KR20190132056A - 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법 - Google Patents

스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 Ti계 증착층을 형성하기에 적합한 스퍼터링 장치에 관한 것으로, 챔버; 측정대상물을 챔버 내부에서 릴투릴로 이동시키는 릴투릴 설비; 상기 챔버 내부의 가스 분위기를 조절하는 가스 조절부; 측정대상물의 제1면에 스퍼터링을 수행하도록 위치되고, 하나 이상의 스퍼터링 타겟을 포함하는 하나 이상의 제1면 타겟세트; 측정대상물의 제2면에 스퍼터링을 수행하도록 위치되고, 하나 이상의 스퍼터링 타겟을 포함하는 하나 이상의 제2면 타겟세트; 측정대상물의 표면을 촬영하는 이미지 센서; 및 이미지 센서에서 촬영된 영상의 색상을 기준으로 챔버 내부의 스퍼터링 공정 조건을 조절하는 제어부를 포함한다.
본 발명은, 상당한 두께로 Ti계 증착층을 증착할 수 있고 스퍼터링 공정의 조건을 조절하기에 용이한 스퍼터링 장치를 제공한다.

Description

스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법{SPUTTERING APPARATUS AND SPUTTERING METHOD}
본 발명은 스퍼터링 장치와 스퍼터링 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 릴투릴 공정으로 Ti계 증착층을 형성하기에 적합한 스퍼터링 장치와 스퍼터링 방법에 관한 것이다.
일반적으로 스파터링(sputtering) 장치에 의한 증착법은 물리적증기증착법(physical vapor deposition, PVD)의 일종으로 세계적으로 널리 이용되고 있는 박막 증착 공정으로, 증착된 박막의 밀도가 높고 금속 타겟을 사용할 경우 높은 증착률을 얻을 수 있으며 시스템 제작비 및 유지비가 저렴하다는 장점이 있다.
2개 이상의 성분이 혼합된 합금 등을 증착하기 위해서는 재료가 복합된 스퍼터링 타겟을 사용하거나 복수의 타겟에서 각 성분을 동시에 증착하는 방법이 사용되었다.
한편, Ti는 항균 특성 등으로 인하여, 여러 가지 물질의 표면에 표면처리층으로서 형성되고 있으며, Ti의 단일층 뿐만이 아니라 TiAl이나 TiAlN와 같은 합금 또는 복합체의 형태로 증착된다. 이러한 Ti 계열은 스퍼터링에 의해서 증착이 잘 수행되지 않기 때문에, Ti 계열의 증착층을 형성하기 위한 용도로 스퍼터링이 적용되지 못하고 있는 실정이다.
대한민국 공개특허 10-2016-0141802 대한민국 공개특허 10-2018-0034679
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 릴투릴 공정으로 Ti계 증착층을 형성하기에 적합한 스퍼터링 장치와 스퍼터링 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 스퍼터링 장치는, 챔버; 측정대상물을 챔버 내부에서 릴투릴로 이동시키는 릴투릴 설비; 상기 챔버 내부의 가스 분위기를 조절하는 가스 조절부; 측정대상물의 제1면에 스퍼터링을 수행하도록 위치되고, 하나 이상의 스퍼터링 타겟을 포함하는 하나 이상의 제1면 타겟세트; 측정대상물의 제2면에 스퍼터링을 수행하도록 위치되고, 하나 이상의 스퍼터링 타겟을 포함하는 하나 이상의 제2면 타겟세트; 측정대상물의 표면을 촬영하는 이미지 센서; 및 이미지 센서에서 촬영된 영상의 색상을 기준으로 챔버 내부의 스퍼터링 공정 조건을 조절하는 제어부를 포함한다.
휴대용 전화기의 마이크와 스피커 등에는 내부의 장치를 보호하면서도 소리를 전달할 수 있도록 메쉬 구조의 보호커버를 사용하는 것이 일반적이며, 이러한 메쉬 구조에 항균 등의 기능성을 부여하기 위하여 별도의 코팅층을 증착하여 사용하는 경우가 증가하고 있다.
본 발명의 발명자들은 메쉬 구조에 항균성을 부여하기 위하여 Ti 또는 Ti합금을 증착하는 과정에서 스퍼터링을 적용하고, 타겟 전압이나 가스비율 등과 같은 스퍼터링 조건을 적절히 조절하면, 증착된 Ti 층 또는 Ti합금층(이하에서, 'Ti계 증착층'으로 표현함)에 색감을 부여할 수 있음을 발견하였고, 스퍼터링 조건을 변경하여 Ti계 증착층에서 발현되는 색상도 변경할 수 있는 것을 확인하였다.
하지만, 스퍼터링 공정 조건의 조절로 Ti계 증착층에서 색상이 발현되기 위해서는 Ti계 증착층을 상당한 두께로 증착하여야 하고, 스퍼터링에 의한 증착이 매우 어려운 Ti계 증착층의 특성에 의해서 종래의 스퍼터링 장치로는 원하는 색상이 발현될 정도로 Ti계 증착층을 형성하는 것이 어려웠다. 나아가 Ti계 증착층에서 발현되는 색상을 조절하는 것도 매우 어려웠다.
이에, 본 발명의 발명자들은 메쉬나 내열성 필름에 Ti계 증착층을 증착할 수 있으면서, 상당한 두께로 Ti계 증착층을 증착할 수 있고 스퍼터링 공정의 조건을 조절하기에 용이하여, Ti계 증착층의 색상 발현 효과를 높일 수 있는 새로운 구조의 스퍼터링 장치를 개발하게 되었다.
본 발명의 스퍼터링 장치는, 색상이 발현되기 위해 충분한 두께로 Ti계 증착층을 증착하기 위하여, 상기한 것과 같은 구조의 챔버를 복수로 구비하고, 측정대상물이 복수의 챔버를 순차적으로 지나가는 것을 특징으로 한다.
이때, 제어부가, 복수의 챔버 중에서 측정대상물이 지나가는 순서 상 앞쪽에 위치하는 챔버에 설치된 이미지 센서에서 촬영된 영상의 색상을 기준으로 측정대상물이 지나가는 순서 상 다음 챔버 내부의 스퍼터링 공정 조건을 조절할 수 있다.
이때, 복수의 제1면 타겟세트가 세로로 세워서 배치되고, 복수의 제2면 타겟세트도 세로로 세워서 배치됨으로써, 스퍼터링 장치의 공간 효율이 향상되고 관리가 용이해지는 효과가 있다.
본 발명의 장치는 별도의 냉각설비를 구비하지 않도록 구성되며, 측정대상물이 금속 메쉬 또는 내열성 필름인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 형태에 의한 스퍼터링 방법은, 상기한 구조의 스퍼터링 장치를 이용한 Ti계 증착층의 증착방법으로서, 릴투릴 설비를 따라서 이동하는 증착대상물의 제1면과 제2면에 1회 이상 스퍼터링을 수행하여 Ti계 증착층을 증착하며, 스퍼터링 공정의 공정 조건을 조절하여 Ti계 증착층에서 발현되는 색상을 조절하는 것을 특징으로 한다.
이때, Ti계 증착층에서 발현되는 색상을 조절하기 위해서 조절되는 공정 조건은, 스퍼터링이 수행되는 가스 분위기일 수 있으며, 스퍼터링 타겟에 인가되는 펄스 전압일 수도 있다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 상당한 두께로 Ti계 증착층을 증착할 수 있고 스퍼터링 공정의 조건을 조절하기에 용이한 스퍼터링 장치를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 구성을 도시한 모식도이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 구성을 도시한 모식도이다.
본 실시예의 스퍼터링 장치는 제1챔버(110)와 제2챔버(210)의 2개 챔버로 구성되며, 증착대상물(300)이 제1챔버(110)와 제2챔버(210)를 릴투릴 형태로 지나면서 양면에 증착이 수행된다. 증착대상물(300)을 이동시키는 릴투릴 설비는 일반적인 릴투릴 설비를 이용할 수 있으므로 구체적인 설명을 생략한다.
증착대상물(300)은 휴대용 전화기의 마이크와 스피커 등에는 내부의 장치를 보호하기 위한 금속 재질의 메쉬 구조물이 일반적이지만, 이외에도 릴투릴 공정을 적용할 수 있는 유연성의 재질일 수 있으며, 예를 들면 내열성 고분자 필름 등이 가능하다.
제1챔버(110)로 들어간 증착대상물(300)은, 도면 상으로 왼쪽을 향하고 있는 제1면에 증착을 수행하기 위한 3개의 제1면 타겟세트(121, 122, 123)를 순차적으로 지나간다.
각각의 제1면 타겟세트(121, 122, 123)는 2개의 타겟(T1, T2)을 포함하며, 펄스타입으로 전원을 인가한다. 각각의 타겟(T1, T2)은 동일한 재질일 수도 있고 서로다른 재질일 수도 있다. 증착대상물(300)에 TiAl 코팅층을 형성하기 위한 구성을 설명하면, 2개 중에 하나의 타겟(T1)은 Ti 타겟이고 다른 타겟(T2)은 Al 타겟일 수도 있고, 2개 타겟(T1, T2)들 모두가 TiAl 타겟일 수도 있다.
Ti계 증착층에서 색상이 발현되기 위해서는 충분한 두께로 증착이 되어야 하고, 어둡고 진한 색상일수록 색상 발현을 위해서 필요한 Ti계 증착층의 두께가 두껍다. 본 실시예에서는 증착대상물(300)의 제1면에 대하여 3개의 제1면 타겟세트(121, 122, 123)들이 순차적으로 증착을 수행하기 때문에, 증착두께를 높이기가 어려운 Ti계 증착층을 두껍게 증착할 수 있으며, 흑색이나 청색과 같이 두꺼운 증착층을 필요로 하는 경우를 포함한 다양한 색상을 발현시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 제1면 타겟세트(121, 122, 123)를 세로방향으로 세워서 나란히 배치함으로써 증착대상물(300)이 아래로 쳐지는 문제가 발생하지 않으며, 복수의 제1면 타겟세트(121, 122, 123)를 연속으로 배치하면서도 별도의 쳐짐 방지장치를 사용하지 않기 때문에, 스퍼터링 장치에 필요한 공간을 줄일 수 있고 관리도 용이하다.
3개의 제1면 타겟세트(121, 122, 123)를 순차적으로 지난 증착대상물(300)은 방향을 반전시키는 반전롤(130)을 지나서, 제2면이 왼쪽을 향하도록 배치되며, 제2면에 증착을 수행하기 위한 3개의 제2면 타겟세트(141, 142, 143)를 순차적으로 지나간다.
각각의 제2면 타겟세트(141, 142, 143)는 2개의 타겟(T1, T2)을 포함하며, 펄스타입으로 전원을 인가한다. 각각의 타겟(T1, T2)은 동일한 재질일 수도 있고 서로 다른 재질일 수도 있다. 증착대상물(300)에 TiAl 코팅층을 형성하기 위한 구성으로 설명하면, 2개 중에 하나의 타겟(T1)은 Ti 타겟이고 다른 타겟(T2)은 Al 타겟일 수도 있고, 2개 타겟(T1, T2)들 모두가 TiAl 타겟일 수도 있다.
본 실시예에서는 증착대상물(300)의 제2면에 대하여 3개의 제2면 타겟세트(141, 142, 143)들이 순차적으로 증착을 수행하기 때문에, 증착두께를 높이기가 어려운 Ti계 증착층을 두껍게 증착할 수 있다. 이에 따라서 흑색이나 청색과 같이 두꺼운 증착층을 필요로 하는 경우를 포함한 다양한 색상을 발현시킬 수 있다.
그리고 제2면 타겟세트(141, 142, 143)도 세로방향으로 세워서 나란히 배치함으로써 증착대상물(300)이 아래로 쳐지는 문제가 발생하지 않으며, 복수의 제2면 타겟세트(141, 142, 143)를 연속으로 배치하면서도 별도의 쳐짐 방지장치를 사용하지 않기 때문에, 스퍼터링 장치에 필요한 공간을 줄일 수 있고 관리도 용이하다.
나아가 증착대상물(300)이 세로방향으로 세워서 배치된 제1면 타겟세트(121, 122, 123)와 제2면 타겟세트(141, 142, 143)를 지나가는 방향을 반대로 구성함으로써, 제1면 타겟세트(121, 122, 123)와 제2면 타겟세트(141, 142, 143)를 나란히 배열할 수 있었으며, 스퍼터링 장치의 공간 효율이 향상되었다. 본 실시예에서는 증착대상물(300)이 제1면 타겟세트(121, 122, 123)를 지날 때에는 위에서 아래쪽으로 움직이고 제2면 타겟세트(141, 142, 143)를 지날 때에는 아래에서 위쪽으로 움직이게 구성하여, 제1면 타겟세트(121, 122, 123)와 제2면 타겟세트(141, 142, 143)를 나란히 배열하였다.
이상의 구성에 의해서, 증착대상물(300)은 제1챔버(110)를 지나면서 제1면과 제2면의 양면에 대하여 Ti계 증착층을 형성하기 위한 3회의 스퍼터링이 수행된다.
본 실시예의 스퍼터링 장치는, 증착대상물(300)이 제1챔버(110)를 벗어나기 전에, 증착대상물(300)의 양면을 촬영하기 위한 이미지 센서(151, 152)를 구비한다.
스퍼터링으로 증착된 증착층을 외부에서 촬영된 영상으로 관찰하는 것은 어렵지만, 본 실시예의 스퍼터링 장치에서는 Ti계 증착층에 색상을 부여하는 것까지를 목적으로 하기 때문에, 이미지 센서(151, 152)로 촬영된 영상을 통해서 스퍼터링 조건에 대한 부분과 증착두께에 대한 피드백이 가능하다. 제1챔버(110)에 구비된 이미지 센서(151, 152)에서 촬영된 영상을 기준으로, 제1챔버(110)의 스퍼터링 조건에 대한 피드백을 수행하는 것도 가능하고, 이후에 추가로 수행될 제2챔버(210)에서의 스퍼터링 조건에 반영하는 것도 가능하다. 이를 위하여 이미지 센서(151, 152)에 촬영된 영상의 색상을 기준으로 스퍼터링 공정 조건을 조절하는 제어부를 구비한다.
한편, Ti계 증착층에 발현되는 색상을 조절하기 위한 스퍼터링 공정의 조건으로는 챔버의 내부의 가스를 조절하는 것을 포함한다. 스퍼터링 공정은 진공 상태에서 아르곤 가스를 흘려보내는 조건으로 수행되는 것이 일반적이지만, Ti계 증착층에 색상을 발현하기 위해서는 질소나 산소 등의 가스를 첨가할 수 있으며, 도시하지 않았지만 본 실시예의 스퍼터링 장치는 제1챔버(110) 내부의 가스 분위기를 조절하기 위한 가스 조절부를 구비한다.
상기한 과정으로 제1챔버(110)에서 스퍼터링이 수행된 증착대상물(300)은 제2챔버(210)로 이동하여, 제1면과 제2면의 양면에 대하여 Ti계 증착층을 형성하기 위한 3회의 스퍼터링이 추가로 수행된다.
이를 위하여, 3개의 제1면 타겟세트(221, 222, 223)와 반전롤(230) 및 제2면 타겟세트(241, 242, 243)를 구비하며, 제1면 타겟세트(221, 222, 223)와 제2면 타겟세트(241, 242, 243)는 2개의 타겟(T1, T2)을 포함하는 점에서 제1챔버(110)와 같다.
또한, 도시하지는 않았지만, 제2챔버(210) 내부의 가스 분위기를 조절하기 위한 가스 조절부도 구비한다.
동일한 이름의 장치는 앞선 제1챔버(110)에서 설명한 것과 내용이 동일하므로 추가적인 설명은 생략한다.
한편, 제2챔버(210)에서 제1면과 제2면의 양면에 대하여 Ti계 증착층을 형성하기 위한 3회의 스퍼터링이 수행된 이후에, 증착대상물(300)의 양면을 촬영하기 위한 이미지 센서(251, 252)를 구비하는 것도 동일하다. 다만, 제2챔버(210)에 구비된 이미지 센서(251, 252)에서 촬영된 영상은 제2챔버(210)의 스퍼터링 조건에 대한 피드백만을 수행할 수 있을 것이다.
제1챔버와 제2챔버 옆으로 나란히 배치되며, 이는 제1챔버와 제2챔버가 각각 세로방향으로 세워서 제1면 타겟세트와 제2면 타겟세트를 배치하였기 때문이고, 전체 스퍼터링 장치의 공간효율이 크게 향상되었다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 제1챔버
210: 제2챔버
121, 122, 123, 221, 222, 223: 제1면 타겟세트
130, 230: 반전롤
141, 142, 143, 241, 242, 243: 제2면 타겟세트
300: 증착대상물
T1, T2: 타겟

Claims (8)

  1. 챔버;
    측정대상물을 챔버 내부에서 릴투릴로 이동시키는 릴투릴 설비;
    상기 챔버 내부의 가스 분위기를 조절하는 가스 조절부;
    측정대상물의 제1면에 스퍼터링을 수행하도록 위치되고, 하나 이상의 스퍼터링 타겟을 포함하는 하나 이상의 제1면 타겟세트;
    측정대상물의 제2면에 스퍼터링을 수행하도록 위치되고, 하나 이상의 스퍼터링 타겟을 포함하는 하나 이상의 제2면 타겟세트;
    측정대상물의 표면을 촬영하는 이미지 센서; 및
    이미지 센서에서 촬영된 영상의 색상을 기준으로 챔버 내부의 스퍼터링 공정 조건을 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  2. 청구항 1의 구조를 가지는 복수의 챔버를 구비하고,
    상기 측정대상물이 복수의 챔버를 순차적으로 지나가는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부가,
    복수의 챔버 중에서 측정대상물이 지나가는 순서 상 앞쪽에 위치하는 챔버에 설치된 이미지 센서에서 촬영된 영상의 색상을 기준으로 측정대상물이 지나가는 순서 상 다음 챔버 내부의 스퍼터링 공정 조건을 조절하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    복수의 제1면 타겟세트가 세로로 세워서 배치되고,
    복수의 제2면 타겟세트도 세로로 세워서 배치된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 측정대상물이 금속 메쉬 또는 내열성 필름인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2의 스퍼터링 장치를 이용한 Ti계 증착층의 증착방법으로서,
    릴투릴 설비를 따라서 이동하는 증착대상물의 제1면과 제2면에 1회 이상 스퍼터링을 수행하여 Ti계 증착층을 증착하며,
    스퍼터링 공정의 공정 조건을 조절하여 Ti계 증착층에서 발현되는 색상을 조절하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    Ti계 증착층에서 발현되는 색상을 조절하기 위해서 조절되는 공정 조건이 스퍼터링이 수행되는 가스 분위기인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    Ti계 증착층에서 발현되는 색상을 조절하기 위해서 조절되는 공정 조건이 스퍼터링 타겟에 인가되는 펄스 전압인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 방법.
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