KR100822313B1 - High efficiency facing target type sputtering apparatus - Google Patents

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Abstract

본 발명은 한 쌍의 대향 타겟식 스퍼터링 장치에 의해 고밀도의 플라즈마를 구현하고, 이온 인출 수단으로서 바이어스가 인가되는 그리드를 사용하여 타겟으로부터 이온 입자를 인출하고 기판으로 이동시킴으로써 플라즈마의 밀도와 반응성을 높이게 되어 박막형성의 효율을 높인 대향 타겟식 스퍼터링 장치에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 기판 지지대와 타겟 사이에 배치되어 플라즈마로부터 기판으로의 이온 인출을 조절하기 위한 수단을 포함하는 대향 타겟식 스퍼터링 장치를 제공하여, 저온에서도 고속으로 기판에 손상을 주지 않으면서 박막을 증착할 수 있어, 표면조도가 낮은 우수한 물성을 갖는 박막을 기판이 유기질 기판인지 전도성 기판인지 등에 관계없이 증착할 수 있도록 한다. The present invention implements high density plasma by a pair of opposing target sputtering devices, and uses a grid to which bias is applied as an ion extracting means to extract ion particles from the target and move them to the substrate to increase the density and reactivity of the plasma. The present invention relates to an opposing target sputtering device having improved efficiency of thin film formation. To this end, the present invention provides a counter-target sputtering apparatus disposed between the substrate support and the target, the apparatus including means for controlling ion withdrawal from the plasma to the substrate, thereby providing a thin film at high speed without damaging the substrate. Since the film can be deposited, a thin film having excellent physical properties with low surface roughness can be deposited regardless of whether the substrate is an organic substrate or a conductive substrate.

Description

고효율 대향 타겟식 스퍼터링 장치{HIGH EFFICIENCY FACING TARGET TYPE SPUTTERING APPARATUS}High efficiency counter target sputtering device {HIGH EFFICIENCY FACING TARGET TYPE SPUTTERING APPARATUS}

도 1은 대향 타겟식 스퍼터링 장치의 단면도,1 is a cross-sectional view of an opposed target sputtering device,

도 2는 본 발명의 고효율 대향 타겟식 스퍼터링 장치의 단면도,2 is a cross-sectional view of a high efficiency counter target sputtering apparatus of the present invention;

도 3은 본 발명의 그리드 형상,3 is a grid shape of the present invention,

도 4는 2개 그리드 구조에서 그리드 바이어스 증가에 따라 증착되는 Ti 박막의 표면형태를 측정한 AFM 이미지를 도시한다.FIG. 4 shows an AFM image measuring the surface morphology of a Ti thin film deposited with increasing grid bias in two grid structures.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10: 타겟 20: 애노드10: target 20: anode

30: 제 1그리드 40; 제 2그리드30: first grid 40; Second grid

50: 기판 지지대 60: 제 1전원장치50: substrate support 60: first power supply device

70: 제 2전원장치 80: 챔버70: second power supply device 80: chamber

90: 저항90: resistance

본 발명은 고효율 대향 타겟식 스퍼터링 장치에 관한 것으로, 상세하게는 한 쌍의 대향 타겟식 스퍼터링 장치에 의해 고밀도의 플라즈마를 구현하고, 이온 인출 수단으로서 바이어스가 인가되는 그리드를 사용하여 타겟으로부터 이온 입자를 인출하고 기판으로 이동시킴으로써 플라즈마의 밀도와 반응성을 높이게 되어 박막형성의 효율을 높인 대향 타겟식 스퍼터링 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a high efficiency counter-targeted sputtering apparatus, and more particularly, to implement high density plasma by a pair of counter-targeted sputtering apparatuses, and to remove ion particles from a target by using a grid to which bias is applied as an ion extracting means. The present invention relates to a counter-targeting sputtering apparatus which increases the density and reactivity of plasma by drawing out and moving to a substrate, thereby increasing the efficiency of thin film formation.

본 발명은 스퍼터링 방법을 이용하여 물리적으로 박막을 형성하는 박막 형성 장치에 관한 것으로서, 특히 대향식 타겟을 사용함으로써 타겟 후면에 설치된 영구자석으로부터의 균일한 자력선에 의해 전자가 대향 타겟 사이에 구속되도록 하여 고밀도, 고이온화 플라즈마를 구현하고, 대향식 타겟 측방에 이온 인출 수단으로서 그리드를 배치함으로써 타겟 부위에 형성된 플라즈마로부터 인출된 높은 에너지의 이온들의 에너지와 밀도를 제어함으로써 기판에 바이어스를 인가하지 않아도 고밀도의 저에너지 이온을 이용하여 고속, 저온, 저압 공정의 스퍼터링을 가능케 하는 대향 타겟식 스퍼터링 장치에 관한 발명이다.The present invention relates to a thin film forming apparatus that physically forms a thin film using a sputtering method, and in particular, by using an opposing target, electrons are constrained between opposing targets by uniform magnetic force lines from permanent magnets installed on the rear surface of the target. By implementing a high density, high ionization plasma and arranging the grid as an ion extracting means to the side of the opposing target, by controlling the energy and density of the high energy ions extracted from the plasma formed at the target site, The present invention relates to an opposing target sputtering device that enables sputtering of high speed, low temperature, and low pressure processes using low energy ions.

종래의 마그네트론 스퍼터링 기술은 기판 면에 대향하는 타겟을 이용하여 기판 위에 막을 형성하는 기술로서 널리 사용되고 있다. 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. Since the magnetron sputtering technology has an excessively high kinetic energy of the deposition material that is opposed to the target on the substrate surface and sputtered, the polymer layer or the organic layer is formed when ions having high kinetic energy are sputtered on the polymer or organic layer of the organic light emitting device. There is a problem that it can be damaged.

따라서 이러한 문제점을 해소하기 위한 일 방안으로서, 타겟과 기판을 직접 대면시키지 않는 구조의 대향 타겟식 스퍼터링 장치가 사용된다. 종래 기술에 따 른 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. 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. The opposing target sputtering apparatus according to the prior art has a structure in which a portion of the target other than the opposing target surface is covered with an anode, and a permanent magnet is disposed in the back of the opposing target to form a magnetic field perpendicular to the target. It has a structure that constrains the electron.

통상적인 대향 타겟식 스퍼터링 장치가 도 1에 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 통상적인 대향식 스퍼터링 장치는 진공챔버 내에 설치 구성되는 대향식 타겟과 그 후면에 설치된 영구자석과, 전원장치와, 기판을 지지하는 기판 지지대로 구성된다. 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.A typical counter target sputtering apparatus is shown in FIG. 1. As shown in FIG. 1, 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. 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 1을 참조하면, 대향 스퍼터링 타겟에 전원공급장치로부터 동시에 (-) 전압을 인가하면, 자계 발생 수단인 영구자석에 의해 발생된 자계에 의해 대향 타겟 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. 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. Referring to FIG. 1, when a negative voltage is applied to the opposite sputtering target from the power supply at the same time, the sputtering plasma is constrained in the space between the opposite targets by the magnetic field generated by the permanent magnet as the magnetic field generating means. In this case, the plasma is composed of gamma electrons, anions, cations, neutral particles, and the like. At this time, the electrons in the plasma maintain a high density plasma while reciprocating by (-) power applied to a pair of sputtering targets while forming a high density plasma while rotating along a magnetic force line connecting opposite sputtering targets. That is, since all electrons or ions in the plasma reciprocate while rotating along the magnetic force line, charged particles with high energy are accelerated to opposite targets and confined in the plasma formed in the space between the targets. Therefore, the high energy charged particles are confined to the target space and are deposited on the substrate located to the side of the opposing target mainly by diffusion of neutral particles having relatively low energy, thereby avoiding damage to the substrate due to high energy particle collision. Thin film formation takes place. 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 종래 기술에 따른 대향 타겟식 스퍼터링 장치는 스퍼터된 중성의 입자 확산에 의해 기판 상에 박막이 형성되므로, 스퍼터링 속도가 느려서 기판 증착 효율이 떨어진다는 제약이 있다. However, since the thin film is formed on the substrate by the sputtered neutral particle diffusion, the counter-target sputtering apparatus according to the prior art has a limitation that the sputtering rate is low and the substrate deposition efficiency is lowered.

또한, 기판에 직접 바이어스를 인가하여 증착을 수행하는 경우에는 기판의 종류에 따라 인가전원의 제약을 받게 된다. 즉, 기판이 어느 정도 전기적으로 전도를 갖는 물질이라면 직류 바이어스 인가 전원을 사용할 수 있지만, 전기적으로 전류가 흐르지 않는 절연체일 경우 직류로 바이어스 전원을 인가할 수 없고 교류인 RF 고주파 전원이 이용되어야 한다. 이러한 경우, 고주파 전원 사용에 따른 많은 비용과 기술적인 문제에 제약이 있게 된다. In addition, when deposition is performed by directly applying a bias to the substrate, the applied power is restricted according to the type of the substrate. In other words, if the substrate is a material electrically conductive to some extent, a DC bias applied power may be used. However, in the case of an insulator in which current does not flow electrically, a bias power may not be applied to DC and an RF high frequency power that is AC should be used. In this case, there are many costs and technical problems associated with the use of a high frequency power supply.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은, 중성 스퍼터 입자 확산에 의한 증착뿐만 아니라 저에너지의 고밀도 플라즈마 이온에 의해 기판 상에 증착을 수행함으로써, 스퍼터링 속도가 빠르고 기판 증착 효율이 높은 고효율 대향식 스퍼터링 장치를 제공하는 것이다. The present invention has been invented to solve the above problems, and an object of the present invention is to perform deposition on a substrate by high-density plasma ions of low energy as well as deposition by neutral sputter particle diffusion, so that the sputtering speed is high and the substrate It is to provide a high efficiency counter sputtering apparatus having high deposition efficiency.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 챔버와; 챔버 내에 위치하며 소정의 거리를 두고 대향하도록 배치되고, 그 후면에 자계 생성 수단이 배치된 한쌍의 타겟과; 챔버 내에서 상기 타겟의 측방에 위치하는 기판을 지지하기 위한 기판 지지대와; 타겟 사이의 공간에 플라즈마를 형성하기 위해 전력을 공급하는 전원장치와; 기판 지지대와 타겟 사이에 배치되며 상기 플라즈마로부터의 기판으로의 이온 인출을 조절하기 위한 수단을 포함하는 대향 타겟식 스퍼터링 장치를 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention and the chamber; A pair of targets located in the chamber and disposed to face each other at a predetermined distance, and having magnetic field generating means disposed on a rear surface thereof; A substrate support for supporting a substrate located laterally in the chamber in the chamber; A power supply for supplying power to form a plasma in the space between the targets; An opposingly targeted sputtering device disposed between a substrate support and a target and comprising means for controlling ion withdrawal from the plasma to the substrate.

상기 이온 인출 조절 수단은 적어도 2개의 평행하게 배열된 그리드를 포함할 수 있으며, 상기 그리드는 상기 대향식 타겟의 측방에 설치되어 타겟으로부터 방출된 입자가 증착되는 기판 및 상기 타겟 사이의 위치에 설치되며 인가되는 전압에 의하여 플라즈마의 밀도와 반응성을 높이게 된다.The ion extracting control means may comprise at least two parallelly arranged grids, the grids being installed on the side of the opposing target and located at a position between the substrate and the substrate on which particles emitted from the target are deposited. The voltage applied increases the density and reactivity of the plasma.

또한, 상기 이온 인출 조절 수단은 타겟과 등전위를 형성하도록 전기적으로 연결된 그리드를 포함할 수 있다. 타겟으로부터 생성된 이온 입자의 기판측으로의 가속이 조절되도록 각각의 그리드에는 전압이 인가된다. 상기 그리드는 각 그리드에 인가되는 전압에 따라 10 eV에서 10 KeV까지 인출된 이온의 에너지를 제어할 수 있다. 타겟과 이에 근접한 그리드와 저항으로 연결될 수 있다. 또한, 타겟과 상기 이온 인출 조절 수단 사이에 위치되어 방전전압을 낮추도록 하는 애노드가 더 포함될 수 있다. 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. In addition, the ion extraction control means may comprise a grid electrically connected to form an equipotential with the target. A voltage is applied to each grid so that the acceleration of the ion particles generated from the target to the substrate side is controlled. The grid may control the energy of the extracted ions from 10 eV to 10 KeV according to the voltage applied to each grid. It can be connected to the target and the grid and resistors adjacent to it. In addition, an anode positioned between the target and the ion extraction control means may be further included to lower the discharge voltage. 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.

두 타겟 뒷면의 영구자석으로부터 발생하는 자기장은 타겟 표면과 수직한 방향으로 형성되며 두 타겟 사이에서 구속된 고밀도, 고이온화 플라즈마에 의해 낮은 압력 (1 mTorr 이하)에서 안정적으로 플라즈마가 형성되며 고밀도 플라즈마에 의한 고속 스퍼터링을 유도한다. The magnetic field generated from the permanent magnets on the back of the two targets is formed in a direction perpendicular to the target surface, and the plasma is stably formed at low pressure (less than 1 mTorr) by the high density and high ionization plasma confined between the two targets. Induces high speed sputtering.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 고효율 대향 타겟식 스퍼터링 장치를 상세히 설명한다.Hereinafter, a high efficiency counter target sputtering apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 고효율 대향 타겟식 스퍼터링 장치의 단면을 나타낸 실시예이다. 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 대향식 스퍼터링 장치는 챔버 내에 위치하며 소정의 거리를 두고 대향하도록 배치되고, 그 후면에 자계 생성 수단이 배치된 한쌍의 타겟(10)과; 챔버 내에 위치하며 기판을 지지하기 위한 기판 지지대(50)와; 타겟(10)사이의 공간에 플라즈마를 형성하기 위해 전력을 공급하는 전원장치(60)와; 기판 지지대(50)와 타겟(10) 사이에 배치되며 상기 플라즈마로부터의 기판으로의 이온 인출을 조절하기 위한 수단을 포함한다. Figure 2 is an embodiment showing a cross section of the high-efficiency opposed target type sputtering apparatus according to the present invention. As shown in the figure, the opposing sputtering apparatus according to the present invention includes a pair of targets 10 disposed in the chamber and arranged to face each other at a predetermined distance, and having magnetic field generating means disposed on a rear surface thereof; A substrate support 50 positioned in the chamber for supporting the substrate; A power supply device 60 for supplying power to form a plasma in the space between the targets 10; It is disposed between the substrate support 50 and the target 10 and includes means for regulating ion withdrawal from the plasma to the substrate.

상기 대향식 타겟(10)은 스퍼터링된 원자 및 전자 방출을 위하여 (-) 전압이 인가되고, 상기 기판은 대향식 타겟의 측방에 설치되며, 상기 자계 생성 수단은 영구자석을 포함하며, 상기 타겟의 후방에 설치되어 자계를 인가하게 된다.The opposing target 10 is applied with a negative voltage to emit sputtered atoms and electrons, the substrate is installed on the side of the opposing target, and the magnetic field generating means includes permanent magnets. It is installed at the rear to apply a magnetic field.

도 2에 도시된 바와 같이, 제1 전원장치(PS1)(60)를 통해 양극에 (+) 전압이 인가되고 제2 전원장치(PS2)(70)를 통해 진공챔버에 (-) 전압이 인가되어 접지되고, 음극인 한쌍의 타겟(10)에는 제1 전원장치(PS1)(60)를 통해 (-) 전압이 각각 연결되어 한 쌍의 타겟(10)이 서로 등전위를 형성하게 된다. 이때, 타겟(10)과 양 극 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 타겟에 인가되는 전압은 직류, 펄스 직류, 교류 중 선택적으로 사용될 수 있다. As shown in FIG. 2, a positive voltage is applied to the anode through the first power supply PS1 60 and a negative voltage is applied to the vacuum chamber through the second power supply PS2 70. And grounded, a negative voltage is connected to the pair of targets 10, which are the cathodes, through the first power supply PS1, 60, so that the pair of targets 10 form an equipotential with each other. At this time, the plasma is generated by the electrical discharge between the target 10 and the anode, and a hollow cathode-type discharge is formed between the opposing targets to increase plasma density and reactivity and induce high quality particles to the substrate. do. The voltage applied to the target which is the cathode may be selectively used among direct current, pulsed direct current, and alternating current.

도 2는 2개의 그리드가 사용된 본 발명의 일실시예에 따른 구조를 나타낸다. 본 실시예에서는 대향 타겟(10), 애노드(20), 그리드(30, 40), 기판의 순서대로 배열된다. 2개의 그리드(30, 40)는 서로 평행하게 배치되며 그리드들 사이에 세라믹(미도시)이 사용되어 간격유지 및 절연이 이루어지고, 그리드들(30, 40) 사이의 간격은 최적의 이온 인출을 위한 거리로 조정될 수 있다. 상기 2개 그리드(30, 40)의 형상은 도 3의 그리드 구조와 동일하게 이루질 수 있다. 2 shows a structure according to an embodiment of the invention in which two grids are used. In this embodiment, the opposing target 10, the anode 20, the grids 30 and 40, and the substrate are arranged in this order. The two grids 30 and 40 are arranged in parallel with each other, and ceramics (not shown) are used between the grids to maintain and insulate the grids, and the gaps between the grids 30 and 40 provide optimal ion extraction. Can be adjusted to a distance. The two grids 30 and 40 may have the same shape as the grid structure of FIG. 3.

2개 그리드 구조의 대향 타겟식 스퍼터링 장치에서는 타겟(10)에 인접한 제 1 그리드(30)와 이에 평행 배치된 제 2 그리드(40)에 각각 전압이 인가되고 기판에는 별도의 바이어스 전압이 인가되지 않는다. 타겟(10)에 인접 배치된 제 1 그리드(30)에는 피드스루(feedthrough) 전극을 장입 연결하여 전압을 인가하고 제 2 그리드(40)는 진공 챔버(80)에 전기적으로 연결되어 접지된다. In the opposing target sputtering apparatus having a two grid structure, voltage is applied to the first grid 30 adjacent to the target 10 and the second grid 40 disposed parallel thereto, and no separate bias voltage is applied to the substrate. . A voltage is applied to the first grid 30 disposed adjacent to the target 10 by charging a feedthrough electrode, and the second grid 40 is electrically connected to the vacuum chamber 80 and grounded.

도 2에 도시된 바와 같이, 방전을 위한 제 1 전원장치(PS1)(60)가 타겟(10)에 (-) 전압을, 제 2 전원장치(PS2)(70)가 제 1 그리드(30)에 (+) 전압을 인가한다. 상기 타겟(10)과 그리드들(30, 40) 사이의 위치에 애노드(20)를 목적에 따라 선택적으로 설치하고 이에 제 1 전원(PS1)(60)으로부터 (+) 전압을 인가함으로서 방전전압을 낮출 수 있다. 애노드(20)에는 제 1 전원장치(PS1)(60)에 의해 (+) 전 압이 인가되고, 이온 인출에 사용되는 제 2 전원장치(PS2)(70)는 진공챔버(80)에 (-) 전압을 인가하여 접지하고 이에 전기적으로 연결된 제 2 그리드(40)에도 (-)전압이 인가되게 된다. 따라서 (+)전압이 인가된 제 1 그리드(30)와 (-) 전압이 인가된 제 2 그리드(40) 사이에 전압차가 발생된다. 타겟(10)에 인접한 (+) 전압이 인가된 제 1 그리드(30)가 플라즈마내의 (+)로 하전된 이온을 타겟 사이의 공간으로부터 인출하여 기판 쪽으로 가속시키고, (-) 전압이 인가된 제 2 그리드(40)가 이온의 에너지를 기판 상에 손상을 주지 않는 범위로 감속시켜서 기판 상에 증착이 이뤄지도록 조절한다. 따라서 대향 타겟 사이의 방전 공간 내의 중성 입자의 확산에 의해 증착이 이뤄지는 종래기술에 비하여, 중성 입자의 확산뿐만 아니라, 대향 타겟 사이의 방전 공간 내에 존재하는 이온을 타겟(10)에 인접 위치한 제 1 그리드(30)가 대향의 이온을 전기적으로 인출해 내서 기판 방향으로 신속히 이동시키고, 기판에 인접 위치한 제 2 그리드(40)가 이온의 에너지를 기판 상에 손상을 주지 않는 정도의 에너지 레벨로 감속시켜서 기판 상에 증착시키게 된다. 따라서 증착 속도가 매우 향상되면서도 기판 상에 손상을 주지 않는 대향 타겟식 스퍼터링이 가능해진다. As shown in FIG. 2, the first power supply PS1 60 for discharging has a negative voltage at the target 10, and the second power supply PS2 70 has a first grid 30. Apply a positive voltage to it. The anode 20 is selectively installed at a position between the target 10 and the grids 30 and 40 according to the purpose, and a discharge voltage is applied by applying a positive voltage from the first power supply PS1 60. Can be lowered. (+) Voltage is applied to the anode 20 by the first power supply (PS1) 60, and the second power supply (PS2) 70 used for ion extraction is supplied to the vacuum chamber 80 (-). A negative voltage is also applied to the second grid 40 electrically connected to the ground and electrically connected thereto. Therefore, a voltage difference is generated between the first grid 30 to which the positive voltage is applied and the second grid 40 to which the negative voltage is applied. The first grid 30, to which the positive voltage is applied adjacent to the target 10, withdraws the positively charged ions in the plasma from the space between the targets and accelerates them toward the substrate, and the negative voltage is applied to the substrate. The two grids 40 regulate the deposition of energy on the substrate by slowing the energy of ions to a range that does not damage the substrate. Therefore, as compared with the prior art in which deposition is performed by diffusion of neutral particles in the discharge space between the opposing targets, not only the diffusion of the neutral particles but also ions existing in the discharge space between the opposing targets are located in the first grid adjacent to the target 10. 30 electrically extracts the opposite ions and quickly moves them in the direction of the substrate, and the second grid 40 located adjacent to the substrate slows the energy of the ions to an energy level that does not damage the substrate so that the substrate To be deposited on the substrate. This allows counter-targeted sputtering that greatly improves the deposition rate but does not damage the substrate.

타겟(10)에 인접 위치한 제 1 그리드(30)와 타겟에 연결되는 음극은 그 사이에 저항(90)이 전압강하 효과를 주기 위해 연결될 수 있다. 상기 그리드(30, 40)는 타겟과의 거리를 조정할 수 있도록 이동가능하게 장착될 수 있다(도면 미도시).The first grid 30 adjacent to the target 10 and the cathode connected to the target may be connected between the resistor 90 to give a voltage drop effect therebetween. The grids 30 and 40 may be movably mounted to adjust the distance to the target (not shown).

상기 그리드는 2개 이상 배열되어 설치가능하며, 타겟측으로부터 이온 입자가 기판측으로 이동 가능하도록 각각의 그리드에 전압이 인가된다.Two or more grids can be arranged and installed, and a voltage is applied to each grid so that ion particles can move from the target side to the substrate side.

본 발명에서의 이온 인출 가속장치(즉, 그리드(grid))는 고전압 인가시 열전자 방출이 최대화되고 고온에서의 내구성을 확보하기 위하여 일함수가 낮은 텅스텐이나 몰리브덴, 탄탈륨, 구리판 등과 이외에 다양한 금속 및 금속 화합물이 이용되며, 그 크기와 두께(수 ㎜)에 따라 다양한 형태로 제작된다.In the present invention, the ion extraction accelerator (ie, the grid) has various metals and metals in addition to tungsten, molybdenum, tantalum, copper plates, etc. having a low work function in order to maximize hot electron emission when high voltage is applied and to ensure durability at high temperature. Compounds are used and manufactured in various forms depending on their size and thickness (several mm).

또한, 상기 그리드는 타겟과 동일한 재료이거나 타겟의 재료가 포함되는 복합재료로서 일체 또는 코팅되어 이루어지며, 전도성의 금속, 합금, 세라믹, 유기물, 반도체 등의 재료가 일체 또는 코팅되어 이루어질 수도 있다.In addition, the grid is made of the same material as the target or a composite material containing the material of the target is integrally or coated, it may be made of a conductive metal, alloy, ceramic, organic material, semiconductor or the like integrally or coated.

본 발명은 PI, PMMA, PE, PC 등 각종 폴리머 기판의 증착에 이용될 수 있어서 고에너지 이온에 의해 폴리머 구조 변형, 금속 이온에 의한 폴리머 표면의 침식, 세정 및 화학적 활성화에 의해 밀착력 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 유기 발광 소자의 유기층에 증착시키기 위하여 사용될 수 있다. The present invention can be used for deposition of various polymer substrates such as PI, PMMA, PE, PC, etc., thereby improving adhesion by polymer structure deformation by high energy ions, erosion of polymer surfaces by metal ions, cleaning and chemical activation. . In addition, the present invention can be used to deposit on the organic layer of the organic light emitting device.

도 3은 그리드의 일실시예를 도시하는 것으로 직선형 그리드 형태이고, 그 이외에 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 그리드 간격은 인출 이온의 선속 및 요구되는 에너지 제어에 따라 선택적으로 조절할 수 있다.3 is a diagram illustrating one embodiment of a grid, which is in the form of a straight grid, and may be formed in various shapes. In addition, the grid spacing can be selectively adjusted according to the flux and the required energy control of the extracted ions.

도 4는 2개 그리드 구조에서 제 1 그리드(30)는 (-) 전압이 인가되고 제 2 그리드(40)에 인가되는 바이어스의 증가에 따라 증착되는 Ti 박막의 표면형태를 측정한 AFM(Atomic Force Microscopy) 이미지를 나타낸다. 도4a와, 도4b, 도4c는 제 2 그리드(40)에 바이어스가 각각 0V, 100V, 150V로 인가시 측정된 이미지이다.FIG. 4 shows the atomic force of the AFM (Atomic Force) in which the first grid 30 is a two-grid structure, and the surface shape of the Ti thin film deposited with the increase of the bias applied to the second grid 40 is applied. Microscopy) image. 4A, 4B, and 4C are images measured when the bias is applied to the second grid 40 at 0V, 100V, and 150V, respectively.

도시된 바와 같이, 바이어스를 인가하지 않을 경우, 즉 바이어스가 0V인 경우에는 표면조도가 2.6㎚이며, 100V와 150V로 증가시켰을 때 각각 1.5㎚, 1.1㎚인 것으로 측정된다. 따라서 제 2 그리드에 인가되는 바이어스 전압이 증가할수록 기판 상에 증착되는 막의 표면조도가 낮아지게 됨이 확인된다.As shown, when the bias is not applied, that is, when the bias is 0V, the surface roughness is 2.6 nm, and when it is increased to 100V and 150V, it is measured to be 1.5 nm and 1.1 nm, respectively. Therefore, it is confirmed that as the bias voltage applied to the second grid increases, the surface roughness of the film deposited on the substrate is lowered.

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.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 대향 타겟식 스퍼터링 장치는 종래의 대향 타겟식 스퍼터링 장치와 다르게 그리드를 타겟과 기판 사이에 장착하고 전압을 인가함으로써 기판이 가지고 있는 전기적인 특성에 따라 대향 타겟 사이의 방전 공간으로부터 이온을 인출하고 기판 방향으로 가속하고 기판 상에 손상을 주지 않는 레벨로 이온의 에너지를 조절할 수 있으므로, 저온에서도 고속으로 기판에 손상을 주지 않으면서 박막을 증착할 수 있어, 표면조도가 낮은 우수한 물성을 갖는 박막을 기판이 유기질 기판인지 전도성 기판인지 등에 관계없이 증착할 수 있다는 이점이 있다. 따라서 본 발명은 낮은 공정압력에서 조밀한 박막형성을 고속으로 용이하게 증착할 수 있으므로 박막형성 효율이 높고 종래의 대향 타겟식 스퍼터링 장치에 대비하여 그리드 추가 구성만으로 제작비용을 대폭적으로 절감하는데 효과가 있다.Unlike the conventional counter target sputtering apparatus, the counter target sputtering apparatus according to the present invention configured as described above is provided with a grid between the target and the substrate, and the voltage is applied between the counter targets according to the electrical characteristics of the substrate. Since the ions can be extracted from the discharge space, accelerated toward the substrate, and regulated the energy of the ions to a level that does not damage the substrate, the thin film can be deposited at high speed without damaging the substrate. There is an advantage that a thin film having low excellent physical properties can be deposited regardless of whether the substrate is an organic substrate or a conductive substrate. Therefore, the present invention can easily deposit dense thin film formation at a low process pressure at high speed, and thus the thin film formation efficiency is high, and compared to the conventional counter target sputtering device, it is effective to drastically reduce the manufacturing cost only by additional grid configuration. .

Claims (11)

챔버와;A chamber; 상기 챔버내에서 서로 대향하도록 배치되며, 그 후면에 자계 생성 수단이 배치된 한쌍의 타겟과;A pair of targets disposed to face each other in the chamber, the magnetic field generating means being disposed on a rear surface thereof; 상기 챔버내에서 상기 한쌍의 타겟 측면에 위치하며 기판을 지지하기 위한 기판 지지대와;A substrate support positioned at a side of the pair of targets in the chamber to support a substrate; 상기 한쌍의 타겟 사이의 공간에 플라즈마를 형성하기 위해 전력을 공급하는 전원 장치와; A power supply unit supplying power to form a plasma in a space between the pair of targets; 상기 한쌍의 타겟의 측방향에 배치되고, 상기 기판 지지대와 타겟 사이에 배치되어 상기 대향 타겟 사이의 방전 공간내에 존재하는 이온을 기판방향으로 인출하고 이온의 에너지를 기판에 손상을 주지 않는 레벨을 낮추는 이온인출조절수단을 포함하는 대향 타겟식 스퍼터링 장치.Disposed in the lateral direction of the pair of targets, disposed between the substrate support and the target, to extract ions present in the discharge space between the opposing targets in the direction of the substrate and to lower a level that does not damage the energy of the ions to the substrate; Opposite target sputtering device comprising ion extraction control means. 제 1 항에 있어서, 상기 이온 인출 조절 수단은 적어도 2개의 평행하게 배열된 그리드를 포함하는 것을 특징으로 하는 대향 타겟식 스퍼터링 장치.2. An opposite target sputtering apparatus according to claim 1, wherein said ion extraction control means comprises at least two parallelly arranged grids. 제 1 항에 있어서, 상기 이온 인출 조절 수단은 상기 타겟과 등전위를 형성하도록 전기적으로 연결된 그리드를 포함하는 것을 특징으로 하는 대향 타겟식 스퍼터링 장치.2. The opposite target sputtering apparatus according to claim 1, wherein said ion extracting control means comprises a grid electrically connected to form an equipotential with said target. 제 2 항에 있어서, 상기 그리드에 전압을 인가하기 위한 전원장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 대향 타겟식 스퍼터링 장치.3. The opposed target sputtering apparatus of claim 2, comprising a power supply for applying a voltage to the grid. 제 4 항에 있어서, 상기 그리드는 각 그리드에 인가되는 전압에 따라 10 eV에서 10 KeV까지 인출된 이온의 에너지를 제어하는 것을 특징으로 하는 대향 타겟식 스퍼터링 장치.The counter-target sputtering apparatus of claim 4, wherein the grid controls energy of ions extracted from 10 eV to 10 KeV according to a voltage applied to each grid. 제 2 항에 있어서, 상기 타겟은 전압강하 효과를 얻기 위하여 근접한 그리드와 저항을 통하여 연결되는 것을 특징으로 하는 대향 타겟식 스퍼터링 장치.3. The opposite target type sputtering apparatus according to claim 2, wherein the target is connected through an adjacent grid and a resistor to obtain a voltage drop effect. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 타겟과 상기 이온 인출 조절 수단 사이에 위치되어 방전전압을 낮추도록 하는 애노드가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 대향 타겟식 스퍼터링 장치.The opposite target sputtering apparatus according to claim 1, further comprising an anode positioned between the target and the ion extracting control means to lower a discharge voltage. 삭제delete
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