KR20050062242A - 액정표시장치 제조용 스퍼터 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 마스크 또는 타겟등의 스퍼터 내부 부품의 교체작업시 진공 챔버의 일부분만이 개방되도록 함으로써 교체 작업 및 교체 작업후 장비를 재가동 하는데 소요되는 시간을 단축할 수 있는 액정표시장치 제조용 스퍼터를 제공하는데 있다.

이를 위해 본 발명은 기판에 박막을 형성하기 위한 증착공정이 진행되는 진공 챔버와, 상기 기판상에 증착되는 금속 물질로 이루어지는 타겟과, 상기 타겟을 지지하고 고정시켜주는 백킹 플레이트와, 상기 기판과 타겟사이에 설치되어 기판의 가장자리 부분에 금속 물질이 증착되지 않도록 하는 마스크와, 상기 백킹 플레이트 후면에 설치되어 박막증착 공정의 진행시 자기장을 형성하는 마그네트와, 상기 진공 챔버의 내부에 설치되어 타겟등과 같은 내부 부품의 교체작업을 위해 진공 챔버가 개방될 때 작업이 진행되지 않는 진공 챔버의 일부를 폐쇄시키는 도어를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조용 스퍼터를 제공한다.

Description

액정표시장치 제조용 스퍼터{The Sputter for manufacturing Liquid Crystal Display Device}

본 발명은 액정표시장치(LCD: Liquid Crystal Display Device)의 제조공정에 사용되는 스퍼터(Sputter)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 박막증착 공정이 진행되는 진공 챔버(Vacuum Chamber)의 내부 구조를 개선한 액정표시장치 제조용 스퍼터에 관한 것이다.

평판 표시장치(Flat Panel Display) 중에서 a-Si 액정표시장치는 노트북 컴퓨터 응용을 시작으로 모니터(Monitor)등 다른 응용 분야로 그 비중이 점차 증대되고 있다. 그리고, 액정표시장치 산업의 발전과 그 응용의 보편화는 크기의 증가와 해상도 증가에 의해 가속되었으며, 현재는 생산성 증대와 저가격화가 관건으로, 이를 위한 시도는 제조공정의 단순화와 수율 향상의 관점에서 제조 업체는 물론, 관련 재료산업과 제조 장비업체의 공동의 노력이 요구되고 있다.

이러한 상기 액정표시장치의 제조공정은 유리 기판상에 픽셀(Pixel) 단위의 신호를 인가하는 스위칭 소자들을 형성하는 TFT(Thin Film Transistor: 박막 트랜지스터) 어레이(Array) 공정과, 색상을 구현하기 위한 컬러 RGB(Red, Green, Blue) 어레이를 형성하는 컬러 필터(Color Filter)공정, 그리고, 상기 각 공정을 거쳐 형성된 TFT 기판과 컬러 필터 기판 사이에 액정 셀(Cell)을 형성하는 액정 공정으로 크게 나눌 수 있다.

이중 상기 TFT 어레이 공정은 실리콘(Silicon) 반도체 제조공정과 유사한 공정으로 박막증착(Thin Film Deposition), 사진(Photolithography), 식각(Etching) 공정으로 이루어져 있으며, 개개의 공정 전후의 결과 및 이상 여부를 확인하기 위한 검사와 청정도를 유지하기 위한 세정을 포함한다.

여기서, 상기 박막증착 공정에는 스퍼터(Sputter)가 사용되는데, 상기 스퍼터는 기판상에 금속 박막을 증착시키는 장치로서 진공 챔버 내부에 구비되는 2개의 전극에 직류전압을 가하고 아르곤(Ar) 가스를 주입하면 아르곤이 이온화되면서 음극으로 가속되어 충돌에 의해 음극(Cathode)에 준비된 금속 타겟(Target)의 원자가 방출되고 이때 방출된 원자가 양극(Anode)에 있는 기판에 부착되는 원리를 이용한다.

이하, 종래 기술에 따른 액정표시장치 제조용 스퍼터를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 스퍼터의 개략적인 구성을 나타내는 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 스퍼터는 크게 아르곤(Ar) 가스가 채워지는 진공 챔버(1)와, 상기 진공 챔버(1)의 내부에 설치되는 서셉터 (Susceptor)(10)와, 평판(Platen)(17)과, 타겟(Target)(12)과, 마스크(Mask)(13) 그리고 마그네트 (Magnet)(15)를 포함하여 이루어진다.

상기 서셉터(10)는 진공 챔버(1)내로 로딩되는 기판(11)을 고정시키며, 상기 타겟(12)은 상기 기판(11)상에 증착되는 박막의 소스(Source)가 되는 금속(Metal) 물질로 이루어져 상기 서셉터(10)에 대응하여 전압이 인가되는 백킹 플레이트(Baking Plate)(16)에 고정된다. 그리고, 상기 평판(17)은 상기 서셉터(10)의 하부에 회전 가능하게 설치되어 증착 공정시 상기 타겟(12)과의 간격을 조율한다.

또한, 상기 마스크(13)는 기판(11)과 타겟(12) 사이에 설치되어 기판(11)의 가장자리 부분에 금속 물질이 증착되지 않도록 하며, 상기 마그네트(15)는 박막증착 촉진을 위해 전자를 포집하는 역할을 하는 부분으로 상기 백킹 플레이트(16)의 후면에 설치되어 박막증착 공정의 진행시 자기장을 형성한다.

이와 같이 구성된 상기 스퍼터를 이용한 박막증착 과정은 다음과 같다.

먼저, 상기 평판(17)은 증착공정이 이루어지기 전에 상기 타겟(12)에 가깝도록 도 1에 도시된 화살표 방향으로 회전하여 거의 수직에 가깝게 세워진다. 이후, 상기 진공 챔버(1) 내에 아르곤 가스를 채우고 고압의 직류 전압을 타겟(12)에 인가하여 아르곤 가스를 이온화 시킨 후, 이온화된 아르곤이 타겟(12)에 충돌하면서 방출되는 이온을 이용하여 기판(11)상에 금속 박막을 형성하게 된다. 이러한 박막증착 과정에 대해 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 종래 기술에 따른 스퍼터에 의한 박막 증착과정을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 진공 챔버(1)내에 설치되는 금속 재질의 타겟(12)과 백킹 플래이트(16)에는 고압의 직류전압(DC)이 인가되고, 상기 타겟(12)에 대향하는 기판(11)과 서셉터(10)는 상기 타겟(12)과의 전압차를 위해 접지된다.

또한, 상기 진공 챔버(1)내에는 불활성 기체인 아르곤 가스가 채워지며, 상기 타겟(12)과 기판(11) 사이의 상기 아르곤 가스는 상기 타겟(12)에 인가된 높은 전압에 의하여 플라즈마(Plasma)상태로 된다.

따라서, 상기 플라즈마 상태의 아르곤 이온(Ar⁺)은 빠른 속도로 상기 타겟(12)에 부딪혀 증착 물질인 미세한 금속을 상기 타겟(12)으로 부터 분리시키고, 분리된 금속 물질은 상기 기판(11) 상에 증착된다.

이러한 상기 스퍼터는 금속 뿐만 아니라 절연물질의 증착에 용이하고, 높은 에너지를 이용하여 공정이 진행되므로 증착물질의 접착력이 크다는 장점 때문에 박막증착 공정에 많이 사용된다.

한편, 상기 진공 챔버(1) 내부에 설치되는 각종 부품들은 원활한 공정진행을 위해 주기적으로 교체되어지며, 이러한 교체 작업을 위해 먼저 진공 챔버(1)를 개방하는 작업이 필요하다.

도 3은 종래 기술에 따른 진공 챔버가 내부 부품의 교체를 위해 개방된 모습을 나타내는 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 진공 챔버(1)는 타겟(12) 또는 마스크(13)등의 각종 부품의 교체 작업을 위해 내부가 개방되어 진다.

좀더 상세히 설명하면, 상기 진공 챔버(1)의 내부를 개방시키기 위해 먼저 진공 챔버(1)의 내부를 대기압 상태로 만든 다음 온도를 떨어뜨린다. 이후, 상기 타겟(12), 백킹 플레이트(16), 마그네트(15)를 포함하는 진공 챔버(1)의 일부를 회전축(14)을 중심으로 우측으로 회전시켜 진공 챔버(1)의 내부를 개방시킨다.

그리고, 상기 진공 챔버(1) 내부의 타겟(12) 또는 마스크(13)등의 내부 부품을 교환하고 다시 회전축(14)을 회전시켜 개방된 진공 챔버(1)를 닫는다. 이와 같이 진공 챔버(1)를 다시 닫은 후에는, 상기 진공 챔버(1) 내부를 펌프(Pump)(미도시)를 이용하여 다시 진공 상태까지 만든 다음, 가열하여 증착온도인 약 200°C까지 올리게 된다.

하지만, 이와 같은 종래 기술에 따른 스퍼터는 상술한 바와 같이 마스크 또는 타겟등의 내부 부품의 교체 작업시 진공 챔버 내부의 진공도 및 온도가 변하기 때문에 작업 전/후 재가동 까지의 소요시간이 실제 챔버를 개방하는데 들어가는 작업시간에 비해 상당히 길어진다. 따라서, 상기와 같은 교체 작업으로 인해 장비 가동률이 떨어지게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 마스크 또는 타겟등의 스퍼터 내부 부품의 교체작업시 진공 챔버의 일부분만이 개방되도록 함으로써 교체 작업후 장비를 재가동 하는데 소요되는 시간을 단축할 수 있는 액정표시장치 제조용 스퍼터를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 기판에 박막을 형성하기 위한 증착공정이 진행되는 진공 챔버와, 상기 기판상에 증착되는 금속 물질로 이루어지는 타겟과, 상기 타겟을 지지하고 고정시켜주는 백킹 플레이트와, 상기 기판과 타겟사이에 설치되어 기판의 가장자리 부분에 금속 물질이 증착되지 않도록 하는 마스크와, 상기 백킹 플레이트 후면에 설치되어 박막증착 공정의 진행시 자기장을 형성하는 마그네트와, 상기 진공 챔버의 내부에 설치되어 타겟등과 같은 내부 부품의 교체작업을 위해 진공 챔버가 개방될 때 작업이 진행되지 않는 진공 챔버의 일부를 폐쇄시키는 도어를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조용 스퍼터를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 스퍼터의 개략적인 구성을 나타내는 단면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스퍼터는 크게 기판(61)에 박막을 형성하기 위한 증착공정이 진행되는 진공 챔버(50)와, 상기 진공 챔버(50)의 내부에 설치되는 서셉터 (Susceptor)(60)와, 평판(Platen)(67)과, 타겟(Target)(62)과, 마스크(Mask)(63) 그리고 마그네트(Magnet)(65)를 포함하여 이루어진다.

상기 진공 챔버(50)는 박막증착을 위해 일정온도로 가열되며 내부에 아르곤(Ar) 가스가 채워진다. 그리고, 상기 서셉터(60)는 진공 챔버(50)내로 로딩되는 기판(61)을 고정시키며, 상기 타겟(62)은 상기 기판(61)상에 증착되는 박막의 소스(Source)가 되는 금속(Metal) 물질로 이루어져 상기 서셉터(60)에 대응하여 전압이 인가되는 백킹 플레이트(Baking Plate)(66)에 고정ㆍ지지된다.

또한, 상기 평판(67)은 회전가능하게 구성되어 증착 공정시 상기 타겟(62)과의 간격을 조율하며, 상기 마스크(63)는 기판(61)과 타겟(62) 사이에 설치되어 기판(61)의 가장자리 부분에 금속 물질이 증착되지 않도록 한다.

그리고, 상기 마그네트(65)는 박막증착 촉진을 위해 전자를 포집하는 역할을 하는 부분으로 상기 백킹 플레이트(66)의 후면에 설치되어 박막증착 공정의 진행시 자기장을 형성한다.

한편, 상기 진공 챔버(50)의 내부에는 도어(Door)(100)가 설치된다. 상기 도어(100)는 구동 모터(110)와 연결되어 작동하며, 타겟(62) 또는 마스크(63)등과 같은 스퍼터의 내부 부품 교체작업시 진공 챔버(50)의 내부를 교체 작업이 진행되는 부분과 교체 작업이 진행되지 않는 부분으로 구획한다.

즉, 상기 도어(100)는 내부 부품의 교체를 위해 진공 챔버(50)가 개방될 때 작업이 진행되는 않는 진공 챔버(50)의 일부를 폐쇄시킨다. 따라서, 상기 타겟(62)등과 같은 내부 부품의 교체 작업시 진공 챔버(50)가 개방되더라도 교체 작업이 진행되는 않는 부분은 도어(100)에 의해 폐쇄되어 내부의 진공도 및 온도가 유지되어 진다.

이와 같은 상기 도어(100)는 기판(61)과 마스크(63)사이에 설치됨이 바람직하다. 즉, 상기 도어(100)는 진공 챔버(50)의 개방시 기판(61)이 위치하는 진공챔버(50)의 내부를 폐쇄하도록 설치됨이 바람직하다.

좀더 상세히 설명하면, 상기 스퍼터의 내부 부품중 주로 교체 작업이 이루어지는 것은 타겟(62)과 마스크(63)이며, 이는 교체 작업시 타겟(62)과 마스크(63)가 위치하는 진공 챔버(50)의 내부만이 개방되면 된다는 것을 의미한다.

따라서, 상기 도어(100)는 기판(61)과 마스크(63) 사이에 설치되어 교체작업을 위해 진공 챔버(50)가 개방될 때 기판(61)이 위치하는 진공 챔버(50)의 내부는 폐쇄하도록 하고 타겟(62) 및 마스크(63)가 위치하는 공간은 개방되도록 한다.

물론, 상기 도어(100)는 부품의 교체횟수등 작업환경 및 조건등에 따라 마스크(63)와 타겟(62)사이에 설치되는등 설치위치는 다양한 변형이 가능하다.

또한, 상기 도어(100)는 기판(61)과 마스크(63) 그리고 마스크(63)와 타겟(62) 사이에 각각 설치되는등 진공 챔버(50)의 내부에 2개 이상 설치될 수 있다. 이와 같이 상기 도어(100)가 진공 챔버(50) 내부에 2개이상 설치되면 어떠한 부품 교체작업이 필요한 가에 따라 교체 작업이 수행될 진공 챔버(50)의 내부만을 선택적으로 개방할 수 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 스퍼터의 내부 부품 교체 작업이 진행되는 과정을 간략히 설명한다.

도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 스퍼터의 내부 부품 교체 작업이 진행되는 모습을 나타내는 단면도이다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스퍼터는 상기 타겟(62) 또는 마스크(63)등의 각종 내부 부품의 교체 작업을 위해 먼저 구동모터(110)를 작동시켜 도어(100)가 기판(61)과 마스크(63) 사이를 차단하도록 한다. 이에 따라 상기 진공 챔버(50)는 교체 작업을 위해 개방될 부분과 그렇지 않은 부분으로 구획된다.

이후, 상기 교체 작업이 이루어질 진공 챔버(50)의 내부만을 대기압 상태로 만든 다음 온도를 떨어뜨린다. 즉, 상기 타겟(62) 및 마스크(63)가 위치하는 진공챔버(50)의 일부분만이 대기압 상태가 되고 온도가 떨어지며, 상기 기판(61)이 위치하는 부분은 진공도 및 온도가 원상태로 유지된다.

이후, 상기 타겟(62), 백킹 플레이트(66), 마그네트(65)를 포함하는 진공 챔버(50)의 일부를 회전축(64)을 중심으로 우측으로 회전시켜 진공 챔버(50)의 내부를 개방시킨다. 따라서, 상기 타겟(62)과 마스크(63)가 위치하는 진공 챔버(50)의 일부분만이 교체 작업을 위해 개방되어 지며, 다른 부분은 개방되지 않고 원상태를 유지하게 된다.

그리고, 상기 진공 챔버(50)의 일부가 개방되면 상기 타겟(62) 또는 마스크(63)등의 내부 부품을 교환하고 다시 회전축(64)을 회전시켜 개방된 진공 챔버(50)를 닫는다.

이와 같이 상기 진공 챔버(50)를 다시 닫은 후에는, 상기 구동 모터(110)를 다시 작동시켜 진공 챔버(50)의 내부를 구획하고 있는 도어(100)를 제거한 후 진공 챔버(50)의 내부를 펌프(Pump)(미도시)를 이용하여 다시 진공 상태까지 만든 다음, 가열하여 증착온도인 약 200°C까지 올리게 된다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 액정표시장치 제조용 스퍼터는 다음과 같은 효과가 있다.

먼저, 본 발명에 따른 액정표시장치 제조용 스퍼터는 타겟등의 부품 교체 작업시 도어가 작업이 진행되지 않는 진공 챔버의 내부를 차단하여 진공도 및 온도를 원상태로 계속 유지시킨다. 따라서, 종래와 달리 부품 교체 작업을 위해 진공 챔버 내부 전체를 대기압 상태로 만들고 온도를 떨어 뜨리는 작업이 필요없어 작업시간이 단축되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 액정표시장치 제조용 스퍼터는 상기 부품 교체 작업이 완료된 후에 진공 챔버의 일부분은 진공도 및 온도를 원상태로 유지하고 있기 때문에 장비 정상화를 위해 진공 챔버의 진공도 및 온도를 다시 맞추는 작업에 드는 시간 역시 단축되는 효과가 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 스퍼터의 개략적인 구성을 나타내는 단면도이다.

도 2는 종래 기술에 따른 스퍼터에 의한 박막 증착과정을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3은 종래 기술에 따른 진공 챔버가 내부 부품의 교체를 위해 개방된 모습을 나타내는 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 스퍼터의 개략적인 구성을 나타내는 단면도이다.

도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 스퍼터의 내부 부품 교체 작업이 진행되는 모습을 나타내는 단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

50: 진공 챔버 60: 서셉터

61: 기판 62: 타겟

63: 마스크 64: 회전축

65: 마그네트 66: 백킹 플레이트

67: 평판 100: 도어

110: 구동 모터

Claims (4)

1. 기판에 박막을 형성하기 위한 증착공정이 진행되는 진공 챔버와,

   상기 기판상에 증착되는 금속 물질로 이루어지는 타겟과,

   상기 타겟을 지지하고 고정시켜주는 백킹 플레이트와,

   상기 기판과 타겟사이에 설치되어 기판의 가장자리 부분에 금속 물질이 증착되지 않도록 하는 마스크와,

   상기 백킹 플레이트 후면에 설치되어 박막증착 공정의 진행시 자기장을 형성하는 마그네트와,

   상기 진공 챔버의 내부에 설치되어 타겟등과 같은 내부 부품의 교체작업을 위해 진공 챔버가 개방될 때 작업이 진행되지 않는 진공 챔버의 일부를 폐쇄시키는 도어를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조용 스퍼터.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 도어는 기판과 마스크사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조용 스퍼터.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 도어는 타겟과 마스크사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조용 스퍼터.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 도어는 적어도 2개이상 설치되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조용 스퍼터.