KR100603063B1

KR100603063B1 - 스퍼터 방법을 이용한 광학박막의 제작장치

Info

Publication number: KR100603063B1
Application number: KR1020040042122A
Authority: KR
Inventors: 박명식; 이정현; 김임향
Original assignee: 주식회사 아바텍
Priority date: 2004-06-09
Filing date: 2004-06-09
Publication date: 2006-07-31
Also published as: KR20050116978A

Abstract

본 발명은 스퍼터 방법을 이용한 광학박막의 제작장치에 관한 것으로서 특히, 스퍼터 증착장치를 이용하여 반사율 투과율 등의 광학적 특성을 목적에 맞도록 변화시키는 광학박막의 제작 후에 그 타측면에 무반사 박막을 형성하기 위한 것으로, 스퍼터 챔버(미도시)의 중앙측에 설치되어 회전되는 중심축(10)과; 상기 중심축(10)에 설치되어 회전하는 회전패널(20)과; 상기 회전패널(20)의 가장자리측에 설치되어, 이 회전패널(20)과 함께 회전하며, 특정각도로 분할된 원통형 곡면유리(30)가 장착되어 이 곡면유리(30)의 내측면에 박막이 장착되도록 하는 장착부(40)와; 상기 회전패널(20)의 외측에 상기 중심축(10)을 중심으로 서로 마주보고 위치하는 고굴절 캐소우드(cathode: 50) 및 저굴절 캐소우드(60)와; 상기 고굴절 캐소우드와 저굴절 캐소우드의 사이의 회전패널의 외측에는 애노우드인 이온 건(70)을 포함하여 구성되어, 종래의 전자빔 증착장치에 의한 방법보다 생산성을 향상시키고, 강한 박막 부착력을 가지도록 하면서 램프의 빛을 반사와 무반사 상태로 조절 할 수 있도록 제어하는 무반사 필터를 제작할 수 있는 것이다.

스퍼터, 박막, 무반사 필터.

Description

스퍼터 방법을 이용한 광학박막의 제작장치 {Apparatus for manufacturing optical thin film utilizing sputter deposition method}

도 1은 종래의 광학박막 제작장치의 일 실시예를 나타내는 개략도,

도 2는 본 발명의 스퍼터 방법을 이용한 광학박막의 제작장치의 일 실시예를

나타내는 평면 개략도,

도 3은 본 발명의 스퍼터 방법을 이용한 광학박막의 제작장치에 사용되는

곡면유리를 나타내는 개략도,

도 4는 본 발명의 스퍼터 방법을 이용한 광학박막의 제작장치에 사용되는

곡면유리를 나타내는 사시도,

도 5는 본 발명의 스퍼터 방법을 이용한 광학박막의 제작장치의 장착부를

나타내는 사시도,

도 6은 본 발명에 의하여 제작된 광학박막의 특성을 나타내는 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 중심축 20 : 회전패널

30 : 곡면유리 40 : 장착부

50 : 고굴절 캐소우드 60 : 저굴절 캐소우드

70 : 이온건 80 : 두께측정장치

본 발명은 스퍼터 방법을 이용한 광학박막의 제작장치에 관한 것으로서 특히, 스퍼터 증착장치를 이용하여 반사율 투과율 등의 광학적 특성을 목적에 맞도록 변화시키는 광학박막의 제작 후에 그 타측면에 무반사 박막을 형성하기 위한 것으로, 종래의 전자빔 증착장치에 의한 방법보다 생산성을 향상시키고, 강한 박막 부착력을 가지도록 하면서 램프의 빛을 반사와 무반사 상태로 조절 할 수 있도록 제어하는 무반사 필터를 제작할 수 있는 스퍼터 방법을 이용한 광학박막의 제작장치에 관한 것이다.

일반적으로 광학박막으로는 광학 부품에서 반사율을 줄이기 위한 비반사 코팅막, 장파장을 투과시키고 단파장 영역은 반사시키는 장파장 투과필터, 단파장은 투과시키고 장파장 영역은 반사시키는 단파장 투과필터, 특정 파장만을 투과시키는 간섭필터, 편광된 빛을 편광방향에 따라 분리시키는 편광필터 등이 있다.

상기와 같은 광학 다층박막을 제작함에 있어 일반적으로 쓰여지는 장치는, 도 1에서 도시하는 바와 같은, 전자빔(e-beam) 증착장치이다. 이러한 전자빔 증착장치는 진공 증착의 원리를 이용하며, 진공펌프(6)가 부착된 챔버(1) 내에 전자빔 건(e-gun: 2)으로부터 회전하는 기판(3)에 물질을 증착하게 되며, 증착되는 박막의 강도와 화학양론의 제어를 위하여 이온건(4)을 함께 사용한다.

상기와 같은 전자빔 증착장치에서 상기 증착되는 각층의 두께 제어는 증착될 때 박막 두께측정 센서(5)를 증발원의 전원부분에 연결하여 두께의 제어를 하게 된다. 따라서 진공 증착의 원리를 이용한 다층박막의 구성은 두께의 제어가 다른 장치에 비하여 용이하다.

그러나 상기와 같은 종래의 전자빔 증착장치을 통한 투과필터의 제작방법은 스퍼터링 증착방법을 이용한 방법에 비해 생산성이 떨어질 뿐만 아니라, 제작과정의 특성상 이온 충격 에너지(ion bombard energy)가 약해, 기판(Substrate)과의 부착력이 약한 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 결점을 해소하기 위한 것으로, 광학적 특성을 목적에 맞도록 변화시키는 광학박막을 형성하는 것에 있어서, 종종래의 전자빔 증착장치에 의한 방법보다 생산성을 향상시키고, 강한 박막 부착력을 가지도록 하면서 램프의 빛을 반사와 무반사 상태로 조절 할 수 있도록 제어하는 무반사 필터를 제작할 수 있는 스퍼터 방법을 이용한 광학박막의 제작장치를 제공하고자 한다.

이러한 본 발명은 스퍼터 챔버의 중앙측에 설치되어 회전되는 중심축과; 상기 중심축에 설치되어 회전하는 회전패널과; 상기 회전패널의 가장자리측에 설치되어, 이 회전패널과 함께 회전하며, 특정각도로 분할된 원통형 곡면유리가 장착되어 이 곡면유리의 내측면에 박막이 장착되도록 하는 장착부와; 상기 회전패널의 외측에 상기 중심축을 중심으로 서로 마주보고 위치하는 고굴절 캐소우드 및 저굴절 캐소우드와; 상기 고굴절 캐소우드와 저굴절 캐소우드의 사이의 회전패널의 외측에는 애노우드인 이온 건을 포함하여 구성함으로써 달성된다.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 스퍼터 방법을 이용한 광학박막의 제작장치의 일 실시예를 나타내는 평면 개략도로서, 본 발명은, 스퍼터 챔버(미도시)의 중앙측에 설치되어 회전되는 중심축(10)과; 상기 중심축(10)에 설치되어 회전하는 회전패널(20)과; 상기 회전패널(20)의 가장자리측에 설치되어, 이 회전패널(20)과 함께 회전하며, 특정각도로 분할된 원통형 곡면유리(30)가 장착되어 이 곡면유리(30)의 내측면에 박막이 장착되도록 하는 장착부(40)와; 상기 회전패널(20)의 외측에 상기 중심축(10)을 중심으로 서로 마주보고 위치하는 고굴절 캐소우드(cathode: 50) 및 저굴절 캐소우드(60)와; 상기 고굴절 캐소우드와 저굴절 캐소우드의 사이의 회전패널의 외측에는 애노우드인 이온 건(70)을 포함하여 구성되는 것을 그 기술상의 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 광학박막의 제작장치에 의한 무반사 박막의 제작은, 상기와 같은 원통형으로 형성된 곡면유리(30)의 외측에 투과필터가 제작된 이후에 그 내측면에 제작되게 된다.

이와 같은 투과필터의 제작은 본 발명과 동일 출원인에 의하여 발명되어 출원된 국내 특허출원 2004-25942에 나타나 있으며, 도 3에서 도시하는 바와 같이, 일정 각도로 분할된 원통형의 곡면유리(30)에 제작되게 되고, 이 곡면유리(30)의 형상은 도 4에서 도시하는 바와 같다.

도 5는 본 발명의 스퍼터 방법을 이용한 광학박막의 제작장치의 장착부를 나타내는 사시도로서, 상기 장착부(40)는, 내측에 장착홀(41)이 형성되어, 이 장착홀(41)에 상기 특정각도로 분할된 곡면유리(30)가 장착되는 플레이트(42)와; 상기 곡면유리(30)를 플레이트(42)에 고정시키는 고정핀(43)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 플레이트(42)는, 도 2에서와 같이, 상기 회전패널(20)의 외측면의 접선방향으로 설치되고, 상기 분할된 곡면유리(30)는 그 내측면이 상기 회전패널(20)의 외측방향을 향하도록 설치되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 장착부(40)에 장착되는 곡면유리(30)의 일측에 박막 두께측정장치(80)를 추가 구성하여, 이 두께측정장치(80)의 측정값을 기준으로 하여 반복되는 박막의 제작시 그 기준값으로 하여 박막의 두께를 조절하도록 한다.

상기 고굴절 캐소우드(50)는 TiO₂를, 저굴절 캐소우드(60)는 SiO₂를 사용하 며, 또한 TiO₂나 SiO₂박막 제조 시 반응성 스퍼터 증착의 증착률이 떨어지는 단점을 보완하기 위해 애노우드(Anode)인 이온건(Ion Gun: 70)을 설치하여 산화막 제조 시 증착률을 향상시키고 증착 시간을 줄이도록 한다.

도 6은 본 발명에 의하여 제작된 광학박막의 특성을 나타내는 그래프로서, 이하, 상기 도 2 내지 도 6을 참고하여, 본 발명의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 프로젝션 TV에 사용되는 광학엔진의 색상을 형성하는 핵심부품 제작방법으로서 DLP(Digital Light Process)에서 마이크로 미러(Micro Mirror)에 입력되는 신호에 따라 램프의 빛을 반사와 무반사 상태로 조절 할 수 있도록 제어하는 무반사 필터를 제작하기 위한 장치이다.

상기와 같은 본 발명은, DMD(Digital Micro Mirror Device)의 램프 빛을 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue), 백색(White)의 색상을 만드는 R. G. B. W. 투과필터를 곡면유리(30)의 외측면에 증착하여 제작한 이후에, 상기 곡면유리(30)의 내측면에 무반사 필터를 증착하는 것으로, 상기 투과필터의 투과율을 보다 상승하도록 내측면에 무반사 필터를 증착함으로써 기존의 e-beam 방식의 제작시보다 양산성 향상과 강한 막 부착 특성을 가지도록 하는 것이다.

본 발명에서는 상기한 바와 같이, 가장 많이 사용하는 고굴절률 박막으로서 TiO₂와 저굴절률 박막으로서 SiO₂를 이용하여 다층 박막을 설계하였다.

일반적으로 다층박막의 증착에 쓰여지는 장치는 e-beam 증착장치이다. 이 장치는 진공증착의 원리를 이용하며, 증착되는 박막의 강도와 화학양론의 제어를 위하여 이온건을 함께 사용한다.

상기와 같은 진공증착의 원리를 이용한 e-beam 증착장치와 달리, 스퍼터 장치를 이용한 증착은 캐소우드(cathode)에 장착되어 있는 증착물질(target)에 아르곤 가스(Ar Gas)를 주입하고, 캐소우드와 애노우드(anode)와의 전위차, 자력에 따른 전자 구속력에 의한 1, 2차 이온 충돌에 의해 증착된다. 그러나 증착물질의 사용시간이 늘어남에 따라 증착되는 양이 변화하는데, 이렇게 감소되는 량을 감지하는 것은 어렵다.

이로 인해 정확한 두께 제어가 필수인 다층박막 증착 시에 상당한 문제를 가지고 있어 e-beam 증착장치보다 양산성이 월등히 우수하다는 이점을 가지고 있음에도 다층박막 증착에 있어서 스퍼터 증착 장치를 이용하는데 어려움이 있었다.

이러한 두께제어의 어려움을 해결하기 위해 박막 두께측정장치(80)를 장착부(40)측에 설치하여, 각 층별 증착시간을 이 박막 두께측정장치(80)에서 측정값과 비교하여 조절함으로써, 다층 박막의 두께 편차를 ± 1% 내로 조절함으로써 스퍼터 증착 장치를 사용할 수 있으며, 이로 인해 기존의 e-beam 증착장치가 가지고 있던 막부착력과 양산성 부족이라는 문제를 해결할 수 있게 되었다.

한편, 곡면유리(30) 내면에 무반사 박막을 증착함에 있어 곡면유리(30)의 특성상 타겟(Target)과의 거리가 달라지게 된다. 이 거리 차 때문에 증착되는 박막의 두께 차이가 발생하게 된다.

본 발명에서 무반사 증착은 곡면 유리 전면의 투과 필터에서 박막의 흡수율의 작용으로 이론치보다 떨어지는 투과율을 보상하기 위한 증착이므로 각 층의 박막두께 차가 15%까지는 특성에 큰 영향을 주지 않는다. 그러므로 각 층 박막두께 차가 15%까지 발생되는 T-S(Target-Substrate)거리 차이는 30mm까지 가능하며, 이는 결국 평면유리에서 직경 112.5mm인 원통유리의 1/3의 크기를 가지는 곡면유리까지 무반사 증착이 가능하다.

무반사 증착의 각 층 박막두께 편차 15%에 의한 투과율 그래프는, 도 6에서 도시하는 바와 같이, 모두 평균투과율이 97%이상이며, 이는 스퍼터 증착장치로 곡면 기판에의 증착이 가능하다.

즉, 도 6의 하측의 점선은 박막제작 전의 곡면유리(30)의 투과율을 나타내고 있고, 실선과 2점쇄선은 각각 박막 두께편차 15%의 무반사 증착에 의한 그래프를 나타내고 있는 것으로서, 이러한 두께 편차는 특성에 큰 영향을 주지 않는 것이다.

한편, 곡면유리(30)의 좌. 우 두께편차를 없애기 위하여, 고속으로 회전시키도록 한다. 이와 같이 곡면유리(30) 후면에 무반사 증착을 함으로써 이론적 디자인과 달리 발생되는 흡수량에 의해 투과율이 감소하는 것을 보상해 주는 역할을 하는 것이다.

상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명의 범위는 상기의 도면이나 실시예에 한정되지 않는다.

이상과 같은 본 발명은 광학적 특성을 목적에 맞도록 변화시키는 광학박막을 형성하는 것에 있어서, 전자빔 증착장치에 의한 방법보다 생산성을 향상시키고, 강한 박막 부착력을 가지도록 하면서 램프의 빛을 반사와 무반사 상태로 조절 할 수 있도록 제어하는 무반사 필터를 제작할 수 있는 효과가 있는 발명인 것이다.

Claims

스퍼터 챔버의 중앙측에 설치되어 회전되는 중심축(10)과;

상기 중심축(10)에 설치되어 회전하는 회전패널(20)과;

상기 회전패널(20)의 가장자리측에 설치되어, 이 회전패널(20)과 함께 회전하며, 특정각도로 분할된 원통형 곡면유리(30)가 장착되어 이 곡면유리(30)의 내측면에 박막이 장착되도록 하는 장착부(40)와;

상기 회전패널(20)의 외측에 상기 중심축(10)을 중심으로 서로 마주보고 위치하는 고굴절 캐소우드(50) 및 저굴절 캐소우드(60)와;

상기 고굴절 캐소우드(50)와 저굴절 캐소우드(60)의 사이의 회전패널(20)의 외측에는 애노우드인 이온 건(70)과;

상기 장착부(40)에 장착되는 곡면유리의 일측에 구비되는 박막 두께측정장치(80)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 방법을 이용한 광학박막의 제작장치.
제 1항에 있어서, 상기 장착부(40)는,

내측에 장착홀(41)이 형성되어, 이 장착홀(41)에 상기 특정각도로 분할된 곡면유리(30)가 장착되는 플레이트(42)와;

상기 곡면유리(30)를 플레이트(42)에 고정시키는 고정핀(43)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스퍼터 방법을 이용한 광학박막의 제작장치.
제 2항에 있어서, 상기 플레이트(42)는 상기 회전패널(20)의 외측면의 접선방향으로 설치되고, 상기 분할된 곡면유리(30)는 그 내측면이 상기 회전패널(20)의 외측방향을 향하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 스퍼터 방법을 이용한 광학박막의 제작장치.
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