KR20170061764A - 스퍼터링 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치는, 공정 챔버와, 상기 공정 챔버 내부에 구비되는 복수 개의 스퍼터링 타겟과, 상기 스퍼터링 타겟에 대향하고, 증착 물질이 증착되는 기판을 지지하는 기판 홀더, 및 상기 스퍼터링 타겟과 상기 기판 사이에 위치하고 상기 기판의 가장자리 부위를 커버하는 증착 마스크를 포함하고, 상기 복수 개의 스퍼터링 타겟 중 일부는 단면상 상기 기판을 향해 볼록한 호 형상으로 이루어지고, 나머지 일부는 단면상 평평한 형상으로 이루어진다.

Description

스퍼터링 장치{Sputtering Apparatus}
본 기재는 스퍼터링 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 기판 상에 박막을 증착하는 스퍼터링 장치에 관한 것이다.
스퍼터링 장치는 플라즈마의 이온을 가속시켜 스퍼터링 타겟(Sputtering Target)에 충돌하게 하여 기판에 타겟 물질을 증착하는 장비이다. 진공 상태에서 전압을 인가하고, 아르곤(Ar) 가스나 산소(O2) 가스 등을 주입하면, 아르곤 가스나 산소 가스 등이 이온화되면서 이온들이 스퍼터링 타겟에 충돌한다. 이 때, 스퍼터링 타겟에서 원자들이 방출되고, 방출된 원자들은 반도체 소자용 기판이나 액정 표시 장치용 기판에 부착되어 박막을 형성한다.
스퍼터링 장치는 고온에서 진행되는 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 공정에 비해 저온에서도 박막을 형성할 수 있고, 비교적 간단한 구조로 짧은 시간에 박막을 형성할 수 있다는 장점이 있어, 반도체 소자나 액정 표시 장치 제조시에 널리 이용되고 있다.
그런데, 기판이 대면적화되면서 스퍼터링 타겟은 복수 개로 구비되고, 플라즈마가 발생되는 공정 챔버의 크기도 증가하게 된다. 이 때, 공정 챔버 내부에 발생되는 플라즈마의 분포가 고르지 않아 기판에 형성되는 박막이 불균일하게 되는 문제점이 있었다. 막질의 미묘한 차이에 크게 반응하는 산화물 계열의 스퍼터링 타겟을 사용하는 경우 박막의 균일성 확보는 중요한데 특히, 기판의 가장자리 부위에 배치되는 증착 마스크로 인해 기판의 가장자리 부위에 증착되는 박막의 두께, 밀도가 감소되어 박막의 균일성이 떨어지는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에서는 복수의 스퍼터링 타겟 중 가장자리 스퍼터링 타겟을 호 형상으로 형성하여 박막이 균일하게 형성되도록 하는 스퍼터링 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치는, 공정 챔버와, 상기 공정 챔버 내부에 구비되는 복수 개의 스퍼터링 타겟과, 상기 스퍼터링 타겟에 대향하고, 증착 물질이 증착되는 기판을 지지하는 기판 홀더, 및 상기 스퍼터링 타겟과 상기 기판 사이에 위치하고 상기 기판의 가장자리 부위를 커버하는 증착 마스크를 포함하고, 상기 복수 개의 스퍼터링 타겟 중 일부는 단면상 상기 기판을 향해 볼록한 호 형상으로 이루어지고, 나머지 일부는 단면상 평평한 형상으로 이루어진다.
상기 복수 개의 스퍼터링 타겟 중 양 가장자리에 위치하는 스퍼터링 타겟은 단면상 상기 기판을 향해 볼록한 호 형상으로 이루어 질 수 있다.
상기 스퍼터링 타겟은 평면상 직사각형 바(bar) 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치는, 상기 스퍼터링 타겟의 하부에 위치하는 마그넷을 더 포함하며, 상기 마그넷은 상기 공정 챔버 내부에 존재하는 플라즈마가 상기 스퍼터링 타겟 상부에 유지되도록 할 수 있다.
상기 마그넷은 직사각형 바(bar) 형상을 가질 수 있다.
상기 호 형상으로 이루어진 스퍼터링 타겟 하부에 위치하는 마그넷은 상기 스퍼터링 타겟의 내주면을 따라 왕복 이동될 수 있다.
상기 마그넷은 상기 마그넷의 상면이 상기 스퍼터링 타겟 하면에 마주하는 상태로 이동될 수 있다.
상기 마그넷은 30rpm 내지 50rpm의 속도로 이동될 수 있다.
상기 스퍼터링 타겟은 제1 전극에 의해 지지되고, 상기 기판 홀더는 제2 전극에 연결되고, 상기 제1 전극 및 제2 전극에 반대 극성의 전압이 인가되어, 상기 공정 챔버 내부에 플라즈마가 형성될 수 있다.
상기 스퍼터링 타겟과 상기 기판은 140mm 내지 160mm 간격으로 이격되어 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치는, 상기 스퍼터링 타겟 사이에 위치하는 적어도 하나 이상의 그라운드 실드를 더 포함할 수 있다.
상기 그라운드 실드는 상기 스퍼터링 타겟의 길이 방향으로 연장되어 위치할 수 있다.
상기 그라운드 실드는 티타늄(Titanium)을 포함할 수 있다.
상기 공정 챔버의 내벽에 인접한 위치에 위치하는 보조 그라운드 실드를 더 포함할 수 있다.
상기 보조 그라운드 실드는 상기 스퍼터링 타겟 및 상기 기판 홀더 사이에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 스퍼터링 타겟 중 가장자리 스퍼터링 타겟을 호 형상으로 형성하여 기판에 증착되는 타겟의 성막 범위를 극대화시킬 수 있다.
특히, 기판을 커버하는 증착 마스크에 의해 증착을 방해받는 기판 가장자리 부위에 성막 균일성을 유지할 수 있으므로 기판 전체의 막질의 균일성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 타겟부를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치에서 호 형상으로 이루어진 양 가장자리의 스퍼터링 타겟에 의해 기판에 증착되는 상태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 호 형상의 스퍼터링 타겟 하부에 마그넷이 위치하는 상태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 일 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예들에서는 일 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며, 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고, 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다. 어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수도 있다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 한 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 타겟부를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 스퍼터링 장치(100)는 공정 챔버(10)와, 스퍼터링 타겟부(200)와 기판 홀더(40), 및 증착 마스크(M)를 포함한다. 스퍼터링 타겟부(200)는 적어도 하나의 스퍼터링 타겟(20, 22)과 스퍼터링 타겟(20, 22) 사이에 위치하는 그라운드 실드(30)를 포함할 수 있다.
공정 챔버(10)는 스퍼터링 공정을 위한 공간을 제공한다. 공정 챔버(10)는 스퍼터링 타겟(20, 22)과 기판 홀더(40) 사이에 플라즈마를 생성하기 위한 반응 가스를 공급하는 주입구(80)를 포함할 수 있다. 공정 챔버(10)는 고진공 상태를 위해 반응 가스를 배기시키는 배기구(85) 및 배기구(85)에 연결되어 있는 진공 펌프(90)를 포함할 수 있다. 공정 챔버(10) 내의 기압은 약 10-3 Pa 이하로 설정될 수 있다. 반응 가스는 비활성 기체일 수 있으며, 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 및 크세논(Xe) 중 어느 하나일 수 있다. 반응 가스는 주입구(80)를 통해 수 밀리토르(millitorr, mmHg)의 압력을 유지하면서 공정 챔버(10) 내로 주입될 수 있다.
공정 챔버(10)의 내부 하단에 제1 전원(27)으로부터 교류 전압 혹은 직류 전압을 인가받는 타겟 홀더(25)가 설치될 수 있다. 타겟 홀더(25) 상에는 기판 홀더(40)에 의해 지지되는 기판(S)에 형성하려는 물질을 포함하는 스퍼터링 타겟(20, 22)이 제공될 수 있다. 스퍼터링 타겟(20, 22)은 금속, 산화물, 및 질화물 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
공정 챔버(10) 내에는 기판 홀더(40)가 스퍼터링 타겟(20)에 대향하여 위치할 수 있다. 기판 홀더(40) 상에 제2 전원(29)으로부터 전압을 인가받는 제2 전극(60)이 구비될 수 있다. 제2 전원(29)은 제1 전원(27)과 전위가 다른 전압을 인가할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 제어 및 스퍼터링 타겟(20) 물질의 증착이 용이하도록 제2 전극(60)에 기준 전압을 인가할 수 있다.
주입구(80)를 통해 공정 챔버(10)에 반응 가스가 유입된 후 제1 전극(타겟 홀더, 25)과 제2 전극(60)에 서로 전위가 다른 전압을 인가하여 플라즈마 방전이 일어날 수 있다. 플라즈마 방전에 의해 생성된 전자와 반응 가스가 공정 챔버(10) 내에서 충돌하면 반응 가스가 이온화될 수 있다. 이온화된 반응 가스는 타겟 홀더(25)와 제2 전극(60) 사이에 인가된 전위차에 해당하는 운동 에너지를 가지고 스퍼터링 타겟(20, 22)과 충돌할 수 있다. 이온화된 반응 가스가 스퍼터링 타겟(20, 22)에 충돌하면 전기적으로 중성인 스퍼터링 타겟(20, 22)의 원자들이 기판(S)을 향해 입사된다. 따라서, 스퍼터링 타겟(20, 22)의 원자들은 기판(S) 상에 증착될 수 있다.
증착 마스크(M)는 스퍼터링 타겟(20, 22)과 기판(S) 사이에 위치하고 기판(S)의 가장자리 부위를 커버할 수 있다. 증착 마스크(M)는 성막하고자 하는 기판(S) 이외의 기판 홀더(40), 공정 챔버(10) 내벽 등의 부위에 스퍼터링 타겟(20, 22) 물질이 증착되는 것을 방지하며, 기판(S)을 물리적 충격으로부터 보호하는 역할을 한다.
한편, 스퍼터링 타겟(20, 22)은 복수 개로 구비되고, 복수 개의 스퍼터링 타겟(20, 22) 중 양 가장자리에 위치하는 스퍼터링 타겟(22)은 단면상 즉, x축 방향에서 볼 때, 기판(S)을 향해 볼록한 호 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 복수 개의 스퍼터링 타겟(20, 22) 중 나머지 일부는 단면상 평평한 형상으로 이루어질 수 있다.
스퍼터링 타겟(22)을 호 형상으로 형성함으로써, 스퍼터링 타겟(22) 원자들이 더 넓은 범위로 기판(S)을 향해 방사되어 증착 마스크(M)에 의해 증착 방해받는 기판(S) 가장 자리 부위에 스퍼터링 타겟(22) 물질이 균일하게 증착될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치에서 호 형상으로 이루어진 양 가장자리의 스퍼터링 타겟에 의해 기판에 증착되는 상태를 개략적으로 나타내는 단면도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 호 형상의 스퍼터링 타겟 하부에 마그넷이 위치하는 상태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 각각의 스퍼터링 타겟(20, 22) 하부에는 공정 챔버(10) 내부에 형성되는 플라즈마가 스퍼터링 타겟(20, 22) 상부에 유지되도록 하는 마그넷(70, 72)을 더 포함할 수 있다. 스퍼터링 타겟(20, 22)은 평면상 즉, z축 방향에서 볼 때, 직사각형 바(bar) 형상을 가질 수 있으며, 마그넷(70, 72)도 스퍼터링 타겟(20, 22)의 형상에 대응하여 직사각형 바 형상을 가질 수 있다.
마그넷(70, 72)은 스퍼터링 타겟(20, 22) 상부 공간에 자기장을 형성할 수 있으며, 플라즈마 내의 전자들을 자기장 내에 잡아두는 역할을 한다. 전자들은 플라즈마 내의 반응 가스와 충돌하고, 반응 가스의 전자가 분리되도록 하여, 반응 가스를 이온화시키는 방식으로 연쇄반응을 통해 플라즈마가 스퍼터링 타겟(20, 22) 상부에 유지되도록 한다.
호 형상으로 이루어진 스퍼터링 타겟(22) 하부에 위치하는 마그넷(72)은 도 4에 도시된 바와 같이, 스퍼터링 타겟(22)의 내주면을 따라 왕복 이동되며, 마그넷(72)은 마그넷(72)의 상면이 스퍼터링 타겟(22) 하면에 마주하는 상태로 이동될 수 있다. 또한, 마그넷(72)은 약 30rpm 내지 약 50rpm의 속도로 이동될 수 있다. 호 형상으로 이루어진 스퍼터링 타겟(22) 하부에 위치하는 마그넷(72) 뿐만 아니라, 평평한 형상으로 이루어진 스퍼터링 타겟(20) 하부에 위치하는 마그넷(70)도 스퍼터링 타겟(20)의 하면을 따라 수평으로 즉, y축 방향으로 왕복 이동될 수 있다.
한편, 스퍼터링 타겟(20, 22)과 기판 홀더(40)에 지지되는 기판(S)은 약 140mm 내지 약 160mm 간격으로 이격되어 위치할 수 있다.
스퍼터링 타겟(20, 22)은 적어도 둘 이상 구비되는 멀티 타겟 구조일 수 있으며, 스퍼터링 타겟(20, 22)들 사이에는 적어도 하나의 그라운드 실드(30)가 위치할 수 있다. 그라운드 실드(30)들은 스퍼터링 타겟(20)들의 형상에 대응하여, 스퍼터링 타겟(20, 22)의 길이 방향으로 연장된 형태로 형성될 수 있다.
그라운드 실드(30)는 티타늄(Titanium)으로 형성될 수 있으며, 공정 챔버(10) 내의 플라즈마가 골고루 분포되도록 하는 역할을 한다.
한편, 공정 챔버(10)의 내벽에 인접한 위치에 보조 그라운드 실드(35)를 더 포함할 수 있다(도 1 참조). 보조 그라운드 실드(35)는 스퍼터링 타겟(20, 22) 및 기판 홀더(40) 사이에 구비될 수 있다. 보조 그라운드 실드(35)는 스퍼터링 타겟(20)과 기판 홀더(40) 사이에 발생되는 플라즈마가 골고루 분포되도록 하여 기판의 막질 균일성을 한층 더 확보할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치에 의해서, 복수의 스퍼터링 타겟 중 가장자리 스퍼터링 타겟을 호 형상으로 형성함으로써 기판에 증착되는 타겟의 성막 범위를 극대화시킬 수 있다.
특히, 기판을 커버하는 증착 마스크에 의해 증착을 방해받는 기판 가장자리 부위에 성막 균일성을 유지할 수 있으므로 기판 전체의 막질의 균일성을 확보할 수 있다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
100: 스퍼터링 장치 10: 공정 챔버
20, 22: 스퍼터링 타겟 25: 제1 전극(타겟 홀더)
27: 제1 전원 29: 제2 전원
30: 그라운드 실드 35: 보조 그라운드 실드
40: 기판 홀더 60: 제2 전극
70, 72: 마그넷 80: 주입구
85: 배기구 90: 진공 펌프

Claims (15)

  1. 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내부에 구비되는 복수 개의 스퍼터링 타겟;
    상기 스퍼터링 타겟에 대향하고, 증착 물질이 증착되는 기판을 지지하는 기판 홀더; 및
    상기 스퍼터링 타겟과 상기 기판 사이에 위치하고 상기 기판의 가장자리 부위를 커버하는 증착 마스크를 포함하고,
    상기 복수 개의 스퍼터링 타겟 중 일부는 단면상 상기 기판을 향해 볼록한 호 형상으로 이루어지고, 나머지 일부는 단면상 평평한 형상으로 이루어진 스퍼터링 장치.
  2. 제 1 항에서,
    상기 복수 개의 스퍼터링 타겟 중 양 가장자리에 위치하는 스퍼터링 타겟은 단면상 상기 기판을 향해 볼록한 호 형상으로 이루어진 스퍼터링 장치.
  3. 제 1 항에서,
    상기 스퍼터링 타겟은,
    평면상 직사각형 바(bar) 형상을 갖는 스퍼터링 장치.
  4. 제 1 항에서,
    상기 스퍼터링 타겟의 하부에 위치하는 마그넷을 더 포함하며,
    상기 마그넷은 상기 공정 챔버 내부에 존재하는 플라즈마가 상기 스퍼터링 타겟 상부에 유지되도록 하는 스퍼터링 장치.
  5. 제 4 항에서,
    상기 마그넷은 직사각형 바(bar) 형상을 갖는 스퍼터링 장치.
  6. 제 5 항에서,
    상기 호 형상으로 이루어진 스퍼터링 타겟 하부에 위치하는 마그넷은 상기 스퍼터링 타겟의 내주면을 따라 왕복 이동되는 스퍼터링 장치.
  7. 제 6 항에서,
    상기 마그넷은 상기 마그넷의 상면이 상기 스퍼터링 타겟 하면에 마주하는 상태로 이동되는 스퍼터링 장치.
  8. 제 7 항에서,
    상기 마그넷은 30rpm 내지 50rpm의 속도로 이동되는 스퍼터링 장치.
  9. 제 1 항에서,
    상기 스퍼터링 타겟은 제1 전극에 의해 지지되고,
    상기 기판 홀더는 제2 전극에 연결되고,
    상기 제1 전극 및 제2 전극에 반대 극성의 전압이 인가되어, 상기 공정 챔버 내부에 플라즈마가 존재하게 되는 스퍼터링 장치.
  10. 제 1 항에서,
    상기 스퍼터링 타겟과 상기 기판은 140mm 내지 160mm 간격으로 이격되어 위치하는 스퍼터링 장치.
  11. 제 1 항에서,
    상기 스퍼터링 타겟 사이에 위치하는 적어도 하나 이상의 그라운드 실드를 더 포함하는 스퍼터링 장치.
  12. 제 11 항에서,
    상기 그라운드 실드는 상기 스퍼터링 타겟의 길이 방향으로 연장되어 위치하는 스퍼터링 장치
  13. 제 11 항에서,
    상기 그라운드 실드는 티타늄(Titanium)을 포함하는 스퍼터링 장치.
  14. 제 11 항에서,
    상기 공정 챔버의 내벽에 인접한 위치에 위치하는 보조 그라운드 실드를 더 포함하는 스퍼터링 장치.
  15. 제 14 항에서,
    상기 보조 그라운드 실드는 상기 스퍼터링 타겟 및 상기 기판 홀더 사이에 위치하는 스퍼터링 장치.
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