KR20150012590A - 대향타겟 스퍼터링 장치 - Google Patents

Abstract

플라즈마를 안정화시킬 수 있도록 개선된 대향타겟 스퍼터링 장치가 개시된다. 개시된 대향타겟 스퍼터링 장치는 서로 대면하도록 배치된 복수의 타켓과, 직선형 마그넷 및 원형 마그넷의 조합 구조로 타겟들 사이에 자기장을 형성해주는 자성부재를 구비한다. 이러한 구조의 대향타겟 스퍼터링 장치는 플라즈마로부터의 전자 이탈을 억제하고 안정된 플라즈마를 유지할 수 있게 해주므로, 이를 이용하면 이탈 전자에 의한 주변 손상의 위험을 줄이고 제품의 품질도 안정화시킬 수 있다.

Description

대향타겟 스퍼터링 장치{Facing target sputtering apparatus}

본 발명은 스퍼터링 장치에 관한 것으로서, 특히 복수의 타겟들이 서로 대면하게 배치되는 대향타겟 스퍼터링 장치에 관한 것이다.

예컨대, 유기발광표시장치에 적용되는 박막봉지 등은 스퍼터링과 같은 증착과정을 통해 제조된다. 즉, 준비된 증착 타켓을 스퍼터링하여 증착 대상체인 유기발광표시장치의 기판 위에 원하는 봉지 기능의 박막을 형성하는 것이다.

최근에는 이러한 스터터링 방식 중에서도 타겟들을 서로 마주하게 배치하고 방전시켜서 고밀도의 플라즈마를 형성하며 증착을 진행하는 대향타겟 스퍼터링 방식이 많이 사용되고 있다.

그런데, 이러한 대향타겟 스퍼터링을 진행할 때에는, 상기 플라즈마 안에 포함된 전자들 중 플라즈마 영역의 가장자리를 따라 맴도는 전자들이 생기게 되는데, 이들이 플라즈마 안에 구속되어 있지 않고 밖으로 이탈되어 나가기 시작하면 주변 기기들이나 증착 대상체인 기판이 이 전자들에 의해 손상을 입을 수 있다. 이것은 장치의 수명과 제품의 품질에 모두 악영향을 미칠 수 있는 직접적인 원인이 되므로, 이러한 문제를 효과적으로 억제시킬 수 있는 방안이 요구되고 있다.

본 발명의 실시예는 플라즈마로부터의 전자 이탈을 억제하여 주변 손상의 위험을 줄이고 플라즈마도 안정화시킬 수 있도록 개선된 대향타겟 스퍼터링 장치를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따른 대향타켓 스퍼터링 장치는, 서로 대면하도록 배치된 복수의 타켓과, 상기 타겟들 사이에 자기장을 형성해주는 자성부재;를 구비하며, 상기 자성부재는 직선형 마그넷과 원형 마그넷을 포함한다.

상기 자성부재는 다각형 틀의 모양을 이루며, 상기 직선형 마그넷은 상기 다각형 틀의 각 변에, 상기 원형 마그넷은 상기 다각형 틀의 각 변들 사이 꼭지점에 각각 배치될 수 있다.

상기 자성부재는 사각형 틀의 모양을 이루며, 상기 직선형 마그넷은 상기 사각형 틀의 네 변에, 상기 원형 마그넷은 상기 사각형 틀의 네 꼭지점에 각각 배치될 수 있다.

상기 직선형 마그넷과 상기 원형 마그넷은 간격을 두고 서로 이격될 수 있다.

상기 자성부재는 상기 서로 대면하는 복수 타겟의 후방에 각각 하나씩 배치될 수 있다.

상기 직선형 마그넷과 상기 원형 마그넷은 상기 타겟의 외곽을 둘러싸는 형상으로 배치될 수 있다.

상기 타겟들 사이에는 플라즈마가 형성되면, 그 플라즈마에 포함된 전자들 중 일부가 상기 자기장의 외곽을 따라 순환할 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 대향타겟 스퍼터링 장치는 플라즈마로부터의 전자 이탈을 억제하고 안정된 플라즈마를 유지할 수 있게 해주므로, 이를 이용하면 이탈 전자에 의한 주변 손상의 위험을 줄이고 제품의 품질도 안정화시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 장치가 채용된 증착 챔버의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 스퍼터링 장치의 세부 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 스퍼터링 장치 중 자성부재를 발췌하여 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 자성부재의 평면도이다.
도 5a 및 도 5b는 기존의 스퍼터링 장치와 본 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 전자 구속 능력을 비교하여 설명하기 위한 도면이다.

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

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치(100)가 채용된 증착 챔버(200)의 내부 구성을 개략적으로 도시한 것이다.

도시된 바와 같이 증착 챔버(200) 내에는 마스크(20)와 누름판(30) 사이에 개재된 기판(10)이 셔틀(40)에 안착되어 왕복이동할 수 있도록 준비되어 있고, 이 기판(10)에 원하는 박막을 형성하기 위한 스퍼터링 장치(100)가 그 하방에 설치되어 있다. 따라서, 스퍼터링이 개시되면 상기 스퍼터링 장치(100)에 구비된 타겟(110)으로부터 미립자들이 분출되어 상기 마스크(20) 너머의 기판(10)에 달라붙으며 박막을 형성하게 된다. 즉, 증착 챔버(200) 내에는 플라즈마를 형성하기 위한 스퍼터 가스로서 아르곤 가스가 공급되는데, 이 상태에서 상기 타겟(110)에 전압을 인가하여 방전을 일으키면 상기 아르곤 가스로부터 아르곤 이온이 발생하게 되고, 이 아르곤 이온은 상기 타겟(110)에 충돌하여 그 타겟(110)의 미립자를 비산시키게 되며, 그 비산된 미립자가 기판(10)에 증착되면서 박막이 형성되는 것이다.

이하에는 이러한 타겟(110)의 미립자를 비산시키기 위한 본 실시예의 스퍼터링 장치(100)의 구조에 대해 자세히 설명하기로 한다.

도 2를 참조하면, 상기 스퍼터링 장치(100)는 홀더(150)에 서로 대면하도록 설치된 한 쌍의 타겟(110)과, 각 타겟(110)의 후방에 배치된 자성부재(120)들을 구비하고 있다. 상기 타겟(110)은 기판(10) 상에 박막을 형성하기 위한 증착 소스가 되는 것이고, 상기 자성부재(120)는 타겟(110)들 사이에 형성되는 플라즈마가 기판(10) 등 주변 요소들에 직접 영향을 미치지 않도록 자기장 안에 구속시켜주는 역할을 한다.

참조부호 140은 방전을 개시하기 위해 타겟(110)과 미소 간격을 두고 배치되는 실드부를 나타내며, 참조부호 160은 스퍼터링 시 상기 타겟(110)에 음의 전압을 인가하고 상기 실드부(140)에 양의 전압(접지 전압)을 인가하는 전원부를 나타낸다. 도면에는 전원부(160)로 직류(direct current; DC) 전원이 사용되는 것으로 도시되었으나, 고주파(radio frequency; RF) 전원 또는 DC 펄스 전원 등이 사용될 수도 있다. 참조부호 130은 요오크 플레이트를 나타낸다.

그리고, 상기 자성부재(120)는 상기 타겟(110)의 외곽을 둘러싸는 형태로 설치되어 있는데, 그 세부적인 구조는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같다.

즉, 도시된 바와 같이 상기 자성부재(120)는 타겟(110)의 외곽을 둘러싸는 사각형 틀의 모양으로 이루어지며, 4개의 직선형 마그넷(121)이 그 사각형 틀의 네 변에 배치되고, 네 꼭지점의 위치에는 4개의 원형 마그넷(122)이 배치된 구조로 이루어져 있다. 물론, 반드시 4각형이어야 하는 것은 아니고, 타겟(110)의 형상에 대응하여 다양한 다각형 모양이 될 수도 있는데, 그때에도 각 변에는 이 직선형 마그넷(121)을 설치하고, 각 변이 연결되는 꼭지점에는 이 원형 마그넷(122)을 약간의 간격을 두고 직선형 마그넷(121)과 이격되게 설치하면 된다. 이렇게 각 변이 연결되는 지점마다 원형 마그넷(122)을 설치하는 이유는 플라즈마 외곽을 따라 회전하는 전자들이 외부로 튀어나가는 것을 막는데 유리하기 때문이다.

즉, 도 3에 개략적으로 도시한 바와 같이, 스퍼터링이 개시되면 서로 대면하는 두 타겟(110) 사이에 플라즈마가 형성되는데, 이때 플라즈마는 자성부재(120)의 자기장(M) 안에 구속된다. 그리고, 이 플라즈마 안에는 아르곤 가스 이온이나 전자 등이 다양한 미립자가 혼재하는데, 이중 일부 전자(e)는 자기장에 구속된 플라즈마의 외곽을 따라 순환한다. 그러니까, 자기장(M) 안의 전하에 플레밍 법칙에 따른 힘이 작용하면서 일부 전자(e)가 상기 자성부재(120)의 사각형 틀을 따라서 순환하는 것이다.

그런데, 이렇게 순환하는 전자(e)가 계속해서 플라즈마 영역 안에 구속되어 있으면 문제가 없지만, 전술한 바와 같이 만일 플라즈마 영역 밖으로 튀어나가게 되면 기판(10)이나 주변 기기들을 손상시킬 수 있기 때문에 장치의 수명과 제품이 될 기판(10)에 악영향을 미칠 수 있다. 그러나, 본 실시예와 같은 구조의 자성부재(120)를 사용하면, 이러한 전자의 이탈 현상을 충분히 억제시킬 수 있다. 도 5a 및 도 5b에 그 개략적인 원리를 도시했는데, 도 5a와 같은 종래의 자성부재 구조에서는 순환하는 전자(e)의 운동에너지가 커질 경우, 특히 운동방향이 급격히 바뀌는 코너부에서 자기장(M)으로 구속된 플라즈마 영역을 벗어나 밖으로 튀어나가기가 쉽다. 하지만, 도 5b와 같은 본 실시예의 자성부재(120)를 사용하면, 운동방향이 급격히 바뀌는 코너부에 배치된 원형 마그넷(122)이 마치 모서리에 라운딩이 형성된 것처럼 다음 직선 마그넷(121) 쪽으로의 이동을 부드럽게 유도하기 때문에, 전자(e)가 이탈할 확률이 한결 낮아진다. 즉, 자기장(M)이 직선 마그넷(121)들 사이에 배치된 원형 마그넷(122)에 의해 각 코너부마다 라운딩 처리된 것처럼 완만하게 형성되기 때문에, 자기장(M) 외곽을 따라 순환하는 전자(e)도 완만한 곡률을 따라 코너부를 돌게 되고, 따라서 자기장(M)으로 구속된 플라즈마 영역을 전자(e)가 벗어날 확률은 대폭 낮아지게 된다.

이렇게 되면, 스퍼터링 중 플라즈마가 매우 안정적으로 유지되기 때문에, 작업이 전체적으로 매우 안전하게 진행될 수 있다. 이탈하는 전자가 많아지면, 플라즈마 자체도 균일하게 형성되지 못하고 이탈 전자가 많은 쪽으로 치우쳐져서 형성되므로 박막도 불균일하게 형성되는 경향이 있는데, 이렇게 플라즈마가 안정화되면 기판(10)에 증착되는 박막도 균일하게 형성될 수 있다.

참고로, 상기 자성부재(120)의 직선형 마그넷(121)과 원형 마그넷(122)은 예컨대 페라이트계, 네오듐계, 사마륨(samarium) 코발트계 자석 등으로 이루어질 수 있다.

이와 같은 본 실시예의 스퍼터링 장치(100)를 이용한 증착 과정은 다음과 같이 진행될 수 있다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이 증착 챔버(200) 안에 타겟(110)이 장착된 상기 스퍼터링 장치(100)를 준비하고, 기판(20)도 마스크(20)와 누름판(30) 사이에 개재하여 셔틀(40) 위에 설치한다.

이렇게 기판(10)과 타겟(110)이 준비되면, 증착 챔버(200) 안에 아르곤 가스를 공급하고 셔틀(40)을 왕복 이동시키며 스퍼터링을 개시한다. 그리고, 스퍼터링 개시에 따라 타겟(110)에 음 전원을 인가하고 상기 실드부(140)에 양 전압을 인가하여 방전시키면, 방전에 의해 생성된 전자가 아르곤 가스와 충돌하여 Ar+ 이온이 생성되며, 곧 이 Ar+ 이온을 포함한 플라즈마가 두 타겟(110) 사이에 형성된다.

이때 생성된 플라즈마는 상기 자성부재(120)의 자기장(M)에 의해 서로 대면하고 있는 두 타겟(110) 사이의 공간 내에 구속된 상태로 유지된다. 이 플라즈마에는 전자, 음이온, 양이온 등 다양한 미립자들이 포함되어 있으며, 이 미립자들이 서로 대면하고 있는 타겟(110)들 사이를 왕복 이동을 하면서 고밀도 플라즈마를 유지시킨다.

이 상태에서 플라즈마 내의 Ar+ 이온이 음 전압이 인가된 타겟(110)에 충돌하면서 타겟 입자를 비산시키게 되며, 타겟(110)으로부터 비산된 타겟 입자가 마스크(20) 너머의 기판(10) 위에 증착되면서 박막을 형성하게 된다.

한편, 이와 같은 스터터링이 진행되는 동안, 상기 플라즈마 영역의 외곽을 따라 순환하는 일부 전자(e)들은 전술한 바와 같이 직선형 마그넷(121)과 원형 마그넷(122)으로 이루어진 자성부재(120)를 따라 부드럽게 순환하게 되며, 따라서 전자(e) 이탈에 의한 기판(10)이나 주변기기 손상의 위험이 해소될 수 있다.

그러므로, 이상에서 설명한 바와 같은 스퍼터링 장치로 증착을 수행하면, 플라즈마로부터의 전자 이탈을 억제하고 안정된 플라즈마를 유지할 수 있으므로, 이탈 전자에 의한 주변 손상의 위험이 줄어들고 제품의 품질이 안정화되는 효과를 기대할 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 상기 증착 챔버(200) 내에 스퍼터링 장치(100)가 하나 구비된 경우를 예시하였는데, 필요에 따라 복수 개를 설치될 수도 있음은 물론이다.

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:마스크
100:스퍼터링 장치 110:타겟
120:자성부재 121:직선형 마그넷
122:원형 마그넷 200:증착 챔버

Claims (7)

1. 서로 대면하도록 배치된 복수의 타켓과, 상기 타겟들 사이에 자기장을 형성해주는 자성부재;를 구비하며,
   상기 자성부재는 직선형 마그넷과 원형 마그넷을 포함하는 대향타겟 스퍼터링 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 자성부재는 다각형 틀의 모양을 이루며,
   상기 직선형 마그넷은 상기 다각형 틀의 각 변에, 상기 원형 마그넷은 상기 다각형 틀의 각 변들 사이 꼭지점에 각각 배치된 대향타겟 스퍼터링 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 자성부재는 사각형 틀의 모양을 이루며,
   상기 직선형 마그넷은 상기 사각형 틀의 네 변에, 상기 원형 마그넷은 상기 사각형 틀의 네 꼭지점에 각각 배치된 대향타겟 스퍼터링 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 직선형 마그넷과 상기 원형 마그넷은 간격을 두고 서로 이격된 대향타겟 스퍼터링 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 자성부재는 상기 서로 대면하는 복수 타겟의 후방에 각각 하나씩 배치된 대향타겟 스퍼터링 장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 직선형 마그넷과 상기 원형 마그넷은 상기 타겟의 외곽을 둘러싸는 형상으로 배치된 대향타겟 스퍼터링 장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 타겟들 사이에는 플라즈마가 형성되면, 그 플라즈마에 포함된 전자들 중 일부가 상기 자기장의 외곽을 따라 순환하는 대향타겟 스퍼터링 장치.

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