KR20080012620A - High uniformity facing target type sputtering apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래의 마그네트론 스퍼터링 장치의 단면도.1 is a cross-sectional view of a conventional magnetron sputtering device.
도 2는 종래 대향 타겟식 스퍼터링 장치의 단면도.2 is a cross-sectional view of a conventional counter target sputtering apparatus.
도 3a는 종래 대향 타겟식 스퍼터링 장치에 사용되는 영구자석의 배열을 도시하는 도면.3A is a diagram showing an arrangement of permanent magnets used in a conventional counter target sputtering apparatus.
도 3b는 종래 대향 타겟식 스퍼터링 장치에서의 스퍼터링 타겟과 영구자석의 배치를 도시하는 사시도.Fig. 3B is a perspective view showing the arrangement of the sputtering target and the permanent magnet in the conventional counter target sputtering apparatus.
도 3c는 도 3b의 라인 B를 기준으로 절단했을 경우의 종래 대향 타겟식 스퍼터링 장치의 단면도.3C is a cross-sectional view of a conventional opposing target sputtering apparatus when cut based on the line B of FIG. 3B.
도 4a는 본 발명의 대향 타겟식 스퍼터링 장치에 사용되는 영구자석의 배열을 도시하는 도면.4A is a diagram showing an arrangement of permanent magnets used in the counter-targeted sputtering apparatus of the present invention.
도 4b는 본 발명의 대향 타겟식 스퍼터링 장치에서의 스퍼터링 타겟과 영구자석의 배치를 도시하는 사시도.Fig. 4B is a perspective view showing the arrangement of the sputtering target and the permanent magnet in the opposed target sputtering apparatus of the present invention.
도 4c는 도 4b의 라인 A를 기준으로 절단했을 경우의 본 발명의 대향 타겟식 스퍼터링 장치의 단면도.4C is a cross-sectional view of the opposing target sputtering apparatus of the present invention when cut based on the line A in FIG. 4B.
도 5는 본 발명의 대향 타겟식 스퍼터링 장치의 전압-전류 특성 곡선.5 is a voltage-current characteristic curve of the counter-targeted sputtering apparatus of the present invention.
도 6는 종래 마그네트론 스퍼터링 장치와 본 발명의 대향 타겟식 스퍼터링 장치에 대한 방출분광분석법으로 측정된 티타늄 및 Ar의 중성입자 및 이온의 분광선.FIG. 6 is a spectral line of neutral particles and ions of titanium and Ar measured by emission spectroscopy for a conventional magnetron sputtering device and the counter-targeted sputtering device of the present invention. FIG.
도 7은 본 발명의 대향 타겟식 스퍼터링 장치로 증착된 구리 박막의 분당 증착율을 도시한 그래프.7 is a graph showing the deposition rate per minute of the copper thin film deposited by the counter-targeted sputtering apparatus of the present invention.
도 8은 종래 대향 타겟식 스퍼터링 장치와 본 발명에 따른 대향 타겟식 스퍼터링 장치를 이용하여 기판에 박막을 증착했을 때의 박막 균일도를 측정한 그래프8 is a graph measuring uniformity of a thin film when a thin film is deposited on a substrate by using a conventional counter target sputtering apparatus and a counter target sputtering apparatus according to the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
1: 스퍼터원 홀더 2: 절연체1: sputter one holder 2: insulator
3: 페라이트 4: 음극3: ferrite 4: cathode
5: 타겟홀더 6: 타겟5: target holder 6: target
7: 자계 생성 수단 8: 양극7: field generating means 8: anode
30: 기판 지지대 40: 요홈30: substrate support 40: groove
50: 전원장치 a~d: 자석편 50: power supply a to d: magnet
본 발명은 대향식 스퍼터링 장치를 사용하여 대향 타겟 사이에 구속된 전자의 자력선을 따라 회전 운동 왕복운동을 유도함으로서 고밀도, 고이온화 플라즈마를 구현하고, 저온 증착 및 높은 이온에너지에 의한 기판 손상의 방지가 가능하도 록 한 대향 타겟 스퍼터링 장치에 관한 것으로, 상세하게는 스퍼터링 장치의 타겟 전면에 균일한 자계를 형성시켜 기판의 박막 증착 균일성을 높인 요홈형 또는 계단형 자석구조를 가진 대향식 스퍼터링 장치에 관한 것이다. The present invention implements a high-density, high-ionized plasma by inducing rotational reciprocating motion along the magnetic lines of electrons confined between opposing targets using an opposing sputtering device, and prevents substrate damage due to low temperature deposition and high ion energy. The present invention relates to an opposing target sputtering device that is capable of performing the above, and more particularly, to an opposing sputtering device having a recessed or stepped magnet structure in which a uniform magnetic field is formed on the front surface of the target of the sputtering device to increase the uniformity of thin film deposition on the substrate. will be.
스퍼터링은 박막 코팅에서 널리 사용되는 방법으로, 디스플레이, 광학, 내마모 코팅, 반도체 등 다양한 산업 분야에 이용되고 있다.Sputtering is a widely used method in thin film coatings and is used in various industrial fields such as display, optical, abrasion resistant coating, and semiconductor.
종래의 마그네트론 스퍼터링 기술은 기판 면에 대향하는 타겟을 이용하여 기판 위에 막을 형성하는 기술로서 널리 사용되고 있다. 도 1은 종래의 마그네트론 스퍼터링 장치를 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이 종래의 마그네트론 스퍼터링 장치는 타겟 앞편에 전자 및 이온 구속을 위한 자계를 형성시키고 예를 들어, 이온화된 Ar 이온들이 타겟에 충돌하면서 운동량 전달에 의하여 타겟 원자가 스퍼터링 된다. 그러나 이러한 마그네트론 스퍼터링 기술은 기판 면에 타겟에 대향하고 스퍼터링되는 증착 물질의 운동에너지가 과도하게 높기 때문에 고운동에너지를 갖는 이온이 폴리머 또는 유기 발광 소자의 유기층등 상에 스퍼터링되는 경우에는 폴리머층 또는 유기층이 손상될 수 있다는 문제점이 있다.Conventional magnetron sputtering techniques are widely used as a technique for forming a film on a substrate using a target facing the substrate surface. 1 shows a conventional magnetron sputtering apparatus. As shown in FIG. 1, a conventional magnetron sputtering device forms a magnetic field for electron and ion confinement in front of a target, and target atoms are sputtered by momentum transfer, for example, when ionized Ar ions collide with the target. However, since the magnetron sputtering technology opposes the target on the substrate surface and the kinetic energy of the sputtered deposition material is excessively high, when the ions having high kinetic energy are sputtered on the polymer or the organic layer of the organic light emitting device, the polymer layer or the organic layer There is a problem that this can be damaged.
따라서 이러한 문제점을 해소하기 위한 일 방안으로서, 타겟과 기판을 직접 대면시키지 않는 구조의 대향 타겟식 스퍼터링 장치가 사용된다. Therefore, as one solution to solve this problem, an opposing target sputtering apparatus having a structure that does not directly face the target and the substrate is used.
종래 기술에 따른 대향 타겟식 스퍼터링 장치는 타겟의 대향하는 타겟면을 제외한 부분을 양극으로 덮는 구조를 가지고 있으며 타겟에 수직한 자계를 형성시키기 위하여 대향 타겟의 후면에 영구자석을 배치하여 대향 타겟 내에 전자를 구속하는 구조를 가진다. The opposing target sputtering apparatus according to the prior art has a structure in which a portion of the target except for the opposing target surface is covered with an anode, and a permanent magnet is disposed on the rear surface of the opposing target so as to form a magnetic field perpendicular to the target. It has a structure to constrain it.
통상적인 대향 타겟식 스퍼터링 장치가 도 2에 도시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 통상적인 대향식 스퍼터링 장치는 진공챔버 내에 설치 구성되는 대향식 타겟과 그 후면에 설치된 영구자석과, 전원장치와, 기판을 지지하는 기판 지지대로 구성된다. A typical counter target sputtering apparatus is shown in FIG. 2. As shown in FIG. 2, a conventional counter sputtering apparatus is composed of an opposing target installed in a vacuum chamber, a permanent magnet installed on a rear surface thereof, a power supply device, and a substrate support for supporting a substrate.
도 3a는 종래 대향 타겟식 스퍼터링 장치에 사용되는 영구자석의 배열을 도시하고, 도 3b는 종래 대향 타겟식 스퍼터링 장치에서의 스퍼터링 타겟과 영구자석의 배치를 도시한다. 도 3c는 도 3b의 라인 B를 기준으로 절단했을 경우의 종래 대향 타겟식 스퍼터링 장치의 단면도를 도시하는 것으로 대향 타겟식 스퍼터링 장치의 각각의 구성요소와 타겟 및 영구자석의 위치를 보여주고 있다. 이와 같은 종래 대향 타겟식 스퍼터링 장치에 사용되는 영구자석은, 도 3에 도시된 바와 같이 전체 구조가 사각형으로 되어 타겟에 부착되도록 되어 있다. 상기 대향식 타겟은 스퍼터링된 원자 및 전자 방출을 위하여 (-) 전압이 인가되고, 상기 기판은 대향식 타겟의 측방에 설치되며, 상기 영구자석은 상기 타겟의 후방에 설치되어 자계를 인가하게 된다. FIG. 3A shows an arrangement of permanent magnets used in a conventional opposing target sputtering apparatus, and FIG. 3B shows an arrangement of a sputtering target and a permanent magnet in a conventional opposing target sputtering apparatus. FIG. 3C shows a cross-sectional view of a conventional counter target sputtering apparatus when cut based on the line B of FIG. 3B, showing each component of the counter target sputtering apparatus and the positions of the targets and the permanent magnets. As shown in FIG. 3, the permanent magnets used in the conventional counter-targeting sputtering device have a rectangular structure and are attached to the target. The opposing target is applied with a negative voltage for sputtered atom and electron emission, the substrate is installed on the side of the opposing target, and the permanent magnet is installed behind the target to apply a magnetic field.
도 2를 참조하면, 대향 스퍼터링 타겟(6)에 전원공급장치로부터 동시에 (-) 전압을 인가하면, 자계 발생 수단인 영구자석(7)에 의해 발생된 자계에 의해 대향 타겟들(6) 사이의 공간 내에 스퍼터링 플라즈마가 구속된다. 이때, 상기 플라즈마는 감마 전자, 음이온, 양이온, 중성입자 등으로 이루어져 있다. 이때, 상기 플라즈마 내의 전자는 서로 대향하는 스퍼터링 타겟을 연결한 자기력선을 따라 회전운동을 하면서 고밀도 플라즈마를 형성시키는 동시에 한쌍의 스퍼터링 타겟에 걸린 (-) 전원에 의하여 왕복운동을 하면서 고밀도 플라즈마를 유지시킨다. 즉, 플라즈마 내의 모든 전자나 이온은 자기력선을 따라 회전하면서 왕복 운동을 하기 때문에 높은 에너지를 갖는 하전된 입자는 반대편 타겟으로 가속되어 타겟 사이의 공간 내에 형성된 플라즈마 내에 구속된다. 따라서 고에너지 하전 입자는 타겟 공간에 구속되고 주로 비교적 낮은 에너지를 갖는 중성 입자의 확산에 의해 대향 타겟의 측방에 위치하는 기판 상에 증착이 이뤄지므로 고에너지 입자 충돌에 의한 기판의 손상 없이 기판 상에 박막 형성이 이뤄진다. Referring to FIG. 2, when a negative voltage is applied to the
또한, 종래 기술에 따른 대향 타겟식 스퍼터링 장치에서는 기판 면이 타겟에 대향하지 않고 대향 타겟의 측방에 위치하므로 증착되는 비교적 낮은 에너지를 갖는 스퍼터 원자에 의해 증착이 이뤄지므로 기판 상의 폴리머층 또는 유기층을 손상시키지 않는다는 이점이 있다. In addition, in the conventional target-type sputtering apparatus according to the prior art, since the substrate surface is located on the side of the opposite target instead of facing the target, the deposition is performed by sputter atoms having relatively low energy deposited, thereby damaging the polymer layer or the organic layer on the substrate. There is an advantage of not letting.
그러나 이와 같은 형태의 종래 기술에 따른 대향 타겟식 스퍼터링 장치에서는 타겟 전면에 형성되는 자계의 균일성이 높지 못하므로 종래 대향 타겟 측면에 설치된 기판의 증착시 증착균일도가 높지 못하다는 문제점을 가진다. However, since the uniformity of the magnetic field formed on the front surface of the target is not high in the counter-target sputtering apparatus according to the prior art of this type, there is a problem that the deposition uniformity is not high when the substrate installed on the side of the conventional target is deposited.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 발명으로서, 타겟 전면에 형성되는 자계의 균일성을 높임으로써 대향 타겟 측면에 설치된 기판의 증착시 증착균일도를 높일 수 있는 대향 타겟식 스퍼터링 장치를 제공하는 것이다. The present invention has been made to solve the above problems, to provide a counter-target sputtering device that can increase the uniformity of deposition during deposition of the substrate installed on the side of the target by increasing the uniformity of the magnetic field formed on the front surface of the target It is.
또한, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 고밀도 플라즈마를 구현하고 타겟 사용 효율을 높이며 기판으로 입사하는 스퍼터 입자의 운동에너지를 감소시켜 기판의 열적 손상을 방지하며 고속, 저온 박막 형성이 가능하도록 이루어진 대향식 스퍼터링 장치를 제공하는 것이다.In addition, the present invention has been invented to solve the above problems, an object of the present invention is to implement a high-density plasma, improve the target use efficiency and reduce the kinetic energy of the sputter particles incident on the substrate to prevent thermal damage of the substrate And to provide an opposing sputtering device made to enable high-speed, low-temperature thin film formation.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 스퍼터링 소스는, 타겟 및 상기 타겟 후면에 배치된 자계 생성 수단을 포함하며, 상기 자계 생성 수단은 측면 중앙에 내측으로 요홈 또는 계단이 형성되어 타겟 전면의 자계 균일성을 향상시킨다. In order to achieve the above object, the sputtering source of the present invention includes a target and a magnetic field generating means disposed on the target rear surface, the magnetic field generating means is formed in the groove in the inner side or the staircase in the center of the target front surface Improve magnetic field uniformity
또한 본 발명에 따른 대향식 스퍼터링 장치는 챔버와, 상기 챔버 내에 위치하며 소정의 거리를 두고 대향하도록 배치되고, 그 후면에 자계 생성 수단이 배치된 한쌍의 타겟과, 상기 챔버 내에서 상기 타겟의 측방에 위치하는 기판을 지지하기 위한 기판 지지대와, 타겟 사이의 공간에 플라즈마를 형성하기 위해 전력을 공급하는 전원장치를 포함하며, 상기 자계 생성 수단은 측면 중앙에 내측으로 요홈 또는 계단이 형성되어 타겟 전면의 자계 균일성을 향상시키는 것을 특징으로 한다. In addition, the opposing sputtering apparatus according to the present invention includes a chamber, a pair of targets positioned in the chamber to face each other at a predetermined distance, and having a magnetic field generating means disposed on a rear surface thereof, and a side of the target in the chamber. And a power supply device for supplying electric power to form plasma in the space between the targets and the substrate support for supporting the substrate located in the target, wherein the magnetic field generating means has a groove or a step inwardly formed at the center of the side thereof, so that the front of the target It is characterized by improving the magnetic field uniformity.
본 발명의 자계 생성 수단은 여러개의 조각으로 형성된 영구자석으로 이루어져 있다. The magnetic field generating means of the present invention consists of a permanent magnet formed of several pieces.
본 발명에 따른 대향식 스퍼터링 장치는 두 개의 타겟이 서로 마주보도록 배치되고 타겟 표면에 수직하도록 타겟 뒷면에 영구자석을 배치하며 두 타겟에 (-)의 등전위가 인가되고 반응기는 접지전위가 되며 기판의 전위는 접지 또는 부유전위가 인가된다.In the opposite sputtering apparatus according to the present invention, two targets are disposed to face each other, a permanent magnet is disposed on the rear surface of the target so as to be perpendicular to the target surface, and an equipotential of (-) is applied to the two targets, and the reactor becomes a ground potential. The potential is applied to ground or floating potential.
대향하는 두 타겟 뒷면의 영구자석으로부터 발생되는 자기장은 타겟 표면과 수직한 방향으로 형성되며 두 타겟 사이에서 구속된 고밀도, 고이온화 플라즈마에 의해 낮은 압력 (1 mTorr 이하)에서 안정적 플라즈마가 형성되며 고밀도 플라즈마에 의한 고속 스퍼터링을 유도하며 스퍼터링시 발생되는 높은 에너지를 갖는 이온에 의한 기판 충돌을 최소화 하여 이온 충격에 의한 기판 손상 및 타겟으로부터의 복사열에 의한 열손상을 방지할 수 있다.The magnetic field generated from the permanent magnets on the back of two opposing targets is formed in a direction perpendicular to the target surface, and stable plasma is formed at low pressure (1 mTorr or less) by the high density and high ionization plasma confined between the two targets. By inducing high-speed sputtering and minimizing substrate collision by ions having high energy generated during sputtering, it is possible to prevent substrate damage due to ion bombardment and thermal damage due to radiant heat from a target.
상기의 스퍼터링 장치는 서로 다른 물질의 타겟을 장착함으로서 2원계 박막을 증착할 수 있는 특징을 가진다. 기판 상에 스퍼터 증착되는 막으로서는, 전도성의 금속, 질화물, 유기물, 반도체, 또는 ITO, ZnO, 또는 Me:ZnO로 이루어진 투명전도막(TCO)을 포함하는 산화물이 증착될 수 있다. The sputtering apparatus has a feature of depositing binary thin films by mounting targets of different materials. As the film sputter-deposited on the substrate, an oxide including a conductive metal, nitride, organic material, semiconductor, or transparent conductive film (TCO) made of ITO, ZnO, or Me: ZnO may be deposited.
본 발명의 타겟 대향식 스퍼터링 장치는 고이온화, 고밀도 플라즈마를 유도함으로서 통상의 마그네트론 스퍼터링 장치에 비하여 1 mTorr이하의 낮은 압력에서 플라즈마가 유지, 생성될 수 있으며 이를 통하여 구리 이온에 의한 자가 스퍼터링(self sputtering)을 유도할 수 있다. 따라서 본 발명의 목적은 스퍼터링 장치를 이용하여 박막을 제작하는 데 있어서 통상의 마그네트론 스퍼터링보다 고속, 저압, 저온 공정이 가능하며, 특히 각종 폴리머 기판, 유기 발광 디스플레이 소자의 유기 전계 발광부 등 저온 고속 박막 증착이 요구되는 공정에 적용됨을 특징으로 한다. 또한 본 발명의 가장 큰 특징으로 스퍼터링 장치의 타겟 전면에 균일한 자계를 형성시킴으로서 통상의 마그네트론 스퍼터링 장치 (타겟 효율 5 ~ 25 %) 보다 크게 개선된 타겟 사용효율 (50 ~ 60 %)율을 가지는 것을 특징으로 한다.In the target facing sputtering apparatus of the present invention, plasma can be maintained and generated at a lower pressure of 1 mTorr or lower than a conventional magnetron sputtering apparatus by inducing high ionization and high-density plasma. ) Can be induced. Accordingly, an object of the present invention is to produce a thin film by using a sputtering device, a high speed, low pressure, low temperature process is possible than conventional magnetron sputtering, especially low temperature high speed thin film such as organic electroluminescent part of various polymer substrates, organic light emitting display device. It is characterized in that it is applied to a process in which deposition is required. In addition, the greatest feature of the present invention is to form a uniform magnetic field on the target front surface of the sputtering apparatus, which has a target use efficiency (50 to 60%) that is significantly improved than that of a conventional magnetron sputtering apparatus (target efficiency of 5 to 25%). It features.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 대향식 스퍼터링 장치를 상세히 설명한다.Hereinafter, an opposing sputtering apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 4a는 본 발명의 대향 타겟식 스퍼터링 장치에 사용되는 영구자석의 배열을 도시하며, 도 4b는 본 발명의 대향 타겟식 스퍼터링 장치에서의 스퍼터링 타겟과 영구자석의 배치를 입체적으로 도시하는 사시도이며, 도 4c는 도 4b의 라인 A를 기준으로 절단했을 경우의 본 발명의 대향 타겟식 스퍼터링 장치의 단면도를 도시한다. FIG. 4A shows an arrangement of permanent magnets used in the counter-targeted sputtering apparatus of the present invention, and FIG. 4B is a perspective view three-dimensionally showing the arrangement of the sputtering target and the permanent magnets in the counter-targeted sputtering apparatus of the present invention. FIG. 4C shows a cross-sectional view of the opposing target sputtering apparatus of the present invention when cut based on the line A of FIG. 4B.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 스퍼터링 소스는, 타겟(6) 및 상기 타겟 후면에 배치된 자계 생성 수단(7)을 포함하며, 상기 자계 생성 수단(7)은 측면 중앙에 내측으로 요홈 또는 계단이 형성되어 타겟 전면의 자계 균일성을 향상시킨다. As shown in Fig. 4, the sputtering source of the present invention includes a
또한, 본 발명에 따른 대향식 스퍼터링 장치는 챔버 내에 위치하며 소정의 거리를 두고 대향하도록 배치되는 한쌍의 타겟(6)과, 상기 각각의 타겟(6) 후면에 배치된 한쌍의 자계생성수단(7), 상기 챔버 내에 위치하며 기판을 지지하기 위한 기판 지지대(30)와, 상기 타겟(6)사이의 공간에 플라즈마를 형성하기 위해 전력을 공급하는 전원장치(50)를 포함하며, 상기 자계 생성 수단(7)은 측면 중앙에 내측으로 요홈 또는 계단이 형성되어 타겟 전면의 자계 균일성을 향상시키도록 구성되어 있다. In addition, the opposing sputtering apparatus according to the present invention includes a pair of
상기 자계 생성 수단(7)은 여러 조각으로 이루어진 영구자석으로 이루어질 수 있다. 자계 생성 수단(7)의 요홈(40)의 폭 및 깊이는 타겟의 크기 및 위치 그 리고 인가되는 전원에 따라 변경될 수 있다. 상기 요홈(40)의 형상은 "ㄷ"자 형상이지만, 그 외의 어떠한 형상이라도 가능하며, 사각형, 반원형 모두 가능하다. 바람직하게 상기 자계 생성 수단(7)은 다수개의 영구자석으로 이루어지지만, 하나의 영구자석으로 이루어질 수도 있다. The magnetic field generating means 7 may be made of a permanent magnet composed of several pieces. Width and depth of the
상기 대향식 타겟(6)은 스퍼터링된 원자 및 전자 방출을 위하여 음극으로 인가되고, 상기 기판은 대향식 타겟(6)의 측면에 설치 고정되어 타겟(6)으로부터 방출된 이온 및 중성 입자가 증착된다. 그리고 상기 영구자석(7)은 상기 타겟(6)의 후방에 설치되어 자계를 인가하게 된다.The
대향식 스퍼터링 장치는 기판 상에 증착될 물질로 구성된 음극인 타겟과 양극으로 구성되며 양극과 음극 사이의 간격을 약 3 mm로 함으로서 방전전압을 낮출 수 있게 하며, 목적에 따라 형상을 달리하여 사용된다.The opposing sputtering device is composed of a target and an anode, which is a cathode composed of a material to be deposited on a substrate, and allows the discharge voltage to be lowered by setting a distance between the anode and the cathode to about 3 mm, and is used in different shapes according to the purpose. .
도 4c는 본 발명의 본 발명의 대향 타겟식 스퍼터링 장치에서 타겟과 자계 생성 수단으로 이루어진 스퍼터링 소스와 스터터링 장치의 다른 구성요소들간의 관계를 나타내고 있다. 도 4b와 4c에서 자석편 a, b, c 및 d는 전체 장치에서 자계 생성 수단의 위치와 모양의 이해를 돕기 위해 도시하였다. Fig. 4C shows the relationship between the sputtering source made up of the target and the magnetic field generating means and the other components of the stuttering apparatus in the counter-targeted sputtering apparatus of the present invention. In FIGS. 4B and 4C, the magnet pieces a, b, c and d are shown to help understand the position and shape of the magnetic field generating means in the whole apparatus.
본 발명의 대향식 스퍼터링 장치에서, 증착원으로 이용되는 전원장치는 양극과 진공챔버에 연결, 접지되고, 음극인 하나의 타겟과 또 다른 타겟은 동시에 연결되어 상호 등전위를 형성하며, 타겟과 양극 사이의 전기적 방전에 의하여 플라즈마가 발생되고 대향식 타겟 사이에서 할로우캐소드(hollow cathode) 형태의 방전을 형성하여 플라즈마 밀도와 반응성을 증가시키고 기판에 양질의 입자를 유도한다. 상기 음극인 타겟(6)에 인가되는 전압은 직류, 펄스 직류, 교류 중 선택적으로 사용된다. In the opposing sputtering apparatus of the present invention, a power supply used as a deposition source is connected and grounded to an anode and a vacuum chamber, and one target, which is a cathode, and another target are simultaneously connected to form an equipotential, and between the target and the anode. Plasma is generated by the electrical discharge of the to form a hollow cathode (hollow cathode) discharge between the opposing target to increase the plasma density and reactivity and induces good particles on the substrate. The voltage applied to the
본 발명의 스퍼터링 장치에서는 대향식 타겟의 뒷면에 서로 다른 극성을 가진 영구자석이 배치되어, 한쪽에는 S극의 영구자석을 배치하며 다른 한쪽에는 N극의 영구 자석을 배치한다. 타겟의 사용효율 향상 및 균일한 플라즈마 발생을 위하여 균일한 자계를 형성시키는 것이 무엇보다 중요하다. 균일한 자계분포는 타겟 전면에 균일한 2차 전자 밀도를 형성시켜 균일한 플라즈마를 형성시킨다.In the sputtering apparatus of the present invention, the permanent magnets having different polarities are disposed on the rear surface of the opposing target, so that the permanent magnets of the S pole are arranged on one side and the permanent magnets of the N pole on the other side. It is most important to form a uniform magnetic field for improving the use efficiency of the target and generating a uniform plasma. The uniform magnetic field distribution forms a uniform secondary electron density on the front surface of the target to form a uniform plasma.
본 발명에서는 영구자석들로 이루어진 자계 생성 수단의 중앙면에 요홈(40)이 형성되어 있기 때문에 대향하는 두 타겟 뒷면의 자계 생성 수단(7)으로부터 발생되는 자기장은 타겟 표면과 수직한 방향으로 균일하게 형성되어 타겟 전면의 자계 균일성을 향상시킨다. 따라서 두 타겟 사이에서 안정적이고 균일한 플라즈마가 형성되며 이로 인하여 타겟 측면에 위치한 기판 상에 균일한 박막 형성이 이루어진다.In the present invention, since the
또한, 상기 대향식 타겟 사이에 플라즈마가 구속되어 기판 쪽으로 입사되는 입자는 낮은 운동에너지를 갖는 입자가 입사되어 기판의 열적 손상이 없는 저온 박막형성을 용이하게 한다.In addition, the particles confined to the plasma between the opposing targets and incident toward the substrate facilitate the formation of a low temperature thin film without thermal damage of the substrate due to the particles having low kinetic energy being incident.
상기 대향식 타겟과의 거리를 조정할 수 있도록 이동가능하게 장착된다.It is movably mounted to adjust the distance to the opposing target.
도 5는 본 발명에 따른 대향식 타겟 스퍼터링 장치의 전압-전류 특성을 나타낸다. 방전 전류가 증가할수록 방전 전압 또한 선형적으로 증가한다. 공정압력이 낮을수록 동일한 전류값에서 낮은 방전전압을 나타낸다.5 shows the voltage-current characteristics of the opposed target sputtering apparatus according to the present invention. As the discharge current increases, the discharge voltage also increases linearly. The lower the process pressure, the lower the discharge voltage at the same current value.
도 6은 방출분광분석법으로 측정한 티타늄 타겟이 장착된 스퍼터링 장치의 분광 분석 스펙트럼 비교도이다. 도 6에서 700 ~ 800 nm 파장영역에 아르곤(Ar) 중성입자 분광선이 있으며 300 ~ 500 nm 파장 영역은 티타늄 중성입자, 티타늄 이온, Ar 이온의 분광선이 주요하게 위치해 있다. 보다 자세하게 도 6a는 종래의 마그네트론 스퍼터링 장치에서 측정된 방출분광스펙트럼이다. 종래의 마그네트론 스퍼터링 장치의 경우 Ar 이온 분광선의 방출 세기는 Ar 중성입자의 분광선 방출세기에 비하여 상대적으로 낮게 나타나며 이로 인하여 스퍼터링된 티타늄 중성입자와 이온의 방출세기 또한 낮게 나타난다. 도 6b는 본 발명의 대향식 스퍼터링 장치의 방출분광선을 나타낸다. 그림 5b에서 Ar 이온의 방출 분광선의 방출세기는 상대적으로 Ar 중성입자 분광선의 방출세기에 비하여 높게 나타나며 이로 인하여 스퍼터링된 티타늄 중성입자와 티타늄 이온의 방출세기 또한 높게 나타난다. 따라서 도 6에서 보이듯이 동일 전력이 인가된 경우 본 발명의 대향식 스퍼터링 장치가 높은 플라즈마 밀도를 구현하며 고속 스퍼터링이 가능하다.6 is a spectroscopic analysis of the spectroscopic analysis of the sputtering apparatus equipped with a titanium target measured by emission spectrometry. In FIG. 6, argon (Ar) neutral particle spectra are located in the 700-800 nm wavelength region, and in the 300-500 nm wavelength region, the spectra of titanium neutral particles, titanium ions, and Ar ions are mainly located. In more detail, Fig. 6A is an emission spectroscopy spectrum measured in a conventional magnetron sputtering apparatus. In the case of the conventional magnetron sputtering device, the emission intensity of Ar ion spectral rays is relatively lower than that of Ar neutral particles, and thus the emission intensity of sputtered titanium neutral particles and ions is also low. 6B shows the emission spectroscopy of the opposed sputtering apparatus of the present invention. In Fig. 5b, the emission intensity of the emission spectra of Ar ions is relatively higher than that of Ar neutral particle spectroscopy, and thus the emission intensity of sputtered titanium neutral particles and titanium ions is also high. Therefore, as shown in FIG. 6, when the same power is applied, the opposing sputtering apparatus of the present invention realizes high plasma density and enables high-speed sputtering.
도 7은 본 발명의 대향식 타겟 스퍼터링 장치의 타겟 인가 전력에 따른 구리 박막의 증착율을 나타낸다. 타겟 전력이 2 kW에서 5 kW로 증가됨에 따라 분당 증착율은 0.7 ㎛에서 1.8 ㎛의 증착율이 측정되었다.7 shows the deposition rate of the copper thin film according to the target applied power of the opposing target sputtering apparatus of the present invention. As the target power was increased from 2 kW to 5 kW, the deposition rate per minute was measured from 0.7 μm to 1.8 μm.
도 8은 종래 대향 타겟식 스퍼터링 장치와 본 발명에 따른 대향 타겟식 스퍼터링 장치를 이용하여 기판에 박막을 증착했을 때의 박막 균일도를 측정한 그래프로서, 도 8a는 종래 대향 타겟식 스퍼터링 장치를 이용하여 기판에 박막을 증착했을 때의 데이터이고, 도 8b는 종래 대향 타겟식 스퍼터링 장치를 이용하여 기판에 박막을 증착했을 때의 데이터이다. FIG. 8 is a graph measuring uniformity of a thin film when a thin film is deposited on a substrate by using a conventional counter target sputtering apparatus and a counter target sputtering apparatus according to the present invention. FIG. 8A illustrates a conventional counter target sputtering apparatus. Data when a thin film is deposited on a substrate, and FIG. 8B is data when a thin film is deposited on a substrate using a conventional counter target sputtering apparatus.
도 8a에 도시되어 있는 바와 같이, 종래 대향 타겟식 스퍼터링 장치를 이용하여 기판에 박막을 증착할 경우, 기판의 중심에서 멀어질수록 증착 두께가 얇아지는 것을 알 수 있으며, 이러한 두께 변화가 급격하게 변동되는 것을 알 수 있다. 이와 대조적으로, 도 8b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 타겟식 스퍼터링 장치는 기판의 넓은 영역에 걸쳐 박막이 균일한 두께로 증착됨을 알 수 있다. As shown in FIG. 8A, when the thin film is deposited on the substrate by using a conventional counter target sputtering apparatus, it can be seen that the deposition thickness becomes thinner as the distance from the center of the substrate decreases, and such a change in thickness changes rapidly. It can be seen that. In contrast, as shown in Figure 8b, it can be seen that the target sputtering apparatus according to the present invention is a thin film is deposited with a uniform thickness over a large area of the substrate.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 하나의 실시예를 설명한 것이며, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 변경실시 가능한 범위까지 본 발명의 범위에 있다고 할 것이다.What has been described above has described one embodiment according to the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, and as claimed in the following claims, without departing from the gist of the present invention, the field to which the present invention pertains. It will be said that the scope of the present invention to the extent that those skilled in the art can change.
전술한 바와 같이, 본 발명은 타겟 전면에 형성되는 자계의 균일성을 높임으로써 대향 타겟 측면에 설치된 기판의 증착시 증착 균일도를 높이는 효과를 가진다. As described above, the present invention increases the uniformity of the magnetic field formed on the front surface of the target, thereby increasing the uniformity of deposition during deposition of the substrate provided on the opposite target side.
또한, 본 발명은 고밀도 플라즈마를 구현하고 타겟 사용 효율을 높이며 기판으로 입사하는 스퍼터 입자의 운동에너지를 감소시켜 기판의 열적 손상을 방지하며 고속, 저온 박막 형성이 가능하도록 한다. In addition, the present invention implements a high-density plasma, improves the target use efficiency, and reduces the kinetic energy of the sputter particles incident on the substrate to prevent thermal damage of the substrate and to form a high speed and low temperature thin film.
본 발명은 고속 증착 및 기판의 손상없는 저온 증착이 가능하므로 폴리머 기판 및 유기전계 발광 소자의 유기발광층 손상이 없는 박막 증착이 가능하다.The present invention enables high-speed deposition and low-temperature deposition without damaging the substrate, and thus thin film deposition without damaging the organic light emitting layer of the polymer substrate and the organic EL device is possible.
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