KR20190094223A - 스퍼터 증착 소스, 스퍼터 증착 장치, 및 기판 상에 층을 증착하는 방법 - Google Patents

스퍼터 증착 소스, 스퍼터 증착 장치, 및 기판 상에 층을 증착하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 개시내용의 일 양상에 따르면, 스퍼터 증착 소스(100, 200)가 제공된다. 스퍼터 증착 소스는: 전극들의 2개 이상의 쌍들을 갖는 전극들의 어레이(110) ― 전극들의 어레이의 각각의 전극(112)은 개개의 회전 축(A)을 중심으로 회전가능하고, 그리고 기판(10) 상에 증착될 타겟 재료를 제공하도록 구성됨 ―; 및 전극들의 2개 이상의 쌍들에 양극성 펄스형 DC 전압을 각각 공급하도록 구성된 전력 공급 어레인지먼트(120)를 포함한다. 본 개시내용의 추가의 양상에 따르면, 스퍼터 증착 소스(100, 200)를 이용하여 기판 상에 층을 증착하는 방법이 제공된다.

Description

스퍼터 증착 소스, 및 기판 상에 층을 증착하는 방법
[0001] 본 개시내용은 기판 상에 층을 증착하도록 구성된 스퍼터 증착 소스에 관한 것이다. 본 개시내용은 추가로, 스퍼터 증착 소스를 갖는 스퍼터 증착 장치뿐만 아니라, 스퍼터링에 의해 기판 상에 얇은 층을 증착하는 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 개시내용은 회전가능 전극들의 어레이를 이용한 스퍼터링에 관한 것이다.
[0002] 높은 층 균일성으로 기판 상에 얇은 층들을 형성하는 것은 많은 기술 분야들에서 관련있는 이슈이다. 예컨대, 박막 트랜지스터(TFT; thin film transistor)들의 분야에서, 하나 이상의 증착된 층들의 두께 균일성 및 전기적 특성들의 균일성은 디스플레이 채널 영역들을 신뢰할 수 있게 제조하는 것에 대한 이슈일 수 있다.
[0003] 기판 상에 층을 형성하기 위한 하나의 방법은 스퍼터링이며, 스퍼터링은 다양한 제조 분야들, 예컨대 TFT들의 제조에서 매우 유익한 방법으로서 개발되었다. 스퍼터링 동안, 플라즈마의 에너제틱 입자(energetic particle)들(예컨대, 불활성 또는 반응성 가스의 에너자이징된 이온(energized ion)들)과 스퍼터 타겟의 충격(bombardment)에 의해 스퍼터 타겟의 재료로부터 원자들이 방출(eject)된다. 방출된 원자들이 기판 상에 증착될 수 있어서, 스퍼터링된 재료의 층이 기판 상에 형성될 수 있다.
[0004] 알려진 스퍼터 증착 소스들은, 전기 에너지를 생성하여 스퍼터 증착 소스의 하나 이상의 전극들, 예컨대 캐소드들에 공급하기 위한 전력 공급부를 갖는 전력 공급 어레인지먼트를 포함한다. 상기 에너지는 플라즈마를 점화 및 유지하기 위해 캐소드들 사이의 가스에 축적(deposit)되고, 플라즈마 이온들 및 플라즈마 전자들의 운동은 캐소드들 뒤에 배열될 수 있는 자석 어셈블리들에 의해 제어될 수 있다. 캐소드들은, 플라즈마에 의한 스퍼터링을 통해 코팅 재료를 제공하기 위한 개개의 타겟을 포함할 수 있다.
[0005] 스퍼터링은 상이한 전기, 자기, 및 기계적 구성들을 갖는 매우 다양한 디바이스들로 달성될 수 있다. 알려진 구성들은 플라즈마를 생성하기 위해 직류(DC) 또는 교류(AC)를 제공하는 전력 소스 어레인지먼트들을 포함하며, 가스에 인가되는 AC 전기장들은, DC 전기장들보다 더 높은 플라즈마 레이트들을 규칙적으로 제공한다. 라디오 주파수(RF) 스퍼터링 장치에서, RF 전기장을 인가함으로써, 플라즈마는 점화되고(struck) 유지된다. 따라서, 비-전도성 재료들이 또한 스퍼터링될 수 있다. DC 스퍼터링은 전형적으로, RF 스퍼터링보다 더 높은 증착 레이트들을 제공하지만, 아킹 레이트(arcing rate)가 높을 수 있기 때문에 더 문제가 될 수 있다.
[0006] 아킹 레이트를 감소시키는 동시에 높은 증착 레이트들을 제공하도록 구성된 스퍼터 증착 소스를 제공하는 것이 유익할 것이다. 또한, 스퍼터 증착 소스뿐만 아니라, 스퍼터링된 재료의 균일한 층들을 가능하게 하기 위한 스퍼터 증착 장치가 유익할 것이다.
[0007] 상기 내용을 고려하여, 스퍼터 증착 소스, 스퍼터 증착 장치뿐만 아니라, 기판 상에 층을 증착하는 방법이 제공된다.
[0008] 본 개시내용의 일 양상에 따르면, 스퍼터 증착 소스가 설명된다. 스퍼터 증착 소스는: 전극들의 2개 이상의 쌍들을 갖는 전극들의 어레이 ― 전극들의 어레이의 각각의 전극은 개개의 회전 축을 중심으로 회전가능하고, 그리고 기판 상에 증착될 타겟 재료를 제공하도록 구성됨 ―; 및 전극들의 2개 이상의 쌍들에 양극성 펄스형 DC 전압을 각각 공급하도록 구성된 전력 공급 어레인지먼트를 포함한다.
[0009] 추가의 양상에 따르면, 스퍼터 증착 장치가 설명된다. 스퍼터 증착 장치는, 진공 챔버; 전극들의 2개 이상의 쌍들을 갖는 전극들의 어레이를 포함하는 스퍼터 증착 소스 ― 전극들의 어레이는 진공 챔버 내에 배열됨 ―; 및 진공 챔버 내에 배열되고 그리고 증착 동안에 기판을 지지하도록 구성된 기판 지지부를 포함한다. 전극들의 어레이의 각각의 전극은 개개의 회전 축을 중심으로 회전가능하고, 기판 상에 증착될 타겟 재료를 제공하도록 구성된다. 스퍼터 증착 소스는, 전극들의 2개 이상의 쌍들에 양극성 펄스형 DC 전압을 각각 공급하도록 구성된 전력 공급 어레인지먼트를 더 포함한다.
[0010] 또 다른 양상에 따르면, 회전가능 전극들의 어레이를 포함하는 스퍼터 증착 소스를 이용하여 기판 상에 층을 증착하는 방법이 설명된다. 방법은 회전가능 전극들의 어레이의 전극들의 2개 이상의 쌍들에 양극성 펄스형 DC 전압을 각각 공급하는 단계를 포함한다.
[0011] 본 개시내용의 추가의 양상들, 장점들 및 특징들이 종속 청구항들, 설명 및 첨부 도면들로부터 명백하다.
[0012] 본 개시내용의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있다. 첨부 도면들은 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이고, 하기에서 설명된다. 통상적인 실시예들이 도면들에서 도시되며, 이하의 상세한 설명에서 상세히 설명된다.
[0013] 도 1은 본원에서 설명되는 일부 실시예들에 따른 스퍼터 증착 소스의 개략도를 도시하고;
[0014] 도 2는 본원에서 설명되는 일부 실시예들에 따른 스퍼터 증착 소스의 개략도를 도시하고;
[0015] 도 3은, 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 스퍼터 증착 소스 내의 전극들의 쌍에 인가될 수 있는 양극성 펄스형 DC 전압 및 개개의 전류를 도시하는 그래프이고;
[0016] 도 4a 및 도 4b는 본원에서 설명되는 방법들에 따른 스퍼터링에 의한 아킹 레이트 감소를 예시하기 위한 도면들이고;
[0017] 도 5는 본원에서 설명되는 일부 실시예들에 따른 스퍼터 증착 장치의 개략도를 도시하고; 그리고
[0018] 도 6은 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 방법을 예시하는 흐름도이다.
[0019] 이제, 다양한 실시예들이 상세하게 참조될 것이며, 다양한 실시예들의 하나 이상의 예들은 각각의 도면에서 예시된다. 각각의 예는 설명으로 제공되고, 제한으로서 의도되지 않는다. 예컨대, 일 실시예의 일부로서 예시되거나 또는 설명되는 피처(feature)들은, 또 다른 추가의 실시예를 산출하기 위해, 임의의 다른 실시예에 대해 또는 임의의 다른 실시예와 함께 사용될 수 있다. 본 개시내용은 그러한 변형들 및 변화들을 포함하도록 의도된다.
[0020] 도면들의 다음의 설명 내에서, 동일한 참조 번호들은 동일한 또는 유사한 컴포넌트들을 지칭한다. 일반적으로, 개별적인 실시예들에 대한 차이들만이 설명된다. 달리 명시되지 않는 한, 일 실시예의 부분 또는 양상의 설명은 다른 실시예의 대응하는 부분 또는 양상에 또한 적용된다.
[0021] 본원에 설명된 바와 같이 재료로 기판을 코팅하는 프로세스는 전형적으로 박막 애플리케이션들을 지칭한다. "코팅"이라는 용어와 "증착"이라는 용어는 본원에서 동의어로 사용된다. 본원에 설명된 실시예들에서 사용되는 코팅 프로세스는 스퍼터링이다.
[0022] 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 스퍼터 증착 소스는 회전가능 전극들의 어레이를 포함한다. 어레이의 각각의 전극은 기판 상에 증착될 타겟 재료를 제공하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 각각의 전극은, 기판 상에 증착될 타겟 재료로 제조된 타겟, 예컨대 원통형 타겟을 포함할 수 있다. 또한, 각각의 전극은 타겟 재료와 함께 개개의 회전 축을 중심으로 회전가능하도록 구성될 수 있다. 원통형 타겟들의 활용이 개선될 수 있다.
[0023] 일반적으로, 스퍼터링은, 다이오드 스퍼터링으로서 또는 마그네트론 스퍼터링으로서 착수될 수 있다. 마그네트론 스퍼터링은, 증착 레이트들이 다소 높다는 점에서 특히 유리하다. 전형적으로, 회전가능 전극 내에 자석 어셈블리가 포지셔닝된다. 회전가능 전극 내에, 즉, 원통형 타겟 내부에 자석 어셈블리를 배열함으로써, 타겟 표면 위의 자유 전자들은 자기장 내로 이동하도록 강제되며, 빠져나갈 수 없다. 이는 가스 분자들을 이온화시킬 확률을, 전형적으로 10의 수 승 배만큼 향상시킨다. 이는 증착 레이트를 상당히 증가시킨다.
[0024] 기판은 코팅 동안 연속적으로 이동될 수 있거나("동적 코팅"), 또는 기판은 코팅 동안 정지되어 있을 수 있다("정적 코팅"). 동적 코팅의 경우에는 기판 홀더들이 종종 또한 코팅되기 때문에, 정적 코팅은 동적 코팅과 비교하여, 코팅에 사용되는 타겟 재료의 양이 더 적다는 점에서 유리하다. 정적 코팅은 특히, 대면적 기판들의 코팅을 가능하게 한다. 기판들은 코팅 영역에 진입하고, 코팅되고, 그리고 기판들은 다시 코팅 영역 밖으로 꺼내어진다.
[0025] 스퍼터링은 디스플레이들의 생산에서 사용될 수 있다. 더 상세히, 스퍼터링은 금속화, 이를테면, 전극들 또는 버스들의 생성을 위해 사용될 수 있다. 스퍼터링은 또한, 박막 트랜지스터(TFT)들의 생성을 위해 사용된다. 스퍼터링은 또한, 투명한 전도성 옥사이드 층, 예컨대 인듐 주석 옥사이드(ITO; indium tin oxide) 층의 생성에 사용될 수 있다.
[0026] 스퍼터링은 또한, 박막 태양 전지들의 생산에서 사용될 수 있다. 일반적으로, 박막 태양 전지는 후면 콘택(back contact), 흡수 층, 및 투명한 전도성 옥사이드 층(TCO; transparent and conductive oxide layer)을 포함한다. 전형적으로, 후면 콘택 및 TCO 층은 스퍼터링에 의해 생산되는 반면에, 흡수 층은 전형적으로, 화학 기상 증착 프로세스에서 제조된다.
[0027] 본원에서 사용되는 "기판"이라는 용어는, 비가요성 기판들(예컨대, 웨이퍼 또는 유리 플레이트) 및 가요성 기판들(이를테면, 웹들 및 포일들) 둘 모두를 포괄할 것이다. 일부 실시예들에서, 기판은, 예컨대 태양 전지들의 생산에 사용되는 비가요성 기판, 이를테면, 유리 플레이트이다.
[0028] 본 개시내용의 양상에 따르면, 회전가능 전극들에 인가되는 전압은 시간의 경과에 따라 변화한다. 즉, 비-정전압이 회전가능 전극들에 인가된다.
[0029] 도 1은 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 스퍼터 증착 소스(100)의 개략도를 도시한다. 스퍼터 증착 소스(100)는 전극들의 어레이(110)를 포함하며, 전극들의 어레이(110)는 전극들의 2개 이상의 쌍들, 예컨대 전극들의 제1 쌍(114) 및 전극들의 제2 쌍(115)을 포함한다. 전극들의 제1 쌍(114) 및 전극들의 제2 쌍(115)은 도 1에 도시된다. 다른 실시예들에서는 전극들의 2개보다 많은 쌍들이 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 짝수 개의 전극들이 제공된다. 다른 실시예들에서, 홀수 개의 전극들이 제공될 수 있다. 홀수 개의 전극들이 제공되는 경우에서, 하나의 전극, 예컨대 최외측 전극은 전극들의 2개 이상의 쌍들 중 하나에 속하지 않을 수 있다.
[0030] 전극들의 쌍의 전극들은 인접한 전극들일 수 있다. 예컨대, 전극들의 각각의 쌍은 제1 전극 및 제2 전극을 포함할 수 있으며, 제1 전극과 제2 전극은 제1 전극과 제2 전극 사이에 50 cm 이하, 특히 30 cm 이하의 거리로 배열된다. 도 1의 실시예에서, 전극들의 제1 쌍(114)은 2개의 인접한 전극들을 포함하고, 전극들의 제2 쌍(115)은 전극들의 어레이(110)의 2개의 인접한 전극들을 포함한다. 전극들 사이에 전위차를 인가함으로써, 예컨대 전극들의 쌍의 제1 전극에 네거티브 전압을 인가하고 그리고 전극들의 쌍의 제2 전극에 포지티브 전위를 인가함으로써, 전극들의 쌍의 전극들 사이에 플라즈마(130)가 생성될 수 있다. 따라서, 제1 전극은 캐소드로서 작용하고 그리고 제2 전극은 애노드로서 작용하거나, 또는 그 반대의 경우도 가능하다.
[0031] 일부 실시예들에서, 전극들의 어레이의 전극들은 균등하게 이격된 거리들로 배열될 수 있다. 다시 말해, 전극들의 쌍들의 2개의 전극들 사이의 거리는, 상이한 쌍들의 2개의 인접한 전극들 사이의 거리에 대응할 수 있다.
[0032] 전극들의 어레이(110)의 전극들(112)은, 본질적으로 선형 어레인지먼트로 제공될 수 있다. 예컨대, 전극들의 선형 로우(row)가 제공될 수 있다. 따라서, 대면적 기판은, 선형 어레인지먼트로 제공되는 전극들(112)로부터의 동시적인 스퍼터링에 의해 코팅될 수 있다.
[0033] 전극들(112)은 개개의 회전 축(A)을 중심으로 회전가능하며, 기판(10) 상에 증착될 타겟 재료를 제공하도록 구성된다. 예컨대, 각각의 전극(112)에는, 본질적으로 원통형 타겟이 제공될 수 있다. 증착 동안에 개개의 회전 축을 중심으로 타겟과 함께 전극을 회전시킴으로써, 타겟의 활용이 개선될 수 있고 균일한 층이 증착될 수 있다.
[0034] 스퍼터 증착 소스(100)는, 전극들의 2개 이상의 쌍들에 양극성 펄스형 DC 전압을 각각 공급하도록 구성된 전력 공급 어레인지먼트(120)를 더 포함한다. 다시 말해, 전력 공급 어레인지먼트(120)에 의해 양극성 펄스형 DC 전압이 전극들의 각각의 쌍에 공급될 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 전력 공급 어레인지먼트(120)는 양극성 펄스형 DC 전압을 전극들의 제1 쌍(114)에 인가하도록 그리고 양극성 펄스형 DC 전압을 전극들의 제2 쌍(115)에 인가하도록 구성된다.
[0035] 본원에서 사용되는 양극성 펄스형 DC 전압은, 전극들의 쌍의 전극들에 인가되는 교번 극성("양극성")을 갖는 전압이다. 따라서, 전극들의 쌍의 제1 전극은 교번적으로 캐소드로서 그리고 애노드로서 작용하고, 전극들의 쌍의 제2 전극은 교번적으로 애노드로서 그리고 캐소드로서 작용한다.
[0036] 양극성 펄스형 DC 스퍼터링은, 전압의 파형이 사인파가 아니라는 점에서, 규칙적 AC 스퍼터링, 예컨대 MF 스퍼터링 또는 RF 스퍼터링과 상이하다. 오히려, 전압의 파형은 시간적으로 본질적으로 일정할 수 있다(직류, "DC"). 예컨대, 양극성 펄스형 DC 전압의 파형은 장방형파 또는 정방형파일 수 있다. 특히, 사인파 전압과는 상이하게, 파형의 포지티브 부분이 시간적으로 본질적으로 일정할 수 있고 그리고/또는 파형의 네거티브 부분이 시간적으로 본질적으로 일정할 수 있다.
[0037] 일부 실시예들에서, 전극들의 어레이의 각각의 전극은 교번적으로 애노드로서 그리고 캐소드로서 작용할 수 있다. 연속적으로 애노드들로서 작용할 필요가 있는 어떤 별개의 전극들도 제공되지 않는다.
[0038] 일부 실시예들에서, 양극성 펄스형 DC 전압의 주파수는 1 kHz 이상 내지 100 kHz 이하, 특히 10 kHz 이상 내지 80 kHz 이하, 더욱 특히 30 kHz 이상 내지 50 kHz 이하일 수 있다. 여기서, 양극성 펄스형 DC 전압의 파형은 1 kHz 이상 내지 100 kHz 이하의 주파수로 반복될 수 있다.
[0039] 다음의 설명에서, 이전에 사용된 스퍼터링 프로세스들과 비교하여 본원에서 설명되는 실시예들에서 적용되는 전압의 장점들이 설명될 것이다. 펄스형 마그네트론 스퍼터링 프로세스들은 단일 마그네트론 스퍼터링(SMS; single magnetron sputtering) 및 듀얼 마그네트론 스퍼터링(DMS; dual magnetron sputtering)으로서 존재한다. 단일 마그네트론 스퍼터링에서, 단극성 펄스형 전압이 캐소드들의 어레이의 캐소드들에 인가될 수 있다. 전형적으로 별개의 애노드들이 제공된다. 캐소드들에 인가되는 전압("단극성 펄스형 전압")을 주기적으로 펄싱시킴으로써, 캐소드들 상에서의 전하들의 축적이 억제될 수 있고, 아킹이 감소될 수 있다.
[0040] 듀얼 마그네트론 스퍼터링에서, 전극들의 쌍의 전극들 사이의 전압의 극성은 주기적으로 스위칭된다. AC 스퍼터링과 비교하여, 사인파 전압 대신에 펄스들이 사용된다.
[0041] 본원에서 설명되는 실시예들에 따르면, 전극들의 어레이는 복수의 전극 쌍들로 분할되고, 복수의 전극 쌍들에는 양극성 펄스형 DC 전압이 각각 공급된다. 전극들의 많은 수의 쌍들, 예컨대, 전극들의 2개, 3개, 4개 또는 그보다 많은 쌍들이 제공될 수 있다. 이는 전도성 층 또는 유전체 층을 이용한 대면적 기판들의 신속하고 효율적인 코팅을 가능하게 한다. 특히, 펄스형 DC 전압, 예컨대 정방형파 전압으로 인해, 전력 효율은 AC 전압, 예컨대 사인파 전압의 경우보다 더 높다. 또한, 펄스형 DC 전압을 이용한 스퍼터링은 AC 사인파 전압을 이용한 스퍼터링보다 더 양호한 스퍼터링 안정성을 제공한다. DC 정전압을 이용한 스퍼터링과 비교하여, 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 증착 레이트는 거의 감소되지 않는다.
[0042] 또한, 전극들의 어레이의 전극들이 교번적으로 캐소드들 및 애노드들로서 작용함에 따라, 아킹 레이트는 DC 스퍼터링과 비교하여 상당히 감소될 수 있다. 전압의 파형의 네거티브 부분 동안, 이온들은 네거티브로 대전된 전극 쪽으로 끌어당겨지고, 스퍼터링이 발생한다. 그러면, 인가된 전압의 파형의 포지티브 부분 동안에, 전자들은 포지티브로 대전된 전극 쪽으로 가속되고, 전극 상에서의 포지티브 전하들의 축적은 감소된다. 스퍼터링은, 동시적으로 네거티브로 대전될 수 있는 개개의 쌍의 다른 전극에서 발생한다. 높은 전하 차이들이 전극들의 쌍들의 전극들 사이에 축적될 수 없기 때문에, 아킹의 위험이 감소된다.
[0043] 특히, 양극성 펄스형 DC 전압을 이용한 스퍼터링은, 개선된 아킹 억제를 가능하게 하고, 어떤 프로세스 안정성 문제들도 없고, 종래의 DC 스퍼터링과 비교할 때 더 양호한 층 균일성 제어를 제공한다. 게다가, DC 양극성 스퍼터링에서의 장방형 파형 전압은 종래의 AC 사인파 스퍼터링 방법들과 비교할 때, 증착 레이트의 손실의 감소를 가능하게 한다.
[0044] 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 전력 공급 어레인지먼트(120)는, 전극들의 어레이(110)의 각각의 전극(112)에 교번적으로 포지티브 전압, 특히 포지티브 DC 전압, 및 네거티브 전압, 특히 네거티브 DC 전압을 공급하도록 구성될 수 있다. 전극들의 어레이의 전극들은, 특히, 전극들의 동일한 쌍의 다른 전극에 대해, 교번적으로 캐소드들로서 그리고 애노드들로서 작용할 수 있다.
[0045] 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 전력 공급 어레인지먼트는 전극들의 2개 이상의 쌍들 각각에 장방형파 또는 정방형파 전압을 인가하도록 구성될 수 있다. 장방형파 또는 정방형파 전압은 대략 40 kHz의 주파수를 가질 수 있다.
[0046] 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 전력 공급 어레인지먼트(120)는 전극들의 2개 이상의 쌍들에 대칭적 양극성 펄스형 DC 전압을 각각 공급하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 양극성 펄스형 DC 전압의 네거티브 전압 진폭은 양극성 펄스형 DC 전압의 포지티브 전압 진폭에 대응할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 양극성 펄스형 DC 전압의 네거티브 전압 기간은 양극성 펄스형 DC 전압의 포지티브 전압 기간에 대응할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 양극성 펄스형 DC 전압의 포지티브 파형 부분의 형상 및/또는 진폭은 본질적으로, 양극성 펄스형 DC 전압의 네거티브 파형 부분의 형상 및/또는 진폭에 대응할 수 있다.
[0047] 대안적으로, 비대칭적(반-대칭적(anti-symmetric)으로 또한 지칭됨) 양극성 펄스형 DC 전압이 인가될 수 있다. 예컨대, 파형의 포지티브 부분의 크기는 네거티브 부분의 크기보다 더 작을 수 있거나 또는 그 반대의 경우도 가능할 수 있다. 그러나, 균등하게 형상화된 전극들의 어레이의 경우, 대칭적 양극성 펄스형 DC 전압이 유리할 수 있는데, 왜냐하면, 기판 상에 균일한 층이 증착될 수 있기 때문이다.
[0048] 도 1에 개략적으로 표시된 바와 같이, 전극들의 2개 이상의 쌍들은, 본질적으로 선형 어레인지먼트로, 예컨대 전극들의 선형 로우로 제공될 수 있다.
[0049] 도 2는 본원에서 설명되는 일부 실시예들에 따른 스퍼터 증착 소스(200)의 개략도를 도시한다. 도 2의 스퍼터 증착 소스(200)는 본질적으로 도 1의 스퍼터 증착 소스(100)에 대응하여서, 위의 설명들이 참조될 수 있고, 이들은 여기서 반복되지 않는다.
[0050] 스퍼터 증착 소스(200)는, 전극들의 3개 이상의 쌍들, 특히 전극들의 4개 이상의 쌍들, 더욱 특히 전극들의 6개 이상의 쌍들을 포함하는 전극들의 어레이(110)를 포함한다. 전극들의 각각의 쌍은 제1 전극 및 제2 전극을 포함하며, 제1 전극과 제2 전극은 전형적으로 인접한 전극들이다. 전극들은 개개의 회전 축을 중심으로 회전가능하도록 구성된다.
[0051] 스퍼터 증착 소스(200)는, 전극들의 각각의 쌍에 양극성 펄스형 DC 전압을 공급하도록 구성된 전력 공급 어레인지먼트(120)를 더 포함한다.
[0052] 전극들의 어레이(110)의 전극들은, 본질적으로 선형 어레인지먼트로 제공될 수 있다. 대안적으로, 전극들은 곡선형 어레인지먼트로, 예컨대 아크형 어레인지먼트로 제공될 수 있다.
[0053] 전력 공급 어레인지먼트(120)는 전극들의 쌍들에 양극성 펄스형 DC 전압을 동기식으로 공급하도록 구성될 수 있다. 다시 말해, 전극들의 쌍들의 동작은, 제1 시간에서는 전극들의 어레이의 전극들이 교번적으로 캐소드들 및 애노드들로서 작용하도록, 그리고 제2 시간에서는 전극들이 반대로 대전되고 교번적으로 애노드들 및 캐소드들로서 작용하도록, 동기화될 수 있다. 전극들은 미리 결정된 주파수에서 극성을 동기식으로 변화시킬 수 있다.
[0054] 다른 실시예들에서, 전력 공급 어레인지먼트(120)는, 양극성 펄스형 DC 전압을 전극들의 쌍들에 서로 독립적으로, 즉, 전극들의 쌍들 사이에 동기성 없이, 공급하도록 구성될 수 있다.
[0055] 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 전극들(112)에는 증착될 타겟 재료를 포함하는 개개의 원통형 타겟이 제공될 수 있다. 예컨대, 타겟 재료는, 금속, 금속 합금, 반도체, 금속-비금속-화합물, ITO, IGZO, 및 알루미늄 중 적어도 하나 이상이거나 또는 이를 포함할 수 있다. 스퍼터 증착 소스(200)는 기판 상에 TCO 층을 증착하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 스퍼터 증착 소스(200)는 기판(10) 상에 IGZO 층을 증착하도록 구성될 수 있다.
[0056] 일부 실시예들에서, 전극들의 2개 이상의 쌍들 각각은 펄싱 유닛(122)을 통해 전력 공급 어레인지먼트(120)의 DC 전력 공급부(125)에 연결될 수 있다. 펄싱 유닛들(122)의 개수 및 DC 전력 공급부들(125)의 개수는 전자들의 쌍들의 개수에 대응할 수 있다. 펄싱 유닛(122)은 DC 전력 공급부에 의해 제공되는 DC 전압을 양극성 펄스형 DC 전압으로 변환하도록 구성될 수 있다.
[0057] DC 전력 공급부들 중 적어도 하나, 특히 각각의 DC 전력 공급부는, 1 kW 이상 내지 200 kW 이하, 특히 10 kW 이상 내지 100 kW 이하의 전력을 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, DC 전력 공급부들은, 1 kW 내지 10 kW의 전력 범위, 10 kW 내지 100 kW의 전력 범위, 및/또는 100 kW 내지 200 kW의 전력 범위를 각각 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, DC 전력 공급부들은 120 kW의 전력을 제공하도록 구성될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 전력 공급부들 중 적어도 하나, 특히 각각의 DC 전력 공급부는, 100 V 이상 내지 1000 V 이하의 전압을 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 전력 공급부는 30 kW 이상 내지 60 kW 이하의 전력뿐만 아니라 300 V 이상 내지 800 V 이하의 전압을 제공하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 펄싱 유닛(122)의 출력 단자에서, 전압 진폭은 제1 값(+500 V)과 제2 값(-500 V) 사이에서 주기적으로 변화할 수 있다.
[0058] 도 3은, 시간(t)의 함수로써, 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 스퍼터 증착 소스 내의 전극들의 쌍에 인가될 수 있는 양극성 펄스형 DC 전압을 도시하는 그래프이다. 제1 그래프는 전극들의 쌍의 제1 전극에 인가되는 전압(U1)을 도시하고, 제2 그래프는, 반전된 전압일 수 있는, 전극들의 쌍의 제2 전극에 인가되는 전압(U2)을 도시한다. 도시된 실시예에서, 양극성 정방형파 또는 장방형파 전압이 전극들의 쌍에 인가된다. 실제로, 전압의 포지티브 및 네거티브 부분들은 각각, 단지 대략적으로만 일정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 대응하는 전압이 전극들의 각각의 쌍에 동기식으로 인가될 수 있다.
[0059] 또한, 동작 동안에 전극들의 쌍의 전극들 사이에서 흐르는 전류(I)가, 시간(t)의 함수로써, 도 3에 예시된다. 여기서, 전류는 인가된 전압 파형의 형상을 따를 수 있는데, 즉, 전류의 주파수는 인가된 전압의 주파수에 대응할 수 있다.
[0060] 도 4a 및 도 4b는 본원에서 설명되는 방법들에 따른 스퍼터링에 의한 아킹 레이트 감소를 예시하기 위한 도면들이다.
[0061] 도 4a는 인가된 양극성 펄스형 DC 전압의 주파수의 함수로써 도시된 아킹 레이트(arc/sec)를 도시한다. 그래프의 좌측의 막대(bar)는, DC 스퍼터링의 경우의 아킹 레이트가, 주어진 세트의 스퍼터링 파라미터들에 대해 0.5 arc/sec보다 더 높다는 것을 보여준다. 양극성 펄스형 DC 전압이 인가될 때, 아킹 레이트는, 주어진 세트의 스퍼터링 파라미터들에 대한 양극성 펄스형 DC 파라미터들의 주파수의 함수로써, 0.05 arc/sec 미만의 레이트까지 감소된다. 전력 공급 어레인지먼트(120)의 관리가능한 복잡성에서의 낮은 아킹 레이트로 인해, 10 kHz 이상 내지 80 kHz 이하의 양극성 펄스형 DC 전압의 주파수가 유리하다.
[0062] 도 4b는, 펄싱 유닛(122)을 통해 전극들의 2개 이상의 쌍들 중 하나에 연결되는 DC 전력 공급부(125)에 의해 제공되는 스퍼터링 전력의 함수로써 도시되는 아킹 레이트(arc/sec)를 도시한다. 주어진 세트의 스퍼터링 파라미터들이 제공된다. 비교적 높은 증착 레이트에서의 낮은 아킹 레이트로 인해, 30 kW 이상 내지 60 kW 미만의 스퍼터링 전력이 유리하다. 그래프는, 스퍼터링 동안의 진공 챔버 내의 백그라운드 가스 내의 산소의 상이한 부분들에 대해 도시된다. 도 4b에서 확인될 수 있는 바와 같이, 아킹 레이트는 진공 챔버 내의 산소 레이트에 따라 증가되지만, 여전히 낮은 레벨로 유지된다.
[0063] 도 5는 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 스퍼터 증착 장치(400)의 개략도를 도시한다. 스퍼터 증착 장치(400)는, 진공 챔버(402), 진공 챔버(402) 내에 배열된 전극들의 어레이(110)를 갖는 스퍼터 증착 소스(100), 및 진공 챔버(402) 내에 배열되고 그리고 증착 동안에 기판(10)을 지지하도록 구성된 기판 지지부(406)를 포함한다.
[0064] 도시된 실시예에서, 스퍼터 증착 소스(100)는 진공 챔버(402) 내부에 배열된 4개의 전극들(112), 즉, 전극들의 2개의 쌍들을 포함한다. 전극들(112)은 로터리 전극들로서 구성된다. 4개보다 많은 회전가능 전극들이 제공될 수 있다.
[0065] 전력 공급 어레인지먼트(120)는 진공 챔버(402) 외부에 배열되고, 개개의 전기 연결들 및 전력 커넥터들을 통해 전극들(112)에 전기적으로 연결된다.
[0066] 도 5에 표시된 바와 같이, 추가의 챔버들(411)이 진공 챔버(402) 근처에 제공될 수 있다. 진공 챔버(402)는, 밸브 하우징(404) 및 밸브 유닛(405)을 각각 갖는 밸브들에 의해, 추가의 챔버들(411)로부터 분리될 수 있다. 따라서, 코팅될 기판(10)을 갖는 기판 지지부(406)가 화살표(401)로 표시된 바와 같이 진공 챔버(402) 내에 삽입된 후에, 밸브 유닛들(405)은 폐쇄될 수 있다. 따라서, 진공 챔버(402) 내의 분위기는, 예컨대 진공 챔버(402)에 연결된 진공 펌프들을 이용하여 기술적인 진공을 생성함으로써, 그리고/또는 진공 챔버(402)의 증착 구역 내로 프로세스 가스들을 삽입함으로써, 개별적으로 제어될 수 있다.
[0067] 전형적인 실시예들에 따르면, 프로세스 가스들은 불활성 가스들, 이를테면, 아르곤 및/또는 반응성 가스들, 이를테면, 산소, 질소, 수소 및 암모니아, 오존, 활성화된 가스들 등을 포함할 수 있다.
[0068] 기판(10)을 가진 기판 지지부(406)를 진공 챔버(402) 내로 그리고 진공 챔버(402)로부터 이송하기 위해, 롤러들(408)이 진공 챔버(402) 내에 제공될 수 있다. 본원에서 사용되는 "기판"이라는 용어는 비가요성 기판들(예컨대, 유리 기판, 웨이퍼, 사파이어와 같은 투명 결정의 슬라이스들 등) 및 가요성 기판들(이를테면, 웹 또는 포일) 둘 모두를 포괄할 것이다.
[0069] 자석 어셈블리(409)가 전극들(112) 각각에 배열될 수 있다. 일부 실시예들에서, 자석 어셈블리(409)는, 개개의 전극의 회전 축(A)에 대응할 수 있는 피봇 축을 중심으로 피봇가능할 수 있다.
[0070] 스퍼터 증착 소스(100)의 전력 공급 어레인지먼트(120)는 위에서 설명된 전력 공급 어레인지먼트들 중 임의의 전력 공급 어레인지먼트에 대응할 수 있어서, 위의 설명들이 참조될 수 있다. 특히, 전력 공급 어레인지먼트(120)는 전극들의 각각의 쌍에 양극성 펄스형 DC 전압을 제공하도록 구성된다.
[0071] 전력 공급 어레인지먼트(120)는, 적어도 하나의 DC 전력 공급부(125), 및 DC 전력 공급부(125)의 DC 전압을 양극성 펄스형 DC 전압으로 변환하기 위한 적어도 하나의 펄싱 유닛(122)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수의 DC 전력 공급부들(125) 및 복수의 펄싱 유닛들(122)이 제공될 수 있다. 특히, 전극들의 2개 이상의 쌍들 각각은 개개의 펄싱 유닛을 통해 개개의 DC 전력 공급부에 연결될 수 있다.
[0072] 일부 실시예들에서, 전극들의 2개 이상의 쌍들에 공급되는 양극성 펄스형 DC 전압들을 동기화시키기 위한 공통 제어기(도시되지 않음)가 제공될 수 있다.
[0073] 도 6은 본원에서 설명되는 실시예들에 따라 스퍼터 증착 소스를 이용하여 기판 상에 층을 증착하는 방법을 예시하는 흐름도이다. 방법은, 박스(610)에서, 진공 챔버 내에 배열된 회전가능 전극들의 어레이를 제공하는 단계를 포함하며, 회전가능 전극들의 어레이의 각각의 전극은 증착될 타겟 재료로 제조된 타겟을 포함한다.
[0074] 박스(620)에서, 회전가능 전극들의 어레이의 전극들의 2개 이상의 쌍들에는 양극성 펄스형 DC 전압이 각각 공급된다.
[0075] 일부 실시예들에서, 전극들의 2개 이상의 쌍들에는, 장방형파 전압, 정방형파 전압 및 대칭적 양극성 펄스형 DC 전압 중 적어도 하나가 각각 공급된다. 특히, 대칭적 양극성 정방형파 전압이 공급될 수 있다.
[0076] 예컨대, 양극성 펄스형 DC 전압의 파형은 네거티브 전압 부분 및 포지티브 전압 부분을 포함하고, 네거티브 전압 부분은 본질적으로, 형상 및/또는 진폭이 포지티브 전압 부분에 대응한다.
[0077] 일부 실시예들에서, 1 kHz 내지 100 kHz, 특히 10 kHz 내지 80 kHz의 주파수를 갖는 양극성 펄스형 DC 전압이 공급된다. 아킹이 감소될 수 있다. 또한, 상기 주파수 범위 내의 양극성 DC 전압은 관리가능한 노력으로 생성될 수 있다.
[0078] 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 전극들의 4개 이상의 쌍들, 특히 전극들의 6개 쌍들에는 양극성 펄스형 DC 전압이 공급될 수 있다. 대면적 기판 상에서의, 특히 코팅될 면적이 0.5 ㎡ 이상인 기판 상에서의 균일한 층의 증착이 가능해진다. 일부 실시예들에서, 전극들은 본질적으로 선형 셋업으로 배열될 수 있다.
[0079] 전극들의 쌍들에는 양극성 펄스형 DC 전압이 동기식으로 공급될 수 있다. 특히, 전극들의 2개 이상의 쌍들 각각의 극성들은 본질적으로 동기식으로 그리고 동일한 주파수에서 스위칭할 수 있다. 특히, 전력 공급 어레인지먼트는 공통 제어기를 이용하여 동기화될 수 있는 복수의 펄싱 유닛들을 포함할 수 있다.
[0080] 전극들의 2개 이상의 쌍들 각각에는 1 kW 이상 내지 200 kW 이하, 특히 10 kW 이상 내지 100 kW 이하, 더욱 특히 30 kW 이상 내지 60 kW 이하의 전력이 제공될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 각각의 전극에는 +100 V 내지 +1000 V의 제1 값과 -100 V 내지 -1000 V의 제2 값 사이에서 교번하는 전압이 제공될 수 있다. 낮은 아킹 레이트가 보장될 수 있는 동시에 높은 증착 레이트가 제공될 수 있다.
[0081] 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 기판은, 투명한 전도성 옥사이드 층(TCO-층), ITO-층, IGZO-층, IZO-층, AlOx-층, SiO2-층, 또는 금속 층 중 적어도 하나 이상으로 코팅된다. 본원에서 설명된 증착 방법은 특히, 기판 상에 IGZO-층(In-Ga-Zn-O-층)을 증착하는 데 유리하다.
[0082] 전술한 바가 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 그리고 추가적인 실시예들이, 본 개시내용의 기본적인 범위를 벗어나지 않으면서 고안될 수 있고, 본 개시내용의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 스퍼터 증착 소스(100, 200)로서,
    전극들의 2개 이상의 쌍들을 포함하는 전극들의 어레이(110) ― 상기 전극들의 어레이(110)의 각각의 전극(112)은 개개의 회전 축(A)을 중심으로 회전가능하고, 그리고 기판(10) 상에 증착될 타겟 재료를 제공하도록 구성됨 ―; 및
    상기 전극들의 2개 이상의 쌍들에 양극성 펄스형 DC 전압을 각각 공급하도록 구성된 전력 공급 어레인지먼트(120)를 포함하는,
    스퍼터 증착 소스.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전극들의 어레이(110)는, 본질적으로 선형 어레인지먼트로 제공된 전극들의 4개, 6개 또는 그보다 많은 쌍들을 포함하고, 특히 상기 전력 공급 어레인지먼트(120)는 양극성 펄스형 DC 전압을 상기 전극들의 쌍들에 동기식으로 공급하도록 구성되는,
    스퍼터 증착 소스.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 전력 공급 어레인지먼트(120)는 상기 전극들의 2개 이상의 쌍들 각각에 장방형파 또는 정방형파 전압을 인가하도록 구성되고, 특히 상기 장방형파 또는 정방형파 전압은 1 kHz 내지 100kHz, 특히 10 kHz 내지 80 kHz의 주파수를 갖는,
    스퍼터 증착 소스.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 공급 어레인지먼트(120)는 상기 전극들의 2개 이상의 쌍들에 대칭적 양극성 펄스형 DC 전압을 각각 공급하도록 구성되는,
    스퍼터 증착 소스.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 전극(112)에는, 증착될 타겟 재료, 특히 금속, 금속 합금, 반도체, 금속-비금속-화합물, ITO, IGZO, 및 알루미늄 중 적어도 하나를 포함하는 원통형 타겟이 제공되는,
    스퍼터 증착 소스.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극들의 2개 이상의 쌍들 각각은 펄싱 유닛(122)을 통해 상기 전력 공급 어레인지먼트(120)의 DC 전력 공급부(125)에 연결되는,
    스퍼터 증착 소스.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 DC 전력 공급부(125)는 1 kW 이상 내지 200 kW 이하의 전력 및/또는 100 V 이상 내지 1000 V 이하의 최대 전압을 제공하도록 구성되는,
    스퍼터 증착 소스.
  8. 스퍼터 증착 장치(400)로서,
    진공 챔버(402);
    제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 따른 스퍼터 증착 소스(100, 200) ― 상기 스퍼터 증착 소스의 전극들의 어레이(110)는 상기 진공 챔버(402) 내에 배열됨 ―; 및
    상기 진공 챔버(402) 내에 배열되고 그리고 증착 동안에 기판(10)을 지지하도록 구성된 기판 지지부(406)를 포함하는,
    스퍼터 증착 장치.
  9. 회전가능 전극들의 어레이를 포함하는 스퍼터 증착 소스, 특히 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 따른 스퍼터 증착 소스(100, 200)를 이용하여 기판(10) 상에 층을 증착하는 방법으로서,
    상기 회전가능 전극들의 어레이의 전극들의 2개 이상의 쌍들에 양극성 펄스형 DC 전압을 각각 공급하는 단계를 포함하는,
    기판(10) 상에 층을 증착하는 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 전극들의 2개 이상의 쌍들에는, 장방형파 전압, 정방형파 전압 및 대칭적 양극성 펄스형 DC 전압 중 적어도 하나가 각각 공급되는,
    기판(10) 상에 층을 증착하는 방법.
  11. 제9 항 또는 제10 항에 있어서,
    상기 양극성 펄스형 DC 전압의 파형은 네거티브 전압 부분 및 포지티브 전압 부분을 포함하고, 상기 네거티브 전압 부분은 본질적으로, 형상 및/또는 진폭이 상기 포지티브 전압 부분에 대응하는,
    기판(10) 상에 층을 증착하는 방법.
  12. 제9 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 양극성 펄스형 DC 전압은 1 kHz 내지 100 kHz, 특히 10 kHz 내지 80 kHz의 주파수로 공급되는,
    기판(10) 상에 층을 증착하는 방법.
  13. 제9 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    본질적으로 선형 어레인지먼트로 제공된 전극들의 4개 이상의 쌍들에는 양극성 펄스형 DC 전압이 동기식으로 제공되는,
    기판(10) 상에 층을 증착하는 방법.
  14. 제9 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극들의 2개 이상의 쌍들 각각에는 1 kW 이상 내지 200 kW 이하, 특히 10 kW 이상 내지 100 kW 이하의 전력이 공급되는,
    기판(10) 상에 층을 증착하는 방법.
  15. 제9 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    투명한 전도성 옥사이드 층, ITO-층, IGZO-층, IZO-층, AlOx-층, SiO2-층, 또는 금속 층 중 적어도 하나가 상기 기판 상에 증착되는,
    기판(10) 상에 층을 증착하는 방법.
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