KR20140059407A - 스퍼터링 장치 - Google Patents

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KR20140059407A
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유균경
성기현
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주식회사 선익시스템
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Abstract

스퍼터링 장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 장치는, 플라즈마에 의하여 기판에 원료물질을 증착시키는 스퍼터링 장치에 있어서, 상기 기판의 일면에 대해 단부가 이격되며, 일면이 서로 마주 보도록 배치되는 한 쌍의 타겟과; 상기 한 쌍의 타겟의 타면에 각각 배치되며, 자기장을 형성하는 한 쌍의 자석부; 및 상기 기판의 일면과 상기 한 쌍의 타겟의 단부 사이에 게재되는 요크플레이트를 포함한다. 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 장치는, 타겟과 기판 사이에 발생하는 자기장을 조절할 수 있게 함으로써, 기판 및 박막층의 손상을 감소시키면서도 균일한 두께의 전극층을 형성할 수 있다.

Description

스퍼터링 장치{Apparatus for sputtering}
본 발명은 스퍼터링 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 플라즈마의 발생에 의한 기판과 박막층의 손상을 저감할 수 있는 스퍼터링 장치에 관한 것이다.
유기 전계 발광소자(Organic Light Emitting Diodes: OLED)는 형광성 유기화합물에 전류가 흐르면 빛을 내는 전계 발광현상을 이용하는 스스로 빛을 내는 자발광소자로서, 비발광소자에 빛을 가하기 위한 백라이트가 필요하지 않기 때문에 경량이고 박형의 평판표시장치를 제조할 수 있다. 이러한 유기 전계 발광소자를 이용한 평판표시장치는 응답속도가 빠르며, 시야각이 넓어 차세대 표시장치로서 각광받고 있다. 특히, 유기 전계 발광소자를 사용한 평판표시장치는 제조공정이 단순하기 때문에 기존의 액정표시장치에 비하여 생산원가를 많이 절감할 수 있다.
유기 전계 발광 소자는, 전극층 및 유기층 등의 박막층으로 구성되고, 이중 전극층의 음극 또는 양극 형성에는 스퍼터링(sputtering)법이 사용된다. 스퍼터링(sputtering)은 대상 물질에 이온 충격을 가하여, 그 물질을 구성하는 원자나 분자가 튀어나오도록 하여 주위의 물체면에 부착시키는 박막형성 방법이다. 일반적인 스퍼터링 장치는 챔버 내에 기판이 마련되고, 타겟(target)이 기판을 향하도록 배치되며, 챔버 내부로 아르곤(Ar) 가스와 같은 플라즈마 분위기 생성용 기체가 공급된다. 그리고 상기 타겟에 전원이 인가되면, 전원에 의해 가속된 아르곤 이온에 의하여 타겟에서 떨어져 나온 입자가 전원에 의해 가속되어 기판에 증착된다. 이때, 타겟으로부터 떨어져 나온 입자의 운동 에너지가 너무 커서 기판이 손상될 우려가 있다.
그러나, 유기 전계 발광 소자의 경우, 유기층과 전극층과 같은 박막층이 적층되는 방식으로 제작되기 때문에, 기판 및 기판에 형성된 박막층에 발생한 작은 손상에 의해서도 화소결절, 흑점, 결점 등의 문제가 발생한다. 특히, 최근 수요가 급증하고 있는 초박막 디스플레이의 제조에 사용되는 기판의 두께 및 기판에 형성되는 박막층의 두께가 더욱 얇아지면서, 플라즈마, 타겟 입자, 아르곤 이온, 전자 충돌 등에 의한 기판 및 박막층의 손상문제가 더욱 증가하고 있다.
본 발명은 타겟과 기판 사이에 발생하는 자기장을 조절할 수 있게 함으로써, 기판 및 기판에 형성된 소자의 손상을 감소시키면서도 균일한 두께의 전극층을 형성할 수 있는 스퍼터링 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 플라즈마에 의하여 기판에 원료물질을 증착시키는 스퍼터링 장치에 있어서, 상기 기판의 일면에 대해 단부가 이격되며, 일면이 서로 마주 보도록 배치되는 한 쌍의 타겟과; 상기 한 쌍의 타겟의 타면에 각각 배치되며, 자기장을 형성하는 한 쌍의 자석부; 및 상기 기판의 일면과 상기 한 쌍의 타겟의 단부 사이에 게재되는 요크플레이트를 포함하는 스퍼터링 장치가 제공된다.
상기 자석부는 영구자석을 포함하며, 상기 영구자석은, 상기 영구자석의 N극 또는 S극 중 어느 하나가 상기 타겟의 타면을 향하도록 배치될 수 있다.
상기 한 쌍의 타겟에 각각 배치되며, 서로 대향하는 한 쌍의 상기 영구자석은 서로 다른 극이 마주하도록 배치될 수 있다.
상기 영구자석은 복수 개이며, 서로 다른 극이 교차되도록 상기 타겟의 타면에 배치될 수 있다.
상기 요크플레이트는 상기 기판의 일면과 평행하게 배치되며, 상기 스퍼터링 장치는, 상기 요크플레이트와 상기 기판과의 이격거리를 조절하는 거리조절부를 더 포함할 수 있다.
상기 요크플레이트는 상기 기판의 일면과 평행하게 배치되며, 상기 스퍼터링 장치는, 상기 요크플레이트가 형성하는 동일 평면상에서 상기 요크플레이트를 이동시키는 위치조절부를 더 포함할 수 있다.
상기 요크플레이트는, 상기 기판의 일면과 상기 한 쌍의 타겟의 단부 사이에 각각 쌍을 이루어 게재될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 장치는, 기판 및 기판에 형성된 소자의 손상을 방지하면서도 균일한 두께의 전극층을 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치에 의한 작용을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 평면도.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 스퍼터링 장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치에 의한 작용을 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 평면도이다. 도 1 내지 도 3에는, 플라즈마(P), 챔버(10), 기판(12), 기판지지부(14), 타겟(16), 자석부(18), 요크플레이트(20), 거리조절부(22), 위치조절부(24), 전원부(26)가 도시되어 있다.
본 실시예에 따른 스퍼터링 장치는, 플라즈마에 의하여 기판(12)에 원료물질을 증착시키는 스퍼터링 장치에 있어서, 상기 기판(12)의 일면에 대해 단부가 이격되며, 일면이 서로 마주 보도록 배치되는 한 쌍의 타겟(16)과; 상기 한 쌍의 타겟(16)의 타면에 각각 배치되며, 자기장을 형성하는 한 쌍의 자석부(18); 및 상기 기판(12)의 일면과 상기 한 쌍의 타겟(16)의 단부 사이에 게재되는 요크플레이트(20)를 포함하여, 타겟(16)과 기판(12) 사이에 발생하는 자기장을 조절할 수 있게 함으로써, 기판(12) 및 기판(12)에 형성된 소자의 손상을 감소시키면서도 균일한 두께의 전극층을 형성할 수 있도록 한다.
타겟(16)은 한 쌍으로 이루어진다. 한 쌍의 타겟(16)은, 기판(12)의 일면에 대해 단부가 이격되며, 일면이 서로 마주 보도록 배치된다. 타겟(16)은 기판(12)상에 증착될 원료물질로 구성된다. 예를 들면, 알루미늄, 니켈 등과 같은 금속재료와, ITO(Indium-Tin Oxide), IZO(Indum-Zinc Oxide) 및 IO(Indium Oxide) 등과 같은 금속 산화물 재료를 이용하여 제작될 수 있다. 또한, 한 쌍의 타겟(16) 각각을 지지하기 위한 타겟(16) 지지대(미도시)가 별도로 구비될 수 있다.
한 쌍의 타겟(16) 각각에는 전원부(26)로부터 전원이 인가될 수 있다. 전원은 DC(Direct Current)전원 및 RF(Radio Frequency)전원을 포함할 수 있다. DC(Direct Current)전원은 스퍼터링이 진행될 수 있도록 방전을 일으키며, RF(Radio Frequency)전원은 방전 전압을 낮추어 스퍼터링 된 타겟(16) 입자의 운동 에너지를 낮춰줄 수 있다. 전원부(26)는 상기 DC전원 또는 RF전원 중 어느 하나 이상의 전원을 공급할 수 있으며, DC전원과 RF전원을 조절하여 플라즈마 발생에 기여하는 방전량을 조절할 수 있다.
한 쌍의 타겟(16) 각각에 전원이 인가되고, 챔버(10) 측벽에 배치된 접지 전원이 인가되면, 서로 대향하는 한 쌍의 타겟(16) 사이의 공간에서 방전이 발생된다. 따라서, 아르곤(Ar)과 같은 플라즈마 분위기 생성기체가 방전에 의해 이온화되고, 챔버(10)내부에 플라즈마가 생성된다. 생성된 플라즈마는 타겟(16)을 구성하는 원료물질을 타격하여 입자화 시킨다.
자석부(18)는 한 쌍으로 이루어진다. 한 쌍의 자석부(18)는, 한 쌍의 타겟(16)의 타면에 각각 배치되며, 자기장을 형성한다. 한 쌍의 자석부(18) 각각을 지지하기 위하여 자석부(18) 지지대가 설치될 수 있다.
자석부(18)는 스퍼터링 공정이 수행되는 동안 플라즈마가 챔버(10) 내부를 자유롭게 이동하면서 발생하게 되는 기판(12) 및 박막층의 손상을 방지하기 위하여, 플라즈마를 특정 영역에 구속하는 자기장을 발생시킨다.
자석부(18)에 의해 형성된 자기장에 의하여 플라즈마는 한 쌍의 타겟(16) 사이의 공간에 구속되고, 생성된 플라즈마는 타겟(16)을 구성하는 원료물질을 타격하여 입자화 시키며, 입자화된 타겟(16)의 원료물질이 가속되어 기판(12) 방향으로 이동할 수 있게 된다.
요크플레이트(20)는 기판(12)의 일면과 상기 한 쌍의 타겟(16)의 단부 사이에 게재된다. 요크플레이트(20)는, 플라즈마 및 플라즈마에 의하여 기판(12) 방향으로 이동하는 입자화된 타겟(16)의 원료물질들이 기판(12) 및 기판(12)의 박막층을 손상하는 것을 방지할 수 있도록 자기장의 세기를 감소시킬 수 있다. 요크플레이트(20)는 필요에 따라 교체가 가능하다. 요크플레이트(20)는 원형, 타원형, 장방형 등 다양한 형상일 수 있으며, 본 실시예에서는 사각형의 플레이트를 제시한다.
본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 장치는, 타겟(16)과 기판(12) 사이에 발생하는 자기장을 조절할 수 있게 함으로써, 기판(12) 및 기판(12)에 형성된 소자의 손상을 감소시키면서도 균일한 두께의 전극층을 형성할 수 있다.
자석부(18)는 영구자석을 포함할 수 있으며, 영구자석의 N극 또는 S극 중 어느 하나가 타겟(16)의 타면을 향하여 배치될 수 있다. 영구자석의 N극 또는 S극은 타겟(16)의 타면과 이격되거나 타겟(16)의 타면에 접할 수 있다. 영구자석의 위치를 조절하기 위하여, 자석조절부(미도시)가 구비될 수 있다. 영구자석과 타겟(16)의 거리를 조절함으로써, 자기장의 세기를 조절할 수 있으며, 한 쌍의 타겟(16)의 전체 영역에 걸쳐 균일한 세기의 자기장이 형성될 수 있도록 조절할 수 있고, 플라즈마가 어느 한 영역에 집중되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 한 쌍의 타겟(16)의 전체 영역에 대해 균일하게 스퍼터링이 일어날 수 있다.
한 쌍의 자석부(18) 각각에 배치된 영구자석은 도 1에서와 같이, 서로 대향하는 일단이 서로 다른 극성을 가지도록 배치할 수 있다. 예를 들면, 일측 자석부(18)에 배치된 영구자석의 타겟(16) 측 일단이 N극일 경우, 타측 자석부(18)에 배치된 대향하는 영구자석의 타겟(16) 측 일단은 S극일 수 있다. 이와 같이 대향하는 영구자석의 대향하는 일단의 극성이 서로 다르도록 배치하여 자기장을 발생시킬 경우, 한 쌍의 타겟(16) 사이에 포획되는 플라즈마의 밀도가 높아지며, 따라서 증착 속도가 향상될 수 있다.
영구자석은 복수 개 일 수 있으며, 서로 다른 극이 교차되도록 상기 타겟(16)의 타면에 배치될 수 있다. 복수 개의 영구자석은 도 1에서와 같이 상하로 이격 배치될 수 있으며, 상하로 이격된 복수의 영구자석은 도 1에서와 같이 서로 다른 극이 교차되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 상단 영구자석의 타겟(16) 방향 일단의 N극일 경우, 하단 영구자석의 타겟(16) 방향 일단은 S극일 수 있다. 이와 같이 상하로 이격된 영구자석의 동일 방향의 극성이 서로 다르도록 배치하여 자기장을 발생시킬 경우, 한 쌍의 타겟(16) 사이에 포획되는 플라즈마의 양이 증가하게 되고, 따라서 플라즈마의 밀도가 향상되어, 증착 속도가 향상될 수 있다.
요크플레이트(20)는 기판(12)의 일면과 평행하게 배치되며, 스퍼터링 장치는 요크플레이트(20)와 기판(12)과의 이격거리를 조절하는 거리조절부(22)를 더 포함할 수 있다. 거리조절부(22)는 요크플레이트(20)를 기판(12)의 일면과 평행하게 배치될 수 있도록 고정할 수 있으며, 요크플레이트(20)가 기판(12)과 한 쌍의 타겟(16) 사이를 승하강 할 수 있도록 이동할 수 있다. 또한, 거리조절부(22)는 각각 제어될 수 있으며, 따라서, 요크플레이트(20)가 복수 개 일 경우, 요크플레이트(20) 각각의 높이를 조절할 수 있다.
거리조절부(22)는 챔버(10)의 양측면에 결합될 수 있다. 거리조절부(22)는 요크플레이트(20)가 고정될 수 있도록 결합홈을 가질 수 있다. 요크플레이트(20)는 거리조절부(22)의 결합홈에 결합될 수 있으며, 더욱 안정적으로 결합될 수 있도록 나사홈과 고정나사를 더 포함할 수 있다.
거리조절부(22)에 의하여 요크플레이트(20)와 기판(12)의 거리가 세밀하게 조절될 수 있으며, 자석부(18)의 영구자석은 자기장의 세기가 일정하기 때문에, 거리조절부(22)에 결합된 요크플레이트(20)의 승상에 의하여 자석부(18)에 의해 발생하는 자기장의 세기가 세밀하게 조절될 수 있다. 따라서 거리조절부(22)에 의하여 기판(12) 및 박막층의 손상을 방지할 수 있는 최적의 자기장 세기를 제어할 수 있고, 균일한 스퍼터링이 수행되도록 할 수 있다.
요크플레이트(20)는 기판(12)의 일면과 평행하게 배치되며, 스퍼터링 장치는 요크플레이트(20)가 형성하는 동일 평면상에서, 요크플레이트(20)를 이동시키는 위치조절부(24)를 더 포함할 수 있다.
위치조절부(24)는 요크플레이트(20)가 형성하는 동일 평면상에서, 요크플레이트(20)를 이동시킬 수 있다. 자석부(18)의 영구자석이 형성하는 자기장의 세기는 대향하는 영구자석 사이의 거리를 조절함으로써 제어될 수 있으나, 자계강도, 자속밀도 또는 자기장이 미치는 범위 등을 정밀하게 제어하기는 어렵다. 따라서, 위치조절부(24)가 요크플레이트(20)의 위치를 조정하여, 자기장에 의하여 기판(12) 방향으로 스퍼터링 되는 입자의 양과 속도를 세밀하게 제어 할 수 있다.
위치조절부(24)는 요크플레이트(20)가 형성하는 개구부의 너비를 제어할 수 있도록, 동일 평면상에서 요크플레이트(20)를 진퇴 시킬 수 있다. 요크플레이트(20)의 챔버(10)측 단부에 일정한 마진(미도시)을 부여하고, 위치조절부(24)에 의하여 마진을 조절할 수 있도록 함으로써, 한 쌍의 요크플레이트(20) 사이에 형성되는 개구의 너비를 좁히거나 넓힐 수 있다. 개구가 넓어지면, 기판(12)을 향하여 스퍼터링 되는 입자의 양이 증가하며, 개구가 좁혀지면, 스퍼터링 되는 입자의 양이 감소한다.
요크플레이트(20)는, 기판(12)의 일면과 한 쌍의 타겟(16)의 단부 사이에 각각 쌍을 이루어 게재될 수 있다. 요크플레이트(20)는 하나의 판상의 플레이트 일 수 있으나, 타겟(16)이 쌍을 이루어 배치되기 때문에, 복수의 요크플레이트(20)가 각각의 타겟(16)의 단부의 상단에 배치되도록 할 수 있다. 한 쌍의 자석부(18)에 각각 배치되는 영구자석에 의해 형성되는 자기장의 세기는 세밀하게 조절하기 어려우나, 복수의 요크플레이트(20) 각각이 거리조절부(22) 및 위치조절부(24)에 의하여 기판(12)과의 거리 및 좌표를 달리함으로써, 기판(12)에 스퍼터링 되는 입자의 양을 균일하게 조절할 수 있게 된다.
상기에서는 본 발명의 특정의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.

P: 플라즈마 10: 챔버
12: 기판 14: 기판지지부
16: 타겟 18: 자석부
20: 요크플레이트 22: 거리조절부
24: 위치조절부 26: 전원부

Claims (6)

  1. 플라즈마에 의하여 기판에 원료물질을 증착시키는 스퍼터링 장치에 있어서,
    상기 기판의 일면에 대해 단부가 이격되며, 일면이 서로 마주 보도록 배치되는 한 쌍의 타겟과;
    상기 한 쌍의 타겟의 타면에 각각 배치되며, 자기장을 형성하는 한 쌍의 자석부; 및
    상기 기판의 일면과 상기 한 쌍의 타겟의 단부 사이에 게재되는 요크플레이트를 포함하는, 스퍼터링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자석부는 영구자석을 포함하며,
    상기 영구자석은,
    상기 영구자석의 N극 또는 S극 중 어느 하나가 상기 타겟의 타면을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 영구자석은 복수 개이며, 서로 다른 극이 교차되도록 상기 타겟의 타면에 배치되는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 요크플레이트는 상기 기판의 일면과 평행하게 배치되며,
    상기 요크플레이트와 상기 기판과의 이격거리를 조절하는 거리조절부를 더 포함하는, 스퍼터링 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 요크플레이트는 상기 기판의 일면과 평행하게 배치되며,
    상기 요크플레이트가 형성하는 동일 평면상에서, 상기 요크플레이트를 이동시키는 위치조절부를 더 포함하는, 스퍼터링 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 요크플레이트는,
    상기 기판의 일면과 상기 한 쌍의 타겟의 단부 사이에 각각 쌍을 이루어 게재되는 것을 특징으로 하는, 스퍼터링 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20170133566A (ko) * 2016-05-25 2017-12-06 삼성디스플레이 주식회사 스퍼터링 장치 및 이를 이용한 스퍼터링 방법

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