KR20150072571A - 스퍼터링 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 스퍼터링 장치는 챔버; 상기 챔버 내부에 발생된 플라즈마에 의해 스퍼터(sputter)되는 타겟; 일면에 상기 타겟을 지지하는 백플레이트; 상기 백플레이트의 타면 상에 위치하며 자기장을 형성하는 마그넷; 및 상기 타겟의 너비보다 상기 마그넷의 이동범위가 크도록 상기 마그넷을 이동시키는 마그넷 구동부를 포함한다.

Description

스퍼터링 장치{SPUTTERING APPARATUS}
본 발명은 스퍼터링 장치에 관한 것으로서, 특히 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering) 장치에 관한 것이다.
디스플레이 또는 반도체 분야의 박막 증착 공정에서 스퍼터링 장치가 널리 이용되고 있다. 스퍼터링 장치는 플라즈마 내의 이온에 전기적 에너지를 걸어주어 타겟에 충돌되도록 한 후에 타겟으로부터 튀어나오는, 즉 스퍼터(sputter)되는 타겟 원자가 기판 상에 증착되도록 한다.
특히, 마그네트론 스퍼터링 장치는 내부에 기판을 수용하고 진공 분위기를 갖는 챔버, 기판에 대향하는 타겟, 및 타겟의 후방에 위치하여 자기장을 형성하는 마그넷으로 구성될 수 있다.
상기 마그네트론 스퍼터링 장치는 마그넷을 왕복운동시켜 타겟영역을 스캔 할 수 있다. 그런데, 이러한 스퍼터링 장치는 마그넷의 노출시간이 상대적으로 길어지는 타겟의 에지영역에서 불균일한 침식(erosion)이 발생할 수 있고, 이로 인하여 타겟 효율이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 타겟의 불균일한 침식을 개선하여 타겟 효율을 증가시킬 수 있는 스퍼터링 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 의한 스퍼터링 장치는 챔버; 상기 챔버 내부에 발생된 플라즈마에 의해 스퍼터(sputter)되는 타겟; 일면에 상기 타겟을 지지하는 백플레이트; 상기 백플레이트의 타면 상에 위치하며 자기장을 형성하는 마그넷; 및 상기 타겟의 너비보다 상기 마그넷의 이동범위가 크도록 상기 마그넷을 이동시키는 마그넷 구동부를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 타겟의 측부에 위치하여 상기 마그넷의 자기장을 차단하는 쉴드를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 쉴드는 그라운드 전위에 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 마그넷의 이동시, 상기 마그넷과 중첩되지 않도록 상기 쉴드를 이동시키는 쉴드 구동부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 쉴드는 상기 마그넷의 이동범위와 중첩되지 않도록 설치될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 마그넷 구동부는 상기 마그넷의 적어도 일부가 상기 타겟에 대응되는 타겟영역을 벗어난 경우, 상기 마그넷의 이동방향을 전환할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 백플레이트에 전원을 인가하는 전원부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전원부는 상기 마그넷의 위치에 따라 상기 전원을 온 또는 오프시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전원부는 상기 마그넷의 적어도 일부가 상기 타겟에 대응되는 타겟영역을 벗어난 경우, 상기 전원을 오프시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 타겟과 상기 백플레이트의 너비는 동일할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 타겟의 너비보다 마그넷의 이동범위가 크도록 마그넷을 이동시킴으로써, 타겟의 불균일한 침식을 개선하여 타겟 효율을 증가시킬 수 있다.
또한, 마그넷의 이동시, 마그넷과 중첩되지 않도록 쉴드를 이동시켜 자기장의 균일성을 유지할 수 있다.
또한, 마그넷의 적어도 일부가 타겟과 중첩되는 경우, 타겟에 인가되는 전원을 오프시켜 불안정한 상태에서의 증착을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 타겟의 너비와 마그넷의 이동범위를 설명하기 위한 평면도이다.
도 3a 및 도 3b는 쉴드의 이동을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 개략적인 단면도이고, 도 2는 타겟의 너비와 마그넷의 이동범위를 설명하기 위한 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 스퍼터링 장치는 챔버(10), 타겟(20), 백플레이트(30), 마그넷(40), 마그넷 구동부(50), 쉴드(60) 및 쉴드 구동부(70)를 포함할 수 있다.
챔버(chamber)(10)는 기판(S)의 성막을 유도하기 위한 증착처리 공간을 제공한다. 챔버(10)의 구조는 기판(S)의 증착처리를 위하여 적합한 구조 예를 들어, 원형 구조나 사각형 구조 그리고 이외에도 어떠한 형태의 구조를 가질 수 있다. 챔버(10)의 일부 또는 전체의 재료는 스텐레스 스틸, 알루미늄, 티타늄, 구리와 같은 금속 재료, 내부의 관측이 가능한 석영, 유리와 같은 재료 또는 단열 효과를 갖는 세라믹과 같은 재료 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로부터 선택될 수 있으며, 본 발명이 이에 의해 제한되는 것은 아니다.
기판(S)은 평판형 디스플레이 패널을 제조하기 위한 기판일 수 있다. 하지만 상기 기판(S)이 디스플레이 패널로 한정되는 것은 아니며, 웨이퍼와 같은 반도체 장치를 제조하기 위한 반도체 기판일 수 있다.
챔버(10)는 상기 기판(S)이 탑재되는 기판 지지부(11)를 포함할 수 있다. 증착공정이 이루어지는 기판(S)은 기판 지지부(11)의 상면에 안착되어 위치한다. 기판 지지부(11)는 리프트 핀, 정전척, 접착척 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 구성된 다양한 방식이 적용될 수 있으며, 경우에 따라서 기판(S)에 대한 증착 공정이 수행되는 동안 상기 기판(S)을 회전시킬 수 있다.
또한, 챔버(10)의 내부는 증착공정이 보다 원활하게 이루어지도록 일정한 수준의 진공 상태가 유지될 수 있고, 상기 진공 상태의 조성을 위한 진공 펌프(13)가 연결될 수 있다. 또한, 챔버(110)는 가스 공급부(15)와 연결되어, 아르곤(Ar)과 같은 불활성 가스를 제공받을 수 있다. 또한, 챔버(10)는 기판(S)의 반입과 반출을 위하여 반입/반출구(미도시)가 형성될 수 있다.
또한, 챔버(10) 내부에는 기판(S)의 성막영역을 한정하는 마스크(17)가 설치될 수 있다. 마스크(17)는 기판(S)과 소정 간격 이격되어 상기 기판(S)의 가장자리를 둘러싸도록 배치되어, 아르곤(Ar) 가스에 의해 분출되는 타겟(20)의 금속 물질이 챔버(10)의 내벽에 증착되는 현상을 방지하는 역할도 할 수 있다.
타겟(target)(20)은 상기 챔버(10) 내부에 발생된 플라즈마에 의해 스퍼터(sputter)되는 증착 재료물질이다. 타겟(20)은 백플레이트(30)의 일면에 기판(10)을 향하여 배치된다. 타겟(20)은 기판(S) 상에 증착하고자 하는 금속 등을 포함하는 물질로 이루어진다. 예컨대, 유기전계발광 표시장치의 제조에 있어서는, 상기 타겟(20)은 전극 등을 형성하기 위한 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 금(Au), 백금(Pt) 등과 같은 다양한 금속을 포함할 수 있으며, 투명전극의 성막 재료인 ITO 등을 포함할 수도 있다. 또한, 다른 실시에에서, 타겟(20)은 복수개로 구비될 수 있다. 예를 들어, 두 개의 타겟을 구비할 경우에는 각 타겟이 서로 다른 물질로 구성됨으로써 기판(S) 상에 형성되는 물질들을 다양하게 조절할 수 있다.
백플레이트(back plate)(30)는 기판(S)에 대향하여 배치되며, 기판(S)을 향하는 일면에 타겟(20)을 지지한다. 백플레이트(30)는 경우에 따라서 타겟(20)을 지지하며 회전할 수도 있다. 상기 타겟(20)과 백플레이트(30)의 너비는 동일할 수 있다. 백플레이트(30)는 RF 또는 DC 전원을 공급하는 전원부(35)와 연결된다. 백플레이트(30)는 전원부(35)로부터 전압을 인가받아 플라즈마 방전시 캐소드(cathode)의 역할을 할 수 있다. 백플레이트(30)에 전압이 인가되면, 상기 챔버(10) 내부에서 플라즈마(plasma) 방전이 일어나고 플라즈마 방전에 의해 아르곤 등의 불활성 가스가 이온화되며, 이온화 입자들이 타겟(20) 쪽으로 가속됨으로써 타겟(20)에 충돌하게 된다. 이에 따라, 타겟(20)을 이루는 원자들이 방출됨으로써 기판(S)에 증착(deposition)될 수 있다.
마그넷(magnet)(40)은 백플레이트(30)에서 타겟(20)의 반대면인 타면 상에 위치하며 자기장을 형성한다. 마그넷(40)은 상기 타겟(20) 전면에 자기장을 형성시킬 수 있도록 서로 극성이 반대인 다수의 자석들이 번갈아 설치될 수 있다. 마그넷(40)은 마그넷 구동부(50)에 의해, 타겟(20)의 일측으로부터 타측으로의 연속적으로 왕복운동하여 타겟(20)을 스캔 할 수 있다.
마그넷 구동부(50)는 마그넷(40)에 구동력을 제공하되, 타겟(20)의 너비(w)보다 마그넷(40)의 이동범위(mr)가 크도록 마그넷(40)의 이동을 제어한다. 즉, 마그넷 구동부(50)는 마그넷(40)의 일부 또는 전체가 타겟(20)에 대응되는 타겟영역을 벗어나 왕복운동을 하도록 한다. 마그넷 구동부(50)는 마그넷(40)의 왕복운동시, 마그넷(40)의 적어도 일부가 타겟영역을 벗어났을 때, 마그넷(40)의 이동방향을 전환한다. 이에 의하여, 마그넷의 노출시간이 상대적으로 길어지는 타겟의 에지영역에서 불균일한 침식(erosion)을 방지할 수 있다.
마그넷 구동부(50)는 구동력을 제공하는 모터(미도시)와 상기 구동력을 기계적으로 전달하기 위한 각종 기어장치(미도시)를 포함하여 구성될 수 있으며, 그 외에도 마그넷(40)의 왕복운동을 수행하기 위해 다양한 기구적 장치들을 더 포함할 수 있다.
쉴드(shield)(60)는 타겟(20)의 측부에 위치하여 마그넷(40)의 자기장을 차단하는 역할을 한다. 쉴드(60)는 마스크(17)와 타겟(20) 사이에 위치하며, 타겟(20)과 마스크(17)의 일부 영역을 가려줄 수 있다. 쉴드(60)는 마그넷(40)의 왕복운동 방향에 대응되는 타겟(20)의 일 측부와 반대편 타 측부에 구비될 수 있고, 다른 실시예에서, 타겟(20)의 가장자리를 둘러싸도록 설치될 수도 있다. 쉴드(60)는 알루미늄(Al)과 같은 전기 전도성이 있는 재질로 이루어지고, 그라운드(ground) 전위에 접속되어 플라즈마 방전시 애노드(anode) 역할을 한다.
일 실시예에서, 스퍼터링 장치는 마그넷(40)의 이동시, 마그넷(40)과 중첩되지 않도록 쉴드(60)를 이동시키는 쉴드 구동부(70)를 더 포함할 수 있다. 쉴드 구동부(70)의 일 단부는 쉴드(60)와 결합되고, 마그넷(40)의 이동을 제어하는 마그넷 구동부(50)와 연동하여 쉴드(60)의 이동을 제어한다. 예컨대, 쉴드 구동부(70)는 마그넷(40)의 왕복운동시, 마그넷(40)이 다가오면 쉴드(60)를 타겟(20)으로부터 이격되도록 후퇴시키고, 마그넷(40)이 멀어지면 쉴드(60)를 타겟(20) 측으로 전진시키는 동작을 수행할 수 있다. 쉴드(60)의 이동에 관하여는 도 3a 및 도 3b와 관련하여 설명하기로 한다.
도 3a 및 도 3b는 쉴드의 이동을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 실시예의 스퍼터링 장치는 마그넷(40)의 좌우 왕복운동시, 마그넷(40)이 좌측으로 이동하면, 좌측 쉴드 구동부(70a)는 좌측 쉴드(60a)를 타겟(20)으로부터 이격되도록 후퇴시킨다. 좌측 쉴드 구동부(70a)는 마그넷(40)이 타겟영역을 벗어나는 타이밍에 연동하여 좌측 쉴드(60a)를 이동시킨다. 마그넷(40)의 왕복운동 주기와 이동거리는 일정하므로, 이에 대한 정보가 주어지면, 좌측 쉴드 구동부(70a)는 마그넷(40)의 이동과 연동하여 적절한 타이밍에 마그넷(40)의 이동속도와 동일한 속도로 좌측 쉴드(60a)를 이동시킬 수 있다. 이 때, 좌측 쉴드(60a)는 마그넷(40)과 중첩되지 않되, 지나치게 멀어지지 않도록 마그넷(40)이 타겟(20)을 벗어난 거리만큼만 타겟(20)으로부터 일정 간격 이격되어야 한다. 반대편의 우측 쉴드(60b)는 마그넷(40)과 중첩되지 않으므로 이동하지 않고 타겟(20)에 인접한 디폴트 위치에 고정된다.
한편, 마그넷(40)이 우측으로 이동하면, 우측 쉴드 구동부(70b)는 우측 쉴드(60b)를 타겟(20)으로부터 이격되도록 후퇴시킨다. 우측 쉴드 구동부(70b)는 마그넷(40)이 타겟영역을 벗어나는 타이밍에 연동하여 우측 쉴드(60b)를 이동시킨다. 마그넷(40)의 왕복운동 주기와 이동거리는 일정하므로, 이에 대한 정보가 주어지면, 우측 쉴드 구동부(70b)는 마그넷(40)의 이동과 연동하여 적절한 타이밍에 마그넷(40)의 이동속도와 동일한 속도로 우측 쉴드(60b)를 이동시킬 수 있다. 이 때, 우측 쉴드(60b)는 마그넷(40)과 중첩되지 않되, 지나치게 멀어지지 않도록 마그넷(40)이 타겟(20)을 벗어난 거리만큼만 타겟(20)으로부터 일정 간격 이격되어야 한다. 반대편의 좌측 쉴드(60a)는 마그넷(40)과 중첩되지 않으므로 이동하지 않고 타겟(20)에 인접한 디폴트 위치에 고정된다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예의 스퍼터링 장치는 쉴드(60c)가 마그넷(40)의 이동범위와 중첩되지 않도록 설치된다. 즉, 본 실시예에서 쉴드(60c)는 전술된 실시예와 달리 마그넷(40)의 왕복운동과 연동하여 이동하지 않고 고정되되, 마그넷(40)의 이동범위를 회피하여 설치됨을 특징으로 한다. 따라서, 쉴드(60c)는 타겟(20)의 엣지로부터 일정 간격 이격되어 설치된다.
단, 백플레이트(20)에 전원을 공급하는 전원부(35a)는 마그넷(40)의 위치에 따라 전원을 온 또는 오프시킨다. 예컨대, 전원부(35c)는 마그넷(40)의 전체가 타겟영역 내에 위치한 경우, 전원을 온시키고, 마그넷(40)의 적어도 일부가 타겟영역을 벗어난 경우, 전원을 오프시킬 수 있다. 이에 의하여, 마그넷(40)이 타겟영역을 벗어나 자기장이 불안정한 상태에서의 증착을 방지할 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
10: 챔버 11: 기판 지지부
S: 기판 13: 진공 펌프
15: 가스 공급부 17: 마스크
20: 타겟 30: 백플레이트
35: 전원부 40: 마그넷
50: 마그넷 구동부 60: 쉴드
70: 쉴드 구동부

Claims (10)

  1. 챔버;
    상기 챔버 내부에 발생된 플라즈마에 의해 스퍼터(sputter)되는 타겟;
    일면에 상기 타겟을 지지하는 백플레이트;
    상기 백플레이트의 타면 상에 위치하며 자기장을 형성하는 마그넷; 및
    상기 타겟의 너비보다 상기 마그넷의 이동범위가 크도록 상기 마그넷을 이동시키는 마그넷 구동부를 포함하는 스퍼터링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 타겟의 측부에 위치하여 상기 마그넷의 자기장을 차단하는 쉴드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 쉴드는 그라운드 전위에 연결됨을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 마그넷의 이동시, 상기 마그넷과 중첩되지 않도록 상기 쉴드를 이동시키는 쉴드 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 쉴드는 상기 마그넷의 이동범위와 중첩되지 않도록 설치됨을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 마그넷 구동부는
    상기 마그넷의 적어도 일부가 상기 타겟에 대응되는 타겟영역을 벗어난 경우, 상기 마그넷의 이동방향을 전환함을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 백플레이트에 전원을 인가하는 전원부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전원부는 상기 마그넷의 위치에 따라 상기 전원을 온 또는 오프시키는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전원부는
    상기 마그넷의 적어도 일부가 상기 타겟에 대응되는 타겟영역을 벗어난 경우, 상기 전원을 오프시키는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 타겟과 상기 백플레이트의 너비는 동일함을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
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