KR20140129576A - 스퍼터링 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스퍼터링 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 스퍼터링 장치는 기판과 대향되고, 적어도 3개 이상이 이격되어 배치되는 스퍼터 건; 스퍼터 건의 양측에 장착되고, 서로 다른 원료물질로 구성되는 타겟; 및 스퍼터 건에 이동가능하게 구비되어 자기장을 형성하는 자기부를 포함할 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 방법{Apparatus and method for sputtering}

본 발명은 스퍼터링 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하나의 진공 챔버에서 다층구조의 박막층을 증착할 수 있는 스퍼터링 장치 및 방법에 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.

국내 공개특허 제10-2008-0095413호에는 박막 봉지용 타깃 스퍼터 시스템에 관하여 개시되어 있다. 상기 선행특허에 의하면, 하나의 진공 챔버 내에서는 하나의 타겟에 대해서만 증착이 이루어지게 된다. 하지만, 이와 같이 하나의 진공 챔버 내에서 하나의 타겟에 대해서만 이루어지다 보니 다른 타겟에 대한 증착을 위해서는 별도의 진공 챔버 내에서 증착 공정을 거쳐야 하므로 공정 수가 증가하고 공정에 필요한 설비도 증가해야 하는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 하나의 진공 챔버 내에서 복수개의 타겟을 장착한 스퍼터 건을 통하여 다층 구조를 형성하도록 증착이 가능한 스퍼터링 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 의한 스퍼터링 장치는 기판과 대향되고, 적어도 3개 이상이 이격되어 배치되는 스퍼터 건; 상기 스퍼터 건의 양측에 장착되고, 서로 다른 원료물질로 구성되는 타겟; 및 상기 스퍼터 건에 이동가능하게 구비되어 자기장을 형성하는 자기부를 포함할 수 있다.

상기 타겟은, 상기 스퍼터 건의 일면에 장착되는 제1 타겟; 및 상기 스퍼터 건의 타면에 장착되는 제2 타겟을 포함할 수 있다.

상기 제1 타겟은 산화 알루미늄(Al₂O₃)이고, 상기 제2 타겟은 질화 알루미늄(AlN)일 수 있다.

상기 자기부는 양측에 배치된 상기 제1 타겟 및 제2 타겟 사이에서 이동가능할 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 건에 구비된 자기부가 복수개의 타겟 측으로 이동이 가능도록 설치되어 있어, 하나의 진공 챔버 내에서 복수개의 타겟을 통한 다층 구조를 증착할 수 있다. 따라서, 다층 구조의 박막층을 형성함에 있어 공정수가 감소하고 공정 설비에 필요한 비용도 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치를 포함하는 증착장치를 개략적으로 보인 구성도.
도 2a 및 2b는 본 발명의 일 실시예에 따라 기판에 다층 구조의 박막층이 증착되는 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 대향되고, 적어도 3개 이상이 이격되어 배치되는 스퍼터 건(22); 상기 스퍼터 건(22)의 양측에 장착되고, 서로 다른 원료물질로 구성되는 타겟(24,26); 및 상기 스퍼터 건(22)에 이동가능하게 구비되어 자기장을 형성하는 자기부(28)를 포함한다.

스퍼터링 장치(20)는 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, 아래에서 상세하게 설명하겠지만, 기판(10)의 일면에는 제1 박막층(14) 및 제2 박막층(16)이 교대로 증착되어 형성될 수 있다. 물론, 도 1에서는 제1 박막층(14) 및 제2 박막층(16)만 기판(10)에 형성되는 것으로 도시하였지만, 이에 제한되는 것은 아니고 3개 이상의 박막층이 차례로 증착되어 형성될 수도 있다.

본 실시예에서 스퍼터링 장치(20)를 구성하는 스퍼터 건(22)은 대략 사각형 구조를 가진다. 그리고, 스퍼터 건(22)은 도 1에서와 같이 복수개가 기판(10)에 대하여 평행한 방향을 따라 소정 간격으로 이격되어 배치될 수 있다.

이와 같이 이격 배치된 스퍼터 건(22)의 사이에 대응되는 일면에는 각각 한 쌍의 타겟(24,26)이 마주보게 장착된다. 즉, 타겟(24,26)은 스퍼터 건(22)의 양측면에 서로 다른 원료물질로 구성되는 제1 타겟(24) 및 제2 타겟(26)으로 구성된다. 따라서, 제1 타겟(24) 및 제2 타겟(26)은 한 쌍씩 소정 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 그리고, 각각의 타겟(24,26)에 전원이 인가되면, 그 사이의 공간에 고밀도의 플라즈마(P)가 발생하게 된다.

제1 타겟(24)은 예를 들어 산화 알루미늄(Al2O3), 제2 타겟은 질화 알루미늄(AlN)이 사용될 수 있다. 이는 일 예로 든 것에 불과하고, 타겟(24,26)은 각종 금속 산화물 등이 사용될 수 있다. 이와 같이 본 실시예에서는 유사한 특성을 갖는 원료물질을 배열하여 사용함으로써, 봉지 박막의 특성을 향상시킬 수 있다.

또한, 스퍼터링 장치(20)는 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 스퍼터 건(22)에 이동가능하게 구비되어 작업자가 공정이 끝날때마다 타겟을 교환할 필요없이 계속하여 다층 구조의 박막층을 증착할 수 있도록 한다.

보다 구체적으로 설명하면, 자기부(28)는 양측에 위치한 제1 타겟(24) 및 제2 타겟(26)의 사이에서 이동가능하게 구비된다. 따라서, 자기부(28)가 도 1에서와 같이 제1 타겟(24) 측으로 이동된 때에는 제1 타겟(24)에서 떨어져 나온 입자가 기판(10)에 증착될 수 있도록 하고, 자기부(28)가 제2 타겟(26) 측으로 이동된 때에는 제2 타겟(26)에서 떨어여 나온 입자가 기판(10)에 증착될 수 있도록 한다.

결국, 기판(10)에는 제1 타겟(24)에 의해 증착된 제1 박막층(14), 제2 타겟(26)에 의해 증착된 제2 박막층(16)이 연속하여 증착될 수 있으며, 하나의 진공 챔버(1) 내에서 복수개의 타겟(24,26)을 이용하여 하나의 박막층이 아닌 복수개의 박막층을 증착할 수 있는 장점이 있다. 즉, 기판(10)에는 도 1에서와 같이 제1 박막층(14), 제2 박막층(16)이 교대로 연속하여 증착될 수 있는 것이다.

상기에서 스퍼터 건(22)은 적어도 3개 이상이 이격되어 배치된다고 하였는데, 이는 자기부(28)가 스퍼터 건(22)에서 이동될 때 적어도 스퍼터 건(22)이 3개 이상이 배치되어야 제1 타겟(24) 또는 제2 타겟(26)을 이용한 박막층의 형성이 가능하기 때문이다.

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 2개로 자기부(28)가 구성되는 경우, 어느 하나의 영구자석의 제1 타겟(24) 측 일단이 N극이면, 다른 영구자석의 제1 타겟(24) 측 일단은 S극이 되도록 배치되는 것이다. 이와 같이 대향되는 영구자석의 일단의 극성이 서로 다르도록 배치하여 자기장을 발생시킬 경우, 한 쌍의 제1 타겟(24) 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 제1 타겟(24) 측 일단이 N극일 경우, 하부에 배치된 영구자석의 제1 타겟(24) 측 일단은 S극일 수 있다. 이와 같이 나란하게 배치된 영구자석의 동일한 방향으로의 극성이 서로 다르도록 배치하여 자기장을 발생시킬 경우, 한 쌍의 제1 타겟(24) 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 2a 및 2b는 본 발명의 일 실시예에 따라 기판에 다층 구조의 박막층이 증착되는 것을 보인 구성도이다.

이에 도시된 바에 따르면, 작업자는 산화 알루미늄으로 구성된 한 쌍의 제1 타겟(24) 측으로 자기부(28)를 이동시킨다. 이 상태에서 아르곤과 같은 플라즈마 분위기 생성기체가 주입되고 제1 타겟(24)에 전원이 인가되면, 제1 타겟(24) 사이의 공간에 고밀도의 플라즈마(P)가 발생된다. 그리고, 발생된 플라즈마(P)는 제1 타겟(24)을 구성하는 산화 알루미늄을 타격하여 입자화시키고, 입자는 기판(10) 상으로 분사되어 제1 박막층(14)을 증착하게 된다.

다음으로, 제1 박막층(14)에 다른 물질의 제2 박막층(16)을 형성하기 위해서 작업자는 자기부(28)를 도 2b의 화살표와 같이 제2 타겟(26) 측으로 이동시킨다. 이 상태에서 상술한 바와 같이, 플라즈마 분위기 생성기체가 주입되고 제2 타겟(26)에 전원이 인가되면, 제2 타겟(26) 사이의 공간에 고밀도의 플라즈마(P)가 발생되고 질화 알루미늄을 타격하여 입자화된 입자는 기판(10) 상으로 분사되어 제2 박막층(16)을 증착하게 된다.

한편, 이 상태에서 추가적으로 제1 박막층(14) 및 제2 박막층(16)을 증착하기 위해서는 자기부(28)를 원하는 타겟(24,26) 방향으로 이동시킨 후에 상술한 증착 과정을 거치면 다층 구조의 박막층을 쉽게 증착할 수 있다. 즉, 작업자는 하나의 진공 챔버(1) 내에서 별도의 타겟으로 교환하지 않고도 원하는 구조의 박막층을 증착할 수 있는 것이다.

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 : 제1 박막층
16 : 제2 박막층 20 : 스퍼터링 장치
22 : 스퍼터 건 24 : 제1 타겟
26 : 제2 타겟 28 : 자기부

Claims (6)

1. 기판과 대향되고, 적어도 3개 이상이 이격되어 배치되는 스퍼터 건;
   상기 스퍼터 건의 양측에 장착되고, 서로 다른 원료물질로 구성되는 타겟; 및
   상기 스퍼터 건에 이동가능하게 구비되어 자기장을 형성하는 자기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 타겟은,
   상기 스퍼터 건의 일면에 장착되는 제1 타겟; 및
   상기 스퍼터 건의 타면에 장착되는 제2 타겟을 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1 타겟은 산화 알루미늄(Al₂O₃)이고, 상기 제2 타겟은 질화 알루미늄(AlN)인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 자기부는 양측에 배치된 상기 제1 타겟 및 제2 타겟 사이에서 이동가능한 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
5. 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.
6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 스퍼터링 장치를 이용하여 상기 기판에 박막층을 증착하는 스퍼터링 방법에 있어서,
   상기 제1 타겟 측으로 자기부를 이동시키는 단계;
   플라즈마 분위기 생성기체를 주입하고, 상기 제1 타겟에 전원을 인가하는 단계;
   상기 제1 타겟 사이의 공간에서 발생된 플라즈마가 상기 제1 타겟을 구성하는 원료물질을 타격하여 입자화시키고, 상기 입자가 기판 상으로 분사되어 제1 박막층을 증착하는 단계;
   상기 자기부를 상기 제2 타겟 측으로 이동시키는 단계;
   플라즈마 분위기 생성기체를 주입하고, 상기 제2 타겟에 전원을 인가하는 단계; 및
   상기 제2 타겟 사이의 공간에서 발생된 플라즈마가 상기 제2 타겟을 구성하는 원료물질을 타격하여 입자화시키고, 상기 입자가 기판 상으로 분사되어 제2 박막층을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 방법.

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