진공 챔버를 갖는 하우징, 상기 진공 챔버에 스퍼터링 가스를 공급하기 위한 스퍼터링 가스 공급기, 상기 진공 챔버의 내부에 서로 마주보도록 배치되는 제 1 원통형 타겟 및 제 2 원통형 타겟, 상기 제 1 원통형 타겟 및 상기 제 2 원통형 타겟을 각각 회전시키기 위한 제 1 타겟 회전장치 및 제 2 타겟 회전장치, 상기 제 1 원통형 타겟과 상기 제 2 원통형 타겟의 사이에 자기장을 형성하기 위해 상기 제 1 원통형 타겟의 내부에 배치되는 제 1 자석유닛 및 상기 제 2 원통형 타겟의 내부에 배치되는 제 2 자석유닛, 상기 제 1 자석유닛 및 상기 제 2 자석유닛을 각각 회전시켜 상기 제 1 자석유닛 및 상기 제 2 자석유닛 각각의 배치 각도를 변화시키기 위한 제 1 자석유닛 각도조절장치 및 제 2 자석유닛 각도조절장치, 상기 제 1 원통형 타겟 및 상기 제 2 원통형 타겟 각각에 방전 전력을 공급하기 위한 하나 이상의 전원, 상기 제 1 원통형 타겟 및 상기 제 2 원통형 타겟에서 스퍼터링된 성막 입자가 증착되는 피증착물을 지지하기 위해 상기 제 1 원통형 타겟과 상기 제 2 원통형 타겟의 배열 방향과 직교하는 방향에 배치되는 피증착물 홀더를 포함한다.
상기 피증착물 홀더는 상기 제 1 원통형 타겟 및 상기 제 2 원통형 타겟을 사이에 두고 서로 마주보도록 한 쌍이 배치될 수 있다.
상기 제 1 자석유닛은 같은 자극이 모두 상기 제 2 원통형 타겟을 향하도록 배치되는 복수의 제 1 자석과 상기 제 2 원통형 타겟을 향하는 상기 제 1 자석들의 끝단을 연결하는 제 1 요크를 포함하고, 상기 제 2 자석유닛은 상기 제 2 원통형 타겟을 향하는 상기 제 1 자석들의 자극과 반대의 자극이 상기 제 1 원통형 타겟을 향하도록 배치되는 복수의 제 2 자석과 상기 제 1 원통형 타겟을 향하는 상기 제 2 자석들의 끝단을 연결하는 제 2 요크를 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템은 상기 피증착물 홀더를 상기 제 1 원통형 타겟 및 상기 제 2 원통형 타겟의 배열 방향과 평행한 방향으로 왕복 이송시키기 위한 피증착물 이송장치를 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템은, 진공 챔버를 갖는 하우징, 상기 진공 챔버에 스퍼터링 가스를 공급하기 위한 스퍼터링 가스 공급기, 상기 진공 챔버의 내부에 서로 마주보도록 배치되는 제 1 원통형 타겟 및 제 2 원통형 타겟, 상기 제 1 원통형 타겟 및 상기 제 2 원통형 타겟을 각각 회전시키기 위한 제 1 타겟 회전장치 및 제 2 타겟 회전장치, 상기 제 1 원통형 타겟의 내부에 배치되고 같은 자극이 모두 상기 제 2 원통형 타겟을 향하도록 배치되는 복수의 제 1 자석과 상기 제 2 원통형 타겟을 향하는 상기 제 1 자석들의 끝단을 연결하는 제 1 요크를 갖는 제 1 자석유닛, 상기 제 2 원통형 타겟의 내부에 배치되고 상기 제 1 자석들과 함께 상기 제 1 원통형 타겟과 상기 제 2 원통형 타겟을 연결하는 자기장을 형성하기 위해 상기 제 2 원통형 타겟을 향하는 상기 제 1 자석들의 자극과 반대의 자극이 상기 제 1 원통형 타겟을 향하도록 배치되는 복수의 제 2 자석과 상기 제 1 원통형 타겟을 향하는 상기 제 2 자석들의 끝단을 연결하는 제 2 요크를 갖는 제 2 자석유닛, 상기 제 1 원통형 타겟 및 상기 제 2 원통형 타겟 각각에 방전 전력을 공급하기 위한 하나 이상의 전원, 상기 제 1 원통형 타겟 및 상기 제 2 원통형 타겟 각각에서 스퍼터링된 성막 입자가 증착되는 피증착물을 지지하기 위해 상기 제 1 원통형 타겟과 상기 제 2 원통형 타겟의 배열 방향과 직교하는 방향에 배치되는 피증착물 홀더를 포함한다.
상기 피증착물 홀더는 상기 제 1 원통형 타겟 및 상기 제 2 원통형 타겟을 사이에 두고 서로 마주보도록 한 쌍이 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템은 상기 피증착물 홀더를 상기 제 1 원통형 타겟 및 상기 제 2 원통형 타겟의 배열 방향과 평행한 방향으로 왕복 이송시키기 위한 피증착물 이송장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템은 두 개의 회전 원통형 대향 타겟 사이에 플라즈마를 효율적으로 구속시킴으로서 플라즈마에 의한 피증착물의 손상을 최소화할 수 있고, 타겟이 회전하기 때문에 타겟 이용 효율을 높일 수 있으며, 증착 속도도 높일 수 있다. 또한, 제품의 제조단가를 낮출 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템은, AMOLED, OTFT, OSC, 유기메모리소자, 유기물센서 등 다양한 광전 소자의 제조공정에 들어가는 금속, 투명전도막, 반도체, 부도체, 유전체, 박막 봉지막 등 박막뿐만 아니라, 고분자, 저분자 기판을 이용하는 차세대 플렉시블 디스플레이, 플렉시블 태양전지, 플렉시블 트랜지스터, 플렉시블 메모리, 플렉시블 센서 등에 대한 저온?저손상 제조가 가능하다.
또한, 본 발명에 의한 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템은 박막 제조 시 피증착물의 손상을 줄임으로써, 제품의 불량률을 줄이고 제품의 품질을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템은 자기장을 형성하기 위한 제 1 자석유닛과 제 2 자석유닛의 배치 각도를 조절함으로써, 성막 공정 상의 다양한 편의를 제공할 수 있고, 다양한 성막 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템은 성막 공정 중에 피증착물을 왕복 이송시킴으로써 피증착물에 대한 증착 면적을 증가시킬 수 있다. 따라서, 대면적의 피증착물에 대한 성막이 가능하고, 한 번의 성막 공정으로 성막할 수 있는 피증착물의 개수를 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템 및 이에 의한 성막 공정을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템에 의한 변형된 성막 공정을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템 및 이에 의한 성막 공정을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템에 의한 변형된 성막 공정을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템에 의한 변형된 성막 공정을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템 및 이에 의한 성막 공정을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템에 의한 변형된 성막 공정을 나타낸 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 의한 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템(100)은, 진공 챔버(110)를 갖는 하우징(110), 진공 챔버(110)에 스퍼터링 가스를 공급하기 위한 스퍼터링 가스 공급기(120), 진공 챔버(110)의 내부에 배치되는 제 1 캐소드 모듈(130) 및 제 2 캐소드 모듈(140), 피증착물(10a)(10b)을 지지하기 위한 제 1 피증착물 홀더(150) 및 제 2 피증착물 홀더(155), 각 캐소드 모듈(130)(140)에 방전 전력을 공급하기 위한 전원(160)을 포함한다. 전원(160)은 각 캐소드 모듈(130)(140)에 방전 전력을 분배하여 공급할 수 있도록 하나만 구비될 수도 있고, 각 캐소드 모듈(130)(140)에 개별적으로 방전 전력을 공급할 수 있도록 두 개가 구비될 수도 있다.
하우징(110)에는 진공 챔버(110)를 진공으로 만들기 위한 진공 펌프(126)와 진공 챔버(110)로 가스를 공급하기 위한 가스 공급관(12)이 연결된다. 가스 공급관(124)은 아르곤(Ar) 등의 스퍼터링 가스를 공급하기 위한 스퍼터링 가스 공급기(120)와 산소(O2) 등의 반응성 가스를 공급하기 위한 반응성 가스 공급기(122)를 진공 챔버(110)와 연결한다.
제 1 캐소드 모듈(130) 및 제 2 캐소드 모듈(140)은 피증착물(10a)(10b)에 증착될 성막 입자를 제공하기 위한 것으로, 진공 챔버(110)의 내부에 서로 마주보도록 배치된다. 제 1 캐소드 모듈(130)은 제 1 원통형 타겟(131), 제 1 원통형 타겟(131)을 지지하는 원통형의 제 1 타겟 홀더(132), 제 1 원통형 타겟(131)을 회전하기 위한 제 1 타겟 회전장치(133), 제 1 타겟 홀더(132)의 내부에 배치되는 제 1 자석유닛(134), 제 1 자석유닛(134)의 배치 각도를 변화시키기 위한 제 1 자석유닛 각도조절장치(138)를 포함한다. 제 1 타겟 회전장치(133)는 모터 등 제 1 원통형 타겟(131)이 결합된 제 1 타겟 홀더(132)를 회전시킬 수 있는 다양한 장치가 이용될 수 있다. 그리고 제 1 자석유닛 각도조절장치(138)는 모터 등 제 1 자석유닛(134)을 일정 각도 회전시킬 수 있는 다양한 장치가 이용될 수 있다.
제 1 자석유닛(134)은 제 1 원통형 타겟(131)의 외부에 자기장(M)을 형성하기 위한 것으로 복수의 제 1 자석(135), 제 1 자석들(135)을 지지하기 위한 제 1 자석지지부재(136) 및 제 1 자석들(135)의 끝단에 결합되는 제 1 요크(137)를 포함한다. 제 1 자석들(135)은 같은 자극이 제 2 원통형 타겟(141)을 향하도록 배치되고, 제 1 요크(137)는 제 2 원통형 타겟(141)을 향하는 제 1 자석들(135)의 끝단을 연결한다. 제 1 요크(137)는 제 1 자석들(135)의 자력를 합한 자력을 갖는 하나의 자극을 형성함으로써 자기장(M)을 집중시키는 역할을 한다. 이러한 제 1 자석유닛(134)은 제 1 자석유닛 각도조절장치(138)에 의해 일정 각도 회전함으로써 그 배치 각도가 가변될 수 있다. 제 1 자석(135)으로는 영구자석이나 전자석이 이용될 수 있다.
제 2 캐소드 모듈(140)은 제 2 원통형 타겟(141), 제 2 원통형 타겟(141)을 지지하는 원통형의 제 2 타겟 홀더(142), 제 2 원통형 타겟(141)을 회전하기 위한 제 2 타겟 회전장치(143), 제 2 타겟 홀더(142)의 내부에 배치되는 제 2 자석유닛(144), 제 2 자석유닛(144)의 배치 각도를 변화시키기 위한 제 2 자석유닛 각도조절장치(148)를 포함한다. 제 2 타겟 회전장치(143)는 모터 등 제 2 원통형 타겟(141)이 결합된 제 1 타겟 홀더(132)를 회전시킬 수 있는 다양한 장치가 이용될 수 있다. 그리고 제 2 자석유닛 각도조절장치(148)는 모터 등 제 2 자석유닛(144)을 일정 각도 회전시킬 수 있는 다양한 장치가 이용될 수 있다.
제 2 자석유닛(144)은 제 2 원통형 타겟(141)의 외부에 자기장(M)을 형성하기 위한 것으로 복수의 제 2 자석(145), 제 2 자석들(145)을 지지하기 위한 제 2 자석지지부재(146) 및 제 2 자석들(145)의 끝단에 결합되는 제 2 요크(147)를 포함한다. 제 2 자석들(145)은 같은 자극이 제 1 원통형 타겟(131)을 향하도록 배치되고, 제 2 요크(147)는 제 1 원통형 타겟(131)을 향하는 제 2 자석들(145)의 끝단을 연결한다. 제 2 요크(147)는 제 2 자석들(145)의 자력를 합한 자력을 갖는 하나의 자극을 형성함으로써 자기장(M)을 집중시키는 역할을 한다. 이러한 제 2 자석유닛(144)은 제 2 자석유닛 각도조절장치(148)에 의해 일정 각도 회전함으로써 그 배치 각도가 가변될 수 있다. 제 2 자석(145)으로는 영구자석이나 전자석이 이용될 수 있다.
제 1 자석들(135)과 제 2 자석들(145)은 서로 반대의 자극이 마주보도록 배치된다. 예컨대, 도면에 도시된 것과 같이, 제 1 자석들(135)은 N극이 제 2 자석들(145)을 향하고 제 2 자석들(145)은 S극이 제 1 자석들(135)을 향하도록 배치된다. 물론, 그 반대의 배치도 가능하다. 이렇게 제 1 자석들(135)과 제 2 자석들(145)이 서로 반대의 자극이 마주보도록 배치되면 제 1 자석유닛(134)과 제 2 자석유닛(144)이 사이에 이들을 연결하는 자기장(M)이 형성된다. 그리고 이러한 자기장(M)은 플라즈마 발생 시 전자들의 운동을 제 1 원통형 타겟(131)과 제 2 원통형 타겟(141) 사이로 구속하여 제 1 원통형 타겟(131)과 제 2 원통형 타겟(141) 사이에서의 플라즈마 밀도를 높여준다.
제 1 타겟 회전장치(133)와 제 2 타겟 회전장치(143)는 제 1 원통형 타겟(131)과 제 2 원통형 타겟(141)을 서로 반대 방향으로 회전시킨다. 예컨대, 도면에 도시된 것과 같이, 제 1 타겟 회전장치(133)가 제 1 원통형 타겟(131)을 반시계 방향으로 회전시킬 경우, 제 2 타겟 회전장치(143)는 제 2 원통형 타겟(141)을 시계 방향으로 회전시킨다. 물론, 그 반대의 경우도 가능하다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 상술한 본 발명의 일실시예에 의한 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템(100)에 의한 성막 공정에 대하여 간단히 설명한다.
먼저, 제 1 피증착물 홀더(150) 및 제 2 피증착물 홀더(155)에 피증착물(10a)(10b)을 장착하고, 진공 펌프(126)를 이용하여 진공 챔버(110)를 진공 상태로 만든다. 이후, 제 1 원통형 타겟(131) 및 제 2 원통형 타겟(141)을 회전시키면서 스퍼터링 가스를 진공 챔버(110) 안에 공급하고 각 원통형 타겟(131)(141)에 음전압을 인가하여 스퍼터링 가스의 글로우 방전을 유도한다.
글로우 방전에 의해 발생하는 플라즈마는 제 1 자석유닛(134) 및 제 2 자석유닛(144)에 의해 형성되는 자기장(M)에 의해 제 1 원통형 타겟(131)과 제 2 원통형 타겟(141) 사이에 집중된다. 그리고 플라즈마의 양이온은 제 1 원통형 타겟(131) 및 제 2 원통형 타겟(141)을 스퍼터링하고, 이에 의해 각 원통형 타겟(131)(141)으로부터 성막 입자가 증기 상으로 방출된다. 이때, 전자 등의 높은 에너지를 갖는 입자는 제 1 원통형 타겟(131)과 제 2 원통형 타겟(141) 사이의 공간에 구속되어 원통형 타겟(131)(141)의 상하부에 배치되는 피증착물(10a)(10b)에 영향을 안 주고, 비교적 낮은 에너지를 갖는 성막 입자가 확산되어 피증착물(10a)(10b)에 증착된다.
이와 같이, 본 발명에 의한 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템(100)은 제 1 자석유닛(134)과 제 2 자석유닛(144)을 통해 제 1 원통형 타겟(131)과 제 2 원통형 타겟(141) 사이에 자기장(M)을 형성하여 전자 등 높은 에너지를 갖는 입자를 제 1 원통형 타겟(131)과 제 2 원통형 타겟(141) 사이에 구속함으로써, 두 원통형 타겟(131)(141)의 배치 방향과 직교하도록 배치된 피증착물(10a)(10b)에 높은 에너지를 갖는 입자에 의한 영향을 줄일 수 있다. 따라서, 피증착물(10a)(10b)의 손상을 크게 줄일 수 있고, 무기물뿐만 아니라 외부 충격에 약한 유기물이나 두께가 얇은 필름 등 다양한 피증착물에 대한 성막이 가능하다.
또한, 본 발명에 의한 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템(100)은 스퍼터링 과정 중에 원통형 타겟(131)(141)을 회전시킴으로써, 스퍼터링이 타겟의 일부 부분에 집중되지 않고 타겟 전체를 고르게 스퍼터링할 수 있다. 따라서, 타겟 이용 효율을 높일 수 있으며, 증착 속도도 높일 수 있다.
한편, 본 발명에 의한 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템(100)은 제 1 자석유닛(134)과 제 2 자석유닛(144)의 배치 각도를 바꿈으로써 성막 공정 상의 다양한 편의를 제공할 수 있다.
즉, 도 2에 도시된 것과 같이, 제 1 자석유닛(134)과 제 2 자석유닛(144)을 제 1 피증착물 홀더(150) 쪽으로 편심되게 배치하면, 자기장(M)을 제 1 피증착물 홀더(150) 쪽으로 치우치게 할 수 있다. 따라서, 방전 전력이 인가되면 제 1 피증착물 홀더(150)에 장착된 피증착물(10a) 쪽에 플라즈마 밀도가 증가하고, 제 2 피증착물 홀더(155)에 장착된 피증착물(10b) 쪽에는 플라즈마 밀도가 상대적으로 감소하게 된다.
이 경우, 제 1 피증착물 홀더(150)에 장착된 피증착물(10a)에 대해서는 성막 속도를 높일 수 있고, 제 2 피증착물 홀더(155)에 장착된 피증착물(10b)에 대해서는 전자 등의 높은 에너지를 갖는 입자의 충돌 가능성을 더욱 줄일 수 있다. 따라서, 제 1 피증착물 홀더(150)에는 무기물 등 충격에 강한 소재의 피증착물을 장착하고, 제 2 피증착물 홀더(155)에는 유기물 등 충격에 약한 소재의 피증착물을 장착함으로써, 서로 다른 소재의 피증착물을 동시에 성막할 수 있다.
이 밖에, 제 1 자석유닛(134)과 제 2 자석유닛(144)의 배치 각도를 다양하게 조절함으로써, 피증착물에 대한 성막 속도를 조절할 수 있다. 타겟 물질의 종류와 성막 속도를 적절히 조절하면 피증착물에 증착되는 박막의 특성을 다양하게 변화시킬 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템을 나타낸 것이다.
도 3에 도시된 것과 같이, 본 발명의 다른 실시예에 의한 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템(200)은 도 1에 도시된 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템(100)과 대부분의 구성이 같다. 이하에서, 본 발명의 다른 실시예에 의한 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템(200)을 설명함에 있으서, 상술한 본 발명의 일실시예에 의한 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템(100)과 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 실시예에 의한 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템(200)은 도 1에 도시된 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템(100)에 비해 제 1 피증착물 홀더(150)와 결합되는 제 1 피증착물 이송장치(210) 및 제 2 피증착물 홀더(155)와 결합되는 제 2 피증착물 이송장치(215)를 더 포함한다. 제 1 피증착물 이송장치(210)는 제 1 피증착물 홀더(150)를 제 1 원통형 타겟(131) 및 제 2 원통형 타겟(141)의 배열 방향과 평행한 방향으로 왕복 이송시킨다. 그리고 제 2 피증착물 이송장치(215)는 제 2 피증착물 홀더(155)를 제 1 원통형 타겟(131) 및 제 2 원통형 타겟(141)의 배열 방향과 평행한 방향으로 왕복 이송시킨다.
이러한 본 발명의 다른 실시예에 의한 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템(200)은 피증착물 이송장치(210)(215)를 이용하여 성막 공정 중에 피증착물(10a)(10b)을 이송시킴으로써 피증착물(10a)(10b)에 대한 증착 면적을 증가시킬 수 있다. 따라서, 대면적의 피증착물에 대한 성막이 가능하다. 또한, 피증착물 홀더(150)(155)에 크기가 작은 피증착물을 여러 개 장착하면 한 번의 성막 공정으로 성막할 수 있는 피증착물의 개수를 증가시킬 수 있다.
도 4에 도시된 것과 같이, 제 1 자석유닛(134)과 제 2 자석유닛(144)의 배치 각도를 어느 한쪽으로 편심되게 변경하면, 앞서 설명한 것과 같은 다양한 성막 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 있어서, 캐소드 모듈의 개수나 배치 구조, 피증착물 홀더의 개수나 배치 구조는 다양하게 변경될 수 있다. 예컨대, 자석유닛에서 요크는 생략될 수 있고, 자석들의 배치도 다양하게 바뀔 수 있다. 즉, 앞에서는 자석들이 소위 비대칭의 자기장을 형성하도록 배치되는 것으로 설명하였으나, 자석들은 각 원통형 타겟의 외부에 대칭의 자기장을 형성하도록 배치될 수 있다. 또한, 피증착물 홀더는 두 개의 캐소드 모듈에서 이격되도록 하나만 설치될 수도 있다. 이 경우, 자석유닛의 배치 각도는 고정되고, 자석유닛 각도조절장치는 생략될 수도 있다.
본 발명에 의한 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템은, AMOLED, OTFT, OSC, 유기메모리소자, 유기물센서 등 다양한 광전 소자의 제조공정에 들어가는 금속, 투명전도막, 반도체, 부도체, 유전체, 박막 봉지막 등 박막뿐만 아니라, 고분자, 저분자 기판을 이용하는 차세대 플렉시블 디스플레이, 플렉시블 태양전지, 플렉시블 트랜지스터, 플렉시블 메모리, 플렉시블 센서 등 다양한 소자의 제조에 활용될 수 있다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
100, 200 : 스퍼터링 시스템 110 : 하우징
111 : 진공 챔버 120 : 스퍼터링 가스 공급기
124 : 가스 공급관 126 : 진공 펌프
130, 140 : 제 1, 2 캐소드 모듈 131, 141 : 제 1, 2 원통형 타겟
132, 142 : 제 1, 2 타겟 홀더 133, 143 : 제 1, 2 타겟 회전장치
134, 144 : 제 1, 2 자석유닛 135, 145 : 제 1, 2 자석
136, 146 : 제 1, 2 자석 지지부재 137, 147 : 제 1, 2 요크
138, 148 : 제 1, 2 자석유닛 각도조절장치
150, 155 : 제 1, 2 피증착물 홀더 160 : 전원
210, 215 : 제 1, 2 피증착물 이송장치
111 : 진공 챔버 120 : 스퍼터링 가스 공급기
124 : 가스 공급관 126 : 진공 펌프
130, 140 : 제 1, 2 캐소드 모듈 131, 141 : 제 1, 2 원통형 타겟
132, 142 : 제 1, 2 타겟 홀더 133, 143 : 제 1, 2 타겟 회전장치
134, 144 : 제 1, 2 자석유닛 135, 145 : 제 1, 2 자석
136, 146 : 제 1, 2 자석 지지부재 137, 147 : 제 1, 2 요크
138, 148 : 제 1, 2 자석유닛 각도조절장치
150, 155 : 제 1, 2 피증착물 홀더 160 : 전원
210, 215 : 제 1, 2 피증착물 이송장치
Claims (7)
- 진공 챔버를 갖는 하우징;
상기 진공 챔버에 스퍼터링 가스를 공급하기 위한 스퍼터링 가스 공급기;
상기 진공 챔버의 내부에 서로 마주보도록 배치되는 제 1 원통형 타겟 및 제 2 원통형 타겟;
상기 제 1 원통형 타겟 및 상기 제 2 원통형 타겟을 각각 회전시키기 위한 제 1 타겟 회전장치 및 제 2 타겟 회전장치;
상기 제 1 원통형 타겟과 상기 제 2 원통형 타겟의 사이에 자기장을 형성하기 위해 상기 제 1 원통형 타겟의 내부에 배치되는 제 1 자석유닛 및 상기 제 2 원통형 타겟의 내부에 배치되는 제 2 자석유닛;
상기 제 1 자석유닛 및 상기 제 2 자석유닛을 각각 회전시켜 상기 제 1 자석유닛 및 상기 제 2 자석유닛 각각의 배치 각도를 변화시키기 위한 제 1 자석유닛 각도조절장치 및 제 2 자석유닛 각도조절장치;
상기 제 1 원통형 타겟 및 상기 제 2 원통형 타겟 각각에 방전 전력을 공급하기 위한 하나 이상의 전원; 및
상기 제 1 원통형 타겟 및 상기 제 2 원통형 타겟에서 스퍼터링된 성막 입자가 증착되는 피증착물을 지지하기 위해 상기 제 1 원통형 타겟과 상기 제 2 원통형 타겟의 배열 방향과 직교하는 방향에 배치되는 피증착물 홀더;를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 피증착물 홀더는 상기 제 1 원통형 타겟 및 상기 제 2 원통형 타겟을 사이에 두고 서로 마주보도록 한 쌍이 배치되는 것을 특징으로 하는 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 자석유닛은 같은 자극이 모두 상기 제 2 원통형 타겟을 향하도록 배치되는 복수의 제 1 자석과 상기 제 2 원통형 타겟을 향하는 상기 제 1 자석들의 끝단을 연결하는 제 1 요크를 포함하고,
상기 제 2 자석유닛은 상기 제 2 원통형 타겟을 향하는 상기 제 1 자석들의 자극과 반대의 자극이 상기 제 1 원통형 타겟을 향하도록 배치되는 복수의 제 2 자석과 상기 제 1 원통형 타겟을 향하는 상기 제 2 자석들의 끝단을 연결하는 제 2 요크를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 피증착물 홀더를 상기 제 1 원통형 타겟 및 상기 제 2 원통형 타겟의 배열 방향과 평행한 방향으로 왕복 이송시키기 위한 피증착물 이송장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템. - 진공 챔버를 갖는 하우징;
상기 진공 챔버에 스퍼터링 가스를 공급하기 위한 스퍼터링 가스 공급기;
상기 진공 챔버의 내부에 서로 마주보도록 배치되는 제 1 원통형 타겟 및 제 2 원통형 타겟;
상기 제 1 원통형 타겟 및 상기 제 2 원통형 타겟을 각각 회전시키기 위한 제 1 타겟 회전장치 및 제 2 타겟 회전장치;
상기 제 1 원통형 타겟의 내부에 배치되고, 같은 자극이 모두 상기 제 2 원통형 타겟을 향하도록 배치되는 복수의 제 1 자석과 상기 제 2 원통형 타겟을 향하는 상기 제 1 자석들의 끝단을 연결하는 제 1 요크를 갖는 제 1 자석유닛;
상기 제 2 원통형 타겟의 내부에 배치되고, 상기 제 1 자석들과 함께 상기 제 1 원통형 타겟과 상기 제 2 원통형 타겟을 연결하는 자기장을 형성하기 위해 상기 제 2 원통형 타겟을 향하는 상기 제 1 자석들의 자극과 반대의 자극이 상기 제 1 원통형 타겟을 향하도록 배치되는 복수의 제 2 자석과 상기 제 1 원통형 타겟을 향하는 상기 제 2 자석들의 끝단을 연결하는 제 2 요크를 갖는 제 2 자석유닛;
상기 제 1 원통형 타겟 및 상기 제 2 원통형 타겟 각각에 방전 전력을 공급하기 위한 하나 이상의 전원; 및
상기 제 1 원통형 타겟 및 상기 제 2 원통형 타겟 각각에서 스퍼터링된 성막 입자가 증착되는 피증착물을 지지하기 위해 상기 제 1 원통형 타겟과 상기 제 2 원통형 타겟의 배열 방향과 직교하는 방향에 배치되는 피증착물 홀더;를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템. - 제 5 항에 있어서,
상기 피증착물 홀더는 상기 제 1 원통형 타겟 및 상기 제 2 원통형 타겟을 사이에 두고 서로 마주보도록 한 쌍이 배치되는 것을 특징으로 하는 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템. - 제 5 항에 있어서,
상기 피증착물 홀더를 상기 제 1 원통형 타겟 및 상기 제 2 원통형 타겟의 배열 방향과 평행한 방향으로 왕복 이송시키기 위한 피증착물 이송장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 원통형 대향 타겟 스퍼터링 시스템.
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