KR20140108028A - 스퍼터링 장치 및 그것을 이용한 스퍼터링 방법 - Google Patents

Abstract

스퍼터링 장치와 그것을 이용한 스퍼터링 방법이 개시된다. 개시된 스퍼터링 방법은, 타켓에 가스바로부터 반응가스를 분사하며 기판에 대한 성막을 진행하는 단계와, 기판의 성막 두께 프로파일을 측정하는 단계 및, 프로파일에 따라 타겟의 영역별로 가스바의 반응가스 분사량을 차등 적용하는 단계로 진행된다. 이러한 스퍼터링 방식에 의하면 기판에 형성되는 박막의 두께를 균일하게 형성할 수 있어서 제품의 품질을 안정화시킬 수 있다.

Description

스퍼터링 장치 및 그것을 이용한 스퍼터링 방법{Sputtering apparatus and sputtering method using the same}

본 발명은 스퍼터링 장치와 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 타겟에 스퍼터 가스와 함께 산소를 분사하며 증착을 진행하는 반응성 스퍼터링 장치 및 그것을 이용한 스퍼터링 방법에 관한 것이다.

일반적으로 디스플레이 장치에 적용되는 박막트랜지스터는 스퍼터링과 같은 증착과정을 통해 제조된다. 즉, 준비된 증착 타켓을 스퍼터링하여 증착 대상체인 디스플레이 장치의 기판 상에 원하는 패턴의 박막을 형성하는 것이다.

최근에는 타겟에 스퍼터 가스와 함께 산소를 분사하면서 기판에 금속 산화물 박막이 형성되게 하는 반응성 스퍼터링 방식이 많이 사용되고 있다.

그런데, 이와 같은 스퍼터링으로 형성된 박막의 두께가 기판 전면에 걸쳐서 균일하게 형성되지 못하면 제품의 신뢰도가 크게 저하된다.

따라서, 두께 편차를 최소화하여 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있는 방안이 요구되고 있다.

본 발명의 실시예는 기판에 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있도록 개선된 스퍼터링 장치 및 그것을 이용한 스퍼터링 방법을 제공한다.

본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 방법은, 타켓에 가스바로부터 반응가스를 분사하며 기판에 대한 성막을 진행하는 단계; 상기 기판의 성막 두께 프로파일을 측정하는 단계; 및, 상기 프로파일에 따라 상기 타겟의 영역별로 상기 가스바의 반응가스 분사량을 차등 적용하는 단계;를 포함한다.

상기 프로파일 중 두께가 얇은 영역과 대응하는 상기 타겟 영역에 대해 반응가스 분사량을 줄일 수 있다.

상기 반응가스는 산소를 포함할 수 있다.

상기 가스바에는 상기 반응가스를 분사하는 다수의 분사홀이 형성되어 있고, 상기 두께 프로파일이 얇게 측정된 영역에 대응하는 위치의 분사홀을 차폐시킬 수 있다.

상기 가스바에는 상기 반응가스를 분사하는 단일 슬릿이 형성되어 있고, 상기 두께 프로파일이 얇게 측정된 영역에 대응하는 위치의 슬릿 부위를 차폐시킬 수 있다.

상기 타겟은 원통형상일 수 있으며, 상기 성막 진행 중 상기 타겟을 계속 회전시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 장치는 기판에 대한 성막 소스인 타켓과, 상기 타겟에 반응가스를 분사하는 가스바 및, 상기 기판의 성막 두께 프로파일을 측정하는 측정기를 포함하며, 상기 가스바는 상기 프로파일에 따라 상기 타겟의 영역별로 반응가스를 차등분사한다.

상기 프로파일 중 두께가 얇은 영역과 대응하는 상기 타겟 영역에 대해 반응가스 분사량을 줄일 수 있다.

상기 반응가스는 산소를 포함할 수 있다.

상기 가스바에는 상기 반응가스를 분사하는 다수의 분사홀이 형성되어 있고, 상기 두께 프로파일이 얇게 측정된 영역에 대응하는 위치의 분사홀이 차폐될 수 있다.

상기 가스바에는 상기 반응가스를 분사하는 단일 슬릿이 형성되어 있고, 상기 두께 프로파일이 얇게 측정된 영역에 대응하는 위치의 슬릿 부위가 차폐될 수 있다.

상기 타겟은 회전하는 원통형상일 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 방식을 따라 스퍼터링을 수행하면 기판에 형성되는 박막의 두께를 균일하게 형성할 수 있어서 제품의 품질을 안정화시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 스퍼터링 장치에 의한 성막 과정을 개략적으로 묘사한 도면이다.
도 3은 도 2의 성막 과정으로 형성된 박막의 두께 프로파일을 도시한 그래프이다.
도 4는 도 3의 두께 프로파일에 따라 도 1의 스퍼터링 장치 중 가스바의 분사홀을 선택적으로 차폐시킨 상태를 보인 도면이다.
도 5는 도 4의 분사홀 선택 차폐에 의한 스퍼터링 결과를 도시한 그래프이다.
도 6은 도 4에 도시된 가스바의 변형 가능한 예를 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.

도시된 바와 같이 본 실시예의 스퍼터링 장치는, 진공챔버(50) 내에 기판(10)과, 스퍼터링용 타겟(20) 및 가스바(31,32) 등이 설치된 구조로 이루어져 있다.

스퍼터링 시에는 가스바(31)(32)를 통해 산소와 아르곤 가스가 타겟(20)을 향해 공급된다. 아르곤 가스는 플라즈마를 형성하는 스퍼터 가스로서 공급되며, 산소는 상기 타겟(20)의 표면에 산화막을 형성하고 기판(10) 상에 산화물 박막이 성막되게 하는 반응가스로서 공급된다. 본 실시예에서는 상기 타겟(20)이 회전하는 한 쌍의 원통형 알루미늄으로 구성되어 있고, 가스바(31)(32)는 이 한 쌍의 원통형 알루미늄 타겟(20)에 대해 각각 아르곤 가스와 산소를 분사하는 상하부 가스바(31)(32) 로 구성되어 있다. 도면에서 상부의 가스바(31)는 산소를 분사하고, 하부의 가스바(32)는 산소와 아르곤 가스를 함께 분사한다. 그러나, 이것은 일 예를 보인 것이고, 상하부 가스바(31)(32)의 역할을 바꾸거나, 또는 하나는 산소만 분사하고 다른 하나는 아르곤 가스만 분사하도록 변경시킬 수도 있다.

이 상태에서 상기 타겟(20)를 음극으로, 스퍼터링 대상체인 기판(10)을 양극으로 하여 방전을 일으키면 상기 아르곤 가스로부터 아르곤 이온이 발생하게 되고, 이 아르곤 이온은 상기 타겟(20)에 충돌하여 그 타겟(20)의 미립자를 비산시키게 되며, 그 비산된 미립자가 기판(10)에 증착되면서 박막(11)이 형성된다. 그리고, 타겟(20) 표면에는 반응가스인 산소에 의해 산화막이 형성되며, 그 산화막의 일부도 기판(10)에 증착되면서 박막(11)의 일부를 형성하게 된다. 즉, 기판(10) 상의 박막(11)은 타겟(20)의 본체 성분인 알루미늄과, 그 산화막 성분이 동시에 함께 성막되며 형성되는 것이다.

그런데, 이때 박막(11)의 두께가 기판(10) 전면에 대해 한 번에 균일하게 형성되기는 어렵다. 특히, 타겟(20)의 표면 상태에 따라 편차가 생길 수 있는데, 타겟(20)에 산화막이 두껍게 형성된 영역은 증착율이 상대적으로 낮아지고, 반대로 얇게 형성된 영역은 증착율이 상대적으로 높아진다. 즉, 산화막이 두꺼운 영역은 아무래도 스퍼터링이 상대적으로 잘 일어나지 않게 되고, 얇은 영역은 그에 비해 활발하게 스퍼터링이 진행되는 것이다.

이렇게 되면, 도 2에 도시된 바와 같이 기판(10)에 성막되는 박막(11)은 균일한 두께를 형성하지 못하게 되며, 폭방향을 따라 봤을 때 편차가 있는 두께 프로파일을 형성하게 된다. 즉, 가스바(31)(32)에 형성된 분사홀(31a)(32a)을 통해 일정하게 산소와 아르곤가스가 분사되기는 하지만, 실질적으로 타겟(20) 전면에 똑 같은 두께의 산화막이 형성되기는 어려우며, 이 영향이 기판(10) 위에 성막되는 박막(11)의 두께에도 그대로 반영되는 것이다. 여기서, 상기 두께 프로파일은 진공챔버(50) 내에서 왕복 이동하는 두께 측정기(40)로 측정할 수 있다.

따라서, 이러한 편차를 보상해주기 위한 과정이 필요하다. 예를 들어서, 도 3에 도시된 바와 같은 박막(11)의 두께 프로파일이 측정된 경우를 고려해보면, 이 경우는 도면 상 기판(10)의 좌측에 해당되는 영역의 증착율이 우측에 해당되는 영역의 증착율 보다 낮은 상태임을 알 수 있다. 그러니까, 기판(10)의 좌측 영역에서 증착이 상대적으로 덜 일어나고 있는 것이다. 이것을 타겟(20)의 입장에서 생각해보면, 그와 대응하는 좌측 영역의 산화막이 우측 영역의 산화막 보다 상대적으로 두껍게 형성되고 있다는 의미가 된다. 즉, 산화막이 상대적으로 두껍게 형성되면 증착율이 떨어지므로 그에 대응하는 영역은 박막(11)이 얇게 형성되는 것이다. 따라서, 이를 보상해주기 위해서 도 4에 도시된 바와 같이 가스바(31)(32)의 분사홀(31a)(32a)들 중 좌측 영역의 분사홀(31a)(32a) 일부를 차폐시킨다. 상기 분사홀(31a)(32a)을 통해 타겟(20) 표면을 산화시키는 산소가 분사되므로, 도 4와 같이 좌측 영역의 분사홀(31a)(32a)을 막아주게 되면 그에 대응하는 영역의 타겟(20) 표면 산화막 두께가 줄어들게 되고, 그에 따라 증착이 좀 더 활발하게 일어나게 되어 결과적으로 기판(10) 상의 성막 두께는 증가하게 된다.

이와 같은 보상 작업을 수행한 후에 다시 두께 프로파일을 측정해보면, 도 5에 도시된 바와 같이 기판(10) 좌우측의 박막(11) 두께 편차가 많이 줄어든 것을 확인할 수 있다. 실제로 보상 작업 전의 도 4의 상태에서는 기판(10) 좌우측의 박막(11) 두께 편차가 약 21% 정도였는데, 보상 작업 후의 도 5의 상태에서는 기판(10) 좌우측의 박막(11) 두께 편차가 약 8% 정도로 크게 줄었다. 따라서, 이러한 보상 작업을 통해 기판(11)에 형성되는 박막(11)의 두께 편차를 줄여나갈 수 있다.

이와 같은 본 실시예의 스퍼터링 과정을 다시 한번 정리해서 설명하면 다음과 같다.

먼저, 스퍼터링을 진행할 진공챔버(50) 안에 타겟(20)과 기판(10)을 준비한다.

그리고, 기판(10)과 타겟(20)이 준비되면, 상기 가스바(31)(32)의 분사홀(31a)(32a)을 통해 타겟(20) 주변에 아르곤 가스와 산소를 분사하면서 스퍼터링을 개시한다.

그러면, 기판(10)과 타겟(20) 사이에 플라즈마가 형성되면서 타겟(20)으로부터 비산된 타겟 입자가 기판(10) 위에 증착된다. 이때, 알루미늄 재질의 타겟(20) 표면에는 산소와의 반응으로 산화막인 알루미나막이 형성되며, 이 표면의 알루미나와 본체 재질인 알루미늄이 함께 기판(10) 위에 증착되면서 박막(11)을 형성하게 된다.

증착이 일단 완료되면, 두께 측정기(40)로 기판(10) 위를 스캔하면서 박막(11)의 두께 프로파일을 측정한다.

그리고, 그 두께 프로파일을 보고 상대적으로 박막(11)이 얇게 형성된 영역에 해당되는 가스바(31)(32)의 분사홀(31a)(32a)을 차폐시켜서 산소 분사량을 줄여준다.

그리고 나서, 다음 기판(10)을 진공챔버(50)에 장입하고 다시 스퍼터링을 진행한다.

스퍼터링이 완료되면 다시 두께 측정기(40)로 프로파일을 측정해보고 필요하면 그에 따른 보상 작업을 수행한다.

이와 같은 과정을 통해 두께 편차를 줄여나가면 기판(10) 전면에 걸쳐서 상당히 높은 두께 균일도를 가진 박막(11)을 형성할 수 있게 된다.

한편, 전술한 실시예에서는 가스바(31)(32)에 다수의 분사홀(31a)(32a)이 형성된 구조를 예시하였는데, 도 6에 도시된 바와 같이 가스바(33)에 단일 슬릿(33a)을 형성하여 가스를 분사하고, 가스 분사량을 줄일 필요가 있는 영역은 적절히 차폐시키도록 구성할 수도 있다.

그러므로, 이상에서 설명한 바와 같은 스퍼터링 방식으로 증착을 수행하면 기판에 형성되는 박막의 두께를 균일하게 형성할 수 있어서 제품의 품질을 안정화시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10:기판 20:타겟
31,31,33:가스바 31a,32a,33a:분사홀
40:두께 측정기 50:진공챔버

Claims (12)

1. 타켓에 가스바로부터 반응가스를 분사하며 기판에 대한 성막을 진행하는 단계;
   상기 기판의 성막 두께 프로파일을 측정하는 단계;
   상기 프로파일에 따라 상기 타겟의 영역별로 상기 가스바의 반응가스 분사량을 차등 적용하는 단계;를 포함하는 스퍼터링 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 프로파일 중 두께가 얇은 영역과 대응하는 상기 타겟 영역에 대해 반응가스 분사량을 줄이는 스퍼터링 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 반응가스는 산소를 포함하는 스퍼터링 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 가스바에는 상기 반응가스를 분사하는 다수의 분사홀이 형성되어 있고,
   상기 두께 프로파일이 얇게 측정된 영역에 대응하는 위치의 분사홀을 차폐시키는 스퍼터링 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 가스바에는 상기 반응가스를 분사하는 단일 슬릿이 형성되어 있고,
   상기 두께 프로파일이 얇게 측정된 영역에 대응하는 위치의 슬릿 부위를 차폐시키는 스퍼터링 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 타겟은 원통형상이며, 상기 성막 진행 중 상기 타겟을 계속 회전시키는 스퍼터링 방법.
7. 기판에 대한 성막 소스인 타켓과, 상기 타겟에 반응가스를 분사하는 가스바 및, 상기 기판의 성막 두께 프로파일을 측정하는 측정기를 포함하며,
   상기 가스바는 상기 프로파일에 따라 상기 타겟의 영역별로 반응가스를 차등분사하는 스퍼터링 장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 프로파일 중 두께가 얇은 영역과 대응하는 상기 타겟 영역에 대해 반응가스 분사량을 줄이는 스퍼터링 장치.
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 반응가스는 산소를 포함하는 스퍼터링 장치.
10. 제7항에 있어서,
    상기 가스바에는 상기 반응가스를 분사하는 다수의 분사홀이 형성되어 있고,
    상기 두께 프로파일이 얇게 측정된 영역에 대응하는 위치의 분사홀이 차폐되는 스퍼터링 장치.
11. 제7항에 있어서,
    상기 가스바에는 상기 반응가스를 분사하는 단일 슬릿이 형성되어 있고,
    상기 두께 프로파일이 얇게 측정된 영역에 대응하는 위치의 슬릿 부위가 차폐되는 스퍼터링 장치.
12. 제 7 항에 있어서,
    상기 타겟은 회전하는 원통형상인 스퍼터링 장치.

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