KR20150071370A

KR20150071370A - 스퍼터링 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20150071370A
Application number: KR1020130158325A
Authority: KR
Inventors: 최승호; 이정호
Original assignee: 삼성디스플레이 주식회사
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2015-06-26
Also published as: KR102171588B1

Abstract

균일한 증착 효과를 제공할 수 있는 스퍼터링 장치가 제공된다. 스퍼터링 장치는 챔버, 상기 챔버 내부 공간에 서로 대향되어 배치되고 제1 타겟 및 제2 타겟, 상기 제1 타겟 및 상기 제2 타겟을 사이에 두고 서로 대향되어 배치되는 제1 자석 유닛 및 제2 자석 유닛, 및 상기 제1 타겟 및 제2 타겟 각각에 전류를 인가하는 전원을 포함하되, 상기 제1 자석 유닛 및 제2 자석 유닛은 제1 주기로 회전하고, 상기 전원의 전류는 제2 주기로 진동하며, 상기 제1 주기와 상기 제2 주기는 서로 배수관계이다.

Description

스퍼터링 장치 및 방법{SPUTTERING DEVICE AND METHOD FOR SPUTTERING}

본 발명은 스퍼터링 장치 및 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 대향 타겟식 스퍼터링 장치 및 방법에 관한 것이다.

공정 기술 중 하나인 스퍼터링은 기판 재료의 종류에 관계없이 어떤 재질의 막으로도 유독한 가스를 사용하지 않고 안전하게 비교적 간단한 장치로 박막을 형성할 수 있다는 점에서 널리 이용되고 있다. 스퍼터링은 진공 중에서 불활성 기체의 글로 방전(Glow discharge)을 형성하여 양이온들이 음극 바이어스된 타겟에 충돌하도록 함으로써 운동에너지 전달에 의해 타겟의 원자가 방출되도록 하는 방법이다. 즉, 타겟 배면에 자석을 부착하여 전기장에 수직한 자기장을 형성함으로써 전자들의 운동을 타겟 주위로 구속하고 이동경로를 연장시켜 스퍼터링 효율을 높일 수 있다. 다만, 이 경우 기판과 타겟이 정면으로 마주하기 때문에 고에너지의 2차 전자가 기판으로 입사되는 문제가 있었다.

이러한 종래 스퍼터링 장치의 문제를 해결하기 위해 대향 타겟식 스퍼티링 시스템이 제안되었다. 대향 타겟식 스퍼터링 시스템은 두 개의 타겟이 대향하도록 배치되고, 각각의 타겟 이면에 마그네트론(자석)이 서로 반대 자극을 갖도록 배치된다. 스퍼터링 가스의 타겟 충격에 의해 타겟 표면으로부터 방출되는 고에너지의 2차 전자는 대향하는 타겟 사이에 가둬져 고밀도 플라즈마를 발생할 수 있으며, 기판은 대향하는 타겟 옆의 플라즈마 밖에 위치하기 때문에 2차 전자의 기판으로의 입사를 완전히 억제할 수 있다.

다만, 이러한 대향 타겟식 스퍼터링 장치의 경우 타겟 주변의 자기장 및 전기장에 의해 전자는 타겟 표면을 따라 특정 방향으로 계속적으로 이동할 수 힘을 받게 된다. 상기 전자의 흐름(Race Track)으로 인하여 타겟에 형성되는 플라즈마의 불균일이 발생하게 되며 이는 증착되는 박막의 불균일을 초래할 수 있다.

이에 본 발명이 해결하려는 과제는 타겟 플라즈마의 균일한 형성, 증착되는 박막의 균일한 두께 및 조성비를 제공할 수 있는 스퍼터링 장치를 제공하는 것이다.

이에 본 발명이 해결하려는 과제는 타겟 플라즈마의 균일한 형성, 증착되는 박막의 균일한 두께 및 조성비를 제공할 수 있는 스퍼터링 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치는 챔버, 상기 챔버 내부 공간에 서로 대향되어 배치되는 제1 타겟 및 제2 타겟, 상기 제1 타겟 및 상기 제2 타겟을 사이에 두고 서로 대향되어 배치되는 제1 자석 유닛 및 제2 자석 유닛 및 상기 제1 타겟 및 제2 타겟 각각에 전류를 인가하는 전원을 포함하되, 상기 제1 자석 유닛 및 제2 자석 유닛은 제1 주기로 회전하고, 상기 전원의 전류는 제2 주기로 진동하며, 상기 제1 주기와 제2 주기는 서로 배수관계이다.

여기서 상기 제1 주기에 대한 제2 주기의 비는 2일 수 있다.

또한, 상기 전원은 교류 또는 직류 펄스를 인가할 수 있다.

상기 제1 자석 유닛은 상기 제1 타겟의 일단에 대응되는 제1 서브 자석 및 상기 제1 타겟의 타단에 대응되는 제2 서브 자석을 포함하고, 상기 제2 자석 유닛은 상기 제2 타겟의 일단에 대응되는 제3 서브 자석 및 상기 제2 타겟의 타단에 대응되는 제4 서브 자석을 포함할 수 있다.

나아가, 상기 제1 자석 유닛은 상기 제1 서브 자석 및 상기 제2 서브 자석 사이에 배치되는 제5 서브 자석을 더 포함하고, 상기 제2 자석 유닛은 상기 제3 서브 자석 및 상기 제4 서브 자석 사이에 배치되는 제6 서브 자석을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 자석 유닛 및 제2 자석 유닛은 자기장을 형성하는 자석 및 상기 자석을 시계방향 또는 반시계 방향으로 회전시키는 회전 부재를 포함할 수 있다.

상기 제1 타겟 및 제2 타겟은 캐소드 전극이며, 상기 챔버는 애노드 전극일 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 스퍼터링 방법은 대향 타겟 및 상기 대향 타겟을 사이에 두고 대향되어 배치되는 자석 유닛을 포함하는 챔버 내부 공간에 상기 대향 타겟과 수직하도록 기판을 배치하는 단계 및 상기 기판에 박막을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 자석 유닛은 제1 주기로 회전하고, 상기 타겟은 제2 주기로 진동하는 전류를 인가 받으며, 상기 제1 주기와 상기 제2 주기는 서로 배수관계이다.

여기서, 상기 제1 주기에 대한 제2 주기의 비는 2일 수 있다.

또한, 상기 자석 유닛은 제1 자석 유닛 및 제2 자석 유닛을 포함하고, 상기 제1 자석 유닛은 제1 자석과 상기 제1 자석을 시계 방향으로 회전시키는 제1 회전 부재를 포함하고, 상기 제2 자석 유닛은 제2 자석과 상기 제2 자석을 반시계 방향으로 회전시키는 제2 회전 부재를 포함할 수 있다.

상기 전원은 교류 또는 직류 펄스를 인가할 수 있고, 상기 제1 타겟 및 제2 타겟은 캐소드이며, 상기 챔버는 애노드 전극일 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.

보다 균일한 두께 및 조성비를 갖는 박막을 형성할 수 있다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 단면도이다.
도 2는 대향 타겟사이에 형성되는 자기장을 나타낸 단면도이다.
도 3은 자석 유닛이 회전하기 전 전자의 트랙을 나타낸 단면도이다.
도 4는 자석 유닛이 180도 회전한 이후 전자의 트랙을 나타낸 단면도이다.
도 5는 자석 유닛의 회전 방향에 따른 각도의 위상 변화를 나타낸 도이다.
도 6 및 7은 전류 파형의 위상과 자석 유닛의 회전 위상과의 관계를 나타낸 도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 증착 방법의 공정 흐름도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층"위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 스퍼터링 장치(10)는 챔버(110), 타겟(120), 자석 유닛 (130), 전원(140)을 포함한다.

챔버(110)은 스퍼터링 장치(10)의 구성들이 배치될 수 있는 공간을 제공하는 것으로 이의 형상 및 재질은 특정한 것으로 한정되는 것은 아니며, 제공되는 공정에 따라 챔버(110)의 형상, 크기 및 재료는 변경될 수 있다.

챔버(110)는 챔버(110)의 일면 또는 타면으로부터 돌출되어 형성된 기판 지지대(111) 및 타겟 지지대(112)를 포함할 수 있다.

기판 지지대(111)는 외부에서 이송된 기판(S)이 고정되는 공간일 수 있다. 즉, 기판 지지대(111)는 기판(S)을 지지하여 공정 중 기판(S)의 변형, 뒤틀림 등을 방지할 수 있으며, 균일한 박막이 기판(S)에 형성되도록 보조할 수 있다. 기판(S)은 제1 방향과 나란한 방향으로 챔버(110)내에 배치될 수 있으므로, 기판 지지대(111) 또한 기판(S)과 나란한 방향인 제1 방향(D1)으로 연장되어 챔버(110)의 일면에 형성될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 몇몇 실시예에서 기판 지지대(111)는 제2 방향(D2)으로 연장되어 기판(S)의 일단 및 타단을 각각 지지 및 고정할 수 있다. 또한, 도 1은 기판 지지대(111)가 챔버(110)의 상부에 배치되는 것을 도시하였지만, 기판 지지대(111)가 배치되는 위치는 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 실시예에서 기판 지지대(111)는 챔버(110)의 하부에 배치될 수 있으며, 또 다른 실시예에서 기판 지지대(111)는 챔버(110)의 상부 및 하부 모두 배치될 수 있다.

타겟 지지대(112)는 타겟(120)을 지지하여 공정 중 타겟(120)의 변형, 뒤틀림 등을 방지할 수 있으며 안정적으로 공정이 진행되는 것을 보조할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 타겟(120)의 일단 및 타단을 각각 지지 및 고정할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 타겟 지지대(112)는 제1 타겟(120a) 및 제2 타겟(120b)이 반응 공간의 사이에 두고 대향되도록 이들을 각각 지지할 수 있다. 나아가, 타겟 지지대(112)는 후술할 자석 유닛(130)이 회전할 수 있는 공간을 제공할 수 있다.

챔버(110)는 진공 펌프(AP) 및 가스 공급기(AI)와 각각 연결될 수 있다. 진공 펌프(AP)는 챔버(110) 내부와 기체 유출관(L1)을 통해서 연결될 수 있으며, 챔버(110) 내부 기체를 외부로 배기시켜, 챔버(100) 내부를 진공 상태로 형성할 수 있으며, 플라즈마가 형성될 수 있는 환경이 조성될 수 있다. 가스 공급기(AI)는 가스 공급관(L2)을 통해서 챔버(110) 내부와 연결될 수 있으며 불활성 가스로 이루어진 제1 공정 가스 또는 불활성 가스와 반응성 가스의 혼합으로 이루어진 제2 공정 가스를 생성하여 챔버(110) 내부로 공급할 수 있다. 상기 반응성 가스는 산소(O2)일 수 있으며, 불활성 가스는 아르곤(Ar) 가스 또는 질소(N2) 가스일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 불활성 가스는 플라즈마를 방전하는 데 사용되는 가스일 수 있으며, 상기 반응성 가스는 전기 전도도를 제어하는 데 사용되는 가스일 수 있다. 가스 공급기(AI)는 제어 수단에 의해 상기 제1 공정 가스 또는 제2 공정 가스를 선택적으로 챔버(100) 내부에 주입할 수 있다. 상기 제2 공정 가스의 불활성 가스와 반응성 가스의 혼합비는 공정 과정 등에 의해 달라질 수 있다.

타겟(120)은 챔버(110) 내부 공간에서 타겟 지지대(112)에 고정될 수 있으며, 제2 방향과 나란하게 배치될 수 있다. 타겟(120)은 제1 타겟(120a) 및 제2 타겟(120b)를 포함할 수 있으며, 제1 타겟(120a) 및 제2 타겟(120b)은 서로 대향되어 배치될 수 있다. 타겟(120)은 전원이 공급되는 타겟 홀더(122) 및 타겟 홀더(122) 상에 배치된 타겟 성막(121)을 포함할 수 있다. 타겟 홀더(122)는 전원(140)으로부터 방전 전류를 공급받을 수 있다. 이에 따라 타겟 홀더(122)는 상기 공정 가스의 글로우 방전(Glow discharge)을 유도할 수 있다. 상기 글로우 방전에 의해 발생하는 플라즈마는 타겟 성막(121)를 증기상으로 방출시킬 수 있으며, 방출된 타겟 성막(121)의 입자는 확산되어 기판(S)에 증착될 수 있다.

자석 유닛(130)은 타겟(120)을 사이에 자기장(M)을 형성할 수 있으며, 타겟(120)을 사이에 두고 챔버(100) 내부 공간에 서로 대향되도록 배치될 수 있다. 즉, 자석 유닛(130)은 제1 자석 유닛(130a, 130b)과 제2 자석 유닛(130c, 130d)을 포함할 수 있으며, 제1 자석 유닛(130a, 130b)및 제2 자석 유닛(130c, 130d)은 제1 타겟(120a) 및 제2 타겟(120b)를 사이에 두고 서로 대향되어 배치될 수 있다.

제1 자석 유닛(130a, 130b)은 제1 타겟(120a)의 일단에 대응되는 제1 서브 자석(130a) 및 제1 타겟(120a)의 타단에 대응되는 제2 서브 자석(130b)을 포함할 수 있다. 제2 자석 유닛(130c, 130d)는 제2 타겟(120b)의 일단에 대응되는 제3 서브 자석(130c) 및 제2 타겟(120b)의 타단에 대응되는 제4 서브 자석(130d)를 포함할 수 있다.

제1 및 제2 서브 자석(130a, 130b)은 자기장(M)을 형성하는 제1 자석(131a, 131b)과 제1 자석(131a, 131b)을 회전시키는 제1 회전 부재(132a, 132b)를 포함할 수 있다. 제3 및 제4 서브 자석(130c, 130d)은 자기장(M)을 형성하는 제2 자석(131c, 131d)과 제2 자석(131c, 131d)을 회전시키는 제2 회전 부재(132c, 132d)를 포함할 수 있다.

제1 자석(131a, 131b)과 제2 자석(131c, 131d)은 각각 말단에 서로 다른 극성(N, S)을 가질 수 있다. 대향되는 제1 자석(131a, b)와 제2 자석(131c, d)의 극성은 서로 상이할 수 있다. 예를 들어 서로 마주 보는 제1 자석 유닛(130a, b)과 제2 자석 유닛(130c, d)의 말단의 극성은 각각 N극, S극일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 서로 반대일 수 있다.

제1 회전 부재(132a, 132b) 및 제2 회전 부재(132c, 132d)는 제1 자석(131a, 131b) 및 제2 자석(131c, 131d)를 고정시킬 수 있다. 또한, 제1 회전 부재(132a, 132b) 및 제2 회전 부재(132c, 132d)는 제1 자석(131a, 131b) 및 제2 자석(131c, 131d)를 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시킬 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 회전 부재(132a, 132b)는 제1 자석(131a, 131b)를 시계 방향으로 회전시킬 수 있으며, 제2 회전 부재(132c, 132d)는 제2 자석(131c, 131d)를 반 시계 방향으로 회전시킬 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 상기 회전 방향은 서로 반대일 수 있다.

전원(140)은 타겟(120)의 타겟 홀더(122)에 방전 전류를 공급할 수 있다. 여기서 타겟(120)은 캐소드(cathode) 전극일 수 있으며, 챔버(100)의 일부분은 애노드(anode) 전극일 수 있으며 이의 일단은 접지와 연결될 수 있다. 전원(140)은 주기성을 가진 전류의 파형을 공급할 수 있으며, 플라즈마 퍼짐 현상을 방지할 수 있는 전류를 공급할 수 있다. 예시적인 실시예에서 전원(140)은 20~80KHz의 저주파수 교류(AC) 또는 직류 펄스(DC-Pulse)를 인가할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 전원(140)이 전원 라인(EL)을 통해 제1 타겟(120a) 및 제2 타겟(120b) 모두 전류를 공급하는 것을 개시하지만, 이에 제한되는 것은 아니며, 몇몇 실시예에서 전원(140)은 복수개가 구비되어 각각의 타겟(120)에 각각 전류를 공급할 수 있다.

이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 실시예의 스퍼터링 장치(10)의 효과에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.

도 2는 대향 타겟사이에 형성되는 자기장을 나타낸 단면도이고, 도 3은 자석 유닛이 회전하기 전 전자의 트랙을 나타낸 단면도이고, 도 4는 자석 유닛이 180도 회전 한 이후 전자의 트랙을 나타낸 단면도이다.

도 2를 참조하면, 대향하는 제1 전극 유닛(131a, 131b)의 극성 및 제2 전극 유닛(131c, 131d)의 극성은 각각 N극 및 S극일 수 있다. 따라서 양 전극 간의 자기장(M)은 제1 전극 유닛(131a, 131b)에서 제2 전극 유닛(131c, 131d)으로 연장될 수 있다. 자기장(M)은 실질적으로 타겟(120)의 수직 방향으로 형성될 수 있다.

타겟(120)은 전원(140)으로부터 전류를 인가 받을 수 있으며, 타겟(120)은 상기 공정 가스의 글로우 방전(Glow discharge)를 유도하여 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 이때 자기장(M)은 플라즈마의 운동을 구속할 수 있다. 즉, 전기를 띤 전자 및 이온은 자기장(M)을 중심으로 회전 운동을 하게 되고 전자와 중성입자간의 충돌확률이 증가할 수 있다. 이에 따라 상기 반응 공간내의 플라즈마 밀도는 보다 높아질 수 있다. 글로우 방전(Glow discharge)에 의해 발생한 플라즈마는 제1 타겟(120a)과 제2 타겟(120b) 사이에 보다 집중될 수 있다. 플라즈마의 양이온은 제1 타겟 성막(121a) 및 제2 타겟 성막(121b)을 스퍼터링할 수 있으며, 이에 의해 성막 입자(P)는 증기 상으로 방출될 수 있다. 이때, 전자 등의 높은 에너지를 갖는 입자는 제1 타겟(120a)과 제2 타겟(120b) 사이의 공간에 구속되어 기판(S)에 영향을 줄 수 없지만, 비교적 낮은 에너지를 갖는 성막 입자(P)는 챔버(110)의 상부 또는 하부로 확산되어 기판(S)에 증착될 수 있다.

상기와 같은 증착 공정 중에 도 3에 도시된 바와 같이 스퍼퍼링 장치(10)의 제1 타겟(120a) 및 제2 타겟(120b)은 이의 표면을 따라 전자의 레이스 트랙(Race Track)이 발생할 수 있다. 즉, 타겟(120) 사이에 형성되는 전자장과 자기장에 의해 전자는 제1 타겟(120a) 및 제2 타겟(120b)의 표면을 따라 이동할 수 있다. 전자의 레이스 트랙(RT)에서 제1 타겟(120a)의 양 말단부로 진행하는 전자(E1, E2)는 상기 진행방향으로 계속 진행하려는 경향이 있으며, 이에 따라 상기 영역에 전자가 보다 집중될 수 있다. 상기와 같은 전자의 레이스 트랙(RT)이 유지된다면 제1 타겟(120a) 및 제2 타겟(120b) 사이의 플라즈마의 분포는 분균일해 질 수 있으며, 기판(S)에 증착되는 박막의 두께 및 조성도 불균일해질 수 있다. 다만, 본 실시예에 따른 스퍼터링 장치(10)의 자석 유닛(130)는 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전을 할 수 있으며, 이에 따라 자기장의 방향이 변경될 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 제1 자석(131a, 131b)은 시계 방향(D1)으로 제2 자석(131c, 131d)는 반시계 방향(D2)로 회전할 수 있으며, 이에 따라 자기장의 방향이 변경될 수 있다.

도 4를 참조하면, 도 4의 제1 자석(131a, 131b) 및 제2 자석(131c, 131d)는 도 3과 상기 자석들과 비교하여 180도 회전된 상태임을 알 수 있으며, 상기 회전에 따라 자기장의 방향이 반대로 형성되어 전자의 레이스 트랙(RT)의 방향이 반대로 형성된 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예 따른 스퍼터링 장치(10)의 제1 자석 유닛(130a, 130b) 및 제2 자석 유닛(130c, 130d)는 회전을 통한 자기장의 방향의 주기적인 변경으로 상기 전자의 레이스 트랙에 의한 플라즈마의 불균일한 분포를 방지할 수 있으며, 이에 따라 균일한 증착 두께 및 균일한 증착물 조성을 제공할 수 있다.

그리고, 제1 자석 유닛(130a, 130b) 및 제2 자석 유닛(130c, 130d)는 제1 주기로 회전할 수 있으며, 전원(140)은 제2 주기로 진동하는 전류를 인가할 수 있다. 여기서 상기 제1 주기와 제2 주기는 서로 배수 관계일 수 있다. 즉, 상기 제1 주기 대한 상기 제2 주기의 비는 자연수일 수 있으며, 상기 제2 주기에 대한 상기 제1 주기의 비는 자연수 일 수 있다. 이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여 보다 상세히 설명할 수 있다.

도 5는 자석 유닛의 회전 방향에 따른 각도의 위상 변화를 나타낸 도이며, 도 6 및 7은 전류 파형의 위상과 자석 유닛의 회전 위상과의 관계를 나타낸 도이다. 여기서 도 5 내지 도 7에 도시된 것은 하나의 예시일 뿐이며, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 5를 참조하면, 제1 자석 유닛(130a, 130b)를 기준으로 하였을 때, 제1 자석 유닛(130a, 130b)의 회전에 따른 자석의 각도 위상은 제1 주기(a)를 가지고 변화할 수 잇다. 전원(140)은 교류(AC) 또는 직류 펄스(DC-Pulse)를 공급할 수 있으며 상기 공급되는 전류의 진동주기는 제2 주기(b)일 수 있다. 여기서 제1 주기(a)와 제2 주기(b)는 서로 배수 관계일 수 있으며, 자석 유닛(130)의 회전 주파수와 전원(140)의 진동수는 동기화될 수 있다.

예시적인 실시예에서, 도 6에 개시된 바와 같이 제1 주기(a)에 대한 제2 주기(b)의 비는 2일 수 있다. 즉, 한번의 전류가 인가될 때 자석 유닛(130)은 두 번 회전함으로써 플라즈마의 불균일 분포를 효과적으로 방지할 수 있다.

다만, 이에 한정되는 것은 아니며 도 7에 개시된 바와 같이 전류의 진동 주기(b)가 자석 유닛(130)의 회전 주기(a)보다 크더라도 전류의 진동 주기(b)에 대응하여 플라즈마의 분포를 변경할 수 있으며 공정 시간 전체로서는 플라즈마의 분포를 균일화할 수 있다.

이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스퍼터링 장치(20)에 대해 설명하도록 한다. 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스퍼터링 장치(20)의 단면도이다.

도 1의 스퍼터링 장치(10)와 비교하여, 도 8의 스퍼터링 장치(20)의 제1 자석 유닛(230a, 230b, 230e)는 제1 서브 자석(230a) 및 제2 서브 자석(230b) 사이에 배치되는 제5 서브 자석(230e)을 더 포함하고 제2 자석 유닛(230c, 230d, 230e)는 제3 서브 자석(230c) 및 제4 서브 자석(230d) 사이에 배치되는 제6 서브 자석(230f)을 더 포함할 수 있다. 제5 서브 자석(230e)은 자기장을 형성하는 자석(231e) 및 자석(231e)을 시계 방향으로 회전시키는 회전 부재(232e)를 포함할 수 있으며, 제6 서브 자석(230f)은 자기장을 형성하는 자석(231f) 및 자석(231f)을 반시계 방향으로 회전시키는 회전 부재(232f)를 포함할 수 있다. 제5 서브 자석(230e) 및 제6 서브 자석(230f)는 각각 제1 타겟(220a) 및 제2 타겟(220b)의 중앙부와 대응하도록 배치될 수 있다. 즉, 제5 서브 자석(230e)과 제6 서브 자석(230f)의 대향되어 배치될 수 있다.

또한, 제5 서브 자석(230e)의 배열되는 극성은 제1 서브 자석(230a) 및 제2 서브 자석(230b)와 반대일 수 있으며, 제6 서브 자석(230f)의 배열되는 극성은 제3 서브 자석(230c) 및 제4 서브 자석(230d)와 반대일 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제5 서브 자석(230e)의 N극과 제6 서브 자석(230f)의 S극이 대향되도록 배열될 수 있으며, 제1 서브 자석(230a)와 제2 서브 자석(230b)의 S극과 제3 서브 자석(230c) 및 제4 서브 자석(230d)의 N극이 대향되도록 배열될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 몇몇 실시예에서 이와 반대로 배열될 수도 있다.

제5 서브 자석(230e) 및 제6 서브 자석(230f)은 제1 타겟(220a) 및 제2 타겟(220b)의 중앙부에 보다 강한 플라즈마가 형성되도록 유도할 수 있어 보다 스퍼터링 효율을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예의 따른 스퍼터링 장치(20)는 제5 서브 자석(230e) 및 제6 서브 자석(230f)의 추가적인 회전에 의해 보다 효과적으로 플라즈마의 불균일적인 분포를 해소할 수 있다.

그 밖의 스퍼터링 장치(20)의 구성에 대한 설명은 동일한 식별부호를 갖는 도 1의 스퍼터링 장치(10)의 구성에 대한 설명과 실질적으로 동일하므로 생략하도록 한다.

이하, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 증착 방법에 대해 설명하도록 한다. 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 증착 방법의 공정 흐름도이다.

도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 증착 방법은 기판을 챔버에 배치하는 단계(S110) 및 박막을 증착하는 단계(S120)를 포함할 수 있다.

먼저, 기판을 챔버에 배치할 수 있다(S110).

챔버(110)는 진공 펌프(AP)를 통해서 내부 기체를 외부로 배기시킬 수 있으며 챔버(110) 내부를 진공 상태로 형성할 수 있다. 또한, 챔버(110)는 가스 공급기(AI)에 의해 불활성 가스로 이루어진 제1 공정 가스 또는 불활성 가스와 반응성 가스의 혼합으로 이루어진 제2 공정 가스가 공급될 수 있다. 상기 제2 공정 가스의 불활성 가스와 반응성 가스의 혼합비는 공정 과정 등에 의해 달라질 수 있다.

챔버(110)는 대향 타겟(120), 대향 타겟(120)을 사이에 두고 대향되어 배치되는 자석 유닛(130) 및 전원(140)을 포함할 수 있다. 기판(S)은 챔버(110)의 내부 공간에 대향 타겟(120)과 수직하도록 배치될 수 있다. 대향 타겟(120)은 반응 공간만큼 이격되어 대향될 수 있으며, 상기 반응 공간의 이격 거리는 기판(S)의 장변의 길이와 실질적으로 동일할 수 있다. 기판(S)은 챔버(110)의 기판 지지대(111)에 고정될 수 있다. 기판 지지대(111)는 기판(S)을 지지하여 공정 중 기판(S)의 변형, 뒤틀림 등을 방지할 수 있으며, 균일한 박막이 기판(S)에 형성되도록 보조할 수 있다. 기판(S)은 제1 방향과 나란한 방향으로 챔버(110)내에 배치될 수 있으므로, 기판 지지대(111) 또한 기판(S)과 나란한 방향인 제1 방향(D1)으로 연장되어 챔버(110)의 일면에 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 몇몇 실시예에서 기판 지지대(111)는 제2 방향(D2)으로 연장되어 기판(S)의 일단 및 타단을 각각 지지 및 고정할 수 있다. 또한, 기판 지지대(111)는 챔버(110)의 상부에 배치될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 실시예에서 기판 지지대(111)는 챔버(110)의 하부에 배치될 수 있으며, 또 다른 실시예에서 기판 지지대(111)는 챔버(110)의 상부 및 하부 모두 배치될 수 있다.

대향 타겟(120)은 전원이 공급되는 타겟 홀더(122) 및 타겟 홀더(122) 상에 배치된 타겟 성막(121)을 포함할 수 있다. 타겟 홀더(122)는 전원(140)으로부터 방전 전류를 공급받을 수 있다. 이에 따라 타겟 홀더(122)는 상기 공정 가스의 글로우 방전(Glow discharge)을 유도할 수 있다. 상기 글로우 방전에 의해 발생하는 플라즈마는 타겟 성막(121)를 증기상으로 방출시킬 수 있으며, 방출된 타겟 성막(121)의 입자는 확산되어 기판(S)에 증착될 수 있다. 타겟 성막(121)은 유기물 또는 무기물일 수 있다. 이하, 박막 형성 공정에 대해 설명하도록 한다.

이어서, 기판에 박막이 형성될 수 있다(S120).

자석 유닛(130)은 대향 타겟(120)을 사이 반응 공정 영역에 자기장(M)을 형성할 수 있다. 자기장(M)은 실질적으로 대향 타겟(120)과 수직 방향으로 형성될 수 있다. 대향 타겟(120)은 전원(140)으로부터 제2 주기의 진동수를 가진 전류를 인가 받을 수 있으며, 타겟(120)은 공정 가스의 글로우 방전(Glow discharge)를 유도하여 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 이때 자기장(M)은 플라즈마의 운동을 구속할 수 있다. 즉, 글로우 방전(Glow discharge)에 의해 발생한 플라즈마는 제1 타겟(120a)과 제2 타겟(120b) 사이에 보다 집중될 수 있다. 플라즈마의 양이온은 제1 타겟 성막(121a) 및 제2 타겟 성막(121b)을 스퍼터링할 수 있으며, 이에 의해 성막 입자(P)는 증기 상으로 방출될 수 있다. 이때, 전자 등의 높은 에너지를 갖는 입자는 제1 타겟(120a)과 제2 타겟(120b) 사이의 공간에 구속되어 기판(S)에 영향을 줄 수 없지만, 비교적 낮은 에너지를 갖는 성막 입자(P)는 챔버(110)의 상부 또는 하부로 확산되어 기판(S)에 증착될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스퍼터링 방법의 자석 유닛(130)은 제1 주기로 회전할 수 있다. 이에 따라 자기장(M)의 방향이 제1 주기에 따라 변경될 수 있다. 따라서 자기장(M)과 전기장에 의해 유발될 수 있는 전자의 레이스 트랙(RT)에 의한 플라즈마의 편중 현상이 억제 될 수 있다. 즉, 플라즈마는 균일하게 분포될 수 있어 이에 따라 균일한 두께 및 조성의 박막이 형성될 수 있다.

여기서 자석 유닛(130)의 제1 회전 주기와 전원(140)이 공급하는 전류의 제2 진동 주기는 서로 배수 관계일 수 있다. 상기 제1 주기 대한 상기 제2 주기의 비는 자연수일 수 있으며, 상기 제2 주기에 대한 상기 제1 주기의 비는 자연수 일 수 있다. 즉, 자석 유닛(130)의 회전 주파수와 전원(140)의 진동수는 동기화될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 주기에 대한 제2 주기의 비는 2일 수 있다. 즉, 한번의 전류가 인가될 때 자석 유닛(130)은 두 번 회전함으로써 플라즈마의 불균일 분포를 효과적으로 방지할 수 있다.

그 밖의 스퍼터링 방법에 대한 설명은 동일한 식별부호를 갖는 도 1의 스퍼터링 장치(10)의 구성에 대한 설명과 실질적으로 동일하므로 생략하도록 한다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10,20: 스퍼터링 장치 110, 210: 챔버
120, 220: 대향 타겟 130, 230: 자석 유닛
140, 240: 전원 AI: 가스 주입기
AP: 진공 펌프

Claims

챔버;
상기 챔버 내부 공간에 서로 대향되어 배치되는 제1 타겟 및 제2 타겟;
상기 제1 타겟 및 상기 제2 타겟을 사이에 두고 서로 대향되어 배치되는 제1 자석 유닛 및 제2 자석 유닛; 및
상기 제1 타겟 및 제2 타겟 각각에 전류를 인가하는 전원을 포함하되,
상기 제1 자석 유닛 및 제2 자석 유닛은 제1 주기로 회전하고,
상기 전원의 전류는 제2 주기로 진동하며,
상기 제1 주기와 상기 제2 주기는 서로 배수관계인 스퍼터링 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 주기에 대한 제2 주기의 비는 2인 스퍼터링 장치.
제1 항에 있어서,
상기 전원은 교류 또는 직류 펄스를 인가하는 스퍼터링 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 자석 유닛은 상기 제1 타겟의 일단에 대응되는 제1 서브 자석 및 상기 제1 타겟의 타단에 대응되는 제2 서브 자석을 포함하고,
상기 제2 자석 유닛은 상기 제2 타겟의 일단에 대응되는 제3 서브 자석 및 상기 제2 타겟의 타단에 대응되는 제4 서브 자석을 포함하는 스퍼터링 장치.
제4 항에 있어서,
상기 제1 자석 유닛 및 제2 자석 유닛은 자기장을 형성하는 자석 및 상기 자석을 시계방향 또는 반시계 방향으로 회전시키는 회전 부재를 포함하는 스퍼터링 장치.
제4 항에 있어서,
상기 제1 자석 유닛은 상기 제1 서브 자석 및 상기 제2 서브 자석 사이에 배치되는 제5 서브 자석을 더 포함하고,
상기 제2 자석 유닛은 상기 제3 서브 자석 및 상기 제4 서브 자석 사이에 배치되는 제6 서브 자석을 더 포함하는 스퍼터링 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 타겟 및 제2 타겟은 캐소드 전극이며, 상기 챔버는 애노드 전극인 스퍼터링 장치.
대향 타겟 및 상기 대향 타겟을 사이에 두고 대향되어 배치되는 자석 유닛을 포함하는 챔버 내부 공간에 상기 대향 타겟과 수직하도록 기판을 배치하는 단계; 및
상기 기판에 박막을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 자석 유닛은 제1 주기로 회전하고, 상기 타겟은 제2 주기로 진동하는 전류를 인가 받으며, 상기 제1 주기와 상기 제2 주기는 서로 배수관계인 스퍼터링 방법.
제8 항에 있어서,
상기 제1 주기에 대한 제2 주기의 비는 2인 스퍼터링 방법.
제8항에 있어서,
상기 자석 유닛은 제1 자석 유닛 및 제2 자석 유닛을 포함하고,
상기 제1 자석 유닛은 제1 자석과 상기 제1 자석을 시계 방향으로 회전시키는 제1 회전 부재를 포함하고,
상기 제2 자석 유닛은 제2 자석과 상기 제2 자석을 반시계 방향으로 회전시키는 제2 회전 부재를 포함하는 스퍼터링 방법.
제8 항에 있어서,
상기 전원은 교류 또는 직류 펄스를 인가하는 스퍼터링 방법.
제8 항에 있어서,
상기 제1 타겟 및 제2 타겟은 캐소드 전극이며, 상기 챔버는 애노드 전극인 스퍼터링 방법.