KR20140126514A - 스퍼터링 장치 및 이를 포함하는 증착장치 - Google Patents

스퍼터링 장치 및 이를 포함하는 증착장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스퍼터링 장치 및 이를 포함하는 증착장치에 관한 것이다. 본 발명은 기판과 대향되게 배치되는 메인 스퍼터 건; 메인 스퍼터 건의 양측에 각각 설치되는 보조 스퍼터 건; 메인 스퍼터 건 및 보조 스퍼터 건에 각각 장착되고, 서로 마주보도록 배치되는 타겟; 및 메인 스퍼터 건 및 보조 스퍼터 건에 구비되어 자기장을 형성하는 자기부를 포함할 수 있다. 그리고, 타겟 사이의 공간에서 발생된 플라즈마에 의해 각각 스퍼터된 타겟은, 기판에 대해서 서로 엇갈리게 경사진 방향으로 진행될 수 있다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 다층 구조의 박막층을 형성함에 있어 공정수가 감소하고 공정 설비에 필요한 비용도 절감할 수 있다.

Description

스퍼터링 장치 및 이를 포함하는 증착장치{Apparatus for sputtering and apparatus for deposition including the same}
본 발명은 스퍼터링 장치 및 이를 포함하는 증착장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하나의 진공 챔버에서 다층구조의 박막층을 증착할 수 있는 스퍼터링 장치 및 이를 포함하는 증착장치에 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 대두 되고 있다. 특히, 제조공정이 단순하기 때문에 생산원가를 기존의 액정표시장치 보다 많이 절감할 수 있다.
유기 전계 발광소자는 전극층 및 유기층 등의 박막층으로 구성되고, 이 중 전극층의 음극 또는 양극 형성에는 스퍼터링(sputtering) 방법이 사용된다. 스퍼터링은 대상 물질에 이온 충격을 가하여, 그 물질을 구성하는 원자나 분자가 튀어나오도록 하여 주위의 물체면에 부착시키는 박막형성 방법이다.
일반적으로 스퍼터링 방법에서는 챔버 내에 기판이 마련되고, 타겟(target)이 기판을 향하도록 배치된 상태에서, 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.
대한민국 공개특허공보 제10-2008-0095413호에는 박막 봉지용 타깃 스퍼터 시스템에 관하여 개시되어 있다. 상기 선행특허에 개시된 타깃 스퍼터 시스템에서는 일정 공간 내에서의 플라즈마의 밀도가 작기 때문에 타깃의 효율이 떨어지는 단점이 있다. 따라서, 보다 고밀도로 플라즈마를 발생시킬 수 있는 구조를 가진 스퍼터링 장치에 대한 개발이 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 동일한 면적 내에서 플라즈마의 밀도를 최대화하여 타겟의 효율을 높이고, 플라즈마에 방향성을 부여하여 증착막의 균일도를 높일 수 있는 구조를 가진 스퍼터링 장치 및 증착장치를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 의한 스퍼터링 장치는 기판과 대향되게 배치되는 메인 스퍼터 건; 상기 메인 스퍼터 건의 양측에 각각 설치되는 보조 스퍼터 건; 상기 메인 스퍼터 건 및 보조 스퍼터 건에 각각 장착되고, 서로 마주보도록 배치되는 타겟; 및 상기 메인 스퍼터 건 및 보조 스퍼터 건에 구비되어 자기장을 형성하는 자기부를 포함하고, 상기 타겟 사이의 공간에서 발생된 플라즈마에 의해 각각 스퍼터된 타겟은, 상기 기판에 대해서 서로 엇갈리게 경사진 방향으로 진행될 수 있다.
상기 메인 스퍼터 건은 진공 챔버 내에 회전가능하게 설치되고, 상기 메인 스퍼터 건에는 메인 타겟이 외면을 감싸도록 장착될 수 있다.
상기 보조 스퍼터 건에는 상기 메인 타겟과 마주보도록 보조 타겟이 각각 장착될 수 있다.
상기 메인 타겟과 보조 타겟 사이의 공간은 곡면으로 형성될 수 있다.
상기 메인 스퍼터 건은 원통 형상으로 형성될 수 있다.
상기 메인 스퍼터 건과 마주보는 상기 보조 스퍼터 건의 일면은, 상기 메인 스퍼터 건의 외주면에 대응되도록 라운드지게 형성될 수 있다.
상기 자기부는 영구자석을 포함하며, 상기 영구자석은 복수개가 상기 타겟을 향하는 일단이 서로 다른 극성을 가지도록 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 의한 증착장치는 진공 챔버; 상기 진공 챔버 내에 안착되는 기판; 및 상기 기판에 대향하여 배치되는 스퍼터링 장치를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 스퍼터 건을 메인 스퍼터 건과, 메인 타겟의 양측에 배치된 보조 스퍼터 건으로 구성하고 메인 스퍼터 건이 회전되도록 함으로써, 플라즈마의 밀도를 높여 타겟의 효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 메인 스퍼터 건과 보조 스퍼터 건의 사이의 공간을 곡면으로 형성함으로써, 발생된 플라즈마가 방향성을 갖고 기판에 골고루 증착되도록 하여 박막층의 균일도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치를 포함하는 증착장치를 개략적으로 보인 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 기판에 박막층을 증착하는 것을 보인 구성도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 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 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 본 발명에 의한 스퍼터링 장치의 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치를 포함하는 증착장치를 개략적으로 보인 구성도이다.
이에 도시된 바에 따르면, 본 발명에 의한 스퍼터링 장치는 기판(10)과 대향되게 배치되는 메인 스퍼터 건(20); 상기 메인 스퍼터 건(20)의 양측에 각각 설치되는 보조 스퍼터 건(22); 상기 메인 스퍼터 건(20) 및 보조 스퍼터 건(22)에 각각 장착되고, 서로 마주보도록 배치되는 타겟(24,26); 및 상기 메인 스퍼터 건(20) 및 보조 스퍼터 건(22)에 구비되어 자기장을 형성하는 자기부(28)를 포함한다. 그리고, 상기 타겟(24,26) 사이의 공간에서 발생된 플라즈마(P)에 의해 각각 스퍼터된 타겟(24,26)은, 상기 기판(10)에 대해서 서로 엇갈리게 경사진 방향으로 진행될 수 있다.
스퍼터링 장치는 진공 챔버(1) 내에 안착되는 기판(10)과 대향되게 설치된다. 기판(10)은 진공 챔버(1)의 천장면에 연결된 기판 지지대(12)에 지지될 수 있다. 그리고, 기판(10)의 일면에는 스퍼터된 타겟(24,26)에 의해 박막층(14)이 증착되어 형성될 수 있다.
본 실시예에서 스퍼터링 장치를 구성하는 스퍼터 건(20,22)은 메인 스퍼터 건(20)과 보조 스퍼터 건(22)으로 구성된다. 이러한 스퍼터 건(20,22)은 도 1에서와 같이 기판(10)에 대하여 평행한 방향으로 복수개가 설치될 수 있고, 각각의 스퍼터 건(20,22)에서 스퍼터된 타겟(24,26)이 기판(10)으로 진행되어 증착될 수 있다.
메인 스퍼터 건(20)은 진공 챔버(1) 내에 회전가능하게 설치된다. 메인 스퍼터 건(20)은 대략 원통 형상으로 형성되는 것이 바람직하며, 원통축을 중심으로 회전가능하다. 이와 같이 메인 스퍼터 건(20)이 회전가능하게 설치됨으로써, 타겟(24,26)의 효율을 증대시킬 수 있고 동일한 면적에 대하여 고밀도의 플라즈마(P)를 발생시킬 수 있다. 즉, 메인 타겟(24)과 보조 타겟(26)이 마주보도록 배치된 상태에서 메인 스퍼터 건(20)이 회전되면서 스퍼터링이 이루어지기 때문에 타겟(24,26)의 상호 작용에 의하여 효율을 증대시킬 수 있는 것이다.
한편, 보조 스퍼터 건(22)은 메인 스퍼터 건(20)의 양측에 소정 간격으로 이격되어 배치된다. 이와 같이 배치된 보조 스퍼터 건(22)의 단부에는 메인 타겟(24)과 마주보도록 보조 타겟(26)이 장착된다.
이와 같이 배치된 스퍼터 건(20,22)의 타겟(24,26) 사이의 공간에서 발생된 플라즈마(P)에 의해 각각 스퍼터된 타겟(24,26)은, 상기 기판(10)에 대해서 경사진 방향으로 진행될 수 있다. 보다 상세하게 설명하면, 플라즈마(P)는 타겟(24,26) 사이의 2개의 공간에 각각 발생되고 이와 같이 발생된 플라즈마(P)에 의해 스퍼터된 타겟(24,26)은 서로 엇갈리게 진행될 수 있는 것이다.
중요한 것은 플라즈마(P)가 발생된 공간이 경사지게 형성되도록 하여, 스퍼터된 타겟(24,26)의 진행방향을 일직선 방향이 아닌 경사진 방향으로 진행되도록 하는 것이다. 이와 같이 스퍼터된 타겟(24,26)이 경사지게 진행되어 기판(10)에 증착됨으로써, 박막층의 균일도를 보다 향상시킬 수 있다. 다시 말해, 일반적으로 스퍼터된 타겟(24,26)은 기판(10)에 수직한 방향으로 진행하면서 증착될 수 있는데, 본 실시예에서는 플라즈마(P)에 방향성을 부여함으로써 스퍼터된 타겟(24,26)이 보다 넓은 범위에서 기판(10)에 증착되도록 한 것이다.
도 1에서는 이와 같이 플라즈마(P)에 방향성을 부여하기 위해 메인 스퍼터 건(20)을 원통형으로 형성하고, 메인 스퍼터 건(20)과 마주보는 보조 스퍼터 건(22)의 일면이 메인 스퍼터 건(20)의 외주면에 대응되도록 라운드지게 형성하였다. 즉, 메인 타겟(24)과 보조 타겟(26) 사이의 공간이 곡면으로 형성되도록 하고, 상기 공간에 플라즈마(P)가 발생됨으로써 스퍼터된 타겟(24,26)이 방향성을 띨 수 있도록 한 것이다.
도 1에서는 플라즈마(P)의 방향성을 부여하기 위해 메인 스퍼터 건(20)을 원통형으로 형성하고 보조 스퍼터 건(22)의 일면을 라운드지게 형성하였으나, 이에 제한되는 것은 아니고 스퍼터된 타겟(24,26)이 기판(10)에 대하여 경사지게 진행될 수 있다면 어떠한 구성이라도 채용될 수 있다. 예를 들어, 보조 스퍼터 건(22)의 일면이 한번 절곡된 형상으로 형성될 수도 있고, 도 1을 기준으로 하부에서 상부로 갈수록 한 쌍의 보조 스퍼터 건(22) 사이의 폭이 좁아지도록 형성될 수도 있다.
한편, 상기 타겟(24,26)은 동일한 원료물질로 구성되며 산화 알루미늄(Al2O3), 질화 알루미늄(AlN) 등의 금속 산화물이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 스퍼터링 장치는 서로 마주보는 타겟(24,26)의 타면에 배치되어 자기장을 형성하는 자기부(28)를 포함한다. 여기에서 '타면' 이란 타겟(24,26)의 서로 마주보는 면의 반대면을 말한다. 본 실시예에서 자기부(28)는 메인 스퍼터 건(20)과 보조 스퍼터 건(22)에 각각 구비될 수 있다.
자기부(28)는 스퍼터링 공정이 수행되는 동안 플라즈마(P)가 진공 챔버(1) 내부를 자유롭게 이동하면서 발생되는 기판(10) 및 박막층의 손상을 방지하기 위하여 플라즈마(P)를 특정 영역에 구속하는 자기장을 발생시킨다. 자기부(28)에 의해 형성된 자기장에 의하여 플라즈마(P)는 한 쌍의 타겟(24,26) 사이의 공간에 구속되고, 발생된 플라즈마(P)는 타겟(24,26)을 구성하는 원료물질을 타격하여 입자화시키며, 입자화된 타겟(24,26)의 원료물질이 가속되어 기판(10) 쪽으로 이동될 수 있게 한다.
본 실시예에서 자기부(28)는 영구자석을 포함할 수 있으며, 영구자석의 N극 또는 S극 중 어느 하나가 타겟(24,26)의 타면을 향하여 배치될 수 있다. 또한, 영구자석의 N극 또는 S극은 타겟(24,26)의 타면과 이격되거나 타겟(24,26)의 타면에 접할 수 있다.
그리고, 자기부(28)를 구성하는 영구자석은 복수개가 타겟(24,26)과 서로 대향되는 일단이 서로 다른 극성을 가지도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 1에서와 같이 영구자석 3개로 자기부(28)가 구성되는 경우, 어느 하나의 영구자석의 메인 타겟(24) 측 일단이 N극이면, 인접한 다른 영구자석의 메인 타겟(24) 측 일단은 S극이 되도록 배치되는 것이다. 이와 같이 대향되는 영구자석의 일단의 극성이 서로 다르도록 배치하여 자기장을 발생시킬 경우, 메인 타겟(24)과 보조 타겟(26) 사이에 포획되는 플라즈마(P)의 밀도가 높아지며 결과적으로 증착 속도를 향상시킬 수 있다.
또한, 복수개의 영구자석은 서로 다른 극이 교차되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 1에서와 같이 상부에 배치된 영구자석의 메인 타겟(24) 측 일단이 N극일 경우, 하부에 배치된 영구자석의 메인 타겟(24) 측 일단은 S극일 수 있다. 이와 같이 나란하게 배치된 영구자석의 동일한 방향으로의 극성이 서로 다르도록 배치하여 자기장을 발생시킬 경우, 메인 타겟(24)과 보조 타겟(26) 사이에 포획되는 플라즈마(P)의 밀도가 높아지며 결과적으로 증착 속도를 향상시킬 수 있다.
이하에서는 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 스퍼터링 장치의 작동 과정을 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 기판에 다층 구조의 박막층이 증착되는 것을 보인 구성도이다.
이에 도시된 바에 따르면, 작업자는 메인 타겟(20)을 소정의 속도로 회전시킨다. 이 상태에서 아르곤(Ar)과 같은 플라즈마 분위기 생성기체가 주입되고 메인 타겟(24) 및 보조 타겟(26)에 전원이 인가되면, 메인 타겟(24) 및 보조 타겟(26) 사이의 공간에 고밀도의 플라즈마(P)가 발생된다. 그리고, 발생된 플라즈마(P)는 메인 타겟(24) 및 보조 타겟(26)을 구성하는 원료물질을 타격하여 입자화시키고, 입자는 기판(10) 상으로 분사되어 박막층(14)을 증착하게 된다.
이때, 메인 타겟(20)이 소정 속도로 회전되면서 타겟(24,26)을 구성하는 원료물질을 타격하여 입자화시키기 때문에 타겟(24,26)의 효율이 증대될 수 있으며, 동일 면적에 대하여 고밀도의 플라즈마(P)를 발생시킬 수 있다.
또한, 플라즈마(P)가 발생되는 공간이 라운드 형태로 형성되고 방향성을 갖기 때문에 스퍼터된 타겟(24,26)이 직진방향이 아니고 기판(10)에 대하여 화살표 방향으로 경사지게 진행될 수 있기 때문에 박막층(14)의 균일도를 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 다양한 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
1 : 진공 챔버 10 : 기판
12 : 기판 지지대 14 : 박막층
20 : 메인 스퍼터 건 22 : 보조 스퍼터 건
24 : 메인 타겟 26 : 보조 타겟
28 : 자기부

Claims (8)

  1. 기판과 대향되게 배치되는 메인 스퍼터 건;
    상기 메인 스퍼터 건의 양측에 각각 설치되는 보조 스퍼터 건;
    상기 메인 스퍼터 건 및 보조 스퍼터 건에 각각 장착되고, 서로 마주보도록 배치되는 타겟; 및
    상기 메인 스퍼터 건 및 보조 스퍼터 건에 구비되어 자기장을 형성하는 자기부를 포함하고,
    상기 타겟 사이의 공간에서 발생된 플라즈마에 의해 각각 스퍼터된 타겟은, 상기 기판에 대해서 서로 엇갈리게 경사진 방향으로 진행되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 스퍼터 건은 진공 챔버 내에 회전가능하게 설치되고, 상기 메인 스퍼터 건에는 메인 타겟이 외면을 감싸도록 장착되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 보조 스퍼터 건에는 상기 메인 타겟과 마주보도록 보조 타겟이 각각 장착되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 메인 타겟과 보조 타겟 사이의 공간은 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 메인 스퍼터 건은 원통 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 메인 스퍼터 건과 마주보는 상기 보조 스퍼터 건의 일면은, 상기 메인 스퍼터 건의 외주면에 대응되도록 라운드지게 형성되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기부는 영구자석을 포함하며, 상기 영구자석은 복수개가 상기 타겟을 향하는 일단이 서로 다른 극성을 가지도록 배치되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  8. 진공 챔버;
    상기 진공 챔버 내에 안착되는 기판; 및
    상기 기판에 대향하여 배치되는 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 스퍼터링 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 증착장치.
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