KR20130109836A - 스퍼터 장치와 이를 이용한 어레이 기판의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 기판을 가열하는 히팅 수단과 수소 가스를 열분해 하여 수소 라디칼을 발생시키는 수소 열분해 수단이 구비된 히팅 및 표면처리 챔버와; 금속물질 또는 도전성 물질을 증착시키는 스퍼터링 챔버를 포함하는 스퍼터 장치와 이를 이용한 도전성 물질층의 형성방법 및 유기절연층의 표면 처리와 도전물질의 증착이 연속적으로 하나의 스퍼터 장치 내에서 진행되는 것을 특징으로 하는 어레이 기판의 제조 방법을 제공한다.

Description

스퍼터 장치와 이를 이용한 어레이 기판의 제조 방법{Sputtering apparatus and methode of fabricating array substrate using the same}
본 발명은 스퍼터 장치 및 이를 어레이 기판의 제조 방법에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 유기절연층의 표면처리가 가능한 유닛을 구비한 스퍼터 장치 및 이를 이용한 접합력이 강화된 도전성 물질층의 증착하는 것을 특징으로 하는 어레이 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
근래에 들어 사회가 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 최근에는 특히 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 평판표시장치로서 액정표시장치 또는 유기전계 발광소자가 개발되어 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube : CRT)을 대체하고 있다.
액정표시장치 중에서는 각 화소(pixel)별로 전압의 온(on),오프(off)를 조절할 수 있는 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 구비된 어레이 기판을 포함하는 액티브 매트릭스형 액정표시장치가 해상도 및 동영상 구현능력이 뛰어나 가장 주목받고 있다.
또한, 유기전계 발광소자는 높은 휘도와 낮은 동작 전압 특성을 가지며, 스스로 빛을 내는 자체발광형이기 때문에 명암대비(contrast ratio)가 크고, 초박형 디스플레이의 구현이 가능하며, 응답시간이 수 마이크로초(㎲) 정도로 동화상 구현이 쉽고, 시야각의 제한이 없으며 저온에서도 안정적이고, 직류 5 내지 15V의 낮은 전압으로 구동하므로 구동회로의 제작 및 설계가 용이하므로 최근 평판표시장치로서 주목 받고 있다.
도 1은 평판표시장치 중 하나인 액정표시장치의 분해사시도이다.
도시한 바와같이, 액정표시장치는 액정층(30)을 사이에 두고 어레이 기판(10)과 컬러필터 기판(20)이 대면 합착된 구성을 갖는데, 이중 하부의 어레이 기판(10)은 제 1 투명기판(12) 및 이의 상면으로 종횡 교차 배열되어 다수의 화소영역(P)을 정의하는 복수개의 게이트 배선(14)과 데이터 배선(16)을 포함하며, 이들 두 배선(14, 16)의 교차지점에는 박막트랜지스터(Tr)가 구비되어 각 화소영역(P)에 마련된 화소전극(18)과 일대일 대응 접속되어 있다.
또한 상부의 컬러필터 기판(20)은 제 2 투명기판(22) 및 이의 배면으로 상기 게이트 배선(14)과 데이터 배선(16) 그리고 박막트랜지스터(Tr) 등의 비표시영역을 가리도록 각 화소영역(P)을 두르는 격자 형상의 블랙매트릭스(25)가 형성되어 있으며, 이들 격자 내부에서 각 화소영역(P)에 대응되게 순차적으로 반복 배열된 적, 녹, 청색 컬러필터패턴(26a, 26b, 26c)을 포함하는 컬러필터층(26)이 형성되어 있으며, 상기 블랙매트릭스(25)와 컬러필터층(26)의 전면에 걸쳐 투명한 공통전극(28)이 마련되어 있다.
그리고 도면상에 명확하게 도시되지는 않았지만, 상기 어레이 기판(10) 및 컬러필터 기판(20)은 그 사이로 개재된 액정층(30)의 누설을 방지하기 위하여 가장자리 따라 씰패턴이 구비된 상태에서 각 기판(10, 20)과 액정층(30)의 경계부분에는 액정의 분자배열 방향에 신뢰성을 부여하는 상, 하부 배향막(미도시)이 개재되며, 상기 기판(10, 20)의 외측면에는 각각 서로 수직한 편광축을 갖는 편광판(미도시)이 부착되고 있다.
더불어 상기 어레이 기판의 외측면에는 백라이트(back-light) 유닛이 구비되어 빛을 공급하는 바, 상기 게이트 배선(14)으로 박막트랜지스터(T)의 온(on)/오프(off) 신호가 순차적으로 스캔 인가되어 선택된 화소영역(P)의 화소전극(18)에 데이터 배선(16)의 화상신호가 전달되면 이들 사이의 수직전계에 의해 그 사이의 액정분자가 구동되고, 이에 따른 빛의 투과율 변화로 여러 가지 화상을 표시할 수 있다.
한편, 이 같은 구성을 갖는 액정표시장치 및 유기전계 발광소자에 있어서, 공통적으로 화소영역 각각을 온(on)/오프(off) 제거하기 위해서 필수적으로 스위칭 소자인 박막트랜지스터를 구비한 어레이 기판이 구성되고 있다.
이러한 박막트랜지스터를 구비한 어레이 기판의 제조에 있어서는 배선 및 전극 형성을 위해서 금속층을 증착하는 공정을 진행하고 있으며 이러한 금속층의 증착공정은 스퍼터 장치를 이용하여 진행되고 있다.
상기 스퍼터 장치는 통상적으로 기판을 로딩 및 언로딩시키는 로더와, 저 진공 상태를 갖는 로드락 챔버와, 기판을 가열시켜 금속물질의 증착이 용이하게 발생되도록 하며, 중간 단계의 진공상태를 갖는 가열챔버 및 고 진공 상태를 갖는 스퍼터링 챔버로 구성되고 있다.
한편, 최근에는 액정표시장치 등의 고개구율 구조를 이루도록 하거나 또는 기생용량 최소화하기 위해 유기절연물질로 이루어진 절연막이 구비되고 있다.
도 2a 내지 도 2c 는 종래의 어레이 기판의 일부 제조 공정 단계를 나타낸 공정 단면도이다.
도 2a에 도시한 바와같이, 박막트랜지스터(미도시)와 배선(미도시) 등이 형성된 기판(41) 상에 상기 박막트랜지스터(미도시)와 배선(미도시)을 덮도록 유기절연물질을 코팅하여 유기물질층(45)을 형성한다.
이후, 도 2b에 도시한 바와같이, 상기 유김물질층(45)이 형성된 기판(41)을 드라이 에칭 장치 또는 CVD(chemical vapor deposition) 장치로 이동 시킨 후, 상기 드라이 에칭 장치 또는 CVD 장치의 챔버(90) 내부로 위치시킨 후, 수소 플라즈마 처리를 진행하여 상기 유기절연층(45) 표면을 개질시키는 공정을 진행한다.
다음, 이렇게 표면 개질된 상태를 갖는 유기절연층(45)이 구비된 기판(41)을, 도 2c에 도시한 바와같이, 스퍼터 장치(95)로 이동시키고, 로더(미도시)를 통해 상기 로드락 챔버(미도시)와, 히팅챔버(미도시) 및 스퍼터링 챔버(미도시)를 순차적으로 통과하도록 함으로써 상기 표면 개질된 유기절연층(45) 상에 도전성 물질층(50)을 형성한다.
하지만, 전술한 바와같은 방법으로 진행하여 유기절연층(45) 상에 도전성 물질층(50)을 형성하는 경우, 반드시 표면 개질을 위해 상기 유기절연층(45)을 형성한 후 드라이 에칭 장비 또는 CVD 장비의 챔버(도 2b의 90) 내부로 이동시키고, 상기 드라이 에칭 장비 또는 CVD 장치를 통해 수소 플라즈마 처리를 실시해야 하므로 단위 시간당 생산성이 저하되며, 이동 공정이 증가함으로써 상기 유기절연층(45) 표면에 오염 등이 발생됨으로써 어레이 기판(41)의 제조 수율을 저감시키는 문제가 발생되고 있다.
본 발명은 전술한 바와같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 유기막의 오염을 억제하며, 기판 이동을 최소화하여 단위 시간당 생산성을 향상시킬 수 있는 스퍼터 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
나아가, 상기 스퍼터 장치를 이용하여 어레이 기판을 제조함으로써 CVD 또는 드라이 에칭 장비 사용을 저감시켜 단위 시간당 생산성을 향상시키며, 제조 공정을 단순화한 어레이 기판의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터 장치는, 기판을 가열하는 히팅 수단과 수소 가스를 열분해 하여 수소 라디칼을 발생시키는 수소 열분해 수단이 구비된 히팅 및 표면처리 챔버와; 금속물질 또는 도전성 물질을 증착시키는 스퍼터링 챔버를 포함한다.
이때, 상기 스퍼터 장비는, 로드락 챔버 및 로더를 더 구비하며, 상기 로더와, 로드락 챔버와, 히팅 및 표면처리 챔버와, 스퍼터링 챔버는 일렬로 연결된 인 라인 방식이거나, 트랜스퍼 챔버와 로더를 더 구비하며, 상기 트랜스퍼 챔버가 중앙에 배치되며, 상기 로더와 히팅 및 표면처리 챔버와 스퍼터링 챔버가 상기 트랜스퍼 챔버 주위에 배치된 클러스터 방식인 것이 특징이다.
또한, 상기 히팅 및 표면처리 챔버 내부에는 서로 마주하는 내측면에 다수의 열선으로 이루어진 상기 히팅수단이 배치되며, 상기 히팅수단 사이에 DC파워와 연결되어 DC 전압을 인가하면 1500℃ 내지 1800℃의 온도로 가열되는 다수의 와이어로 이루어진 상기 수소 열분해 수단이 배치되며, 상기 수소 가스가 유입되는 가스관이 구비된 것이 특징이며, 이때, 상기 다수의 와이어는 텅스텐으로 이루어진 것이 특징이다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 도전성 물질의 형성 방법은, 상기 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 기재의 따른 스퍼터 장치를 이용한 도전성 물질의 형성 방법에 있어서, 기판상에 유기절연층을 형성하는 단계와; 상기 유기절연층이 형성된 기판을 상기 히팅 및 표면처리 챔버 내부에 위치시키는 단계와; 상기 기판을 상기 히팅 수단을 통해 가열시키면서 동시에 상기 수소 열 분해 수단을 통해 유입된 수소가스를 열분해 하여 생성된 수소 라디칼과 상기 유기절연층 표면과 반응하도록 하여 상기 유기절연층의 표면을 개질시키는 단계와; 상기 표면이 개질된 유기절연층이 구비된 기판을 상기 스퍼터링 챔버 내부에서 스퍼터링을 진행하여 상기 유기절연층 상에 도전성 물질층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 유기절연층이 대기에 노출없이 상기 스퍼터 장치 내부에 상기 유기절연층의 표면 개질과 상기 도전성 물질층 형성이 연속하여 이루어진 것이 특징이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 어레이 기판의 제조 방법은, 화소영역이 정의된 기판 상에 금속배선과 상기 화소영역 내에 박막트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 금속배선 및 어레이 소자 위로 상기 기판 전면에 유기절연층을 형성하는 단계와; 상기 유기절연층을 패터닝하여 콘택홀을 형성하는 단계와; 히팅 수단과 수소 가스를 열분해 하여 수소 라디칼을 발생시키는 수소 열분해 수단이 구비된 히팅 및 표면처리 챔버와, 금속물질 또는 도전성 물질을 증착시키는 스퍼터링 챔버를 포함하는 스퍼터 장치를 이용하여 상기 콘택홀이 구비된 상기 유기절연층의 표면을 상기 수소 라디칼에 노출시켜 개질시키고, 연속하여 개질된 표면을 갖는 상기 유기절연층 위로 도전성 물질층을 형성하는 단계와; 상기 도전성 물질을 패터닝하여 상기 화소영역에 화소전극을 형성하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 수소 열분해 수단은 DC파워와 연결되어 DC전압을 인가하면 1500℃ 내지 1800℃의 온도로 가열되는 다수의 와이어로 이루어지며, 상기 수소 라디칼은 상기 1500℃ 내지 1800℃로 가열된 상기 와이어에 상기 수소 가스가 접촉하여 열 분해됨으로써 발생되는 것이 특징이며, 상기 유기절연층의 표면 개질은 상기 히팅수단을 통해 상기 기판을 60℃ 내지 100℃로 히팅하는 시간동안 진행하는 것이 특징이다.
그리고, 상기 유기절연층의 표면이 개질되는 동안 상기 히팅 및 표면처리 챔버 내부에는 가스관을 통해 상기 수소 가스가 유입되는 것이 특징이다.
그리고, 상기 기판 상에 상기 금속배선과 상기 화소영역 내에 상기 박막트랜지스터를 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 절연막을 사이에 두고 서로 교차하여 상기 화소영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선을 형성하고, 상기 각 화소영역 내에 상기 박막트랜지스터를 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 콘택홀은 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키며, 상기 화소전극은 상기 콘택홀을 통해 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하도록 형성하는 것이 특징이다.
본 발명에서는 상기 CVD 장치 또는 드라이 에칭 장비 내에서 유기절연층의 표면개질을 위한 수소 플라즈마 처리를 생략할 수 있으므로 어레이 기판의 공정을 단순화 하는 효과가 있다.
또한, 유기절연층의 표면개질 처리와 도전성 물질의 스퍼터링이 하나의 장비내에서 이루어짐으로서 상기 유기절연층의 표면 개질을 위한 수소 플라즈마 처리를 위해 CVD 장치 또는 드라이 에칭 장비로 이동하는 공정을 생략할 수 있으므로 유기절연층의 표면 오염을 저감시키며 제조 시간을 단축하는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 분해사시도.
도 2a 내지 도 2c 는 종래의 어레이 기판의 일부 제조 공정 단계를 나타낸 공정 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터 장치에 있어서 표면처리가 가능한 기판 가열 챔버의 내부를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터 장치에 있어서 표면처리가 가능한 기판 가열 챔버의 내부에서의 고온 상태의 텅스텐 와이어와 공급되는 수소의 반응을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 실시예의 변형예에 따른 스퍼터 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 7a 내지 도 7i는 본 발명의 실시예에 따른 어레이 기판의 하나의 화소영역에 대한 제조 단계별 공정 단면도.
이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 스퍼터 장치 및 이를 이용한 어레이 기판의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터 장치에 있어서 표면처리가 가능한 기판 가열 챔버의 내부를 나타낸 도면이다.
도시한 바와같이, 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터 장치(200)는 크게 기판(101)을 로딩 또는 언로딩하는 역할을 하는 로더(210)와, 로드락 챔버(215)와, 히팅 및 표면처리 챔버(220)와, 다수개의 스퍼터링 챔버(240(240a, 240b))로 구성되고 있다. 도면에 있어서는 상기 스퍼터링 챔버(240)는 2개가 구성된 것을 일례로 보이고 있지만, 2개 이상 다수개가 구성될 수도 있다. 이는 타겟을 이루는 소스 물질을 달리하여 서로 다른 재질의 금속물질 또는 도전성 물질을 연속 증착하거나 또는 선택적으로 증착하기 위함이다.
이때, 상기 로더(210)는 로봇암(미도시)으로서 지면과 수평 상태를 이루는 기판(101)을 안착시키고, 상기 지면에 수평한 상태의 기판(101)을 상기 로드락 챔버(215)에 투입시키기 위해 상기 기판(101)을 지면에 수직한 상태를 이루도록 하는 역할을 하는 것이 특징이다. 이때 상기 스테이지에는 상기 기판(101)이 지면에 수직한 상태를 이루는 경우 기판(101)에 밀착된 상태를 유지할 수 있도록 흡착홀(미도시) 등이 구비되고 있다.
또한, 상기 로드락 챔버(215)는 상기 로더(210)로부터 기판(101)이 투입 배출되는 기판(101) 투입구를 구비하며 상기 기판(101) 투입구는 개폐형 도어(미도시)가 구비되어 자동적으로 개폐되며, 그 내부에 기판(101)이 위치하고 상기 개폐형 도어가 닫히면 펌프(미도시) 등에 의해 내부 공기가 외부로 배출됨으로써 저 진공 상태를 이루는 것이 특징이다.
이러한 로드락 챔버(215)는 상, 상기 고 진공 상태를 갖는 스퍼터링 챔버(240)의 진공도를 유지하면서 기판(101)을 상기 스퍼터링 챔버(240)로 공급하기 위한 버퍼의 역할을 하는 것이다. 스퍼터링 챔버(240)는 매우 진공도가 높으며, 이러한 대기압 상태에서 높은 진공도를 갖도록 하기 위해서는 매우 많은 시간이 요구되며, 따라서 기판(101) 투입 시 스퍼터링 챔버(240)의 내부 진공도의 소실을 최소화하기 위해 상기 로드락 챔버(215)가 구비되고 있는 것이다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터 장치(200)에 있어서 가장 특징적인 것으로, 상기 히팅 및 표면처리 챔버(220)는 상기 로드락 챔버(215)로부터 기판(101)이 투입되면 그 내부에 구비된 히팅수단을 통해 상기 기판(101)을 가열시키는 역할을 한다. 상기 히팅수단(222)은 열전도도가 높은 금속물질 예를들면 구리 등으로 5mm 내지 10mm의 직경을 갖는 다수의 열선이 되며, 이러한 다수의 열선으로 이루어지 히팅수단(222)은 상기 기판(101)의 양면에 대응하여 일정간격 이격하여 상기 히팅 및 표면처리 챔버(220)의 양 내측면에 구비되고 있다.
나아가, 상기 히팅 및 표면처리 챔버(220) 내부에는 상기 히팅수단(222) 이외에 텅스텐 재질로 1mm 이하의 직경을 갖는 매우 얇은 와이어(223)가 상기 지면에 수직하게 구비된 기판(101)의 일면(더욱 정확히는 유기절연층이 형성된 면)에 대응하여 소정간격 이격하여 다수개가 일정간격 이격하며 구비되고 있으며, 상기 텅스텐 재질의 와이어(223)는 DC 파워 공급장치(224)와 연결되어 고압의 DC전압을 인가받아 1500℃ 내지 1800℃ 정도의 열을 발생시키는 것이 특징이다. 이때, 상기 와이어(223)는 본 발명의 실시예에 있어서는 텅스텐으로 이루어진 것을 일례로 보이고 있지만, 상기 텅스텐에 한정되지 않는다. 즉, DC 전압 인가 시 1700℃ 도 정도의 고온을 발생시킬 수 있으며, 이러한 1500℃ 내지 1800℃ 정도의 고온인 상태에서 녹거나 끊어짐 등이 발생하지 않는 금속이면 어떠한 것이라도 상관없다.
상기 기판(101) 히팅 및 표면처리 챔버(220)는 외부로부터 수소를 공급받는 가스관(229)과 연결되고 있으며, 상기 수소를 외부로 방출시키기 위한 배기관(230)이 구비되며 상기 배기관(230)은 스크러버(227)와 연결되고 있다. 이때, 상기 스크러버(227)는 상기 히팅 및 표면처리 챔버(220)로부터 배출되는 수소 가스가 표면처리 후 대기를 오염시키거나 또는 인체에 유해한 유해성분이 포함될 수 있으며, 이러한 유해성분을 집진하여 걸러내는 역할을 하는 것으로 상기 표면처리 후 배출되는 수소가스가 유해성분이 포함되지 않는 경우 생략될 수 있다.
한편, 이러한 구성을 갖는 상기 히팅 및 표면처리 챔버(220)는 도 5(본 발명의 실시예에 따른 스퍼터 장치(200)에 있어서 표면처리가 가능한 기판(101) 가열 챔버의 내부에서의 고온 상태의 텅스텐 와이어(223)와 공급되는 수소의 반응을 나타낸 도면)를 참조하면, 상기 텅스텐 재질의 와이어(223)가 1700℃ 정도의 고온인 상태에서 외부로부터 수소 가스가 소정의 유량비를 가지며 공급되면 상기 텅스텐 재질의 와이어(223)가 촉매작용을 하여 상기 수소 가스를 접촉 분해시킴으로써 수소 라디칼을 형성시키게 된다. 이렇게 발생된 수소 라디칼은 상기 기판(101) 상에 형성된 유기절연층(미도시) 표면과 반응하여 상기 유기절연층 표면을 개질시킨다.
유기절연층(미도시)은 통상적으로 도전성 물질층 또는 금속층과의 접합력이 무기절연층과 금속층과의 접합력보다 약해 이러한 수소 가스를 이용한 표면 개질 처리를 하지 않을 경우, 금속층 또는 도전성 물질층의 들뜸이 발생되거나, 또는 세정 공정 진행시 강한 압력에 의한 버블젯 또는 에어컷 진행시 떨어져 나가는 불량이 발생된다.
따라서, 이러한 불량을 방지하고자 유기절연층(미도시) 표면에 수소 가스를 이용한 표면처리를 실시하는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 스퍼터 장치(200)에 있어서 이러한 유기절연층의 표면 처리는 상기 열선에 의해 상기 기판(101)의 온도가 스퍼터링을 실시하기 위한 온도가 되는 시간동안 진행되므로 종래의 스퍼터 장치(미도시)에서 기판을 가열시키는 시간과 동일한 시간동안 진행되므로 어레이 기판의 제조 공정 시간이 늘어나 생산성을 저하시키는 등의 문제는 전혀 발생되지 않는다.
금속물질 또는 도전성 물질의 스퍼터링을 위해서는 기판(101)의 표면온도가 60℃ 내지 100℃ 정도인 것이 바람직하며, 따라서 기판(101)은 그 표면온도가 상기 60℃ 내지 100℃가 되도록 가열하는 것이 필요하며 이러한 기판(101)의 가열은 상기 히팅 및 표면처리 챔버(220)의 내측면에 구비된 히팅수단(222)인 열선에 의해 이루어지게 된다.
한편, 그 표면이 스퍼터링이 원할지 진행되기 위한 적정 표면 온도를 가지며 유기절연층(미도시)의 표면이 수소 라디칼에 의해 개질된 기판(101)은 고 진공상태를 갖는 스퍼터링 챔버(240)로 투입된다.
상기 스퍼터링 챔버(240)는 그 내부에 타겟(미도시)이 장착되는 백킹 플레이트(미도시)와 마그네틱 시스템(미도시)과 상기 타겟(미도시)과 마주하여 기판(101)을 안착 고정시키는 기판(101) 안치부(미도시)가 구성되고 있으며, 이러한 구성요소와 상기 스퍼터링 챔버(240) 내부로 공급되는 플라즈마 형성을 위한 반응가스에 의해 상기 기판(101)과 타겟(미도시) 사이에 플라즈마가 발생되며, 이렇게 발생된 플라즈마에 작용에 의해 상기 타겟(미도시)의 침식을 유발시켜 상기 스퍼터링 챔버(240) 내부에서 상기 타겟을 이루는 물질의 종류에 따라 그 재질을 달리하여 상기 유기절연층(미도시) 표면에 금속 또는 도전성 물질을 증착시키게 된다. 이때, 상기 마그네틱 시스템(미도시)은 마그네틱 필드를 형성함으로써 플라즈마의 밀도를 증가시키는 역할을 하다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 인라인 방식의 스퍼터 장치(200)는 기판(101)을 가열시키는 히티 및 표면처리 챔버(220) 내부에 열 촉매작용에 의해 수소 라디칼을 발생시켜 유기절연층(미도시)의 표면을 개질시키는 역할을 하는 열 분해 수단을 구비함으로써 유기절연층(미도시) 상에 금속층 또는 도전층을 형성하는 경우, 상기 유기절연층(미도시)의 표면 개질을 위해 별도의 장비 예를 들면 드라이 에칭 장비 또는 CVD 장치를 거치지 않고 유기절연층이 표면처리 및 금속물질 또는 도전성 물질의 증착이 연속적으로 이루어진다.
따라서, 본 발명에 따른 스퍼터 장치(200)를 이용하여 유기절연층(미도시) 상에 금속층 또는 도전층을 형성하는 경우, 유기절연층(미도시) 상에 금속층 또는 도전층을 형성시키는 시간을 단축할 수 있으며, 유기절연층(미도시)의 표면 처리를 위해 이동 중 이를 위한 장치로 이동하는 도중 발생되는 이물질 유입 등에 의한 오염을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터 장치(200)는 상기 로더(210)와 로드락 챔버(215)와 히팅 및 표면처리 챔버(220)와 스퍼터링 챔버(240)가 길게 연결되며 배치된 인 라인 방식을 일례로 보이고 있지만, 도 6(본 발명의 실시예의 변형예에 따른 스퍼터 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면)을 참조하면, 상기 인라인 타입의 스퍼터 장치의 로드락 챔버(도 3의 215)를 대신하여 로봇 암을 구비한 트랜스퍼 챔버(360)가 정 가운데 배치되고, 상기 트랜스퍼 챔버(360)의 주위에 로더(310)와 히팅 및 표면처리 챔버(320)와 스퍼터링 챔버(340a, 1340b, 340c)가 배치된 클러스터 타입으로 구성될 수도 있다.
이러한 클러스터 타입의 스퍼터 장치(300)의 경우도 상기 기판 가열을 위한 히팅 및 표면처리 챔버(320) 내부에 DC 전압이 인가되는 텅스텐 와이어(도 4의 223)가 구비되며 수소 가스를 공급받는 가스관이 구비됨으로써 전술한 인라인 타입의 스퍼터 장치와 마찬가지로 유기절연층 표면 개질과 금속물질 또는 도전성 물질의 증착이 연속적으로 이루어지며, 따라서 전술한 인 라인 타입의 스퍼터 장치(도 3의 200)와 동일한 효과를 구현할 수 있다.
이후에는 본 발명에 따른 스퍼터 장치를 이용한 어레이 기판의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 7a 내지 도 7i는 본 발명의 실시예에 따른 어레이 기판의 하나의 화소영역에 대한 제조 단계별 공정 단면도이다. 설명의 편의를 위해 각 화소영역(P) 내에 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)가 형성되는 영역을 스위칭 영역(TrA)이라 정의한다.
우선, 도 7a에 도시한 바와같이, 스퍼터 장치(미도시)를 이용하여 투명한 절연기판(101) 상에 제 1 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 몰리티타늄(MoTi) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질을 증착함으로서 단일층 또는 다중층 구조의 제 1 금속층(미도시)을 형성한다. 이때, 상기 스퍼터 장치(미도시)는 본 발명의 실시예 또는 변형예에 따른 스퍼터 장치(도 3의 200 또는 도 6의 300)일 수도 있고, 또는 기판(101)의 히팅 기능만을 갖는 히팅 챔버를 포함하는 일반적인 스퍼터 장치(미도시)가 될 수도 있다.
본 발명의 실시예 또는 변형예에 따른 스퍼터 장치(도 3의 200 또는 도 6의 300)를 이용하는 경우, 이 단계에서는 히팅 및 표면처리 챔버(도 3의 220) 내에서 텅스텐 와이어(도 4의 223)에 DC 전압을 인가하지 않고, 나아가 수소 가스의 공급없이 진행하며, 상기 히팅 및 표면처리 챔버(220)는 단순히 기판(101)의 히팅 기능만을 수행하는 것이 특징이다.
이후, 상기 제 1 금속층(미도시)을 패터닝함으로써 일방향으로 연장하는 게이트 배선(미도시)과, 상기 게이트 배선(미도시)과 연결된 게이트 전극(105)을 형성한다. 이때, 어레이 기판(101)의 액정표시장치 적용 모델에 따라 상기 게이트 배선(미도시)과 일정간격 이격하며 나란하게 연장하는 공통배선(미도시)을 더욱 형성할 수 있다.
다음, 도 7b에 도시한 바와같이, 상기 게이트 배선(미도시)과 게이트 전극(105)이 형성된 기판(101)을 CVD 장비의 챔버(191) 내부로 이동시킨 후, 상기 CVD 장비를 통해 상기 게이트 배선(미도시)과 게이트 전극(105) 위로 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착함으로써 상기 기판(101) 전면에 게이트 절연막(110)을 형성한다.
연속하여, 상기 동일한 CVD 장치의 챔버(191) 내부에서 상기 챔버(191) 내부의 반응가스 분위기만을 바꾸어 증착공정을 진행함으로서 상기 게이트 절연막(110) 위로 순수 비정질 실리콘층(112)과 불순물 비정질 실리콘층(114)을 형성한다.
이후, 도 7c에 도시한 바와같이, 상기 불순물 비정질 실리콘층(114)이 형성된 기판(101)을 또 다시 스퍼터 장치(192)로 이동시키고, 상기 스퍼터 장치(192)를 이용하여 상기 불순물 비정질 실리콘층(114) 상에 제 2 금속물질 예를들면, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 몰리티타늄(MoTi) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질을 증착함으로서 단일층 또는 다중층 구조의 제 2 금속층(미도시)을 형성한다. 이러한 제 2 금속층(116)의 형성은 전술한 제 1 금속층의 형성한 방법과 동일하게 진행된다.
다음, 도 7d에 도시한 바와같이, 상기 제 2 금속층(도 7c의 116)과 그 하부의 불숭물 비정질 실리콘층(도 7c의 114) 및 순수 비정질 실리콘층(도 7c의 112)을 회절노광 또는 하프톤 노광을 포함하는 1회의 마스크 공정을 통해 동시에 패터닝함으로써 상기 화소영역(P) 내에 상기 게이트 전극(105)에 대응하여 순수 비정질 실리콘 액티브층(120a)과 상기 액티브층(120a) 위로 서로 소정간격 이격하는 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(120b)으로 이루어진 반도체층(120)과, 상기 오믹콘택층(120b) 위로 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)을 형성한다. 그리고, 상기 소스 및 드레인 전극을 형성함과 동시에 상기 게이트 절연막(110) 위로 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(130)을 형성한다.
한편, 상기 반도체층(120)과 소스 및 드레인 전극(133, 136)과 데이터 배선(130)은 다른 방법으로 진행하여 형성될 수도 있다.
즉, 상기 게이트 절연막(110) 위로 상기 순수 비정질 실리콘층 및 불순물 비정질 실리콘층을 형성한 후, 상기 제 2 금속층의 형성없이 우선적으로 1회의 마스크 공정을 진행하여 상기 불순물 및 순수 비정질 실리콘층을 패터닝하여, 액티브층(120a)과 상기 액티브층(120a) 위로 서로 소정간격 이격하는 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(120b)으로 이루어진 반도체층(120)을 형성하고, 이후 상기 반도체층 상부로 상기 제 2 금속층(미도시)을 형성하고, 이를 1회의 마스크 공정을 더욱 진행하여 패터닝함으로써 상기 오믹콘택층(120b) 위로 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)을 형성함과 동시에 상기 게이트 절연막 상에 데이터 배선을 형성할 수도 있다.
한편, 이 단계에서 각 화소영역(P) 내의 스위칭 영역(TrA)에 순차 적층된 상기 게이트 전극(105)과 게이트 절연막(110)과 반도체층(120)과 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)은 박막트랜지스터(Tr)를 이룬다.
상기 박막트랜지스터(Tr)는 상기 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(130)과 연결되도록 함으로써 스위칭 소자를 이루며, 이 어레이 기판(101)이 유기전계 발광소자용 어레이 기판(미도시)으로 이용되는 경우, 상기 각 화소영역(P)에는 상기 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(130)과 연결된 스위칭 소자용 박막트랜지스터(Tr) 이외에 이와 동일한 구성을 갖는 구동 소자용 박막트랜지스터(미도시)가 더욱 형성될 수도 있다.
도면에 나타내지 않았지만, 상기 어레이 기판(101)이 유기전계 발광 소자용 어레이 기판으로 이용되는 경우, 상기 게이트 배선(미도시) 또는 데이터 배선(130)과 일정간격 이격하며 전원배선(미도시)을 더욱 형성할 수도 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 어레이 기판의 제조방법의 경우, 제 2 금속층(도 7c의 116)과, 불순물 및 순수 비정질 실리콘층(도 7c의 114, 112)을 하프톤 노광 또는 회절노광을 포함하는 1회의 마스크 공정을 실시하여 형성한 것을 도시하였으며, 이러한 공정 특성 상 상기 데이터 배선(130) 하부에도 상기 액티브층(120a)과 오믹콘택층(120b)을 이루는 동일한 물질로 제 1 및 제 2 패턴(121a, 121b)으로 이루어진 반도체패턴(121)이 형성되고 있음을 보이고 있다.
불순물 및 순수 비정질 실리콘층(미도시)에 대해 1회의 마스크 공정을 진행하여 우선적으로 패터닝하여 반도체층(120)을 형성하고, 이후 상기 반도체층(120) 상부에 제 2 금속층(미도시)을 형성한 후, 또 다른 1회의 마스크 공정을 진행하여 패터닝하는 경우, 상기 데이터 배선(130) 하부에 형성된 상기 반도체 패턴(121)은 생략될 수 있다.
다음, 도 7e에 도시한 바와같이, 상기 데이터 배선(130)과 박막트랜지스터(Tr) 위로 전면에 감광성 특성을 갖는 유기절연물질 일레로 포토아크릴(PAC)을 도포하여 유기절연층(138)을 형성한다.
다음, 도 7f에 도시한 바와같이, 상기 유기절연층(138)이 형성된 기판(101)에 대해 빛의 투과영역(TA)과 차단영역(BA)을 구비한 노광 마스크(195)를 위치시킨 후, 상기 노광 마스크(195)를 통해 상기 유기절연층(138)에 UV광을 조사하는 노광 공정을 진행한 후, 상기 유기절연층(138)을 현상하는 마스크 공정을 진행함으로써 상기 유기절연층(138)에 상기 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(136)을 노출시키는 드레인 콘택홀(143)을 형성한다.
다음, 도 7g에 도시한 바와같이, 상기 드레인 콘택홀(143)이 구비된 유기절연층(138)이 형성된 기판(101)을, 본 발명의 실시예(또는 변형예)에 따른 스퍼터 장치(도 3의 200)로 이동시킨 후, 상기 스퍼터 장치(도 3의 200)의 로더(도 3의 210)에 안착시킨다.
이후, 상기 로더(도 3의 210)에 안착된 상기 기판(101)을 지면과 수직한 상태가 되도록 90도 회전시킨 후, 로드락 챔버(도 3의 215)를 통과하여 히팅 및 표면처리 챔버(220) 내부에 위치시킨다.
다음, 상기 히팅 및 표면처리 챔버(220)에 구비된 히팅수단(도 4의 222)을 통해 상기 기판(101)이 가열되어 스퍼터링의 원활한 처리를 위한 표면온도를 갖도록 하는 동시에 텅스텐 와이어(223)에 대해 DC 전압을 인가하여 수소 가스가 열 분해되는 온도인 1500℃ 내지 1800℃ 정도의 온도가 되도록 한 상태에서 적정 유량비를 갖는 수소 가스를 상기 히팅 및 표면처리 챔버(220) 내부로 유입시킨다.
이 경우, 상기 히팅 및 표면처리 챔버(220)로 유입된 수소는 상기 고온을 갖는 텅스텐 와이어(223)에 접촉하여 열분해 됨으로써 수소 라디칼을 발생시키고, 상기 수소 라디칼을 상기 유기절연층(138) 표면과 반응하여 상기 유기절연층(138)의 표면을 금속층 또는 도전층과 접합력이 향상되도록 개질시킨다.
이러한 유기절연층(138)의 표면을 개질시키는 수소 표면처리 공정은 상기 기판(101)의 표면온도가 60℃ 내지 100℃ 정도가 되도록 하는 히팅 시간 동안 진행되는 것이 특징이다.
상기 기판(101)의 표면 온도가 60℃ 내지 100℃가 되면, 상기 기판(101)은 스퍼터링 챔버(도 3의 240)로 이동되며, 다음, 도 7h에 도시한 바와같이, 상기 스퍼터링 챔버(240) 내에서 도전성 물질 예를들면 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)이 증착됨으써 표면 개질된 유기절연층(138) 상에 투명 도전층(146)이 형성된다.
이와 같이 진행되는 본 발명의 실시예에 따른 제조 방법에 의해서는 상기 유지절연층(138) 상에 투명 도전층(146)을 형성하기 위한 스퍼터링 공정은 종래의 히팅 챔버 만을 구비한 스퍼터 장치를 이용한 것과 비교할 때, 상기 유기절연층(138)의 표면처리 단계가 포함되었다 할지라도 상기 유기절연층(138)의 표면처리 공정은 기판(101)을 히팅 시간동안 진행되므로 동일한 시간이 소요되는 것이 특징이다.
그러나, 본 발명의 실시예에 따른 어레이 기판의 제조 방법에 있어서는 상기 유기절연층(138)의 표면처리 공정은 스퍼터 장치(도 3의 200) 내부에서 진행되므로, 종래에서와 같이, 유기절연층의 표면처리를 위해 상기 유기절연층이 형성된 기판을 CVD 장치 또는 드라이 에칭 장비로 이동시키는 단계와, 상기 CVD 장치 또는 드라이 에칭 장비를 이용하여 수소 플라즈마를 통해 유기절연층의 표면을 개질시키는 단계와, 표면 개질된 유기절연층이 구비된 기판을 상기 스퍼터 장치로 이동시키는 단계를 진행할 필요가 없으므로, 제조 공정을 단순화 하는 효과가 있다.
나아가, 이러한 제조 방법은 유기절연층(138)이 대기 중에 노출된 상태에서 이동 시간이 길어짐에 의해 이물질 등이 유입되어 오염되는 것을 억제하는 효과가 있다.
그리고, 유기절연층(138)의 표면처리를 위해 별도의 드라이 에칭 장비 또는 CVD 장치를 필요를 하지 않으므로 상기 드라이 에칭 장비 쪼는 CVD 장비를 본연의 목적으로만 이용할 수 있으므로 이들 장비를 이용한 공정 진행시간을 늘릴 수 있으므로 어레이 기판(101)의 제조 생산성을 향상시키는 효과가 있다.
다음, 도 7i에 도시한 바와같이, 상기 유기절연층(138) 상에 투명 도전성 물질층(도 7h의 146)이 형성된 기판(101)에 대해 마스크 공정을 진행하여 상기 투명 도전성 물질층(도 7의 146)을 패터닝함으로써 각 화소영역(P) 내에 상기 드레인 콘택홀(143)을 통해 상기 드레인 전극(136)과 접촉하는 화소전극(150)을 형성함으로써 어레이 기판(101)을 완성한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 어레이 기판(101)의 제조 방법은 일례로 각 화소영역(P) 내에 화소전극(150)만이 구비되는 것을 특징으로 하는 트위스틱 네마틱 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법을 일례로 보인 것이다.
만약 상기 어레이 기판이 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판을 이루도록 하는 경우, 상기 화소전극은 각 화소영역(P) 내에서 바(bar) 형태를 가지며 일정간격 이격하는 형태로 다수 형성하며, 상기 유기절연층(138) 위로 상기 게이트 배선(미도시) 형성 시 동시에 이와 나란하게 이격하여 형성되는 공통배선(미도시)을 노출시키는 공통콘택홀(미도시)을 통해 상기 공통배선(미도시)과 접촉하며 동시에 상기 바(bar) 형태의 화소전극(미도시)과 교대하는 다수의 공통전극(미도시)을 더욱 형성함으로서 완성할 수 있다.
또한, 유기전계 발광소자용 어레이 기판을 이룰 경우, 전술한 화소전극(150) 위로 유기 발광층(미도시)을 형성하고, 이의 상부로 상기 각 화소전극(150)과 대향하는 대향전극(미도시)을 형성하는 단계를 더욱 진행함으로써 완성할 수 있다. 이때, 상기 화소전극(150)과 유기발광층(미도시)과 대향전극(미도시)은 유기전계 발광 다이오드(미도시)를 이룬다.
한편, 본 발명은 전술한 실시예 및 변형예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 이상 다양한 변화와 변형이 가능하다.
220 : 히팅 및 표면처리 챔버
222 : 히팅수단
223 : 와이어
224 : DC파워
226 : 수소 공급 장치
227 : 스크러버
229 : 가스관
230 : 배기관

Claims (11)

  1. 기판을 가열하는 히팅 수단과 수소 가스를 열분해 하여 수소 라디칼을 발생시키는 수소 열분해 수단이 구비된 히팅 및 표면처리 챔버와;
    금속물질 또는 도전성 물질을 증착시키는 스퍼터링 챔버
    를 포함하는 스퍼터 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스퍼터 장비는,
    로드락 챔버 및 로더를 더 구비하며, 상기 로더와, 로드락 챔버와, 히팅 및 표면처리 챔버와, 스퍼터링 챔버는 일렬로 연결된 인 라인 방식이거나,
    트랜스퍼 챔버와 로더를 더 구비하며, 상기 트랜스퍼 챔버가 중앙에 배치되며, 상기 로더와 히팅 및 표면처리 챔버와 스퍼터링 챔버가 상기 트랜스퍼 챔버 주위에 배치된 클러스터 방식인 것이 특징인 스퍼터 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 히팅 및 표면처리 챔버 내부에는 서로 마주하는 내측면에 다수의 열선으로 이루어진 상기 히팅수단이 배치되며, 상기 히팅수단 사이에 DC파워와 연결되어 DC 전압을 인가하면 1500℃ 내지 1800℃의 온도로 가열되는 다수의 와이어로 이루어진 상기 수소 열분해 수단이 배치되며, 상기 수소 가스가 유입되는 가스관이 구비된 것이 특징인 스퍼터 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 다수의 와이어는 텅스텐으로 이루어진 것이 특징인 스퍼터 장치.
  5. 상기 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 기재의 따른 스퍼터 장치를 이용한 도전성 물질의 형성 방법에 있어서,
    기판상에 유기절연층을 형성하는 단계와;
    상기 유기절연층이 형성된 기판을 상기 히팅 및 표면처리 챔버 내부에 위치시키는 단계와;
    상기 기판을 상기 히팅 수단을 통해 가열시키면서 동시에 상기 수소 열 분해 수단을 통해 유입된 수소가스를 열분해 하여 생성된 수소 라디칼과 상기 유기절연층 표면과 반응하도록 하여 상기 유기절연층의 표면을 개질시키는 단계와;
    상기 표면이 개질된 유기절연층이 구비된 기판을 상기 스퍼터링 챔버 내부에서 스퍼터링을 진행하여 상기 유기절연층 상에 도전성 물질층을 형성하는 단계
    를 포함하며, 상기 유기절연층이 대기에 노출없이 상기 스퍼터 장치 내부에 상기 유기절연층의 표면 개질과 상기 도전성 물질층 형성이 연속하여 이루어진 것이 특징인 도전성 물질의 형성 방법.
  6. 화소영역이 정의된 기판 상에 금속배선과 상기 화소영역 내에 박막트랜지스터를 형성하는 단계와;
    상기 금속배선 및 어레이 소자 위로 상기 기판 전면에 유기절연층을 형성하는 단계와;
    상기 유기절연층을 패터닝하여 콘택홀을 형성하는 단계와;
    히팅 수단과 수소 가스를 열분해 하여 수소 라디칼을 발생시키는 수소 열분해 수단이 구비된 히팅 및 표면처리 챔버와, 금속물질 또는 도전성 물질을 증착시키는 스퍼터링 챔버를 포함하는 스퍼터 장치를 이용하여 상기 콘택홀이 구비된 상기 유기절연층의 표면을 상기 수소 라디칼에 노출시켜 개질시키고, 연속하여 개질된 표면을 갖는 상기 유기절연층 위로 도전성 물질층을 형성하는 단계와;
    상기 도전성 물질을 패터닝하여 상기 화소영역에 화소전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 어레이 기판의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 수소 열분해 수단은 DC파워와 연결되어 DC전압을 인가하면 1500℃ 내지 1800℃의 온도로 가열되는 다수의 와이어로 이루어지며, 상기 수소 라디칼은 상기 1500℃ 내지 1800℃로 가열된 상기 와이어에 상기 수소 가스가 접촉하여 열 분해됨으로써 발생되는 것이 특징인 어레이 기판의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 유기절연층의 표면 개질은 상기 히팅수단을 통해 상기 기판을 60℃ 내지 100℃로 히팅하는 시간동안 진행하는 것이 특징인 어레이 기판의 제조 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 유기절연층의 표면이 개질되는 동안 상기 히팅 및 표면처리 챔버 내부에는 가스관을 통해 상기 수소 가스가 유입되는 것이 특징인 어레이 기판의 제조 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 기판 상에 상기 금속배선과 상기 화소영역 내에 상기 박막트랜지스터를 형성하는 단계는,
    상기 기판 상에 절연막을 사이에 두고 서로 교차하여 상기 화소영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선을 형성하고, 상기 각 화소영역 내에 상기 박막트랜지스터를 형성하는 단계를 포함하는 어레이 기판의 제조 방법.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 콘택홀은 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키며,
    상기 화소전극은 상기 콘택홀을 통해 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하도록 형성하는 것이 특징인 어레이 기판의 제조 방법.
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