KR101005204B1

KR101005204B1 - Facing target type sputtering apparatus

Info

Publication number: KR101005204B1
Application number: KR1020060126115A
Authority: KR
Inventors: 김갑석; 김용모
Original assignee: 주식회사 케이아이자이맥스
Priority date: 2006-12-12
Filing date: 2006-12-12
Publication date: 2011-01-03
Also published as: KR20080054048A

Abstract

본 발명은 대향식 스퍼터링 장치를 사용하여 대향 타겟 사이에 구속된 전자의 자력선을 따라 회전 운동 왕복운동을 유도함으로서 고밀도, 고이온화 플라즈마를 구현하고, 저온 증착 및 높은 이온에너지에 의한 기판 손상의 방지가 가능하도록 한 대향 타겟 스퍼터링 장치에 관한 것으로, 상세하게는 대향 타겟의 상부 또는 하부에 2차 타겟을 설치하여 마그네트론 스퍼터 증착원의 플라즈마 밀도를 극대화하고, 플라즈마 밀도를 제어하여 각종 고분자 소재의 표면 처리를 저온 공정에서 구현하도록 하는 스퍼터링 장치에 관한 것이다. The present invention implements a high-density, high-ionized plasma by inducing rotational reciprocating motion along the magnetic lines of electrons confined between opposing targets using an opposing sputtering device, and prevents substrate damage due to low temperature deposition and high ion energy. The present invention relates to an opposing target sputtering apparatus capable of enabling the present invention. In detail, a secondary target is installed on the upper or lower portion of the opposing target to maximize plasma density of the magnetron sputter deposition source, and control plasma density to perform surface treatment of various polymer materials. A sputtering apparatus for implementing in a low temperature process.

Description

Opposing Targeted Sputtering Equipment {FACING TARGET TYPE SPUTTERING APPARATUS}

도 1은 종래의 마그네트론 스퍼터링 장치의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a conventional magnetron sputtering apparatus.

도 2는 종래 대향 타겟식 스퍼터링 장치의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a conventional counter target sputtering apparatus.

도 3은 일반적인 대향 타겟식 스퍼터링 장치의 자력선 형성 모양을 도시한다.3 shows a magnetic force line forming shape of a general counter target sputtering apparatus.

도 4는 대향 타겟의 상부에 추가적인 2차 타겟이 설치된 스퍼터링 장치의 일 실시예를 도시한다.4 shows one embodiment of a sputtering apparatus in which an additional secondary target is installed on top of the opposing target.

도 5는 대향 타겟의 상부에 추가적인 2차 타겟이 설치된 스퍼터링 장치의 또 다른 실시예를 도시한다.5 shows another embodiment of a sputtering apparatus in which an additional secondary target is installed on top of the opposing target.

도 6은 대향 타겟 상부에 설치되는 2차 타겟의 각도를 제어하는 실시예를 도시한다. 6 illustrates an embodiment of controlling an angle of a secondary target installed on an opposing target.

도 7은 본 발명의 대향타겟식 마그네트론 스퍼터링 장치의 개략도 및 설치 개략도이다.7 is a schematic diagram and installation schematic diagram of an opposing target magnetron sputtering apparatus of the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

스퍼터링은 박막 코팅에서 널리 사용되는 방법으로, 디스플레이, 광학, 내마모 코팅, 반도체 등 다양한 산업 분야에 이용되고 있다.Sputtering is a widely used method in thin film coatings and is used in various industrial fields such as display, optical, abrasion resistant coating, and semiconductor.

종래의 마그네트론 스퍼터링 기술은 기판 면에 대향하는 타겟을 이용하여 기판 위에 막을 형성하는 기술로서 널리 사용되고 있다. 도 1은 종래의 마그네트론 스퍼터링 장치를 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이 종래의 마그네트론 스퍼터링 장치는 타겟 앞편에 전자 및 이온 구속을 위한 자계를 형성시키고 예를 들어, 이온화된 Ar 이온들이 타겟에 충돌하면서 운동량 전달에 의하여 타겟 원자가 스퍼터링 된다. 그러나 이러한 마그네트론 스퍼터링 기술은 기판 면에 타겟에 대향하고 스퍼터링되는 증착 물질의 운동에너지가 과도하게 높기 때문에 고운동에너지를 갖는 이온이 폴리머 또는 유기 발광 소자의 유기층등 상에 스퍼터링되는 경우에는 폴리머층 또는 유기층이 손상될 수 있다는 문제점이 있다.Conventional magnetron sputtering techniques are widely used as a technique for forming a film on a substrate using a target facing the substrate surface. 1 shows a conventional magnetron sputtering apparatus. As shown in FIG. 1, a conventional magnetron sputtering device forms a magnetic field for electron and ion confinement in front of a target, and target atoms are sputtered by momentum transfer, for example, when ionized Ar ions collide with the target. However, since the magnetron sputtering technology opposes the target on the substrate surface and the kinetic energy of the sputtered deposition material is excessively high, when the ions having high kinetic energy are sputtered on the polymer or the organic layer of the organic light emitting device, the polymer layer or the organic layer There is a problem that this can be damaged.

따라서 이러한 문제점을 해소하기 위한 일 방안으로서, 타겟과 기판을 직접 대면시키지 않는 구조의 대향 타겟식 스퍼터링 장치가 사용된다. Therefore, as one solution to solve this problem, an opposing target sputtering apparatus having a structure that does not directly face the target and the substrate is used.

종래 기술에 따른 대향 타겟식 스퍼터링 장치는 타겟의 대향하는 타겟면을 제외한 부분을 양극으로 덮는 구조를 가지고 있으며 타겟에 수직한 자계를 형성시키기 위하여 대향 타겟의 후면에 영구자석을 배치하여 대향 타겟 내에 전자를 구속하는 구조를 가진다. The opposing target sputtering apparatus according to the prior art has a structure in which a portion of the target except for the opposing target surface is covered with an anode, and a permanent magnet is disposed on the rear surface of the opposing target so as to form a magnetic field perpendicular to the target. It has a structure that constrains it.

통상적인 대향 타겟식 스퍼터링 장치가 도 2에 도시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 통상적인 대향식 스퍼터링 장치는 진공챔버 내에 설치 구성되는 대향식 타겟과 그 후면에 설치된 영구자석과, 전원장치와, 기판을 지지하는 기판 지지대로 구성된다. A typical counter target sputtering apparatus is shown in FIG. 2. As shown in FIG. 2, a conventional counter sputtering apparatus is composed of an opposing target installed in a vacuum chamber, a permanent magnet installed on a rear surface thereof, a power supply device, and a substrate support for supporting a substrate.

도 3에는 일반적인 대향 타겟식 스퍼터링 장치의 자력선 형성 모양을 도시한다. 도 3에서 보는 바와 같이 두 대향하는 타겟 사이에 자기력선은 타겟의 수직 방향으로 형성되고 이때 전기를 띤 전자 및 이온은 자기력선을 중심으로 회전운동을 하게 되고 전자와 중성입자간의 충돌확률이 증가하고 전자가 두 대향타겟사이를 왕복 운동함으로서 플라즈마 밀도를 높이게 된다. 이때 전하의 회전 반경은 인가된 자기장의 세기에 따라 결정되며 자기장 세기가 클수록 전하의 회전 반경은 작아지게 된다. 3 shows the magnetic force line forming shape of a general counter target sputtering apparatus. As shown in FIG. 3, the lines of magnetic force between two opposing targets are formed in the vertical direction of the target. At this time, the electric electrons and ions rotate around the lines of magnetic force, and the collision probability between the electrons and the neutral particles increases, By reciprocating between two opposing targets, the plasma density is increased. At this time, the rotation radius of the charge is determined according to the intensity of the applied magnetic field, and as the magnetic field strength increases, the rotation radius of the charge becomes smaller.

도 2 및 3을 참조하면, 대향 스퍼터링 타겟(6)에 전원공급장치로부터 동시에 (-) 전압을 인가하면, 자계 발생 수단인 영구자석(7)에 의해 발생된 자계에 의해 대향 타겟들(6) 사이의 공간 내에 스퍼터링 플라즈마가 구속된다. 이때, 상기 플라즈마는 감마 전자, 음이온, 양이온, 중성입자 등으로 이루어져 있다. 이때, 상기 플라즈마 내의 전자는 서로 대향하는 스퍼터링 타겟을 연결한 자기력선을 따라 회전운동을 하면서 고밀도 플라즈마를 형성시키는 동시에 한쌍의 스퍼터링 타겟에 걸린 (-) 전원에 의하여 왕복운동을 하면서 고밀도 플라즈마를 유지시킨다. 즉, 플라즈마 내의 모든 전자나 이온은 자기력선을 따라 회전하면서 왕복 운동을 하기 때문에 높은 에너지를 갖는 하전된 입자는 반대편 타겟으로 가속되어 타겟 사이의 공간 내에 형성된 플라즈마 내에 구속된다. 따라서 고에너지 하전 입자는 타겟 공간에 구속되고 주로 비교적 낮은 에너지를 갖는 중성 입자의 확산에 의해 대향 타겟의 측방에 위치하는 기판 상에 증착이 이뤄지므로 고에너지 입자 충돌에 의한 기판의 손상 없이 기판 상에 박막 형성이 이뤄진다. 2 and 3, when a negative voltage is simultaneously applied from the power supply to the opposing sputtering target 6, the opposing targets 6 are caused by a magnetic field generated by the permanent magnet 7 as a magnetic field generating means. Sputtering plasma is confined in the space between. In this case, the plasma is composed of gamma electrons, anions, cations, neutral particles, and the like. At this time, the electrons in the plasma maintain a high density plasma while reciprocating by (-) power applied to a pair of sputtering targets while forming a high density plasma while rotating along a magnetic force line connecting opposite sputtering targets. That is, since all electrons or ions in the plasma reciprocate while rotating along the magnetic force line, charged particles with high energy are accelerated to opposite targets and confined in the plasma formed in the space between the targets. Therefore, the high energy charged particles are confined to the target space and are deposited on the substrate located to the side of the opposing target mainly by diffusion of neutral particles having relatively low energy, thereby avoiding damage to the substrate due to high energy particle collision. Thin film formation takes place.

또한, 상기 종래 기술에 따른 대향 타겟식 스퍼터링 장치에서는 기판 면이 타겟에 대향하지 않고 대향 타겟의 측방에 위치하므로 증착되는 비교적 낮은 에너지를 갖는 스퍼터 원자에 의해 증착이 이뤄지므로 기판 상의 폴리머층 또는 유기층을 손상시키지 않는다는 이점이 있다. In addition, in the conventional target-type sputtering apparatus according to the prior art, since the substrate surface is located on the side of the opposite target instead of facing the target, the deposition is performed by sputter atoms having relatively low energy to be deposited, thereby forming a polymer layer or an organic layer on the substrate. There is an advantage not to damage.

그러나 이와 같은 형태의 종래 기술에 따른 대향 타겟식 스퍼터링 장치의 경우 대향면 이외의 한쪽 면만 코팅에 이용되고 다른 면은 열려있어 스퍼터링된 입자의 손실이 많은 단점이 있다. However, the counter-target sputtering apparatus according to the prior art of this type has a disadvantage in that only one side other than the opposite side is used for coating and the other side is open so that the loss of sputtered particles is large.

또한, 종래 기술에 따른 대향 타겟식 스퍼터링 장치에서는 타겟 전면에 형성되는 자계의 균일성이 높지 못하므로 종래 대향 타겟 측면에 설치된 기판의 증착시 증착균일도가 높지 못하다는 문제점을 가진다. In addition, since the uniformity of the magnetic field formed on the front surface of the target is not high in the opposite target type sputtering apparatus according to the prior art, there is a problem in that the deposition uniformity is not high when the substrate installed on the conventional opposite target side is deposited.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 발명으로서, 대향면 이외의 한쪽 면만 코팅을 위해 열어두고 나머지 면을 스퍼터 코팅을 위해 타겟을 설치함으로서 공동음극 효과를 극대화하고 마그네트론 스퍼터 증착원의 플라즈마 밀도를 극대화함으로서 스퍼터 효율을 높이는 것을 목적으로 한다. The present invention has been made in order to solve the above problems, by maximizing the co-cathode effect by installing a target for sputter coating, leaving only one side other than the opposite side for the coating and plasma of the magnetron sputter deposition source It aims at increasing sputter efficiency by maximizing density.

또한, 본 발명은 플라즈마 상태를 제어하도록 플라즈마에서 생성된 이온 에너지 및 이온 플럭스를 제어함으로써 저온에서 유기발광 소자 및 고분자상에 플라즈마 코팅이 가능하도록 하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to enable the plasma coating on the organic light emitting device and the polymer at a low temperature by controlling the ion energy and ion flux generated in the plasma to control the plasma state.

또한, 본 발명의 목적은 고밀도 플라즈마를 구현하고 타겟 사용 효율을 높이며 기판으로 입사하는 스퍼터 입자의 운동에너지를 제어하여 기판의 열적 손상을 방지하며 고속, 저온 박막 형성이 가능하도록 이루어진 대향식 스퍼터링 장치를 제공하는 것이다.In addition, the object of the present invention is to implement a high-density plasma, to improve the target use efficiency and to control the kinetic energy of the sputter particles incident on the substrate to prevent thermal damage of the substrate and to form a high-speed, low temperature thin film sputtering apparatus To provide.

이러한 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는 대향면 이외의 한쪽 면만 코팅을 위해 열어두고 나머지 면을 스퍼터 코팅을 위해 타겟을 설치함으로서 공동음극 효과를 극대화하고 마그네트론 스퍼터 증착원의 플라즈마 밀도를 극대화함으로서 스퍼터 효율을 높인다. 다시 말해, 대향 타겟의 상부 또는 하부에 추가적으로 2차 타겟(보조 타겟)을 설치함으로써 대향면의 타겟들과 상기 2차 타겟에 의하여 두 대향 타겟 사이의 플라즈마 밀도를 증가시킨다. In order to achieve this problem, the present invention increases the sputter efficiency by maximizing the co-cathodic effect and maximizing the plasma density of the magnetron sputter deposition source by leaving only one side of the surface other than the opposite side for coating and installing a target for sputter coating. . In other words, by providing an additional secondary target (secondary target) above or below the opposing target, the plasma density between the two opposing targets is increased by the targets on the opposing surface and the secondary target.

또한, 본 발명에서 상부 또는 하부에 추가적으로 장착되는 스퍼터 타겟의 경 우 대향 타겟과 45도 내지 90도까지 가변할 수 있도록 하여 대향 타겟사이의 플라즈마 밀도를 제어하여 각종 고분자 소재 및 유기층의 표면처리를 위한 저온공정을 실현하도록 한다.In addition, in the present invention, the sputter target additionally mounted on the upper or lower side may vary from 45 degrees to 90 degrees with the opposing target to control the plasma density between the opposing targets for surface treatment of various polymer materials and organic layers. Low temperature process is realized.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 대향식 스퍼터링 장치를 상세히 설명한다.Hereinafter, an opposing sputtering apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 4는 대향 타겟의 상부에 추가적인 2차 타겟이 설치된 스퍼터링 장치의 개념도를 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 바람직하게 2차 타겟은 두 개의 부분으로 형성된다. 각각의 타겟 후면에는 영구자석이 부착되어 있다. 또한 선택적으로 영구자석 후면에는 자성체가 부착될 수 있다. 선택적으로 상기 2차 타겟은 일체형으로 형성될 수도 있다. 도 4에는 또한 전면 영구자석이 장착된 마그네트론 스퍼터링 증착원의 자기력선 배열 형태가 나타나 있다. 도 4에서 자기력선은 2차 타겟의 양쪽 끝으로 자속밀도가 증가하고 이에 따라 두 대향타겟사이의 자기력선은 자기 거울 형태의 자기력선을 형성함으로서 두 대향타겟 중앙부의 플라즈마 밀도를 증가시킨다.4 shows a conceptual diagram of a sputtering apparatus in which an additional secondary target is installed on top of the opposing target. As shown in FIG. 4, the secondary target is preferably formed of two parts. Permanent magnets are attached to the back of each target. In addition, a magnetic material may be optionally attached to the rear of the permanent magnet. Optionally, the secondary target may be integrally formed. 4 also shows a magnetic field line arrangement of a magnetron sputter deposition source equipped with a front permanent magnet. In FIG. 4, the magnetic force lines increase the magnetic flux density at both ends of the secondary target. Accordingly, the magnetic force lines between the two opposing targets form the magnetic force lines in the form of magnetic mirrors, thereby increasing the plasma density of the two opposing target centers.

도 5 역시 대향 타겟의 상부에 추가적인 2차 타겟이 설치된 스퍼터링 장치의 개념도를 도시한다. 도 5의 실시예는 2차 타겟 후면에 영구자석 대신 자성체만을 둠으로서 2차 타겟 전면에 균일한 자기력선을 형성함으로서 두 대향 타겟 사이에는 closed field를 형성하도록 하여 두 대향타겟 사이의 플라즈마 밀도를 증가시킨다.5 also shows a conceptual diagram of a sputtering apparatus in which an additional secondary target is installed on top of the opposing target. The embodiment of FIG. 5 increases the plasma density between the two opposing targets by forming a closed field between the two opposing targets by forming a uniform magnetic force line on the front of the secondary target by placing a magnetic material instead of a permanent magnet on the back of the secondary target. .

이와 같이, 본 발명에서는 대향 타겟 상부 또는 하부에 2차 타겟을 설치함으로써, 이에 따라 두 대향 타겟 및 2차 타겟의 스퍼터 효율을 증가시키고 시편으로 의 이온 플럭스를 증가시킴으로서 향상된 박막 특성을 얻을 수 있다.As described above, in the present invention, by installing the secondary target above or below the opposite target, the thin film characteristics can be obtained by increasing the sputter efficiency of the two opposite target and the secondary target and increasing the ion flux to the specimen.

도 6은 대향 타겟 상부에 설치되는 2차 타겟의 각도를 제어하는 실시예를 도시한다. 본 실시예에서는 대향 타겟 상부에 설치되는 2차 타겟의 각도를 조절할 수 있다. 이와 같이 2차 타겟의 각도를 조절함으로써 플라즈마 상태를 제어함으로서 플라즈마에서 생성된 이온 에너지 및 이온 플럭스를 제어하여 저온에서 고분자상에 플라즈마 코팅이 가능하다. 상기 2차 타겟은 바람직하게 대략 45도부터 90도까지 조절이 가능하다. 6 illustrates an embodiment of controlling an angle of a secondary target installed on an opposing target. In this embodiment, it is possible to adjust the angle of the secondary target installed on the upper target. By controlling the plasma state by adjusting the angle of the secondary target as described above, plasma coating on the polymer can be performed at low temperature by controlling ion energy and ion flux generated in the plasma. The secondary target is preferably adjustable from approximately 45 degrees to 90 degrees.

도 7은 본 발명의 대향타겟식 마그네트론 스퍼터링 장치의 개략도 및 설치 개략도이다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 챔버내에 두 개의 대향하는 타겟이 배치되고 그 상부에 2차 타겟이 설치되어 있다. 도 7b에는 2차 타겟의 상세도이다. 2차 타겟은 2차 타겟 지지부를 중심으로 각도가 조절될 수 있도록 설치된다.7 is a schematic diagram and installation schematic diagram of an opposing target magnetron sputtering apparatus of the present invention. As shown in FIG. 7A, two opposing targets are arranged in the chamber and a secondary target is installed thereon. 7B is a detail of the secondary target. The secondary target is installed so that the angle can be adjusted around the secondary target support.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 하나의 실시예를 설명한 것이며, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 변경실시 가능한 범위까지 본 발명의 범위에 있다고 할 것이다. What has been described above has described one embodiment according to the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, and as claimed in the following claims, without departing from the gist of the present invention, the field to which the present invention pertains. It will be said that the scope of the present invention to the extent that those skilled in the art can change.

이와 같이 본 발명은 대향면 이외의 한쪽 면만 코팅을 위해 열어두고 나머지 면을 스퍼터 코팅을 위해 타겟을 설치함으로서 공동음극 효과를 극대화하고 마그네트론 스퍼터 증착원의 플라즈마 밀도를 극대화함으로써 스퍼터 효율을 높이는 효과를 가진다. Thus, the present invention has the effect of increasing the sputter efficiency by maximizing the co-cathode effect and maximizing the plasma density of the magnetron sputter deposition source by leaving only one side of the surface other than the opposite side open for coating and installing the target for the sputter coating. .

본 발명의 스퍼터링 장치는 플라즈마 상태를 제어하도록 플라즈마에서 생성된 이온 에너지 및 이온 플럭스를 제어함으로써 저온에서 고분자상에 플라즈마 코팅이 가능하도록 한다.The sputtering apparatus of the present invention enables plasma coating on the polymer at low temperatures by controlling the ion energy and ion flux generated in the plasma to control the plasma state.

본 발명은 고밀도 플라즈마를 구현하고 타겟 사용 효율을 높이며 기판으로 입사하는 스퍼터 입자의 운동에너지를 제어하여 기판의 열적 손상을 방지하며 고속, 저온 박막 형성이 가능하도록 한다.The present invention implements high-density plasma, improves target use efficiency, and controls kinetic energy of sputter particles incident on the substrate to prevent thermal damage of the substrate and to form a high speed and low temperature thin film.

Claims

In the opposite target type sputtering apparatus having two opposite targets in which a magnetic field generating means is disposed,

And further comprising two secondary targets disposed side by side on the side perpendicular to the opposite direction between the two opposing targets,

Magnetic fields generating means having a different polarity from adjacent secondary targets and other opposing targets are disposed on the rear surface of each of the secondary targets to increase magnetic flux density at both ends of the secondary target and increase magnetic flux density between the opposing targets. Sputtering apparatus, characterized in that.

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The sputtering apparatus of claim 1, wherein a permanent magnet is attached to the rear surface of the target.

The sputtering apparatus of claim 4, wherein a magnetic material is attached to the rear surface of the permanent magnet.

A magnetic body is disposed on the rear surface of each of the secondary targets to be charged with different polarities with adjacent secondary targets and other opposing targets to increase magnetic flux density at both ends of the secondary targets and increase magnetic flux density between the opposing targets. A sputtering device characterized by the above-mentioned.

The two secondary targets are installed to adjust the angle,

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