KR102553953B1 - Sputtering device and sputtering method - Google Patents

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Abstract

스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법이 개시된다. 스퍼터링 장치는 챔버와, 챔버 내부의 일측에 기판이 위치하도록 마련된 기판 안착부와, 챔버 내부의 타측에 위치하며 타겟이 기판과 마주하도록 마련된 타겟 안착부와, 기판 안착부와 타겟 안착부 사이에 설치된 쌍극성(bipolar) 필터를 포함한다. 쌍극성 필터는 양(+)전압이 인가되는 복수의 양극선과, 음(-)전압이 인가되며 복수의 양극선 각각에 이웃하게 배치된 복수의 음극선을 포함한다.A sputtering device and a sputtering method are disclosed. The sputtering apparatus is installed between a chamber, a substrate seating portion provided to place a substrate on one side of the chamber, a target seating portion positioned on the other side of the chamber and provided so that a target faces the substrate, and a substrate seating portion and the target seating portion. Contains a bipolar filter. The bipolar filter includes a plurality of anode lines to which a positive (+) voltage is applied and a plurality of cathode lines to which a negative (-) voltage is applied and disposed adjacent to each of the plurality of anode lines.

Description

스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법 {SPUTTERING DEVICE AND SPUTTERING METHOD}Sputtering device and sputtering method {SPUTTERING DEVICE AND SPUTTERING METHOD}

본 개시는 스퍼터링 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마 제어 기술을 이용한 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to a sputtering device, and more particularly, to a sputtering device and a sputtering method using plasma control technology.

반도체 및 디스플레이 제조 분야에서 스퍼터링 장치는 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등의 금속 배선을 형성하는데 널리 사용되고 있다. 최근에는 인듐주석 산화물(ITO) 등의 투명 전극과, 투명 비정질 산화물 반도체(TAOS: Transparent Amorphous Oxide Semiconductor) 등의 박막 제조에도 스퍼터링 장치가 사용되고 있다.In semiconductor and display manufacturing fields, sputtering devices are widely used to form metal wires such as aluminum (Al) and copper (Cu). Recently, a sputtering device is also used for manufacturing a transparent electrode such as indium tin oxide (ITO) and a thin film such as a transparent amorphous oxide semiconductor (TAOS).

스퍼터링은 물리적 증기 증착법(physical vapor deposition, PVD)의 일종으로서, 외부 에너지원으로 타겟 물질을 기화시키면 기화된 타겟 물질이 기판 위에서 물리적 반응에 의해 기체에서 고체 상태로 변하면서 막을 형성한다. 스퍼터링 장치에서는 기판과 타겟 사이에 플라즈마를 생성하여 이온화된 아르곤 가스 등을 에너지원으로 사용한다.Sputtering is a type of physical vapor deposition (PVD). When a target material is vaporized with an external energy source, the vaporized target material changes from a gas to a solid state by a physical reaction on a substrate to form a film. In the sputtering device, plasma is generated between a substrate and a target and ionized argon gas is used as an energy source.

본 개시는 스퍼터링으로 막을 형성할 때, 손상에 의한 막 품질 저하를 억제하며, 대형 스퍼터링 장치에서도 막의 균일성과 품질의 안정성을 높일 수 있는 스퍼터링 장치 및 스퍼터링 방법을 위한 것이다.The present disclosure is directed to a sputtering device and a sputtering method capable of suppressing film quality deterioration due to damage when forming a film by sputtering and improving film uniformity and quality stability even in a large-scale sputtering machine.

본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치는 챔버와, 챔버 내부의 일측에 기판이 위치하도록 마련된 기판 안착부와, 챔버 내부의 타측에 위치하며 타겟이 기판과 마주하도록 마련된 타겟 안착부와, 기판 안착부와 타겟 안착부 사이에 설치된 쌍극성(bipolar) 필터를 포함한다. 쌍극성 필터는 양(+)전압이 인가되는 복수의 양극선과, 음(-)전압이 인가되며 복수의 양극선 각각에 이웃하게 배치된 복수의 음극선을 포함한다.A sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention includes a chamber, a substrate seating portion provided to position a substrate on one side inside the chamber, a target seating portion positioned on the other side of the chamber and provided so that a target faces the substrate, and a substrate seating portion. It includes a bipolar filter installed between the part and the target seating part. The bipolar filter includes a plurality of anode lines to which a positive (+) voltage is applied and a plurality of cathode lines to which a negative (-) voltage is applied and disposed adjacent to each of the plurality of anode lines.

쌍극성 필터는 타겟 안착부보다 기판 안착부에 더 가깝게 위치할 수 있다. 복수의 양극선과 복수의 음극선은 하나씩 교대로 반복 배치될 수 있다. 쌍극성 필터는 복수의 양극선과 복수의 음극선을 지지하는 한 쌍의 지지체를 포함할 수 있다. 한 쌍의 지지체 중 어느 하나의 지지체는 복수의 양극선과 절연되고, 다른 하나의 지지체는 복수의 음극선과 절연될 수 있다.The bipolar filter may be positioned closer to the substrate seat than to the target seat. The plurality of anode lines and the plurality of cathode lines may be alternately and repeatedly arranged one by one. The dipolar filter may include a pair of supports supporting a plurality of positive electrode rays and a plurality of negative electrode rays. One of the pair of supports may be insulated from the plurality of positive electrode lines, and the other support body may be insulated from the plurality of negative electrode wires.

스퍼터링 장치는 기판 안착부와 쌍극성 필터 사이에 설치된 단극성(mono-polar) 필터를 더 포함할 수 있다. 단극성 필터는 음(-)전압이 인가되는 복수의 보조 음극선을 포함할 수 있다. 단극성 필터는 스트라이프 패턴과 메쉬 패턴 중 어느 하나로 형성될 수 있다.The sputtering device may further include a mono-polar filter installed between the substrate mounting unit and the bipolar filter. The unipolar filter may include a plurality of auxiliary cathode lines to which a negative (-) voltage is applied. The unipolar filter may be formed in any one of a stripe pattern and a mesh pattern.

스퍼터링 장치는 타겟 안착부를 향한 쌍극성 필터의 일측에 설치된 접지 필터를 더 포함할 수 있다. 접지 필터는 복수의 접지선을 포함한다. 접지 필터는 스트라이프 패턴과 메쉬 패턴 중 어느 하나로 형성될 수 있다.The sputtering device may further include a ground filter installed on one side of the bipolar filter facing the target seating part. The grounding filter includes a plurality of grounding lines. The ground filter may be formed in any one of a stripe pattern and a mesh pattern.

복수의 양극선, 복수의 음극선, 복수의 보조 음극선, 및 복수의 접지선은 같은 폭으로 형성될 수 있다. 양극선과 음극선의 간격, 복수의 보조 음극선의 간격, 및 복수의 접지선의 간격은 같을 수 있다.A plurality of anode lines, a plurality of cathode lines, a plurality of auxiliary cathode lines, and a plurality of ground lines may be formed to have the same width. The distance between the positive and negative lines, the distance between the plurality of auxiliary cathode lines, and the distance between the plurality of ground lines may be the same.

기판 안착부와 타겟 안착부가 마주하는 방향을 따라 양극선과 보조 음극선 및 접지선이 일렬로 위치할 수 있고, 음극선과 보조 음극선 및 접지선이 일렬로 위치할 수 있다. 쌍극성 필터는 단극성 필터 및 접지 필터와 동일한 간격을 유지할 수 있다.The positive line, the auxiliary cathode line, and the ground line may be positioned in a line, and the cathode line, the auxiliary cathode line, and the ground line may be positioned in a line along a direction in which the substrate seat and the target seat face each other. A dipolar filter can maintain the same spacing as a unipolar filter and a ground filter.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치는 챔버와, 챔버 내부의 일측에 기판이 위치하도록 마련된 기판 안착부와, 챔버 내부의 타측에 위치하며 타겟이 기판과 마주하도록 마련된 타겟 안착부와, 타겟 안착부를 향한 기판 안착부의 일측에 설치되며 기판의 면 방향을 따라 양(+)전위와 음(-)전위를 번갈아 유지하는 쌍극성(bipolar) 필터와, 기판 안착부와 쌍극성 필터 사이에 설치되며 음(-)전위를 유지하는 단극성(mono-polar) 필터와, 타겟 안착부를 향한 쌍극성 필터의 일측에 설치되며 접지 전위를 유지하는 접지 필터를 포함한다.A sputtering apparatus according to another embodiment of the present invention includes a chamber, a substrate seating portion provided to position a substrate on one side inside the chamber, a target seating portion positioned on the other side inside the chamber and provided so that the target faces the substrate, and a target It is installed on one side of the substrate seating part facing the seating part and is installed between a bipolar filter that alternately maintains positive (+) potential and negative (-) potential along the surface direction of the substrate, and between the substrate seating part and the bipolar filter. It includes a mono-polar filter that maintains a negative (-) potential and a ground filter that is installed on one side of the bipolar filter toward the target seat and maintains a ground potential.

본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 방법은, 챔버 내부에 기판과 타겟 및 다중 이온 필터를 준비하는 단계와, 챔버 내부를 배기시킨 후 방전 가스를 주입하는 단계와, 타겟에 전원을 인가하여 스퍼터링으로 기판 위에 막을 형성함과 아울러 다중 이온 필터를 이용하여 기판을 향해 이동하는 산소 음이온에 전위적인 제한을 가하는 차단하는 단계를 포함한다.A sputtering method according to an embodiment of the present invention includes the steps of preparing a substrate, a target, and a multiple ion filter in a chamber, injecting a discharge gas after exhausting the inside of the chamber, and applying power to the target to perform sputtering. In addition to forming a film on the substrate, a blocking step of applying a potential limit to oxygen anions moving toward the substrate using a multi-ion filter is included.

다중 이온 필터는, 기판과 타겟 사이에서 타겟보다 기판에 더 가깝게 위치하는 쌍극성(bipolar) 필터와, 기판과 쌍극성 필터 사이에 설치된 단극성(mono-polar) 필터를 포함할 수 있다.The multi-ion filter may include a bipolar filter positioned closer to the substrate than the target between the substrate and the target, and a mono-polar filter installed between the substrate and the bipolar filter.

쌍극성 필터는 복수의 양극선과, 복수의 양극선 각각에 이웃하게 배치된 복수의 음극선을 포함할 수 있다. 복수의 양극선에 수백 볼트 이상의 양(+)전압이 인가될 수 있고, 복수의 음극선에 수백 볼트 이상의 음(-)전압이 인가될 수 있다. 단극성 필터는 복수의 보조 음극선을 포함할 수 있으며, 복수의 보조 음극선에 수백 볼트 이상의 음(-)전압이 인가될 수 있다.The dipolar filter may include a plurality of anode lines and a plurality of cathode lines disposed adjacent to each of the plurality of anode lines. A positive (+) voltage of several hundred volts or more may be applied to the plurality of anode lines, and a negative (-) voltage of several hundred volts or more may be applied to the plurality of cathode lines. The unipolar filter may include a plurality of auxiliary cathode lines, and a negative (-) voltage of several hundred volts or more may be applied to the plurality of auxiliary cathode lines.

다중 이온 필터는 타겟을 향한 쌍극성 필터의 일측에 위치하는 접지 필터를 더 포함할 수 있다.The multi-ion filter may further include a ground filter positioned on one side of the bipolar filter facing the target.

스퍼터링 장치는 다중 이온 필터를 이용하여 산소 음이온과 아르곤 양이온에 전위적인 제한을 가함으로써 고속의 산소 음이온과 고밀도의 아르곤 양이온이 기판 또는 막에 도달하는 것을 차단할 수 있다. 따라서 막의 손상을 최소화하여 성막 품질을 높일 수 있다. 다중 이온 필터는 대형화에 어려움이 없으므로, 스퍼터링 장치는 대면적 기판을 구비한 대형 스퍼터링 장치일 수 있으며, 막의 균일성과 품질의 안정성을 높일 수 있다.The sputtering apparatus can prevent high-speed oxygen anions and high-density argon cations from reaching a substrate or a film by applying potential confinement to oxygen anions and argon cations using a multi-ion filter. Accordingly, film formation quality can be improved by minimizing damage to the film. Since the multi-ion filter is not difficult to enlarge, the sputtering device can be a large-sized sputtering device having a large-area substrate, and the film uniformity and quality stability can be improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시한 스퍼터링 장치 중 다중 이온 필터의 측면도로서, 세 개의 필터를 나누어 도시하였다.
도 3은 도 1에 도시한 스퍼터링 장치 중 다중 이온 필터의 다른 실시예를 나타낸 측면도로서, 세 개의 필터를 나누어 도시하였다.
도 4는 도 1에 도시한 스퍼터링 장치에서 산소 음이온의 차단 효과를 보여주는 시뮬레이션 도면이다.
도 5는 도 1에 도시한 스퍼터링 장치에서 아르곤 양이온 차단 효과를 보여주는 시뮬레이션 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 방법을 나타낸 순서도이다.1 is a schematic diagram of a sputtering device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view of a multi-ion filter in the sputtering apparatus shown in FIG. 1, showing three filters separately.
FIG. 3 is a side view showing another embodiment of a multi-ion filter in the sputtering apparatus shown in FIG. 1, showing three filters separately.
FIG. 4 is a simulation diagram showing a blocking effect of oxygen anions in the sputtering device shown in FIG. 1 .
FIG. 5 is a simulation diagram showing an argon cation blocking effect in the sputtering device shown in FIG. 1 .
6 is a flowchart illustrating a sputtering method according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. This invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments set forth herein.

명세서 전체에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때 이는 다른 부분의 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 그리고 "~위에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것을 의미하며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하지 않는다.Throughout the specification, when a part such as a layer, film, region, or plate is said to be “on” another part, this includes not only the case where it is “directly on” the other part, but also the case where another part is present in the middle. And "~ on" means to be located above or below the target part, and does not necessarily mean to be located on the upper side relative to the direction of gravity.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 도면에 나타난 각 구성의 크기 및 두께 등은 설명의 편의를 위해 임의로 나타낸 것이므로, 본 발명은 도시한 바로 한정되지 않는다.In the entire specification, when a part "includes" a certain component, it means that it may further include other components unless otherwise stated. Since the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of description, the present invention is not limited to the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a sputtering device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 스퍼터링 장치(100)는 챔버(10)와, 챔버(10) 내부의 일측에 마련된 기판 안착부(21)와, 챔버(10) 내부의 타측에 마련된 타겟 안착부(31)와, 기판 안착부(21)와 타겟 안착부(31) 사이에 설치된 다중 이온 필터(40)를 포함한다.Referring to FIG. 1 , the sputtering apparatus 100 includes a chamber 10, a substrate seating portion 21 provided on one side inside the chamber 10, and a target seating portion 31 provided on the other side inside the chamber 10. and a multiple ion filter 40 installed between the substrate seating portion 21 and the target seating portion 31 .

챔버(10)에는 진공 펌프(도시하지 않음)와 연결된 배기 포트(11) 및 질량 유량계(도시하지 않음)와 연결된 가스 유입 포트(12)가 형성된다. 챔버(10)는 진공 펌프에 의해 배기되어 내부를 진공으로 유지한다. 진공으로 배기된 챔버(10) 내부로 가스 유입 포트(12)를 통해 방전 가스가 주입된다. 방전 가스는 아르곤(Ar)을 포함할 수 있다.The chamber 10 is formed with an exhaust port 11 connected to a vacuum pump (not shown) and a gas inlet port 12 connected to a mass flow meter (not shown). The chamber 10 is evacuated by a vacuum pump to maintain a vacuum therein. A discharge gas is injected into the vacuum-exhausted chamber 10 through the gas inlet port 12 . The discharge gas may include argon (Ar).

기판(20)은 기판 안착부(21)에 의해 챔버(10)에 고정되고, 타겟(30)은 타겟 안착부(31)에 의해 챔버(10)에 고정된다. 기판(20)과 타겟(30)은 서로 마주한다. 기판 안착부(21)는 접지될 수 있고, 타겟(30)과 타겟 안착부(31)는 전원부(32)에 연결된다. 전원부(32)는 직류(DC) 전원일 수 있으며, 타겟(30)이 부도체인 경우 고주파 전원이 사용될 수 있다.The substrate 20 is fixed to the chamber 10 by the substrate mounting portion 21 , and the target 30 is fixed to the chamber 10 by the target mounting portion 31 . The substrate 20 and the target 30 face each other. The substrate seating unit 21 may be grounded, and the target 30 and the target seating unit 31 are connected to the power supply unit 32 . The power supply unit 32 may be a direct current (DC) power source, and when the target 30 is a non-conductor, a high frequency power source may be used.

타겟 안착부(31)는 타겟(30)으로 전원을 전달하고, 도시하지 않은 냉각수 흐름에 의해 냉각되어 타겟(30)을 냉각시키는 기능을 한다. 타겟(30)에는 음(-)전압(예를 들어, 수백 볼트의 음전압)이 인가된다. 따라서 기판(20)과 타겟(30)은 각각 애노드(anode)와 캐소드(cathode)로 작용한다.The target seating portion 31 functions to transmit power to the target 30 and to cool the target 30 by being cooled by a flow of cooling water (not shown). A negative (-) voltage (eg, a negative voltage of hundreds of volts) is applied to the target 30 . Therefore, the substrate 20 and the target 30 act as an anode and a cathode, respectively.

타겟(30)에 음(-)전압을 인가하면 타겟(30)으로부터 방출된 전자들이 아르곤 기체와 충돌하여 아르곤을 이온화시킨다. 그리고 아르곤이 여기되면서 전자를 방출하면 기판(20)과 타겟(30) 사이에 글로우 방전 플라즈마(80)가 생성된다. 플라즈마(80) 내의 아르곤 양이온(Ar+)은 전위 차에 의해 타겟(30)으로 가속되어 타겟(30) 표면에 충돌하고, 이때의 충격 에너지에 의해 타겟(30) 물질이 증발한다.When a negative (-) voltage is applied to the target 30, electrons emitted from the target 30 collide with argon gas to ionize argon. When argon is excited and electrons are emitted, a glow discharge plasma 80 is generated between the substrate 20 and the target 30 . Argon cations (Ar + ) in the plasma 80 are accelerated to the target 30 by a potential difference and collide with the surface of the target 30, and the target 30 material is evaporated by the impact energy at this time.

입자의 충돌에 의한 충격 에너지가 타겟(30) 물질을 증발시키는데 필요한 열 에너지의 대략 4배 이상이면 타겟(30) 물질이 증발한다. 이러한 타겟(30) 물질의 증발은 화학적, 열적 과정이 아닌 물리적 운동량 교환 과정이므로 거의 모든 물질을 타겟(30)으로 사용할 수 있다. 증발된 타겟(30) 물질은 기판(20)에 부착되어 막을 형성한다.The material of the target 30 evaporates when the impact energy due to particle collision is approximately 4 times or more than the thermal energy required to evaporate the material of the target 30 . Since the evaporation of the material of the target 30 is a physical momentum exchange process rather than a chemical or thermal process, almost any material can be used as the target 30 . The evaporated target 30 material adheres to the substrate 20 to form a film.

타겟 안착부(31)의 외측에 마그네트론(33)이 설치될 수 있다. 타겟(30) 표면에서 방출된 전자들은 전기장과 마그네트론(33)의 자기장에 의해 싸이클로이드 또는 나선 운동을 하며, 자기장에 포획되어 자기장을 빠져나가기 어려워진다. 따라서 플라즈마(80) 내의 전자 밀도가 높아지고, 이온화가 가속되어 증착 효율이 높아진다. 마그네트론(33)은 S극과, S극을 둘러싸는 N극으로 이루어진다.A magnetron 33 may be installed outside the target seating part 31 . Electrons emitted from the surface of the target 30 perform cycloid or spiral motion by the electric field and the magnetic field of the magnetron 33, and are trapped in the magnetic field, making it difficult to escape the magnetic field. Accordingly, the electron density in the plasma 80 is increased, ionization is accelerated, and deposition efficiency is increased. The magnetron 33 consists of an S pole and an N pole surrounding the S pole.

기판(20)에 형성되는 막은 타겟(30) 종류에 따라 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등의 금속막이거나, 인듐주석 산화물(ITO) 등의 투명 도전막이거나, 투명 비정질 산화물 반도체(TAOS: Transparent Amorphous Oxide Semiconductor) 등의 박막일 수 있다. 산화물 반도체로는 InGaZnO, InGaO, InSnZnO, 및 ZnON 등이 알려져 있다.Depending on the type of target 30, the film formed on the substrate 20 is a metal film such as aluminum (Al) or copper (Cu), a transparent conductive film such as indium tin oxide (ITO), or a transparent amorphous oxide semiconductor (TAOS: It may be a thin film such as Transparent Amorphous Oxide Semiconductor). InGaZnO, InGaO, InSnZnO, ZnON, and the like are known as oxide semiconductors.

챔버(10) 내부를 진공으로 배기하더라도 소량의 산소가 남을 수 있다. 이 경우 스퍼터링 과정에서 타겟(30) 표면에 산소 음이온이 발생하고, 산소 음이온은 타겟(30) 전압에 의해 밀려 고속으로 기판(20) 또는 막에 충돌할 수 있다. 고속의 산소 음이온은 막을 손상시켜 막 품질을 저하시킨다.Even if the inside of the chamber 10 is evacuated to a vacuum, a small amount of oxygen may remain. In this case, oxygen anions are generated on the surface of the target 30 during the sputtering process, and the oxygen anions are pushed by the voltage of the target 30 and can collide with the substrate 20 or the film at high speed. High-velocity oxygen anions damage the membrane and degrade membrane quality.

더욱이 기판(20)에 형성되는 막이 산화물 반도체를 포함하는 경우, 산소 음이온에 의해 산화물 반도체막의 이동도가 저하될 수 있다. 그리고 이러한 현상은 산화물 반도체막을 사용하는 박막 트랜지스터의 특성 저하로 이어진다.Furthermore, when the film formed on the substrate 20 includes an oxide semiconductor, the mobility of the oxide semiconductor film may be reduced by oxygen anions. And this phenomenon leads to deterioration of characteristics of a thin film transistor using an oxide semiconductor film.

또한, 스퍼터링 과정에서 아르곤 양이온의 일부가 기판(20) 또는 막에 충돌하여 막 품질을 저하시킬 수 있다. 아르곤 양이온은 밀도가 높고, 대략 0 내지 수백 전자볼트(eV)의 넓은 에너지 분포를 가진다.In addition, during the sputtering process, some of the argon cations may collide with the substrate 20 or the film to deteriorate film quality. Argon cations are dense and have a wide energy distribution from approximately zero to several hundred electron volts (eV).

따라서 기판(20) 또는 막에 대해 고속의 산소 음이온과 고밀도의 아르곤 양이온을 동시에 차단해야 한다. 다중 이온 필터(40)는 기판(20)과 타겟(30) 사이에서 타겟(30)보다 기판(20)에 더 가깝게 위치하고, 산소 음이온과 아르곤 양이온에 대해 전위적인 제한을 가하여 이들이 기판(20) 또는 막에 도달하지 못하도록 차단하는 기능을 한다.Therefore, high-speed oxygen anions and high-density argon cations must be simultaneously blocked with respect to the substrate 20 or the film. The multi-ion filter 40 is located closer to the substrate 20 than the target 30 between the substrate 20 and the target 30, and applies potential limiting to oxygen anions and argon cations so that they can be separated from the substrate 20 or It functions to block the membrane from reaching the membrane.

다중 이온 필터(40)는 쌍극성(bipolar) 필터(50)를 포함한다. 다중 이온 필터(40)는 기판(20)과 쌍극성 필터(50) 사이에 배치된 단극성(mono-polar) 필터(60)를 더 포함할 수 있다. 다중 이온 필터(40)는 타겟(30)을 향한 쌍극성 필터(50)의 일측에 배치된 접지 필터(70)를 더 포함할 수 있다.The multi-ion filter 40 includes a bipolar filter 50. The multi-ion filter 40 may further include a mono-polar filter 60 disposed between the substrate 20 and the bipolar filter 50 . The multiple ion filter 40 may further include a ground filter 70 disposed on one side of the bipolar filter 50 facing the target 30 .

예를 들어, 다중 이온 필터(40)는 접지 필터(70)와 쌍극성 필터(50) 및 단극성 필터(60)의 3층 구조로 이루어질 수 있다. 접지 필터(70)가 기판(20)으로부터 가장 멀리 위치하고, 단극성 필터(60)가 기판(20)에 가장 가깝게 위치하며, 쌍극성 필터(50)가 접지 필터(70)와 단극성 필터(60) 사이에 위치한다.For example, the multi-ion filter 40 may have a three-layer structure of a ground filter 70, a bipolar filter 50, and a unipolar filter 60. The ground filter 70 is located farthest from the substrate 20, the unipolar filter 60 is located closest to the substrate 20, and the bipolar filter 50 is the ground filter 70 and the unipolar filter 60 ) is located between

접지 필터(70)는 복수의 접지선(71)으로 이루어진다. 복수의 접지선(71)은 금속 와이어 또는 금속 스트립 등으로 구성되며, 기판(20)의 면 방향과 나란한 제1 방향을 따라 서로간 거리를 두고 나란히 배치된다. 접지 필터(70)는 접지 쉴드로 작용하며 전위를 안정화시키는 기능을 한다.The ground filter 70 is composed of a plurality of ground lines 71 . The plurality of ground lines 71 are composed of metal wires or metal strips, and are arranged side by side at a distance from each other along a first direction parallel to the surface direction of the substrate 20 . The grounding filter 70 serves as a grounding shield and functions to stabilize the electric potential.

쌍극성 필터(50)는 양(+)전압이 인가되는 복수의 양극선(51)과, 음(-)전압이 인가되며 복수의 양극선(51) 각각에 이웃하게 배치된 복수의 음극선(52)을 포함한다. 복수의 양극선(51)과 복수의 음극선(52)은 금속 와이어 또는 금속 스트립 등으로 구성되며, 제1 방향을 따라 하나씩 교대로 반복 배치될 수 있다.The bipolar filter 50 includes a plurality of anode lines 51 to which a positive (+) voltage is applied and a plurality of cathode lines 52 to which a negative (-) voltage is applied and disposed adjacent to each of the plurality of anode lines 51. include The plurality of anode lines 51 and the plurality of cathode lines 52 are composed of metal wires or metal strips, and may be alternately and repeatedly arranged one by one along the first direction.

복수의 양극선(51)에는 예를 들어 +1kV의 전압이 인가될 수 있고, 복수의 음극선(52)에는 예를 들어 -1kV의 전압이 인가될 수 있다. 이 경우 양극선(51)과 음극선(52)의 전위 차는 2kV가 된다. 쌍극성 필터(50)는 기판(20)을 향해 이동하는 아르곤 양이온을 차단하고, 산소 음이온을 1차로 차단하는 기능을 한다.A voltage of +1 kV, for example, may be applied to the plurality of anode lines 51, and a voltage of -1 kV, for example, may be applied to the plurality of cathode lines 52. In this case, the potential difference between the anode line 51 and the cathode line 52 is 2 kV. The bipolar filter 50 blocks argon cations moving toward the substrate 20 and primarily blocks oxygen anions.

강한 플라즈마(80)로부터 분출된 아르곤 양이온의 일부는 타겟(30)이 아닌 기판(20)을 향해 이동하며, 타겟(30) 표면에서 생성된 산소 음이온은 타겟(30) 전압에 의해 밀려 고속으로 기판(20)을 향해 이동한다.Some of the argon positive ions ejected from the strong plasma 80 move toward the substrate 20, not the target 30, and the oxygen anions generated on the surface of the target 30 are pushed by the voltage of the target 30 to the substrate at high speed. Move towards (20).

기판(20)을 향해 이동하는 아르곤 양이온은 양극선(51)의 전위에 밀려 경로가 변경되고, 음극선(52)에 충돌하여 에너지를 상실한다. 마찬가지로 기판(20)을 향해 이동하는 산소 음이온은 음극선(52)의 전위에 밀려 경로가 변경되며, 양극선(51)에 충돌하여 에너지를 상실한다. 다만, 산소 음이온은 고속으로 이동하므로 일부의 산소 음이온은 쌍극성 필터(50)를 통과할 수 있다.The argon cations moving toward the substrate 20 are pushed by the potential of the anode ray 51 to change their path, and collide with the cathode ray 52 to lose energy. Likewise, oxygen anions moving toward the substrate 20 are pushed by the potential of the cathode ray 52 and their path is changed, and collide with the anode ray 51 to lose energy. However, since oxygen anions move at a high speed, some oxygen anions may pass through the bipolar filter 50 .

단극성 필터(60)는 음(-)전압이 인가되는 복수의 보조 음극선(61)으로 이루어진다. 복수의 보조 음극선(61)은 금속 와이어 또는 금속 스트립 등으로 구성되며, 제1 방향을 따라 서로간 거리를 두고 배치된다. 단극성 필터(60)는 쌍극성 필터(50)를 통과한 산소 음이온을 2차로 차단하는 기능을 한다.The unipolar filter 60 is composed of a plurality of auxiliary cathode lines 61 to which negative (-) voltage is applied. The plurality of auxiliary cathode lines 61 are composed of metal wires or metal strips and are spaced apart from each other along the first direction. The monopolar filter 60 functions to secondarily block oxygen anions that have passed through the bipolar filter 50 .

복수의 보조 음극선(61)에는 예를 들어 -1kV의 전압이 인가될 수 있다. 쌍극성 필터(50)를 통과한 산소 음이온은 보조 음극선(61) 전위에 밀려 경로가 변경되며, 쌍극성 필터(50)의 양극선(51)에 충돌하면서 에너지를 상실한다.A voltage of -1 kV, for example, may be applied to the plurality of auxiliary cathode lines 61 . Oxygen anions passing through the dipolar filter 50 are pushed by the potential of the auxiliary cathode ray 61 to change their path, and lose energy while colliding with the anode ray 51 of the dipolar filter 50.

복수의 접지선(71), 복수의 양극선(51), 복수의 음극선(52), 및 복수의 보조 음극선(61)은 같은 폭으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 접지선(71), 복수의 양극선(51), 복수의 음극선(52), 및 복수의 보조 음극선(61) 각각의 폭(와이어의 경우 직경)은 대략 1mm 이하일 수 있다.The plurality of ground lines 71 , the plurality of anode lines 51 , the plurality of cathode lines 52 , and the plurality of auxiliary cathode lines 61 may be formed to have the same width. For example, each of the plurality of ground lines 71, the plurality of anode lines 51, the plurality of cathode lines 52, and the plurality of auxiliary cathode lines 61 may have a width (diameter in the case of a wire) of approximately 1 mm or less.

복수의 접지선(71)의 간격, 양극선(51)과 음극선(52)의 간격, 및 복수의 보조 음극선(61)의 간격은 모두 같을 수 있다. 예를 들어, 복수의 접지선(71)의 간격, 양극선(51)과 음극선(52)의 간격, 및 복수의 보조 음극선(61)의 간격은 대략 10mm일 수 있다.The intervals between the plurality of ground lines 71, the intervals between the positive and negative electrode lines 51 and 52, and the intervals between the plurality of auxiliary cathode lines 61 may all be the same. For example, the distance between the plurality of ground lines 71 , the distance between the positive electrode wire 51 and the negative electrode wire 52 , and the distance between the plurality of auxiliary cathode wires 61 may be approximately 10 mm.

기판(20)과 타겟(30)이 마주하는 제2 방향을 따라 접지선(71)과 양극선(51) 및 보조 음극선(61)이 일렬로 위치할 수 있고, 접지선(71)과 음극선(52) 및 보조 음극선(61)이 일렬로 위치할 수 있다. 다른 한편으로, 양극선(51)과 음극선(52)은 접지선(71) 및 보조 음극선(61)에 대해 제1 방향을 따라 어긋나게 위치할 수도 있다.The ground line 71, the anode line 51, and the auxiliary cathode line 61 may be positioned in a line along the second direction in which the substrate 20 and the target 30 face each other, and the ground line 71 and the cathode line 52 and Auxiliary cathode rays 61 may be positioned in a line. On the other hand, the anode line 51 and the cathode line 52 may be positioned offset from the ground line 71 and the auxiliary cathode line 61 along the first direction.

제2 방향에 따른 접지 필터(70)와 쌍극성 필터(50)의 간격, 및 쌍극성 필터(50)와 단극성 필터(60)의 간격은 같을 수 있다. 예를 들어, 접지 필터(70)와 쌍극성 필터(50)의 간격, 및 쌍극성 필터(50)와 단극성 필터(60)의 간격은 대략 20mm일 수 있다.The distance between the ground filter 70 and the bipolar filter 50 and the distance between the bipolar filter 50 and the unipolar filter 60 in the second direction may be the same. For example, the interval between the ground filter 70 and the bipolar filter 50 and the interval between the bipolar filter 50 and the unipolar filter 60 may be approximately 20 mm.

도 2는 도 1에 도시한 스퍼터링 장치 중 다중 이온 필터의 측면도로서, 세 개의 필터를 나누어 도시하였다.FIG. 2 is a side view of a multi-ion filter in the sputtering apparatus shown in FIG. 1, showing three filters separately.

도 2를 참고하면, 접지 필터(70)는 복수의 접지선(71)을 지지하는 한 쌍의 제1 지지체(72)를 포함할 수 있다. 복수의 접지선(71)은 소정의 장력이 인가된 상태로 그 양단이 제1 지지체(72)에 고정될 수 있고, 제1 지지체(72)를 통해 외부 접지 전원과 전기적으로 연결된다.Referring to FIG. 2 , the ground filter 70 may include a pair of first supports 72 supporting a plurality of ground lines 71 . Both ends of the plurality of ground wires 71 may be fixed to the first support 72 with a predetermined tension applied thereto, and are electrically connected to an external ground power source through the first support 72 .

쌍극성 필터(50)는 복수의 양극선(51)과 복수의 음극선(52)을 지지하는 한 쌍의 제2 지지체(53, 54)를 포함할 수 있다. 복수의 양극선(51)과 복수의 음극선(52)은 소정의 장력이 인가된 상태로 그 양단이 제2 지지체(53, 54)에 고정될 수 있다.The bipolar filter 50 may include a pair of second supports 53 and 54 supporting the plurality of positive electrode wires 51 and the plurality of negative electrode wires 52 . Both ends of the plurality of anode wires 51 and the plurality of cathode wires 52 may be fixed to the second supports 53 and 54 in a state in which a predetermined tension is applied thereto.

한 쌍의 지지체(53, 54) 중 어느 하나의 지지체(53)는 복수의 양극선(51)과 절연되고, 복수의 음극선(52)과 전기적으로 연결되어 복수의 음극선(52)으로 음(-)전압을 인가한다. 한 쌍의 지지체(53, 54) 중 다른 하나의 지지체(54)는 복수의 음극선(52)과 절연되고, 복수의 양극선(51)과 전기적으로 연결되어 복수의 양극선(51)으로 양(+)전압을 인가한다. 도 2에서 부호 55는 절연체를 나타낸다.One of the pair of supports 53 and 54 is insulated from the plurality of positive electrode lines 51 and electrically connected to the plurality of negative electrode lines 52 to form a negative (-) Apply voltage. The other support 54 of the pair of supports 53 and 54 is insulated from the plurality of cathode lines 52 and electrically connected to the plurality of anode lines 51 to form a positive (+) Apply voltage. Reference numeral 55 in FIG. 2 denotes an insulator.

단극성 필터(60)는 복수의 보조 음극선(61)을 지지하는 한 쌍의 제3 지지체(62)를 포함할 수 있다. 복수의 보조 음극선(61)은 소정의 장력이 인가된 상태로 그 양단이 제3 지지체(62)에 고정될 수 있으며, 제3 지지체(62)를 통해 음전압을 인가받는다.The monopolar filter 60 may include a pair of third supports 62 supporting the plurality of auxiliary cathode rays 61 . Both ends of the plurality of auxiliary cathode rays 61 may be fixed to the third support 62 in a state in which a predetermined tension is applied, and a negative voltage is applied through the third support 62 .

도 3은 도 1에 도시한 스퍼터링 장치 중 다중 이온 필터의 다른 실시예를 나타낸 측면도로서, 세 개의 필터를 나누어 도시하였다.FIG. 3 is a side view showing another embodiment of a multi-ion filter in the sputtering apparatus shown in FIG. 1, showing three filters separately.

도 3을 참고하면, 본 실시예에서 접지 필터(70a)와 단극성 필터(60a)는 메쉬(mesh) 구조로 이루어진다.Referring to FIG. 3 , in this embodiment, the ground filter 70a and the unipolar filter 60a have a mesh structure.

접지 필터(70a)는 서로간 거리를 두고 나란히 배열된 복수의 제1 접지선(73)과, 복수의 제1 접지선(73)과 교차하며 서로간 거리를 두고 나란히 배열된 복수의 제2 접지선(74)과, 복수의 제1 및 제2 접지선(73, 74)을 지지하는 프레임 형상의 제1 지지체(75)를 포함할 수 있다.The ground filter 70a includes a plurality of first ground lines 73 arranged side by side at a distance from each other, and a plurality of second ground lines 74 arranged side by side at a distance from each other while intersecting the plurality of first ground lines 73. ), and a frame-shaped first supporter 75 supporting the plurality of first and second ground lines 73 and 74 .

단극성 필터(60a)는 서로간 거리를 두고 나란히 배열된 복수의 제1 보조 음극선(63)과, 복수의 제1 보조 음극선(63)과 교차하며 서로간 거리를 두고 나란히 배열된 복수의 제2 보조 음극선(64)과, 복수의 제1 및 제2 보조 음극선(63, 64)을 지지하는 프레임 형상의 제3 지지체(65)를 포함할 수 있다.The unipolar filter 60a includes a plurality of first auxiliary cathode lines 63 arranged side by side at a distance from each other, and a plurality of second auxiliary cathode lines 63 arranged side by side at a distance from each other while intersecting the plurality of first auxiliary cathode lines 63. An auxiliary cathode ray 64 and a frame-shaped third support 65 supporting the plurality of first and second auxiliary cathode rays 63 and 64 may be included.

복수의 제1 및 제2 접지선(73, 74)과 복수의 제1 및 제2 보조 음극선(63, 64)은 금속 와이어 또는 금속 스트립 등으로 구성될 있다. 복수의 제1 및 제2 접지선(73, 74)은 소정의 장력이 인가된 상태로 그 양단이 제1 지지체(75)에 고정될 수 있다. 복수의 제1 및 제2 보조 음극선(63, 64)은 소정의 장력이 인가된 상태로 그 양단이 제3 지지체(65)에 고정될 수 있다.The plurality of first and second ground lines 73 and 74 and the plurality of first and second auxiliary cathode lines 63 and 64 may be formed of metal wires or metal strips. Both ends of the plurality of first and second ground wires 73 and 74 may be fixed to the first supporter 75 in a state in which predetermined tension is applied thereto. Both ends of the plurality of first and second auxiliary cathode rays 63 and 64 may be fixed to the third supporter 65 in a state in which a predetermined tension is applied thereto.

메쉬 구조의 단극성 필터(60a)는 일자 구조의 단극성 필터 대비 표면적이 확대된 조밀한 필터이므로, 산소 음이온 차단 효과를 높일 수 있다. 마찬가지로 메쉬 구조의 접지 필터(70a) 또한 일자 구조의 접지 필터 대비 표면적이 확대된 조밀한 필터이므로, 전위 안정화 효과를 높일 수 있다.Since the mesh-structure monopolar filter 60a is a dense filter with an enlarged surface area compared to the straight-line structure monopolar filter, the effect of blocking oxygen anions can be enhanced. Likewise, since the ground filter 70a of the mesh structure is also a dense filter with an enlarged surface area compared to the ground filter of the straight structure, the potential stabilization effect can be enhanced.

도 4는 도 1에 도시한 스퍼터링 장치에서 산소 음이온의 차단 효과를 보여주는 시뮬레이션 도면이다. 시뮬레이션의 전압 조건은 아래 표 1에 나타낸 바와 같다.FIG. 4 is a simulation diagram showing a blocking effect of oxygen anions in the sputtering device shown in FIG. 1 . The voltage conditions of the simulation are as shown in Table 1 below.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. This invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments set forth herein.

명세서 전체에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때 이는 다른 부분의 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 그리고 "~위에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것을 의미하며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하지 않는다.Throughout the specification, when a part such as a layer, film, region, or plate is said to be “on” another part, this includes not only the case where it is “directly on” the other part, but also the case where another part is present in the middle. And "~ on" means to be located above or below the target part, and does not necessarily mean to be located on the upper side relative to the direction of gravity.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 도면에 나타난 각 구성의 크기 및 두께 등은 설명의 편의를 위해 임의로 나타낸 것이므로, 본 발명은 도시한 바로 한정되지 않는다.In the entire specification, when a part "includes" a certain component, it means that it may further include other components unless otherwise stated. Since the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of description, the present invention is not limited to the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a sputtering device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 스퍼터링 장치(100)는 챔버(10)와, 챔버(10) 내부의 일측에 마련된 기판 안착부(21)와, 챔버(10) 내부의 타측에 마련된 타겟 안착부(31)와, 기판 안착부(21)와 타겟 안착부(31) 사이에 설치된 다중 이온 필터(40)를 포함한다.Referring to FIG. 1 , the sputtering apparatus 100 includes a chamber 10, a substrate seating portion 21 provided on one side inside the chamber 10, and a target seating portion 31 provided on the other side inside the chamber 10. and a multiple ion filter 40 installed between the substrate seating portion 21 and the target seating portion 31 .

챔버(10)에는 진공 펌프(도시하지 않음)와 연결된 배기 포트(11) 및 질량 유량계(도시하지 않음)와 연결된 가스 유입 포트(12)가 형성된다. 챔버(10)는 진공 펌프에 의해 배기되어 내부를 진공으로 유지한다. 진공으로 배기된 챔버(10) 내부로 가스 유입 포트(12)를 통해 방전 가스가 주입된다. 방전 가스는 아르곤(Ar)을 포함할 수 있다.The chamber 10 is formed with an exhaust port 11 connected to a vacuum pump (not shown) and a gas inlet port 12 connected to a mass flow meter (not shown). The chamber 10 is evacuated by a vacuum pump to maintain a vacuum therein. A discharge gas is injected into the vacuum-exhausted chamber 10 through the gas inlet port 12 . The discharge gas may include argon (Ar).

기판(20)은 기판 안착부(21)에 의해 챔버(10)에 고정되고, 타겟(30)은 타겟 안착부(31)에 의해 챔버(10)에 고정된다. 기판(20)과 타겟(30)은 서로 마주한다. 기판 안착부(21)는 접지될 수 있고, 타겟(30)과 타겟 안착부(31)는 전원부(32)에 연결된다. 전원부(32)는 직류(DC) 전원일 수 있으며, 타겟(30)이 부도체인 경우 고주파 전원이 사용될 수 있다.The substrate 20 is fixed to the chamber 10 by the substrate mounting portion 21 , and the target 30 is fixed to the chamber 10 by the target mounting portion 31 . The substrate 20 and the target 30 face each other. The substrate seating unit 21 may be grounded, and the target 30 and the target seating unit 31 are connected to the power supply unit 32 . The power supply unit 32 may be a direct current (DC) power source, and when the target 30 is a non-conductor, a high frequency power source may be used.

타겟 안착부(31)는 타겟(30)으로 전원을 전달하고, 도시하지 않은 냉각수 흐름에 의해 냉각되어 타겟(30)을 냉각시키는 기능을 한다. 타겟(30)에는 음(-)전압(예를 들어, 수백 볼트의 음전압)이 인가된다. 따라서 기판(20)과 타겟(30)은 각각 애노드(anode)와 캐소드(cathode)로 작용한다.The target seating portion 31 functions to transmit power to the target 30 and to cool the target 30 by being cooled by a flow of cooling water (not shown). A negative (-) voltage (eg, a negative voltage of hundreds of volts) is applied to the target 30 . Therefore, the substrate 20 and the target 30 act as an anode and a cathode, respectively.

타겟(30)에 음(-)전압을 인가하면 타겟(30)으로부터 방출된 전자들이 아르곤 기체와 충돌하여 아르곤을 이온화시킨다. 그리고 아르곤이 여기되면서 전자를 방출하면 기판(20)과 타겟(30) 사이에 글로우 방전 플라즈마(80)가 생성된다. 플라즈마(80) 내의 아르곤 양이온(Ar+)은 전위 차에 의해 타겟(30)으로 가속되어 타겟(30) 표면에 충돌하고, 이때의 충격 에너지에 의해 타겟(30) 물질이 증발한다.When a negative (-) voltage is applied to the target 30, electrons emitted from the target 30 collide with argon gas to ionize argon. When argon is excited and electrons are emitted, a glow discharge plasma 80 is generated between the substrate 20 and the target 30 . Argon cations (Ar + ) in the plasma 80 are accelerated to the target 30 by a potential difference and collide with the surface of the target 30, and the target 30 material is evaporated by the impact energy at this time.

입자의 충돌에 의한 충격 에너지가 타겟(30) 물질을 증발시키는데 필요한 열 에너지의 대략 4배 이상이면 타겟(30) 물질이 증발한다. 이러한 타겟(30) 물질의 증발은 화학적, 열적 과정이 아닌 물리적 운동량 교환 과정이므로 거의 모든 물질을 타겟(30)으로 사용할 수 있다. 증발된 타겟(30) 물질은 기판(20)에 부착되어 막을 형성한다.The material of the target 30 evaporates when the impact energy due to particle collision is approximately 4 times or more than the thermal energy required to evaporate the material of the target 30 . Since the evaporation of the material of the target 30 is a physical momentum exchange process rather than a chemical or thermal process, almost any material can be used as the target 30 . The evaporated target 30 material adheres to the substrate 20 to form a film.

타겟 안착부(31)의 외측에 마그네트론(33)이 설치될 수 있다. 타겟(30) 표면에서 방출된 전자들은 전기장과 마그네트론(33)의 자기장에 의해 싸이클로이드 또는 나선 운동을 하며, 자기장에 포획되어 자기장을 빠져나가기 어려워진다. 따라서 플라즈마(80) 내의 전자 밀도가 높아지고, 이온화가 가속되어 증착 효율이 높아진다. 마그네트론(33)은 S극과, S극을 둘러싸는 N극으로 이루어진다.A magnetron 33 may be installed outside the target seating part 31 . Electrons emitted from the surface of the target 30 perform cycloid or spiral motion by the electric field and the magnetic field of the magnetron 33, and are trapped in the magnetic field, making it difficult to escape the magnetic field. Accordingly, the electron density in the plasma 80 is increased, ionization is accelerated, and deposition efficiency is increased. The magnetron 33 consists of an S pole and an N pole surrounding the S pole.

기판(20)에 형성되는 막은 타겟(30) 종류에 따라 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등의 금속막이거나, 인듐주석 산화물(ITO) 등의 투명 도전막이거나, 투명 비정질 산화물 반도체(TAOS: Transparent Amorphous Oxide Semiconductor) 등의 박막일 수 있다. 산화물 반도체로는 InGaZnO, InGaO, InSnZnO, 및 ZnON 등이 알려져 있다.Depending on the type of target 30, the film formed on the substrate 20 is a metal film such as aluminum (Al) or copper (Cu), a transparent conductive film such as indium tin oxide (ITO), or a transparent amorphous oxide semiconductor (TAOS: It may be a thin film such as Transparent Amorphous Oxide Semiconductor). InGaZnO, InGaO, InSnZnO, ZnON, and the like are known as oxide semiconductors.

챔버(10) 내부를 진공으로 배기하더라도 소량의 산소가 남을 수 있다. 이 경우 스퍼터링 과정에서 타겟(30) 표면에 산소 음이온이 발생하고, 산소 음이온은 타겟(30) 전압에 의해 밀려 고속으로 기판(20) 또는 막에 충돌할 수 있다. 고속의 산소 음이온은 막을 손상시켜 막 품질을 저하시킨다.Even if the inside of the chamber 10 is evacuated to a vacuum, a small amount of oxygen may remain. In this case, oxygen anions are generated on the surface of the target 30 during the sputtering process, and the oxygen anions are pushed by the voltage of the target 30 and can collide with the substrate 20 or the film at high speed. High-velocity oxygen anions damage the membrane and degrade membrane quality.

더욱이 기판(20)에 형성되는 막이 산화물 반도체를 포함하는 경우, 산소 음이온에 의해 산화물 반도체막의 이동도가 저하될 수 있다. 그리고 이러한 현상은 산화물 반도체막을 사용하는 박막 트랜지스터의 특성 저하로 이어진다.Furthermore, when the film formed on the substrate 20 includes an oxide semiconductor, the mobility of the oxide semiconductor film may be reduced by oxygen anions. And this phenomenon leads to deterioration of characteristics of a thin film transistor using an oxide semiconductor film.

또한, 스퍼터링 과정에서 아르곤 양이온의 일부가 기판(20) 또는 막에 충돌하여 막 품질을 저하시킬 수 있다. 아르곤 양이온은 밀도가 높고, 대략 0 내지 수백 전자볼트(eV)의 넓은 에너지 분포를 가진다.In addition, during the sputtering process, some of the argon cations may collide with the substrate 20 or the film to deteriorate film quality. Argon cations are dense and have a wide energy distribution from approximately zero to several hundred electron volts (eV).

따라서 기판(20) 또는 막에 대해 고속의 산소 음이온과 고밀도의 아르곤 양이온을 동시에 차단해야 한다. 다중 이온 필터(40)는 기판(20)과 타겟(30) 사이에서 타겟(30)보다 기판(20)에 더 가깝게 위치하고, 산소 음이온과 아르곤 양이온에 대해 전위적인 제한을 가하여 이들이 기판(20) 또는 막에 도달하지 못하도록 차단하는 기능을 한다.Therefore, high-speed oxygen anions and high-density argon cations must be simultaneously blocked with respect to the substrate 20 or the film. The multi-ion filter 40 is located closer to the substrate 20 than the target 30 between the substrate 20 and the target 30, and applies potential limiting to oxygen anions and argon cations so that they can be separated from the substrate 20 or It functions to block the membrane from reaching the membrane.

다중 이온 필터(40)는 쌍극성(bipolar) 필터(50)를 포함한다. 다중 이온 필터(40)는 기판(20)과 쌍극성 필터(50) 사이에 배치된 단극성(mono-polar) 필터(60)를 더 포함할 수 있다. 다중 이온 필터(40)는 타겟(30)을 향한 쌍극성 필터(50)의 일측에 배치된 접지 필터(70)를 더 포함할 수 있다.The multi-ion filter 40 includes a bipolar filter 50. The multi-ion filter 40 may further include a mono-polar filter 60 disposed between the substrate 20 and the bipolar filter 50 . The multiple ion filter 40 may further include a ground filter 70 disposed on one side of the bipolar filter 50 facing the target 30 .

예를 들어, 다중 이온 필터(40)는 접지 필터(70)와 쌍극성 필터(50) 및 단극성 필터(60)의 3층 구조로 이루어질 수 있다. 접지 필터(70)가 기판(20)으로부터 가장 멀리 위치하고, 단극성 필터(60)가 기판(20)에 가장 가깝게 위치하며, 쌍극성 필터(50)가 접지 필터(70)와 단극성 필터(60) 사이에 위치한다.For example, the multi-ion filter 40 may have a three-layer structure of a ground filter 70, a bipolar filter 50, and a unipolar filter 60. The ground filter 70 is located farthest from the substrate 20, the unipolar filter 60 is located closest to the substrate 20, and the bipolar filter 50 is the ground filter 70 and the unipolar filter 60 ) is located between

접지 필터(70)는 복수의 접지선(71)으로 이루어진다. 복수의 접지선(71)은 금속 와이어 또는 금속 스트립 등으로 구성되며, 기판(20)의 면 방향과 나란한 제1 방향을 따라 서로간 거리를 두고 나란히 배치된다. 접지 필터(70)는 접지 쉴드로 작용하며 전위를 안정화시키는 기능을 한다.The ground filter 70 is composed of a plurality of ground lines 71 . The plurality of ground lines 71 are composed of metal wires or metal strips, and are arranged side by side at a distance from each other along a first direction parallel to the surface direction of the substrate 20 . The grounding filter 70 serves as a grounding shield and functions to stabilize the electric potential.

쌍극성 필터(50)는 양(+)전압이 인가되는 복수의 양극선(51)과, 음(-)전압이 인가되며 복수의 양극선(51) 각각에 이웃하게 배치된 복수의 음극선(52)을 포함한다. 복수의 양극선(51)과 복수의 음극선(52)은 금속 와이어 또는 금속 스트립 등으로 구성되며, 제1 방향을 따라 하나씩 교대로 반복 배치될 수 있다.The bipolar filter 50 includes a plurality of anode lines 51 to which a positive (+) voltage is applied and a plurality of cathode lines 52 to which a negative (-) voltage is applied and disposed adjacent to each of the plurality of anode lines 51. include The plurality of anode lines 51 and the plurality of cathode lines 52 are composed of metal wires or metal strips, and may be alternately and repeatedly arranged one by one along the first direction.

복수의 양극선(51)에는 예를 들어 +1kV의 전압이 인가될 수 있고, 복수의 음극선(52)에는 예를 들어 -1kV의 전압이 인가될 수 있다. 이 경우 양극선(51)과 음극선(52)의 전위 차는 2kV가 된다. 쌍극성 필터(50)는 기판(20)을 향해 이동하는 아르곤 양이온을 차단하고, 산소 음이온을 1차로 차단하는 기능을 한다.A voltage of +1 kV, for example, may be applied to the plurality of anode lines 51, and a voltage of -1 kV, for example, may be applied to the plurality of cathode lines 52. In this case, the potential difference between the anode line 51 and the cathode line 52 is 2 kV. The bipolar filter 50 blocks argon cations moving toward the substrate 20 and primarily blocks oxygen anions.

강한 플라즈마(80)로부터 분출된 아르곤 양이온의 일부는 타겟(30)이 아닌 기판(20)을 향해 이동하며, 타겟(30) 표면에서 생성된 산소 음이온은 타겟(30) 전압에 의해 밀려 고속으로 기판(20)을 향해 이동한다.Some of the argon positive ions ejected from the strong plasma 80 move toward the substrate 20, not the target 30, and the oxygen anions generated on the surface of the target 30 are pushed by the voltage of the target 30 to the substrate at high speed. Move towards (20).

기판(20)을 향해 이동하는 아르곤 양이온은 양극선(51)의 전위에 밀려 경로가 변경되고, 음극선(52)에 충돌하여 에너지를 상실한다. 마찬가지로 기판(20)을 향해 이동하는 산소 음이온은 음극선(52)의 전위에 밀려 경로가 변경되며, 양극선(51)에 충돌하여 에너지를 상실한다. 다만, 산소 음이온은 고속으로 이동하므로 일부의 산소 음이온은 쌍극성 필터(50)를 통과할 수 있다.The argon cations moving toward the substrate 20 are pushed by the potential of the anode ray 51 to change their path, and collide with the cathode ray 52 to lose energy. Likewise, oxygen anions moving toward the substrate 20 are pushed by the potential of the cathode ray 52 and their path is changed, and collide with the anode ray 51 to lose energy. However, since oxygen anions move at a high speed, some oxygen anions may pass through the bipolar filter 50 .

단극성 필터(60)는 음(-)전압이 인가되는 복수의 보조 음극선(61)으로 이루어진다. 복수의 보조 음극선(61)은 금속 와이어 또는 금속 스트립 등으로 구성되며, 제1 방향을 따라 서로간 거리를 두고 배치된다. 단극성 필터(60)는 쌍극성 필터(50)를 통과한 산소 음이온을 2차로 차단하는 기능을 한다.The unipolar filter 60 is composed of a plurality of auxiliary cathode lines 61 to which negative (-) voltage is applied. The plurality of auxiliary cathode lines 61 are composed of metal wires or metal strips and are spaced apart from each other along the first direction. The monopolar filter 60 functions to secondarily block oxygen anions that have passed through the bipolar filter 50 .

복수의 보조 음극선(61)에는 예를 들어 -1kV의 전압이 인가될 수 있다. 쌍극성 필터(50)를 통과한 산소 음이온은 보조 음극선(61) 전위에 밀려 경로가 변경되며, 쌍극성 필터(50)의 양극선(51)에 충돌하면서 에너지를 상실한다.A voltage of -1 kV, for example, may be applied to the plurality of auxiliary cathode lines 61 . Oxygen anions passing through the dipolar filter 50 are pushed by the potential of the auxiliary cathode ray 61 to change their path, and lose energy while colliding with the anode ray 51 of the dipolar filter 50.

복수의 접지선(71), 복수의 양극선(51), 복수의 음극선(52), 및 복수의 보조 음극선(61)은 같은 폭으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 접지선(71), 복수의 양극선(51), 복수의 음극선(52), 및 복수의 보조 음극선(61) 각각의 폭(와이어의 경우 직경)은 대략 1mm 이하일 수 있다.The plurality of ground lines 71 , the plurality of anode lines 51 , the plurality of cathode lines 52 , and the plurality of auxiliary cathode lines 61 may be formed to have the same width. For example, each of the plurality of ground lines 71, the plurality of anode lines 51, the plurality of cathode lines 52, and the plurality of auxiliary cathode lines 61 may have a width (diameter in the case of a wire) of approximately 1 mm or less.

복수의 접지선(71)의 간격, 양극선(51)과 음극선(52)의 간격, 및 복수의 보조 음극선(61)의 간격은 모두 같을 수 있다. 예를 들어, 복수의 접지선(71)의 간격, 양극선(51)과 음극선(52)의 간격, 및 복수의 보조 음극선(61)의 간격은 대략 10mm일 수 있다.The intervals between the plurality of ground lines 71, the intervals between the positive and negative electrode lines 51 and 52, and the intervals between the plurality of auxiliary cathode lines 61 may all be the same. For example, the distance between the plurality of ground lines 71 , the distance between the positive electrode wire 51 and the negative electrode wire 52 , and the distance between the plurality of auxiliary cathode wires 61 may be approximately 10 mm.

기판(20)과 타겟(30)이 마주하는 제2 방향을 따라 접지선(71)과 양극선(51) 및 보조 음극선(61)이 일렬로 위치할 수 있고, 접지선(71)과 음극선(52) 및 보조 음극선(61)이 일렬로 위치할 수 있다. 다른 한편으로, 양극선(51)과 음극선(52)은 접지선(71) 및 보조 음극선(61)에 대해 제1 방향을 따라 어긋나게 위치할 수도 있다.The ground line 71, the anode line 51, and the auxiliary cathode line 61 may be positioned in a line along the second direction in which the substrate 20 and the target 30 face each other, and the ground line 71 and the cathode line 52 and Auxiliary cathode rays 61 may be positioned in a line. On the other hand, the anode line 51 and the cathode line 52 may be positioned offset from the ground line 71 and the auxiliary cathode line 61 along the first direction.

제2 방향에 따른 접지 필터(70)와 쌍극성 필터(50)의 간격, 및 쌍극성 필터(50)와 단극성 필터(60)의 간격은 같을 수 있다. 예를 들어, 접지 필터(70)와 쌍극성 필터(50)의 간격, 및 쌍극성 필터(50)와 단극성 필터(60)의 간격은 대략 20mm일 수 있다.The distance between the ground filter 70 and the bipolar filter 50 and the distance between the bipolar filter 50 and the unipolar filter 60 in the second direction may be the same. For example, the interval between the ground filter 70 and the bipolar filter 50 and the interval between the bipolar filter 50 and the unipolar filter 60 may be approximately 20 mm.

도 2는 도 1에 도시한 스퍼터링 장치 중 다중 이온 필터의 측면도로서, 세 개의 필터를 나누어 도시하였다.FIG. 2 is a side view of a multi-ion filter in the sputtering apparatus shown in FIG. 1, showing three filters separately.

도 2를 참고하면, 접지 필터(70)는 복수의 접지선(71)을 지지하는 한 쌍의 제1 지지체(72)를 포함할 수 있다. 복수의 접지선(71)은 소정의 장력이 인가된 상태로 그 양단이 제1 지지체(72)에 고정될 수 있고, 제1 지지체(72)를 통해 외부 접지 전원과 전기적으로 연결된다.Referring to FIG. 2 , the ground filter 70 may include a pair of first supports 72 supporting a plurality of ground lines 71 . Both ends of the plurality of ground wires 71 may be fixed to the first support 72 with a predetermined tension applied thereto, and are electrically connected to an external ground power source through the first support 72 .

쌍극성 필터(50)는 복수의 양극선(51)과 복수의 음극선(52)을 지지하는 한 쌍의 제2 지지체(53, 54)를 포함할 수 있다. 복수의 양극선(51)과 복수의 음극선(52)은 소정의 장력이 인가된 상태로 그 양단이 제2 지지체(53, 54)에 고정될 수 있다.The bipolar filter 50 may include a pair of second supports 53 and 54 supporting the plurality of positive electrode wires 51 and the plurality of negative electrode wires 52 . Both ends of the plurality of anode wires 51 and the plurality of cathode wires 52 may be fixed to the second supports 53 and 54 in a state in which a predetermined tension is applied thereto.

한 쌍의 지지체(53, 54) 중 어느 하나의 지지체(53)는 복수의 양극선(51)과 절연되고, 복수의 음극선(52)과 전기적으로 연결되어 복수의 음극선(52)으로 음(-)전압을 인가한다. 한 쌍의 지지체(53, 54) 중 다른 하나의 지지체(54)는 복수의 음극선(52)과 절연되고, 복수의 양극선(51)과 전기적으로 연결되어 복수의 양극선(51)으로 양(+)전압을 인가한다. 도 2에서 부호 55는 절연체를 나타낸다.One of the pair of supports 53 and 54 is insulated from the plurality of positive electrode lines 51 and electrically connected to the plurality of negative electrode lines 52 to form a negative (-) Apply voltage. The other support 54 of the pair of supports 53 and 54 is insulated from the plurality of cathode lines 52 and electrically connected to the plurality of anode lines 51 to form a positive (+) Apply voltage. Reference numeral 55 in FIG. 2 denotes an insulator.

단극성 필터(60)는 복수의 보조 음극선(61)을 지지하는 한 쌍의 제3 지지체(62)를 포함할 수 있다. 복수의 보조 음극선(61)은 소정의 장력이 인가된 상태로 그 양단이 제3 지지체(62)에 고정될 수 있으며, 제3 지지체(62)를 통해 음전압을 인가받는다.The monopolar filter 60 may include a pair of third supports 62 supporting the plurality of auxiliary cathode rays 61 . Both ends of the plurality of auxiliary cathode rays 61 may be fixed to the third support 62 in a state in which a predetermined tension is applied, and a negative voltage is applied through the third support 62 .

도 3은 도 1에 도시한 스퍼터링 장치 중 다중 이온 필터의 다른 실시예를 나타낸 측면도로서, 세 개의 필터를 나누어 도시하였다.FIG. 3 is a side view showing another embodiment of a multi-ion filter in the sputtering apparatus shown in FIG. 1, showing three filters separately.

도 3을 참고하면, 본 실시예에서 접지 필터(70a)와 단극성 필터(60a)는 메쉬(mesh) 구조로 이루어진다.Referring to FIG. 3 , in this embodiment, the ground filter 70a and the unipolar filter 60a have a mesh structure.

접지 필터(70a)는 서로간 거리를 두고 나란히 배열된 복수의 제1 접지선(73)과, 복수의 제1 접지선(73)과 교차하며 서로간 거리를 두고 나란히 배열된 복수의 제2 접지선(74)과, 복수의 제1 및 제2 접지선(73, 74)을 지지하는 프레임 형상의 제1 지지체(75)를 포함할 수 있다.The ground filter 70a includes a plurality of first ground lines 73 arranged side by side at a distance from each other, and a plurality of second ground lines 74 arranged side by side at a distance from each other while intersecting the plurality of first ground lines 73. ), and a frame-shaped first supporter 75 supporting the plurality of first and second ground lines 73 and 74 .

단극성 필터(60a)는 서로간 거리를 두고 나란히 배열된 복수의 제1 보조 음극선(63)과, 복수의 제1 보조 음극선(63)과 교차하며 서로간 거리를 두고 나란히 배열된 복수의 제2 보조 음극선(64)과, 복수의 제1 및 제2 보조 음극선(63, 64)을 지지하는 프레임 형상의 제3 지지체(65)를 포함할 수 있다.The unipolar filter 60a includes a plurality of first auxiliary cathode lines 63 arranged side by side at a distance from each other, and a plurality of second auxiliary cathode lines 63 arranged side by side at a distance from each other while intersecting the plurality of first auxiliary cathode lines 63. An auxiliary cathode ray 64 and a frame-shaped third support 65 supporting the plurality of first and second auxiliary cathode rays 63 and 64 may be included.

복수의 제1 및 제2 접지선(73, 74)과 복수의 제1 및 제2 보조 음극선(63, 64)은 금속 와이어 또는 금속 스트립 등으로 구성될 있다. 복수의 제1 및 제2 접지선(73, 74)은 소정의 장력이 인가된 상태로 그 양단이 제1 지지체(75)에 고정될 수 있다. 복수의 제1 및 제2 보조 음극선(63, 64)은 소정의 장력이 인가된 상태로 그 양단이 제3 지지체(65)에 고정될 수 있다.The plurality of first and second ground lines 73 and 74 and the plurality of first and second auxiliary cathode lines 63 and 64 may be formed of metal wires or metal strips. Both ends of the plurality of first and second ground wires 73 and 74 may be fixed to the first supporter 75 in a state in which predetermined tension is applied thereto. Both ends of the plurality of first and second auxiliary cathode rays 63 and 64 may be fixed to the third supporter 65 in a state in which a predetermined tension is applied thereto.

메쉬 구조의 단극성 필터(60a)는 일자 구조의 단극성 필터 대비 표면적이 확대된 조밀한 필터이므로, 산소 음이온 차단 효과를 높일 수 있다. 마찬가지로 메쉬 구조의 접지 필터(70a) 또한 일자 구조의 접지 필터 대비 표면적이 확대된 조밀한 필터이므로, 전위 안정화 효과를 높일 수 있다.Since the mesh-structure monopolar filter 60a is a dense filter with an enlarged surface area compared to the straight-line structure monopolar filter, the effect of blocking oxygen anions can be enhanced. Likewise, since the ground filter 70a of the mesh structure is also a dense filter with an enlarged surface area compared to the ground filter of the straight structure, the potential stabilization effect can be enhanced.

도 4는 도 1에 도시한 스퍼터링 장치에서 산소 음이온의 차단 효과를 보여주는 시뮬레이션 도면이다. 시뮬레이션의 전압 조건은 아래 표 1에 나타낸 바와 같다.FIG. 4 is a simulation diagram showing a blocking effect of oxygen anions in the sputtering device shown in FIG. 1 . The voltage conditions of the simulation are as shown in Table 1 below.

타겟 전압target voltage -750V-750V 쌍극성 필터dipolar filter 양극선positive wire +1kV+1kV 음극선cathode ray -1kV-1kV 단극성 필터unipolar filter -1kV-1kV

도 4를 참고하면, 적색, 노란색, 연두색, 하늘색, 및 청색의 순서는 산소의 밀도와 비례한다. 타겟(Target)과 다중 이온 필터(40)에 전술한 크기의 전압을 인가한 조건에서, 대부분의 산소 음이온은 다중 이온 필터(40)와 타겟 사이에 위치한다. 그리고 낮은 밀도의 산소 음이온이 쌍극성 필터(50)를 통과하지만 단극성 필터(60)를 통과하지 못하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the order of red, yellow, light green, sky blue, and blue is proportional to the density of oxygen. Under the condition that the above-mentioned voltage is applied to the target and the multi-ion filter 40, most oxygen anions are located between the multi-ion filter 40 and the target. In addition, it can be confirmed that low density oxygen anions pass through the bipolar filter 50 but do not pass through the unipolar filter 60.

도 5는 도 1에 도시한 스퍼터링 장치에서 아르곤 양이온 차단 효과를 보여주는 시뮬레이션 도면이다. 시뮬레이션 전압 조건은 전술한 표 1과 동일하다.5 is a simulation diagram showing an argon cation blocking effect in the sputtering device shown in FIG. 1 . Simulation voltage conditions are the same as those in Table 1 described above.

도 5를 참고하면, 적색, 노란색, 연두색, 하늘색, 및 청색의 순서는 아르곤의 밀도와 비례한다. 타겟(Target)과 다중 이온 필터(40)에 전술한 크기의 전압을 인가한 조건에서, 아르곤 양이온은 타겟 주위에 위치하며, 높은 밀도의 아르곤 양이온이 타겟에 근접하여 위치하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5 , the order of red, yellow, light green, sky blue, and blue is proportional to the density of argon. Under the condition that the above-mentioned voltage is applied to the target and the multi-ion filter 40, it can be seen that argon cations are located around the target and high density argon cations are located close to the target.

도 4와 도 5의 시뮬레이션 결과로부터 알 수 있듯이, 본 실시예의 스퍼터링 장치(100)는 전술한 다중 이온 필터(40)에 의해 고속의 산소 음이온과 고밀도의 아르곤 양이온이 기판(20) 또는 막에 도달하는 것을 차단할 수 있다. 따라서 막의 손상을 최소화하여 성막 품질을 높일 수 있다.As can be seen from the simulation results of FIGS. 4 and 5, in the sputtering apparatus 100 of this embodiment, high-speed oxygen anions and high-density argon cations reach the substrate 20 or the film by the multi-ion filter 40 described above. can block it. Accordingly, film formation quality can be improved by minimizing damage to the film.

또한, 전술한 다중 이온 필터(40)는 대형화에 어려움이 없으므로 대형 스퍼터링 장치에 용이하게 적용될 수 있다. 즉, 본 실시예의 스퍼터링 장치(100)는 대면적 기판(20)을 구비한 대형 스퍼터링 장치일 수 있으며, 막의 균일성과 품질의 안정성을 높일 수 있다.In addition, the above-described multiple ion filter 40 can be easily applied to a large-scale sputtering device because there is no difficulty in enlarging the size. That is, the sputtering device 100 of the present embodiment may be a large-sized sputtering device having a large-area substrate 20, and the film uniformity and quality stability may be improved.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 방법을 나타낸 순서도이다.6 is a flowchart illustrating a sputtering method according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참고하면, 스퍼터링 방법은 챔버 내부에 기판과 타겟 및 다중 이온 필터를 준비하는 제1 단계(S10)와, 챔버 내부를 진공으로 배기시킨 후 방전 가스를 주입하는 제2 단계(S20)와, 스퍼터링에 의해 기판 위에 막을 형성함과 동시에 다중 이온 필터를 이용하여 기판에 대한 이온 유입을 차단하는 제3 단계(S30)를 포함한다.Referring to FIG. 6, the sputtering method includes a first step (S10) of preparing a substrate, a target, and a multi-ion filter inside the chamber, and a second step (S20) of injecting a discharge gas after evacuating the chamber to a vacuum. , a third step (S30) of forming a film on the substrate by sputtering and at the same time blocking the inflow of ions to the substrate using a multi-ion filter.

도 1과 도 6을 참고하면, 제1 단계(S10)에서 타겟(30)은 금속, 금속산화물 또는 산화물 반도체 등으로 제작되며, 타겟 안착부(31)에 의해 전원부(32)에 연결된다. 전원부(32)는 직류 전원일 수 있다. 다중 이온 필터(40)는 기판(20)과 타겟(30) 사이에서 기판(20)에 더 가깝게 위치한다.Referring to FIGS. 1 and 6 , in the first step (S10), the target 30 is made of metal, metal oxide or oxide semiconductor, and is connected to the power supply unit 32 by the target seating unit 31. The power supply unit 32 may be a DC power supply. Multiple ion filters 40 are positioned closer to the substrate 20 between the substrate 20 and the target 30 .

다중 이온 필터(40)는 쌍극성 필터(50)를 포함한다. 다중 이온 필터(40)는 기판(20)과 쌍극성 필터(50) 사이에 위치하는 단극성 필터(60)를 더 포함할 수 있다. 다중 이온 필터(40)는 타겟(30)을 향한 쌍극성 필터(50)의 일측에 위치하는 접지 필터(70)를 더 포함할 수 있다.The multi-ion filter 40 includes a bipolar filter 50. The multi-ion filter 40 may further include a monopolar filter 60 positioned between the substrate 20 and the bipolar filter 50 . The multiple ion filter 40 may further include a ground filter 70 positioned on one side of the bipolar filter 50 facing the target 30 .

쌍극성 필터(50)는 복수의 양극선(51)과, 복수의 양극선(51) 각각에 이웃하게 배치된 복수의 음극선(52)을 포함한다. 단극성 필터(60)는 복수의 보조 음극선(61)을 포함하며, 접지 필터(70)는 복수의 접지선(71)을 포함한다. 단극성 필터(60)와 접지 필터(70)는 스트라이프 패턴 또는 메쉬 패턴으로 이루어질 수 있다.The bipolar filter 50 includes a plurality of positive electrode lines 51 and a plurality of negative electrode wires 52 disposed adjacent to each of the plurality of positive electrode wires 51 . The unipolar filter 60 includes a plurality of auxiliary cathode lines 61 , and the ground filter 70 includes a plurality of ground lines 71 . The unipolar filter 60 and the ground filter 70 may be formed in a stripe pattern or a mesh pattern.

제2 단계(S20)에서, 챔버(10) 내부는 진공으로 배기되고, 방전 가스, 예를 들어 아르곤 가스가 챔버(10)로 주입된다.In the second step ( S20 ), the inside of the chamber 10 is evacuated to a vacuum, and a discharge gas, for example, argon gas is injected into the chamber 10 .

제3 단계(S30)에서, 기판(20)을 지지하는 기판 안착부(21)는 접지되고, 타겟(30)은 전원부(32)로부터 대략 수백 볼트의 음(-)전압을 인가받는다. 그러면 타겟(30) 주위에 글로우 방전 플라즈마(80)가 생성되고, 아르곤 양이온이 타겟(30) 표면에 충돌하여 타겟(30) 물질이 증발한다. 증발된 타겟(30) 물질은 기판(20)에 부착되어 막을 형성한다.In the third step ( S30 ), the substrate seating portion 21 supporting the substrate 20 is grounded, and the target 30 is applied with a negative (-) voltage of approximately several hundred volts from the power source 32 . Then, the glow discharge plasma 80 is generated around the target 30, and argon positive ions collide with the surface of the target 30, thereby evaporating the target 30 material. The evaporated target 30 material adheres to the substrate 20 to form a film.

성막 과정에서 타겟(30) 표면에 생성된 산소 음이온은 고속으로 기판(20)을 향해 이동하며, 아르곤 양이온의 일부도 기판(20)을 향해 이동한다. 다중 이온 필터(40)는 고속의 산소 음이온과 고밀도의 아르곤 양이온에 대해 전위적인 제한을 가하여 산소 음이온과 아르곤 양이온을 차단시킨다.During the film formation process, oxygen anions generated on the surface of the target 30 move toward the substrate 20 at high speed, and some of the argon cations also move toward the substrate 20 . The multi-ion filter 40 blocks oxygen anions and argon cations by applying a potential limit to high-speed oxygen anions and high-density argon cations.

제3 단계(S30)에서, 쌍극성 필터(50) 중 복수의 양극선(51)에는 수백 볼트 이상의 양(+)전압이 인가되고, 복수의 음극선(52)에는 수백 볼트 이상의 음(-)전압이 인가된다. 단극성 필터(60)에는 수백 볼트 이상의 음(-)전압이 인가되며, 접지 필터(70)는 접지된다. 접지 필터(70)는 접지 쉴드로 작용하며 전위를 안정화시키는 기능을 한다.In the third step (S30), a positive (+) voltage of several hundred volts or more is applied to the plurality of anode lines 51 of the bipolar filter 50, and a negative (-) voltage of several hundred volts or more is applied to the plurality of cathode lines 52. is authorized A negative (-) voltage of several hundred volts or more is applied to the unipolar filter 60, and the ground filter 70 is grounded. The grounding filter 70 serves as a grounding shield and functions to stabilize the electric potential.

기판(20)을 향해 고속으로 이동하는 산소 음이온은 쌍극성 필터(50) 중 음극선(52)의 전위에 밀려 경로가 변경되며, 양극선(51)에 충돌하여 에너지를 상실한다. 밀도가 높고 에너지 분포가 넓은 아르곤 양이온은 쌍극성 필터(50) 중 양극선(51)의 전위에 밀려 경로가 변경되고, 음극선(52)에 충돌하여 에너지를 상실한다.Oxygen anions moving at high speed toward the substrate 20 are pushed by the potential of the cathode ray 52 in the bipolar filter 50 to change their path, and collide with the anode ray 51 to lose energy. Argon cations, which have a high density and a wide energy distribution, are pushed by the potential of the anode line 51 of the bipolar filter 50 to change their path and collide with the cathode line 52 to lose energy.

이때 일부의 산소 음이온이 쌍극성 필터(50)를 통과할 수 있는데, 쌍극성 필터(50)를 통과한 산소 음이온은 단극성 필터(60)의 보조 음극선(61) 전위에 밀려 경로가 변경되고, 쌍극성 필터(50)의 양극선(51)에 충돌하여 에너지를 상실한다. 결과적으로 산소 음이온은 쌍극성 필터(50)와 단극성 필터(60)의 이중 필터 작용에 의해 그 에너지를 모두 상실한다.At this time, some oxygen anions may pass through the bipolar filter 50, and the oxygen anions that have passed through the bipolar filter 50 are pushed by the potential of the auxiliary cathode 61 of the unipolar filter 60 to change their path, It collides with the anode wire 51 of the bipolar filter 50 and loses energy. As a result, oxygen anions lose all their energy due to the double filter action of the bipolar filter 50 and the unipolar filter 60.

전술한 스퍼터링 방법에 따르면, 기판(20) 또는 막에 산소 음이온과 아르곤 양이온이 충돌하지 않으므로, 막의 손상을 최소화하여 성막 품질을 높일 수 있다. 또한, 기판(20)에 형성되는 막이 산화물 반도체를 포함하는 경우, 산소 음이온에 의한 산화물 반도체막의 이동도 저하를 억제할 수 있으므로, 산화물 반도체막을 사용하는 박막 트랜지스터의 특성을 향상시킬 수 있다.According to the sputtering method described above, since oxygen anions and argon cations do not collide with the substrate 20 or the film, damage to the film can be minimized and film formation quality can be improved. In addition, when the film formed on the substrate 20 includes an oxide semiconductor, the decrease in mobility of the oxide semiconductor film due to oxygen anions can be suppressed, so that the characteristics of a thin film transistor using the oxide semiconductor film can be improved.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited thereto, and it is possible to make various modifications and practice within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings, and this is also the present invention. It is natural to fall within the scope of

10: 챔버 20: 기판
21: 기판 안착부 30: 타겟
31: 타겟 안착부 32: 전원부
40: 다중 이온 필터 50: 쌍극성 필터
51: 양극선 52: 음극선
60: 단극성 필터 61: 보조 음극선
70: 접지 필터 71: 접지선
80: 플라즈마10: chamber 20: substrate
21: board seating part 30: target
31: target seating part 32: power supply
40: multi-ion filter 50: bipolar filter
51: anode line 52: cathode line
60: unipolar filter 61: auxiliary cathode
70: ground filter 71: ground wire
80: Plasma

Claims (17)

챔버;
상기 챔버 내부의 일측에 기판이 위치하도록 마련된 기판 안착부;
상기 챔버 내부의 타측에 위치하며 타겟이 상기 기판과 마주하도록 마련된 타겟 안착부; 및
상기 기판 안착부와 상기 타겟 안착부 사이에 설치되며, 양(+)전압이 인가되는 복수의 양극선과, 음(-)전압이 인가되며 상기 복수의 양극선 각각에 이웃하게 배치된 복수의 음극선을 포함하는 쌍극성(bipolar) 필터
를 포함하고,
상기 복수의 양극선과 상기 복수의 음극선은 하나씩 교대로 반복 배치되는 스퍼터링 장치.chamber;
a substrate seating portion provided to position a substrate at one side of the inside of the chamber;
a target seating portion located on the other side of the chamber and provided so that the target faces the substrate; and
Includes a plurality of anode lines installed between the substrate seating portion and the target seating portion, to which a positive (+) voltage is applied, and a plurality of cathode lines to which a negative (-) voltage is applied and disposed adjacent to each of the plurality of anode lines bipolar filter that
including,
The plurality of anode lines and the plurality of cathode lines are alternately and repeatedly arranged one by one. 제1항에 있어서,
상기 쌍극성 필터는 상기 타겟 안착부보다 상기 기판 안착부에 더 가깝게 위치하는 스퍼터링 장치.According to claim 1,
The sputtering device wherein the bipolar filter is located closer to the substrate seating portion than to the target seating portion. 삭제delete 제2항에 있어서,
상기 쌍극성 필터는 상기 복수의 양극선과 상기 복수의 음극선을 지지하는 한 쌍의 지지체를 포함하며,
상기 한 쌍의 지지체 중 어느 하나의 지지체는 상기 복수의 양극선과 절연되고, 다른 하나의 지지체는 상기 복수의 음극선과 절연되는 스퍼터링 장치.According to claim 2,
The bipolar filter includes a pair of supports supporting the plurality of positive electrode rays and the plurality of negative electrode rays,
A sputtering device wherein one of the pair of supports is insulated from the plurality of anode lines and the other support is insulated from the plurality of cathode lines. 제2항에 있어서,
상기 기판 안착부와 상기 쌍극성 필터 사이에 설치되며, 음(-)전압이 인가되는 복수의 보조 음극선을 포함하는 단극성(mono-polar) 필터를 더 포함하는 스퍼터링 장치.According to claim 2,
The sputtering device further comprises a mono-polar filter installed between the substrate mounting portion and the bipolar filter and including a plurality of auxiliary cathode lines to which a negative (-) voltage is applied. 제5항에 있어서,
상기 단극성 필터는 스트라이프 패턴과 메쉬 패턴 중 어느 하나로 형성되는 스퍼터링 장치.According to claim 5,
The unipolar filter is a sputtering device formed of any one of a stripe pattern and a mesh pattern. 제5항에 있어서,
상기 타겟 안착부를 향한 상기 쌍극성 필터의 일측에 설치되며, 복수의 접지선을 포함하는 접지 필터를 더 포함하는 스퍼터링 장치.According to claim 5,
A sputtering device further comprising a ground filter installed on one side of the bipolar filter toward the target seating portion and including a plurality of ground lines. 제7항에 있어서,
상기 접지 필터는 스트라이프 패턴과 메쉬 패턴 중 어느 하나로 형성되는 스퍼터링 장치.According to claim 7,
The ground filter is formed of any one of a stripe pattern and a mesh pattern. 제7항에 있어서,
상기 복수의 양극선, 상기 복수의 음극선, 상기 복수의 보조 음극선, 및 상기 복수의 접지선은 같은 폭으로 형성되고,
상기 양극선과 상기 음극선의 간격, 상기 복수의 보조 음극선의 간격, 및 상기 복수의 접지선의 간격은 동일한 스퍼터링 장치.According to claim 7,
The plurality of anode lines, the plurality of cathode lines, the plurality of auxiliary cathode lines, and the plurality of ground lines are formed to have the same width,
The sputtering device of claim 1 , wherein the spacing between the anode line and the cathode line, the spacing between the plurality of auxiliary cathode lines, and the spacing between the plurality of ground lines are the same. 제9항에 있어서,
상기 기판 안착부와 상기 타겟 안착부가 마주하는 방향을 따라 상기 양극선과 상기 보조 음극선 및 상기 접지선이 일렬로 위치하고, 상기 음극선과 상기 보조 음극선 및 상기 접지선이 일렬로 위치하는 스퍼터링 장치. According to claim 9,
The sputtering device wherein the anode line, the auxiliary cathode line, and the ground line are positioned in a line, and the cathode line, the auxiliary cathode line, and the ground line are positioned in a line along a direction in which the substrate seating portion and the target seating portion face each other. 제9항에 있어서,
상기 쌍극성 필터는 상기 단극성 필터 및 상기 접지 필터와 동일한 간격을 유지하는 스퍼터링 장치.According to claim 9,
The sputtering device wherein the bipolar filter maintains the same spacing as the unipolar filter and the ground filter. 챔버;
상기 챔버 내부의 일측에 기판이 위치하도록 마련된 기판 안착부;
상기 챔버 내부의 타측에 위치하며 타겟이 상기 기판과 마주하도록 마련된 타겟 안착부;
상기 타겟 안착부를 향한 상기 기판 안착부의 일측에 설치되며, 상기 기판의 면 방향을 따라 양(+)전위와 음(-)전위를 번갈아 유지하는 쌍극성(bipolar) 필터;
상기 기판 안착부와 상기 쌍극성 필터 사이에 설치되며, 음(-)전위를 유지하는 단극성(mono-polar) 필터; 및
상기 타겟 안착부를 향한 상기 쌍극성 필터의 일측에 설치되며, 접지 전위를 유지하는 접지 필터
를 포함하고,
상기 쌍극성 필터는, 양(+)전압이 인가되는 복수의 양극선과, 음(-)전압이 인가되며 상기 복수의 양극선 각각에 이웃하게 배치된 복수의 음극선을 포함하고, 상기 복수의 양극선과 상기 복수의 음극선은 하나씩 교대로 반복 배치되는 스퍼터링 장치.chamber;
a substrate seating portion provided to position a substrate at one side of the inside of the chamber;
a target seating portion located on the other side of the chamber and provided so that the target faces the substrate;
a bipolar filter installed on one side of the substrate seating portion toward the target seating portion and alternately maintaining a positive (+) potential and a negative (-) potential along the surface direction of the substrate;
a mono-polar filter installed between the substrate mounting portion and the bipolar filter and maintaining a negative (-) potential; and
A ground filter installed on one side of the bipolar filter toward the target seating part and maintaining a ground potential.
including,
The bipolar filter includes a plurality of cathode lines to which a positive (+) voltage is applied and a plurality of cathode lines to which a negative (-) voltage is applied and disposed adjacent to each of the plurality of anode lines, A sputtering device in which a plurality of cathode rays are alternately and repeatedly arranged one by one. 챔버 내부에 기판과 타겟 및 다중 이온 필터를 준비하는 단계;
상기 챔버 내부를 배기시킨 후 방전 가스를 주입하는 단계; 및
상기 타겟에 전원을 인가하여 스퍼터링으로 상기 기판 위에 막을 형성함과 아울러 상기 다중 이온 필터를 이용하여 상기 기판을 향해 이동하는 산소 음이온에 전위적인 제한을 가하는 단계
를 포함하는 스퍼터링 방법.preparing a substrate, a target, and multiple ion filters inside the chamber;
injecting a discharge gas after exhausting the inside of the chamber; and
Applying power to the target to form a film on the substrate by sputtering and applying a potential limit to oxygen anions moving toward the substrate using the multi-ion filter.
A sputtering method comprising a. 제13항에 있어서,
상기 다중 이온 필터는,
상기 기판과 상기 타겟 사이에서 상기 타겟보다 상기 기판에 더 가깝게 위치하는 쌍극성(bipolar) 필터; 및
상기 기판과 상기 쌍극성 필터 사이에 설치된 단극성(mono-polar) 필터를 포함하는 스퍼터링 방법.According to claim 13,
The multi-ion filter,
a bipolar filter located closer to the substrate than to the target between the substrate and the target; and
A sputtering method comprising a mono-polar filter installed between the substrate and the bipolar filter. 제14항에 있어서,
상기 쌍극성 필터는 복수의 양극선과, 상기 복수의 양극선 각각에 이웃하게 배치된 복수의 음극선을 포함하며,
상기 복수의 양극선에 수백 볼트 이상의 양(+)전압이 인가되고, 상기 복수의 음극선에 수백 볼트 이상의 음(-)전압이 인가되는 스퍼터링 방법.According to claim 14,
The dipolar filter includes a plurality of anode lines and a plurality of cathode lines disposed adjacent to each of the plurality of anode lines,
A sputtering method in which a positive (+) voltage of several hundred volts or more is applied to the plurality of anode lines, and a negative (-) voltage of several hundred volts or more is applied to the plurality of cathode lines. 제14항에 있어서,
상기 단극성 필터는 복수의 보조 음극선을 포함하며,
상기 복수의 보조 음극선에 수백 볼트 이상의 음(-)전압이 인가되는 스퍼터링 방법.According to claim 14,
The unipolar filter includes a plurality of auxiliary cathode rays,
A sputtering method in which a negative (-) voltage of several hundred volts or more is applied to the plurality of auxiliary cathode lines. 제14항에 있어서,
상기 다중 이온 필터는 상기 타겟을 향한 상기 쌍극성 필터의 일측에 위치하는 접지 필터를 더 포함하는 스퍼터링 방법.According to claim 14,
The multi-ion filter further comprises a ground filter positioned on one side of the bipolar filter facing the target.
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