KR19990075436A

KR19990075436A - 이온빔 스퍼터링 다층박막 제조장치

Info

Publication number: KR19990075436A
Application number: KR1019980009638A
Authority: KR
Inventors: 황도원; 김말식; 신희성
Original assignee: 차동해; 주식회사 포스콘; 홍상복; 포스코신기술연구조합
Priority date: 1998-03-20
Filing date: 1998-03-20
Publication date: 1999-10-15

Abstract

본 발명은 이온빔 스퍼터링 다층박막 제조장치에 관한 것으로, 진공 챔버의 일단에 다수의 박막 타겟을 거치시킬 수 있도록 형성된 타겟홀더가 본체로부터 회전가능하게 설치되며 스퍼터링으로 온도가 상승되는 타겟홀더를 냉각시킬 수 있도록 장치되며 타겟에 충돌하는 입사각을 조절할 수 있도록 장치된 타겟홀더 조립체, 임의의 가스를 이온화시켜 박막 타겟 방향으로 고속 가속시켜 박막 타겟을 스퍼터링 할 수 있도록 장치되는 이온빔원, 다수의 기판을 거치시킬 수 있도록 형성된 기판홀더가 일정한 속도로 회전가능하게 설치되며 타겟홀더로부터의 거리를 조절할 수 있도록 기판홀더가 이송가능하게 설치되며 기판의 온도를 일정하기 유지하기 위한 세라믹 히터가 구비된 기판홀더 조립체, 박막이 형성된 기판을 선택할 수 있도록 설치된 셔터, 진공챔버의 내부를 진공상태로 배기시키기 위해 장치되는 진공 배기장치가 설치된 것이다.

본 발명에 따르면, 이온빔원을 이용한 다층박막 제조장치는 스퍼터링되어 성막되기 때문에 분자의 에너지가 커서 박막의 부착상태가 양호하며, 성막시 분위기가 청결하며, 고속 중성입자에 의한 박막의 손상이 없어 미세한 다층박막 형성에 유리한 효과를 얻을 수 있다.

Description

이온빔 스퍼터링 다층박막 제조장치

본 발명은 이온빔 스퍼터링 다층박막 제조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 진공 분위기하에서 이온빔을 소오스로 이용하여 선택적으로 타겟을 스퍼터링하고 선택적으로 기판에 성막시킴으로써 다양한 다층박막을 형성할 수 있는 이온빔 스퍼터링 다층박막 제조장치에 관한 것이다.

다층박막 제조장치는 단층, 이중층, 다층 등 원하는 박막을 제조할 수 있는 장치로서 반도체 공정의 금속박막 제조부문, 절연층 제조부문, 광학렌즈의 멀티코팅부문, 박막들로 이루어진 첨단소재 제보부문 등에 이용된다.

종래의 다층박막 제조장치로는 멀티 포켓 전자총 증발시스템, 멀티 타겟을 이용한 마그네트론 스퍼터링 시스템(magnetron sputtering system), 다수의 방출 셀(effusion cell)을 이용한 분자선 증착장치(molecular beam epitaxy : MBE) 등이 있다.

멀티 포켓 전자총 증발시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 진공챔버(1)의 아래부분에 다수의 포켓(2)이 장착된 전자총(electron beam source)이 부착되어 있고, 상부에 박막이 코팅될 기판(3)이 달려있다. 여기서 전자총의 포켓(2)을 회전시켜가면서 작동시키면 기판(3)에 다층박막이 형성된다. 그러나 이 장치에서는 박막이 만들어질 때 근본적으로 물질을 고온증발시켜 성막시키기 때문에 박막이 만들어질 때 에너지(0.1eV 정도)는 적다. 그래서 박막의 종류에 따라 박막의 부착상태가 좋지 않을 수가 있으며, 박막의 두께를 미세조절하기가 곤란하다.

또한, 마그네트론 스퍼터링 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 진공챔버(1)의 아래부분에 다수의 스퍼터링 건(sputtering gun;4)이 장착된 멀티 건 장치가 부착되어 있고, 상부에 박막이 코팅될 기판이 달려있다. 여기서 스퍼터링 건(4)을 번갈아 가면서 작동시키면 다층박막이 형성된다. 성막 분자들의 에너지(2∼4eV 정도)가 크기 때문에 박막의 공극률 및 부착정도는 양호하다. 그러나 가스 분위기에서 스퍼터링시키기 때문에 성막환경이 상대적으로 불량하다. 즉 오염의 정도가 상대적으로 높다. 그리고 기판(3)과 스퍼터링 건(4) 사이에 직류 또는 고주파 전압이 걸려 방전현상이 일어나야 스퍼터링이 되어 박막이 만들어지기 때문에 기판(3)과 스퍼터링 건(4) 사이의 거리에 제한이 있다. 또한 고속 중성입자의 존재 때문에 미세한 다층박막 제작은 곤란하다.

또한 분자선 증착장치는 박막을 미세조절하기는 쉬우나, 근본적으로 증발시켜 성막시키기 때문에 박막이 만들어질 때 에너지(0.1eV 정도)는 적다. 그래서 부착세기가 문제가 될 수 있다. 또한 고가의 장비여서 투자효율도 떨어진다.

본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기판상에 성막되는 분자의 에너지를 크게하여 박막의 부착상태를 양호하게 할 수 있으며, 성막시 진공분위기를 양호하게하여 상대적인 오염도를 저하시킬 수 있으며, 고속 중성입자에 의한 손상이 없는 박막을 형성할 수 있으며, 기판과 타겟 사이의 거리를 자유자재로 조절할 수 있으며, 다층박막 또는 선택적 다층박막을 성막시킬 수 있는 이온빔 스퍼터링 다층박막 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 박막 제조 공정이 이루어지는 내부공간을 구비하는 진공 챔버, 다수의 박막 타겟을 거치시킬 수 있도록 형성된 타겟홀더가 본체로부터 회전가능하게 설치되며 스퍼터링으로 온도가 상승되는 타겟홀더를 냉각시킬 수 있는 냉각수단이 장치되며 타겟에 충돌하는 이온빔원의 입사각을 조절할 수 있도록 장치된 타겟홀더 조립체, 임의의 가스를 박막 타겟 방향으로 고속 가속시켜 박막 타겟을 스퍼터링 할 수 있도록 장치되는 이온빔원, 다수의 기판을 거치시킬 수 있도록 형성된 기판홀더가 일정한 속도로 회전가능하게 설치되며 타겟홀더로부터의 거리를 조절할 수 있도록 기판홀더가 이송가능하게 설치되며 기판의 온도를 일정하기 유지하기 위한 세라믹 히터가 구비된 기판홀더 조립체, 박막이 형성될 기판을 선택할 수 있도록 설치되는 셔터, 진공챔버의 내부를 진공상태로 배기시키기 위해 장치되는 진공 배기장치를 포함하는 이온빔 스퍼터링 다층박막 제조장치를 제공한다.

도 1은 종래의 다층박막 제조용 전자총 증발장치를 도시한 개략도,

도 2는 종래의 다층박막 제조용 마그네트론 스퍼터링 장치를 도시한 개략도,

도 3은 본 발명에 따른 이온빔 스퍼터링 다층박막 제조장치를 도시한 정면도,

도 4는 본 발명에 따른 타겟홀더를 도시한 도 1 의 A-A' 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 기판홀더를 도시한 도 1 의 B-B' 단면도,

도 6은 본 발명에 다른 셔터를 도시한 도 1 의 C-C' 단면도,

도 7은 본 발명의 제조장치에 의해 타겟 분자가 스퍼터링 되어 날아가는 궤적을 도시한 상태도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 >

10 ; 진공챔버 11 ; 박막 타겟

12 ; 기판 20 ; 진공 배기장치

30 ; 이온빔원 40 ; 타겟홀더 조립체

41 ; 타겟홀더 42 ; 냉각수단

43 ; 벨로우즈 44 ; 회동수단

45 ; 각도조절수단 46 ; 베이스

47,48 ; 고정스크류 50 ; 기판홀더 조립체

51 ; 기판홀더 52 ; 세라믹 히터

53 ; 회동장치 531 ; 회동축

532 ; 모터 533 ; 제 1 브라켓

54 ; 수직이송장치 541 ; 고정 플레이트

542 ; 이송축 543 ; 칼럼

544 ; 이송노브 545 ; 이송 플레이트

546 ; 가이드 55 ; 벨로우즈

56 ; 간격조절수단 561 ; 로드

562 ; 제 2 브라켓 563 ; 너트부

60 ; 셔터 61 ; 개방부

62 ; 셔터 이송기

이하 본 발명의 구성 및 작용효과를 첨부도면과 함께 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 이온빔 스퍼터링 다층박막 제조장치의 개략적인 단면 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명은 진공 챔버(10), 이온빔원(30), 타겟홀더 조립체(40), 기판홀더 조립체(50), 셔터(60) 및 진공 배기장치(20)를 구비한다.

상기 진공챔버(10)는 다층박막 제조공정이 진공 분위기하에서 이루어질 수 있도록 밀폐된 내부공간을 구비하며, 그 일단에는 진공챔버(10)를 진공상태로 배기시켜주기 위한 진공 배기장치(20)가 설치된다.

상기 이온빔원(30)은 박막 타겟(11)을 스퍼터링(sputtering) 시킬 목적으로 임의의 가스를 이온화시켜 박막 타겟(11) 방향으로 고속 가속시키는 장치로서, 진공챔버(10)의 일단에 설치된다.

상기 타겟홀더 조립체(40)는 타겟홀더(41), 냉각수단(42), 벨로우즈(43), 회동수단(44) 및 각도조절수단(45)으로 구성된다.

상기 진공챔버(10)의 일단에 타겟홀더 조립체(40)를 장착하기 위한 베이스(46)가 설치된다.

상기 타겟홀더(41)는 박막 진공 챔버(10) 내부에 위치하도록 설치되며, 그 상면에는 도 3에 도시된 바와 같이, 박막 타겟(11)을 4개 혹은 5개 정도를 동일 평면상에 장착시킬 수 있도록 형성된다.

상기 타겟홀더(41)의 내부에는 냉각수단(42)이 설치되어 박막 타겟(11)이 스퍼터링될 때 온도가 상승되는 것을 방지하게 된다.

상기 회동수단(44)은 진공챔버(10) 외부에서 타겟홀더(41)를 회동시킬 수 있도록 상기 베이스(46)를 관통하여 타겟홀더(41)의 저면 중심부에 결합된다. 상기 회동수단(44)은 베이스(46) 관통부에서 공회전되어 타겟홀더(41)의 상면에 장착된 다수의 박막 타겟(11)중에서 소망하는 박막 타겟(11)을 이온빔원(30)에서 가속되는 이온빔과 일직선상에 정렬되도록하여 스퍼터링이 이루어지도록 한다.

상기 각도조절수단(45)은 진공챔버(10)의 외부에서 이온빔이 박막 타겟(11)에 충돌하는 입사각도를 임의로 조절할 수 있도록 상기 베이스(46)를 관통하여 타겟홀더(41)의 저면 양단에 결합된다. 상기 각도조절수단(45)은 상기 베이스(46) 관통부에서 나사결합되어 상기 각도조절수단(45)의 회전운동이 직선운동으로 변환되어 상기 타겟홀더(41)의 일측 저면을 밀어줄 수 있도록 설치된다.

상기 회동수단(44)과 상기 타겟홀더(41)를 결합부는 볼 조인트 결합되어 상기 각도조절수단(45)의 입사각 조절에 간섭이 일으키지 않도록 되어 있다.

상기 회동수단(44)과 상기 각도조절수단(45)의 일단에는 각각 고정스크류(47,48)이 장착되어 조절상태를 고정시킬 수 있도록 되어 있다.

상기 벨로우즈(43)는 상기 베이스(46)와 상기 타겟홀더(41) 사이에 상기 회동수단(44)과 각도조절수단(45)을 에워쌓을 수 있도록 설치된다. 따라서, 상기 진공챔버(10) 외부에 위치하는 상기 회동수단(44) 및 상기 각도조절수단(45)의 일단을 진공챔버(10) 내부환경으로부터 격리되어 있으며, 베이스(46)와 회동수단(44) 및 각도조절수단(45)의 결합부를 통해 베이스(46) 외부에 존재하는 불순물 등이 유입되는 것을 차단하며, 타겟홀더(41)의 회동 및 각도조절에 따라 그 위치가 변화되더라도 그 변위를 흡수하여 진공상태를 양호하게 유지할 수 있도록 한다.

한편, 상기 기판 홀더 조립체(50)는 기판홀더(51), 세라믹 히터(52), 회동장치(53) 및 수직이송장치(54)로 구성된다.

상기 기판홀더(51)는 도 5에 도시된 바와 같이, 동일 평면상에 복수개의 기판(12)을 장착할 수 있도록 형성된다.

상기 기판홀더(51)의 후면에는 세라믹 히터(52)가 설치되어 다층박막 제조시 박막의 종류에 따라 기판(12)의 온도를 적절하게 유지시켜 줄 수 있는 열 공급 장치이다.

상기 기판홀더(51)는 수직이송장치(54) 및 회동장치(53)에 의해 박막 타겟(11)과 기판(12) 사이의 거리를 임의로 조절할 수 있으며, 원하는 기판(12)에만 박막 타겟(11) 물질을 성막시킬 수 있도록 되어 있다.

이를 위해 상기 기판홀더(51)의 후면 중심부에는 진공챔버(10)의 상면을 관통하는 수직방향으로 회동축(531)이 설치되며, 상기 회동축(531)의 선단에는 상기 회동축(531)에 구동력을 발생시키는 모터(532)가 설치되는 회동장치(53)가 구성된다.

한편, 상기 회동축(531)이 돌출된 상기 진공챔버(10)의 일단에 고정 플레이트(541)가 상기 회동축(531)에 대하여 수평방향으로 설치된다.

상기 고정 플레이트(541) 상면에 수직방향으로 수직이송장치(54)가 설치된다.

상기 수직이송장치(54)는 상기 고정 플레이트(541) 상면에 수직으로 설치되며 외주면에 나사산(도면상 미도시)이 형성된 이송축(542)과, 상기 이송축(542)의 나사산과 나사결합될 수 있도록 내주연에 나사산이 형성되며 상기 이송축(542)과 동일축상으로 나사결합되어 상하방향으로 직선이동 가능하도록 설치되는 칼럼(543)과, 상기 칼럼(543)의 일단에 상기 칼럼(543)을 회동시키기 위한 이송노브(544)와, 상기 칼럼(543)의 외주연과 상기 회동축(531) 사이에 상기 고정 플레이트(541)와 평행한 방향으로 설치되어 상기 칼럼(543)과 함께 상하방향으로 이동가능하도록 설치되는 이송 플레이트(545)와, 상기 이송 플레이트(545)의 이송을 원할하게 안내할 수 있도록 상기 고정 플레이트(541)의 일단에 수직방향으로 설치되어 상기 이송 플레이트(545)의 일단을 관통하도록 설치된 가이드(546)으로 이루어진다.

한편, 상기 모터(532)는 상기 이송 플레이트(545)의 일단에 부착된 제 1 브라켓(533)에 의해 지지된다.

한편, 상기 고정 플레이트(541)과 상기 이송 플레이트(545) 사이에 위치한 상기 회동축(531) 둘레를 기밀처리하기 위해 벨로우즈(55)가 장착된다. 상기 벨로우즈(55)는 회동축(531)이 진공챔버(10)를 관통하여 이송되는 과정에서 결합부를 통해 진공챔버(10) 내부의 진공상태 유지를 위해 설치되는 것으로, 이송 플레이트(545)의 상하 운동에 따른 변위를 흡수하여 간섭을 일으키지 않도록 한다.

한편, 상기 세라믹 히터(52)의 일단에는 기판(12)의 온도 조절을 위해 기판홀더(51)와 세라믹 히터(52)의 간격을 조절할 수 있는 간격조절수단(56)이 설치된다.

상기 간격조절수단(56)은 상기 세라믹 히터(52)의 일단에 수직방향으로 설치되어 진공챔버(10)의 일단을 관통하여 설치되는 로드(561)와, 내주연에 나사산이 형성되어 상기 로드(561)의 선단과 나사결합되는 너트부(562)와, 상기 너트부(562)와 상기 이송 플레이트(545) 사이에 설치되는 제 2 브라켓(563)으로 구성된다.

이와같은 간격조절수단(56)은 상기 로드(561)를 회전시켜 상기 너트부(562)를 기준으로 상하이동시킴으로써 세라믹 히터(52)와 기판홀더(51)의 간격을 조절한다.

상기 셔터(60)는 원하는 기판에만 타겟물질을 성막시킬 수 있도록 설치된다. 상기 셔터(60)는 도 6에 도시된 바와 같이, 기판홀더(51)의 전면을 차단할 수 있을 정도의 크기로 형성되며 그 일단에 어느 하나의 기판에만 스퍼터링된 타겟물질이 통과할 수 있도록 개방구(61)가 형성된다. 한편, 상기 셔터(60)는 진공챔버(10)의 일측벽에 설치된 셔터이송기(62)에 의해 기판홀더(51) 정면에 위치하거나 옆으로 이송되어 개방될 수 있도록 되어 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온빔 스퍼터링 다층박막 제조장치의 작용을 설명한다.

진공 배기장치(20)는 진공챔버 내부가 소정의 진공도로 유지될 수 있도록 배기시킨다.

이온빔원(30)은 이온빔을 발생시켜 타겟홀더(41) 방향으로 이온빔을 고속으로 가속시켜 이온빔이 박막 타겟(11)에 충돌하면서 타겟 물질을 스퍼터링한다.

상기 타겟홀더(41)는 박막 타겟(11)을 4개 혹은 그 이상을 동일 평면상에 장착시킬 수 있으며, 그 내부에 설치된 냉각수단(42)은 박막 타겟(11)이 스퍼터링될 때 온도가 상승되는 것을 방지한다.

상기 타겟홀더(41)는 회동수단(44)에 의해 타겟홀더(41)의 상면에 장착된 다수의 박막 타겟(11)중에서 소망하는 박막 타겟(11)을 이온빔원(30)에서 가속되는 이온빔과 일직선상에 정렬되도록 한다.

상기 타겟홀더(41)는 각도조절수단(45)에 의해 이온빔이 박막 타겟(11)에 충돌하는 입사각도를 임의로 조절할 수 있다. 즉, 상기 각도조절수단(45)의 회전운동이 직선운동으로 변환되어 상기 타겟홀더(41)의 일측 저면을 밀어주어 입사각도를 조절한다. 특히, 상기 회동수단(44)과 상기 타겟홀더(41)는 볼 조인트 결합에 의해 타겟홀더(41)의 입사각도 조절시 간섭이 일으나지 않게 된다.

한편, 고정스크류(47,48)는 상기 회동수단(44) 및 각도조절수단(45)를 고정시킴으로써 타겟홀더(41)의 조절상태를 고정시킬 수 있다.

상기 벨로우즈(43)는 상기 회동수단(44) 및 상기 각도조절수단(45)의 일단을 진공챔버(10) 내부환경으로부터 격리시켜 보호하며, 베이스(46)와 회동수단(44) 및 각도조절수단(45)의 결합부를 통해 진공챔버(10) 외부에 존재하는 불순물 등이 유입되는 것을 차단하며, 타겟홀더(41)의 회동 및 각도조절에 따라 그 위치가 변화되더라도 그 변위를 흡수하여 진공상태를 양호하게 유지할 수 있도록 한다.

한편, 상기 기판홀더(51)에는 동일 평면상에 복수개의 기판(12)이 장착될 수 있다.

상기 세라믹 히터(52)는 다층박막 제조시 박막의 특성에 따라 기판(12)의 온도를 적절하게 유지시켜 준다.

상기 기판홀더(51) 및 세라믹 히터(52)는 수직이송장치(54) 및 회동장치(53)에 의해 박막 타겟(11)과 기판(12) 사이의 거리를 임의로 조절할 수 있으며, 회동장치(53)와 셔터(60)를 이용하여 원하는 기판(12)에만 타겟물질을 성막시킬 수 있다.

상기 회동장치(53)의 모터(532)는 회동축(531)에 구동력을 발생시켜 기판홀더(51)를 회전시킨다.

상기 수직이송장치(54)는 이송노브(544)를 회전시키면 칼럼(543)과 이송축(542)이 연장되거나 줄어들면서 고정된 고정 플레이트(541)에 대하여 이송 플레이트(545)가 상하방향으로 이송되면서 회동축(531)을 상하방향으로 이송시켜 기판홀더(51)가 상하방향으로 이송되도록 한다.

모터(532)는 상기 이송 플레이트(545)와 함께 움직이며, 가이드(546)은 이송 플레이트(545)의 안정적인 상하이동을 안내한다.

벨로우즈(55)는 상기 진공챔버(10)의 일단을 관통하여 상하이송되는 회동축(531)과의 연결부를 통해 외부의 불순물이 유입되는 것을 차단한다. 즉, 회동축(531)의 상하 운동에 따른 변위를 흡수하면서 기밀작용을 한다.

한편, 상기 간격조절수단(56)은 로드(561)를 회전시켜 너트부(562)를 기준으로 상하이동시킴으로써 세라믹 히터(52)와 기판홀더(51)의 간격을 조절하여 기판(12)의 온도를 조절한다.

한편, 상기 셔터(60)는 셔터이송기(62)에 의해 기판홀더(51) 정면에 위치하여 스퍼터링되는 타겟물질을 개방부(61)를 통해 원하는 기판에만 선택적으로 성막시키거나 셔터를 개방시킨 상태에서 스퍼터링하여 모든 기판(12)에 동일한 타겟물질이 성막될 수 있도록 한다.

도 7은 본 발명의 제조장치에 의해 타겟 분자가 스퍼터링 되어 날아가는 궤적을 도시한 상태도이다.

이하, 본 발명에 따른 이온빔 스퍼터링 다층박막 제조장치를 이용하여 모든 기판상에 동일한 박막을 형성하는 경우와, 각각의 기판마다 서로 다른 박막을 형성하는 경우를 예로 들어 다층박막 제조공정을 설명한다.

다층박막 제조를 위해서는 먼저 진공 배기장치(20)로 진공챔버(10) 내부에 소정의 진공상태를 형성한다.

먼저, 첫 번째의 경우에는 셔터(60)를 개방시킨 상태에서 이온빔원(30)을 가동시켜 어느 하나의 타겟(c)을 스퍼터링 시켜 원하는 두께만큼 증착한다. 이어서 타겟홀더(41)를 회전시켜 다른 하나의 타겟(b)을 이온빔이 충돌하는 위치에 두고 스퍼터링 시켜 원하는 두께만큼 증착한다. 다시 타겟홀더(41)를 회전시켜 또 다른 하나의 타겟(a)을 이온빔이 나오는 위치에 두고 스퍼터링 시킨다. 이와같은 과정을 연속해서 반복하면 모든 기판에 a/b/c/a/b/c/.../a/b/c/기판과 같은 박막이 형성된다.

두 번째의 경우에는 앞서와 마찬가지로 진공챔버(10) 내부에 진공을 형성한 후 셔터(60)를 셔터이송기(62)를 이용하여 기판홀더(51) 전면에 위치하도록 한다. 이어서, 기판1을 셔터(60)의 개방부(61)와 일직선이 되도록 기판홀더(51)를 회전시켜 정렬시킨다. 이어서, 이온빔원을 가동시켜 타겟(c)을 스퍼터링시켜 원하는 두께만큼 증착한다. 이어서, 타겟홀더(41)를 회전시켜 타겟(b)을 이온빔이 충돌하는 위치에 두고 스퍼터링 시킨다. 다시 타겟홀더(41)를 회전시켜 타겟(a)을 이온빔이 나오는 위치에 두고 스퍼터링 시킨다. 이와같은 과정을 연속해서 되풀이하여 기판1의 다층박막 작업을 완료한 후 기판2를 셔터(60)의 개방부(61)와 일직선이 되도록 기판홀더(51)를 회전시켜 정렬시킨다. 이어서, 타겟홀더(41)를 회전시켜가면서 타겟(b), 타겟(a)을 순차적으로 이온빔이 충돌하는 위치에 두고 스퍼터링 시키는 과정을 연속해서 되풀이 한다. 이와같은 과정을 연속해서 되풀이하여 기판2의 다층박막 작업을 완료한 후 기판3을 셔터(60)의 개방부(61)와 일직선이 되도록 기판홀더(51)를 회전시켜 정렬시킨다. 이어서, 타겟홀더(41)를 회전시켜가면서 타겟(c), 타겟(a)을 순차적으로 이온빔이 충돌하는 위치에 두고 스퍼터링 시키는 과정을 연속해서 되풀이하여 기판3의 다층박막을 완성한다.

이와같이 형성된 기판은 a/b/c/a/b/c/.../a/b/c/기판1, a/b/a/b/.../a/b/기판2, a/c/a/c/.../a/c/기판3과 같은 박막이 형성된다.

이상, 상기 내용은 바람직한 일 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.

따라서, 본 발명에 따른 다층박막 제조장치는 이온빔을 소오스(source)로 사용하며 진공 분위기에서 다층박막 제조공정이 이루어진다. 따라서, 종래의 전자총 증발 장치에 비해 성막시 분자 에너지가 커서 박막의 부착상태를 양호하게 할 수 있다.

또한, 종래의 마그네트론 스퍼터링 장치처럼 가스 분위기에서 스퍼터링이 이루어지지 않으므로 성막 환경이 상대적으로 양호하며, 특히 고속 중성입자에 의한 박막의 손상이 일어나지 않으므로 미세한 박막을 제조하는데 유리하다.

또한, 종래의 마그네트론 스퍼터링 장치는 기판과 건 사이에 DC 또는 RF 전압이 걸려 방전현상이 일어나야 하므로 기판과 건 사이의 거리가 고정되어 있었으나 본 발명에 따르면 기판홀더를 상하방향으로 이송시켜 기판과 타겟 사이의 거리를 조절할 수 있다. 이와같은 거리 조절은 성막환경을 좀더 유리하게 설정할 수 있는 잇점이 있으며, 성막효율을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

Claims

박막 제조 공정이 이루어지는 내부공간을 구비하는 진공 챔버;

다수의 박막 타겟을 거치시킬 수 있도록 형성된 타겟홀더가 회전가능하게 설치되며 타겟에 충돌하는 입사각을 조절할 수 있도록 장치된 타겟홀더 조립체;

임의의 가스를 박막 타겟 방향으로 고속 가속시켜 박막 타겟을 스퍼터링 할 수 있도록 장치되는 이온빔원;

다수의 기판을 거치시킬 수 있도록 형성된 기판홀더가 회전가능하게 설치되며 타겟과의 거리를 조절할 수 있도록 설치되는 기판홀더 조립체;

원하는 기판만을 선택할 수 있도록 설치된 셔터;

진공챔버의 내부를 진공상태로 배기시키기 위해 장치되는 진공 배기장치를 포함하는 이온빔 스퍼터링 다층박막 제조장치.
제 1 항에 있어서, 상기 타겟홀더 조립체(40)는 다수의 박막 타겟(11)을 동일 평면상에 장착시킬 수 있도록 형성된 타겟홀더(41)와, 진공챔버(10) 외부에서 타겟홀더(41)를 회동시킬 수 있도록 베이스(46)를 관통하여 타겟홀더(41)의 저면 중심부에 결합되는 회동수단(44)과, 진공챔버(10)의 외부에서 이온빔이 박막 타겟(11)에 충돌하는 입사각도를 임의로 조절할 수 있도록 베이스(46)를 관통하여 타겟홀더(41)의 저면 양단에 결합되는 각도조절수단(45)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 이온빔 스퍼터링 다층박막 제조장치.
제 2 항에 있어서, 상기 타겟홀더(41)의 내부에 냉각수단(42)이 설치되는 것을 특징으로 하는 이온빔 스퍼터링 다층박막 제조장치.
제 2 항에 있어서, 상기 회동수단(44)은 베이스(46) 관통부에서 공회전되는 것을 특징으로 하는 이온빔 스퍼터링 다층박막 제조장치.
제 2 항에 있어서, 상기 각도조절수단(45)은 상기 베이스(46) 관통부에서 나사결합되는 것을 특징으로 하는 이온빔 스퍼터링 다층박막 제조장치.
제 2 항에 있어서, 상기 회동수단(44)과 상기 타겟홀더(41)의 결합부는 볼 조인트 결합되는 것을 특징으로 하는 이온빔 스퍼터링 다층박막 제조장치.
제 2 항에 있어서, 상기 회동수단(44)과 상기 각도조절수단(45)의 일단에 각각 고정스크류(47,48)이 장착되는 것을 특징으로 하는 이온빔 스퍼터링 다층박막 제조장치.
제 2 항에 있어서, 상기 베이스(46)와 상기 타겟홀더(41) 사이에 상기 회동수단(44)과 각도조절수단(45)을 에워쌓을 수 있도록 벨로우즈(43)가 설치되는 것을 특징으로 하는 이온빔 스퍼터링 다층박막 제조장치.
제 1 항에 있어서, 상기 기판 홀더 조립체(50)는 동일 평면상에 복수개의 기판을 장착할 수 있도록 형성된 기판홀더(51)와, 박막 타겟(11)과 기판(12) 사이의 거리를 임의로 조절할 수 있도록 설치되는 수직이송장치(54)와, 기판홀더(51)를 회동시킬 수 있도록 설치되는 회동장치(53)로 구성되는 것을 특징으로 하는 이온빔 스퍼터링 다층박막 제조장치.
제 9 항에 있어서, 상기 기판홀더(51)의 후면에는 세라믹 히터(52)가 설치되는 것을 특징으로 하는 이온빔 스퍼터링 다층박막 제조장치.
제 9 항에 있어서, 상기 회동장치(53)은 상기 기판홀더(51)의 후면 중심부에 진공챔버(10)의 상면을 관통하는 수직방향으로 설치되는 회동축(531)과 상기 회동축(531)의 선단에 상기 회동축(531)에 구동력을 발생시키는 모터(532)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온빔 스퍼터링 다층박막 제조장치.
제 11 항에 있어서, 상기 모터(532)는 제 1 브라켓(533)에 의해 상기 이송 플레이트(545)의 일단에 부착되는 것을 특징으로 하는 이온빔 스퍼터링 다층박막 제조장치.
제 9 항에 있어서, 상기 수직이송장치(54)는 진공챔버(10)의 일단에 설치되는 고정 플레이트(541)와, 상기 고정 플레이트(541) 상면에 수직으로 설치되며 외주면에 나사산이 형성된 이송축(542)과, 상기 이송축(542)의 나사산과 나사결합될 수 있도록 내주연에 나사산이 형성되며 상기 이송축(542)과 동일축상으로 나사결합되어 상하방향으로 직선이동 가능하도록 설치되는 칼럼(543)과, 상기 칼럼(543)의 일단에 상기 칼럼(543)을 회동시키기 위한 이송노브(544)와, 상기 칼럼(543)의 외주연과 상기 회동축(531) 사이에 상기 고정 플레이트(541)와 평행한 방향으로 설치되어 상기 칼럼(543)과 함께 상하방향으로 이동가능하도록 설치되는 이송 플레이트(545)로 구성되는 것을 특징으로 하는 이온빔 스퍼터링 다층박막 제조장치.
제 13 항에 있어서, 상기 이송 플레이트(545)의 이송을 원할하게 안내할 수 있도록 상기 고정 플레이트(541)의 일단에 수직방향으로 설치되어 상기 이송 플레이트(545)의 일단을 관통하도록 가이드(546)가 설치되는 것을 특징으로 하는 이온빔 스퍼터링 다층박막 제조장치.
제 14 항에 있어서, 상기 고정 플레이트(541)과 상기 이송 플레이트(545) 사이에 위치한 상기 회동축(531) 둘레를 기밀처리하기 위해 벨로우즈(55)가 설치되는 것을 특징으로 하는 이온빔 스퍼터링 다층박막 제조장치.
제 10 항에 있어서, 상기 세라믹 히터(52)의 일단에 기판(12)의 온도 조절을 위해 기판홀더(51)와 세라믹 히터(52)의 간격을 조절할 수 있는 간격조절수단(56)이 설치되는 것을 특징으로 하는 이온빔 스퍼터링 다층박막 제조장치.
제 16 항에 있어서, 상기 간격조절수단(56)은 상기 세라믹 히터(52)의 일단에 수직방향으로 설치되어 진공챔버(10)의 일단을 관통하여 설치되는 로드(561)와, 내주연에 나사산이 형성되어 상기 로드(561)의 선단과 나사결합되는 너트부(562)와, 상기 너트부(562)와 상기 이송 플레이트(545) 사이에 설치되는 제 2 브라켓(562)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 이온빔 스퍼터링 다층박막 제조장치.
제 1 항에 있어서, 상기 셔터(60)는 원하는 기판에만 타겟물질을 성막시킬 수 있도록 기판홀더(51)의 전면을 차단할 수 있을 정도의 크기로 형성되며 그 일단에 어느 하나의 기판에만 스퍼터링된 타겟물질이 통과할 수 있도록 개방구(61)가 형성되는 것을 특징으로 하는 이온빔 스퍼터링 다층박막 제조장치.
제 1 항에 있어서, 상기 셔터(60)는 상기 기판홀더(51) 정면에 위치시키거나 개방시킬 수 있도록 셔터이송기(62)가 구비되는 것을 특징으로 하는 이온빔 스퍼터링 다층박막 제조장치.