KR102213033B1 - Ion Beam Sputtering Apparatus - Google Patents

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KR102213033B1
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Abstract

이온빔 스퍼터링 장치는 이온을 생성하는 이온 생성부; 이온의 충돌에 의해 시료로부터 방출되는 시료 방출물이 증착되고 절연체로 구성되는 절연체 센서, 절연체 센서에 구동 전압을 인가하는 구동 전원부, 및 절연체 센서에 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정부를 구비하는 시료 방출물 센싱부; 그리고 시료 방출물 센싱부로부터 수신하는 측정 전류를 기초로 시료 방출물의 종류를 판정하는 메인 제어부를 구비한다.The ion beam sputtering apparatus includes an ion generating unit generating ions; Sample emission including an insulator sensor composed of an insulator, a driving power supply for applying a driving voltage to the insulator sensor, and a current measuring unit for measuring the current flowing through the insulator sensor in which the sample emission discharged from the sample is deposited by collision of ions Sensing unit; Further, a main control unit for determining the type of the sample emission is provided based on the measured current received from the sample emission sensing unit.

Description

이온빔 스퍼터링 장치{Ion Beam Sputtering Apparatus}Ion Beam Sputtering Apparatus}

본 발명은 이온빔 스퍼터링 장치에 관한 것으로, 상세하게는 가속하는 이온빔을 이용하여 시료의 표면에 형성된 절연성 산화막을 제거하고 산화막 하단에 위치한 도전성 시료 물질을 방출하는 이온빔 스퍼터링 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an ion beam sputtering device, and more particularly, to an ion beam sputtering device that removes an insulating oxide film formed on the surface of a sample by using an accelerating ion beam and releases a conductive sample material located under the oxide film.

이온빔 스퍼터링 장치는 스퍼터링 현상을 이용하여 시료 표면을 물리적인 방식으로 식각하거나, 이 과정에서 생성되는 식각 방출물(시료 원자)을 기판에 증착할 수 있다.The ion beam sputtering apparatus may physically etch the surface of a sample using a sputtering phenomenon, or may deposit an etch emission (sample atom) generated during this process on a substrate.

한국특허공개 제2012-0046208호(이온 밀링 장치)는 이온과 시료 사이에서 시료에 접촉하는 위치에 차폐판을 배치하고 있다. 차폐판은 중심에 개구를 갖는 원형으로 구성하고, 개구를 통과하는 축에 대해 회전할 수 있게 구성하고 있다. 차폐판은 홈, 경사면을 형성하여, 가공 가능 횟수를 늘리고, 차폐판 위치를 정밀하게 조정할 수 있다.Korean Patent Publication No. 2012-0046208 (Ion Milling Device) has a shielding plate disposed between an ion and a sample in contact with the sample. The shielding plate is formed in a circular shape with an opening in the center, and is configured to be rotatable about an axis passing through the opening. The shielding plate has a groove and an inclined surface, so that the number of possible processing can be increased, and the position of the shielding plate can be precisely adjusted.

한국특허공개 제10-2019-0035587호(깊이 제어가 가능한 이온 밀링)는 이온 밀링 방법으로서 보정된 영역 및 목표 영역을 이온 밀링할 때 보정된 영역의 내부를 노출하는 단계를 포함하고 있다. 목표 영역은 특정한 깊이에 위치한 매립된 관심 영역을 포함하고, 보정된 영역은 특정한 깊이에 위치한 특정 레이어를 포함한다. 특정 레이어는 선행하는 보정된 영역의 다른 레이어와 시각적으로 구분할 수 있고, 보정된 영역의 노출된 내부를 관찰할 수 있다.Korean Patent Laid-Open No. 10-2019-0035587 (Ion Milling with Depth Control) is an ion milling method that includes exposing the inside of the corrected region when ion milling the corrected region and the target region. The target area includes a buried ROI located at a specific depth, and the corrected area includes a specific layer located at a specific depth. A specific layer can be visually distinguished from other layers in the preceding corrected area, and the exposed interior of the corrected area can be observed.

종래기술은, 위에서 보는 바와 같이, 시료의 특정 영역을 정확하게 절삭, 즉 깎아 제거하는 데 초점을 맞추고 있다. 그러나, 이온빔 스퍼터링 장치는 시료를 깎아내는데 그치지 않고 깎아낸 시료 방출물을 기판에 증착하기도 하는데, 이 경우 시료 방출물의 전기적 특성(도전성, 절연성)을 비롯하여 광학적 특성, 구조 역학적 특성 등이 절연성 산화물과 도전 금속 물체 사이에 커다란 특성 차이를 가지게 된다.The prior art, as seen above, focuses on accurately cutting, i.e., cutting and removing a specific area of a sample. However, the ion beam sputtering device does not stop at cutting the sample, but also deposits the cut off sample emission on the substrate. There is a large difference in properties between metal objects.

예를들어, 이온빔 스퍼터링 장치를 이용하여 기판에 알루미늄 도전막을 형성하는 경우를 보면, 알루미늄 시료에 이온을 충돌시켜 생성되는 알루미늄 방출물을 기판으로 이동시켜 증착하는데, 이때 알루미늄 표면에 형성된 절연성 산화알루미늄(Al2O3)이 문제가 될 수 있다. 즉, 알루미늄 시료에서 생성되는 시료 방출물을 기판에 바로 증착하면, 기판에는 절연체인 산화알루미늄(Al2O3)이 초기 박막층을 형성하게 되고, 그 결과 기판은 도전막이 아닌 원하지 않는 절연막이 코팅되는 결과를 초래할 수 있다.For example, in the case of forming an aluminum conductive film on a substrate using an ion beam sputtering device, an aluminum emission generated by ions colliding with an aluminum sample is transferred to the substrate and deposited. At this time, insulating aluminum oxide formed on the aluminum surface ( Al 2 O 3 ) can be a problem. That is, if the sample emission generated from the aluminum sample is directly deposited on the substrate, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), which is an insulator, forms an initial thin film on the substrate, and as a result, the substrate is coated with an unwanted insulating film rather than a conductive film. It can have consequences.

이와 같이, 이온빔 스퍼터링 장치에서는 시료 방출물의 전기적 특성을 확인하고 증착 공정을 진행할 필요가 있는데, 종래기술에서는 시료 방출물의 전기적 특성을 확인하는 방법을 제시하고 있지 않다.As described above, in the ion beam sputtering apparatus, it is necessary to check the electrical characteristics of the sample emission and proceed with the deposition process, but the prior art does not suggest a method of checking the electrical characteristics of the sample emission.

[선행특허][Prior patent]

한국특허공개 제10-2013-0077884호(이온 밀링 장치)Korean Patent Publication No. 10-2013-0077884 (ion milling device)

한국특허공개 제10-2019-0035587호(깊이 제어가 가능한 이온 밀링)Korean Patent Publication No. 10-2019-0035587 (Ion milling with depth control)

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로,The present invention is to solve the problems of the prior art,

첫째, 표면에 절연성 산화막이 형성된 도전 금속 등을 시료로 사용할 때, 시료에서 방출되는 시료 방출물의 전기적 특성을 확인할 수 있고,First, when a conductive metal with an insulating oxide film formed on the surface is used as a sample, the electrical characteristics of the sample emission emitted from the sample can be checked,

둘째, 기판에 도전막을 형성하고자 할 때, 도전성 시료 방출물만을 선택적으로 기판에 증착할 수 있으며,Second, when forming a conductive film on the substrate, only the conductive sample emission can be selectively deposited on the substrate,

셋째, 시료 방출물의 전기적 특성을 확인하는 과정에서 도전 금속이 방출되고 있음에도 절연성 산화물이 방출되는 것으로 오인하는 것을 방지 내지 최소화할 수 있는, 이온빔 스퍼터링 장치를 제공하고자 한다.Third, it is intended to provide an ion beam sputtering apparatus capable of preventing or minimizing misunderstanding that an insulating oxide is emitted even though a conductive metal is being emitted in the process of checking the electrical properties of a sample emission product.

이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 이온빔 스퍼터링 장치는 이온 생성부, 시료 방출물 센싱부, 메인 제어부 등을 포함하여 구성할 수 있다.The ion beam sputtering apparatus according to the present invention having such a configuration may include an ion generating unit, a sample emission sensing unit, and a main control unit.

이온 생성부는 이온을 생성할 수 있다. 이온 생성부는 플라즈마 발생용 전극, 이온 소스 등일 수 있다.The ion generating unit may generate ions. The ion generating unit may be an electrode for generating plasma or an ion source.

시료 방출물 센싱부는 절연체 센서, 구동 전원부, 전류 측정부 등으로 구성할 수 있다. 절연체 센서는 시료로부터 이온 충돌로 방출되는 시료 방출물이 증착되고 절연체로 구성할 수 있다. 구동 전원부는 절연체 센서에 구동 전압을 인가할 수 있다. 전류 측정부는 절연체 센서에 흐르는 전류를 측정할 수 있다.The sample emission sensing unit may include an insulator sensor, a driving power supply unit, and a current measurement unit. The insulator sensor may be composed of an insulator after the sample emission emitted from the sample is deposited by ion bombardment. The driving power unit may apply a driving voltage to the insulator sensor. The current measuring unit can measure the current flowing through the insulator sensor.

메인 제어부는 시료 방출물 센싱부에서 수신하는 측정 전류로부터 시료 방출물의 특성(종류)을 판정할 수 있다.The main control unit may determine the characteristic (type) of the sample emission from the measured current received by the sample emission sensing unit.

본 발명에 따른 이온빔 스퍼터링 장치에서, 절연체 센서는 절연체, 접속 단자 등으로 구성할 수 있다.In the ion beam sputtering apparatus according to the present invention, the insulator sensor may be composed of an insulator, a connection terminal, or the like.

절연체는 비도전성 물질, 예를들어 유리, PC, PI, PET 등으로 구성할 수 있다.The insulator may be made of a non-conductive material such as glass, PC, PI, PET, or the like.

접속 단자는 시료 방출물이 증착되는 절연체의 일측면에 이격되어 결합할 수 있다.The connection terminal may be spaced apart and coupled to one side of the insulator on which the sample emission is deposited.

본 발명에 따른 이온빔 스퍼터링 장치에서, 절연체 센서는 도전막을 더 포함할 수 있다. 도전막은 절연체의 일측면에 이격되어 절연체의 일측면과 접속 단자 사이에 구비할 수 있다. 도전막은 접속 단자가 절연체의 일측면에 결합하는 영역보다 중앙 방향으로 돌출되게 형성할 수 있다.In the ion beam sputtering apparatus according to the present invention, the insulator sensor may further include a conductive film. The conductive film may be spaced apart from one side of the insulator and provided between one side of the insulator and the connection terminal. The conductive film may be formed to protrude toward the center of the area where the connection terminal is coupled to one side of the insulator.

본 발명에 따른 이온빔 스퍼터링 장치에서, 시료는 표면에 절연성 산화막이 형성되는 도전 금속일 수 있다.In the ion beam sputtering apparatus according to the present invention, the sample may be a conductive metal on which an insulating oxide film is formed on the surface.

본 발명에 따른 이온빔 스퍼터링 장치에서, 메인 제어부는 시료 방출물 센싱부에서 수신하는 측정 전류가 0 또는 최저점에 머무르는 제1 구간, 최저점에서 최고점으로 증가하는 제2 구간, 최고점으로 유지되는 제3 구간으로 구분하고, 시료 방출물을 제1 구간에서는 절연성 금속산화물로, 제2 구간에서는 절연성 금속산화물과 도전 금속의 혼합물로, 제3 구간에서는 도전 금속으로 판정할 수 있다.In the ion beam sputtering apparatus according to the present invention, the main controller includes a first section in which the measured current received from the sample emission sensing unit stays at 0 or the lowest point, a second section that increases from the lowest point to the highest point, and a third section that is maintained at the highest point. The sample emission may be determined as an insulating metal oxide in a first section, a mixture of an insulating metal oxide and a conductive metal in a second section, and a conductive metal in a third section.

본 발명에 따른 이온빔 스퍼터링 장치는 셔터, 셔터 제어부 등을 포함할 수 있다.The ion beam sputtering apparatus according to the present invention may include a shutter, a shutter control unit, and the like.

셔터는 절연체 센서와 기판 사이에 배치되어 기판 표면으로 입사하는 시료 방출물을 차단할 수 있다.The shutter may be disposed between the insulator sensor and the substrate to block the sample emission incident on the substrate surface.

셔터 제어부는 절연체 센서와 기판 사이에 셔터를 삽입하거나 이탈시킬 수 있다.The shutter control unit may insert or remove the shutter between the insulator sensor and the substrate.

메인 제어부는 시료 방출물의 종류에 따라 셔터 제어부로 셔터 삽입 신호 또는 셔터 이탈 신호를 전송할 수 있다.The main control unit may transmit a shutter insertion signal or a shutter release signal to the shutter control unit according to the type of the sample emission.

본 발명에 따른 이온빔 스퍼터링 장치에서, 시료는 표면에 산화알루미늄(Al2O3)이 형성된 알루미늄(Al)일 수 있다. 이 경우, 메인 제어부는 시료 방출물 센싱부로부터 수신하는 측정 전류가 최고점에 도달하거나 최고점에서 일정시간 경과하면 시료 방출물을 알루미늄(Al)으로 판정하고, 셔터 제어부로 셔터 이탈 신호를 전송할 수 있다.In the ion beam sputtering apparatus according to the present invention, the sample may be aluminum (Al) in which aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is formed on the surface. In this case, the main controller may determine the sample emission as aluminum (Al) when the measured current received from the sample emission sensing unit reaches a peak point or a certain time elapses from the peak point, and transmits a shutter release signal to the shutter controller.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 이온빔 스퍼터링 장치에 의하면, 시료 방출물 센싱부에서 절연체 센서를 통해 흐르는 전류의 크기를 기초로 시료 방출물의 전기적 특성(도전성, 절연성)을 정확하게 판정할 수 있다.According to the ion beam sputtering apparatus of the present invention having such a configuration, it is possible to accurately determine the electrical properties (conductivity, insulation) of the sample emission based on the magnitude of the current flowing through the insulator sensor in the sample emission sensing unit.

본 발명의 이온빔 스퍼터링 장치에 의하면, 시료 방출물의 전기적 특성에 따라 시료 방출물의 기판 증착 물질을 셔터를 통해 제어함으로써, 도전성 시료 방출물만을 기판에 증착할 수 있다.According to the ion beam sputtering apparatus of the present invention, only the conductive sample emission can be deposited on the substrate by controlling the substrate deposition material of the sample emission through a shutter according to the electrical characteristics of the sample emission.

또한, 본 발명의 이온빔 스퍼터링 장치에 의하면, 시료 방출물 센싱부의 절연체 센서에서 절연체와 접속 단자 사이에 접속 단자보다 넓은 도전막을 형성하고 있는데, 이를 통해 시료 방출물이 절연체 센서에 경사지게 입사할 때 발생할 수 있는 절연체 센서의 도전성 시료 방출물 코팅막과 접속 단자 사이의 접속 불량을 방지 내지 최소화할 수 있다.In addition, according to the ion beam sputtering device of the present invention, a conductive film that is wider than the connection terminal is formed between the insulator and the connection terminal in the insulator sensor of the sample emission sensing unit. It is possible to prevent or minimize a connection failure between the conductive sample emission coating film of the insulator sensor and the connection terminal.

도 1은 본 발명에 따른 이온빔 스퍼터링 장치의 제1 실시예를 도시하고 있다.
도 2a,2b는 본 발명에 따른 이온빔 스퍼터링 장치의 제1 실시예에서 시료 방출물 센싱부의 절연체 센서를 도시하는 단면도, 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 이온빔 스퍼터링 장치의 제1 실시예에서 시료 방출물에 의한 절연체 센서의 전기적 특성을 도시하고 있다.
도 4는 본 발명에 따른 이온빔 스퍼터링 장치의 제2 실시예를 도시하고 있다.1 shows a first embodiment of an ion beam sputtering apparatus according to the present invention.
2A and 2B are cross-sectional views and plan views illustrating an insulator sensor of a sample emission sensing unit in a first embodiment of the ion beam sputtering apparatus according to the present invention.
3 shows electrical characteristics of an insulator sensor based on a sample emission in the first embodiment of the ion beam sputtering apparatus according to the present invention.
4 shows a second embodiment of an ion beam sputtering apparatus according to the present invention.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 이온빔 스퍼터링 장치의 제1 실시예를 도시하고 있다.1 shows a first embodiment of an ion beam sputtering apparatus according to the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이, 이온빔 스퍼터링 장치는 진공 챔버(100), 이온 소스(200), 시료 지지대(320), 시료 방출물 센싱부(400), 메인 제어부(500) 등을 포함하여 구성할 수 있다.As shown in FIG. 1, the ion beam sputtering apparatus may include a vacuum chamber 100, an ion source 200, a sample support 320, a sample emission sensing unit 400, a main control unit 500, and the like. I can.

진공 챔버(100)는 내부에 밀폐 공간을 형성할 수 있다. 진공 챔버(100)의 일측에는 내부 공간의 진공도를 조절하는 진공 펌프가 결합될 수 있다. 진공 챔버(100)는 진공도를 높여 산소 함유량을 최소로 하는 것이 바람직할 수 있다. 진공 챔버(100)에는 아르곤(Ar), 네온(Ne), 헬륨(He), 크세논(Xe) 등의 중성 가스를 주입할 수 있다. The vacuum chamber 100 may form a closed space therein. One side of the vacuum chamber 100 may be coupled to a vacuum pump that adjusts the degree of vacuum in the internal space. It may be desirable for the vacuum chamber 100 to increase the degree of vacuum to minimize the oxygen content. A neutral gas such as argon (Ar), neon (Ne), helium (He), and xenon (Xe) may be injected into the vacuum chamber 100.

이온 소스(200)는, 이온 생성부의 예시로서, 진공 챔버(100) 내의 중성 가스로부터 이온(플라즈마 이온)을 생성하여 시료(310)로 방출할 수 있다.As an example of the ion generating unit, the ion source 200 may generate ions (plasma ions) from the neutral gas in the vacuum chamber 100 and discharge them to the sample 310.

이온 소스(200)는 예를들어 엔드홀 이온소스를 이용할 수 있다. 엔드홀 이온소스는 자극, 전극 등을 포함하여 내부에 가속 루프를 형성할 수 있다. 전극에 플러스 고전압을 인가하면, 진공 챔버(100) 내부의 내부 전자 또는 플라즈마 전자가 엔드홀 이온소스의 가속 루프 공간의 상대 전극 쪽으로 이동한다. 이때, 전극 사이에 발생하는 자기장에 의해 내부 전자 또는 플라즈마 전자가 힘을 받아 폐 루프를 따라 고속 이동한다. 폐 루프 내의 전자는 루프 내의 중성 가스를 이온화하고, 이온화된 플라즈마 이온 중에서 양이온은 전극과 시료(310) 사이의 전위차에 의해 시료(310)가 위치해 있는 음극 쪽으로 이동하여 시료(310)에 고속으로 충돌하고, 그 결과 시료 표면 원자들이 깎여질 수 있다. 예를들어, 시료(310)로 알루미늄(Al)을 사용하고 중성 가스로 아르곤(Ar)을 사용하면, 이온 소스(200)는 아르곤 이온(Ar+)을 생성하여 시료(310)에 충돌시킬 수 있다.The ion source 200 may use an endhole ion source, for example. The endhole ion source may include a magnetic pole, an electrode, and the like to form an acceleration loop therein. When a positive high voltage is applied to the electrode, internal electrons or plasma electrons in the vacuum chamber 100 move toward the counter electrode in the acceleration loop space of the endhole ion source. At this time, internal electrons or plasma electrons are forced by the magnetic field generated between the electrodes and move at high speed along the closed loop. Electrons in the closed loop ionize the neutral gas in the loop, and among the ionized plasma ions, positive ions move toward the cathode where the sample 310 is located due to the potential difference between the electrode and the sample 310 and collide with the sample 310 at high speed. And, as a result, atoms on the surface of the sample may be scraped. For example, if aluminum (Al) is used as the sample 310 and argon (Ar) is used as the neutral gas, the ion source 200 may generate argon ions (Ar+) and collide with the sample 310. .

시료 지지대(320)는 이온이 충돌하는 시료(310)를 지지할 수 있다. 시료 지지대(320)는 이동 가능하게 구성할 수 있다.The sample support 320 may support the sample 310 to which ions collide. The sample support 320 may be configured to be movable.

시료(310)는 도전 금속, 예를들어 알루미늄(Al), 구리(Cu), 철(Fe), 티타늄(Ti) 등을 이용할 수 있다. 본 발명에서 시료(310)는 공기 중에서 자연 산화하여 표면에 절연성 산화막을 형성하는 도전 금속일 수 있다.The sample 310 may be made of a conductive metal such as aluminum (Al), copper (Cu), iron (Fe), titanium (Ti), or the like. In the present invention, the sample 310 may be a conductive metal that naturally oxidizes in air to form an insulating oxide film on its surface.

시료 방출물 센싱부(400)는 시료 방출물의 전기적 특성을 검출하는 것으로, 절연체 센서(410), 구동 전원부(420), 전류 측정부(430) 등으로 구성할 수 있다.The sample emission sensing unit 400 detects electrical characteristics of the sample emission, and may include an insulator sensor 410, a driving power supply unit 420, a current measurement unit 430, and the like.

절연체 센서(410)는 절연체로 구성할 수 있다. 절연체 센서(410)는 소정 크기의 표면을 가져 표면에 시료 방출물이 증착되게 할 수 있다. 절연체 센서(410)는 평상시 또는 절연성 시료 방출물이 증착될 때는 절연체로서 기능하고, 도전성 시료 방출물이 증착되면 도전체로서 기능할 수 있다.The insulator sensor 410 may be formed of an insulator. The insulator sensor 410 may have a surface having a predetermined size so that a sample emission material is deposited on the surface. The insulator sensor 410 may function as an insulator normally or when the insulating sample emission is deposited, and may function as a conductor when the conductive sample emission is deposited.

구동 전원부(420)는 절연체 센서(410)에 구동 전압을 인가할 수 있다. 구동 전압은 예를들어 3-5 볼트(Volt)의 전압을 인가할 수 있다.The driving power supply 420 may apply a driving voltage to the insulator sensor 410. As the driving voltage, for example, a voltage of 3-5 volts may be applied.

전류 측정부(430)는 구동 전압이 인가된 상태에서 절연체 센서(410)에 흐르는 전류를 측정할 수 있다. 절연체 센서(410)에 절연성 시료 방출물, 즉 절연성 금속산화물이 증착되는 동안에는 전류 측정부(430)에서 전류가 측정되지 않으나, 절연체 센서(410)에 도전 금속이 증착되기 시작하면 절연체 센서(410)가 도전체로서 기능하기 시작하고, 도전 금속의 증착이 증가하면서 측정 전류도 증가할 수 있다.The current measuring unit 430 may measure a current flowing through the insulator sensor 410 while the driving voltage is applied. While the insulating sample emission, that is, the insulating metal oxide, is deposited on the insulator sensor 410, the current measurement unit 430 does not measure the current, but when the conductive metal starts to be deposited on the insulator sensor 410, the insulator sensor 410 Starts to function as a conductor, and as the deposition of the conductive metal increases, the measurement current can also increase.

이와 같이, 시료 방출물 센싱부(400)는 전류 측정부(430)를 통해 측정되는 절연체 센서(410)의 전류 변화를 감지할 수 있고, 이를 통해 시료 방출물의 전기적 특성(절연성, 도전성)을 판정하는 기초를 제공할 수 있다.In this way, the sample emission sensing unit 400 can detect a change in the current of the insulator sensor 410 measured through the current measuring unit 430, and thereby determine the electrical characteristics (insulation, conductivity) of the sample emission. It can provide a basis for doing.

메인 제어부(500)는 시료 방출물 센싱부(400)에서 수신하는 측정 전류의 세기에 기초하여 시료 방출물의 종류를 판정할 수 있다. 수신한 측정 전류가 0 또는 최저점에 있으면, 시료에서 절연성 시료 방출물, 즉 절연성 금속산화물이 방출되는 것으로 판정할 수 있다. 한편, 수신한 측정 전류가 0 또는 최저점에서 증가하는 경우에는, 절연성 금속산화물과 함께 도전 금속도 시료에서 방출되는 것으로 판정할 수 있고, 나아가 측정 전류가 설정한 최고점에 도달하거나 일정시간 최고점을 유지하는 경우에는 시료에서 도전 금속이 주로 방출되는 것으로 판정할 수 있다.The main controller 500 may determine the type of the sample emission based on the intensity of the measured current received by the sample emission sensing unit 400. If the received measurement current is at zero or at the lowest point, it can be determined that the insulating sample emission, that is, the insulating metal oxide, is emitted from the sample. On the other hand, when the received measurement current increases from 0 or the lowest point, it can be determined that the conductive metal along with the insulating metal oxide is also released from the sample, and furthermore, the measured current reaches the set peak or maintains the peak for a certain period of time. In this case, it can be determined that the conductive metal is mainly emitted from the sample.

한편, 시료 방출물 센싱부(400)에서 측정되는 전류는 진공 챔버(100) 내의 환경에 따라 달라질 수 있다. 예를들어, 진공 챔버(100)의 진공도가 높을수록 진공 챔버(100)의 잔존 산소량이 적기 때문에 측정 전류가 최고점에 도달하는 시간이 빨라질 수 있다. 또한, 시료 방출물이 절연체 센서에 입사하는 각이 90°에 가까울수록 측정 전류가 최고점에 도달하는 시간이 빨라질 수 있다. 그 밖에, 시료(310)의 산화 정도, 이온 소스(200)에서 방출되는 이온의 에너지, 속도 등에 따라서도 측정 전류가 최고점에 도달하는 시간이 달라질 수 있다.Meanwhile, the current measured by the sample emission sensing unit 400 may vary depending on the environment in the vacuum chamber 100. For example, as the degree of vacuum of the vacuum chamber 100 increases, the amount of oxygen remaining in the vacuum chamber 100 decreases, so the time for the measurement current to reach the maximum point may increase. Further, as the angle at which the sample emission material enters the insulator sensor is closer to 90°, the time for the measurement current to reach the maximum point may be faster. In addition, depending on the degree of oxidation of the sample 310, the energy of the ions emitted from the ion source 200, and the speed, the time for the measurement current to reach the peak may vary.

도 2a,2b는 본 발명에 따른 이온빔 스퍼터링 장치의 제1 실시예에서 시료 방출물 센싱부의 절연체 센서를 도시하는 단면도, 평면도이다.2A and 2B are cross-sectional views and plan views illustrating an insulator sensor of a sample emission sensing unit in a first embodiment of the ion beam sputtering apparatus according to the present invention.

도 2a,2b에 도시한 바와 같이, 절연체 센서(410)는 절연체(411), 도전막(412), 접속 단자(413) 등으로 구성할 수 있다.2A and 2B, the insulator sensor 410 can be composed of an insulator 411, a conductive film 412, a connection terminal 413, and the like.

절연체(411)는 비도전성 물질, 예를들어 유리, PC, PI, PET 등으로 구성할 수 있다. 절연체(411)는 소정의 두께와 폭을 갖는 플레이트 형태로 구성할 수 있다. 절연체(411)는 평상시에는 비도전 특성을 나타내다가, 상면에 비도전 금속산화물이 증착되면 비도전 특성을 그대로 유지하고, 상면에 도전 금속이 증착되면 서서히 도전체로서 특성을 나타내게 된다.The insulator 411 may be made of a non-conductive material such as glass, PC, PI, PET, or the like. The insulator 411 may be configured in a plate shape having a predetermined thickness and width. The insulator 411 normally exhibits a non-conductive property, and when a non-conductive metal oxide is deposited on the top surface, the non-conductive property is maintained as it is, and when a conductive metal is deposited on the top surface, it gradually exhibits properties as a conductor.

도전막(412)은 절연체(411)의 상면에서 이격시켜 접속 단자(413)와 절연체(411) 사이에 형성할 수 있다. 도전막(412)은 절연체(411)의 상면에 도전성 물질, 예를들어 구리, 알루미늄 등을 코팅하거나 도전성 페이스트 등을 발라 형성할 수 있다. 도전막(412)은 접속 단자(413)가 절연체(411)의 상면에 결합하는 영역보다 크게, 즉 중앙 방향으로 더 돌출되게 형성할 수 있다. 시료 방출물이 절연체(411)에 경사지게 입사하여 스텝 커버리지(step coverage)가 좋지 않을 경우, 접속 단자(413)의 두께로 인해 접속 단자(413)와 절연체(411)의 경계 영역에서 시료 방출물이 증착되지 않는 경우가 발생하여, 도전성 시료 방출물이 절연체(411)에 증착되고 있음에도 증착된 도전성 시료 방출물의 코팅막이 접속 단자(413)를 전기적으로 연결하지 못할 수 있다. 본 발명은 이러한 접속불량 문제를 접속 단자(413)가 절연체(411)의 상면에 결합하는 영역보다 도전막(412)을 더 크게 형성하여 해소할 수 있다. The conductive film 412 may be formed between the connection terminal 413 and the insulator 411 by being spaced apart from the upper surface of the insulator 411. The conductive layer 412 may be formed by coating a conductive material such as copper or aluminum on the top surface of the insulator 411 or applying a conductive paste. The conductive layer 412 may be formed to be larger than a region where the connection terminal 413 is coupled to the upper surface of the insulator 411, that is, to protrude further toward the center. When the sample emission is obliquely incident on the insulator 411 and the step coverage is not good, the sample emission is at the boundary between the connection terminal 413 and the insulator 411 due to the thickness of the connection terminal 413 In some cases, deposition is not performed, and the coating film of the deposited conductive sample emission may not electrically connect the connection terminal 413 even though the conductive sample emission is deposited on the insulator 411. The present invention can solve this problem of connection failure by forming a larger conductive film 412 than a region in which the connection terminal 413 is coupled to the upper surface of the insulator 411.

도전막(412)은 선택적으로 추가 구성할 수 있다. 그러나, 시료 방출물이 절연체(411)에 수직으로 입사하는 경우에도, 도전막(412)을 형성하면, 도전성 시료 방출물이 절연체(411) 상면에 증착되는지 여부를 더 정확하고 신속하게 검출할 수 있다.The conductive layer 412 may be optionally additionally configured. However, even when the sample emission material is incident on the insulator 411 perpendicularly, when the conductive film 412 is formed, it is possible to more accurately and quickly detect whether the conductive sample emission material is deposited on the top surface of the insulator 411. have.

접속 단자(413)는 시료 방출물이 증착되는 절연체(411) 상면에 이격시켜 양 측단에 형성할 수 있다. 접속 단자(413)는 플레이트 형상의 도전 금속으로 구성할 수도 있고, 도전 금속 플레이트 외에 도전 금속 플레이트를 관통하여 하부의 절연체(411)에 결합하는 도전 핀을 더 포함할 수도 있다. The connection terminals 413 may be formed on both side ends by being spaced apart from the upper surface of the insulator 411 on which the sample emission is deposited. The connection terminal 413 may be formed of a plate-shaped conductive metal, or may further include a conductive pin that penetrates the conductive metal plate and is coupled to the insulator 411 under the conductive metal plate.

도 3은 본 발명에 따른 이온빔 스퍼터링 장치의 제1 실시예에서 시료 방출물에 의한 절연체 센서의 전기적 특성을 도시하고 있다.3 shows the electrical characteristics of the insulator sensor by the sample emission in the first embodiment of the ion beam sputtering apparatus according to the present invention.

도 3에 도시한 바와 같이, 절연체 센서(410)의 절연체(411)에 시료 방출물이 증착되면, 시료 방출물의 종류에 따라 전류 측정부(430)의 측정 전류가 변할 수 있다.As shown in FIG. 3, when the sample emission is deposited on the insulator 411 of the insulator sensor 410, the measured current of the current measuring unit 430 may vary according to the type of the sample emission.

전류 측정부(430)의 측정 전류는 보통 3구간으로 구분되어 나타날 수 있다.The current measured by the current measuring unit 430 may be divided into three sections.

제1 구간(A)은 전류(I)가 0 또는 최저점을 형성하는 구간으로, 이 구간에서는 시료(310)에서 시료 방출물이 방출되지 않은 상태 또는 시료 방출물이 절연성 금속 산화물인 상태를 나타낸다. The first section (A) is a section in which the current (I) forms 0 or the lowest point, and in this section, the sample 310 indicates a state in which no sample emission is emitted or the sample emission is an insulating metal oxide.

제2 구간(B)은 전류(I)가 0 또는 최저점에서 서서히 증가하여 최고점까지 전이하는 구간으로, 이 구간에서는 시료 방출물이 절연성 금속 산화물에서 도전 금속으로 변하는 상태를 나타낸다.The second section (B) is a section in which the current (I) gradually increases from 0 or the lowest point and transitions to the highest point. In this section, the sample emission changes from an insulating metal oxide to a conductive metal.

제3 구간(C)은 전류(I)가 설정한 최고점에 도달하거나 최고점에 도달 후 최고점을 유지하는 구간으로, 이 구간에서는 시료 방출물의 대부분이 도전 금속인 상태를 나타낸다.The third section (C) is a section in which the current (I) reaches the set peak point or maintains the peak point after reaching the peak point. In this section, most of the sample emission is a conductive metal.

메인 제어부(500)는 시료 방출물 센싱부(400)로부터 수신하는 측정 전류를 기초로 시료 방출물의 특성(종류)을 판정할 수 있는데, 제1 구간(A)에서는 시료 방출물을 절연성 금속산화물로, 제2 구간(B)에서는 시료 방출물을 절연성 금속산화물과 도전 금속의 혼합물로, 그리고 제3 구간(C)에서는 시료 방출물을 도전 금속으로 판정할 수 있다.The main control unit 500 may determine the characteristics (type) of the sample emission based on the measured current received from the sample emission sensing unit 400, and in the first section A, the sample emission is converted into an insulating metal oxide. , In the second section (B), the sample emission may be determined as a mixture of an insulating metal oxide and a conductive metal, and in the third period (C), the sample emission may be determined as a conductive metal.

도 4는 본 발명에 따른 이온빔 스퍼터링 장치의 제2 실시예를 도시하고 있다.4 shows a second embodiment of an ion beam sputtering apparatus according to the present invention.

도 4에 도시한 바와 같이, 제2 실시예의 이온빔 스퍼터링 장치는 기판 지지대(620), 셔터(710), 셔터 제어부(720) 등을 포함하여, 밀링과 스퍼터링을 함께 수행할 수 있다.As shown in FIG. 4, the ion beam sputtering apparatus of the second exemplary embodiment includes a substrate support 620, a shutter 710, a shutter control unit 720, and the like, and may perform milling and sputtering together.

기판 지지대(620)는 시료 방출물이 증착되는 기판(610)을 지지할 수 있다. 기판 지지대(620)는 이동 가능하게 구성할 수 있다.The substrate support 620 may support the substrate 610 on which the sample emission is deposited. The substrate support 620 may be configured to be movable.

셔터(710)는 절연체 센서(410)와 기판(610) 사이에 배치되어 시료 방출물이 기판(610)에 증착되는 것을 차단할 수 있다. 셔터(710)는 플레이트 형태로 구성할 수 있다.The shutter 710 may be disposed between the insulator sensor 410 and the substrate 610 to block the sample emission from being deposited on the substrate 610. The shutter 710 may be configured in a plate shape.

셔터 제어부(720)는 셔터(710)를 절연체 센서(410)와 기판(610) 사이에 삽입하거나 이탈시킬 수 있다. 셔터 제어부(720)는 셔터(710)를 회전시키는 모터를 포함할 수 있다. The shutter controller 720 may insert or remove the shutter 710 between the insulator sensor 410 and the substrate 610. The shutter control unit 720 may include a motor that rotates the shutter 710.

메인 제어부(500)는 시료 방출물의 종류에 기초하여 셔터 제어부(720)로 셔터 삽입 신호 또는 셔터 이탈 신호를 전송할 수 있다.The main control unit 500 may transmit a shutter insertion signal or a shutter release signal to the shutter control unit 720 based on the type of the sample emission.

예를들어, 기판(610)에 알루미늄 도전막을 형성하고자 할 때, 먼저 시료인 알루미늄(Al) 표면에 형성된 산화알루미늄(Al2O3)을 제거하여야 한다. 산화알루미늄을 제거하는 단계에서는 시료 방출물이 절연성 산화알루미늄이므로, 시료 방출물 센싱부(400)는 0 또는 최저점의 측정 전류를 메인 제어부(500)로 전송하게 되고, 이 때, 메인 제어부(500)는 셔터 제어부(720)로 셔터 삽입 신호를 전송할 수 있다. For example, in order to form an aluminum conductive film on the substrate 610, first, aluminum oxide (Al 2 O 3 ) formed on the surface of aluminum (Al) as a sample must be removed. In the step of removing the aluminum oxide, since the sample emission is insulating aluminum oxide, the sample emission sensing unit 400 transmits a measurement current of 0 or the lowest point to the main controller 500, and at this time, the main controller 500 May transmit a shutter insertion signal to the shutter controller 720.

산화알루미늄이 어느 정도 제거되면, 시료 방출물 센싱부(400)는 0 또는 최저점에서 서서히 증가하는 측정 전류를 메인 제어부(500)로 전송할 수 있다. 이 때 메인 제어부(500)는 측정 전류가 최고점에 도달할 때까지 셔터 제어부(720)로 전송한 셔터 삽입 신호를 유지할 수 있다.When the aluminum oxide is removed to some extent, the sample emission sensing unit 400 may transmit a measurement current gradually increasing from zero or the lowest point to the main controller 500. At this time, the main control unit 500 may maintain the shutter insertion signal transmitted to the shutter control unit 720 until the measured current reaches the maximum point.

산화알루미늄이 대부분 제거되고 그 하부의 알루미늄이 방출되면, 시료 방출물 센싱부(400)는 최고점의 측정 전류를 메인 제어부(500)로 전송할 수 있다. 이 때, 메인 제어부(500)는 셔터 제어부(720)로 셔터 이탈 신호를 전송할 수 있다. When most of the aluminum oxide is removed and the aluminum under it is released, the sample emission sensing unit 400 may transmit the measurement current of the highest point to the main control unit 500. At this time, the main control unit 500 may transmit a shutter release signal to the shutter control unit 720.

위에 설명에서는, 이온 생성부를 엔드홀 이온소스를 예로 하여 설명하였으나, 이온 생성부는 DC 또는 RF 스퍼터, 롤투롤(roll to roll) 스퍼터에도 적용할 수 있다.In the above description, the ion generating unit has been described using an endhole ion source as an example, but the ion generating unit may be applied to DC or RF sputtering, or roll to roll sputtering.

DC 또는 RF 스퍼터를 이용하는 경우에는, 시료는 마이너스 고전압 또는 RF가 인가되는 캐소드 전극의 전면에 결합할 수 있는데, 이 경우에는 캐소드 전극이 시료 지지대로서 역할하며, 위에서 설명한 시료 지지대를 별도로 구비하지 않을 수 있다.In the case of using DC or RF sputter, the sample can be coupled to the front surface of the cathode electrode to which negative high voltage or RF is applied.In this case, the cathode electrode serves as the sample support, and the sample support described above may not be separately provided. have.

또한, 롤투롤(roll to roll) 스퍼터의 경우에는, 유연 시트 형태의 기판을 공급할 수 있으며, 이 경우에는 기판 지지대를 별도로 구비하지 않을 수 있다.In addition, in the case of a roll-to-roll sputter, a flexible sheet-type substrate may be supplied, and in this case, a substrate support may not be separately provided.

이와 같이, 본 발명에서 사용하는 '이온 생성부'의 용어는 엔드홀 이온 소스, 캐소드 전극 등을 포함하는 광의의 의미로 사용되고, 시료 지지대, 기판 지지대는 본 발명에서 선택적 구성요소일 수 있다. As described above, the term'ion generating unit' used in the present invention is used in a broad sense including an endhole ion source, a cathode electrode, and the like, and the sample support and the substrate support may be optional components in the present invention.

이상 본 발명을 여러 실시예에 기초하여 설명하였는데, 이는 본 발명을 예증하기 위한 것이다. 통상의 기술자라면, 위 실시예를 기술사상을 유지한 채 다른 형태로 변형하거나 수정할 수 있을 것이다. 그러나, 본 출원의 권리범위는 아래의 특허청구범위에 의해 정해지므로, 그러한 변형이나 수정이 아래의 특허청구범위의 권리범위에 포함되는 것으로 해석될 수 있다.The present invention has been described above based on several embodiments, which are intended to illustrate the present invention. Those of ordinary skill in the art will be able to transform or modify the above embodiments into other forms while maintaining the technical idea. However, since the scope of the rights of the present application is determined by the claims below, such modifications or modifications may be construed as being included in the scope of the claims below.

100 : 진공 챔버 200 : 이온 소스
310 : 시료 311 : 도전성 물질
312 : 절연 산화막 320 : 시료 지지대
400 : 시료 방출물 센싱부 410 : 절연체 센서
411 : 절연체 412 : 도전막
413 : 접속 단자 420 : 구동 전원부
430 : 전류 측정부 500 : 메인 제어부
610 : 기판 620 : 기판 지지대
710 : 셔터 720 : 셔터 제어부100: vacuum chamber 200: ion source
310: sample 311: conductive material
312: insulating oxide film 320: sample support
400: sample emission sensing unit 410: insulator sensor
411: insulator 412: conductive film
413: connection terminal 420: drive power supply
430: current measuring unit 500: main control unit
610: substrate 620: substrate support
710: shutter 720: shutter control unit

Claims (7)

이온을 생성하는 이온 생성부;
시료로부터 상기 이온의 충돌로 방출되는 시료 방출물이 증착되고 절연체로 구성되는 절연체 센서, 상기 절연체 센서에 구동 전압을 인가하는 구동 전원부, 상기 절연체 센서에 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정부를 포함하는 시료 방출물 센싱부;
상기 시료 방출물 센싱부로부터 수신하는 측정 전류를 기초로 시료 방출물의 종류를 판정하는 메인 제어부를 포함하는, 이온빔 스퍼터링 장치.An ion generator for generating ions;
Sample emission including an insulator sensor formed of an insulator in which the sample emission material emitted by the collision of the ions is deposited from the sample, a driving power supply unit for applying a driving voltage to the insulator sensor, and a current measuring unit for measuring a current flowing through the insulator sensor Water sensing unit;
The ion beam sputtering apparatus comprising a main control unit for determining the type of the sample emission based on the measured current received from the sample emission sensing unit. 제1항에 있어서, 상기 절연체 센서는
절연체;
상기 절연체에서 상기 시료 방출물이 증착되는 일측면에 이격되어 결합하는 접속 단자를 포함하는, 이온빔 스퍼터링 장치.The method of claim 1, wherein the insulator sensor
Insulators;
The ion beam sputtering apparatus comprising a connection terminal spaced apart from and coupled to one side of the insulator on which the sample emission is deposited. 제2항에 있어서, 상기 절연체 센서는
상기 절연체의 일측면에 이격되어 상기 절연체의 일측면과 상기 접속 단자 사이에 형성하되, 상기 접속 단자가 상기 절연체의 일측면에 결합하는 영역보다 중앙 방향으로 돌출되는 도전막을 포함하는, 이온빔 스퍼터링 장치.The method of claim 2, wherein the insulator sensor
The ion beam sputtering apparatus comprising a conductive film that is spaced apart from one side of the insulator and formed between one side of the insulator and the connection terminal, and protrudes in a central direction from a region in which the connection terminal is coupled to the one side of the insulator. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시료는
플라즈마 발생을 위한 음극 전위에 위치하고, 표면에 절연 산화막이 형성되는 도전 금속인, 이온빔 스퍼터링 장치.The method of any one of claims 1 to 3, wherein the sample is
An ion beam sputtering apparatus, which is a conductive metal positioned at a cathode potential for generating plasma and having an insulating oxide film formed on a surface thereof. 제4항에 있어서, 상기 메인 제어부는
상기 시료 방출물 센싱부에서 수신하는 측정 전류가 0 또는 최저점에 머무르는 제1 구간, 상기 최저점에서 최고점으로 증가하는 제2 구간, 상기 최고점에 이르러 유지되는 제3 구간으로 구분하고, 상기 시료 방출물을 상기 제1 구간에서는 절연성 금속산화물로, 상기 제2 구간에서는 절연성 금속산화물과 도전 금속의 혼합물로, 그리고 상기 제3 구간에서는 도전 금속으로 판정하는, 이온빔 스퍼터링 장치.The method of claim 4, wherein the main control unit
The sample emission is divided into a first section in which the measured current received by the sample emission sensing unit stays at 0 or the lowest point, a second section that increases from the lowest point to the highest point, and a third section that is maintained after reaching the highest point. The ion beam sputtering apparatus is determined as an insulating metal oxide in the first section, a mixture of an insulating metal oxide and a conductive metal in the second section, and a conductive metal in the third section. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 절연체 센서와 기판 사이에 배치되어 상기 시료 방출물을 차단하는 셔터;
상기 절연체 센서와 상기 기판 사이에 상기 셔터를 삽입하거나 이탈시키는 셔터 제어부를 포함하고,
상기 메인 제어부는 상기 시료 방출물의 종류에 따라 상기 셔터 제어부로 셔터 삽입 신호 또는 셔터 이탈 신호를 전송하는, 이온빔 스퍼터링 장치.The method according to any one of claims 1 to 3,
A shutter disposed between the insulator sensor and the substrate to block the sample emission;
And a shutter control unit for inserting or removing the shutter between the insulator sensor and the substrate,
The main control unit transmits a shutter insertion signal or a shutter release signal to the shutter control unit according to the type of the sample emission material. 제6항에 있어서,
상기 시료는 표면에 알루미늄 산화막(Al2O3)이 형성된 알루미늄(Al)이고,
상기 메인 제어부는 상기 시료 방출물 센싱부로부터 수신하는 측정 전류가 최고점에 도달하거나 상기 최고점을 유지한 채 일정시간 경과하면 상기 시료 방출물을 알루미늄(Al)으로 판정하고 상기 셔터 제어부로 셔터 이탈 신호를 전송하는, 이온빔 스퍼터링 장치.
The method of claim 6,
The sample is aluminum (Al) in which an aluminum oxide film (Al 2 O 3 ) is formed on the surface,
The main control unit determines the sample emission as aluminum (Al) when the measurement current received from the sample emission sensing unit reaches a maximum point or a certain period of time elapses while maintaining the maximum point, and sends a shutter departure signal to the shutter control unit. Transmitting, ion beam sputtering device.
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