KR20150012139A - 스퍼터링 장치 및 이를 이용한 박막 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스퍼터링 장치 및 이를 이용한 박막 형성 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치는, 기판이 배치되고 상기 기판에 대한 증착 공정이 이루어지는 증착 공간을 포함하는 챔버, 상기 챔버 내에 위치하고, 상기 기판과 대향하도록 배치되는 원통형 타겟부, 상기 원통형 타겟부의 외측면 중 일부를 노출하도록 상기 원통형 타겟부를 에워싸는 쉴드부 및 상기 쉴드부의 외측에서 상기 원통형 타겟부와 나란하게 배치된 외부 마그넷 부재를 포함할 수 있다. 이에 의해, 박막 형성 공정을 효율적으로 진행할 수 있고 증착막 특성을 용이하게 향상할 수 있다.

Description

스퍼터링 장치 및 이를 이용한 박막 형성 방법{Sputtering apparatus and method for forming thin film using the same}
본 발명은 스퍼터링 장치 및 이를 이용한 박막 형성 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 박막 형성 공정을 효율적으로 진행할 수 있고 증착막 특성을 용이하게 향상할 수 있는 스퍼터링 장치 및 이를 이용한 박막 형성 방법에 관한 것이다.
반도체 소자, 표시 장치 및 기타 전자 소자 등은 복수의 박막을 구비한다. 이러한 복수의 박막을 형성하는 방법은 다양한데 그 중 증착 방법이 하나의 방법이다.
증착 방법은 예를들면, 스퍼터링(sputtering), 화학적 기상 증착(CVD: chemical vapor deposition), 원자층 증착(ALD: atomic layer deposition) 기타 다양한 방법이 있다.
한편, 표시 장치들 중, 유기 발광 표시 장치는 시야각이 넓고 컨트라스트가 우수할 뿐만 아니라 응답속도가 빠르다는 장점을 가지고 있어 차세대 디스플레이 장치로서 주목을 받고 있다.
유기 발광 표시 장치는 서로 대향된 제1 전극 및 제2 전극 사이에 유기 발광층을 구비하는 중간층을 포함하고, 그 외에 하나 이상의 다양한 박막을 구비한다. 이때 유기 발광 표시 장치의 박막을 형성하기 위하여 스퍼터링 공정을 이용하기도 한다.
이러한 스퍼터링 공정 시 타겟과 기판 사이에는 플라즈마 방전이 발생하는데, 이러한 플라즈마 방전 특성의 균일도를 확보하기 용이하지 않다.
특히, 유기 발광 표시 장치가 대형화되고 고해상도를 요구함에 따라 유기 발광 표시 장치에 포함되는 박막들의 균일한 특성이 요구된다. 그러나 스퍼터링 공정을 이용하여 박막 형성 시 플라즈마 방전 특성을 유지하기 곤란하여 원하는 특성을 갖는 박막을 형성하는데 한계가 있다.
본 발명의 목적은, 박막 형성 공정을 효율적으로 진행할 수 있고 증착막 특성을 용이하게 향상할 수 있는 스퍼터링 장치 및 이를 이용한 박막 형성 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 스퍼터링 장치는, 기판이 배치되고 상기 기판에 대한 증착 공정이 이루어지는 증착 공간을 포함하는 챔버, 상기 챔버 내에 위치하고, 상기 기판과 대향하도록 배치되는 원통형 타겟부, 상기 원통형 타겟부의 외측면 중 일부를 노출하도록 상기 원통형 타겟부를 에워싸는 쉴드부 및 상기 쉴드부의 외측에서 상기 원통형 타겟부와 나란하게 배치된 외부 마그넷 부재를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 원통형 타겟부가 캐소드 기능을 하고, 상기 쉴드부는 애노드 기능을 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 기판 및 상기 챔버는 플로팅 상태일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 원통형 타겟부는 서로 나란한 제1 타겟부와 제2 타겟부를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 타겟부와 상기 제2 타겟부가 캐소드 기능을 하고, 상기 쉴드부가 애노드 기능을 하며, 상기 기판은 플로팅 상태일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 타겟부가 캐소드 기능을 하고, 상기 제2 타겟부가 애노드 기능을 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 기판 및 상기 쉴드부는 플로팅 상태일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 쉴드부는 상기 제1 타겟부의 외측면의 일부와 상기 제2 타겟부의 외측면의 일부를 노출하도록 상기 제1 타겟부와 상기 제2 타겟부를 에워쌀 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 원통형 타겟부와 상기 쉴드부 간의 거리는 이온 쉬스(Sheath)의 두께 보다 작을 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 외부 마그넷 부재는 상기 원통형 타겟부를 중심으로 양 측에 배치된 제1 외부 마그넷 부재 및 제2 외부 마그넷 부재를 구비할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 원통형 타겟부 내에는 상기 외부 마그넷 부재와 평행한 내부 마그넷 부재가 배치될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 내부 마그넷 부재는 제1 내부 마그넷 부재와 상기 제1 내부 마그넷 부재의 양 측에 위치한 한 쌍의 제2 내부 마그넷 부재를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 원통형 타겟부는 속이 빈 기둥형태로 형성되고, 상기 원통형 타겟부의 내부에는 상기 원통형 타겟부를 지지하는 백킹 플레이트가 배치될 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 스퍼터링 장치는, 기판이 배치되고 상기 기판에 대한 증착 공정이 이루어지는 증착 공간을 포함하는 챔버, 상기 챔버 내에 위치하고, 상기 기판과 대향하도록 배치되는 원통형 타겟부, 상기 원통형 타겟부의 외측면 중 일부를 노출하도록 상기 원통형 타겟부를 에워싸는 쉴드부 및 상기 쉴드부의 외측에서 상기 원통형 타겟부와 나란하게 배치된 외부 마그넷 부재를 포함하고, 상기 원통형 타겟부는 상기 기판과 대향하는 영역이 노출되며, 상기 원통형 타겟부와 상기 쉴드부 간의 거리는 이온 쉬스(Sheath)의 두께 보다 작을 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 원통형 타겟부가 캐소드 기능을 하고, 상기 쉴드부는 애노드 기능을 하며, 상기 기판은 플로팅 상태일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 원통형 타겟부는 서로 나란한 제1 타겟부와 제2 타겟부를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 쉴드부는 상기 제1 타겟부의 외측면의 일부와 상기 제2 타겟부의 외측면의 일부를 노출하도록 상기 제1 타겟부와 상기 제2 타겟부를 에워쌀 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 외부 마그넷 부재는 상기 제1 타겟부의 일측과, 상기 제1 타겟부의 일측과 반대측인 상기 제2 타겟부의 일측에 배치된 제1 외부 마그넷 부재와 제2 외부 마그넷 부재를 구비할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 타겟부와 상기 제2 타겟부가 캐소드 기능을 하고, 상기 쉴드부가 애노드 기능을 하며, 상기 기판은 플로팅 상태일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 타겟부가 캐소드 기능을 하고, 상기 제2 타겟부가 애노드 기능을 하며, 및 상기 쉴드부는 플로팅 상태일 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 박막 형성 방법은, 챔버 내에 기판을 투입하는 단계 및 상기 챔버 내에 상기 기판과 대향하도록 배치되고, 쉴드부에 의해 외측면 중 일부만 노출된 원통형 타겟을 이용하여 증착 물질을 상기 기판에 증착하는 단계를 포함하고, 상기 증착 물질을 상기 기판에 증착하는 단계는, 상기 원통형 타겟부와 상기 쉴드부 간의 거리가 이온 쉬스(Sheath)의 두께보다 작게 설정되어 상기 원통형 타겟 주변의 방전을 제어하며, 상기 기판이 플로팅 상태를 유지한 상태에서 이루어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 증착 물질을 상기 기판에 증착하는 단계는, 상기 쉴드부의 외측에서 상기 원통형 타겟부와 나란하게 배치된 외부 마그넷 부재를 이용하여, 상기 원통형 타겟부 주변의 자기장을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 관한 증착 장치, 이를 이용한 박막 형성 방법 및 유기 발광 표시 장치 제조 방법은 박막 형성 공정을 효율적으로 진행할 수 있고 증착막 특성을 용이하게 향상할 수 있다.
또한, 박막 형성시 기판이 플로팅 상태를 유지하므로 스퍼터링에 의한 기판을 손상을 방지할 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 내용 이외에도, 도면을 참조하여 이하에서 설명할 내용으로부터도 도출될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 스퍼터링 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절취한 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 절취한 단면도이다.
도 4는 도 1의 스퍼터링 장치의 변형예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 도 4의 스퍼터링 장치에서 외부 마그넷 부재의 유무에 따른 자기력선을 도시한 단면도이다.
도 6 및 도 7은 도 1의 스퍼터링 장치의 다른 변형예들을 개략적으로 도시한 단면도들이다.
도 8은 본 발명의 스퍼터링 장치를 이용하여 제조된 유기 발광 표시 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 9는 도 8의 F의 확대도이다.
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.
본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명함에 있어 실질적으로 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 스퍼터링 장치를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절취한 단면도이며, 도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 절취한 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치(100)는 기판(S)이 배치되고 기판(S)에 대한 증착 공정이 이루어지는 증착 공간을 포함하는 챔버(101), 챔버(101) 내서 기판(S)과 대향하도록 배치되는 원통형 타겟부(130), 원통형 타겟부(130)를 에워싸는 쉴드부(140)를 포함할 수 있다.
챔버(101)는 증착 공정의 압력 분위기를 제어하도록 펌프(미도시)에 연결될 수 있고, 기판(S) 및 원통형 타겟부(130) 등을 수용 및 보호한다. 또한, 챔버(101)는 기판(S)의 출입을 위한 하나 이상의 출입구(미도시)를 구비할 수 있다. 도 1에는 챔버(101)의 바닥면만을 도시하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로서, 챔버(101)는 박스와 유사한 형태를 가질 수 있다.
기판(S)은 지지부(105)상에 배치될 수 있다. 지지부(105)는 기판(S)에 대한 증착 공정이 진행되는 동안 기판(S)이 움직이거나 흔들리지 않도록 한다. 이를 위하여 지지부(105)는 클램프(미도시)를 구비할 수 있다. 또한 지지부(105)와 기판(S)간의 흡착을 위하여 지지부(105)는 하나 이상의 흡착홀(미도시)을 구비할 수도 있다. 또한 지지부(105)는 증착 공정 중 열에 의한 변성 및 파손을 방지하도록 내열성 및 내구성이 높은 재질로 형성하는 것이 바람직하다.
원통형 타겟부(130)는 기판(S)과 대향하도록 배치된다. 원통형 타겟부(130)는 증착 공정 중 회전하면서 기판(S)에 증착 물질을 제공하여, 기판(S)에 증착막이 형성되도록 한다. 이를 위하여 원통형 타겟부(130)의 길이는 적어도 기판(S)의 일 방향의 폭과 동일하거나 그보다 큰 것이 바람직하다.
한편, 원통형 타겟부(130)는 백킹 플레이트(120:backing plate)에 의해 지지될 수 있다. 백킹 플레이트(120)는 속이 빈 기둥 형태인 원통형 타겟부(130)와 유사한 형태를 가지며, 원통형 타겟부(130)의 내부에 배치되어 원통형 타겟부(130)를 지지할 수 있다. 또한, 백킹 플레이트(120)는 증착 공정 중 원통형 타겟부(130)의 온도를 일정하게 유지할 수 있고, 전원(미도시)를 통하여 파워가 백킹 플레이트(120)에 인가될 수 있다. 예를 들면, 백킹 플레이트(120)에 RF 또는 DC 전원의 파워가 인가될 수 있고 백킹 플레이트(120)는 캐소드 기능을 할 수 있다. 이를 통하여 백킹 플레이트(120)와 연결된 원통형 타겟부(130)는 캐소드 기능을 할 수 있다. 물론, 백킹 플레이트(120)없이 원통형 타겟부(130)를 사용할 수 있고, 그 경우 파워는 원통형 타겟부(130)에 인가될 수 있다.
원통형 타겟부(130)의 내부에는 내부 마그넷 부재(150)가 배치될 수 있다. 내부 마그넷 부재(150)는 원통형 타겟부(130)와 나란하게 원통형 타겟부(130)의 길이 방향으로 길게 연장된 형태를 가질 수 있다. 내부 마그넷 부재(150)는 전술한 원통형 타겟부(130)가 회전하면서 증착 공정을 진행하는 동안 회전하지 않는다. 즉, 내부 마그넷 부재(150)는 원통형 타겟부(130) 및 백킹 플레이트(120)와 연결되어 있지 않다.
내부 마그넷 부재(150)는 플라즈마 방전을 제어할 수 있는 자기장을 발생시킨다. 예를 들어, 내부 마그넷 부재(150)는 제1 내부 마그넷 부재(152)와 제1 내부 마그넷 부재(152)의 양 측에 위치한 한 쌍의 제2 내부 마그넷 부재(154)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 내부 마그넷 부재(152)와 한 쌍의 제2 내부 마그넷 부재(154)는 극성이 서로 반대가 되도록 배치됨으로써, 내부 마그넷 부재(150)에 의해 발생하는 자기장은 원통형 타겟부(130)의 일부분에 집중되도록 할 수 있고, 이에 의해 플라즈마 방전 역시 원통형 타겟부(130)의 일부분에 집중되도록 제어될 수 있다.
백킹 플레이트(120)와 원통형 타겟부(130)는 구동축(122)에 의해 회전할 수 있다. 보다 구체적으로, 구동축(122)은 구동 벨트 등과 같은 구동부(124)와 연결되어 구동력을 전달받음으로써, 백킹 플레이트(120)와 원통형 타겟부(130)를 회전시킬 수 있다. 이때, 전술한 전원(미도시)은 구동축(122)에 연결되고, 구동축(122)을 통하여 백킹 플레이트(120)에 파워가 인가될 수 있다.
이와 같은, 구동축(122)은 백킹 플레이트(120)의 양단에 길게 연장된 형태로 형성되는데, 하우징(129)에 의하여 수용될 수 있다. 또한, 백킹 플레이트(120)와 구동축(122)은 백킹 튜브(125)에 의해 연결 및 고정될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 백킹 튜브(125)가 생략된 채 백킹 플레이트(120)와 구동축(122)이 일체로 형성될 수도 있다.
한편, 하우징(129)에는 냉각수 유입관(126)과 냉각수 배출관(127)이 형성되고, 냉각수 유입관(126)과 냉각수 배출관(127)은 원통형 타겟부(130)의 내부와 연결되어 냉각수를 순환시킬 수 있다. 따라서, 스퍼터링 공정 중 원통형 타겟부(130)에 발생된 열은 백킹 플레이트(120)를 통해 냉각수로 흡수되어, 원통형 타겟부(130)의 온도가 일정하게 유지될 수 있다. 이에 의해, 스퍼터링 공정의 효율이 향상될 수 있다.
쉴드부(140)는 원통형 타겟부(130)의 외측면 중 일부를 노출하도록 원통형 타겟부(130)를 에워싼다. 쉴드부(140)에 의해 에워싸인 원통형 타겟부(130)의 표면에는 증착 물질이 증착 되는 것이 방지되며, 이에 의해 아크의 발생을 최소화할 수 있다.
원통형 타겟부(130)는 기판(S)과 대향하는 영역이 노출되며, 이 노출된 영역이 스퍼터링 영역이 된다. 한편, 쉴드부(140)는 원통형의 타겟부(130)과 함께 회전하지 않고 고정된 상태이다. 따라서, 원통형 타겟부(130)의 스퍼터링 영역은 계속 새로운 영역으로 교체되고 이에 의해, 원통형 타겟부(130)의 사용 효율이 향상되고, 원통형 타겟부(130)의 사용 주기를 증가시킬 수 있다.
쉴드부(140)는 원통형 타겟부(130)와 쉴드부(140) 간의 거리가 이온 쉬스(Sheath)의 두께 보다 작도록 배치된다. 이온 쉬스(Sheath)는 전극 주위에 생기는 이온의 공간 전하층을 의미하는데, 이와 같이 원통형 타겟부(130)와 쉴드부(140) 간의 거리가 이온 쉬스(Sheath)의 두께 보다 작은 경우는, 쉴드부(140)와 원통형 타겟부(130) 사이에서 방전이 발생하지 않게 된다. 따라서, 스퍼터링 영역 외의 지점에서 발생하는 비정상 방전에 의해 야기되는 아크(Arc)를 방지할 수 있다.
이와 같은 쉴드부(140)는 전도성을 가지는 재질로 형성되어, 애노드 기능을 수행할 수 있다. 즉, 플라즈마를 발생시키기 위한 전압이 원통형 타겟부(130)와 쉴드부(140)에 인가됨에 따라, 기판(S)과 챔버(101)는 플로팅(Floating) 상태를 유지할 수 있다.
기판(S)과 챔버(101)가 플로팅 상태를 유지하면, 플라즈마 발생으로 인하여 발생한 음이온, 전자 등이 애노드 측으로 진행할 때, 기판(S)은 음이온, 전자 등의 운동경로에서 벗어나게 되므로, 음이온, 전자 등에 의한 기판(S)의 손상 및 아크(Arc)의 발생 등을 방지할 수 있다. 또한, 기판(S)이 플로팅 상태를 유지함에 따라, 기판(S)과 원통형 타겟부(130) 간의 거리를 감소시키더라도, 기판(S)의 손상을 방지할 수 있으며, 이에 의해 증착 속도가 증가하여, 증착 공정의 효율성이 향상될 수 있다.
본 실시예의 스퍼터링 장치(100)의 동작 및 효과에 대하여 간략하게 설명한다.
우선, 스퍼터링 장치(100)의 챔버(101)에 기판(S)을 배치하고, 기판(S)에 증착막을 형성하기 위한 재료를 제공할 수 있는 원통형 타겟부(130)를 기판(S)과 대향하도록 배치한다. 그리고 챔버(101)내로 주입된 기체 등을 통하여 플라즈마 상태를 형성한 후 여기된 입자들이 원통형 타겟부(130)와 충돌하여 원통형 타겟부(130)로부터 떨어져 나온 입자들이 기판(S)상에 도달하여 증착막을 형성한다.
한편, 증착 공정 중 원통형 타겟부(130)가 회전하면서 증착 공정이 진행되므로 원통형 타겟부(130)의 전체면을 균일하게 사용하면서 증착 공정을 수행할 수 있다. 이를 통하여 원통형 타겟부(130)의 사용 효율을 향상하여 원통형 타겟부(130)의 사용 주기를 증가하고, 스퍼터링 장치(100)를 통한 증착 공정을 효율적으로 진행한다.
또한, 원통형 타겟부(130)의 내부에 내부 마그넷 부재(150)를 구비하여 기판(S)에 대한 증착 효율을 향상시키며, 쉴드부(140)는 원통형 타겟부(130)의 표면에 증착 물질이 증착 되는 것이 방지함에 따라, 아크의 발생을 최소화할 수 있다. 이때, 원통형 타겟부(130)와 쉴드부(140) 간의 거리가 이온 쉬스(Sheath)의 두께 보다 작게 설정됨에 따라, 원통형 타겟부(130)의 주변의 방전을 제어할 수 있다.
또한, 쉴드부(140)를 애노드로 이용하여, 플라즈마 발생으로 인하여 발생한 음이온, 전자 등이 기판(S)으로 진행하는 것을 억제한다. 즉 기판(S)을 플로팅 상태로 유지한 채 증착 공정을 진행할 수 있다. 이를 통하여 기판(S)의 손상, 아크 (arc) 발생 등을 방지하고 증착 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 4는 도 1의 스퍼터링 장치의 변형예를 개략적으로 도시한 단면도이며, 도 5는 도 4의 스퍼터링 장치에서 외부 마그넷 부재의 유무에 따른 자기력선을 도시한 단면도이다.
도 4의 스퍼터링 장치(200)는 기판(S)이 배치되고 기판(S)에 대한 증착 공정이 이루어지는 증착 공간을 포함하는 챔버(201), 챔버(201) 내서 기판(S)과 대향하도록 배치되는 원통형 타겟부(230), 원통형 타겟부(230)를 에워싸는 쉴드부(240) 및 쉴드부(240)의 외측에서 원통형 타겟부(230)와 나란하게 배치된 외부 마그넷 부재(290)를 포함한다.
챔버(201), 원통형 타겟부(230), 및 쉴드부(240)는 도 1 내지 도 3에서 도시하고 설명한 챔버(101), 원통형 타겟부(130), 및 쉴드부(140)와 동일하므로 자세하게 설명하지 않는다.
기판(S)은 챔버(201) 내에서 지지부(105)상에 배치될 수 있다. 원통형 타겟부(230)는 기판(S)과 대향하도록 배치되며, 내부의 백킹 플레이트(120:backing plate)에 의해 지지될 수 있다. 원통형 타겟부(230)는 캐소드로 기능할 수 있다.
쉴드부(240)는 원통형 타겟부(230)의 일부를 노출하도록 원통형 타겟부(230)를 에워싸며, 애노드로 기능할 수 있다. 따라서, 기판(S)이 플로팅 상태를 유지할 수 있고, 이에 의해 증착 공정 중 음이온, 전자 등에 의한 기판(S)의 손상 및 아크(Arc)의 발생 등이 방지되며, 증착 공정의 효율성이 향상될 수 있다.
외부 마그넷 부재(290)는, 기판(S)과 대향하고 원통형 타겟부(230)와 이격되도록 원통형 타겟부(230)의 외부에 배치된다.
외부 마그넷 부재(290)는 제1 외부 마그넷 부재(291) 및 제2 외부 마그넷 부재(292)를 구비한다. 제1 외부 마그넷 부재(291) 및 제2 외부 마그넷 부재(292)는 각각 원통형 타겟부(230)를 중심으로 원통형 타겟부(230)의 양쪽에 배치된다. 구체적으로 제1 외부 마그넷 부재(291)는 원통형 타겟부(230)의 일 측면 영역을 대향하도록 배치되고, 제2 외부 마그넷 부재(292)는 원통형 타겟부(230)의 측면 영역 중 제1 외부 마그넷 부재(291)에 대응된 영역의 반대 영역과 대향하도록 배치된다.
또한, 제1 외부 마그넷 부재(291) 및 제2 외부 마그넷 부재(292)는 원통형 타겟부(230)의 길이 방향과 나란하게 길게 연장된 형태를 갖는다. 구체적으로 제1 외부 마그넷 부재(291) 및 제2 외부 마그넷 부재(292)는 내부 마그넷 부재(250)의 연장 방향과 나란하게 배치될 수 있다.
이와 같은 외부 마그넷 부재(290)는 원통형 타겟부(230)의 측면에 발생할 수 있는 불균일한 자기장을 억제하여 균일한 플라즈마를 형성할 수 있도록 한다.
도 5는 스퍼터링 장치(200)에서 원통형 타겟부(230)만을 도시한 도로써, 도 5의 (A)는 외부 마그넷 부재(290)가 없을 때의 자기력선의 분포를 도시하고 있고, 도 5의 (B)는 외부 마그넷 부재(290)를 포함할 때의 자기력선의 분포를 도시하고 있다.
도 5의 (A)에서 알 수 있는 바와 같이, 내부 마그넷 부재(250)에 의해 발생한 자기장은 원통형 타겟부(230)의 주변(P1)에 불균일한 자기장을 발생시킨다. 이러한 불균일한 자기장은 비정상적 플라즈마 방전을 일으켜 원통형 타겟부(230)의 불균일한 마모, 기판(S)의 증착막 두께 불균일 및 원통형 타겟(130)의 손상 등의 문제가 발생시킬 수 있다.
이와 같은 문제는 상술한 바와 같이, 쉴드부(240)에 의해 해결될 수 있다. 즉, 쉴드부(240)와 원통형 타겟부(230) 간의 간격이 이온 쉬스(Sheath)의 두께 보다 작게 설정됨으로써, 쉴드부(240)와 원통형 타겟부(230) 사이의 방전을 방지할 수 있다.
뿐만 아니라, 외부 마그넷 부재(290)를 쉴드부(240)의 양 측면에 배치하면, 도 5의 (B)에 도시하는 바와 같이, 원통형 타겟부(230)의 주변(P2)에서 불균일한 자기장의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 보다 균일한 플라즈마를 형성할 수 있고, 증착막 특성 향상 효과를 더욱 용이하게 구현할 수 있다.
한편, 원통형 타겟부(230) 주변의 자기장은 외부 마그넷 부재(290)를 이용하여 제어할 수 있다. 예를 들어, 외부 마그넷 부재(290)와 원통형 타겟부(230) 간의 거리 및 자력 등의 조정을 통해 원통형 타겟부(230) 주변의 자기장의 밀도를 용이하게 조정할 수 있다.
도 6 및 도 7은 도 1의 스퍼터링 장치의 다른 변형예들을 개략적으로 도시한 단면도들이다.
먼저, 도 6을 참조하면, 스퍼터링 장치(300A)는 기판(S)이 배치되고 기판(S)에 대한 증착 공정이 이루어지는 증착 공간을 포함하는 챔버(301), 챔버(301) 내에서 기판(S)과 대향하도록 배치되는 원통형 타겟부(330) 및 원통형 타겟부(330)를 에워싸는 쉴드부(340)를 포함할 수 있다.
기판(S)은 챔버(201) 내에서 지지부(105)상에 배치될 수 있고, 원통형 타겟부(230)는 기판(S)과 대향하도록 배치되며, 캐소드로 기능할 수 있다.
한편, 원통형 타겟부(230)는 서로 나란한 제1 타겟부(332)와 제2 타겟부(334)를 포함할 수 있다. 제1 타겟부(332)와 제2 타겟부(334)는 도 1 내지 도 3에서 도시하고 설명한 원통형 타겟부(130)와 동일한 구성을 가지는 바, 반복하여 설명하지 않는다. 제1 타겟부(332)와 제2 타겟부(334)를 동시에 사용하면 증착 효율을 향상시킬 수 있다.
쉴드부(340)는 제1 타겟부(332)의 외측면의 일부와 제2 타겟부(334)의 외측면의 일부를 노출하도록 제1 타겟부(332)와 제2 타겟부(334)를 에워싸도록 위치할 수 있다. 또한, 쉴드부(340)는, 제1 타겟부(332) 및 제2 타겟부(334) 와의 각각의 간격이 이온 쉬스(Sheath)의 두께 보다 작게 설정된다. 이에 의해, 제1 타겟부(332) 및 제2 타겟부(334)의 주변에서 불필요한 방전을 제어할 수 있다.
또한, 쉴드부(340)는 애노드 기능을 할 수 있다. 따라서, 플라즈마를 형성하기 위한 전압이 제1 타겟부(332), 제2 타겟부(334) 및 쉴드부(340)에 인가될 때, 기판(S)과 챔버(301)는 플로팅 상태를 유지하게 된다. 따라서, 스퍼터링 공정 중에 전자 및 음이온 등이 기판(S)으로 진행하는 것을 억제하여, 기판(S)의 손상 및 아크의 발생 등을 방지할 수 있다.
도 7의 스퍼터링 장치(300B)는, 도 6의 스퍼터링 장치(300A)와 동일한 구성을 가진다. 즉, 원통형 타겟부(230)가 서로 나란한 제1 타겟부(332)와 제2 타겟부(334)를 구비할 수 있다.
다만, 도 7의 스퍼터링 장치(300B)는 제1 타겟부(332)가 캐소드 기능을 하고, 제2 타겟부(334)가 애노드 기능을 하는 구성을 도시한다. 이에 의해 기판(S), 챔버(301) 및 쉴드부(340)는 플로팅 상태를 유지할 수 있게 된다.
쉴드부(340)는, 제1 타겟부(332) 및 제2 타겟부(334) 와의 각각의 간격이 이온 쉬스(Sheath)의 두께 보다 작게 설정된다. 이에 의해, 제1 타겟부(332) 및 제2 타겟부(334)의 주변에서 불필요한 방전을 제어할 수 있다.
또한, 도 7의 스퍼터링 장치(300B)는 쉴드부(240)의 외측에 배치된 외부 마그넷 부재(390)를 더 포함하는 것을 예시하고 있다.
외부 마그넷 부재(390)는 제1 타겟부(332)의 일측과, 제1 타겟부(332)의 일측과 반대측인 제2 타겟부(334)의 일측에 배치된 제1 외부 마그넷 부재(391)와 제2 외부 마그넷 부재(392)를 구비한다.
외부 마그넷 부재(390)는 원통형 타겟부(330)의 주변에서 불균일한 자기장이 발생되는 것을 억제할 수 있다. 한편, 제1 타겟부(332)와 제2 타겟부(334) 사이에는 제1 타겟부(332)와 제2 타겟부(334)가 각각 포함하는 내부 마그넷 부재(350)에 의해 원통형 타겟부(330) 주변의 불균일한 자기장의 발생이 억제되므로, 외부 마그넷 부재(390)는 제1 타겟부(332)와 제2 타겟부(334) 사이에는 배치되지 않을 수 있다.
한편, 상술한 외부 마그넷 부재(390)는 도 6의 스퍼터링 장치(300A)에도 포함될 수 있음은 물론이다. 또한, 도 6 및 도 7에서 도시한 바와 달리, 원통형 타겟부(330)는 세 개 이상의 타겟부를 포함할 수 있다.
도 8은 본 발명의 스퍼터링 장치를 이용하여 제조된 유기 발광 표시 장치를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 9는 도 8의 F의 확대도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면 유기 발광 표시 장치(10:organic light emitting display apparatus)는 기판(30)상에 형성된다. 기판(30)은 글래스재, 플라스틱재, 또는 금속재로 형성될 수 있다.
기판(30)상에는 기판(30)상부에 평탄면을 제공하고, 기판(30)방향으로 수분 및 이물이 침투하는 것을 방지하도록 절연물을 함유하는 버퍼층(31)이 형성되어 있다.
버퍼층(31)상에는 박막 트랜지스터(40(TFT: thin film transistor)), 캐패시터(50), 유기 발광 소자(60:organic light emitting device)가 형성된다. 박막 트랜지스터(40)는 크게 활성층(41), 게이트 전극(42), 소스/드레인 전극(43)을 포함한다. 유기 발광 소자(60)는 제1 전극(61), 제2 전극(62) 및 중간층(63)을 포함한다. 캐패시터(50)는 제1 캐패시터 전극(51) 및 제2 캐패시터 전극(52)을 구비한다.
구체적으로 버퍼층(31)의 윗면에는 소정 패턴으로 형성된 활성층(41)이 배치된다. 활성층(41)은 실리콘과 같은 무기 반도체 물질, 유기 반도체 물질 또는 산화물 반도체 물질을 함유할 수 있고, 선택적으로 p형 또는 n형의 도펀트를 주입하여 형성될 수도 있다.
활성층(41)상부에는 게이트 절연막(32)이 형성된다. 게이트 절연막(32)의 상부에는 활성층(41)과 대응되도록 게이트 전극(42)이 형성된다. 게이트 절연막(32)의 상부에는 제1 캐패시터 전극(51)이 형성될 수 있고, 게이트 전극(42)과 동일한 재질로 형성될 수 있다.
게이트 전극(42)을 덮도록 층간 절연막(33)이 형성되고, 층간 절연막(33) 상에 소스/드레인 전극(43)이 형성되는 데, 활성층(41)의 소정의 영역과 접촉되도록 형성된다. 절연막(33) 상에는 제2 캐패시터 전극(52)이 형성될 수 있고, 소스/드레인 전극(43)과 동일한 재질로 형성될 수 있다.
소스/드레인 전극(43)을 덮도록 패시베이션층(34)이 형성되고, 패시베이션층(34)상부에는 박막트랜지스터(40)의 평탄화를 위하여 별도의 절연막을 더 형성할 수도 있다.
패시베이션층(34)상에 제1 전극(61)을 형성한다. 제1 전극(61)은 소스/드레인 전극(43)중 어느 하나와 전기적으로 연결되도록 형성한다. 그리고, 제1 전극(61)을 덮도록 화소정의막(35)이 형성된다. 이 화소정의막(35)에 소정의 개구(64)를 형성한 후, 이 개구(64)로 한정된 영역 내에 유기 발광층을 구비하는 중간층(63)을 형성한다. 중간층(63)상에 제2 전극(62)을 형성한다.
제2 전극(62)상에 봉지층(70)을 형성한다. 봉지층(70)은 유기물 또는 무기물을 함유할 수 있고, 유기물과 무기물을 교대로 적층한 구조일 수 있다.
구체적인 예로서 봉지층(70)은 전술한 스퍼터링 장치(100, 200)를 이용하여 형성할 수 있다. 즉 제2 전극(62)이 형성된 기판(30)을 챔버(101, 201)내로 투입한 후, 스퍼터링 장치(100, 200)를 이용하여 원하는 층을 형성할 수 있다.
특히, 봉지층(70)은 무기층(71) 및 유기층(72)을 구비하고, 무기층(71)은 복수의 층(71a, 71b, 71c)을 구비하고, 유기층(72)은 복수의 층 (72a, 72b, 72c)을 구비한다. 이 때 스퍼터링 장치(100, 200)를 이용하여 무기층(71)의 복수의 층(71a, 71b, 71c)을 형성할 수 있다.
그러나 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉 전술한 스퍼터링 장치(100, 200)를 이용하여 유기 발광 표시 장치(10)의 게이트 전극(42), 소스/드레인 전극(43), 제1 전극(61), 제2 전극(62)등과 같은 전극을 형성할 수도 있다.
또한 전술한 스퍼터링 장치(100, 200)를 이용하여 버퍼층(31), 게이트 절연막(32), 층간 절연막(33), 패시베이션층(34) 및 화소 정의막(35) 등 기타 절연막을 형성하는 것도 물론 가능하다.
전술한 것과 같이 본 실시예의 스퍼터링 장치(100, 200)를 이용할 경우 유기 발광 표시 장치(10)에 형성되는 증착막 특성을 향상하여 결과적으로 유기 발광 표시 장치(10)의 전기적 특성 및 화질 특성을 향상할 수 있다.
상술한 실시예들은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
S: 기판
100, 200, 300A, 300B: 스퍼터링 장치
101, 201, 301: 챔버
105, 205, 305: 지지부
120, 220: 백킹 플레이트
130, 230, 330: 원통형 타겟부
140, 240, 340: 쉴드부
150, 250, 350: 내부 마그넷 부재
152: 제1 내부 마그넷 부재
154: 제2 내부 마그넷 부재
290, 390: 외부 마그넷 부재
291, 391: 제1 외부 마그넷 부재
292, 392: 제2 외부 마그넷 부재

Claims (22)

  1. 기판이 배치되고 상기 기판에 대한 증착 공정이 이루어지는 증착 공간을 포함하는 챔버;
    상기 챔버 내에 위치하고, 상기 기판과 대향하도록 배치되는 원통형 타겟부;
    상기 원통형 타겟부의 외측면 중 일부를 노출하도록 상기 원통형 타겟부를 에워싸는 쉴드부; 및
    상기 쉴드부의 외측에서 상기 원통형 타겟부와 나란하게 배치된 외부 마그넷 부재;를 포함하는 스퍼터링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원통형 타겟부가 캐소드 기능을 하고, 상기 쉴드부는 애노드 기능을 하는 스퍼터링 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기판 및 상기 챔버는 플로팅 상태인 스퍼터링 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 원통형 타겟부는 서로 나란한 제1 타겟부와 제2 타겟부를 포함하는 스퍼터링 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 타겟부와 상기 제2 타겟부가 캐소드 기능을 하고, 상기 쉴드부가 애노드 기능을 하며, 상기 기판은 플로팅 상태인 스퍼터링 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 타겟부가 캐소드 기능을 하고, 상기 제2 타겟부가 애노드 기능을 하는 스퍼터링 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기판 및 상기 쉴드부는 플로팅 상태인 스퍼터링 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 쉴드부는 상기 제1 타겟부의 외측면의 일부와 상기 제2 타겟부의 외측면의 일부를 노출하도록 상기 제1 타겟부와 상기 제2 타겟부를 에워싸는 스퍼터링 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 원통형 타겟부와 상기 쉴드부 간의 거리는 이온 쉬스(Sheath)의 두께 보다 작은 스퍼터링 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 외부 마그넷 부재는 상기 원통형 타겟부를 중심으로 양 측에 배치된 제1 외부 마그넷 부재 및 제2 외부 마그넷 부재를 구비하는 스퍼터링 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 원통형 타겟부 내에는 상기 외부 마그넷 부재와 평행한 내부 마그넷 부재가 배치된 스퍼터링 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 내부 마그넷 부재는 제1 내부 마그넷 부재와 상기 제1 내부 마그넷 부재의 양 측에 위치한 한 쌍의 제2 내부 마그넷 부재를 포함하는 스퍼터링 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 원통형 타겟부는 속이 빈 기둥형태로 형성되고, 상기 원통형 타겟부의 내부에는 상기 원통형 타겟부를 지지하는 백킹 플레이트가 배치되는 스퍼터링 장치.
  14. 기판이 배치되고 상기 기판에 대한 증착 공정이 이루어지는 증착 공간을 포함하는 챔버;
    상기 챔버 내에 위치하고, 상기 기판과 대향하도록 배치되는 원통형 타겟부;
    상기 원통형 타겟부의 외측면 중 일부를 노출하도록 상기 원통형 타겟부를 에워싸는 쉴드부; 및
    상기 쉴드부의 외측에서 상기 원통형 타겟부와 나란하게 배치된 외부 마그넷 부재;를 포함하고,
    상기 원통형 타겟부는 상기 기판과 대향하는 영역이 노출되며, 상기 원통형 타겟부와 상기 쉴드부 간의 거리는 이온 쉬스(Sheath)의 두께 보다 작은 스퍼터링 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 원통형 타겟부가 캐소드 기능을 하고, 상기 쉴드부는 애노드 기능을 하며, 상기 기판은 플로팅 상태인 스퍼터링 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 원통형 타겟부는 서로 나란한 제1 타겟부와 제2 타겟부를 포함하는 스퍼터링 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 쉴드부는 상기 제1 타겟부의 외측면의 일부와 상기 제2 타겟부의 외측면의 일부를 노출하도록 상기 제1 타겟부와 상기 제2 타겟부를 에워싸는 스퍼터링 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 외부 마그넷 부재는 상기 제1 타겟부의 일측과, 상기 제1 타겟부의 일측과 반대측인 상기 제2 타겟부의 일측에 배치된 제1 외부 마그넷 부재와 제2 외부 마그넷 부재를 구비하는 스퍼터링 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제1 타겟부와 상기 제2 타겟부가 캐소드 기능을 하고, 상기 쉴드부가 애노드 기능을 하며, 상기 기판은 플로팅 상태인 스퍼터링 장치.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 제1 타겟부가 캐소드 기능을 하고, 상기 제2 타겟부가 애노드 기능을 하며, 및 상기 쉴드부는 플로팅 상태인 스퍼터링 장치.
  21. 챔버 내에 기판을 투입하는 단계; 및
    상기 챔버 내에 상기 기판과 대향하도록 배치되고, 쉴드부에 의해 외측면 중 일부만 노출된 원통형 타겟을 이용하여 증착 물질을 상기 기판에 증착하는 단계;를 포함하고,
    상기 증착 물질을 상기 기판에 증착하는 단계는, 상기 원통형 타겟부와 상기 쉴드부 간의 거리가 이온 쉬스(Sheath)의 두께보다 작게 설정되어 상기 원통형 타겟부 주변의 방전을 제어하며, 상기 기판이 플로팅 상태를 유지한 상태에서 이루어지는 박막 형성 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 증착 물질을 상기 기판에 증착하는 단계는, 상기 쉴드부의 외측에서 상기 원통형 타겟부와 나란하게 배치된 외부 마그넷 부재를 이용하여, 상기 원통형 타겟부 주변의 자기장을 제어하는 단계를 포함하는 박막 형성 방법.
KR1020130087601A 2013-07-24 2013-07-24 스퍼터링 장치 및 이를 이용한 박막 형성 방법 KR102177209B1 (ko)

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