KR20130115784A - 스퍼터링 장치 - Google Patents

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KR20130115784A
KR20130115784A KR1020120038416A KR20120038416A KR20130115784A KR 20130115784 A KR20130115784 A KR 20130115784A KR 1020120038416 A KR1020120038416 A KR 1020120038416A KR 20120038416 A KR20120038416 A KR 20120038416A KR 20130115784 A KR20130115784 A KR 20130115784A
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박보환
이우수
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

박막의 증착 균일도를 높일 수 있는 인라인 방식의 스퍼터링 장치를 제공한다. 스퍼터링 장치는 반응 공간을 제공하며 진공 펌프와 연결된 챔버와, 챔버의 내부에 설치된 타겟을 포함하는 스퍼터 유닛과, 기판을 지지하는 복수의 롤러를 구비하여 타겟의 하부에서 기판을 이송하는 이송 유닛을 포함한다. 이송 유닛은 축 방향을 따라 직경과 길이 중 적어도 하나가 변하는 가변 롤러부를 구비하여 타겟의 하부에서 축 방향을 따라 기판을 휘어지게 한다.

Description

스퍼터링 장치 {SPUTTERING DEVICE}
본 발명은 스퍼터링 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 박막의 증착 균일도를 높일 수 있는 인라인(in-line) 방식의 스퍼터링 장치에 관한 것이다.
다양한 전자 소자의 박막 제조, 예를 들어 태양 전지의 광 흡수층 제조에 스퍼터링 장치가 사용된다. 태양 전지는 태양 광을 이용하여 전기를 생산하는 광전 변환 소자이다. 공지된 여러 가지 종류의 태양 전지 가운데 CIGS(Cu-In-Ga-Se) 태양 전지는 흡광도가 높고 전기 광학적으로 안정하여 광전 변환 효율과 내구성이 높은 장점을 지닌다.
CIGS 태양 전지의 광 흡수층은 기판 상에 구리와 인듐 및 갈륨을 순차적으로 스퍼터링하고, 셀레늄을 증발 증착 후 열처리하는 방법으로 제조될 수 있다. 이 과정에서 타겟 하부에 롤러와 같은 이송 장치를 이용하여 기판을 이송시키면서 기판 상에 박막(광 흡수층)을 형성할 수 있다. 이를 인라인 방식이라 한다.
그런데 인라인 방식에서는 기판의 이송 방향과 직교하는 방향을 따라 증착 균일도가 떨어지는 현상이 발생한다. 즉 기판의 이송 방향으로는 박막의 증착 균일도가 우수하지만, 이송 방향과 직교하는 방향의 양측 단부에서는 중앙부 대비 박막이 두껍게 형성되거나 얇게 형성되는 등 증착 균일도가 저하되는 현상이 발생한다.
본 발명은 박막의 증착 균일도를 높일 수 있는 인라인 방식의 스퍼터링 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 박막의 증착 균일도를 높임과 동시에 기판의 이송을 원활하게 할 수 있는 인라인 방식의 스퍼터링 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치는, 반응 공간을 제공하며 진공 펌프와 연결된 챔버와, 챔버의 내부에 설치된 타겟을 포함하는 스퍼터 유닛과, 기판을 지지하는 복수의 롤러를 구비하여 타겟의 하부에서 기판을 이송하는 이송 유닛을 포함한다. 이송 유닛은 일정한 직경을 가지는 고정 롤러부와, 양측 단부에서 축 방향을 따라 변하는 직경을 가지는 가변 롤러부를 포함한다.
가변 롤러부는 타겟의 바로 아래에 위치하고, 고정 롤러부는 기판의 이송 방향에 따른 가변 롤러부의 양측에 위치하며 제1 롤러를 포함할 수 있다.
가변 롤러부는 적어도 3개의 제2 롤러들을 포함하고, 제2 롤러들 각각은 고정 직경부와, 고정 직경부의 양측 단부에 연결되며 고정 직경부로부터 멀어질수록 큰 직경을 가지는 가변 직경부를 포함할 수 있다.
가변 직경부는 가변 롤러부의 중앙에 위치할수록 큰 최대 직경을 가질 수 있다. 고정 직경부는 제1 롤러와 같거나 제1 롤러보다 작은 직경을 가질 수 있다.
다른 한편으로, 가변 롤러부는 적어도 3개의 제3 롤러들을 포함하고, 제3 롤러들 각각은 고정 직경부와, 고정 직경부의 양측 단부에 연결되며 고정 직경부로부터 멀어질수록 작은 직경을 가지는 가변 직경부를 포함할 수 있다.
가변 직경부는 가변 롤러부의 중앙에 위치할수록 작은 최소 직경을 가질 수 있다. 고정 직경부는 제1 롤러와 같은 직경을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치는 반응 공간을 제공하며 진공 펌프와 연결된 챔버와, 챔버의 내부에 설치된 타겟을 포함하는 스퍼터 유닛과, 기판을 지지하는 복수의 롤러를 구비하여 타겟의 하부에서 기판을 이송하는 이송 유닛을 포함한다. 이송 유닛은 일정한 길이를 가지는 고정 롤러부와, 고정 롤러부와 다른 적어도 두 개의 길이를 가지는 가변 롤러부를 포함한다.
가변 롤러부는 타겟의 바로 아래에 위치하고, 고정 롤러부는 기판의 이송 방향에 따른 가변 롤러부의 양측에 위치하며 제1 롤러를 포함할 수 있다.
가변 롤러부는 제1 롤러보다 작은 길이를 가지는 적어도 3개의 제4 롤러들을 포함하며, 제4 롤러들은 가변 롤러부의 중앙에 위치할수록 작은 길이를 가질 수 있다.
제1 롤러와 제4 롤러들은 같은 직경을 가질 수 있다. 제1 롤러와 제4 롤러들 각각의 축 방향에 따른 가상의 중심점들은 기판의 이송 방향을 따라 일직선 상에 위치할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치는 반응 공간을 제공하며 진공 펌프와 연결된 챔버와, 챔버의 내부에 설치된 타겟을 포함하는 스퍼터 유닛과, 기판을 지지하는 복수의 롤러를 구비하여 타겟의 하부에서 기판을 이송하는 이송 유닛을 포함한다. 이송 유닛은 축 방향을 따라 직경과 길이 중 적어도 하나가 변하는 가변 롤러부를 구비하여 타겟의 하부에서 축 방향을 따라 기판을 휘어지게 한다.
타겟 하부를 이동하는 기판은 가변 롤러부에 의해 축 방향에 따른 양측 단부가 위로 상승하거나 아래로 처지는 휘어짐이 발생한다. 따라서 축 방향에 따른 박막의 증착 균일도를 높일 수 있다. 또한, 기판은 가변 롤러부에 의해 이송 방향으로도 휘어짐이 발생하므로 기판의 이송을 원활하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1의 스퍼터링 장치 중 타겟과 기판을 나타낸 개략적인 평면도이다.
도 3은 도 1의 스퍼터링 장치 중 이송 유닛을 나타낸 개략적인 사시도이다.
도 4는 도 1의 스퍼터링 장치 중 가변 롤러부와 기판 및 타겟을 축 방향을 따라 나타낸 개략적인 구성도이다.
도 5는 도 1의 스퍼터링 장치 중 가변 롤러부와 기판을 이송 방향을 따라 나타낸 개략적인 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스퍼터링 장치 중 이송 유닛을 나타낸 개략적인 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시한 이송 유닛과 기판을 이송 방향을 따라 나타낸 개략적인 구성도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 스퍼터링 장치 중 이송 유닛을 나타낸 개략적인 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 스퍼터링 장치 중 가변 롤러부와 기판 및 타겟을 축 방향을 따라 나타낸 개략적인 구성도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예의 스퍼터링 장치 중 가변 롤러부와 기판을 이송 방향을 따라 나타낸 개략적인 구성도이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 스퍼터링 장치 중 이송 유닛을 나타낸 개략적인 사시도이다.
도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 스퍼터링 장치 중 가변 롤러부와 기판 및 타겟을 축 방향을 따라 나타낸 개략적인 구성도이다.
도 13은 본 발명의 제4 실시예의 스퍼터링 장치 중 가변 롤러부와 기판을 이송 방향을 따라 나타낸 개략적인 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1의 스퍼터링 장치 중 타겟과 기판을 나타낸 개략적인 평면도이다.
도 1과 도 2를 참고하면, 스퍼터링 장치(100)는 반응 공간을 제공하는 챔버(11)와, 타겟(21) 및 전원부(22)를 포함하는 스퍼터 유닛(20)과, 기판(S)을 이송하는 이송 유닛(30)을 포함한다. 또한, 스퍼터링 장치(100)는 챔버(11)와 연결된 진공 펌프(12) 및 가스 주입부(13)를 더 포함할 수 있다.
챔버(11)는 증착 공정이 수행되는 반응 공간을 제공하며, 진공 펌프(12)와 연결되어 내부 공간이 배기된다. 증착 공정 수행시 챔버(11)의 내부는 대략 10-6 내지 10-7torr의 진공도를 유지할 수 있다. 가스 주입부(13)는 아르곤(Ar) 가스와 같은 불활성 가스를 챔버(11) 내부로 공급한다.
타겟(21)은 기판(S) 상에 형성될 박막의 재료 물질로 이루어진다. 예를 들어 스퍼터링 장치(100)가 CIGS(Cu-In-Ga-Se) 태양 전지의 광 흡수층 제조용인 경우, 타겟(21)은 구리, 인듐, 및 구리갈륨 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 또한, 스퍼터링 장치(100)가 CIGS 태양 전지의 반사 전극 제조용인 경우, 타겟(21)은 몰리브덴으로 형성될 수 있다.
전원부(22)는 타겟(21)으로 전압을 공급하여 불활성 가스를 이온화시킨다. 전원부(22)로서 직류(DC) 전원 또는 고주파(RF) 전원이 사용될 수 있다.
기판(S)은 유리, 고분자 필름, 또는 금속 등으로 형성되며, 가로 길이와 세로 길이가 모두 1m가 넘는 대형 기판으로 구비될 수 있다. 또한, 기판(S)은 대략 3mm 이하의 얇은 두께로 형성되어 휘어지는 성질을 가질 수 있다.
기판(S)은 이송 방향(x축 방향)에 따른 가로 길이와, 이송 방향과 직교하는 방향(y축 방향)에 따른 세로 길이를 가진다. 도 2에서는 기판(S)의 세로 길이가 기판(S)의 가로 길이보다 큰 경우를 예로 들어 도시하였으나, 기판(S)의 모양은 도시한 예로 한정되지 않는다.
기판(S)은 타겟(21)과 임의의 거리를 두고 이송 유닛(30)에 의해 타겟(21) 하부를 일정한 속도로 이동한다. 타겟(21)은 대형 기판에 적합한 막대형 타겟으로 구성될 수 있다. 막대형 타겟은 기판(S)의 세로 길이보다 큰 길이로 형성된다.
이송 유닛(30)을 구성하는 복수의 롤러(41, 42)는 축 방향(y축 방향)이 타겟(21)의 길이 방향과 일치하도록 설치되며, 서로간 거리를 두고 나란하게 위치한다. 복수의 롤러(41, 42)는 도시하지 않은 구동부로부터 동력을 전달받아 일정한 속도로 회전한다.
타겟(21)에 전압을 인가하면 챔버(11) 내부에 주입된 불활성 가스가 이온화되고, 이온화된 가스가 전압에 의해 가속되어 타겟(21) 표면에 부딪힌다. 이 과정에서 타겟(21)의 재료가 튀어나와 기판(S)에 붙어 성장함으로써 박막이 형성된다. 타겟(21)의 뒷면에는 자석(도시하지 않음)이 설치될 수 있다. 자석은 챔버(11) 내부에 생성된 전자를 타겟(21) 주위로 가두어 증착 효율을 높이는 역할을 한다.
도 3은 도 1의 스퍼터링 장치 중 이송 유닛을 나타낸 개략적인 사시도이다.
도 1과 도 3을 참고하면, 이송 유닛(30)은 일정한 직경을 가지는 고정 롤러부(310)와, 양측 단부에서 축 방향을 따라 변하는 직경을 가지는 가변 롤러부(320)로 구성된다. 이때 고정 롤러부(310)의 회전축 중심과 가변 롤러부(320)의 회전축 중심은 모두 같은 높이에 위치한다.
가변 롤러부(320)는 타겟(21)의 바로 아래에 위치하며, 이송 방향(x축 방향)에 따른 가변 롤러부(320)의 양측(도 3을 기준으로 좌측과 우측)에 고정 롤러부(310)가 위치한다. 가변 롤러부(320)의 중심은 스퍼터링 장치(100)의 높이 방향(z축 방향)을 따라 타겟(21)의 중심과 일치한다.
고정 롤러부(310)는 2개 이상의 제1 롤러(41)를 포함한다. 제1 롤러(41) 모두는 서로 같은 직경으로 형성되며, 축 방향(y축 방향)을 따라 일정한 직경을 가진다. 도 3에서 제1 롤러(41)의 직경을 d1으로 표시하였다.
가변 롤러부(320)는 3개 이상의 제2 롤러(42)를 포함한다. 제2 롤러들(42) 각각은 중앙에 위치하는 고정 직경부(421)와, 고정 직경부(421)의 양측 단부에 연결되는 가변 직경부(422)를 포함한다. 고정 직경부(421)는 제1 롤러(41)와 같은 직경(d1)을 가진다. 가변 롤러부(320)에서 고정 직경부(421)는 모두 같은 길이로 형성되고, 가변 직경부(422) 또한 모두 같은 길이로 형성될 수 있다.
가변 직경부(422)는 고정 직경부(421)로부터 멀어질수록 큰 직경을 가진다. 또한, 가변 직경부(422)는 가변 롤러부(320)의 중앙에 위치할수록(고정 롤러부(310)에서 멀어질수록) 큰 최대 직경을 가진다. 가변 직경부(422)의 최대 직경은 단부에서 측정되는 직경이다.
도 3에서는 5개의 제2 롤러들(42)이 가변 롤러부(320)를 구성하는 경우를 예로 들어 도시하였으나, 제2 롤러들(42)의 개수는 도시한 예로 한정되지 않는다. 도 3에 도시한 제2 롤러들(42)의 가변 직경부(422)는 기판의 이송 방향(x축 방향)을 따라 d2, d3, d4, d3, d2의 최대 직경을 가지며, d4 > d3 > d2 > d1의 조건을 만족한다.
이와 같이 가변 롤러부(320)는 가변 직경부(422)에 의해 축 방향(y축 방향)에 따른 양측 단부에서 축 방향(y축 방향)을 따라 변하는 직경을 가짐과 동시에 기판(S)의 이송 방향(x축 방향)을 따라서도 변하는 직경을 가진다. 축 방향(y축 방향)에 따른 가변 직경부(422)의 직경 변화는 박막의 증착 균일도를 높이기 위한 것이고, 이송 방향(x축 방향)에 따른 가변 직경부(422)의 직경 변화는 기판(S)의 이송 효율을 높이기 위한 것이다.
도 4는 도 1의 스퍼터링 장치 중 가변 롤러부와 기판 및 타겟을 축 방향을 따라 나타낸 개략적인 구성도이고, 도 5는 도 1의 스퍼터링 장치 중 가변 롤러부와 기판을 이송 방향을 따라 나타낸 개략적인 구성도이다.
도 4와 도 5를 참고하면, 제2 롤러들(42)의 가변 직경부(422)는 고정 직경부(421)에서 멀어질수록 큰 직경을 가진다. 이로써 제2 롤러들(42)에 안착된 기판(S) 중 가변 직경부(422)에 대응하는 영역(양측 단부 영역)이 위로 상승하는 휘어짐이 발생하고, 이와 같이 휜 상태로 타겟(21) 아래를 이동한다. 축 방향(y축 방향)에 따른 기판(S)의 양측 단부 영역은 중앙부보다 높게 위치하므로 타겟(21)과의 거리가 단축된다.
도 4에서 기판(S)의 중앙부와 타겟(21) 사이의 거리를 G2로 표시하고, 기판(S)의 양측 단부와 타겟(21) 사이의 거리를 G11, G12, G13으로 표시하였다. 기판(S)과 타겟(21) 사이의 거리는 G11 < G2, G12 < G2, G13 < G2의 조건을 만족한다.
또한, 제2 롤러들(42)의 가변 직경부(422)는 가변 롤러부(320)의 중앙에 위치할수록 큰 최대 직경을 가진다. 이로써 제2 롤러들(42)에 안착된 기판(S) 중 가변 직경부(422)에 대응하는 양측 단부 영역의 휘어짐 정도는 가변 롤러부(320)의 중앙에서 최대값을 나타내고, 가변 롤러부(320)의 중앙에서 멀어질수록 작은 값을 나타낸다.
도 4에서 기판(S)과 타겟(21) 사이의 거리는 G11 > G12 > G13의 조건을 만족한다. 그리고 도 5에서 제2 롤러들(42)에 안착된 기판(S) 중 가변 직경부(422)에 대응하는 양측 단부 영역은 이송 방향(x축 방향)을 따라 위로 상승한 후 하강하는 휘어짐이 발생한다.
같은 구성의 스퍼터 유닛(20)을 사용하면서 타겟(21) 아래에 고정 롤러부(310)를 배치하여 박막을 증착할 때, 축 방향(y축 방향)에 따른 기판(S)의 양측 단부에서 측정되는 박막의 두께가 중앙부에서 측정되는 박막의 두께보다 작은 경우, 제1 실시예에 따른 가변 롤러부(320)를 적용할 수 있다.
그러면 기판(S)의 양측 단부에 형성되는 박막의 두께를 두껍게 할 수 있으므로 중앙부와 양측 단부에서 형성되는 박막의 두께를 균일하게 할 수 있다. 따라서 제1 실시예의 스퍼터링 장치(100)는 가변 롤러부(320)를 이용하여 축 방향(y축 방향)에 따른 박막의 증착 균일도를 높일 수 있다.
한편, 박막의 증착 균일도를 높이기 위해 기판(S)을 축 방향(y축 방향)으로만 휘게 하는 경우 기판(S)의 이송이 원활하지 않을 수 있다. 특히 기판(S)이 대형화하고 얇은 두께를 가질수록 이송에 어려움이 생길 수 있다. 제1 실시예의 가변 롤러부(320)는 가변 직경부(422)에 의해 기판(S)의 이송 방향(x축 방향)을 따라서도 기판(S)의 양측 단부 영역을 휘어지게 함에 따라, 대형 기판을 원활하게 이송할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스퍼터링 장치 중 이송 유닛을 나타낸 개략적인 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시한 이송 유닛과 기판을 이송 방향을 따라 나타낸 개략적인 구성도이다. 제2 실시예의 스퍼터링 장치 중 다음에 설명하는 이송 유닛을 제외한 나머지 구성은 제1 실시예의 스퍼터링 장치와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
도 6과 도 7을 참고하면, 제2 실시예의 이송 유닛(301)은 제2 롤러들(425)의 고정 직경부(426)가 제1 롤러들(41)보다 작은 직경으로 형성된 것을 제외하고 전술한 제1 실시예의 이송 유닛(30)과 같은 구성으로 이루어진다. 제2 롤러들(425)의 고정 직경부(426)는 모두 같은 직경으로 형성된다.
도 6에서 고정 직경부(426)의 직경을 d5로 표시하였으며, 제1 롤러(41)와 제2 롤러(425)는 d1 > d5의 조건을 만족한다. 도 6에서 부호 427은 가변 직경부를 나타낸다.
고정 직경부(426)가 제1 롤러(41)보다 작은 직경으로 형성됨에 따라, 고정 직경부(426)에 대응하는 기판(S)의 중앙 영역은 고정 롤러부(330)에서 가변 롤러부(340) 위를 지날 때 아래로 하강하는 약간의 휘어짐이 발생하고, 가변 롤러부(340)에서 다시 고정 롤러부(330) 위를 지날 때 위로 상승하는 약간의 휘어짐이 발생한다.
제2 실시예의 이송 유닛(301)은 전술한 기판(S)의 휘어짐에 따라 대형 기판의 이송을 원활하게 하고, 기판(S) 이송에 따른 불량 발생을 최소화할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 스퍼터링 장치 중 이송 유닛을 나타낸 개략적인 사시도이다. 제3 실시예의 스퍼터링 장치 중 다음에 설명하는 이송 유닛을 제외한 나머지 구성은 제1 실시예의 스퍼터링 장치와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
도 8을 참고하면, 이송 유닛(302)은 고정 롤러부(350)와 가변 롤러부(360)를 포함한다. 고정 롤러부(350)는 2개 이상의 제1 롤러(41)를 포함하며, 제1 실시예와 같은 구성으로 이루어진다. 도 8에서 제1 롤러(41)의 직경은 d11로 표시하였다.
가변 롤러부(360)는 3개 이상의 제3 롤러(43)를 포함한다. 제3 롤러들(43) 각각은 중앙에 위치하는 고정 직경부(431)와, 고정 직경부(431)의 양측 단부에 연결되는 가변 직경부(432)를 포함한다. 고정 직경부(431)는 제1 롤러(41)와 같은 직경(d11)을 가진다. 가변 롤러부(360)에서 고정 직경부(431)는 모두 같은 길이로 형성되고, 가변 직경부(432) 또한 모두 같은 길이로 형성될 수 있다.
가변 직경부(432)는 고정 직경부(431)로부터 멀어질수록 작은 직경을 가진다. 또한, 가변 직경부(432)는 가변 롤러부(360)의 중앙에 위치할수록(고정 롤러부(350)에서 멀어질수록) 작은 최소 직경을 가진다. 가변 직경부(432)의 최소 직경은 단부에서 측정되는 직경이다.
도 8에서는 5개의 제3 롤러들(43)이 가변 롤러부(320)를 구성하는 경우를 예로 들어 도시하였으나, 제3 롤러들(43)의 개수는 도시한 예로 한정되지 않는다. 도 8에 도시한 제3 롤러들(43)의 가변 직경부(432)는 기판(S)의 이송 방향(x축 방향)을 따라 d12, d13, d14, d13, d12의 최소 직경을 가지며, d11 > d12 > d13 > d14의 조건을 만족한다.
이와 같이 가변 롤러부(360)는 가변 직경부(432)에 의해 축 방향(y축 방향)에 따른 양측 단부에서 축 방향(y축 방향) 및 기판(S)의 이송 방향(x축 방향)을 따라 변하는 직경을 가진다.
도 9는 제3 실시예에 따른 스퍼터링 장치 중 가변 롤러부와 기판 및 타겟을 축 방향을 따라 나타낸 개략적인 구성도이고, 도 10은 제3 실시예의 스퍼터링 장치 중 가변 롤러부와 기판을 이송 방향을 따라 나타낸 개략적인 구성도이다.
도 9와 도 10을 참고하면, 제3 롤러들(43)의 가변 직경부(432)는 고정 직경부(431)에서 멀어질수록 작은 직경을 가진다. 이로써 제3 롤러들(43)에 안착된 기판(S) 중 가변 직경부(432)에 대응하는 양측 단부 영역은 아래로 하강하는 휘어짐이 발생하고, 이와 같이 휜 상태에서 타겟(21) 아래를 이동한다. 축 방향(y축 방향)에 따른 기판(S)의 양측 단부 영역은 중앙부보다 낮게 위치하므로 타겟(21)과의 거리가 커진다.
도 9에서 기판(S)의 중앙부와 타겟(21) 사이의 거리를 G4로 표시하고, 기판(S)의 양측 단부와 타겟(21) 사이의 거리를 G31, G32, G33으로 표시하였다. 기판(S)과 타겟(21) 사이의 거리는 G4 < G31, G4 < G32, G4 < G33의 조건을 만족한다.
또한, 제3 롤러들(43)의 가변 직경부(432)는 가변 롤러부(360)의 중앙에 위치할수록 작은 최소 직경을 가진다. 이로써 제3 롤러들(43)에 안착된 기판(S) 중 가변 직경부(432)에 대응하는 양측 단부 영역의 휘어짐 정도는 가변 롤러부(360)의 중앙에서 최대값을 나타내고, 가변 롤러부(360)의 중앙에서 멀어질수록 작은 값을 나타낸다.
도 9에서 기판(S)과 타겟(21) 사이의 거리는 G33 > G32 > G31의 조건을 만족한다. 그리고 도 10에서 제3 롤러들(43)에 안착된 기판(S) 중 가변 직경부(432)에 대응하는 양측 단부 영역은 이송 방향(x축 방향)을 따라 아래로 하강한 후 상승하는 휘어짐이 발생한다.
같은 구성의 스퍼터 유닛(20)을 사용하면서 타겟(21) 아래에 고정 롤러부(350)를 배치하여 박막을 증착할 때, 축 방향(y축 방향)에 따른 기판(S)의 양측 단부에서 측정되는 박막의 두께가 중앙부에서 측정되는 박막의 두께보다 큰 경우, 제3 실시예에 따른 가변 롤러부(360)를 적용할 수 있다.
그러면 기판(S)의 양측 단부에 형성되는 박막의 두께를 얇게 할 수 있으므로 중앙부와 양측 단부에서 형성되는 박막의 두께를 균일하게 할 수 있다. 따라서 제3 실시예의 스퍼터링 장치는 가변 롤러부(360)를 이용하여 축 방향(y축 방향)에 따른 박막의 증착 균일도를 높일 수 있다.
또한, 제3 실시예의 가변 롤러부(360)는 가변 직경부(432)에 의해 기판(S)의 이송 방향(x축 방향)을 따라서도 기판(S)의 양측 단부 영역을 휘어지게 함에 따라 대형 기판을 원활하게 이송할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 스퍼터링 장치 중 이송 유닛을 나타낸 개략적인 사시도이다. 제4 실시예의 스퍼터링 장치 중 다음에 설명하는 이송 유닛을 제외한 나머지 구성은 제1 실시예의 스퍼터링 장치와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
도 11을 참고하면, 이송 유닛(303)은 고정 롤러부(370)와 가변 롤러부(380)를 포함한다. 고정 롤러부(370)는 2개 이상의 제1 롤러(41)를 포함하며, 제1 실시예와 같은 구성으로 이루어진다. 도 11에서 제1 롤러(41)의 길이를 L1로 표시하였다.
가변 롤러부(380)는 3개 이상의 제4 롤러(44)를 포함한다. 제4 롤러들(44)은 제1 롤러(41)보다 작은 길이로 형성되며, 가변 롤러부(380)의 중앙에 위치할수록(고정 롤러부(370)에서 멀어질수록) 작은 길이를 가진다.
제1 롤러(41)와 제4 롤러들(44)은 모두 같은 직경으로 형성된다. 또한, 제1 롤러(41)와 제4 롤러들(44)을 축 방향(y축 방향)을 따라 이등분하는 중심점(C)을 가정하면, 제1 롤러(41)와 제4 롤러들(44)의 중심점(C)은 이송 방향을 따라 일직선 상에 위치한다. 도 11에서 중심점들을 연결한 가상의 선을 A-A선으로 표시하였다.
도 11에서는 5개의 제4 롤러들(44)이 가변 롤러부(380)를 구성하는 경우를 예로 들어 도시하였으나, 제4 롤러들(44)의 개수는 도시한 예로 한정되지 않는다. 도 11에 도시한 제4 롤러들(44)은 기판(S)의 이송 방향(x축 방향)을 따라 L2, L3, L4, L3, L2의 길이를 가지며, L1 > L2 > L3 > L4의 조건을 만족한다.
도 12는 제4 실시예에 따른 스퍼터링 장치 중 가변 롤러부와 기판 및 타겟을 축 방향을 따라 나타낸 개략적인 구성도이고, 도 13은 제4 실시예의 스퍼터링 장치 중 가변 롤러부와 기판을 이송 방향을 따라 나타낸 개략적인 구성도이다.
도 12와 도 13을 참고하면, 제4 롤러들(44)의 길이는 축 방향(y축 방향)에 따른 타겟(21)의 길이보다 작다. 가변 롤러부(380)에 안착된 기판(S)의 양측 단부는 제4 롤러(44)에 의해 지지되지 못하고 뜬 상태가 되므로 자중에 의한 처짐이 발생한다. 따라서 기판(S)은 양측 단부가 아래로 처지는 휘어짐이 발생하며, 이와 같이 휜 상태로 타겟(21) 아래를 이동한다. 축 방향(y축 방향)에 따른 기판(S)의 양측 단부 영역은 중앙부보다 낮게 위치하므로 타겟(21)과의 거리가 커진다.
도 12에서 기판(S)의 중앙부와 타겟(21) 사이의 거리를 G6으로 표시하고, 기판(S)의 양측 단부와 타겟(21) 사이의 거리를 G51, G52, G53으로 표시하였다. 기판(S)과 타겟(21) 사이의 거리는 G51 > G6, G52 > G6, G53 > G6의 조건을 만족한다.
또한, 기판(S) 양측 단부의 휘어짐 정도는 가변 롤러부(380)의 중앙에서 최대값을 나타내고, 가변 롤러부(380)의 중앙에서 멀어질수록 작은 값을 나타낸다. 도 12에서 기판(S)과 타겟(21) 사이의 거리는 G53 > G52 > G51의 조건을 만족한다. 그리고 도 13에서 기판(S)의 양측 단부 영역은 이송 방향(x축 방향)을 따라 아래로 하강한 후 상승하는 휘어짐이 발생한다.
같은 구성의 스퍼터 유닛(20)을 사용하면서 타겟(21) 아래에 고정 롤러부(370)를 배치하여 박막을 증착할 때, 축 방향(y축 방향)에 따른 기판(S)의 양측 단부에서 측정되는 박막의 두께가 중앙부에서 측정되는 박막의 두께보다 큰 경우, 제4 실시예에 따른 가변 롤러부(380)를 적용할 수 있다.
그러면 기판(S)의 양측 단부에 형성되는 박막의 두께를 얇게 할 수 있으므로 중앙부와 양측 단부에서 형성되는 박막의 두께를 균일하게 할 수 있다. 따라서 제4 실시예의 스퍼터링 장치는 가변 롤러부(380)를 이용하여 축 방향(y축 방향)에 따른 박막의 증착 균일도를 높일 수 있다.
이와 같이 제1 실시예 내지 제4 실시예에 따른 스퍼터링 장치(100)는 축 방향(y축 방향)을 따라 직경과 길이 중 적어도 하나가 변하는 가변 롤러부(320, 340, 360, 380)를 구비함에 따라, 타겟(21)의 하부에서 축 방향(y축 방향)을 따라 기판(S)을 휘어지게 할 수 있다. 따라서 인라인 방식의 스퍼터링 장치(100)에서 기판(S)의 이송 방향(x축 방향)과 직교하는 방향(축 방향)을 따라 증착 균일도를 높이고, 그 결과 박막의 증착 품질을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기에서는 이송 유닛(30, 301, 302, 303)으로서 가장 단순한 형태의 롤러를 예로 들어 설명하였으나, 고정 롤러부(310, 330, 350, 370)와 가변 롤러부(320, 340, 360, 380)는 공지의 롤러 컨베이어에 적용되는 다양한 형태의 롤러들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 오-링(O-ring)을 사용하는 링 벨트형 롤러와, 일정한 직경의 축에 복수의 바퀴형 롤러를 장착한 휠 타입 롤러가 사용될 수 있다. 휠 타입 롤러의 경우 복수의 바퀴형 롤러들이 전술한 제1 실시예 내지 제4 실시예의 형상 조건을 만족한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
100: 스퍼터링 장치 11: 챔버
20: 스퍼터 유닛 21: 타겟
22: 전원부 30, 301, 302, 303: 이송 유닛
310, 330, 350, 370: 고정 롤러부
320, 340, 360, 380: 가변 롤러부
41: 제1 롤러 42, 425: 제2 롤러
421: 고정 직경부 422: 가변 직경부
43: 제3 롤러 44: 제4 롤러

Claims (14)

  1. 반응 공간을 제공하며 진공 펌프와 연결된 챔버;
    상기 챔버의 내부에 설치된 타겟을 포함하는 스퍼터 유닛; 및
    기판을 지지하는 복수의 롤러를 구비하여 상기 타겟의 하부에서 상기 기판을 이송하는 이송 유닛을 포함하며,
    상기 이송 유닛은,
    일정한 직경을 가지는 고정 롤러부; 및
    양측 단부에서 축 방향을 따라 변하는 직경을 가지는 가변 롤러부
    를 포함하는 스퍼터링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가변 롤러부는 상기 타겟의 바로 아래에 위치하고,
    상기 고정 롤러부는 상기 기판의 이송 방향에 따른 상기 가변 롤러부의 양측에 위치하며, 제1 롤러를 포함하는 스퍼터링 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가변 롤러부는 적어도 3개의 제2 롤러들을 포함하고,
    상기 제2 롤러들 각각은,
    고정 직경부; 및
    상기 고정 직경부의 양측 단부에 연결되며, 상기 고정 직경부로부터 멀어질수록 큰 직경을 가지는 가변 직경부
    를 포함하는 스퍼터링 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가변 직경부는 상기 가변 롤러부의 중앙에 위치할수록 큰 최대 직경을 가지는 스퍼터링 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 고정 직경부는 상기 제1 롤러와 같거나 상기 제1 롤러보다 작은 직경을 가지는 스퍼터링 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 가변 롤러부는 적어도 3개의 제3 롤러들을 포함하고,
    상기 제3 롤러들 각각은,
    고정 직경부; 및
    상기 고정 직경부의 양측 단부에 연결되며, 상기 고정 직경부로부터 멀어질수록 작은 직경을 가지는 가변 직경부
    를 포함하는 스퍼터링 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가변 직경부는 상기 가변 롤러부의 중앙에 위치할수록 작은 최소 직경을 가지는 스퍼터링 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 고정 직경부는 상기 제1 롤러와 같은 직경을 가지는 스퍼터링 장치.
  9. 반응 공간을 제공하며 진공 펌프와 연결된 챔버;
    상기 챔버의 내부에 설치된 타겟을 포함하는 스퍼터 유닛; 및
    기판을 지지하는 복수의 롤러를 구비하여 상기 타겟의 하부에서 상기 기판을 이송하는 이송 유닛을 포함하며,
    상기 이송 유닛은,
    일정한 길이를 가지는 고정 롤러부; 및
    상기 고정 롤러부와 다른 적어도 두 개의 길이를 가지는 가변 롤러부
    를 포함하는 스퍼터링 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가변 롤러부는 상기 타겟의 바로 아래에 위치하고,
    상기 고정 롤러부는 상기 기판의 이송 방향에 따른 상기 가변 롤러부의 양측에 위치하며, 제1 롤러를 포함하는 스퍼터링 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 가변 롤러부는 상기 제1 롤러보다 작은 길이를 가지는 적어도 3개의 제4 롤러들을 포함하고,
    상기 제4 롤러들은 상기 가변 롤러부의 중앙에 위치할수록 작은 길이를 가지는 스퍼터링 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 롤러와 상기 제4 롤러들은 같은 직경을 가지는 스퍼터링 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 롤러와 상기 제4 롤러들 각각의 축 방향에 따른 가상의 중심점들은 상기 기판의 이송 방향을 따라 일직선 상에 위치하는 스퍼터링 장치.
  14. 반응 공간을 제공하며 진공 펌프와 연결된 챔버;
    상기 챔버의 내부에 설치된 타겟을 포함하는 스퍼터 유닛; 및
    기판을 지지하는 복수의 롤러를 구비하여 상기 타겟의 하부에서 상기 기판을 이송하는 이송 유닛을 포함하며,
    상기 이송 유닛은 축 방향을 따라 직경과 길이 중 적어도 하나가 변하는 가변 롤러부를 구비하여 상기 타겟의 하부에서 축 방향을 따라 상기 기판을 휘어지게 하는 스퍼터링 장치.
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