KR102552647B1

KR102552647B1 - Sputter gun for sputter apparatus having center electromagnets

Info

Publication number: KR102552647B1
Application number: KR1020170182374A
Authority: KR
Inventors: 정수성; 최정욱; 김찬홍
Original assignee: (주)선익시스템
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2017-12-28
Publication date: 2023-07-06
Also published as: KR20190080129A

Abstract

본 발명은 박막 균일성이 향상된 스퍼터건에 관한 것이다. 이는, 진공챔버와, 상기 진공챔버의 내부에 회전 가능하도록 설치되며 그 외주면에 증착대상물을 고정하는 드럼과, 상기 드럼을 바라보도록 배치되며 상기 드럼의 회전에 따라 일정경로를 따라 공전하는 증착대상물의 표면에 막을 형성하는 스퍼터부를 포함하는 스퍼터장치에 설치된 상태로 상기 증착대상물과의 사이에 플라즈마를 형성하고, 외부로부터 주입된 산소를 형성된 플라즈마를 이용하여 이온화시켜 상기 증착대상물에 가하는 것으로서, 상호 나란하게 이격되며 상기 드럼을 바라보도록 배치되는 한 쌍의 자계형성바디와; 일측 자계형성바디에 고정되며 일측 자계형성바디의 전방으로 제1극성의 자기력을 생성하는 제1자석군 및 타측 자계형성바디에 고정되며 타측 자계형성바디의 전방으로 제2극성의 자기력을 생성하는 제2자석군과; 상기 제1자석군과 제2자석군의 자력을 각각 제어하는 제1자력제어부와 제2자력제어부를 포함한다. 본 발명의 박막 균일성이 향상된 스퍼터건은, 증착막의 부착력이 양호하고 기계적 화학적 특성이 뛰어난 증착막을 제공할 수 있고, 자계형성바디의 길이방향 전체에 걸쳐 일정한 자계가 형성되기 때문에 스퍼터장치에 의해 형성되는 박막 두께의 균일성이 향상될 수 있다.The present invention relates to a sputter gun with improved film uniformity. This includes a vacuum chamber, a drum rotatably installed inside the vacuum chamber and fixing an object to be deposited on its outer circumferential surface, and an object to be deposited that revolves along a certain path according to the rotation of the drum and is disposed facing the drum. Plasma is formed between the deposition target in a state installed in a sputter device including a sputter unit that forms a film on the surface, and oxygen injected from the outside is ionized using the formed plasma and applied to the deposition target, in parallel a pair of magnetic field forming bodies spaced apart and arranged to face the drum; The first magnet group is fixed to one magnetic field forming body and generates magnetic force of the first polarity in front of one magnetic field forming body, and the first magnet group is fixed to the other magnetic field forming body and generates magnetic force of the second polarity in front of the other magnetic field forming body. 2 magnet groups; A first magnetic force control unit and a second magnetic force control unit that respectively control the magnetic forces of the first and second magnet groups are included. The sputter gun with improved thin film uniformity of the present invention can provide a deposited film with good adhesion and excellent mechanical and chemical properties, and a constant magnetic field is formed over the entire longitudinal direction of the magnetic field forming body, so it is formed by a sputtering device. The uniformity of the thin film thickness to be can be improved.

Description

Sputter gun for sputter apparatus having center electromagnets}

본 발명은 기판 증착공정에 사용하는 스퍼터건에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자력의 증가를 통해 스퍼터건 전방의 프라즈마영역을 확장하는 것은 물론, 일렬로 배열된 전자석들 각각의 자력을 미세 제어함으로써 상대적으로 긴 자계형성바디에 의해 형성되는 박막의 균일성을 향상시키는 스퍼터건에 관한 것이다.The present invention relates to a sputter gun used in a substrate deposition process, and more particularly, expands the plasma region in front of the sputter gun through an increase in magnetic force, as well as finely controls the magnetic force of each of the electromagnets arranged in a row. It relates to a sputter gun for improving the uniformity of a thin film formed by a long magnetic field forming body.

기판 등의 대상물 표면에 박막을 적층하기 위한 적층방법으로서, CVD(Chemical Vapor Deposition), 증발법(Evaporation) 및 스퍼터링(Sputtering) 등이 알려져 있다. 상기한 적층방법은 각자의 특징이 있어 필요에 맞추어 적절히 선택된다.As a lamination method for laminating a thin film on the surface of an object such as a substrate, CVD (Chemical Vapor Deposition), evaporation, sputtering, and the like are known. The above-described laminating methods have their own characteristics and are appropriately selected according to needs.

상기 CVD 방법은, 증착막이 균일하지 못하고 특성의 재현에 어려움이 있으며, 증착시 고온의 환경을 요구하므로 에너지 소모가 심하다는 단점이 있다. 또한, 증발법은 증착율이 높다는 장점이 있으나 증착막의 밀도나 밀착력이 떨어지는 불리한 점이 있다. The CVD method has disadvantages in that the deposited film is not uniform, it is difficult to reproduce characteristics, and energy consumption is severe because it requires a high temperature environment during deposition. In addition, the evaporation method has an advantage of a high deposition rate, but has a disadvantage in that the density or adhesion of the deposited film is low.

이에 비해, 스퍼터링 방식은, 증착 조건을 제어하기 쉽고 대면적의 기판 증착에 적합하며, 특히 박막의 두께나 밀도 등과 같은 박막 특성의 균일화를 용이하게 구현할 수 있다는 장점을 갖는다. 이러한 이유로 반도체 분야나 전기전자분야는 물론 디스플레이 분야에서 박막 형성을 위한 방법으로 스퍼터링 방식이 가장 널리 사용되고 있다. In contrast, the sputtering method has an advantage in that it is easy to control deposition conditions, is suitable for deposition on a large-area substrate, and can easily realize uniformity of thin film characteristics, such as thickness and density. For this reason, the sputtering method is most widely used as a method for forming a thin film in the display field as well as in the semiconductor field or electric/electronic field.

상기 스퍼터링 증착방식은, 진공이 유지되는 진공챔버내에서 진행되는데, 자석을 이용해 타겟의 표면에 자기장을 유지한 상태로 챔버내에 불활성 기체인 아르곤(Ar)을 주입하고, 타겟에 음극 전력을 인가하여 플라즈마를 형성하는 과정을 포함한다. The sputtering deposition method proceeds in a vacuum chamber where a vacuum is maintained. Argon (Ar), an inert gas, is injected into the chamber while maintaining a magnetic field on the surface of the target using a magnet, and cathode power is applied to the target. Including the process of forming plasma.

상기 아르곤은 플라즈마에 의해 이온화 되고, 이온화된 아르곤의 양이온은 타겟에 고속으로 충돌하여 타겟을 이루는 원자에 충돌에너지를 가하여 타겟으로부터 원자들이 방출되게 한다. 타겟의 표면으로부터 방출된 타겟 물질은 전방에 대기하고 있는 증착대상물, 가령, 기판으로 날아가 기판에 증착되게 된다.The argon is ionized by plasma, and the ionized positive ions of argon collide with the target at high speed to apply collision energy to atoms constituting the target so that the atoms are ejected from the target. The target material emitted from the surface of the target flies to a deposition target waiting in front, for example, a substrate, and is deposited on the substrate.

참고로, 충돌하는 입자들이 양이온이라면 음극 스퍼터링이라고 부르는데, 대부분의 스퍼터링은 음극 스퍼티링이다. 음극 스퍼터링이 많이 사용되는 이유는, 양이온이 가속되기 쉽고 또한 타겟에 충돌하기 직전 타겟으로부터 방출되는 전자에 의하여 중성화되어 중성 원자로 타겟에 충돌하기 때문이다. For reference, if the colliding particles are positive ions, it is called cathodic sputtering, but most sputtering is cathodic sputtering. The reason why cathodic sputtering is widely used is that positive ions are easily accelerated and are neutralized by electrons emitted from the target just before colliding with the target, so that they collide with the target as neutral atoms.

상기 증착과정에 있어서, 플라즈마 속에 존재하는 음이온에 의해 리스퍼터링(re-sputtering) 현상이 발생하기도 한다. 상기 리스퍼터링은 플라즈마 내부의 음이온이, 타겟이 아닌 증착대상물의 표면을 타격하여, 증착층에 손상을 주고 경우에 따라 증착물질을 증착대상로부터 다시 분리하는 현상이다.In the deposition process, a re-sputtering phenomenon may occur due to negative ions present in the plasma. The re-sputtering is a phenomenon in which negative ions in the plasma hit the surface of a deposition object, not a target, to damage the deposition layer and in some cases separate the deposition material from the deposition target again.

이러한 리스퍼터링은, 타겟의 후방에 배치되어 있는 자석의 배열이나 출력 자기력을 조절함으로써 해결할 수 있다. 발생된 플라즈마에 자기장을 인가하면 플라즈마 내의 음이온에 로렌쯔 힘을 가하여 플라즈마의 밀도 분포를 달리할 수 있기 때문이다.This re-sputtering can be solved by adjusting the arrangement of magnets disposed behind the target or the output magnetic force. This is because when a magnetic field is applied to the generated plasma, the density distribution of the plasma can be changed by applying a Lorentz force to negative ions in the plasma.

그런데, 도 2를 통해 후술되는 바와 같이, 스퍼터장치에 포함되는 자계형성바디는 대략적으로 직사각형의 형상을 가지며 직사각형의 장변의 길이가 길어짐에 따라서 전체 길이에 걸쳐 일정한 자계를 형성하는 것이 어려워진다. 자계형성바디에 의해 생성되는 자계가 일정하지 않으면 외부로부터 주입된 산소를 플라즈마를 이용하여 이온화시킬 때 이온화되는 정도가 달라진다. 따라서, 자계형성바디의 길이방향에 따른 자계의 균일도가 열화되고, 이것은 글래스기판 상에 형성되는 박막 두께의 균일성이 감소되는 결과를 가져 온다.However, as will be described later through FIG. 2, the magnetic field forming body included in the sputter device has an approximately rectangular shape, and as the long side of the rectangle becomes longer, it becomes difficult to form a constant magnetic field over the entire length. If the magnetic field generated by the magnetic field forming body is not constant, the degree of ionization when oxygen injected from the outside is ionized using plasma varies. Therefore, the uniformity of the magnetic field in the longitudinal direction of the magnetic field forming body is deteriorated, which results in a decrease in the uniformity of the thickness of the thin film formed on the glass substrate.

그러므로, 자계형성바디의 길이방향 전체에 걸쳐 일정한 자계가 형성되도록 자계형성바디에 형성된 자석들의 자력을 미세하게 조절하기 위한 기술이 절실히 요구된다.Therefore, a technique for finely adjusting the magnetic force of the magnets formed on the magnetic field forming body so that a constant magnetic field is formed over the entire longitudinal direction of the magnetic field forming body is desperately needed.

국내공개특허공보 제10-2011-0033362호 (고균일 박막제조를 위한 방전용 양전극을 구비하는 스퍼터 건)Korean Patent Publication No. 10-2011-0033362 (Sputter gun equipped with positive discharge electrodes for manufacturing highly uniform thin film) 국내등록특허공보 제10-0848851호 (플라즈마 데미지 프리 스퍼터 건 및 이를 구비한 스퍼터장치와 이를 이용한 플라즈마 처리장치 및 성막 방법)Korean Patent Publication No. 10-0848851 (Plasma damage-free sputter gun and sputtering device having the same, and plasma processing device and film formation method using the same) 국내등록특허공보 제10-0497933호 (요동자석방식 마그네트론 스퍼터링장치 및 방법)Korean Patent Registration No. 10-0497933 (Octuating magnet type magnetron sputtering device and method)

본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 플라즈마 영역이 크게 확대되어 증착막의 부착력이 뛰어나고 기계적 화학적 특성이 양호한 증착막을 제공할 수 있으며, 자계형성바디의 길이방향 전체에 걸쳐 일정한 자계가 형성되도록 자계형성바디의 중심부에 형성된 중심전자석들의 자력을 미세하게 조절하여 스퍼터장치에 의해 형성되는 박막 두께의 균일성을 향상시키는 스퍼터건을 제공함에 목적이 있다.The present invention has been created to solve the above problems, and the plasma area is greatly expanded to provide a deposited film with excellent adhesion and good mechanical and chemical properties, and a magnetic field so that a constant magnetic field is formed throughout the longitudinal direction of the magnetic field forming body. An object of the present invention is to provide a sputter gun that improves the uniformity of thin film thickness formed by a sputtering device by finely adjusting the magnetic force of central electromagnets formed in the center of a forming body.

상기 목적을 달성하기 위한 스퍼터건은, 진공챔버와, 상기 진공챔버의 내부에 회전 가능하도록 설치되며 그 외주면에 증착대상물을 고정하는 드럼과, 상기 드럼을 바라보도록 배치되며 상기 드럼의 회전에 따라 일정경로를 따라 공전하는 증착대상물의 표면에 막을 형성하는 스퍼터부를 포함하는 스퍼터장치에 설치된 상태로 상기 증착대상물과의 사이에 플라즈마를 형성하고, 외부로부터 주입된 산소를 형성된 플라즈마를 이용하여 이온화시켜 상기 증착대상물에 가하는 것으로서, 상호 나란하게 이격되며 상기 드럼을 바라보도록 배치되는 한 쌍의 자계형성바디와; 일측 자계형성바디에 고정되며 일측 자계형성바디의 전방으로 제1극성의 자기력을 생성하는 제1자석군 및 타측 자계형성바디에 고정되며 타측 자계형성바디의 전방으로 제2극성의 자기력을 생성하는 제2자석군과; 상기 제1자석군과 제2자석군의 자력을 각각 제어하는 제1자력제어부와 제2자력제어부를 포함한다.A sputter gun for achieving the above object includes a vacuum chamber, a drum rotatably installed inside the vacuum chamber and fixing an object to be deposited on its outer circumferential surface, and arranged to face the drum, and is constant according to the rotation of the drum. In a state installed in a sputter device including a sputter unit that forms a film on the surface of an object to be deposited orbiting along a path, plasma is formed between the object and the object to be deposited, and oxygen injected from the outside is ionized using the formed plasma to perform the deposition. A pair of magnetic field forming bodies that are applied to an object and are spaced side by side and arranged to face the drum; The first magnet group fixed to one magnetic field forming body and generating magnetic force of the first polarity in front of one magnetic field forming body, and the first magnet group fixed to the other magnetic field forming body and generating magnetic force of the second polarity in front of the other magnetic field forming body. 2 magnet groups; A first magnetic force control unit and a second magnetic force control unit that respectively control the magnetic forces of the first and second magnet groups are included.

또한, 본 발명에 의한 스퍼터건은 상기 양측 자계형성바디의 사이에 위치하며 양측 자계형성바디를 서로 연결하는 센터홀더를 더 포함하고, 상기 제1자석군과 제2자석군은 상호대칭적인 구조를 가지고, 일렬로 배열된 다수의 중심전자석과 상기 중심전자석 주위에 배치된 영구자석을 각각 포함하며, 상기 제1자력제어부와 제2자력제어부는 상기 제1자석군과 제2자석군에 포함된 중심전자석을 각각 제어한다.In addition, the sputter gun according to the present invention further includes a center holder located between the magnetic field forming bodies on both sides and connecting the magnetic field forming bodies on both sides, and the first magnet group and the second magnet group have a mutually symmetrical structure. and a plurality of central electromagnets arranged in a row and permanent magnets arranged around the central electromagnets, respectively, wherein the first magnetic force control unit and the second magnetic force control unit have centers included in the first magnet group and the second magnet group. Each electromagnet is controlled separately.

아울러, 상기 일측 자계형성바디와 타측 자계형성바디에서 생성되는 자기력은, 상기 센터홀더를 기준으로 상호 대칭을 이룬다.In addition, the magnetic forces generated by the magnetic field forming body on one side and the magnetic field forming body on the other side are symmetrical with respect to the center holder.

또한, 상기 양측 자계형성바디는, 상기 드럼에 대향하는 대향면이 둔각의 사이각을 가지도록 배치된다.In addition, the magnetic field forming bodies on both sides are arranged so that opposite surfaces facing the drum have an obtuse angle between them.

아울러, 본 발명에 의한 스퍼터건은 상기 한 쌍의 자계형성바디의 후방에 상기 제1,2자석군을 보호하는 하우징을 더 포함한다.In addition, the sputter gun according to the present invention further includes a housing for protecting the first and second magnet groups behind the pair of magnetic field forming bodies.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 플라즈마 영역이 확장된 반응형 스퍼터장치는, 상호 나란한 양측 자계형성바디에 배치된 자석의 극성을 자계형성바디 별로 동일하게 구성하여, 플라즈마 영역이 크게 확대되어 그만큼 에너지가 증가하므로, 증착막의 부착력이 양호하고 기계적 화학적 특성이 뛰어난 증착막을 제공할 수 있다.In the responsive sputtering device with an expanded plasma region of the present invention made as described above, the polarity of the magnets disposed on both side-by-side magnetic field forming bodies is identical for each magnetic field forming body, so that the plasma region is greatly expanded and energy increases accordingly. Therefore, it is possible to provide a deposited film having good adhesion and excellent mechanical and chemical properties.

또한 타겟을 장착하지 않고 산소 및 복합가스를 사용하여 기판의 반응성 처리 및 표면 트리트먼트의 용도로 사용할 수도 있다.In addition, it can be used for the purpose of reactive treatment and surface treatment of a substrate using oxygen and a complex gas without mounting a target.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터건을 포함하는, 박막 균일성이 향상된 반응형 스퍼터장치의 전체적인 구성을 나타내 보인 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 반응형 스퍼터장치에 포함된 스퍼터건(31)이 가지는 한 쌍의 자계형성바디(35)를 상세하게 도시하는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시한 반응형 스퍼터장치에 포함된 스퍼터건(31)에 의해 형성되는 플라즈마 영역을 개념적으로 설명하는 도면이다.1 is a plan view showing the overall configuration of a responsive sputter device with improved thin film uniformity, including a sputter gun according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing in detail a pair of magnetic field forming bodies 35 of the sputter gun 31 included in the reactive sputter device shown in FIG. 1 .
FIG. 3 is a diagram conceptually explaining a plasma region formed by the sputter gun 31 included in the reactive sputtering device shown in FIG. 1 .

이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, one embodiment according to the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터건이 포함되는 박막 균일성이 향상된 반응형 스퍼터장치(10)의 전체적인 구성을 나타내 보인 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 반응형 스퍼터장치에 포함된 스퍼터건(31)이 가지는 한 쌍의 자계형성바디(35)를 상세하게 도시하는 도면이다. 또한, 도 3은 도 1에 도시한 반응형 스퍼터장치에 포함된 스퍼터건(31)에 의해 형성되는 플라즈마 영역을 개념적으로 설명하는 도면이다. 이하 각 도면을 유기적으로 참조하여 본 발명에 의한 스퍼터건(31)에 대해 설명한다.1 is a plan view showing the overall configuration of a reactive sputter device 10 with improved film uniformity including a sputter gun according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is included in the reactive sputter device shown in FIG. It is a view showing in detail a pair of magnetic field forming bodies 35 of the sputter gun 31. Also, FIG. 3 is a diagram conceptually illustrating a plasma region formed by the sputter gun 31 included in the reactive sputter device shown in FIG. 1 . Hereinafter, the sputter gun 31 according to the present invention will be described with organic reference to each drawing.

기본적으로 본 실시예에 따른 스퍼터건이 포함되는 박막 균일성이 향상된 반응형 스퍼터장치(10)는, 글래스기판(22)의 표면에 SiO2 또는 TiO2 층을 형성하기 위한 최적의 구조를 갖는다. 글래스기판(22)에 대한 Si의 증착은 제1스퍼터부(14)에 의해 이루어지고, Ti의 증착은 제2스퍼터부(16)에 의해 구현된다. 아울러, 상기 제1스퍼터부(14)와 제2스퍼터부(16)는 동시에 작동할 수도 있고, 필요에 따라 하나만 동작할 수도 있다.Basically, the reactive sputtering device 10 with improved thin film uniformity including the sputter gun according to the present embodiment has an optimal structure for forming a SiO2 or TiO2 layer on the surface of the glass substrate 22 . Deposition of Si on the glass substrate 22 is performed by the first sputter unit 14, and deposition of Ti is implemented by the second sputter unit 16. In addition, the first sputter unit 14 and the second sputter unit 16 may be operated simultaneously or only one may be operated if necessary.

도시한 바와 같이, 스퍼터장치(10)는, 진공챔버(12), 드럼(20), 제1,2스퍼터부(14,16), 산소이온발생부(30), 진공펌프(18) 등을 포함하는 구성을 갖는다.As shown, the sputter device 10 includes a vacuum chamber 12, a drum 20, first and second sputter units 14 and 16, an oxygen ion generator 30, a vacuum pump 18, and the like. has a configuration that includes

상기 진공챔버(12)는, 다수의 진공펌프(18)에 의해 진공을 유지하는 내부공간(12a)을 갖는 챔버로서, 상기 드럼(20)을 회전 가능하게 수용한다. 이를 위해 진공챔버(12)의 하부에는 드럼 구동용 모터가 구비되어 있음은 물론이다. The vacuum chamber 12 is a chamber having an inner space 12a in which a vacuum is maintained by a plurality of vacuum pumps 18 and accommodates the drum 20 rotatably. To this end, it goes without saying that a motor for driving a drum is provided at the bottom of the vacuum chamber 12 .

상기 드럼(20)은 가령 60rpm 정도의 속도로 회전하는 부재로서 그 주연부에 글래스기판(22)을 갖는다. 상기 글래스기판(22)은 가령 SiO2나 TiO2를 증착할 증착대상물이다. 글래스기판(22)은 적절한 지그를 통해 드럼(20)의 주연부에 고정되며 드럼의 회전에 따라 일정경로를 공전한다. 말하자면 제1스퍼터부(14)와 스퍼터건(31)과 제2스퍼터부(16)의 앞을 스쳐 지나가는 것이다.The drum 20 is a member that rotates at a speed of about 60 rpm, for example, and has a glass substrate 22 on its periphery. The glass substrate 22 is an object for depositing SiO2 or TiO2, for example. The glass substrate 22 is fixed to the periphery of the drum 20 through an appropriate jig and revolves along a certain path according to the rotation of the drum. In other words, it passes in front of the first sputter unit 14, the sputter gun 31, and the second sputter unit 16.

상기 제1스퍼터부(14)는, 두 개의 실리콘캐소오드(14a)와, 아르곤가스를 주입하는 가스공급관(14b)을 포함하며, 공지의 방법에 따라 글래스기판(22)에 실리콘층을 증착한다. 이를테면, 내부공간(12a)에 주입된 아르곤가스가 플라즈마에 의해 이온화된 상태로 실리콘캐소오드(14a)를 타격하고, 타격에 의해 실리콘캐소오드(14a)에서 발생하는 실리콘 원자가 글래스기판(22)에 증착되는 것이다.The first sputter unit 14 includes two silicon cathodes 14a and a gas supply pipe 14b for injecting argon gas, and a silicon layer is deposited on the glass substrate 22 according to a known method. . For example, the argon gas injected into the inner space 12a strikes the silicon cathode 14a in an ionized state by plasma, and silicon atoms generated from the silicon cathode 14a by the blow strike the glass substrate 22. it will be deposited.

제2스퍼터부(16)는, 두 개의 티타늄캐소오드(16a)와, 아르곤가스를 주입하는 가스공급관(16b)을 구비한다. 가스공급관(16b)을 통해 내부공간(12a)으로 주입된 아르곤가스는 플라즈마 분위기에서 이온화되고, 아르곤가스의 양이온이 티타튬캐소오드(16a)를 타격한다. 상기 타격에 의해 발생한 티타늄 원자가 글래스기판(22)의 표면으로 이동하여 증착됨은 물론이다.The second sputter unit 16 includes two titanium cathodes 16a and a gas supply pipe 16b for injecting argon gas. Argon gas injected into the inner space 12a through the gas supply pipe 16b is ionized in a plasma atmosphere, and positive ions of the argon gas hit the titanium cathode 16a. Of course, the titanium atoms generated by the blow move to the surface of the glass substrate 22 and are deposited.

한편, 상기 스퍼터건(31)은 외부로부터 주입된 산소를 이온화시키는 산소이온발생부(30)의 역할을 한다. 산소이온발생부(30)의 기본 역할은, 외부로부터 공급된 산소를 플라즈마 환경을 통해 이온화시켜, 실리콘이나 티타늄이 증착되고 있는 글래스기판(22)에 가하는 것이다. Meanwhile, the sputter gun 31 serves as an oxygen ion generator 30 for ionizing oxygen injected from the outside. The basic role of the oxygen ion generator 30 is to ionize oxygen supplied from the outside through a plasma environment and apply it to the glass substrate 22 on which silicon or titanium is deposited.

경우에 따라, 스퍼터건(31)의 전면, 즉, 드럼(20)을 향하는 면(가령, 도 3의 커버 자리)에 타겟소스를 장착할 수도 있다. 타겟소스를 장착할 경우, 스퍼터건(31)을 통한 스퍼터링이 가능해짐은 물론이다. 상기 타겟소스를 사용하지 않는 경우에는 산소를 이온화시키거나, 산소나 복합가스를 사용하여 기판의 반응성 처리 및 표면 트리트먼트의 기능을 할 수 있다.In some cases, the target source may be mounted on the front surface of the sputter gun 31, that is, on the surface facing the drum 20 (for example, the cover position in FIG. 3). When the target source is mounted, sputtering through the sputter gun 31 is of course possible. In the case where the target source is not used, oxygen may be ionized or oxygen or a complex gas may be used to perform a reactive treatment and a surface treatment of the substrate.

스퍼터건(31)의 전방에는 플라즈마영역(P)이 형성된다. 상기 플라즈마영역(P)은 넓을수록 좋다. 글래스기판(22)과의 사이에 형성된 플라즈마를 이용하여 산소를 이온화시키기 때문이다. 플라즈마영역이 넓으면 그만큼 산소의 반응속도가 당연히 신속해진다.A plasma region P is formed in front of the sputter gun 31 . The wider the plasma region P, the better. This is because oxygen is ionized using the plasma formed between the plasma and the glass substrate 22 . The larger the plasma area, the faster the reaction rate of oxygen.

스퍼터건(31)은, 상기 진공챔버(12)에 고정되며 밀폐공간부(32a)를 갖는 하우징(32)과, 하우징(32)의 내부 중앙에 위치하는 센터홀더와, 상기 센터홀더의 양측에 대칭으로 구비된 자계형성바디(35)와, 상기 자계형성바디(35)의 배면에 구비되는 다수의 자석(37a,37b,37e)을 포함한다.The sputter gun 31 is fixed to the vacuum chamber 12 and has a housing 32 having a closed space portion 32a, a center holder located in the inner center of the housing 32, and on both sides of the center holder. It includes a magnetic field forming body 35 provided symmetrically, and a plurality of magnets 37a, 37b, and 37e provided on the rear surface of the magnetic field forming body 35.

본 설명에서, 상기 제1영구자석(37a)은, 말하자면, N극이 드럼(20)을 향하도록 배치된 자석을 의미하고, 제2영구자석(37b)은 S극이 드럼(20)을 향하도록 위치된 자석을 의미한다.In this description, the first permanent magnet 37a, so to speak, means a magnet disposed with its N pole facing the drum 20, and the second permanent magnet 37b has its S pole facing the drum 20. means a magnet positioned to

상기 자계형성바디(35)는, 진공챔버(12)의 높이방향을 따라 수직으로 연장된 부재로서 그 전면에 보호용 커버(33)를 갖는다. 필요에 따라 상기 보호용 커버(33)를 분리하고 그 자리에 소스타겟을 장착할 수도 있음은 위에 언급한 바와 같다. 아울러, 자계형성바디(35)의 배면에는 자석(37a,37b,37e)이 삽입 고정되는 다수의 자석설치홈(35a)이 형성되어 있다.The magnetic field forming body 35 is a member extending vertically along the height direction of the vacuum chamber 12 and has a protective cover 33 on its front surface. It is as mentioned above that the protective cover 33 can be removed and the source target can be mounted there, if necessary. In addition, a plurality of magnet installation grooves 35a into which magnets 37a, 37b, and 37e are inserted and fixed are formed on the rear surface of the magnetic field forming body 35.

자석에 의해 형성되는 플라즈마영역은 자기력의 크기 및 범위와 관련되므로, 영구자석간에 작용하는 자기장의 범위가 작다면, 당연히 플라즈마 영역도 작다. 본 발명에 의한 스퍼터건(31)은 각 자계형성바디(35)에 설치되는 자석들이 동일한 극성을 가지도록 배치된다. 말하자면, 도면상 좌측에 위치한 자계형성바디(35)에는 오로지 제1극성의 자석만이 배치되어 있고, 우측에 위치한 자계형성바디(35)에는 오로지 제2극성의 자석만이 배치되어 있는 것이다. 도 3에서 좌측의 자계형성바디(35)에는 N극의 자극을 가지는 자석들이 배치되고, 우측의 자계형성바디(35)에는 S극의 자극을 가지는 자석들이 배치되는 것으로 도시되었지만 이는 설명의 편의를 위한 것이고 본 발명을 한정하는 것이 아니다.Since the plasma area formed by the magnets is related to the magnitude and range of magnetic force, if the range of the magnetic field acting between the permanent magnets is small, the plasma area is naturally small. In the sputter gun 31 according to the present invention, magnets installed in each magnetic field forming body 35 are arranged to have the same polarity. In other words, only the magnets of the first polarity are disposed in the magnetic field forming body 35 located on the left side of the drawing, and only the magnets of the second polarity are disposed in the magnetic field forming body 35 located on the right side. In FIG. 3, magnets having an N-pole magnetic pole are disposed on the left magnetic field forming body 35, and magnets having an S-pole magnetic pole are disposed on the right magnetic field forming body 35, but this is for convenience of explanation. and is not intended to limit the present invention.

따라서 좌측 자계형성바디(35)에서 발생한 자기력은, 센터홀더를 가로질러 반대편 자계형성장치(35)에 도달한다. 스퍼터건(31)의 전방 상대편에 자기력이 미치는 것이다. 상기한 바와 같이, 플라즈마 영역은 자기력의 범위와 관련되므로, 결국, 스퍼터건(31)의 전방에 플라즈마영역(P)이 넓게 분포하게 된다.Therefore, the magnetic force generated in the left magnetic field forming body 35 crosses the center holder and reaches the magnetic field forming device 35 on the opposite side. The magnetic force is applied to the front counterpart of the sputter gun 31. As described above, since the plasma region is related to the range of magnetic force, eventually, the plasma region P is widely distributed in front of the sputter gun 31 .

한편, 상기 양측 자계형성바디(35)는 한 평면상에 위치하지 않고, 내측으로 꺾인 상태를 유지한다. 즉, 양측 자계형성바디(35)의 드럼을 향하는 대향면이 둔각의 사이각을 가지도록 배치된 것이다. 상기 사이각은 135도 내지 170도 일 수 있다.On the other hand, the magnetic field forming body 35 on both sides is not located on one plane and maintains a state of being bent inward. That is, the opposing surfaces of the magnetic field forming bodies 35 on both sides facing the drum are arranged so as to have an obtuse angle between them. The angle between them may be 135 degrees to 170 degrees.

도 3을 참조하면, 산소이온발생부(30)와 드럼(20)의 사이에 플라즈마영역(P)이 넓게 분포함을 알 수 있다. 외부로부터 주입된 산소분자가 플라즈마영역(P) 내부에 포함되어 에너지를 전달받기 용이하다. 산소는 상기 플라즈마영역(P) 내부로 유도되어 이온화 된 상태로, (실리콘이나 티타늄이 증착되고 있는) 글래스기판(22) 상에 가해져 글래스기판(22)상에 SiO2(이산화규소) 또는 TiO2(이산화티타늄)층을 형성한다.Referring to FIG. 3 , it can be seen that the plasma region P is widely distributed between the oxygen ion generator 30 and the drum 20 . Oxygen molecules injected from the outside are included in the plasma region P, so that energy is easily received. Oxygen is induced into the plasma region P and applied to the glass substrate 22 (on which silicon or titanium is deposited) in an ionized state to form SiO2 (silicon dioxide) or TiO2 (dioxide) on the glass substrate 22. titanium) layer.

이제 각 자계형성바디(35)에 배치되는 자석의 구성에 대해서 도 2 를 참조하여 상세히 후술한다.Now, the configuration of the magnets disposed in each magnetic field forming body 35 will be described in detail with reference to FIG. 2 .

도 2를 참조하면, 좌측 자계형성바디(35)에는 중심전자석(37e)과 영구자석(37a)이 배치되고, 우측 자계형성바디(35)에는 중심전자석(37e)과 영구자석(37b)이 배치된다. 즉, 본 발명의 자계형성바디(35) 각각은 중심에 일렬로 배열된 전자석과 해당 전자석을 둘러싸도록 배치되는 영구자석을 포함한다.Referring to FIG. 2, a central electromagnet 37e and a permanent magnet 37a are disposed on the left magnetic field forming body 35, and a central electromagnet 37e and a permanent magnet 37b are disposed on the right magnetic field forming body 35. do. That is, each of the magnetic field forming bodies 35 of the present invention includes electromagnets arranged in a line at the center and permanent magnets arranged to surround the electromagnets.

자계형성바디(35)는 경우에 따라 길이가 1m에 달할 정도로 긴 직사각형 형상을 가진다. 그런데 길이 방향으로 길게 배열된 자석의 자성을 일정하게 유지하는 것은 매우 어려운 일이다. 공장에서 제조할 때 길이방향 자성을 일정하게 세팅했다고 하더라도, 스퍼터장치(10)의 운용 중 여러 변수와 선택적 노화에 의하여 자계형성바디(35)가 생성하는 자성의 균일성은 열화되게 된다. 본 발명에 의한 스퍼터장치(10)에 포함되는 스퍼터건(31)은 이에 대비하여 자계형성바디(35)에 배치된 자석의 중심에 일련의 중심전자석(37e)을 배치하고, 중심전자석(37e)의 자력을 자력제어부(41)를 사용하여 제어한다. 도 3에 도시된 스퍼터건(31)은 하나의 자력제어부(41)를 포함하는 것으로 도시되었지만, 이는 본 발명을 제한하는 것이 아니고, 양측 자계형성바디(35)에 포함되는 중심전자석(37e) 각각을 제어하기 위한 별개의 자력제어부(41)가 존재할 수도 있다.The magnetic field forming body 35 has a rectangular shape long enough to reach 1 m in length in some cases. However, it is very difficult to maintain constant magnetism of magnets arranged long in the longitudinal direction. Even if the longitudinal magnetism is set constant at the time of manufacturing in the factory, the uniformity of the magnetism generated by the magnetic field forming body 35 is deteriorated due to various variables and selective aging during operation of the sputter device 10 . In contrast to this, the sputter gun 31 included in the sputter device 10 according to the present invention arranges a series of central electromagnets 37e at the center of the magnets disposed on the magnetic field forming body 35, and the central electromagnet 37e The magnetic force of is controlled using the magnetic force control unit 41. Although the sputter gun 31 shown in FIG. 3 is shown as including one magnetic force control unit 41, this is not intended to limit the present invention, and each of the central electromagnets 37e included in the magnetic field forming bodies 35 on both sides There may be a separate magnetic force control unit 41 for controlling.

자력제어부(41)에 의해 중심전자석(37e)의 자력이 제어되면, 길이 방향으로 긴 자계형성바디(35)에서 발생되는 자력이 자계형성바디(35) 전체에 걸쳐 일정하게 유지되도록 미세제어하는 것이 가능해진다. 그러므로, 스퍼터건(31)에 의해 증착되는 산소이온의 농도를 글래스기판(22) 전체에 걸쳐 일정하게 유지할 수 있기 때문에, 박막 두께의 균일성이 개선된다.When the magnetic force of the central electromagnet 37e is controlled by the magnetic force control unit 41, it is finely controlled so that the magnetic force generated from the long magnetic field forming body 35 in the longitudinal direction is maintained constant throughout the magnetic field forming body 35. it becomes possible Therefore, since the concentration of oxygen ions deposited by the sputter gun 31 can be kept constant throughout the glass substrate 22, the uniformity of the thin film thickness is improved.

전술된 바와 같이, 도 3에 도시된 양측의 자계형성바디(35)에서 발생되는 자력은 센터홀더를 기준으로 상호대칭을 이뤄야 하므로, 자력제어부(41)는 좌측 자계형성바디(35)와 우측 자계형성바디(35)에 설치된 중심전자석(37e)의 자력을 상호 대칭이 되도록 제어하는 것이 바람직하다.As described above, since the magnetic force generated from the magnetic field forming body 35 on both sides shown in FIG. It is preferable to control the magnetic force of the central electromagnet (37e) installed in the forming body (35) to be mutually symmetrical.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.In the above, the present invention has been described in detail through specific embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention.

10:스퍼터장치 12:진공챔버
12a:내부공간 14:제1스퍼터부
14a:실리콘캐소오드 14b:가스공급관
16:제2스퍼터부 16a:티타늄캐소오드
16b:가스공급관 18:진공펌프
20:드럼 22:글래스기판
31:스퍼터건 32:하우징
32a:밀폐공간부 33:커버
35:자계형성바디 35a:자석설치홈
37a:영구자석 37b:영구자석
37e: 중심전자석 30:산소이온발생부10: sputter device 12: vacuum chamber
12a: inner space 14: first sputter unit
14a: silicon cathode 14b: gas supply pipe
16: second sputter unit 16a: titanium cathode
16b: gas supply pipe 18: vacuum pump
20: drum 22: glass substrate
31: sputter gun 32: housing
32a: closed space portion 33: cover
35: magnetic field forming body 35a: magnet installation groove
37a: permanent magnet 37b: permanent magnet
37e: central electromagnet 30: oxygen ion generating unit

Claims

A vacuum chamber, a drum installed to be rotatable inside the vacuum chamber and fixing an object to be deposited on its outer circumferential surface, and a surface of the object to be deposited that revolves along a certain path according to the rotation of the drum and is disposed facing the drum. Plasma is formed between the deposition target in a state installed in a sputter device including a sputter unit for forming a film, and oxygen injected from the outside is ionized using the formed plasma and applied to the deposition target,
a pair of magnetic field forming bodies spaced parallel to each other and arranged to face the drum;
The first magnet group fixed to one magnetic field forming body and generating magnetic force of the first polarity in front of one magnetic field forming body, and the first magnet group fixed to the other magnetic field forming body and generating magnetic force of the second polarity in front of the other magnetic field forming body. 2 magnet groups;
a center holder located between the magnetic field forming bodies on both sides and connecting both magnetic field forming bodies to each other; and
a housing that protects the first and second magnet groups behind the pair of magnetic field forming bodies ; including,
The first magnet group and the second magnet group have a mutually symmetrical structure and include a plurality of central electromagnets arranged in a row and permanent magnets disposed around the central electromagnet, respectively;
A sputter gun for a sputter device including a separate magnetic force control unit for controlling the central electromagnets of the first magnet group and the second magnet group, respectively.

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According to claim 1,
The sputter gun for a sputter device in which the magnetic forces generated by the magnetic field forming body on one side and the magnetic field forming body on the other side are mutually symmetrical with respect to the center holder.

According to claim 3,
The sputter gun for a sputter device of claim 1, wherein the magnetic field forming bodies on both sides are arranged such that opposite surfaces facing the drum have an obtuse angle between them.

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