KR20140019577A

KR20140019577A - 박막 증착 장치 및 이를 이용한 박막 증착 방법

Info

Publication number: KR20140019577A
Application number: KR1020120085848A
Authority: KR
Inventors: 이유종
Original assignee: 삼성디스플레이 주식회사
Priority date: 2012-08-06
Filing date: 2012-08-06
Publication date: 2014-02-17
Also published as: US20140034483A1; EP2695969A1; EP2695969B1; CN103572242A; JP2014031573A

Abstract

박막 증착 장치는, 그 내부에 반응 공간을 갖는 공정 챔버, 플라즈마 발생 유닛, 및 스퍼터 유닛을 포함한다. 상기 플라즈마 발생 유닛은 상기 반응 공간에 플라즈마를 형성한다. 또한, 상기 스퍼터 유닛은 상기 플라즈마 발생유닛과 독립적으로 구동되어 상기 반응 공간에 전기장을 형성하고, 상기 스퍼터 유닛은 상기 플라즈마를 이용하여 타겟에 대해 스퍼터링 공정을 수행한다.

Description

박막 증착 장치 및 이를 이용한 박막 증착 방법{APPARATUS OF DEPOSITING THIN FILM AND METHOD OF DEPOSITING THIN FILM USING THE SAME}

본 발명은 박막 증착 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 타겟으로부터 스퍼터링된 재료를 증착하여 박막을 형성하는 박막 증착 장치 및 이를 이용하여 기판 위에 박막을 증착하는 방법에 관한 것이다.

일반적인 스퍼터 장치에 따르면, 챔버의 내부에 배치되는 애노드 및 캐소드에 바이어스 전압을 인가하여 전기장을 형성하고, 상기 챔버의 내부에 상기 전기장의 영향을 받는 불활성 가스를 제공하여 플라즈마를 형성하며, 상기 전기장에 의해 가속되는 상기 플라즈마의 이온들을 타겟에 충돌시켜 상기 타겟을 스퍼터링한다. 이 경우에, 상기 불활성 가스로부터 상기 플라즈마를 형성하기 위하여 상기 바이어스 전압은 특정 값 이상의 고전압의 특성을 갖는다.

상기 바이어스 전압이 고전압의 특성을 갖는 경우에, 상기 바이어스 전압의 크기가 증가할수록 상기 플라즈마의 이온들이 갖는 에너지는 증가할 수 있고, 경우에 따라서 상기 플라즈마 이온들의 일부는 기판 측으로 제공될 수 있다. 예를 들면, 아르곤 원자들을 포함하는 불활성 가스로부터 상기 플라즈마가 형성되는 경우에, 아르곤 양이온들은 상기 바이어스 전압에 의해 가속되어 고체원소를 포함하는 타겟과 충돌하여 상기 고체원소를 스퍼터링시키거나, 아르곤 중성 원자로 환원될 수 있다. 이 과정에서, 상기 아르곤 중성 원자는 약 20ev 이상의 에너지를 가질 수 있고, 이 에너지를 갖는 상기 아르곤 중성 원자는 상기 타겟에 충돌한 이후에 기판 측으로 제공될 수 있으며, 상기 타겟으로부터 스퍼터링된 상기 고체원소의 경우에도 약 10eV 이상의 에너지를 가진 상태에서 상기 기판 측으로 제공될 수 있다.

또 다른 예로, 산소를 포함하는 불활성 가스로부터 상기 플라즈마가 형성되거나, 산소와 고체원소를 포함하는 타겟이 사용되는 경우에, 상기 타겟의 표면에서 상기 산소로부터 발생하는 산소 음이온은 상기 바이어스 전압에 의해 가속되어 약 100ev 내지 약 400ev의 에너지를 가질 수 있고, 이 에너지를 갖는 상기 산소 음이온은 상기 기판을 향해 제공될 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 아르곤 중성 원자 및 상기 산소 음이온과 같은 고 에너지를 갖는 물질들이 상기 기판 측으로 제공되는 경우에, 상기 기판에 기 형성된 박막은 상기 고 에너지를 갖는 상기 물질들에 의해 손상될 수 있다. 특히, 상기 박막이 유기발광 다이오드의 발광층을 구현하는 유기막인 경우에, 상기 유기막의 탄소의 결합 에너지는 상기 아르곤 중성 원자 또는 상기 산소 음이온이 갖는 에너지보다 작은 약 10eV 미만이므로, 상기 기판 측으로 제공되는 상기 아르곤 중성 원자 또는 상기 산소 음이온에 의해 상기 유기막의 탄소 결합이 깨질 수 있다. 이에 따라, 상기 스퍼터 장치를 이용하여 상기 유기막 위에 박막을 증착하는 동안에, 상기 유기막에 결함이 발생될 수 있다.

본 발명의 목적은, 기판 위에 박막을 증착하는 동안에 기판에 기 형성된 박막에 결함이 발생되는 것을 방지할 수 있는 박막 증착 장치 및 이를 이용하여 박막을 증착하는 방법을 제공하는 데 있다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위해서 본 발명에 따른 박막 증착 장치는, 그 내부에 반응 공간을 갖는 공정 챔버, 플라즈마 발생 유닛, 및 스퍼터 유닛을 포함한다. 상기 플라즈마 발생 유닛은 상기 반응 공간에 플라즈마를 형성한다. 또한, 상기 스퍼터 유닛은 상기 플라즈마 발생유닛과 독립적으로 구동되어 상기 반응 공간에 전기장을 형성하고, 상기 스퍼터 유닛은 상기 플라즈마를 이용하여 타겟에 대해 스퍼터링 공정을 수행한다.

공정 챔버를 갖는 박막 증착 장치를 이용하여 기판 위에 박막을 형성하는 방법에 있어서, 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 박막 증착 방법은, 상기 박막 증착 장치의 플라즈마 발생 유닛을 구동하여 상기 공정 챔버의 반응 공간에 플라즈마를 형성하는 단계, 상기 박막 증착 장치의 스퍼터 유닛을 구동하여 타겟을 상기 플라즈마를 이용하여 스퍼터링하는 단계, 그리고, 상기 타겟으로부터 스퍼터링된 재료가 상기 기판 위에 증착되는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 박막 증착 장치의 플라즈마 발생유닛 및 스퍼터 유닛은 서로 독립적으로 구동되므로, 플라즈마 발생 유닛의 구동에 필요한 전압의 크기와 상관 없이, 스퍼터 유닛이 스퍼터 공정을 수행하는 데 필요한 바이어스 전압의 크기를 용이하게 감소시킬 수 있다. 따라서, 상기 스퍼터 공정을 수행하는 동안에, 산소 음이온들과 같은 물질들이 상기 바이어스 전압에 의해 과도하게 가속되어 상기 기판 측으로 제공되는 것을 방지할 수 있어, 기판 위에 기 형성된 박막에 결함이 발생되는 것이 방지될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치의 측 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 박막 증착 장치의 수평 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 증착 장치의 측 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 박막 증착 장치의 수평 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 증착 장치의 측 단면도이다
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 상에 박막을 증착하는 방법을 나타내는 공정 순서도이다.
도 7a는 기판 위에 박막이 증착되기 이전의 기판을 확대한 도면이다.
도 7b는 박막이 증착되는 기판을 확대한 도면이다.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 살펴보기로 한다. 상기한 본 발명의 목적, 특징 및 효과는 도면과 관련된 실시예들을 통해서 용이하게 이해될 수 있을 것이다. 다만, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고, 다양한 형태로 응용되어 변형될 수도 있다. 오히려 후술될 본 발명의 실시예들은 본 발명에 의해 개시된 기술 사상을 보다 명확히 하고, 나아가 본 발명이 속하는 분야에서 평균적인 지식을 가진 당업자에게 본 발명의 기술 사상이 충분히 전달될 수 있도록 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명의 범위가 후술될 실시예들에 의해 한정되는 것으로 해석되어서는 안 될 것이다. 한편, 하기 실시예와 도면 상에 동일한 참조 번호들은 동일한 구성 요소를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치의 측 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 박막 증착 장치의 수평 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 박막 증착 장치(500)는 기판(SB) 위에 박막을 증착하는 장치로, 상기 박막 증착 장치(500)는 공정 챔버(CB1), 가스 제공부(180), 기판 이송 챔버(CB2), 스퍼터 유닛(100), 및 플라즈마 발생유닛(200)을 포함한다.

상기 공정 챔버(CB1)는 그 내부에 반응 공간(120)을 갖고, 상기 공정 챔버(CB1)는 상기 기판(SB)이 이송되는 공간을 갖는 기판 이송 챔버(CB2)와 결합된다. 상기 기판 이송 챔버(CB2)의 일 측에는 인입구(51)가 형성되고, 타 측에는 반출구(52)가 형성된다. 따라서, 상기 기판(SB)이 상기 인입구(51)를 통해 상기 기판 이송 챔버(CB2)의 내부에 제공되고, 상기 기판(SB) 위에 박막이 증착이 완료된 이후에, 상기 기판(SB)은 상기 반출구(52)를 통해 상기 기판 이송 챔버(CB2)의 외부로 반출될 수 있다.

본 발명의 실시예에서는, 상기 기판 이송 챔버(CB2) 내에서 상기 기판(SB)을 지지하는 기판 지지대(30)는 구동부(20)의 구동에 의해 제1 방향(D1) 및 상기 제1 방향(D1)의 역방향으로 이동할 수 있다. 따라서, 상기 구동부(20)의 구동에 의해 상기 기판(SB)은 상기 인입구(51) 또는 상기 반출구(52)와 인접하도록 이동될 수 있고, 이에 따라, 상기 기판 이송 챔버(CB2)의 외부에 배치되는 기판 이송 로봇(미도시)은 상기 기판 지지대(30) 위에 상기 기판(SB)을 안착시키거나, 상기 기판 지지대(30) 위에 안착된 상기 기판(SB)을 용이하게 픽업할 수 있다.

또한, 상기 박막 증착 장치(500)가 구동되는 동안에, 상기 구동부(20)의 구동에 의해 상기 기판 지지대(30)가 제1 방향(D1)으로 이동하면, 타겟(TG)으로부터 스퍼터링된 스퍼터링 재료(SM)가 상기 기판(SB)의 일 측으로부터 타 측까지 순차적으로 제공되어 상기 기판(SB)의 전면에 박막이 균일한 두께로 증착될 수 있다.

상기 플라즈마 발생유닛(200)은 상기 반응 공간(120)에 상기 플라즈마(PM)를 발생시킨다. 본 발명의 실시예에서는, 상기 플라즈마 발생유닛(200)은 유도 전자계(induction field)를 이용하여 상기 플라즈마(PM)를 발생시킬 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 실시예에서는, 상기 플라즈마 발생유닛(200)은 전자회전공명 플라즈마(electron cyclon resonance plasma, ECR plasma) 발생장치 또는 유도결합 플라즈마(inductively coupled plasma) 발생장치일 수 있다. 상술한 플라즈마 발생장치들은 상기 플라즈마(PM)를 발생시키기 위하여 바이어스 전압이 인가된 두 개의 전극들 대신에 상기 유도 전자계를 이용하여 상기 플라즈마(PM)를 발생시키므로, 상기 플라즈마 발생장치들은 무전극형 플라즈마 발생장치로 정의될 수도 있다. 하지만, 본 발명이 상기 플라즈마 발생유닛(200)의 종류들에 의해 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 플라즈마 발생유닛(200)은 직류 전원 또는 RF 전원이 인가되는 두 개의 전극들 사이에 형성되는 전기장을 이용하여 플라즈마를 발생시키는 기 공지된 플라즈마 발생장치들 중 어느 하나일 수도 있다.

도 1 및 도 2에서는 상기 플라즈마 발생유닛(200)의 한 예로 상기 전자회전공명 플라즈마 발생장치가 도시되고, 상기 플라즈마 발생유닛(200)의 구조에 대해 설명하면 다음과 같다.

상기 플라즈마 발생유닛(200)은 가스 제공부(180), 전자기파 발생부(230), 도파관(210), 제1 자석(N1), 제2 자석(N2), 및 유전체판(220)을 포함한다.

상기 가스 제공부(180)는 상기 공정챔버(CB1)와 연결되어 상기 반응 공간(120)에 가스를 제공하고, 상기 가스는 플라즈마(PM)를 형성하는 데 필요한 소오스 물질을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 상기 가스는 아르곤 가스와 같은 불활성 가스을 포함할 수 있다.

상기 전자기파 발생부(230)는 외부로부터 전원을 제공받아 마이크로파와 같은 전자기파를 발생하고, 상기 전자기파 발생부(230)는 상기 도파관(210)과 연결되어 상기 전자기파는 상기 도파관(210) 측으로 제공될 수 있다. 상기 도파관(210)은 그 내부에 상기 전자기파 발생부(230)로부터 발생된 상기 전자기파가 흐르고, 상기 도파관(210)에는 상기 반응 공간(120)과 통하는 다수의 슬롯 안테나들(ST)이 형성된다. 따라서, 상기 도파관(210)의 내부를 따라 흐르는 상기 전자기파는 상기 다수의 슬롯 안테나들(ST)을 통하여 상기 반응 공간(120) 측으로 진행할 수 있다.

본 발명의 실시예에서는, 평면상에서 상기 도파관(210)은 상기 공정 챔버(CB1)을 둘러 싼 형상을 가질 수 있다. 이 경우에, 상기 다수의 슬롯 안테나들(ST)은 상기 공정 챔버(CB1)의 길이 방향을 따라 서로 이격되어 배치될 수 있다.

상기 제1 및 상기 제2 자석들(N1, N2)은 상기 다수의 슬롯 안테나들(ST) 각각에 인접하게 배치되고, 상기 유전체판(220)은 알루미나와 같은 세라믹 재료를 포함하여 상기 전자기파가 상기 다수의 슬롯 안테나들(ST)을 지나 상기 반응 공간(120)에 도달되는 경로에 배치된다. 따라서, 상기 전자기파에 유도 전자계가 발생되어 상기 반응 공간(120)에 제공된 불활성 가스로부터 상기 플라즈마(PM)가 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는, 상기 전자기파가 약 2.45Mhz의 주파수를 갖는 마이크로파이고, 상기 제1 및 제2 자석들(N1, N2)에 의해 형성되는 자기장의 세기가 약 875 Gauss일 때, 상기 반응 공간(120) 내에 전자회전공명(electron cyclon resonance)이 발생되어 상기 불활성 가스로부터 상기 플라즈마(PM)를 보다 용이하게 형성할 수 있다.

상기 스퍼터 유닛(100)은 상기 플라즈마 발생유닛(200)에 의해 상기 반응공간(120)에 형성된 상기 플라즈마(PM)를 이용하여 타겟(TG)을 스퍼터링한다. 본 발명의 실시예에서는, 상기 스퍼터 유닛(100)은 마그네트론 스퍼터 장치일 수 있다. 하지만, 본 발명이 상기 스퍼터 유닛(100)의 종류에 한정되는 것은 아니고, 상기 스퍼터 유닛(100)은 상기 마그네트론 스퍼터 장치 외에 기 공지된 다른 종류의 스퍼터 장치일 수도 있다.

상기 스퍼터 유닛(100)은 전원 발생부(110), 타겟(TG), 마스네트론 스퍼터건(SG), 상기 마그네트론 스퍼터건(SG) 내부에 배치되는 S극 및 N극 자석들(M1, M2)를 포함한다. 본 발명의 실시예에서는, 평면상에서 상기 N극 자석(M2)은 상기 S극 자석(M1)과 이격되어 상기 S극 자석(M1)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 상기 S극 및 N극 자석들(M1, M2)에 의해 형성되는 전자기장은 상기 플라즈마(PM)의 이온화 효율을 증가시켜 상기 타겟(TG)의 스퍼터링 효율을 향상시킬 수 있다.

상기 전원 발생부(110)는 바이어스 전압을 상기 마그네트론 스퍼터건(SG)과 결합된 상기 타겟(TG)에 제공하고, 이 경우에, 상기 스퍼터 유닛(100)에서 상기 타겟(TG)은 캐소드로 작용할 수 있고, 기판(SB)의 하부에서 상기 기판(SB)을 지지하는 기판 지지대(30)는 애노드로 작용할 수 있다. 따라서, 상기 플라즈마 발생유닛(200)에 의해 상기 반응공간(120) 내에 상기 플라즈마(PM)가 형성된 상태에서, 상기 스퍼터 유닛(100)은 상기 애노드 및 상기 캐소드 사이에 형성된 전기장(EF)을 이용하여 상기 플라즈마(PM)의 양이온들을 상기 타겟(TG)에 충돌시키면, 상기 타겟(TG)으로부터 스퍼터링된 스퍼터링 재료(SM)가 상기 기판(SB) 위에 제공되어 상기 기판(SB) 상에 박막이 형성될 수 있다.

한편, 상술한 구성을 갖는 상기 박막 증착 장치(500)에 있어서, 상기 플라즈마 발생유닛(200)은 상기 전자기파 발생부(230)에 의해 구동되고, 상기 플라즈마 발생유닛(200)은 상기 전원 발생부(110)에 의해 구동된다. 이에 따라, 상기 스퍼터 유닛(100) 및 상기 플라즈마 발생유닛(200)은 서로 독립적으로 구동될 수 있고, 이는 곧, 상기 플라즈마(PM)를 형성하기 위하여 상기 플라즈마 발생유닛(200)의 구동과 상관 없이, 상기 스퍼터 유닛(100)을 구동하는 상기 바이어스 전압을 제어할 수 있음을 의미한다. 따라서, 상기 스퍼터링 재료(SM)에 의해 상기 기판(SB) 상에 기 형성된 박막에 결함이 발생되지 않도록 상기 바이어스 전압의 크기를 감소시킬 수 있다. 이에 대해서는, 도 7a 및 도 7b를 참조하여 보다 상세히 설명된다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 증착 장치의 측 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 박막 증착 장치의 수평 단면도이다. 도 3을 설명함에 있어서 앞서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 구성 요소들에 대해서는 도면 부호를 병기하고, 상기 구성 요소들에 대한 중복된 설명은 생략된다.

도 3을 참조하면, 박막 증착 장치(501)는 스퍼터 유닛(100) 및 플라즈마 발생유닛(300)을 포함한다. 도 3에 도시되는 실시예에서는, 상기 플라즈마 발생유닛(300)은 유도결합 플라즈마(inductively coupled plasma) 발생장치이다.

상기 플라즈마 발생유닛(300)은 전자기파를 발생하는 전자기파 발생부(230), 상기 전자기파가 인가되는 안테나(310) 및 상기 안테나(310)의 표면을 커버하는 유전체층(305)을 포함한다. 본 발명의 실시예에서는, 상기 유전체층(305)에 의해 커버되는 상기 안테나(310)는 평면상에서 'U' 형상으로 공정 챔버(CB1)의 반응 공간(120) 내에 배치될 수 있다.

상술한 구조를 갖는 상기 플라즈마 발생유닛(300)에 따르면, 상기 전자기파 발생부(230)로부터 발생된 상기 전자기파가 상기 안테나(310)에 제공되고, 상기 안테나(310)를 따라 흐르는 전자기파 상기 유전체층(305)을 경유하면서 렌츠(Lentz)의 법칙에 따라 상기 반응 공간(120) 내에 유도 전자계가 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 유도 전자계에 의해 상기 반응 공간(120)측에 제공된 불활성 가스로부터 플라즈마(PM)가 형성될 수 있다.

따라서, 도 1 및 도 2에 도시되는 박막 증착 장치(도 1의 500)와 같이, 상기 박막 증착 장치(501)의 스퍼터링 유닛(100) 및 플라즈마 발생유닛(300)은 서로 독립적으로 구동될 수 있다. 따라서, 상기 플라즈마(PM)를 형성하기 위하여, 상기 플라즈마 발생유닛(300)의 구동과 상관 없이, 상기 스퍼터 유닛(100)을 구동하는 상기 바이어스 전압을 제어할 수 있고, 이에 따라, 스퍼터링 재료(SM)에 의해 상기 기판(SB) 상에 기 형성된 박막에 결함이 발생되지 않도록 상기 바이어스 전압의 크기를 감소시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 증착 장치의 측 단면도이다. 도 5를 설명함에 있어서, 전술된 실시예들에서 설명된 구성 요소들에 대해서는 도면 부호를 병기하고, 상기 구성 요소들에 대한 중복된 설명은 생략된다.

도 5를 참조하면, 박막 증착 장치(502)는 스퍼터 유닛(100) 및 플라즈마 발생유닛(301)을 포함한다. 이 실시예에서 상기 플라즈마 발생유닛(301)은 도 4의 플라즈마 발생유닛(도 4의 300)과 마찬가지로 유도결합 플라즈마(inductively coupled plasma) 발생장치일 수 있다.

상기 플라즈마 발생유닛(301)은 전자기파를 발생하는 전자기파 발생부(230), 상기 전자기파가 인가되는 안테나(310) 및 유전체판(220)를 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 도 1에 도시된 도파관(도 1의 210)의 형상과 유사하게, 상기 안테나(310)는 평면상에서 공정 챔버(CB1)를 둘러싸는 형상으로 배치될 수 있고, 상기 유전체판(220)은 상기 안테나(310)를 따라 흐르는 상기 전자기파가 상기 공정 챔버(CB1)의 반응 공간(120)에 도달되는 경로 상에 위치할 수 있다. 이에 따라, 상기 플라즈마 발생유닛(301)은, 앞서 도 3 및 도 4를 참조하여 설명된 플라즈마 발생유닛(도 3의 501)과 유사하게, 반응 공간(120) 내에 플라즈마(PM)를 발생시킬 수 있다.

이 실시예에서도 앞선 실시예들과 마찬가지로, 상기 박막 증착 장치(502)의 스퍼터링 유닛(100) 및 플라즈마 발생유닛(301)은 서로 독립적으로 구동될 수 있다. 따라서, 상기 플라즈마(PM)를 형성하기 위하여, 상기 플라즈마 발생유닛(301)의 구동과 상관 없이, 상기 스퍼터 유닛(100)을 구동하는 상기 바이어스 전압을 제어할 수 있고, 이에 따라, 스퍼터링 재료(SM)에 의해 상기 기판(SB) 상에 기 형성된 박막에 결함이 발생되지 않도록 상기 바이어스 전압의 크기를 감소시킬 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 상에 박막을 증착하는 방법을 나타내는 공정 순서도이고, 도 7a는 기판 위에 박막이 증착되기 이전의 기판을 확대한 도면이고, 도 7b는 박막이 증착되는 기판을 확대한 도면이다. 한편, 상기 박막 증착 장치(500)를 이용하여 기판(SB) 상에 박막을 증착하는 방법을 설명함에 있어서, 앞서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 상기 박막 증착 장치(500)의 구성 요소들의 구조 및 동작에 대한 설명은 생략된다.

도 1, 도 6, 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 유기막(L1)이 형성된 기판(SB)을 기판 이송 챔버(CB2)의 내부로 제공한다(S10). 본 발명의 실시예에서는, 상기 기판(SB)은 상기 기판 이송 챔버(CB2)의 외부에 배치된 기판 이송 로봇(미도시)에 의해 인입구(51)를 통해 상기 기판 이송 챔버(CB2)의 내부로 제공될 수 있다.

그 이후에, 플라즈마 발생 유닛(200)을 구동하여 공정 챔버(CB1)의 반응 공간(120)에 플라즈마(PM)를 형성한다(S20). 앞서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 플라즈마 발생 유닛(100)은 전자기파 발생부(230)로부터 발생되는 전자기파를 이용하여 상기 플라즈마(PM)를 형성할 수 있다.

상기 반응 공간(120)에 상기 플라즈마(PM)가 형성된 상태에서, 스퍼터 유닛(200)을 구동하여 상기 플라즈마(PM)가 타겟(TG)을 스퍼터링한다(S30). 보다 상세하게는, 상기 스퍼터 유닛(200)의 전원 발생부(110)로부터 발생된 전원에 의해 상기 타겟(TG)에 바이어스 전압이 인가되고, 이에 따라, 상기 반응 공간(120)에 전기장(EF)이 발생되어 상기 플라즈마(PM)의 양이온들이 무기물을 포함하는 상기 타겟(TG)을 스퍼터링한다.

상술한 바와 같이, 상기 플라즈마 발생 유닛(100) 및 상기 스퍼터 유닛(200)을 구동하여 상기 타겟(TG)이 스퍼터링되면, 상기 타겟(TG)으로부터 스퍼터링된 스퍼터링 재료(SM)가 상기 유기막(L1) 위에 증착된다. 이에 따라, 상기 유기막(L1) 위에 상기 무기물을 포함하는 무기막(L2)이 형성될 수 있다.

한편, 앞서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 스퍼터 유닛(100) 및 상기 플라즈마 발생유닛(200)은 서로 독립적으로 구동될 수 있다. 따라서, 상기 플라즈마(PM)를 형성하기 위하여, 상기 플라즈마 발생유닛(200)의 구동과 상관 없이, 상기 스퍼터 유닛(100)을 구동하는 상기 바이어스 전압을 제어할 수 있어, 상기 스퍼터링 재료(SM)가 증착되어 상기 무기막(L2)이 형성되는 동안에, 상기 기판(SB) 상에 기 형성된 상기 유기막(L1)에 결함이 발생되지 않도록 상기 바이어스 전압의 크기를 감소시킬 수 있다.

보다 상세하게는, 본 발명의 실시예와 달리, 챔버의 반응 공간 내에 배치되는 캐소드 및 애노드 사이에 형성되는 전기장을 이용하여 플라즈마를 형성함과 동시에, 상기 전기장에 의해 가속되는 상기 플라즈마의 이온들을 이용하여 타겟을 스퍼터링하는 일반적인 스퍼터 장치에 따르면, 상기 플라즈마를 형성하기 위하여 상기 애노드 및 상기 캐소드에 고전압의 특성을 갖는 바이어스 전압을 인가해야 한다. 예를 들면, 챔버 내부의 압력이 약 수 mTorr이고, 상기 타겟(TG) 및 상기 기판(SB) 간의 거리가 약 10cm인 경우에, 상기 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키기 위하여 캐소드 및 애노드에 약 100V이상의 고전압의 바이어스를 인가될 수 있고, 상기 고전압의 바이어스가 인가된 상기 캐소드 및 상기 애노드를 이용하여 스퍼터 공정이 수행될 수 있다.

하지만, 본 발명의 실시예에서는, 앞서 상술한 바와 같이 상기 플라즈마(PM)를 형성하기 위하여, 상기 플라즈마 발생유닛(200)의 구동과 상관 없이, 상기 스퍼터 유닛(100)을 구동하는 상기 바이어스 전압을 제어할 수 있으므로, 챔버의 조건이 상술한 예와 동일하더라도, 상기 스퍼터 유닛(100)에 인가되는 바이어스 전압을 약 10V 내지 약 50V로 감소시킬 수 있다.

따라서, 상기 스퍼터 유닛(100)을 이용하여 스퍼터 공정을 수행하는 동안에, 상기 타겟(TG)으로부터 스퍼터링된 원소, 아르곤 중성 원자, 및 산소 음이온들과 같은 입자들이 상기 바이어스 전압에 의해 과도한 에너지를 가진 상태에서 상기 기판(SB) 측으로 제공되는 것을 방지할 수 있어, 상기 스퍼터 공정을 수행하기 이전에 상기 기판(SB)에 기 형성된 유기막(L1)에 결함이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 앞서 상술한 본 발명의 실시예들과 같이, 상기 스퍼터 유닛(100)이 유도 전자계를 이용하여 상기 플라즈마(PM)를 발생시키는 전자회전공명 플라즈마 발생장치 또는 유도결합형 플라즈마 발생장치인 경우에, 상기 유도 전자계를 이용하는 플라즈마 발생장치가 발생하는 플라즈마의 밀도는 일반적인 스퍼터 장치에 사용되는 용량결합형 플라즈마(capacitively coupled plasma) 발생장치가 발생하는 플라즈마 밀도보다 약10배 내지 약100배 정도 크다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 스퍼터 유닛(100)에 인가되는 상기 바이어스 전압이 약 10V 내지 약 50V로 감소되는 대신에 상기 스퍼터 유닛(100)에 의해 발생되는 상기 플라즈마(PM)의 밀도가 향상되므로, 상기 타겟(TG)이 스퍼터링되는 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100-- 플라즈마 발생유닛 200-- 스퍼터 유닛
CB1-- 공정 챔버 CB2-- 기판 이송 챔버
SB-- 기판 PM-- 플라즈마
210-- 도파관 220-- 유전체판
TG-- 타겟 SG-- 스퍼터건
500-- 박막 증착 장치 30-- 기판 지지대

Claims

그 내부에 반응 공간을 갖는 공정 챔버;
상기 반응 공간에 플라즈마를 형성하는 플라즈마 발생유닛; 및
상기 플라즈마 발생유닛과 독립적으로 구동되어 상기 반응 공간에 전기장을 형성하고, 상기 플라즈마를 이용하여 타겟을 스퍼터링하는 스퍼터 유닛을 포함하는 박막 증착 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 플라즈마 발생유닛은 무전극형 플라즈마 발생장치인 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 플라즈마 발생유닛은 유도 전자계(induction field)를 이용하여 상기 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 플라즈마 발생유닛은 전자회전공명 플라즈마(electron cyclon resonance plasma, ECR plasma) 발생장치인 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 플라즈마 발생유닛은,
상기 반응 공간 측으로 상기 플라즈마를 생성하는 데 필요한 가스를 제공하는 가스 제공부;
전자기파를 발생하는 전자기파 발생부;
그 내부에 상기 전자기파 발생부로부터 발생된 상기 전자기파가 흐르고, 상기 반응 공간과 통하는 적어도 하나의 슬롯 안테나 (slot antenna)가 형성된 도파관; 및
상기 슬롯 안테나와 인접하게 배치되어 상기 전자기파가 흐르는 경로에 자기장을 형성하는 자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
제 5 항에 있어서, 평면상에서 상기 도파관은 상기 공정 챔버를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
제 6 항에 있어서, 상기 슬롯 안테나는 다수로 제공되고, 상기 다수의 슬롯 안테나들은 상기 공정 챔버의 길이 방향을 따라 서로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 플라즈마 발생유닛은 유도결합 플라즈마(inductively coupled plasma) 발생장치인 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 스퍼터 유닛은,
바이어스 전압을 발생하는 전원 발생부;
상기 바이어스 전압이 인가되는 제1 전극; 및
상기 반응 공간을 사이에 두고 상기 제1 전극과 마주하고, 상기 제1 전극과 함께 상기 전기장을 형성하는 제2 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
제 9 항에 있어서, 상기 스퍼터 유닛은 마그네트론 스퍼터 장치인 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 공정 챔버와 결합되어 그 내부가 상기 반응 공간과 통하고, 상기 스퍼터 유닛에 의해 상기 타겟으로부터 스퍼터링된 물질이 증착되는 기판이 이송되는 기판 이송 공간을 갖는 기판 이송 챔버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
공정 챔버를 갖는 박막 증착 장치를 이용하여 기판 위에 박막을 형성하는 방법에 있어서,
상기 박막 증착 장치의 플라즈마 발생 유닛을 구동하여 상기 공정 챔버의 반응 공간에 플라즈마를 형성하는 단계;
상기 박막 증착 장치의 스퍼터 유닛을 구동하여 타겟을 상기 플라즈마를 이용하여 스퍼터링하는 단계; 및
상기 타겟으로부터 스퍼터링된 재료가 상기 기판 위에 증착되는 단계를 포함하는 박막 증착 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 플라즈마 발생 유닛 및 상기 스퍼터 유닛은 서로 독립적으로 구동되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
제 13 항에 있어서, 상기 플라즈마 발생유닛은 유도 전자계(induction field)를 이용하여 상기 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
제 13 항에 있어서, 상기 플라즈마 발생유닛은 전자기파를 전자회전공명시켜 상기 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 플라즈마 발생 유닛 및 상기 스퍼터 유닛을 구동하기 이전에, 상기 반응 공간에 기판을 제공하는 단계를 더 포함하고,
상기 기판은 그 위에 유기막이 기 형성되어 상기 반응 공간에 제공되고, 상기 유기막은 상기 반응 공간에 노출되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
제 16 항에 있어서, 상기 타겟은 무기물을 포함하여 상기 유기막 위에 무기막이 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.