KR20170117279A - 마그네트론 스퍼터링 장치 및 이를 이용한 박막 증착 방법 - Google Patents

마그네트론 스퍼터링 장치 및 이를 이용한 박막 증착 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20170117279A
KR20170117279A KR1020160044953A KR20160044953A KR20170117279A KR 20170117279 A KR20170117279 A KR 20170117279A KR 1020160044953 A KR1020160044953 A KR 1020160044953A KR 20160044953 A KR20160044953 A KR 20160044953A KR 20170117279 A KR20170117279 A KR 20170117279A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
voltage
target
chamber
power supply
Prior art date
Application number
KR1020160044953A
Other languages
English (en)
Inventor
차광민
타카유키 후카사와
박준용
송도근
신상원
신현억
Original Assignee
삼성디스플레이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성디스플레이 주식회사 filed Critical 삼성디스플레이 주식회사
Priority to KR1020160044953A priority Critical patent/KR20170117279A/ko
Publication of KR20170117279A publication Critical patent/KR20170117279A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3402—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
    • H01J37/3405—Magnetron sputtering

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치는 가스 공급계와 가스 배기계를 포함하는 챔버, 상기 챔버 내부의 일측에 위치하는 기판 안착부, 상기 챔버 내부에 위치하며 상기 기판 안착부의 맞은 편에 위치하는 타겟 안착부, 상기 챔버 외부에 위치하며 상기 타겟 안착부의 배면에 위치하는 마그네트론, 상기 타겟 안착부에 연결되어 있는 제1 전원 공급부 및 상기 기판 안착부에 연결되어 있으며 약 -0V미만에서 - 수백V이상의 범위 내에서 설정되는 일정한 바이어스 전압을 인가하는 제2 전원 공급부를 포함한다.

Description

마그네트론 스퍼터링 장치 및 이를 이용한 박막 증착 방법{MAGNETRON SPUTTERING APPPARATUS AND THIN FILM DEPOSITION METHOD USING THE SAME}
본 기재는 마그네트론 스퍼터링 장치 및 이를 이용한 박막 증착 방법에 관한 것이다.
반도체 및 디스플레이 제조 분야에서 스퍼터링 장치는 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등의 금속 배선을 형성하는데 널리 사용되고 있다. 최근에는 인듐주석 산화물(ITO) 등의 투명 전극과, 투명 비정질 산화물 반도체(TAOS: Transparent Amorphous Oxide Semiconductor) 등의 박막 제조에도 스퍼터링 장치가 사용되고 있다.
스퍼터링은 물리적 증기 증착법(physical vapor deposition, PVD)의 일종으로서, 외부 에너지원으로 타겟 물질을 기화시키면 기화된 타겟 물질이 기판 위에서 물리적 반응에 의해 기체에서 고체 상태로 변하면서 막을 형성한다.
그러나 안정적인 고성능 박막을 형성하는 것은 쉽지 않다. 성막 시 손상에 의한 전체적인 성능저하 및 국소적인 성능저하가 일어나고 대형 장치의 경우 특히 안정된 품질의 고기능 박막을 균일하게 만드는 것이 어렵다. 그 원인 중의 하나로 타겟의 표면에서 발생하는 고속 산소 음이온(Negative Oxygen Ion, NOI)이 기판에 도달하여 영향을 주는 것이 있다.
실시예들은 산소 음이온의 영향을 최소화 하며 고기능의 균일한 박막을 증착할 수 있는 마그네트론 스퍼터링 장치 및 이를 이용한 박막 증착 방법 제공을 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치는 가스 공급계와 가스 배기계를 포함하는 챔버, 상기 챔버 내부의 일측에 위치하는 기판 안착부, 상기 챔버 내부에 위치하며 상기 기판 안착부의 맞은 편에 위치하는 타겟 안착부, 상기 챔버 외부에 위치하며 상기 타겟 안착부의 배면에 위치하는 마그네트론, 상기 타겟 안착부에 연결되어 있는 제1 전원 공급부 및 상기 기판 안착부에 연결되어 있으며 약 -0V미만에서 - 수백V이상의 범위 내에서 설정되는 일정한 바이어스 전압을 인가하는 제2 전원 공급부를 포함한다.
상기 바이어스 전압은 DC 전압 또는 임펄스(Impulse) DC 전압일 수 있다.
상기 바이어스 전압은 약 -20V미만에서 - 900V이상의 범위 내에서 설정될 수 있다.
상기 바이어스 전압이 인가되는 중간에 플러스(+) 전압을 0 마이크로초(μsec) 초과 20 마이크로초(μsec) 이하의 범위 내의 임펄스(Impulse)로 인가할 수 있다.
상기 플러스(+) 전압을 주기적으로 반복하여 인가할 수 있다.
상기 제1 전원 공급부는 음(-)의 전압을 타겟에 인가할 수 있다.
상기 가스 공급계 및 상기 가스 배기계를 통해 상기 챔버 내부는 진공으로 유지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치를 이용한 박막 증착 방법은 챔버 내부에 위치하는 기판 안착부에 기판을 안착하는 단계, 상기 챔버 내부에 위치하며 상기 기판 안착부의 맞은 편에 위치하는 타겟 안착부에 타겟을 안착하는 단계, 상기 챔버 외부에서 상기 타겟 안착부의 배면에 마그네트론을 위치시키는 단계, 상기 챔버 내부를 배기시킨 후 방전 가스를 주입하는 단계 및 상기 타겟 안착부에 연결되어 있는 제1 전원 공급부를 통하여 상기 타겟에 음(-)의 전압을 인가하고, 상기 기판 안착부에 연결되어 있는 제2 전원 공급부를 통하여 약 -0V미만에서 - 수백V이상의 범위 내에서 설정되는 일정한 바이어스 전압을 상기 기판에 인가하는 단계를 포함한다.
상기 제2 전원 공급부는 상기 기판에 DC 전압 또는 임펄스(Impulse) DC 전압을 인가할 수 있다.
상기 제2 전원 공급부는 상기 기판에 약 -20V미만에서 - 900V이상의 범위 내에서 설정되는 일정한 바이어스 전압을 인가할 수 있다.
상기 제2 전원 공급부를 통하여 상기 바이어스 전압이 인가되는 중간에 플러스(+) 전압을 0 마이크로초(μsec) 초과 20 마이크로초(μsec) 이하의 범위 내의 임펄스(Impulse)로 인가할 수 있다.
상기 제2 전원 공급부를 통하여 상기 플러스(+) 전압을 주기적으로 반복하여 인가할 수 있다.
상기 제1 전원 공급부를 통하여 음(-)의 전압을 상기 타겟에 인가할 수 있다.
실시예들에 따르면, 산소 음이온의 영향을 최소화 하며 고기능의 균일한 박막을 증착할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치의 제2 전원 공급부에서 기판으로 인가되는 전압을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치의 챔버 내부에서 산소 음이온의 분포를 측정한 실험 결과이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치의 제2 전원 공급부에서 기판으로 인가되는 전압을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치의 챔버 내부에서 아르곤 양이온의 분포를 측정한 실험 결과이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 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.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 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. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향 쪽으로 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치의 제2 전원 공급부에서 기판으로 인가되는 전압을 나타낸 그래프이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치의 챔버 내부에서 산소 음이온(Negative Oxygen Ion, NOI)의 분포를 측정한 실험 결과이다.
도 1을 참조하면, 마그네트론 스퍼터링 장치(100)는, 챔버(10), 가스 배기계(11), 가스 공급계(12), 챔버(10) 내에 구비되는 기판 안착부(21), 챔버(10) 내에 구비되는 타겟 안착부(31), 타겟 안착부(31)에 전원을 인가하는 제1 전원 공급부(32) 및 타겟 안착부(31) 배면에 위치하는 마그네트론(33)을 포함한다.
챔버(10)는 금속제 용기로 이루어질 수 있으며, 챔버(10) 내부는 진공으로 유지될 수 있다.
챔버(10)에는 플라즈마 발생용의 가스 공급부인 가스 공급계(12)가 형성되어 있다. 방전 가스, 예를 들어 아르곤(Ar) 등의 불활성 가스를 포함하는 가스가 가스 공급계(12)를 통해 외부로부터 챔버(10) 내부로 도입된다. 특히 아르곤(Ar)은 타겟(T)과 반응하지 않으며 분자량이 높아 보다 높은 스퍼터링 효과 및 증착률을 얻을 수 있기 때문에 방전 가스에 주로 포함된다. 가스 공급계(12)는 방전 가스가 저류된 가스 공급원(미도시)에 연결되어 있다. 가스 공급계(12)에는 유량 조정부(미도시)가 설치될 수 있으며, 가스 공급원으로부터 가스 공급계(12)로의 방전 가스의 공급량을 제어할 수 있다.
챔버(10)에는 가스 배기계(11)가 형성되어 있다. 가스 배기계(11)에는 배기관(미도시)의 일단이 연결되어 있고, 배기관의 타단은 배기 펌프(미도시)에 연결되어 있다. 배기관에는 배기량 조정 기구(미도시)가 설치될 수 있으며, 챔버(10) 내의 압력을 조정하는 역할을 할 수 있다.
챔버(10)의 내부에는 기판 안착부(21)가 위치한다. 기판 안착부(21)는 챔버(10)의 내부 일측에 위치할 수 있다. 기판 안착부(21)에는 성막하고자 하는 기판(S)이 안착된다. 기판 안착부(21)는 전기적으로 접지된다. 기판 안착부(21)에는 기판(S)을 가열하는 히터(미도시)가 설치될 수 있다.
타겟 안착부(31) 역시 챔버(10)의 내부에 위치한다. 타겟 안착부(31)는 챔버(10)의 내부 일측에 위치할 수 있다. 타겟 안착부(31)는 기판 안착부(21)의 맞은편에 챔버(10)의 내부 공간을 사이에 두고 위치한다. 즉, 타겟 안착부(31)와 기판 안착부(21)는 챔버(10)의 내부 공간을 사이에 두고 서로 마주보며 위치한다. 타겟 안착부(31)에는 타겟(T)이 안착된다. 타겟(T)은 기판(S)에 성막하고자 하는 재료를 의미한다. 타겟 안착부(31)는 챔버(10)로부터 절연되어 있다. 타겟 안착부(31)에는 타겟(T)을 냉각시키는 냉각기(미도시)가 설치될 수 있다.
타겟 안착부(31)의 배면이자 챔버(10)의 외부에는 마그네트론(33)이 위치한다. 즉, 마그네트론(33)은 타겟(T)을 항하여 위치하고, 타겟(T)을 사이에 두고 기판 안착부(21)와 마주보며 위치한다. 마그네트론(33)은 복수의 영구 자석을 포함할 수 있다. 마그네트론(33)은 극성이 서로 상이한 자석이 번갈아가며 배치되어 있을 수 있다. 마그네트론(33)은 두 개의 N극의 자석 사이에 한 개의 S극 자석이 배치되어있는 형태일 수 있다. 도 1의 마그네트론(33)의 형태는 예시에 불과하며 마그네트론(33)에 의한 증착 효율을 높이기 위하여 다양한 형태를 갖는 마그네트론(33)이 사용될 수 있다. 증착되는 막의 균일도를 높이고 타겟의 고른 사용을 위하여 이동식 마그네트론을 사용할 수도 있다.
타겟 안착부(31)에는 타겟(T)에 전원을 인가하는 제1 전원 공급부(32)가 연결되어 있다. 제1 전원 공급부(32)는 DC, AC, RF Pulse DC 중 어느 하나의 전원을 사용할 수 있다. 타겟(T)에 제1 전원 공급부(32)를 통해 음(-)의 전압이 인가되면, 타겟(T)의 주위에 전계가 발생하고, 이 전계에 의해 가속된 전자가 방전 가스의 분자와 충돌한다. 방전가스는 충돌로 인하여 전리되어 새로운 전자 및 양이온을 발생시키고 챔버(10) 내부에 플라즈마를 형성한다. 즉, 전자가 이동하는 과정에서 방전 가스의 분자와 충돌함으로써 방전 가스가 이온화되어 플라즈마 상태로 여기된다. 발생한 양이온에는 아르곤 양이온(Ar+)이 포함될 수 있다.
이와 같이 생성된 플라즈마 이온은 타겟(T) 배면에 위치하는 마그네트론(33)의 자기장의 방향을 축으로 하는 나선 운동을 하게 되는데, 이와 같은 나선 운동에 의해 플라즈마 이온은 타겟(T) 부근에 잔류하는 시간이 길어지게 된다. 즉, 마그네트론(33)은 챔버(10) 내부의 전자를 자기장에 의해 구속하고 나선운동을 하게함으로써 플라즈마의 이온화 효율을 증가시키는 역할을 한다. 이에 따라 플라즈마 이온과 방전 가스 분자와의 충돌이 빈번해져 방전 가스의 전리로 인해 플라즈마 밀도가 더욱 증가하게 된다.
플라즈마 내의 양이온은 음(-)의 전압이 인가된 타겟(T) 쪽으로 가속되어 타겟(T)과 충돌한다. 충돌 에너지에 의해 타겟(T) 표면의 많은 원자 및 전자들이 떨어져 나오게 된다. 떨어져 나온 원자는 타겟(T)과 마주 보고 위치하는 기판(S)쪽으로 운동하여 기판(S) 표면에 증착된다. 이를 스퍼터링(Sputtering)이라고 한다.
기판(S)에 형성되는 막은 타겟(T) 종류에 따라 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등의 금속막이거나, 인듐주석 산화물(ITO) 등의 투명 도전막이거나, 투명 비정질 산화물 반도체(TAOS: Transparent Amorphous Oxide Semiconductor) 등의 박막일 수 있다. 산화물 반도체로는 InGaZnO, InGaO, InSnZnO, 및 ZnON 등이 알려져 있다.
플라즈마 내의 양이온이 타겟(T)과 충돌할 때 원자와 함께 떨어져 나온 전자는 자기장에 포착되어 다시 전리에 기여한다. 이러한 타겟(T) 표면에서 떨어져 나온 전자를 2차 전자라고 한다. 즉, 마그네트론(33)의 자기장은 타겟(T)으로부터 사이클로이드 경로(cycloidal path) 내로 방출된 2차 전자의 궤적을 재 형상화하고 한정 구역 내의 방전 가스의 이온화의 개연성을 크게 증가시키는, 전자 트랩(electron trap)으로서 작용하는 폐쇄형 루프 경로를 형성한다.
기판 안착부(21)에는 기판(S)에 전원을 인가하는 제2 전원 공급부(22)가 연결되어 있다. 제2 전원 공급부(22)는 기판(S)에 DC 또는 임펄스(Impulse) DC 의 바이어스 전압을 인가한다. 제2 전원 공급부(22)는 기판(S)에 음(-)의 전압을 인가하는데, 제2 전원 공급부(22)가 기판(S)에 인가하는 DC 바이어스 전압은 약 -0V미만에서 - 수백V이상의 범위 내에서 설정될 수 있다. 제2 전원 공급부(22)가 기판(S)에 인가하는 DC 바이어스 전압은 약 -20V미만에서 - 900V이상의 범위 내에서 설정될 수도 있다. 제2 전원 공급부(22)가 기판(S)에 임펄스(Impulse)를 인가하는 경우, 음(-)의 DC 전압이 인가되는 중간에 플러스(+) 전압을 약 1 마이크로초(μsec)의 빠른 임펄스(Impulse)로 인가할 수 있다. 플러스(+) 전압은 0 마이크로초(μsec) 초과 20 마이크로초(μsec) 이하의 범위 내의 임펄스(Impulse)로 인가할 수 있다. 플러스(+) 전압은 일정한 주기로 반복하여 인가할 수 있다.
도 2는 -100V의 일정한 바이어스 전압이 인가되는 중간에 플러스(+) 전압이 약 1 마이크로초(μsec)의 빠른 임펄스(Impulse)로 인가될 때의, 제2 전원 공급부(22)에서 기판(S)으로 인가되는 전압을 나타낸 그래프이다. x축은 시간(μs)을 나타내고, y축은 기판에 인가되는 V2 바이어스 전압(V)을 나타낸다. 그래프를 보면, -100V의 일정한 바이어스 전압이 인가되다가(A구간) 플러스(+) 전압이 약 1 마이크로초(μsec)의 빠른 임펄스(Impulse)(B구간)로 인가된다.
진공으로 배기하는 과정에 챔버(10) 내부에 남아있는 산소(O₂) 또는 공정 중에 타겟(T)에 공급한 산소(O₂)가 타겟(T)과 반응하거나, 방전 가스의 분자 또는 이온과 충돌하는 경우 산소 음이온(Negative Oxygen Ion, NOI)이 발생한다. 이러한 산소 음이온이 기판(S)에 도달하는 경우 기판(S)에 박막이 증착되는 것을 방해하여 고기능의 균일한 박막이 형성되는 것을 방해한다.
그러나 기판(S)에 약 -20V이하에서 - 수백V 범위 내의 일정한 바이어스 전압을 인가하는 경우 산소 음이온이 기판(S)에 도달하는 것을 차단하여 산소 음이온으로 인한 박막의 품질 저하를 방지할 수 있다. 기판(S)에 약 -20V이상에서 - 수백V 범위 내의 일정한 바이어스 전압이 인가되면 산소 음이온을 밀어내서 산소 음이온이 기판(S)에 도달하지 못한다. 도 3은 기판(Substrate)에 약 -20V이하에서 - 수백V 범위 내의 일정한 바이어스 전압을 인가하였을 때, 챔버 내의 산소 음이온의 평균 농도(ave_density_O_n)를 측정한 결과이다. 푸른색에서 노란색, 붉은색을 띌수록 산소 음이온의 농도가 더 높음을 나타내는데, 타겟(Target) 주변은 붉은색과 노란색을 띄는데 반해 기판(Substrate) 주변은 푸른색을 띄어 산소 음이온이 타겟(Target)쪽에만 분포하고 기판(Substrate) 쪽에는 도달하지 못함을 확인할 수 있다.
플러스(+) 전압이 약 1 마이크로초(μsec)의 빠른 임펄스(Impulse)로 인가되는 B구간은 방전 가스의 양이온이 기판(S)으로 도달하는 것을 방지한다. 방전 가스의 양이온이 기판(S)으로 도달하는 경우 기판(S)에 플러스 차지가 발생하고 이로 인해 산소 음이온이 기판(S)쪽으로 도달할 수 있으므로 이를 방지하는 것이다.
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치의 제2 전원 공급부에서 기판으로 인가되는 전압을 설명한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치의 제2 전원 공급부에서 기판으로 인가되는 전압을 나타낸 그래프이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트론 스퍼터링 장치의 챔버 내부에서 아르곤 양이온(Ar+)의 분포를 측정한 실험 결과이다.
도 4는 -100V의 일정한 바이어스 전압이 인가될 때의, 제2 전원 공급부에서 기판으로 인가되는 전압을 나타낸 그래프이다. x축은 시간(μs)을 나타내고, y축은 기판에 인가되는 V2 바이어스 전압(V)을 나타낸다. 그래프를 보면, -100V의 DC 바이어스 전압이 인가된다. 기판에 약 -20V이하에서 - 수백V 이상의 전압이 인가되는 경우 산소 음이온을 밀어내서 산소 음이온이 기판에 도달하지 못하므로 산소 음이온으로 인한 박막의 품질 저하를 방지할 수 있다. 이 때, 아르곤 양이온은 챔버 내부의 압력과 타겟과 기판 간의 거리를 조절하여 이 기판에 도달하지 않도록 할 수 있다. 도 5는 챔버 내부의 압력을 0.4 Pa, 산소(O₂)농도를 30%, 타겟(Target)에 인가되는 바이어스를 -750V로 조절하여 챔버 내부에서 아르곤 양이온(Ar+)의 평균 농도(Averaged density of Argon ion Ar+)를 측정한 결과이다. 푸른색에서 노란색, 붉은색을 띌수록 아르곤 양이온(Ar+)의 농도가 더 높음을 나타내는데, 타겟(Target) 주변은 붉은색과 노란색을 띄는데 반해 기판(Substrate) 주변은 푸른색을 띄어 아르곤 양이온(Ar+)이 타겟(Target)쪽에만 분포하고 기판(Substrate) 쪽에는 도달하지 못함을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 마그네트론 스퍼터링 장치 10: 챔버
11: 가스 배기계 12: 가스 공급계
21: 기판 안착부 31: 타겟 안착부
32: 전원 공급부 33: 마그네트론

Claims (13)

  1. 가스 공급계와 가스 배기계를 포함하는 챔버;
    상기 챔버 내부의 일측에 위치하는 기판 안착부;
    상기 챔버 내부에 위치하며 상기 기판 안착부의 맞은 편에 위치하는 타겟 안착부;
    상기 챔버 외부에 위치하며 상기 타겟 안착부의 배면에 위치하는 마그네트론;
    상기 타겟 안착부에 연결되어 있는 제1 전원 공급부 및
    상기 기판 안착부에 연결되어 있으며 약 -0V미만에서 - 수백V이상의 범위 내에서 설정되는 일정한 바이어스 전압을 인가하는 제2 전원 공급부; 를 포함하는 마그네트론 스퍼터링 장치.
  2. 제1 항에서,
    상기 바이어스 전압은 DC 전압 또는 임펄스(Impulse) DC 전압인 마그네트론 스퍼터링 장치
  3. 제2 항에서,
    상기 바이어스 전압은 약 -20V미만에서 - 900V이상의 범위 내에서 설정되는 마그네트론 스퍼터링 장치.
  4. 제3 항에서,
    상기 바이어스 전압이 인가되는 중간에 플러스(+) 전압을 0 마이크로초(μsec) 초과 20 마이크로초(μsec) 이하의 범위 내의 임펄스(Impulse)로 인가하는 마그네트론 스퍼터링 장치.
  5. 제4 항에서,
    상기 플러스(+) 전압을 주기적으로 반복하여 인가하는 마그네트론 스퍼터링 장치.
  6. 제5 항에서,
    상기 제1 전원 공급부는 음(-)의 전압을 타겟에 인가하는 마그네트론 스퍼터링 장치.
  7. 제6 항에서,
    상기 가스 공급계 및 상기 가스 배기계를 통해 상기 챔버 내부는 진공으로 유지되는 마그네트론 스터퍼링 장치.
  8. 챔버 내부에 위치하는 기판 안착부에 기판을 안착하는 단계;
    상기 챔버 내부에 위치하며 상기 기판 안착부의 맞은 편에 위치하는 타겟 안착부에 타겟을 안착하는 단계;
    상기 챔버 외부에서 상기 타겟 안착부의 배면에 마그네트론을 위치시키는 단계;
    상기 챔버 내부를 배기시킨 후 방전 가스를 주입하는 단계; 및
    상기 타겟 안착부에 연결되어 있는 제1 전원 공급부를 통하여 상기 타겟에 음(-)의 전압을 인가하고, 상기 기판 안착부에 연결되어 있는 제2 전원 공급부를 통하여 약 -0V미만에서 - 수백V이상의 범위 내에서 설정되는 일정한 바이어스 전압을 상기 기판에 인가하는 단계; 를 포함하는 박막 증착 방법.
  9. 제8 항에서,
    상기 제2 전원 공급부는 상기 기판에 DC 전압 또는 임펄스(Impulse) DC 전압을 인가하는 박막 증착 방법.
  10. 제9 항에서,
    상기 제2 전원 공급부는 상기 기판에 약 -20V미만에서 - 900V이상의 범위 내에서 설정되는 일정한 바이어스 전압을 인가하는 박막 증착 방법.
  11. 제10 항에서,
    상기 제2 전원 공급부를 통하여 상기 바이어스 전압이 인가되는 중간에 플러스(+) 전압을 0 마이크로초(μsec) 초과 20 마이크로초(μsec) 이하의 범위 내의 임펄스(Impulse)로 인가하는 박막 증착 방법.
  12. 제11 항에서,
    상기 제2 전원 공급부를 통하여 상기 플러스(+) 전압을 주기적으로 반복하여 인가하는 박막 증착 방법.
  13. 제12 항에서,
    상기 제1 전원 공급부를 통하여 음(-)의 전압을 상기 타겟에 인가하는 박막 증착 방법.
KR1020160044953A 2016-04-12 2016-04-12 마그네트론 스퍼터링 장치 및 이를 이용한 박막 증착 방법 KR20170117279A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160044953A KR20170117279A (ko) 2016-04-12 2016-04-12 마그네트론 스퍼터링 장치 및 이를 이용한 박막 증착 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160044953A KR20170117279A (ko) 2016-04-12 2016-04-12 마그네트론 스퍼터링 장치 및 이를 이용한 박막 증착 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20170117279A true KR20170117279A (ko) 2017-10-23

Family

ID=60298662

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160044953A KR20170117279A (ko) 2016-04-12 2016-04-12 마그네트론 스퍼터링 장치 및 이를 이용한 박막 증착 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20170117279A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109750267A (zh) * 2019-03-26 2019-05-14 合肥京东方显示技术有限公司 一种磁控溅射装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109750267A (zh) * 2019-03-26 2019-05-14 合肥京东方显示技术有限公司 一种磁控溅射装置
CN109750267B (zh) * 2019-03-26 2021-10-26 合肥京东方显示技术有限公司 一种磁控溅射装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20150136585A1 (en) Method for sputtering for processes with a pre-stabilized plasma
US20110011737A1 (en) High-power pulse magnetron sputtering apparatus and surface treatment apparatus using the same
US3625848A (en) Arc deposition process and apparatus
JPH0633453B2 (ja) 陰極スパツタリング処理により基板に薄層を被着する装置
JP2009057637A (ja) ヘリカル磁気共振コイルを利用したイオン化物理的気相蒸着装置
TW201705179A (zh) 離子束裝置、離子植入裝置、離子束放出方法
JP2016528677A (ja) 基板処理システム、イオン注入システム、およびビームラインイオン注入システム
WO2015134108A1 (en) Ion beam sputter deposition assembly, sputtering system, and sputter method of physical vapor deposition
TWI464285B (zh) 成膜方法及成膜裝置
US20120111722A1 (en) Film-forming apparatus
JP5461690B2 (ja) スパッタリング装置及びスパッタリング方法
KR102616067B1 (ko) Pvd 스퍼터링 증착 챔버의 경사형 마그네트론
JP5464800B2 (ja) スパッタリング装置及び成膜方法
KR20170117279A (ko) 마그네트론 스퍼터링 장치 및 이를 이용한 박막 증착 방법
KR102553953B1 (ko) 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법
JP2015040330A (ja) スパッタリング成膜装置及びスパッタリング成膜方法
KR102123455B1 (ko) 스퍼터링 장치 및 산화물 반도체 물질의 스퍼터링 방법
Yukimura et al. High-power inductively coupled impulse sputtering glow plasma
KR102156989B1 (ko) 진공 아크 성막 장치 및 성막 방법
RU2601903C2 (ru) Способ напыления тонкопленочных покрытий на поверхность полупроводниковых гетероэпитаксиальных структур методом магнетронного распыления
KR20170117278A (ko) 마그네트론 스퍼터링 장치 및 이를 이용한 박막 증착 방법
TWI632246B (zh) 用於反應性再濺射介電材料的ｐｖｄ腔室中之腔室糊貼方法
KR101105842B1 (ko) 환상형 타겟 마그네트론 스퍼터링 장치
JP2009275281A (ja) スパッタリング方法及び装置
KR102450392B1 (ko) 스퍼터링 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application