KR100985145B1 - Thin film deposition device - Google Patents

Thin film deposition device Download PDF

Info

Publication number
KR100985145B1
KR100985145B1 KR1020080039132A KR20080039132A KR100985145B1 KR 100985145 B1 KR100985145 B1 KR 100985145B1 KR 1020080039132 A KR1020080039132 A KR 1020080039132A KR 20080039132 A KR20080039132 A KR 20080039132A KR 100985145 B1 KR100985145 B1 KR 100985145B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
thin film
film deposition
deposition apparatus
chamber
cathode
Prior art date
Application number
KR1020080039132A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20090113416A (en
Inventor
김정식
김상유
빅토르 차이레프
올렉산드르 텔레긴
Original Assignee
주식회사 서흥플라즈마
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 서흥플라즈마 filed Critical 주식회사 서흥플라즈마
Priority to KR1020080039132A priority Critical patent/KR100985145B1/en
Publication of KR20090113416A publication Critical patent/KR20090113416A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100985145B1 publication Critical patent/KR100985145B1/en

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/56—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
    • C23C14/562—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks for coating elongated substrates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/54—Apparatus specially adapted for continuous coating
    • C23C16/545—Apparatus specially adapted for continuous coating for coating elongated substrates

Abstract

본 발명은 박막 증착 장치에 관한 것으로, 박막 증착을 위한 시료를 유입 및 반출하도록 슬릿이 외벽 측면에 형성되어 있고 가스주입구와 냉각관 입구가 외벽 하부에 형성된 밀폐형 구조의 챔버와; 상기 챔버의 상부에 위치한 영구자석과; 상기 영구자석의 하부에 위치하며 내부에 냉각관을 구비한 냉각판과; 상기 냉각판의 하부에 구성되고 상기 시료와는 일정 거리만큼 이격되도록 상기 냉각판과 상기 시료 사이에 설치되며 상대자기투과율이 대략 1 정도인 금속 구조물과; 상기 영구자석에서 발생하는 자기장에 의해서 구속되는 플라즈마의 전류밀도에 따라 상기 금속 구조물과 일정 거리를 두고 상기 챔버 내부에 설치되며 윗면이 없는 정육면체 모양의 강자성 물질로 된 내부 음극과; 상기 챔버의 냉각관 입구를 통해 내부 음극의 측면 및 하부와 접촉되도록 구성되며 상기 내부 음극에서 발생하는 열을 냉각함과 동시에 고주파 전력신호나 직류 음(-) 전압을 인가하는 냉각관과; 상기 냉각관과 상기 챔버 사이를 절연시키는 절연물질; 및 상기 챔버의 가스주입구에 설치된 가스주입부를 통해 유입된 가스를 복수 개의 노즐 구멍을 통해 상기 내부 음극의 내부로 분출하는 가스관;을 포함함으로써, 증착 속도를 향상시킬 수 있고, 플라즈마화학기상증착(PECVD)과 스퍼터 증착의 동시 구현이 가능하며, 다른 플라즈마 방전 시스템들과의 격리를 통한 고순도의 다층 박막 형성이 가능하다.The present invention relates to a thin film deposition apparatus, comprising: a chamber of a closed structure in which slits are formed on a side of an outer wall and a gas inlet and a cooling tube inlet are formed below the outer wall so as to introduce and discharge a sample for thin film deposition; A permanent magnet located above the chamber; A cooling plate positioned below the permanent magnet and having a cooling tube therein; A metal structure disposed below the cooling plate and installed between the cooling plate and the sample to be spaced apart from the sample by a predetermined distance and having a relative magnetic transmittance of about 1; An internal cathode made of a cube-shaped ferromagnetic material having no upper surface and installed inside the chamber at a predetermined distance from the metal structure according to the current density of the plasma constrained by the magnetic field generated by the permanent magnet; A cooling tube configured to be in contact with the side and the bottom of the inner cathode through an inlet of the cooling tube of the chamber and to cool the heat generated from the inner cathode and to apply a high frequency power signal or a DC negative voltage; An insulating material insulating the cooling tube from the chamber; And a gas pipe for ejecting the gas introduced through the gas inlet installed in the gas inlet of the chamber into the inside of the inner cathode through the plurality of nozzle holes, thereby improving the deposition rate and performing plasma chemical vapor deposition (PECVD). ) And sputter deposition can be implemented simultaneously, and high purity multilayer thin film can be formed by isolation from other plasma discharge systems.

자기 거울(Magnetic Mirror), 스퍼터(Sputter), 플라즈마 화학 기상증착(Plasma enhanced chemistry vapor deposition), 자기 가둠(magnetic confinement), 강자성(Ferromagnetic) Magnetic Mirror, Sputter, Plasma Enhanced chemistry Vapor Deposition, Magnetic Confinement, Ferromagnetic

Description

박막 증착 장치{Thin film deposition device}Thin film deposition device

본 발명은 박막 증착 장치에 관한 것으로, 특히 증착 속도를 향상시킬 수 있고, 플라즈마화학기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD)과 스퍼터 증착(Sputtering Deposition)의 동시 구현이 가능하며, 다른 플라즈마 방전 시스템들과의 격리를 통한 고순도의 다층 박막 형성이 가능한 박막 증착 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film deposition apparatus. In particular, the deposition rate can be improved, and the plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) and the sputter deposition can be simultaneously implemented. The present invention relates to a thin film deposition apparatus capable of forming a high-purity multilayer thin film by isolation from them.

일반적으로, 플라즈마(Plasma)를 이용한 공정은 자동차, 항공, 생의학, 마이크로 전자 소자 제조 등과 같은 다양한 분야에 양산과 제조에서 점차 적용되고 있다. 현재 마이크로 전자 소자 제조에서는 습식공정에서 건식 공정으로 바꾸고 있으며, 박막 증착 분야에서도 기존 화학기상증착법(CVD)보다 더 낮은 온도에서 증착이 가능한 플라즈마화학기상증착법(PECVD)이 적용되고 있다.In general, a process using plasma is gradually applied in mass production and manufacturing in various fields such as automobile, aviation, biomedical science, microelectronic device manufacturing and the like. Currently, microelectronic device manufacturing is changing from a wet process to a dry process. Plasma chemical vapor deposition (PECVD), which is capable of deposition at a lower temperature than conventional chemical vapor deposition (CVD), is being applied to thin film deposition.

상기 플라즈마화학기상증착법(PECVD)에서는 여러 산업에서 요구되는 기능성 박막증착을 위한 연구와 높은 박막 증착율을 통한 생산성 향상이 주된 연구 과제이 다.In the plasma chemical vapor deposition method (PECVD) is a research for the functional thin film deposition required in various industries and the productivity improvement through a high film deposition rate is a major research problem.

공정 챔버내 고진공(10∼6Torr)을 만들기 위해 확산펌프(diffusion pump)와 터보분자펌프(turbo molecule pump)가 사용되고 있다. 상기 확산펌프는 챔버 내의 공기 및 가스입자들이 펌프 내 고온의 진공 유입자 쪽으로 확산되는 원리로 공정 챔버내 고진공을 구현하고, 상기 터보분자펌프는 펌프 내 블레이드가 고속 회전하면서 고진공을 구현한다. 상기 확산펌프는 상기 터보분자펌프에 비해 가격이 저렴하나 플라즈마화학기상증착 장비의 고진공을 만들기 위해 사용될 경우 플라즈마화학 반응을 통해 발생하는 특정 분자들에 의한 진공오일의 오염이 발생하여 효율이 떨어지는 단점이 있다.Diffusion pumps and turbo molecular pumps are used to make high vacuum (10-6 Torr) in the process chamber. The diffusion pump implements high vacuum in the process chamber on the principle that air and gas particles in the chamber diffuse toward the high temperature vacuum inlet in the pump, and the turbo molecular pump realizes high vacuum while the blade in the pump rotates at a high speed. The diffusion pump is cheaper than the turbomolecular pump, but when used to make a high vacuum of the plasma chemical vapor deposition equipment, there is a disadvantage in that efficiency is reduced due to contamination of vacuum oil by specific molecules generated through plasma chemical reaction. have.

한국공개특허 2004-0078329에서는 디스플레이 패널용 플라스틱 필름 및 그 제조방법에 관한 것으로 플라스틱 투명 필름에 헥사메틸디실록산(HMDSO)과 산소를 플라즈마화학기상증착법을 통해 탄화수소 결합을 가진 규소산화물을 가스확산방지막 기능을 위해 코팅하는 방법을 기술하고 있다. 이 발명을 확산펌프를 구비한 챔버에서 시도를 한다면 헥사메틸디실록산(HMDSO)에서 분리된 탄화수소와 규소계 무기질이 확산챔버의 진공오일 오염을 초래한다. 또한 상기 발명의 연장선으로 탄화수소 결합을 가진 규소산화물 성막 위에 다른 물질을 코팅하기 위한 플라즈마 장치(예를 들어 고주파 혹은 직류 전원의 마그네트론)가 동일 챔버 내에 설치될 경우, 헥사메틸디실록산(HMDSO)로부터의 탄화수소계 분자들과 규소계 무기질의 플라즈마가 다른 플라즈마 소스에 의해 발생되는 플라즈마에 유입이 되어 박막의 순도를 떨어뜨리는 것은 자명하다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 2004-0078329 relates to a plastic film for a display panel and a method of manufacturing the same. The gas diffusion preventing film function of a silicon oxide having a hydrocarbon bond by plasma chemical vapor deposition of hexamethyldisiloxane (HMDSO) and oxygen on a plastic transparent film It describes how to coat. If this invention is attempted in a chamber equipped with a diffusion pump, hydrocarbon and silicon-based minerals separated from hexamethyldisiloxane (HMDSO) result in vacuum oil contamination of the diffusion chamber. Also, as an extension of the invention, when a plasma apparatus (for example, a magnetron of a high frequency or direct current power source) for coating another material on a silicon oxide film having a hydrocarbon bond is installed in the same chamber, the hexamethyldisiloxane (HMDSO) from Hydrocarbon-based molecules and silicon-based inorganic plasma are introduced into the plasma generated by the other plasma source to reduce the purity of the thin film.

박막 증착에 널리 사용되는 마그네트론은 전극(캐소드)에서 발생되는 전자들을 마그네트론 내의 자기장에 의해 가두어지고, 수평 방향 드리프트(EXB drift) 운동의 연속적인 반응을 통해 발생된 고밀도의 플라즈마가 금속 혹은 세라믹의 타겟과 충돌하여 타겟으로부터 분리된 금속 혹은 세라믹이 기판(substrates)에 증착하는 목적을 가진다. 그러나 마그네트론을 이용하여 플라즈마화학기상증착을 한 경우, 타겟의 오염을 통한 아크의 발생 등으로 기판의 모재의 표면이 손상되고, 낮은 이온화와 수평방향으로의 이온입자들의 확산에 의한 챔버 벽면과 기계장비에 증착에 의한 손실 그리고 진공게이지와 잔여가스분석기(residual gas analyzer)의 필라멘트들에 증착되는 이물질들에 의한 오동작 가능성의 단점을 가지고 있다. 특히, 대부분의 잔여가스분석기는 플라즈마화학기상증착용으로 제작되어 지지 않았기에 잔여가스분석기 제조사들은 플라즈마화학기상증착을 구현하는 챔버 내에 잔여가스분석기의 사용을 권장하지 않는다. Magnetrons, which are widely used for thin film deposition, contain electrons generated from electrodes (cathodes) by magnetic fields in the magnetrons, and dense plasma generated through continuous reactions of horizontal drift (EXB drift) movements is the target of metals or ceramics. And metal or ceramic separated from the target in collision with the target is deposited on the substrate (substrates). However, in the case of plasma chemical vapor deposition using magnetron, the substrate surface of the substrate is damaged due to the generation of arc through contamination of the target, and the chamber wall surface and the mechanical equipment due to low ionization and diffusion of ion particles in the horizontal direction. It has the disadvantages of loss due to evaporation and the possibility of malfunction due to foreign matter deposited on the filaments of vacuum gauge and residual gas analyzer. In particular, since most residual gas analyzers are not designed for plasma chemical vapor deposition, manufacturers of residual gas analyzers do not recommend the use of residual gas analyzers in chambers that implement plasma chemical vapor deposition.

국제특허(WO 02/086932 A1)에서는 플라즈마화학기상증착용(PECVD) 저진공 분위기에서 코팅부 위에 자기거울 효과에 의한 고밀도 플라즈마를 발생하게 하는 플라즈마의 원리를 기술하고 있다. 이는 영구자석과 강자성(ferromagnetic)의 물성을 가진 금속들과의 조합을 통한 자기 거울 효과를 가진 자기장 분포를 발생시켜, 자기 거울 효과에 의해 가두어진 넓은 면적의 전극에서 발생한 일이차(first, secondary electrons) 전자들과 자기장 내 높은 이온온도(ion temperature)를 가진 이온(이온들은 자기장의 영향을 적게 받음)들이 고효율의 중성가스 이온화에 기여를 하게 하여 플라즈마의 밀도를 높임으로 최종적으로는 기판(substrates)에 박막 증착속도를 높이기 위함이다. 그러나 한 공정 챔버에서 플라즈마화학기상증착 공정과 마그네트론에 의한 스퍼터 공정을 동시에 구현할 수 없고, 플라즈마의 밀도는 자기 거울 효과에 의해 가두어진 전자들에 의한 이온화에 제한되어 높은 생산성을 위한 실제 증착 시료 근처의 더 높은 플라즈마 밀도를 얻기 위한 방법이 요구된다.International patent (WO 02/086932 A1) describes the principle of plasma to generate a high density plasma by magnetic mirror effect on the coating in a plasma chemical vapor deposition (PECVD) low vacuum atmosphere. This produces a magnetic field distribution with a magnetic mirror effect through the combination of permanent magnets and metals with ferromagnetic properties, resulting in first, secondary electrons occurring on a large area electrode confined by the magnetic mirror effect. ) Electrons and ions with high ion temperatures in the magnetic field (the ions are less affected by the magnetic field) contribute to high-efficiency neutral gas ionization, resulting in higher plasma density and ultimately substrates This is to increase the thin film deposition rate. However, it is impossible to simultaneously implement the plasma chemical vapor deposition process and the magnetron sputtering process in one process chamber, and the density of the plasma is limited to ionization by electrons trapped by the magnetic mirror effect. There is a need for a method for obtaining higher plasma densities.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 플라즈마화학기상증착과 스퍼터 증착을 동시에 구현할 수 있는 박막 증착 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a thin film deposition apparatus capable of simultaneously implementing plasma chemical vapor deposition and sputter deposition.

또한, 본 발명의 다른 목적은 자기 거울과 자기 가둠 효과로 플라즈마의 밀도를 향상시켜 증착 속도를 향상시킬 수 있는 박막 증착 장치를 제공하는 데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a thin film deposition apparatus that can improve the deposition rate by improving the density of the plasma by the magnetic mirror and magnetic confinement effect.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 챔버 내 다른 플라즈마 증착 장비들과 격리를 통해 고순도의 다층 박막 형성이 가능한 박막 증착 장치를 제공하는 데 있다.In addition, another object of the present invention to provide a thin film deposition apparatus capable of forming a multi-layer thin film of high purity through isolation from other plasma deposition equipment in the chamber.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 박막 증착 장치는, 박막 증착을 위한 시료를 유입 및 반출하도록 슬릿이 외벽 측면에 형성되어 있고 가스주입구와 냉각관 입구가 외벽 하부에 형성된 밀폐형 구조의 챔버와; 상기 챔버의 상부에 위치한 영구자석과; 상기 영구자석의 하부에 위치하며 내부에 냉각관을 구비한 냉각판과; 상기 냉각판의 하부에 구성되고 상기 시료와는 일정 거리만큼 이격되도록 상기 냉각판과 상기 시료 사이에 설치되며 상대자기투과율이 대략 1 정도인 금속 구조물과; 상기 영구자석에서 발생하는 자기장에 의해서 구속되는 플라즈마의 전류밀도에 따라 상기 금속 구조물과 일정 거리를 두고 상기 챔버 내부에 설치되며 강자성 물질로 된 내부 음극과; 상기 챔버의 냉각관 입구를 통해 내부 음극의 측면 및 하부 와 접촉되도록 구성되며 상기 내부 음극에서 발생하는 열을 냉각함과 동시에 고주파 전력신호나 직류 음(-) 전압을 인가하는 냉각관과; 상기 냉각관과 상기 챔버 사이를 절연시키는 절연물질; 및 상기 챔버의 가스주입구에 설치된 가스주입부를 통해 유입된 가스를 복수 개의 노즐 구멍을 통해 상기 내부 음극의 내부로 분출하는 가스관;을 포함하며, 상기 영구자석과 상기 내부 음극의 배치에 의한 자기 거울 효과에 의한 고효율의 플라즈마 화학기상증착 및 스퍼터 증착을 동시에 구현할 수 있는 것을 특징으로 한다.The thin film deposition apparatus of the present invention for achieving the above object comprises: a chamber of a closed structure in which a slit is formed on the outer wall side and a gas inlet and a cooling tube inlet are formed below the outer wall so that a sample for thin film deposition is introduced and taken out; A permanent magnet located above the chamber; A cooling plate positioned below the permanent magnet and having a cooling tube therein; A metal structure disposed below the cooling plate and installed between the cooling plate and the sample to be spaced apart from the sample by a predetermined distance and having a relative magnetic transmittance of about 1; An internal cathode formed in the chamber at a predetermined distance from the metal structure according to the current density of the plasma constrained by the magnetic field generated by the permanent magnet and made of a ferromagnetic material; A cooling tube configured to be in contact with the side and the bottom of the inner cathode through an inlet of the cooling tube of the chamber and to cool the heat generated from the inner cathode and to apply a high frequency power signal or a DC negative voltage; An insulating material insulating the cooling tube from the chamber; And a gas pipe for ejecting the gas introduced through the gas inlet installed in the gas inlet of the chamber into the inside of the inner cathode through a plurality of nozzle holes, and the magnetic mirror effect by the arrangement of the permanent magnet and the inner cathode. By the high-efficiency plasma chemical vapor deposition and sputter deposition can be implemented simultaneously.

상기 박막 증착 장치는 상기 내부 음극의 상단에 금속 또는 세라믹 타겟을 구비하여, 상기 플라즈마 화학기상증착에 의해 형성된 박막에 스퍼터 증착을 동시에 구현할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.The thin film deposition apparatus is provided with a metal or ceramic target on the upper end of the inner cathode, it characterized in that the sputter deposition can be simultaneously implemented on the thin film formed by the plasma chemical vapor deposition.

상기 박막 증착 장치에 직류(DC) 전원을 인가하는 경우 상기 냉각판은 양극(+), 상기 내부 음극은 음극(-)을 인가하고, 상기 박막 증착 장치에 고주파(RF) 전원을 인가하는 경우 상기 냉각판은 그라운드 전압(접지전압), 상기 내부 음극은 음극(-)을 인가하는 것을 특징으로 한다.When direct current (DC) power is applied to the thin film deposition apparatus, the cooling plate applies a positive electrode (+), the internal cathode applies a negative electrode (−), and when applying a high frequency (RF) power to the thin film deposition apparatus. The cooling plate is characterized in that the ground voltage (ground voltage), the internal cathode is applied a cathode (-).

상기 영구자석에서 발생하는 자기장의 세기는 0.02 내지 0.3 테슬라(Tesla)인 것을 특징으로 한다.The strength of the magnetic field generated in the permanent magnet is characterized in that 0.02 to 0.3 Tesla (Tesla).

상기 내부 음극의 면적과 재질, 그리고 상기 내부 음극과 상기 금속 구조물과의 거리에 따라 발생되는 자기 거울에서 전자의 임계 탈출 각도(critical escape cone angle)는 10도에서 30도 사이인 것을 특징으로 한다.The critical escape cone angle of electrons in the magnetic mirror generated according to the area and the material of the inner cathode and the distance between the inner cathode and the metal structure is 10 to 30 degrees.

상기 영구자석은 중심 부분에 복수 개의 N극이 구성되고, 상기 중심 부분과 일정 거리만큼 이격된 가장자리 부분에 복수 개의 S극이 구성된 것을 특징으로 한다.The permanent magnet is characterized in that a plurality of N poles are configured in the center portion, and a plurality of S poles are formed in the edge portion spaced apart from the center portion by a predetermined distance.

상기 영구자석은 중심 부분에 복수 개의 S극이 구성되고, 상기 중심 부분과 일정 거리만큼 이격된 가장자리 부분에 복수 개의 N극이 구성된 것을 특징으로 한다.The permanent magnet is characterized in that a plurality of S poles are formed in the center portion, and a plurality of N poles are formed in the edge portion spaced apart from the center portion by a predetermined distance.

상기 강자성 물질로 된 내부 음극은 상대자기투과율 값이 500에서 5000 사이인 것을 특징으로 한다.The internal cathode of the ferromagnetic material is characterized in that the relative magnetic transmittance value is between 500 and 5000.

상기 절연물질은 엠씨 나일론(Mc Nylon), 테프론, 마일러를 포함한 절연물질 중 어느 하나를 사용한 것을 특징으로 한다.The insulating material is characterized by using any one of the insulating material, including the nylon (Mc Nylon), Teflon, Mylar.

상기 냉각판의 재질은 구리인 것을 특징으로 한다.The material of the cooling plate is characterized in that the copper.

상기 냉각판과 상기 내부 음극에 구비된 냉각관의 재질은 구리를 포함한 도전체 물질을 사용하고 물의 순환에 의해 냉각 작용을 하는 것을 특징으로 한다.The material of the cooling tube provided in the cooling plate and the inner cathode is characterized in that for using the conductor material containing copper and cooling by water circulation.

상기 가스관의 재질은 스테인레스 스틸로 구성된 것을 특징으로 한다.The material of the gas pipe is characterized in that composed of stainless steel.

상기 금속 구조물의 재질은 상대자기투과율이 대략 1 정도의 값을 가지는 알루미늄, 파라듐, 은을 포함한 금속물질 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 한다.The material of the metal structure is characterized in that any one of a metal material including aluminum, palladium, silver having a relative magnetic transmittance of about 1 value.

상기 금속 구조물의 재질은 알루미늄 계열의 합금인 것을 특징으로 한다.The material of the metal structure is characterized in that the aluminum-based alloy.

상기 시료는 필름, 유리, 금속을 포함하며, 상기 슬릿은 상기 시료의 두께와 폭보다 크게 형성하되 모서리가 둥근 직사각형으로 형성된 것을 특징으로 한다.The sample includes a film, glass, metal, and the slit is formed larger than the thickness and width of the sample, characterized in that formed in a rounded rectangle.

상기 슬릿의 두께는 3mm 내지 10mm인 것을 특징으로 한다.The thickness of the slit is characterized in that 3mm to 10mm.

상기 챔버의 재질은 스테인레스 스틸인 것을 특징으로 한다.The material of the chamber is characterized in that the stainless steel.

상기 내부 음극은 내부에 공간부가 형성되어 있고 윗면이 없는 정육면체 모양을 갖는 것을 특징으로 한다.The inner cathode has a space portion formed therein and has a cube shape without a top surface.

본 발명에 의하면, 자기 거울과 자기 가둠 효과로 증착 속도를 향상시킬 수 있고, 플라즈마화학기상증착과 스퍼터 증착을 동시에 구현할 수 있으며, 챔버 내 다른 플라즈마 증착 장비들과 격리를 통해 고순도의 다층 박막 형성이 가능한 효과가 있다.According to the present invention, the deposition speed can be improved by the magnetic mirror and the magnetic confinement effect, and the plasma chemical vapor deposition and the sputter deposition can be simultaneously implemented, and the formation of high purity multilayer thin film through isolation with other plasma deposition equipment in the chamber can be achieved. There is a possible effect.

또한, 확산펌프 내 진공오일의 오염을 방지할 수 있고, 플라즈마 화학 증착 공정에서의 진공게이지와 잔여가스분석기를 안정적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.In addition, the contamination of the vacuum oil in the diffusion pump can be prevented, and the vacuum gauge and the residual gas analyzer in the plasma chemical vapor deposition process can be used stably.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 박막 증착 장치의 사시도로서, 도 1은 우상에서 바라본 박막 증착 장치의 사시도이고, 도 2는 좌하에서 바라본 박막 증착 장치의 사시도이다.1 and 2 are perspective views of a thin film deposition apparatus according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 1 is a perspective view of the thin film deposition apparatus seen from the upper right, Figure 2 is a perspective view of the thin film deposition apparatus viewed from the lower left.

상기 박막 증착 장치의 외부 구조물(이하, '챔버'라고 한다)(100)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 내지 제 6 외벽(101 내지 106)으로 된 육면체의 구 조로 되어있고, 재질은 스테인레스 스틸(SUS 304)로 제작된다. The outer structure (hereinafter referred to as 'chamber') 100 of the thin film deposition apparatus is a hexahedral structure of first to sixth outer walls 101 to 106, as shown in FIGS. The material is made of stainless steel (SUS 304).

상기 챔버(100)의 좌측 및 우측인 제 2 및 제 4 외벽(102, 104)에는 박막 증착을 위한 슬릿(slit; 108, 109)이 필름이나 유리 혹은 금속의 두께와 폭보다 조금 여유있게 모서리가 둥근 직사각형으로 좌우로 뚫려 있다. 이때, 상기 슬릿의 두께는 3mm 내지 10mm인 것이 바람직하다.The second and fourth outer walls 102 and 104, which are left and right sides of the chamber 100, have slits 108 and 109 for thin film deposition so that the edges of the chamber 100 are slightly larger than the thickness and width of the film, glass, or metal. It is rounded left and right in a rectangular shape. At this time, the thickness of the slit is preferably 3mm to 10mm.

상기 챔버(100)의 하측인 제 3 외벽(103)에는 가스관(도 7 참조)의 가스주입부(122)를 연결하는 1개의 가스주입구(110)와 냉각관(도 3의 120)을 삽입하기 위한 원형으로 된 4개의 냉각관 입구(111)가 구성되어 있다. 그리고, 상기 챔버(100)의 정면인 제 5 외벽(105)에는 냉각관(도 3의 116)을 삽입하기 위한 원형으로 된 2개의 냉각관 입구(107)가 구성되어 있다.Inserting one gas inlet 110 and a cooling tube (120 in FIG. 3) connecting the gas inlet 122 of the gas pipe (see FIG. 7) to the third outer wall 103 below the chamber 100. Four cooling tube inlets 111 of a circular shape are configured. In the fifth outer wall 105, which is the front of the chamber 100, two cooling tube inlets 107 are formed in a circular shape for inserting the cooling tube (116 of FIG. 3).

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 박막 증착 장치의 내부 구조 및 자기장 분포를 나타낸 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing the internal structure and magnetic field distribution of the thin film deposition apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.

상기 박막 증착 장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 박막 증착을 위한 시료(113)를 유입 및 반출하도록 슬릿(도 1 및 도 2의 108, 109)이 외벽 측면에 형성되어 있고 가스주입구와 냉각관 입구가 외벽 하부에 형성된 밀폐형 구조의 챔버(100)와, 상기 챔버(100)의 상부에 위치한 영구자석(114,115)과, 상기 영구자석(114,115)의 하부에 위치하며 내부에 냉각관(116)을 구비한 냉각판(118)과, 상기 냉각판(118)의 하부에 구성되고 상기 시료(113)와는 일정 거리만큼 이격되도록 상기 냉각판(118)과 상기 시료(113) 사이에 설치되며 상대자기투과율이 대략 1 정도인 금속 구조물(117)과, 상기 영구자석(114,115)에서 발생하는 자기장에 의해서 구 속되는 플라즈마의 전류밀도에 따라 상기 금속 구조물(117)과 일정 거리를 두고 상기 챔버(100) 내부에 설치되며 윗면이 없는 정육면체 모양의 강자성 물질로 된 내부 음극(112)과, 상기 챔버(100)의 냉각관 입구(111)를 통해 상기 내부 음극(112)의 측면 및 하부와 접촉되도록 구성되며 상기 내부 음극(112)에서 발생하는 열을 냉각함과 동시에 고주파 전력신호나 직류 음(-) 전압을 인가하는 냉각관(120)과, 상기 냉각관(120)과 상기 챔버(100) 사이를 절연시키는 절연물질(121)과, 상기 챔버(100)의 가스주입구(110)에 설치된 가스주입부(도 7의 122)를 통해 유입된 가스를 복수 개의 노즐 구멍(도 7의 124)을 통해 상기 내부 음극(112)의 내부로 분출하는 가스관(도 7 참조)을 포함한다. In the thin film deposition apparatus, as shown in FIG. 3, slits (108 and 109 of FIGS. 1 and 2) are formed on the outer wall side to introduce and export the sample 113 for thin film deposition, and a gas inlet and a cooling tube are provided. An airtight chamber 100 having an inlet formed under the outer wall, permanent magnets 114 and 115 positioned above the chamber 100, and a cooling tube 116 therein and positioned below the permanent magnets 114 and 115. The cooling plate 118 and the lower portion of the cooling plate 118 is provided between the cooling plate 118 and the sample 113 so as to be spaced apart from the sample 113 by a predetermined distance, the relative magnetic transmittance The chamber 100 is spaced at a predetermined distance from the metal structure 117 of approximately 1 degree and the metal structure 117 according to the current density of the plasma bound by the magnetic fields generated by the permanent magnets 114 and 115. Cuboid steel with no top The inner cathode 112 made of magnetic material and the side and the bottom of the inner cathode 112 are contacted through the cooling tube inlet 111 of the chamber 100 and the heat generated by the inner cathode 112. And a cooling tube 120 for applying a high frequency power signal or a DC negative voltage, an insulating material 121 for insulating the cooling tube 120 and the chamber 100, and the chamber. A gas pipe which ejects the gas introduced through the gas injection unit (122 of FIG. 7) installed in the gas injection port 110 of 100 to the inside of the internal cathode 112 through the plurality of nozzle holes (124 of FIG. 7). (See FIG. 7).

먼저, 상기 냉각판(118) 상부에 위치한 상기 영구자석(114,115)은 도 5와 같이, 중심 부분에 복수 개의 N극(114)이 구성되고, 상기 중심 부분과 일정 거리만큼 이격된 가장자리 부분에 복수 개의 S극(115)이 구성된다. 또는, 상기 영구자석(114,115)은 도 6과 같이, 중심 부분에 복수 개의 S극(114)이 구성되고, 상기 중심 부분과 일정 거리만큼 이격된 가장자리 부분에 복수 개의 N극(115)이 구성된다. 이때, 상기 영구자석(114,115)에서 발생하는 자기장의 세기는 0.02 내지 0.3 테슬라(Tesla)인 것이 바람직하다.First, as shown in FIG. 5, the permanent magnets 114 and 115 positioned on the cooling plate 118 are configured with a plurality of N poles 114 at a center portion, and a plurality of edges spaced apart from the center portion by a predetermined distance. S poles 115 are configured. Alternatively, as shown in FIG. 6, the permanent magnets 114 and 115 have a plurality of S poles 114 formed at a center portion thereof, and a plurality of N poles 115 formed at edge portions spaced apart from the center portion by a predetermined distance. . In this case, the strength of the magnetic field generated in the permanent magnets 114 and 115 is preferably 0.02 to 0.3 Tesla.

상기 냉각판(118)은 도 4에 도시된 바와 같이, 내부에 'U'자 형상의 냉각관(116)이 형성되어 있으며, 상기 냉각관(116)을 통해 냉각수를 유입 및 배출하여 상기 냉각판(118)에서 발생하는 열을 냉각하는 역할을 한다. 이를 위해, 상기 냉각관(116)은 상기 냉각판(118)에 최대한의 접촉면적을 가지면서 용접된다. 상기 냉각 관(116)은 열 전도성이 뛰어나고 전기 저항이 작은 구리(Cu)와 같은 물질을 사용하는 것이 적당하다. 상기 냉각판(118)의 면적은 상기 챔버(100)의 내부 면적과 거의 동일하게 제작된다. As shown in FIG. 4, the cooling plate 118 has a 'U' shaped cooling tube 116 formed therein. The cooling plate is introduced into and discharged from the cooling plate 116. It serves to cool the heat generated at 118. To this end, the cooling pipe 116 is welded to the cooling plate 118 having a maximum contact area. The cooling tube 116 is suitable to use a material such as copper (Cu) having excellent thermal conductivity and low electrical resistance. The area of the cooling plate 118 is manufactured to be substantially equal to the internal area of the chamber 100.

상기 금속 구조물(117)은 상기 냉각판(118)의 하부에 구성되고 상기 시료(113)와는 일정 거리만큼 이격되도록 상기 냉각판(118)과 상기 시료(113) 사이에 설치된다. 상기 금속 구조물(117)은 상대자기투과율이 대략 1 정도의 값을 가지는 알루미늄, 파라듐, 은, 베릴륨, 염화니켈, 황화망간을 포함한 금속물질 중에서 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 금속 구조물(117)은 알루미늄 계열의 합금을 사용할 수도 있다.The metal structure 117 is disposed below the cooling plate 118 and is installed between the cooling plate 118 and the sample 113 to be spaced apart from the sample 113 by a predetermined distance. The metal structure 117 is preferably any one of a metal material including aluminum, palladium, silver, beryllium, nickel chloride, manganese sulfide having a relative magnetic transmittance of about 1 value. In addition, the metal structure 117 may use an aluminum-based alloy.

상기 내부 음극(112)는 상대자기투과율 값이 500에서 5000 사이의 값을 가지는 강자성체(Ferromagnetic) 물질로 제작되며, 윗면이 없는 정육면체 모양으로 되어 있다. 상기 내부 음극(112)의 측면 및 저면에는 상기 내부 음극(112)에서 발생하는 열을 최대한 제거하기 위해 상기 냉각관(120)이 용접되어 있다. 상기 냉각관(120)은 냉각과 전력 전달의 기능이 있다. 이때, 상기 냉각관(120)에 공급되는 전력은 고주파 전력 신호나 직류 음전압(-)이 인가될 수 있으며, 상기 챔버(100)와는 절연물질(121)에 의해 전기적으로 절연되어 있다.The internal cathode 112 is made of a ferromagnetic material having a relative magnetic transmittance value of 500 to 5000, and has a cube shape without a top surface. The cooling tube 120 is welded to the side and bottom of the inner cathode 112 to remove as much heat generated from the inner cathode 112 as possible. The cooling pipe 120 has a function of cooling and power transmission. In this case, the power supplied to the cooling pipe 120 may be applied with a high frequency power signal or a direct current negative voltage (−), and is electrically insulated from the chamber 100 by an insulating material 121.

상기 냉각관(120)은 구리(Cu)와 같이 열전도가 좋은 물질로 제작되고 상기 챔버(100)와 전기적으로 절연되도록 엠씨 나일론(MC Nylon)이나 테플론 같은 물질로 제작된 절연물질을 상기 냉각관(120) 주변을 감싸도록 설치되는 것이 바람직하다. 한편, 상기 냉각관(120)이 기계적으로 지지가 필요한 경우에는 엠씨 나일론으 로 제작되는 것이 바람직하다.The cooling tube 120 is made of a material having good thermal conductivity, such as copper (Cu), and the insulating material made of a material such as MC Nylon or Teflon to be electrically insulated from the chamber 100. 120) It is preferable to be installed to surround the periphery. On the other hand, when the cooling tube 120 is mechanically required to be preferably made of MC nylon.

상기 내부 음극(112)의 내부로 가스를 분출하도록 상기 챔버(100)의 하부에 설치되는 가스관은 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 챔버(100)의 가스주입구(110)에 설치되는 가스주입부(122)와, 상기 가스주입부(122)를 통해 유입된 가스를 상기 내부 음극(112)의 내부로 분출하도록 복수 개의 노즐 구멍(124)이 형성된 노즐부(123)를 포함하여 구성한다. 이때, 상기 가스관의 재질은 스테인레스 스틸(SUS-304)을 사용하는 것이 바람직하다. As illustrated in FIG. 7, the gas pipe installed at the lower portion of the chamber 100 to eject gas into the inner cathode 112 may be installed at the gas inlet 110 of the chamber 100. And a nozzle unit 123 in which a plurality of nozzle holes 124 are formed to eject the gas introduced through the gas injection unit 122 into the internal cathode 112. In this case, the material of the gas pipe is preferably stainless steel (SUS-304).

상기 구성을 갖는 박막 증착 장치의 자기장 분포는 도 3에 도시한 바와 같이, 일반적으로 알려진 마그네트론의 자기장 분포와 동일하다. 이는 증착되는 부위에 높은 플라즈마 밀도를 얻기 위함이다. 상기 냉각판(118)과 상기 시료(118) 사이에는 알루미늄과 같이 상대자기투과율이 1에 가까운 금속 구조물(117)이 위치한다. 그리고, 상기 챔버(100)의 양 옆에는 상기 시료(113)의 텐션을 조정하기 위한 구조물(119)이 설치된다. 상기 구조물(119)의 내부에는 용도에 따라 필름의 응력(tension)을 조정하기 위한 롤이 기하학적으로 설치될 수 있다.As shown in FIG. 3, the magnetic field distribution of the thin film deposition apparatus having the above configuration is the same as the magnetic field distribution of the generally known magnetron. This is to obtain a high plasma density at the deposited site. Between the cooling plate 118 and the sample 118, a metal structure 117 having a relative magnetic transmittance close to 1, such as aluminum, is positioned. And, both sides of the chamber 100 is provided with a structure 119 for adjusting the tension of the sample 113. The inside of the structure 119 may be geometrically installed a roll for adjusting the tension (tension) of the film according to the application.

상기 박막 증착 장치 내부의 음극(cathode)의 넓은 면적은 상대적으로 큰 값의 이온 온도(ion temperature)를 가지는 플라즈마를 발생시켜 저 진공에서 고 이온화에 기여한다. 또한, 자기장의 세기는 0.02에서 0.3 테슬라(Tesla)가 적당하며, 상기 내부 음극(112)의 면적과 재질 그리고 상기 내부 음극(112)과 상기 금속 구조물(117)과의 거리에 따라 발생되는 자기 거울에서 전자의 임계 탈출 각도(critical escape cone angle)는 10도에서 30도 사이가 적당하다. The large area of the cathode inside the thin film deposition apparatus generates a plasma having a relatively large ion temperature, contributing to high ionization at low vacuum. In addition, the strength of the magnetic field is suitable from 0.02 to 0.3 Tesla (Tesla), the magnetic mirror generated according to the area and material of the inner cathode 112 and the distance between the inner cathode 112 and the metal structure 117. The critical escape cone angle of electrons at 10 to 30 degrees is suitable.

저 진공에서 높은 이온온도의 이온들과 자기 거울(magnetic mirror)에 의해 가두어진(trap) 전자들에 의한 고 이온화에 의한 높은 성막 속도를 얻을 수 있다.It is possible to obtain a high film formation rate by high ionization by electrons trapped by ions and magnetic mirrors at high ionic temperatures at low vacuum.

상기 내부 음극(112)의 꼭대기부분은 상대적으로 강한 자기장이 분포하고 자기거울로부터 탈출한 플라즈마가 전기장과 자기장 효과에 의해 모여져서 높은 플라즈마 밀도를 가진다. 이곳에서 음극 물질의 스퍼터가 이루어진다.The top portion of the inner cathode 112 has a relatively strong magnetic field is distributed and the plasma escaped from the magnetic mirror is collected by the electric field and the magnetic field effect has a high plasma density. This is where the sputter of the cathode material takes place.

즉, 상기 내부 음극(112)의 꼭대기와 양극을 갖는 상기 금속 구조물(117) 사이의 거리가 충분히 멀면 플라즈마 화학기상증착법에 의한 고순도의 박막을 얻을 수가 있다. 이때, 상기 내부 음극(112)의 상단(음극 꼭대기)에 금속이나 세라믹 구조물을 설치하여 그 끝과 양극의 거리가 충분히 가까우면 플라즈마 화학기상증착법에 의한 고순도 박막에 금속이나 세라믹 물질이 스퍼터 과정을 통해 도핑되는 특수한 박막을 얻을 수 있다.That is, when the distance between the top of the internal cathode 112 and the metal structure 117 having the anode is sufficiently long, a high purity thin film by plasma chemical vapor deposition can be obtained. At this time, the metal or ceramic structure is installed on the upper end of the inner cathode 112 (top of the cathode), and if the distance between the end and the anode is sufficiently close, the metal or ceramic material is sputtered on the high purity thin film by the plasma chemical vapor deposition method. A special thin film to be doped can be obtained.

여기서, 상기 내부 음극(112)의 꼭대기와 코팅되는 시료(113), 예를 들어 폴리머 계열 필름이나 유리, 금속과의 거리는 적당히 떨어져 있는 것이 바람직하다. 너무 가까울 경우 음극 끝 부분과 양극 사이에 강한 전계(Electric field)가 인가되어 폴리머 등의 표면 손상을 야기할 수 있다.Here, the distance between the top of the internal cathode 112 and the sample 113 to be coated, for example, a polymer-based film, glass, or metal, may be appropriately separated. If too close, a strong electric field may be applied between the cathode end and the anode to cause surface damage such as polymer.

따라서, 상기 내부 음극(112)의 꼭대기와 양극을 갖는 상기 금속 구조물(117) 사이의 거리는 자기장에 의해서 구속되는 플라즈마의 전류밀도의 크기에 따라 플라즈마 화학기상증착 및 스퍼터 증착에 의한 고순도의 박막을 얻을 수 있도록 결정한다.Therefore, the distance between the top of the inner cathode 112 and the metal structure 117 having the anode is obtained by the plasma chemical vapor deposition and sputter deposition according to the magnitude of the current density of the plasma constrained by the magnetic field to obtain a high purity thin film Decide to make it possible.

상기 외부 구조물(챔버; 100)과 내부의 자기 거울 효과는 플라즈마를 사용하 여 박막을 증착하는 박막 증착 장치 내에 플라즈마가 한정되도록 한다. 이는 웹코터장비(web coater device) 내에서의 여러 개의 마그네트론 스퍼터링 공정과 플라즈마 화학기상증착 공정의 동시 구현을 가능하게 한다.The external structure (chamber) 100 and the internal magnetic mirror effect allow the plasma to be confined within a thin film deposition apparatus that deposits a thin film using plasma. This allows simultaneous implementation of several magnetron sputtering processes and plasma chemical vapor deposition processes in a web coater device.

예를 들면, 헥사메틸디실록산(HMDSO)와 산소, 아르곤이 상기 가스관의 노즐구멍(124)을 통해 방출되고, 상기 내부 음극(112)에 고주파가 인가되고 상기 냉각판(118)은 접지로 연결되고, 상기 내부 음극(112)의 끝 부분에 알루미늄을 부착하면, 헥사메틸디실록산(HMDSO)으로부터 탄화수소계규소산화물이 상기 시료(113)에 증착되고 동시에 알루미늄이 스퍼터를 통해 상기 시료(113)에 증착되어 금속이나 세라믹이 도핑(dopping)된 높은 전도성을 가진 탄화수소계 규소산화물질을 얻을 수 있다.For example, hexamethyldisiloxane (HMDSO), oxygen, and argon are released through the nozzle hole 124 of the gas pipe, high frequency is applied to the inner cathode 112, and the cooling plate 118 is connected to the ground. When aluminum is attached to the end of the internal cathode 112, hydrocarbon-based silicon oxide is deposited on the sample 113 from hexamethyldisiloxane (HMDSO) and aluminum is simultaneously deposited on the sample 113 through a sputter. By depositing, a highly conductive hydrocarbon-based silicon oxide material doped with metal or ceramic may be obtained.

따라서, 본 발명의 박막 증착 장치에서는 상기 내부 음극(112)의 상단에 금속 또는 세라믹 타겟을 구비하여, 상기 플라즈마 화학기상증착에 의해 형성된 박막에 스퍼터를 통한 물질 도핑 효과를 동시에 구현할 수 있다.Therefore, in the thin film deposition apparatus of the present invention, a metal or ceramic target may be provided on the upper side of the inner cathode 112 to simultaneously realize a material doping effect through a sputter on the thin film formed by the plasma chemical vapor deposition.

이때, 상기 박막 증착 장치에 직류(DC) 전원을 인가하는 경우 상기 냉각판(118)은 양극(+), 상기 내부 음극(112)은 음극(-)을 인가하고, 고주파(RF) 전원을 인가하는 경우 상기 냉각판(118)은 그라운드 전압(접지전압), 상기 내부 음극(112)은 음극(-)을 인가한다.In this case, when direct current (DC) power is applied to the thin film deposition apparatus, the cooling plate 118 applies a cathode (+), and the internal cathode 112 applies a cathode (−), and applies a high frequency (RF) power. In this case, the cooling plate 118 applies a ground voltage (ground voltage), and the internal cathode 112 applies a cathode (−).

본 발명은 플라즈마 화학기상증착과 스퍼터 증착 등을 사용하여 필름이나, 유리 혹은 금속과 같은 시료에 박막을 증착하는 박막 증착 장치 등에 이용할 수 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a thin film deposition apparatus for depositing a thin film on a film or a sample such as glass or metal using plasma chemical vapor deposition, sputter deposition, or the like.

이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시 예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 특허청구범위에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함되는 것으로 보아야 할 것이다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made by those skilled in the art, which should be regarded as included in the spirit and scope of the present invention as defined in the appended claims. will be.

도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 박막 증착 장치의 사시도로서,1 and 2 are perspective views of a thin film deposition apparatus according to a preferred embodiment of the present invention,

도 1은 우상에서 바라본 박막 증착 장치의 사시도이고,1 is a perspective view of a thin film deposition apparatus viewed from an upper right side,

도 2는 좌하에서 바라본 박막 증착 장치의 사시도이다.2 is a perspective view of a thin film deposition apparatus viewed from the lower left.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 박막 증착 장치의 내부 구조 및 자기장 분포를 나타낸 단면도3 is a cross-sectional view showing the internal structure and magnetic field distribution of the thin film deposition apparatus according to a preferred embodiment of the present invention

도 4는 본 발명의 박막 증착 장치에 사용된 양극(접지) 냉각구조물의 평면도4 is a plan view of an anode (ground) cooling structure used in the thin film deposition apparatus of the present invention.

도 5 및 도 6은 본 발명의 박막 증착 장치에 사용된 영구자석의 배치도5 and 6 is a layout view of a permanent magnet used in the thin film deposition apparatus of the present invention

도 7은 본 발명의 박막 증착 장치에 사용된 가스관의 구성도7 is a configuration diagram of a gas pipe used in the thin film deposition apparatus of the present invention.

[ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ][Description of Code for Major Parts of Drawing]

100 : 챔버 101 : 제 1 외벽100 chamber 101 first outer wall

102 : 제 2 외벽 103 : 제 3 외벽102: second outer wall 103: third outer wall

104 : 제 4 외벽 105 : 제 5 외벽104: fourth outer wall 105: fifth outer wall

106 : 제 6 외벽 107 : 냉각관 입구106: sixth outer wall 107: cooling tube inlet

108 : 좌부 슬릿(slit) 109 : 우부 슬릿(slit)108: left side slit 109: right side slit

110 : 가스주입부 111 : 냉각관(전극)입구110 gas inlet 111 cooling tube (electrode) inlet

112 : 내부음극 113 : 시료(필름, 금속, 유리)112: internal cathode 113: sample (film, metal, glass)

114 : 영구자석 N극(또는 S극) 115 : 영구자석 S극(또는 N극)114: permanent magnet N pole (or S pole) 115: permanent magnet S pole (or N pole)

116 : 냉각관 117 : 금속 구조물116: cooling tube 117: metal structure

118 : 냉각판 119 : 구조물118: cold plate 119: structure

120 : 냉각관 121 : 절연물질120: cooling tube 121: insulating material

122 : 가스주입부 123 : 노즐부122: gas injection unit 123: nozzle unit

124 : 노즐구멍 125 : 금속 또는 세라믹 타겟124 nozzle hole 125 metal or ceramic target

Claims (18)

박막 증착 장치에 있어서,In the thin film deposition apparatus, 박막 증착을 위한 시료를 유입 및 반출하도록 슬릿이 외벽 측면에 형성되어 있고 가스주입구와 냉각관 입구가 외벽 하부에 형성된 밀폐형 구조의 챔버와;A chamber having a sealed structure in which a slit is formed on the side of the outer wall so that a sample for thin film deposition is introduced and discharged, and a gas inlet and a cooling tube inlet are formed below the outer wall; 상기 챔버의 상부에 위치한 영구자석과;A permanent magnet located above the chamber; 상기 영구자석의 하부에 위치하며 내부에 냉각관을 구비한 냉각판과;A cooling plate positioned below the permanent magnet and having a cooling tube therein; 상기 냉각판의 하부에 구성되고 상기 시료와는 일정 거리만큼 이격되도록 상기 냉각판과 상기 시료 사이에 설치되는 금속 구조물과;A metal structure disposed below the cooling plate and installed between the cooling plate and the sample to be spaced apart from the sample by a predetermined distance; 상기 영구자석에서 발생하는 자기장에 의해서 구속되는 플라즈마의 전류밀도에 따라 상기 금속 구조물과 일정 거리를 두고 상기 챔버 내부에 설치되며 강자성 물질로 된 내부 음극과;An internal cathode formed in the chamber at a predetermined distance from the metal structure according to the current density of the plasma constrained by the magnetic field generated by the permanent magnet and made of a ferromagnetic material; 상기 챔버의 냉각관 입구를 통해 내부 음극의 측면 및 하부와 접촉되도록 구성되며 상기 내부 음극에서 발생하는 열을 냉각함과 동시에 고주파 전력신호나 직류 음(-) 전압을 인가하는 냉각관과;A cooling tube configured to be in contact with the side and the bottom of the inner cathode through an inlet of the cooling tube of the chamber and to cool the heat generated from the inner cathode and to apply a high frequency power signal or a DC negative voltage; 상기 내부 음극에 구비된 냉각관과 상기 챔버 사이를 절연시키는 절연물질; 및An insulating material insulating between the cooling tube provided in the inner cathode and the chamber; And 상기 챔버의 가스주입구에 설치된 가스주입부를 통해 유입된 가스를 복수 개의 노즐 구멍을 통해 상기 내부 음극의 내부로 분출하는 가스관;을 포함하며, And a gas pipe for ejecting gas introduced through a gas injection unit installed at the gas injection hole of the chamber into the inside of the internal cathode through a plurality of nozzle holes. 상기 영구자석과 상기 내부 음극의 배치에 의한 자기 거울 효과와 플라즈마 화학기상증착 및 스퍼터 증착을 동시에 구현할 수 있는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.Thin film deposition apparatus characterized in that the magnetic mirror effect and the plasma chemical vapor deposition and sputter deposition by the arrangement of the permanent magnet and the internal cathode can be implemented at the same time. 제 1 항에 있어서, 상기 박막 증착 장치는:The apparatus of claim 1, wherein the thin film deposition apparatus is: 상기 내부 음극의 상단에 금속 또는 세라믹 타겟을 구비하여, 상기 플라즈마 화학기상증착에 의해 형성된 박막에 스퍼터 증착을 동시에 구현할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.Thin film deposition apparatus comprising a metal or ceramic target on the upper end of the inner cathode, so that sputter deposition on the thin film formed by the plasma chemical vapor deposition can be simultaneously implemented. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 박막 증착 장치에 직류(DC) 전원을 인가하는 경우 상기 냉각판은 양극(+), 상기 내부 음극은 음극(-)을 인가하고,When applying direct current (DC) power to the thin film deposition apparatus, the cooling plate applies a positive electrode (+), and the internal cathode applies a negative electrode (−), 상기 박막 증착 장치에 고주파(RF) 전원을 인가하는 경우 상기 냉각판은 그라운드 전압(접지전압), 상기 내부 음극은 음극(-)을 인가하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.When the high frequency (RF) power is applied to the thin film deposition apparatus, the cooling plate is a ground voltage (ground voltage), the internal cathode is a thin film deposition apparatus, characterized in that for applying a cathode (-). 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 영구자석에서 발생하는 자기장의 세기는 0.02 내지 0.3 테슬라(Tesla) 인 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.Thin film deposition apparatus, characterized in that the strength of the magnetic field generated in the permanent magnet is 0.02 to 0.3 Tesla (Tesla). 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 내부 음극의 면적과 재질, 그리고 상기 내부 음극과 상기 금속 구조물과의 거리에 따라 발생되는 자기 거울에서 전자의 임계 탈출 각도(critical escape cone angle)는 10도에서 30도 사이인 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.A thin film characterized in that the critical escape cone angle of the electron in the magnetic mirror generated according to the area and the material of the inner cathode and the distance between the inner cathode and the metal structure is between 10 degrees and 30 degrees. Deposition apparatus. 제 1 항에 있어서, 상기 영구자석은:The method of claim 1, wherein the permanent magnet is: 중심 부분에 복수 개의 N극이 구성되고, 상기 중심 부분과 일정 거리만큼 이격된 가장자리 부분에 복수 개의 S극이 구성된 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.A thin film deposition apparatus comprising a plurality of N poles in a central portion, and a plurality of S poles in an edge portion spaced apart from the central portion by a predetermined distance. 제 1 항에 있어서, 상기 영구자석은:The method of claim 1, wherein the permanent magnet is: 중심 부분에 복수 개의 S극이 구성되고, 상기 중심 부분과 일정 거리만큼 이격된 가장자리 부분에 복수 개의 N극이 구성된 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.A thin film deposition apparatus, characterized in that a plurality of S poles are formed in the center portion, and a plurality of N poles are formed in the edge portion spaced apart from the center portion by a predetermined distance. 제 1 항에 있어서, 상기 강자성 물질로 된 내부 음극은:The method of claim 1, wherein the internal cathode of the ferromagnetic material is: 상대자기투과율 값이 500에서 5000 사이인 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.A thin film deposition apparatus, characterized in that the relative magnetic transmittance value is between 500 and 5000. 제 1 항에 있어서, 상기 절연물질은:The method of claim 1, wherein the insulating material is: 엠씨 나일론(Mc Nylon), 테프론 및 마일러 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.Thin film deposition apparatus comprising any one of the (Mc Nylon), Teflon and Mylar. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 냉각판의 재질은 구리인 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.Thin film deposition apparatus, characterized in that the material of the cooling plate is copper. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 냉각판과 상기 내부 음극에 구비된 냉각관의 재질은 구리를 포함한 도전체 물질을 사용하고 물의 순환에 의해 냉각 작용을 하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.The material of the cooling tube provided in the cooling plate and the inner cathode is a thin film deposition apparatus using a conductive material containing copper and cooling by water circulation. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 가스관의 재질은 스테인레스 스틸로 구성된 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.The material of the gas pipe is a thin film deposition apparatus, characterized in that made of stainless steel. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 구조물의 재질은:The method of claim 1, wherein the metal structure is made of: 알루미늄, 파라듐, 은, 베릴륨, 염화니켈 및 황화망간 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치. A thin film deposition apparatus comprising any one of aluminum, palladium, silver, beryllium, nickel chloride and manganese sulfide. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 구조물의 재질은:The method of claim 1, wherein the metal structure is made of: 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.A thin film deposition apparatus, characterized in that the aluminum alloy. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 시료는 필름, 유리 및 금속 중 어느 하나를 포함하며,The sample comprises any one of a film, glass and metal, 상기 슬릿은 상기 시료의 두께와 폭보다 크게 형성하되 모서리가 둥근 직사각형으로 형성된 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.The slit is formed thinner than the thickness and width of the sample thin film deposition apparatus, characterized in that formed in a rounded rectangle. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 슬릿의 두께는 3mm 내지 10mm인 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.The thickness of the slit is a thin film deposition apparatus, characterized in that 3mm to 10mm. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 챔버의 재질은 스테인레스 스틸인 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.Thin film deposition apparatus, characterized in that the material of the chamber is stainless steel. 제 1 항에 있어서, 상기 내부 음극은:The method of claim 1, wherein the internal cathode is: 내부에 공간부가 형성되어 있고 윗면이 없는 정육면체 모양을 갖는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.Thin film deposition apparatus, characterized in that the space portion is formed inside and has a cube shape without a top surface.
KR1020080039132A 2008-04-28 2008-04-28 Thin film deposition device KR100985145B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080039132A KR100985145B1 (en) 2008-04-28 2008-04-28 Thin film deposition device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080039132A KR100985145B1 (en) 2008-04-28 2008-04-28 Thin film deposition device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090113416A KR20090113416A (en) 2009-11-02
KR100985145B1 true KR100985145B1 (en) 2010-10-05

Family

ID=41554747

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080039132A KR100985145B1 (en) 2008-04-28 2008-04-28 Thin film deposition device

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100985145B1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07106094A (en) * 1993-10-04 1995-04-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd Microwave plasma generating device
US6692617B1 (en) 1997-05-08 2004-02-17 Applied Materials, Inc. Sustained self-sputtering reactor having an increased density plasma
US20050040034A1 (en) 2001-12-06 2005-02-24 Ralf Landgraf Coating method and coating

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07106094A (en) * 1993-10-04 1995-04-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd Microwave plasma generating device
US6692617B1 (en) 1997-05-08 2004-02-17 Applied Materials, Inc. Sustained self-sputtering reactor having an increased density plasma
US20050040034A1 (en) 2001-12-06 2005-02-24 Ralf Landgraf Coating method and coating

Also Published As

Publication number Publication date
KR20090113416A (en) 2009-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6513124B2 (en) Plasma source and method of depositing thin film coatings using plasma enhanced chemical vapor deposition
CA1321772C (en) Apparatus for the application of thin layers to a substrate by means of cathode sputtering
US7411352B2 (en) Dual plasma beam sources and method
KR102000769B1 (en) A masking device for use in a lithium deposition process in the manufacture of thin film batteries, a device configured for a lithium deposition process, a method for manufacturing electrodes of thin film batteries,
US8753724B2 (en) Plasma deposition on a partially formed battery through a mesh screen
US8916034B2 (en) Thin-film forming sputtering system
EP2855727A1 (en) Method for sputtering for processes with a pre-stabilized plasma
CN1341159A (en) Plasma deposition method and apparatus with magnetic bucket and concentric plasma and material source
US20220181129A1 (en) Magnetron plasma apparatus
JP6134394B2 (en) Plasma source and vacuum deposition apparatus provided with the plasma source
WO2013030954A1 (en) Sputtering thin film forming apparatus
KR20080064125A (en) Spattering and film forming method
JP2011179061A (en) Sputtering thin film deposition system
KR100985145B1 (en) Thin film deposition device
JP3685670B2 (en) DC sputtering equipment
JP5853487B2 (en) Discharge electrode and discharge method
JP5891040B2 (en) Sputtering apparatus and insulating film forming method
WO2009092097A1 (en) Concentric hollow cathode magnetron sputter source
JP7369411B1 (en) Sputtering deposition source and deposition equipment
US20180171466A1 (en) Carrier for supporting at least one substrate during a sputter deposition process, apparatus for sputter deposition on at least one substrate, and method for sputter deposition on at least one substrate
JP4011315B2 (en) Plasma process equipment
KR101439926B1 (en) Plasma processing roll-to-roll system using plate electrode with capillary
US20120111270A1 (en) Plasma processing chamber having enhanced deposition uniformity
JP2008251838A (en) Plasma processing apparatus
JP3805004B2 (en) Sputtering equipment

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee