KR101032659B1 - 저반사율 박막의 제조방법과 장치 - Google Patents

저반사율 박막의 제조방법과 장치 Download PDF

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Abstract

낮은 코스트로 생산성은 향상된 저반사율 박막을 제조하기 위한 방법과 장치가 기재의 이동속도에 대하여 캐소우드의 배면측에 배치된 마그네트론 자기회로의 스윙속도를 최적화하여 실현된다. 본 발명에 따른 방법은 캐소우드의 배면측에 배치된 두개의 마그네트론 자기회로에 의하여 동일한 전위를 보이는 캐소우드상에 배치된 타깃의 표면에 폐쇄루프 마그네트론 플라즈마를 발생하는 단계와, 동일한 전위를 보이고 캐소우드의 배면측에 배치된 마그네트론 자기회로를 기재의 이동속도에 대하여 1/50 이하의 속도로 스윙시켜 타깃의 표면을 따라 마그네트론 플라즈마의 발생으로 얻는 플라즈마를 이동시키는 자기회로스윙단계로 구성된다. 본 발명에 따른 장치는 각각 폐쇄루프의 마그네트론 플라즈마를 발생하기 위하여 동일한 전위를 보이는 캐소우드의 배면측에 배치된 두개의 마그네트론 자기회로, 캐소우드의 배면에 대하여 마그네트론 자기회로를 각각 스윙시켜 타깃의 표면을 따라 마그네트론 플라즈마의 발생으로 얻는 플라즈마를 이동시키는 자기회로스윙수단과, 기재의 이동속도에 대하여 마그네트론 자기회로의 스윙속도를 제어하기 위한 제어수단으로 구성된다.
Figure R1020030064302
저반사율 박막, 마그네트론 자기회로, 자기회로 스윙구동유니트.

Description

저반사율 박막의 제조방법과 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING LOW REFLECTIVITY FILM}
도 1은 본 발명에 따른 저반사율 박막을 형성하기 위한 장치의 한 실시형태를 보인 블록도.
도 2a와 도 2b는 도 1의 장치를 이용하여 각 기재상에 형성된 2층형 저반사율박막의 평면도.
도 3은 도 2a에서 보인 기재의 반사특성을 보인 그래프.
도 4는 자기회로의 스윙속도를 변화시켜 얻은 것으로, 기재의 이동방향에 따른 반사율분포를 보인 그래프.
도면의 주요부분에 대한 부호설명
2... 스퍼터링 챔버 11... 캐소우드
12... 타깃물질 13... 마그네트론 자기회로
14... 스윙기구 15... 자기회로 스윙구동유니트
18... 기재홀더 21... 제어회로
본 발명은 플라즈마 디스플레이나 기타 평판넬 디스플레이의 광필터용으로 사용될 수 있는 저반사율 박막을 제조하기 위한 방법과 장치에 관한 것이다.
통상적으로 이러한 형태의 박막은 대개 스퍼터링기술에 의하여 제조되는 바, 그 이유는 이러한 기술이 특히 대면적의 기재를 이용하는 경향이 현저한 평판넬 디스플레이의 관점에서 보았을 때 대면적의 기재상에 박막을 균일하게 형성할 수 있는 탁월한 제어가능성을 잇점을 제공하기 때문이다(아래의 특허문헌 1 및 2 참조).
통상적으로 저반사율 박막은 산소, 질소 및/또는 탄소를 이용하는 반응스퍼터링에 의하여 제공되는 둘 또는 둘 이상의 층과 반사층을 조합하여 형성된다.
일반적으로, 타깃에 형성되는 루프형 자계에 의하여 부분적으로 고밀도 플라즈마 트랩핑 전자를 발생하는 기술(예를 들어 마그네트론 스퍼터링방법)은 증착율을 개선한다는 관점에서 박막형성방법에 이용되고 있다(아래의 특허문헌 1 및 2 참조). 그러나, 고밀도 플라즈마는 마그네트론 스퍼터링에 의하여 부분적으로 발생되므로 스퍼터발생영역(침식영역)이 역시 타깃상에 부분적으로 발생되어 타깃의 이용율을 떨어뜨리고 운전비용을 상승시키는 결과를 가져온다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 캐소우드의 배면측에 배치되고 타깃상의 침식영역을 이동시킬 수 있는 마그네트론 자기회로의 스윙기술이 제안되었다. 그러나, 이러한 기술은 폭이 넓은 타깃이 사용되는 것을 요구한다. 그리고, 특히 타깃물질 및 스퍼터링 시스템의 면에서 코스트가 증가하는 문제점이 있다.
만약 마그네트론 자기회로가 스윙된다면, 스퍼터링 범위는 회로가 지나는 침식스트립의 수의 차이에 의하여 타깃의 변부와 중앙부분 사이에 차이가 난다. 그리고 타깃은 단계적으로 침식되어 타깃의 이용효율이 낮아질 것이다.
상기 언급된 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명자들은 본 발명자들의 일본특허출원 제2002-37825호에서 캐소우드의 배면측에 배치되는 마그네트론 자기회로의 수를 증가시켜 생산성은 높이면서 코스트는 낮은 박막형성방법과 장치를 제안한 바 있다. 특히, 상기 언급된 장치에서는 두개의 플라즈마 폐쇄루프를 발생하기 위하여 두개의 마그네트론 자기회로가 동일한 전위를 보이는 캐소우드의 배면측에 배치된다. 그리고 캐소우드의 배면측에 배치된 마그네트론 자기회로는 캐소우드의 배면에 대하여 스윙됨으로서 마그네트론 플라스마를 발생시켜 얻는 플라즈마가 타깃의 표면에서 이동한다.
[특허문헌 1]
일본특허출원 공개공보 제10-140345호
[특허문헌 2]
일본특허출원 공개공보 제07-310181호
스퍼터링으로 박막을 형성할 때, 층이 반응스퍼터링에 의하여 형성되는 속도와 층의 광학적인 상수는 산소, 질소 및 이산화탄소의 유량에 따라 크게 달라진다. 상기 본 발명자에 의하여 제안된 방법은 마그네트론 자기회로의 스윙방향과 기재의 이송방향이 서로 반대이므로 상기 속도와 광학적인 상수가 반응스퍼터링에 의하여 신속히 변화할 때 마그네트론 자기회로의 스윙속도가 엄격히 한정되어야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 언급된 문제점을 극복할 수 있는 저반사율 박막의 제조방법과 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 제1관점에 따라서, 기재상에 저반사율의 박막을 형성하기 위하여 타깃물질을 스퍼터링하여 스퍼터링 챔버내에 배치된 캐소우드에 대향되게 배치되고 이에 대하여 이동하는 기재상에 연속적으로 저반사율의 박막을 형성하는 방법을 제공하는 바, 이 방법이 캐소우드의 배면측에 배치된 두개의 마그네트론 자기회로에 의하여 동일한 전위를 보이는 캐소우드상에 배치된 타깃의 표면에 폐쇄루프 마그네트론 플라즈마를 발생하는 단계와, 동일한 전위를 보이고 캐소우드의 배면측에 배치된 마그네트론 자기회로를 기재의 이동속도에 대하여 1/50 이하의 속도로 스윙시켜 타깃의 표면을 따라 마그네트론 플라즈마의 발생으로 얻는 플라즈마를 이동시키는 자기회로스윙단계로 구성됨을 특징으로 한다.
캐소우드의 표면에 배치되는 타깃의 물질은 Cr, Mo, Fe 또는 Ni 또는 이들 원소중 한가지 이상을 함유하는 합금으로 구성될 수 있다.
산소, 질소 및 탄소 중 하나 이상을 함유하는 가스가 본 발명에 따른 방법에서 반응가스로서 사용될 수 있다.
본 발명의 제2관점에 따라서, 기재상에 저반사율의 박막을 형성하기 위하여 타깃물질을 스퍼터링하여 스퍼터링 챔버내에 배치된 캐소우드에 대향되게 배치되고 이에 대하여 이동하는 기재상에 연속적으로 저반사율의 박막을 형성하는 장치를 제공하는 바, 이 장치가 각각 폐쇄루프의 마그네트론 플라즈마를 발생하기 위하여 동일한 전위를 보이는 캐소우드의 배면측에 배치된 두개의 마그네트론 자기회로, 캐소우드의 배면에 대하여 마그네트론 자기회로를 각각 스윙시켜 타깃의 표면을 따라 마그네트론 플라즈마의 발생으로 얻는 플라즈마를 이동시키는 자기회로스윙수단과, 기재의 이동속도에 대하여 마그네트론 자기회로의 스윙속도를 제어하기 위한 제어수단으로 구성됨을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 두개의 폐쇄루프 마그네트론 플라즈마가 캐소우드의 배면측에 배치된 두개의 마그네트론 자기회로에 의하여 동일한 전위를 보이는 캐소우드의 표면에 배치된 타깃의 표면에서 발생되고 발생된 마그네트론 플라즈마가 기재의 이동속도에 대하여 1/50 이하의 속도로 캐소우드의 배면측에 배치된 마그네트론 자기회로를 스윙시킴으로서 타깃의 표면을 따라 이동된다. 따라서, 타깃의 이용효율은 크게 개선되어 박막형성코스트를 줄일 수 있다. 아울러, 기재상에 저반사율 박막이 균일하게 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 각각 폐쇄루프의 마그네트론 플라즈마를 발생하기 위하여 동일한 전위를 보이는 캐소우드의 배면측에 배치된 두개의 마그내트론 자기회로, 캐소우드의 배면에 대하여 마그네트론 자기회로를 각각 스윙시켜 타깃의 표면을 따라 발생된 플라즈마를 이동시키는 자기회로스윙수단과, 기재의 이동속도에 대하여 마그네트론 자기회로의 스윙속도를 제어하기 위한 제어수단으로 구성된다. 이와 같이, 본 발명 장치의 박막형성속도는 단일 자기회로를 갖는 통상적인 장치에 비하여 두배가 되어 타깃의 이용효율을 크게 개선할 수 있다. 따라서, 캐소우드, 전원 및 펌프의 수를 크게 줄여 장치의 전체 길이를 줄일 수 있고 장치의 제작코스트를 줄일 수 있다.
본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 저반사율 박막을 형성하기 위한 장치의 한 실시형태의 전체를 보인 블록도이다. 도시된 장치는 피드인/피드아웃 챔버(1)와 스퍼터링 챔버(2)로 구성되며, 이들은 분배밸브(3)에 의하여 분리되어 있다. 피드인/피드아웃 챔버(1)는 밸브(4)를 통한 진공/배기펌프(5)에 의하여 요구된 진공레벨까지 배기될 수 있다. 마찬가지로 스퍼터링 챔버(2)도 밸브(6)를 통한 진공/배기펌프(7)에 의하여 요구된 진공레벨까지 배기될 수 있다. 혼합가스가 각각 질량유량제어기를 갖는 Ar가스도입시스템(8)과 반응가스도입시스템(9)에 의하여 요구된 비율로 스퍼터링 챔버(2)에 도입될 수 있다.
캐소우드(11)는 스퍼터링 챔버(2)내에서 전기적인 절연판(10)상에 배치된다. 타깃물질(12)이 캐소우드(11)의 표면상에 착설된다. 타깃물질(12)상에 두개의 루프형 자계를 형성하기 위하여 두개의 마그네트론 자기회로(13)가 캐소우드의 하측에 배치된다. 두개의 마그네트론 자기회로(13)는 이들이 자기회로 스윙구동유니트(15)에 의하여 동시에 스윙될 수 있도록 각 스윙기구(14)상에 착설된다.
캐소우드(11)는 DC전원(16)에 연결되어 이러한 DC전원(16)과 RF전원(도시하지 않았음)으로부터의 전력공급에 의하여 고밀도의 플라즈마(17)가 타깃물질(12)상에 형성된 루프형 자계를 따라서 발생되며 타깃물질(12)이 플라즈마가 발생되는 영역인 스퍼터링중심과 그 둘레에서 스퍼터링된다.
또한 기재홀더(18)가 스퍼터링 챔버(2)에 배치되고 기재(19)가 기재홀더(18)상에 착설된다. 기재홀더(18)는 피드인/피드아웃 챔버(1)와 스퍼터링 챔버(2)사이 를 이동토록 이송기구(도시하지 않았음)에 의하여 지지되어 있다. 기재홀더(18)는 스퍼터링 챔버(2)의 우측단에 배치된 시이스 히터(20)에 의하여 가열될 수 있다.
마그네트론 자기회로(13)의 스윙속도를 한정하기 위하여 사용될 제어유니트(21)가 마그네트론 자기회로(13)의 스윙기구(14)를 구동시키기 위하여 자기회로 스윙구동유니트(15)에 연결된다. 이 제어유니트(21)는 캐소우드의 배면측에 배치된 마그네트론 자기회로(13)의 스윙속도 M을 기재(19)의 이동속도 S에 대하여 1/50 이하의 속도로 제한하도록 작동한다. 스윙기구(14)는 기재홀더(18)가 통과하는 방향에 대하여 자기회로가 정방형과 역방향으로 스윙될 수 있도록 한다.
도시된 장치는 다음과 같이 작동한다. 밸브(4)를 통한 진공/배기펌프(5)에 의하여 요구된 진공레벨까지 피드인/피드아웃 챔버(1)를 배기한 후, 기재(19)가 착설된 기재홀더(18)를 분배밸브(3)를 통하여 스퍼터링 챔버(2)측으로 이동시킨다. 스퍼터링 챔버(2)는 먼저 밸브(6)를 통한 진공/배기펌프(7)에 의하여 고도의 진공으로 배기되고 이어서 이에 혼합가스가 각각 질량유량제어기를 갖는 Ar가스도입시스템(8)과 반응가스도입시스템(9)에 의하여 요구된 비율로 도입된다. 다른 한편으로, DC전원(16)과 RF전원으로부터 캐소우드에 전력이 공급될 때, 고밀도의 플라즈마(17)가 타깃물질(12)상에 형성된 루프형 자계를 따라서 발생되며 타깃물질(12)이 플라즈마가 발생되는 영역인 스퍼터링중심과 그 둘레에서 스퍼터링된다. 이와 같이 함으로서, 시이스 히터(20)에 의하여 가열되는 기재홀더(18)상에 착설된 기재(19)가 타깃물질(12)이 스퍼터링되는 영역으로 이송된다. 따라서, 스퍼터링되는 타깃물질에 의하여 기재홀더(18)상에 착설된 기재(19)상에 산화물 박막, 질화물 박막 및 탄화물 박막이 형성된다. 작동중에 기재(19)의 온도는 시이스 히터(20)에 의하여 제어된다.
[실시예]
본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명된다. 예시된 실시형태에서, Cr 타깃이 도 1에서 보인 장치의 타깃물질(12)로서 사용되었으며, 산소, 이산화탄소 및 질소가스가 반응가스도입시스템(9)에 사용되었다. 동시에, 0.7Pa의 스퍼터링 압력과 15Kw의 전력이 사용되었다. 자기회로 스윙구동유니트(15)가 제어유니트(21)에 의하여 제어되어 마그네트론 자기회로(13)의 스윙속도 M이 기재홀더(18)가 Cr 타깃물질(12)의 표면 위를 지날 때 각 기재홀더(18)에 착설된 기재(19)의 이동속도에 대하여 1/50과 1/7이 되게 하였다. 따라서, 각 기재에는 45nm의 반응스퍼터링층과 130nm의 반사층이 형성되었다. 도 2a와 도 2b는 이 실시예에서 관측된 기재(19)를 보이고 있다.
도 2a는 속도비(기재 19의 이동속도 S : 마그네트론 자기회로 13의 스윙속도 M)가 1 : 50 인 기재(19)를 보이고 있으며, 도 2b는 속도비가 1 : 7 인 기재(19)를 보인 것이다. 저반사율 박막이 부호 a로 보인 바와 같이 도 2a의 기재(19)에 균일하게 형성된 반면에, 도 2b의 기재(19)에는 부호 b 및 c로 보인 바와 같은 스트립이 형성되었다. 박막은 기재의 속도에 대하여 자기회로의 +M 및 -M의 스윙속도 조건하에서 기재에 형성되므로, 플라즈마를 기준으로 하였을 때 기재의 상대속도는 S+M과 S-M이다. 환언컨데, 스트립은 M이 충분히 크거나 작지 않는 한 발생된다. 이 들 스트립은 M이 하드웨어에 관련한 이유 때문에 상한값을 가지므로 M에 대하여 충분히 작은 값은 선택함으로서 용이하게 제거할 수 있다.
도 3은 도 2a에서 보인 기재의 반사특성을 보인 그래프이다. 도 3에서, 최저반사율값 B에 대한 파장은 λB 로 표시하였다. 본 발명의 목적을 위하여, 이 파장은 전범위의 가시광선을 포함할 수 있도록 가시광선의 파장범위의 중심 부근인 550nm~600nm 사이인 것으로 확인되었다.
도 4는 자기회로의 스윙속도 M을 변화시켜 얻은 기재의 이동방향에 따른 반사율의 분포를 보인 그래프이다. 도 4에서 보인 바와 같이, 속도비(자기회로의 스윙속도 M의 역수와 같음)는 50 이상이고, 파장 λB 의 폭 ΔλB 는 안정되어 균일한 반사율의 분포를 보이고 있다.
이와 같이, 본 발명은 플라즈마 디스플레이나 기타 평판넬 디스플레이의 광필터용으로 사용될 수 있는 저반사율 박막을 제조하기 위한 방법과 장치를 제공한다.

Claims (4)

  1. 기재상에 저반사율의 박막을 형성하기 위하여 Cr, Mo, Fe 또는 Ni 또는 이들 원소중 한가지 이상을 함유하는 합금으로 구성된 타깃물질을 스퍼터링하여 스퍼터링 챔버내에 배치된 캐소우드에 대향되게 배치되고 이에 대하여 이동하는 기재상에 연속적으로 저반사율의 박막을 형성하는 저반사율 박막의 제조방법에 있어서, 캐소우드의 배면측에 배치되고 각 스윙기구상에 착설되어 자기회로 스윙구동유니트에 의하여 동시에 스윙되는 두개의 마그네트론 자기회로를 이용하고 캐소우드에 DC 전력 및 RF 전력을 공급하여 폐쇄루프 마그네트론 플라즈마가 동일한 전위를 보이는 캐소우드상에 배치된 타깃의 표면에서 발생되며, 발생된 플라즈마를 타깃의 표면을 따라 이동시킬 수 있도록 두개의 마그네트론 자기회로가 기재의 이동속도에 대하여 1/50 이하의 속도로 스윙됨을 특징으로 하는 저반사율 박막의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 산소, 질소 및 탄소 중 하나 이상을 함유하는 가스가 반응가스로 사용됨을 특징으로 하는 저반사율 박막의 제조방법.
  4. 기재상에 저반사율의 박막을 형성하기 위하여 Cr, Mo, Fe 또는 Ni 또는 이들 원소중 한가지 이상을 함유하는 합금으로 구성된 타깃물질을 스퍼터링하여 스퍼터링 챔버내에 배치된 캐소우드에 대향되게 배치되고 이에 대하여 이동하는 기재상에 연속적으로 저반사율의 박막을 형성하는 저반사율 박막의 제조장치에 있어서, 두개의 마그네트론 자기회로가 타깃물질에 두개의 루프형 자계를 형성하기 위하여 동일한 전위를 보이는 캐소우드의 배면측에 배치되고, 각 마그네트론 자기회로를 착설하고 캐소우드의 배면에 대하여 각 마그네트론 자기회로를 동시에 스윙시키기 위하여 두개의 스윙기구가 제공되며, 자기회로 스윙구동유니트가 두개의 스윙기구를 구동시키기 위하여 각 스윙기구에 기계적으로 연결되고, 두개의 마그네트론 자기회로의 스윙속도를 기재의 이동속도에 대하여 1/50 이하의 속도로 제어하기 위하여 제어유니트가 자기회로 스윙구동유니트에 연결되며, 타깃물질상에서 루프형 자계를 따라 고밀도의 마그네트론 플라즈마가 발생될 수 있도록 캐소우드에 각각 DC 전력과 RF 전력을 공급하기 위하여 DC 전원과 RF 전원이 제공됨을 특징으로 하는 저반사율 박막의 제조장치.
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