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KR102721678B1 - A Sputtering Device Applied Magnetic Fields Controlling Technique - Google Patents

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KR102721678B1
KR102721678B1 KR1020210155644A KR20210155644A KR102721678B1 KR 102721678 B1 KR102721678 B1 KR 102721678B1 KR 1020210155644 A KR1020210155644 A KR 1020210155644A KR 20210155644 A KR20210155644 A KR 20210155644A KR 102721678 B1 KR102721678 B1 KR 102721678B1
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magnetic field
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yoke
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조규환
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주식회사 티에이치시스템
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Abstract

본 발명은 스퍼터링 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스퍼터링타겟과 마그넷과의 거리를 조절하여 스퍼터링타겟 표면의 자기이력곡선을 제어할 수 있는 스퍼터링 캐소드 기술이 적용된 스퍼터링 장치를 제공한다.The present invention relates to a sputtering device, and more specifically, to a sputtering device to which a sputtering cathode technology is applied, which can control the magnetic hysteresis curve of the surface of a sputtering target by adjusting the distance between the sputtering target and a magnet.

Description

자기장 제어 기술이 적용된 스퍼터링 장치 {A Sputtering Device Applied Magnetic Fields Controlling Technique}{A Sputtering Device Applied Magnetic Fields Controlling Technique}

본 발명은 스퍼터링 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스퍼터링타겟 표면에 작용하는 자기장 세기를 제어할 수 있는 스퍼터링 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a sputtering device, and more specifically, to a sputtering device capable of controlling the intensity of a magnetic field applied to the surface of a sputtering target.

스퍼터링 기술은 반도체, 유기 발광 표시 장치(Organic Light-Emitting Diode device), 태양전지, LED 등과 같은 소자를 제조하기 위해서 기판(실리콘, 유리 등)에 박막을 증착 하는 기술이다.Sputtering technology is a technology that deposits a thin film on a substrate (silicon, glass, etc.) to manufacture devices such as semiconductors, organic light-emitting diode devices, solar cells, and LEDs.

스퍼터링 장치는 스퍼터링 타겟의 후방에 마그넷(Magnet)을 배치하고, 양극에 고전압을 인가하면 플라즈마 방전이 진행되며, 타겟(Sputtering Target)의 입자가 기판(Substrate) 표면에 증착되는 장치이다.A sputtering device is a device that places a magnet behind a sputtering target, applies a high voltage to the anode, causes plasma discharge, and deposits particles of the target on the surface of the substrate.

상기 스퍼터링 장치는 적용분야 및 방법에 따라 그 성능을 좌우하는 스퍼터링 캐소드(Sputtering Cathode)를 다르게 제작 및 사용한다.The above sputtering device manufactures and uses different sputtering cathodes that affect its performance depending on the application field and method.

보다 자세하게는, 스퍼터링 캐소드 내부 마그넷(Magnet)의 자기장 세기(B-Fields)와 구조에 따라 밸런스(Balanced Magnetron Sputtering)와 언밸런스(Unbalanced Magnetron Sputtering) 구조로 나누며, 언밸런스 구조는 다시 집사형과 분사형으로 나눌 수 있다.In more detail, depending on the magnetic field strength (B-Fields) and structure of the magnet inside the sputtering cathode, it is divided into balanced (Balanced Magnetron Sputtering) and unbalanced (Unbalanced Magnetron Sputtering) structures, and the unbalanced structure can be further divided into a sparging type and a spraying type.

상기 스퍼터링 캐소드 집사형은 인라인(In-line)이나 회전(Rotation) 구조의 스퍼터링 장치에 주로 적용되며, 분사형은 마그넷 세트가 좌우로 움직이는 요동(Moving, Swing) 구조에 주로 적용된다.The above sputtering cathode butler type is mainly applied to a sputtering device of an in-line or rotation structure, and the spraying type is mainly applied to a moving (swing) structure in which the magnet set moves left and right.

그러므로, 현재까지 제작된 스퍼터링 장치에 있어, 스퍼터링 캐소드는 상기 열거된 종류 중 한 방법만 채택할 수 있고, 박막 제조함에 있어, 스퍼터링 장비 공정(증착 속도, 이온화율, 타겟에 종류에 따른 다른 자화율, 증착 시에 발생하는 Arc 등)과 박막의 물성 특성(증착 밀도, 증착 에너지, 결정성 등) 제어에 한계가 있다.Therefore, in the sputtering devices manufactured to date, the sputtering cathode can adopt only one of the types listed above, and there are limitations in controlling the sputtering equipment process (deposition speed, ionization rate, different magnetization rates depending on the type of target, Arc generated during deposition, etc.) and the physical properties of the thin film (deposition density, deposition energy, crystallinity, etc.) when manufacturing a thin film.

한국공개특허 [10-2011-0046074]에서는 스퍼터링 증착장치의 자기장 조절 캐소드 건이 개시되어 있다.Korean Patent Publication No. [10-2011-0046074] discloses a magnetic field-controlled cathode gun for a sputtering deposition device.

한국공개특허 [10-2011-0046074](공개일자: 2011.05.04)Korean Patent Publication No. [10-2011-0046074] (Publication Date: 2011.05.04)

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 스퍼터링타겟과 마그넷과의 거리를 조절하여 스퍼터링타겟 표면의 자기이력곡선을 제어할 수 있는 스퍼터링 캐소드 기술이 적용된 스퍼터링 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a sputtering device to which a sputtering cathode technology is applied, which can control the magnetic hysteresis curve of the surface of a sputtering target by adjusting the distance between the sputtering target and a magnet.

본 발명의 실 시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The purposes of the embodiments of the present invention are not limited to the purposes mentioned above, and other purposes not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art to which the present invention belongs from the description below.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 제어 기술이 적용된 스퍼터링 장치는, 플라즈마 방전을 이용하여 대상물의 표면에 박막을 증착시키는 스퍼터링 장치에 있어서, 스퍼터링타겟부(100); 상기 스퍼터링타겟부(100)의 후방에 구비되며, 전방 방향으로 N극과 S극이 교번되어 배치되도록 다수의 마그넷으로 구성된 분할마그넷부(200); 상기 분할마그넷(200)의 배면에 구비되며, 각각의 상기 마그넷을 고정시키는 다수의 요크로 구성된 분할요크부(300); 및 상기 분할요크부(300)의 각각의 요크를 독립적으로 전후로 움직이는 구동부(400);를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above-described purpose, a sputtering device applied with a magnetic field control technology according to one embodiment of the present invention is a sputtering device that deposits a thin film on the surface of a target object by using plasma discharge, the sputtering device comprising: a sputtering target portion (100); a split magnet portion (200) provided at the rear of the sputtering target portion (100) and composed of a plurality of magnets such that N and S poles are alternately arranged in the forward direction; a split yoke portion (300) provided at the rear of the split magnet (200) and composed of a plurality of yokes that fix each of the magnets; and a driving portion (400) that independently moves each yoke of the split yoke portion (300) back and forth.

또한, 상기 자기장 제어 기술이 적용된 스퍼터링 장치는 상기 구동부(400)를 각각 제어하여 상기 마그넷의 위치를 조정함으로써, 상기 스퍼터링타겟부(100) 표면의 자기이력곡선을 제어하는 제어부(500);를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the sputtering device to which the magnetic field control technology is applied is characterized by including a control unit (500) that controls the magnetic hysteresis curve of the surface of the sputtering target unit (100) by controlling each of the driving units (400) to adjust the position of the magnet.

또, 상기 분할마그넷부(200)는 중심점을 기준으로 동심원 형상으로 구비되는 것을 특징으로 한다.In addition, the above-mentioned split magnet part (200) is characterized by being provided in a concentric shape based on a center point.

또한, 상기 분할마그넷부(200)는 전방 방향으로 구비된 적어도 하나의 S극을 하나의 세트로 구현하고, 전방 방향으로 구비된 적어도 하나의 N극을 하나의 세트로 구현하여 세트 단위로 이동이 가능하도록 한다.In addition, the above-mentioned split magnet part (200) is implemented as one set with at least one S pole provided in the forward direction, and as one set with at least one N pole provided in the forward direction, so that movement is possible as a set unit.

또, 상기 분할요크부(300)는 상기 마그넷을 고정시키며, 상기 마그넷을 수평축을 중심으로 회전시키는 마그넷회전부(350);를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the split yoke part (300) is characterized by including a magnet rotation part (350) that fixes the magnet and rotates the magnet around a horizontal axis.

또한, 상기 구동부(400)는 상기 각각의 분할 요크와 연결되는 구동축(410); 상기 분할요크부(300)로부터 배면으로부터 일정거리 이격되어 구비되며, 슬라이딩 가이드가 형성되어, 상기 구동축(410)의 전후 이동을 가이드 하며, 상기 구동축(410)의 중심축이 자기장에 의한 인력과 척력에 따라 이동하지 않도록 지지하는 구동축지지대(420); 및 상기 구동축(410)과 연결되어, 상기 구동축(410)을 전후 이동시키는 축이동부(430);를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the driving unit (400) is characterized by including a driving shaft (410) connected to each of the split yokes; a driving shaft support (420) provided at a predetermined distance from the back surface of the split yoke unit (300), having a sliding guide formed thereon to guide forward and backward movement of the driving shaft (410), and supporting the central axis of the driving shaft (410) so as not to move according to attractive force and repulsive force caused by a magnetic field; and an axis moving unit (430) connected to the driving shaft (410) to move the driving shaft (410) forward and backward.

본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 제어 기술이 적용된 스퍼터링 장치에 의하면, 본 발명의 스퍼터링 장치는 박막 제조함에 있어, 자기장 제어 기술을 공정 변수로 사용할 수 있는 효과가 있다.According to a sputtering device to which a magnetic field control technology according to one embodiment of the present invention is applied, the sputtering device of the present invention has the effect of being able to use the magnetic field control technology as a process variable in manufacturing a thin film.

또한, 스퍼터링 캐소드의 타입(밸런스, 언밸런스, Type 1(집사형), Type 2(분사형))을 변경할 수 있음으로써, 종래의 기술보다 다양한 물성 특성의 박막을 제조할 수 있는는 효과가 있다.In addition, by changing the type of sputtering cathode (balanced, unbalanced, Type 1 (butler type), Type 2 (spray type)), it is possible to manufacture a thin film with more diverse physical properties than conventional techniques.

또한, 자기장 제어 기술을 적용하여 박막 물성특성 제어기술 향상에 효과가 있다.In addition, it is effective in improving the thin film material property control technology by applying magnetic field control technology.

또한, 스퍼터링 장치 구동 시, 로렌츠 힘에 의해 자기이력곡선(Flux) 내에 드리프트 전자가 포집(Capture)되는 현상에 의거하여, 타겟 표면에서 자기장 세기와 영역을 제어할 수 있어 타겟 효율(Target Utilization)을 개선할 수 있는 효과가 있다.In addition, when the sputtering device is operated, the magnetic field strength and area can be controlled on the target surface based on the phenomenon in which drift electrons are captured within the magnetic hysteresis curve (Flux) by the Lorenz force, thereby improving target utilization.

도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 제어 기술이 적용된 스퍼터링 장치의 개념도.
도 6 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자기장 제어 기술이 적용된 스퍼터링 장치의 개념도.
도 8은 마그넷과 타겟과의 거리에 따른 위치별 자기장 세기에 대한 그래프.
도 9는 자기장 세기를 제어하여 ITO(Indium Tin Oxide)를 증착한 후 X-Ray 회절(XRD)을 측정한 결과의 그래프.
Figures 1 to 5 are conceptual diagrams of a sputtering device to which a magnetic field control technology according to one embodiment of the present invention is applied.
Figures 6 and 7 are conceptual diagrams of a sputtering device to which a magnetic field control technology according to another embodiment of the present invention is applied.
Figure 8 is a graph of the magnetic field strength at each location according to the distance between the magnet and the target.
Figure 9 is a graph showing the results of X-ray diffraction (XRD) measurement after depositing ITO (Indium Tin Oxide) by controlling the magnetic field strength.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야한다.The present invention can have various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood that it includes all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.When it is said that a component is "connected" or "connected" to another component, it should be understood that it may be directly connected or connected to that other component, but there may also be other components present in between.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.On the other hand, when it is said that a component is "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there are no other components in between.

본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is only used to describe specific embodiments and is not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly indicates otherwise. In this application, it should be understood that the terms "comprises" or "has" and the like are intended to specify the presence of a feature, number, process, operation, component, part or combination thereof described in the specification, but do not exclude in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, processes, operations, components, parts or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms defined in commonly used dictionaries, such as those defined in common dictionaries, should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning they have in the context of the relevant art, and shall not be interpreted in an idealized or overly formal sense unless expressly defined in this application.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the attached drawings. Prior to this, the terms or words used in this specification and claims should not be interpreted as limited to their conventional or dictionary meanings, and should be interpreted as meanings and concepts that conform to the technical idea of the present invention based on the principle that the inventor can appropriately define the concept of the term in order to explain his or her own invention in the best way. In addition, if there is no other definition for the technical and scientific terms used, they have the meanings commonly understood by those with ordinary knowledge in the technical field to which this invention belongs, and the description of well-known functions and configurations that may unnecessarily obscure the gist of the present invention in the following description and the attached drawings will be omitted. The drawings introduced below are provided as examples so that those skilled in the art can sufficiently convey the idea of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the drawings presented below and may be embodied in other forms. In addition, the same reference numerals represent the same components throughout the specification. It should be noted that the same components in the drawings are represented by the same symbols wherever possible.

도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 제어 기술이 적용된 스퍼터링 장치의 개념도이고, 도 6 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자기장 제어 기술이 적용된 스퍼터링 장치의 개념도이며, 도 8은 마그넷과 타겟과의 거리에 따른 위치별 자기장 세기에 대한 그래프이고, 도 9는 자기장 세기를 제어하여 ITO(Indium Tin Oxide)를 증착한 후 X-Ray 회절(XRD)을 측정한 결과의 그래프이다.FIGS. 1 to 5 are conceptual diagrams of a sputtering device to which a magnetic field control technology is applied according to one embodiment of the present invention, FIGS. 6 to 7 are conceptual diagrams of a sputtering device to which a magnetic field control technology is applied according to another embodiment of the present invention, FIG. 8 is a graph of the magnetic field intensity at each position according to the distance between a magnet and a target, and FIG. 9 is a graph of the results of measuring X-ray diffraction (XRD) after depositing ITO (Indium Tin Oxide) by controlling the magnetic field intensity.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 제어 기술이 적용된 스퍼터링 장치는 플라즈마 방전을 이용하여 대상물의 표면에 박막을 증착시키는 스퍼터링 장치에 있어서, 스퍼터링타겟부(100), 분할마그넷부(200), 분할요크부(300), 구동부(400) 및 제어부(500)를 포함한다.As illustrated in FIGS. 1 to 5, a sputtering device to which a magnetic field control technique according to one embodiment of the present invention is applied is a sputtering device that deposits a thin film on a surface of a target object using plasma discharge, and includes a sputtering target unit (100), a split magnet unit (200), a split yoke unit (300), a driving unit (400), and a control unit (500).

스퍼터링 구동에 기본적으로 요구되는 진공챔버부, 펌프부, 가스주입부 등은 도면에서 생략한다.The vacuum chamber section, pump section, gas injection section, etc., which are basically required for sputtering operation, are omitted from the drawing.

스퍼터링타겟부(100)는 스퍼터링타겟(Sputtering Target)을 포함한다.The sputtering target portion (100) includes a sputtering target.

스퍼터링타겟은 스퍼터링(sputtering) 증착 시에 사용되는 금속 또는 화합물을 말하는 것으로, 보통 판재 형태를 띄며, 직사각형, 정사각형, 원판형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있고 크기도 다양하다.A sputtering target is a metal or compound used for sputtering deposition. It usually has a plate shape and can be formed into various shapes such as rectangles, squares, and disks, and its size also varies.

증착기술은 각종 금속 또는 화합물을 기판 위에 박막으로 코팅하는 기술로, 다양한 IT소자용 박막코팅에 널리 쓰인다.Deposition technology is a technology that coats various metals or compounds as thin films on a substrate, and is widely used for thin film coatings for various IT devices.

스퍼터링타겟은 보통 99.99%이상 순도의 금속/합금/화합물 소재가 사용되며, 티타늄타겟, 니켈타겟, 코발트타겟, 몰리브덴타겟, 텅스텐타겟, 탄탈륨타겟, 니오븀타겟, 오산화니오븀타겟, 알루미늄타겟, 몰리브덴니오븀합금타겟, 스텐레스타겟, 니켈합금타겟, 코발트합금타겟, ITO(IndiumTin Oxide)타겟 등 사용자의 필요에 따라 매우 다양한 성분의 스퍼터링타겟이 존재할 수 있다.Sputtering targets are usually made of metal/alloy/compound materials with a purity of 99.99% or higher, and sputtering targets with a wide variety of components can exist depending on the user's needs, such as titanium targets, nickel targets, cobalt targets, molybdenum targets, tungsten targets, tantalum targets, niobium targets, niobium pentoxide targets, aluminum targets, molybdenum niobium alloy targets, stainless steel targets, nickel alloy targets, cobalt alloy targets, and ITO (Indium Tin Oxide) targets.

일반적인 스퍼터링 공정에서 스퍼터링타겟은 전체중량의 30%내외만 사용되며, 증착효율이 줄어들면, 나머지 약70%의 폐타겟이 발생된다.In a typical sputtering process, only about 30% of the total weight of the sputtering target is used, and when the deposition efficiency decreases, the remaining approximately 70% of the target waste is generated.

진공챔버속에서 스퍼터링을 할 때, 타겟의 입자가 떨어져나가 코팅할 물질위에 가서 붙어 코팅이 되는데, 평평하던 타겟의 표면이 폐기 시에는 일정한 형태로 움푹 파인 형태가 된다.When sputtering in a vacuum chamber, the target particles fall off and stick to the material to be coated, forming a coating. When the target surface is discarded, it becomes sunken into a certain shape.

분할마그넷부(200)는 상기 스퍼터링타겟부(100)의 후방에 구비되며, 전방 방향으로 N극과 S극이 교번되어 배치되도록 다수의 마그넷으로 구성된다.The split magnet section (200) is provided at the rear of the sputtering target section (100) and is composed of a plurality of magnets so that the N and S poles are arranged alternately in the forward direction.

상기 마그넷은 영구 자석을 사용할 수 있으며, 그 구동은 전후로 이동 가능하며, 그 재질은 NdFeB, 페라이트 등 자화 성질이 있는 모든 재료를 포함할 수 있다. The above magnet can use a permanent magnet, its driving force can move back and forth, and its material can include any material with magnetization properties such as NdFeB and ferrite.

상기 분할마그넷부(200)는 1개 이상 복수개의 캐소드로 구성될 수 있다. The above split magnet part (200) may be composed of one or more cathodes.

상기 캐소드는 N-S-N 또는 S-N-S 또는 N-S-N-S-N……와 같이 여러 극성(Multi Pole)을 가지는 캐소드를 복수개로 배열할 수 있다. The above cathodes can be arranged in multiple numbers with multiple polarities, such as N-S-N or S-N-S or N-S-N-S-N… …

상기 캐소드를 1열로 배치하거나 또는 대면방식(Face to Face)으로 구성하는 등 다양한 실시가 가능하다. Various implementations are possible, such as arranging the above cathodes in a single row or configuring them face to face.

상기 1개의 캐소드 또는 다수개의 캐소드가 전체적으로 전후로 이동할 수 있다. The above one or more cathodes can move back and forth as a whole.

상기 캐소드가 스퍼터링 장치에 구비됨에 있어 상하좌우 어느 방향에도 구비될 수 있다.The above cathode can be installed in any direction, up, down, left, or right, when installed in a sputtering device.

또한, 마그넷 크기와 마그넷 간 간격(Fitch)은 자석의 세기에 따라 넓거나 좁게 변경될 수 있다. Additionally, the magnet size and the pitch between magnets (Fitch) can be changed to be wider or narrower depending on the strength of the magnet.

상기 분할마그넷부(200)는 N-S-N 또는 S-N-S극 구성 뿐만 아니라, N-S-N-S-N……와 같이 여러 극성(Multi Pole)을 사용하여 제작할 수 있다.The above split magnet part (200) can be manufactured using multiple polarities (multi-pole) such as N-S-N or S-N-S pole configuration, as well as N-S-N-S-N… …

분할요크부(300)는 상기 분할마그넷(200)의 배면에 구비되며, 각각의 상기 마그넷을 고정시키는 다수의 요크로 구성된다.The split yoke part (300) is provided on the back surface of the split magnet (200) and is composed of a plurality of yokes that fix each of the magnets.

상기 요크는 구동부(400)와 연결되며, 마그넷과 접합(Bonding, 나사 채결)되어있거나 자석 성질에 따라 요크 위에 자석이 붙어 있을 수 있다. The above yoke is connected to the driving unit (400) and may be bonded to a magnet (screw-connected) or a magnet may be attached to the yoke depending on the properties of the magnet.

상기 요크의 재질은 sus430, sus420 등 Ferrite 계열의 sus와 철(Fe 계열) 등 모든 강자성체(Ferromagnet) 계열로 제작할 수 있다. The material of the above yoke can be manufactured from all ferromagnetic materials, such as SUS430, SUS420, and other ferrite series materials, and iron (Fe series).

상기 요크의 두께는 마그넷의 세기에 따라 달라질 수 있다. The thickness of the above yoke may vary depending on the strength of the magnet.

상기 분할요크부(300)는 N-S-N 또는 S-N-S, N-S-N-S-N…… 등과 같이 여러 극성(Multi Pole)으로 구성된 경우 분할 요크를 마그넷 수와 같게 구성할 수 있다.If the above split yoke part (300) is configured with multiple polarities (multi-poles) such as N-S-N or S-N-S, N-S-N-S-N… …, the split yoke can be configured to have the same number of magnets.

상기에서 분할 요크를 마그넷 수와 같게 구성하는 예를 들었으나, 본 발명이 이에 한정된 것은 아니며, 요크의 수가 더 많도록 구성하거나 마그넷의 수가 더 많도록 구성하는 등 다양한 실시가 가능함은 물론이다.In the above, an example of configuring the number of split yokes equal to the number of magnets was given, but the present invention is not limited thereto, and various implementations are of course possible, such as configuring the number of yokes to be greater or the number of magnets to be greater.

구동부(400)는 상기 분할요크부(300)의 각각의 요크를 독립적으로 전후로 움직인다.The driving unit (400) independently moves each yoke of the split yoke unit (300) back and forth.

상기 구동부(400)는 상기 분할요크부(300)의 높낮이를 개별적으로 조절하기 위한 구성이다.The above driving unit (400) is configured to individually adjust the height of the split yoke unit (300).

상기 구동부(400)는 수직 운동이 가능한 모든 종류의 모터와 수동 조작이 가능한 스크류 슬라이딩을 사용하여 마그넷과 분할 요크의 위치를 제어할 수 있다. The above driving unit (400) can control the positions of the magnet and the split yoke by using any type of motor capable of vertical movement and a manually operable screw slider.

또한, 모터는 진공 챔버 내부 또는 외부 어느 곳이든 위치할 수 있다. 구동부 구성은 1개의 분할 요크에 하나 또는 복수개로 구성될 수 있다.Additionally, the motor can be located anywhere inside or outside the vacuum chamber. The drive unit configuration can consist of one or more motors on one split yoke.

본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 제어 기술이 적용된 스퍼터링 장치는 분할되어 있는 각각의 요크의 위치를 제어함으로써, 스퍼터링 캐소드의 마그넷의 위치를 제어하여, 상기 스퍼터링타겟부(100) 표면의 자기이력곡선을 제어할 수 있다. A sputtering device to which a magnetic field control technology according to one embodiment of the present invention is applied can control the position of the magnet of the sputtering cathode by controlling the position of each divided yoke, thereby controlling the magnetic hysteresis curve of the surface of the sputtering target portion (100).

그 결과, 도 1과 같은 구조의 마그넷 위치를 변경(도 2 및 도 5 참조)하여 스퍼터링 박막 증착을 할 수 있다.As a result, a sputtering thin film deposition can be performed by changing the magnet position of the structure as in Fig. 1 (see Figs. 2 and 5).

타겟의 입자가 기판에 강한 에너지로 집사(focus)되어 증착되도록 하기 위한 제어 방법은 도 2의 실시예와 같다. The control method for allowing the target particles to be focused and deposited on the substrate with strong energy is as shown in the embodiment of Fig. 2.

즉, 내측의 S극이 외측의 N극보다 낮은 위치가 되도록 이동시켜 타겟의 중심에 높은 자기장 세기(B-Fields)가 되도록 자기이력곡선을 집중화시킨다. That is, the magnetic hysteresis curve is concentrated so that the inner S pole is lower than the outer N pole, thereby creating a high magnetic field intensity (B-fields) at the center of the target.

이때, 자기이력곡선이 집중화된 타겟 부위에 높은 플라즈마 밀도가 발생하여 기판의 중심에 증착률을 높일 수 있다. At this time, a high plasma density is generated in the target area where the magnetic hysteresis curve is concentrated, which can increase the deposition rate at the center of the substrate.

이러한 방법은 인라인 스퍼터링과 같이 기판이 움직이며 증착하는 방법에 적용할 수 있다.This method can be applied to methods in which the substrate moves and deposition occurs, such as inline sputtering.

대면적의 기판에 높은 균일도 특성의 박막 증착과 타겟의 비식각영역을 감소시키기 위한 제어 방법은 도 3의 실시예와 같다. A control method for depositing a thin film with high uniformity characteristics on a large-area substrate and reducing the non-etched area of the target is as shown in the embodiment of Fig. 3.

내측의 S극이 외측의 N극보다 높은 위치가 되도록 이동시켜 자기장을 외측으로 발산시킨다.The magnetic field is radiated outward by moving the inner S pole to a higher position than the outer N pole.

멀티 캐소드(Multi Cathode 또는 Multi Gun) 스퍼터링 장비 및 대면적 증착 시, 특정 부분에 증착율을 높이기 위해서 도 4 또는 도 5의 실시예와 같이 제어하는 것도 가능하다. 즉, 높은 증착율을 필요로 하는 방향으로 자기이력곡선이 형성되도록 마그넷을 이동시켜 증착할 수 있다.In the case of multi-cathode (or multi-gun) sputtering equipment and large-area deposition, it is also possible to control as in the embodiment of Fig. 4 or Fig. 5 to increase the deposition rate in a specific area. That is, the magnet can be moved to form a magnetic hysteresis curve in the direction requiring a high deposition rate, thereby performing deposition.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 제어 기술이 적용된 스퍼터링 장치는 상기 구동부(400)를 각각 제어하여 상기 마그넷의 위치를 조정함으로써, 상기 스퍼터링타겟부(100) 표면의 자기이력곡선(도 1 내지 도 5의 점선)을 제어하는 제어부(500)를 포함할 수 있다.As shown in FIGS. 1 to 5, a sputtering device to which a magnetic field control technique according to one embodiment of the present invention is applied may include a control unit (500) that controls the magnetic hysteresis curve (dotted line of FIGS. 1 to 5) of the surface of the sputtering target unit (100) by controlling each of the driving units (400) to adjust the position of the magnet.

상기 구동부(400)를 수동 조작이 가능한 스크류 슬라이딩 등을 이용하여 직접 조절하는 것도 가능하나, 제어부(500)를 통한 모터의 구동에 의한 정밀 제어 역시 가능함은 물론이다.It is possible to directly control the above driving unit (400) using a screw slider or the like that can be manually operated, but it is also possible to precisely control the motor by driving the control unit (500).

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 제어 기술이 적용된 스퍼터링 장치의 분할마그넷부(200)는 중심점을 기준으로 동심원 형상으로 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.As illustrated in FIGS. 1 to 5, the split magnet section (200) of a sputtering device to which a magnetic field control technique according to one embodiment of the present invention is applied may be characterized by being provided in a concentric shape with respect to a center point.

예를 들어, 스퍼터링타겟이 원판형상인 경우, 상기 분할마그넷부(200)는 중심에 원기둥 형상의 마그넷이 구비되고, 그 둘레로 링 형상의 마그넷이 동심원기둥 형태로 구비되도록 할 수 있다.For example, when the sputtering target is in the shape of a disk, the split magnet part (200) may be provided with a cylindrical magnet in the center and ring-shaped magnets in the form of concentric cylinders around the center.

혹은, 분할마그넷부(200)는 단면이 사각형 기둥 형상의 마그넷이 구비되고, 그 둘레로 일정거리만큼 외부로 이격되면서 외형이 닮음인 중공의 사각형 기둥 형태로 구비되도록 할 수도 있다.Alternatively, the split magnet part (200) may be provided in the form of a hollow square pillar with a cross-section having a square pillar shape and a similar outer shape with a certain distance spaced outward around the circumference.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 제어 기술이 적용된 스퍼터링 장치의 분할마그넷부(200)는 전방 방향으로 구비된 적어도 하나의 S극을 하나의 세트로 구현하고, 전방 방향으로 구비된 적어도 하나의 N극을 하나의 세트로 구현하여 세트 단위로 이동이 가능하도록 할 수 있다.As illustrated in FIGS. 1 to 5, the split magnet part (200) of the sputtering device to which the magnetic field control technology according to one embodiment of the present invention is applied can be implemented by implementing at least one S pole provided in the forward direction as one set, and at least one N pole provided in the forward direction as one set, so that movement can be enabled in units of sets.

도 1 내지 도 5에는 하나의 S극이 하나의 세트를 구성하고 하나의 N극이 하나의 세트를 구성한 예를 들었으나, 본 발명이 이에 한정된 것은 아니며, 복수의 S극이 하나의 세트를 구성하고 복수의 N극이 하나의 세트를 구성하는 등 다양한 실시가 가능함은 물론이다.In FIGS. 1 to 5, examples are given in which one S pole constitutes one set and one N pole constitutes one set, but the present invention is not limited thereto, and various implementations are of course possible, such as in which a plurality of S poles constitute one set and a plurality of N poles constitute one set.

즉, 하나의 요크에 복수의 마그넷이 부착될 수 있다.That is, multiple magnets can be attached to one yoke.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 제어 기술이 적용된 스퍼터링 장치의 분할요크부(300)는 상기 마그넷을 고정시키며, 상기 마그넷을 수평축을 중심으로 회전시키는 마그넷회전부(350)를 포함할 수 있다.As illustrated in FIGS. 1 to 5, a split yoke part (300) of a sputtering device to which a magnetic field control technology according to one embodiment of the present invention is applied may include a magnet rotation part (350) that fixes the magnet and rotates the magnet around a horizontal axis.

상기 마그넷회전부(350)는 상기 제어부(500)의 요청에 의해 상기 마그넷을 수평축을 중심으로 회전시킬 수 있다.The above magnet rotation unit (350) can rotate the magnet around a horizontal axis at the request of the control unit (500).

예를 들어, 도 6에서와 같이 전방 방향으로 N-S-N 형태로 배치된 마그넷을 회전시켜 도 7의 S-N-S 형태로 변경시킬 수 있다.For example, magnets arranged in an N-S-N configuration in the forward direction as in Fig. 6 can be rotated to change into an S-N-S configuration as in Fig. 7.

상기에서 180도 회전시키는 예를 들었으나, 본 발명이 이에 한정된 것은 아니며, 원하는 각도로 회전시킬 수 있음은 물론, 각각의 마그넷을 서로 다른 각도로 회전시키는 등 다양한 실시가 가능함은 물론이다.Although the above example involved a 180-degree rotation, the present invention is not limited thereto, and of course, it is possible to rotate at a desired angle, and of course, various other implementations are possible, such as rotating each magnet at a different angle.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 제어 기술이 적용된 스퍼터링 장치의 구동부(400)는 구동축(410), 구동축지지대(420) 및 축이동부(430)를 포함할 수 있다.As illustrated in FIGS. 1 to 5, a driving unit (400) of a sputtering device to which a magnetic field control technology according to one embodiment of the present invention is applied may include a driving shaft (410), a driving shaft support (420), and a shaft moving unit (430).

구동축(410)은 상기 각각의 분할 요크와 연결된다.The drive shaft (410) is connected to each of the above split yokes.

상기 구동축(410)은 복수가 구비되며, 각각의 상기 구동축(410)은 각각의 요크와 연결된다. The above driving shafts (410) are provided in multiple numbers, and each driving shaft (410) is connected to each yoke.

상기 구동축(410)과 요크의 연결 방법은 웰딩 용접, 볼트 가공 등을 다양한 연결 방식을 채택할 수 있다. The method of connecting the above drive shaft (410) and the yoke can adopt various connection methods such as welding, bolt processing, etc.

상기 구동축은 1개의 요크에 1개 또는 복수개가 구비되어, 상기 요크를 이동시킬 수 있다. 상기 구동축(410)을 축이동부(430)와 연결 시, 커플링, 리니어 피드스루 등을 사용할 수 있다. The above-mentioned driving shaft is provided with one or more in one yoke, and can move the yoke. When connecting the above-mentioned driving shaft (410) to the shaft moving part (430), a coupling, linear feedthrough, etc. can be used.

구동축의 재료는 sus304와 같은 오스테나이트(Auestenite) 계열의 sus나 알루미늄과 같은 비자성체(반자성체, 상자성체) 계열의 재질을 사용할 수 있다.The material of the drive shaft can be an austenitic material such as SUS304 or a non-magnetic material (diamagnetic, paramagnetic) such as aluminum.

구동축지지대(420)는 상기 분할요크부(300)의 배면으로부터 일정거리 이격되어 구비되며, 슬라이딩 가이드가 형성되어, 상기 구동축(410)의 전후 이동을 가이드 하며, 상기 구동축(410)의 중심축이 자기장에 의한 인력과 척력에 따라 이동하지 않도록 지지한다.The drive shaft support (420) is provided at a certain distance from the rear surface of the split yoke portion (300), and a sliding guide is formed to guide the forward and backward movement of the drive shaft (410), and supports the central axis of the drive shaft (410) so that it does not move due to attractive and repulsive forces caused by a magnetic field.

상기 구동축지지대(420)는 마그넷 구동 시, 인력과 척력으로 인해 자석 간격을 유지하기 위한 목적으로 구성되며, 비자성체 재질로 구성되는 것이 바람직하다. The above drive shaft support (420) is configured for the purpose of maintaining the magnet spacing due to attractive and repulsive forces when the magnet is driven, and is preferably configured of a non-magnetic material.

상기 구동축지지대(420)는 상기 스퍼터링타겟부(100)와 백플레이트(150)와 절연되어 있으면 어느 곳에도 고정시켜 사용할 수 있다.The above drive shaft support (420) can be fixed and used anywhere as long as it is insulated from the sputtering target portion (100) and the back plate (150).

상기 백플레이트(150)는 상기 스퍼터링타겟부(100)의 배면에서 상기 스퍼터링타겟부(100)를 고정시키는 역할을 한다.The above back plate (150) serves to fix the sputtering target portion (100) on the back surface of the sputtering target portion (100).

축이동부(430)는 상기 구동축(410)과 연결되어, 상기 구동축(410)을 전후 이동시킨다.The shaft moving part (430) is connected to the driving shaft (410) and moves the driving shaft (410) back and forth.

상기 축이동부(430)는 모터 등 상기 구동축(410)을 이동시킬 수 있다면 다양한 실시가 가능함은 물론이다.It goes without saying that the above-mentioned shaft moving part (430) can be implemented in various ways as long as it can move the above-mentioned driving shaft (410) such as a motor.

다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치를 이용하여 증착된 물성특성 결과에 대하여 설명이다. The following is a description of the results of material properties deposited using a sputtering device according to one embodiment of the present invention.

도 8은 마그넷과 타겟과의 거리에 따른 위치별 자기장 세기에 대한 그래프이고, 도 9는 자기장 세기를 제어하여 ITO(Indium Tin Oxide)를 증착한 후 X-Ray 회절(XRD)을 측정한 결과의 그래프이다.Figure 8 is a graph of the magnetic field intensity at each position according to the distance between the magnet and the target, and Figure 9 is a graph of the results of measuring X-ray diffraction (XRD) after depositing ITO (Indium Tin Oxide) by controlling the magnetic field intensity.

T-S(Target to Magnet Distance) 25mm = 1000 GaussT-S(Target to Magnet Distance) 25mm = 1000 Gauss

T-S(Target to Magnet Distance) 40mm = 500 GaussT-S(Target to Magnet Distance) 40mm = 500 Gauss

T-S(Target to Magnet Distance) 60mm = 200 GaussT-S(Target to Magnet Distance) 60mm = 200 Gauss

본 평가에서 자기장 세기를 강하게 할수록 ITO의 결정성이 높게 나타났는데, 그 원인은 스퍼터링 증착되는 입자의 에너지가 높아져서 ITO 박막의 Micro-Crystallization이 발생한 것으로 예상된다.In this evaluation, the stronger the magnetic field, the higher the crystallinity of ITO. This is expected to be due to the increase in energy of the particles deposited by sputtering, which caused micro-crystallization of the ITO thin film.

이에, 분야에 따라 요구되는 박막 물성을 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 제어 기술이 적용된 스퍼터링 장치를 통해 사용자가 제어하여 사용할 수 있으며, 그 외 스퍼터링이 가능한 모든 재질의 타겟에 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 제어 기술이 적용된 스퍼터링 장치를 적용할 수 있다. Accordingly, the thin film properties required depending on the field can be controlled and used by the user through a sputtering device to which the magnetic field control technology according to one embodiment of the present invention is applied, and the sputtering device to which the magnetic field control technology according to one embodiment of the present invention is applied can be applied to targets of all materials capable of sputtering.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and the scope of application is diverse, and various modifications can be implemented without departing from the gist of the present invention claimed in the claims.

100: 스퍼터링타겟부
200: 분할마그넷부
300: 분할요크부
350: 마그넷회전부
400: 구동부
410: 구동축
420: 구동축지지대
430: 축이동부
500: 제어부
100: Sputtering target part
200: Split magnet section
300: Split yoke section
350: Magnet Rotating Part
400: Drive Unit
410: Drive shaft
420: Drive shaft support
430: Axis moving part
500: Control Unit

Claims (6)

플라즈마 방전을 이용하여 대상물의 표면에 박막을 증착시키는 스퍼터링 장치에 있어서,
스퍼터링타겟부(100);
상기 스퍼터링타겟부(100)의 후방에 구비되며, 전방 방향으로 N극과 S극이 교번되어 배치되도록 다수의 마그넷으로 구성된 분할마그넷부(200);
상기 분할마그넷부(200)의 배면에 구비되며, 각각의 상기 마그넷을 고정시키는 다수의 요크로 구성된 분할요크부(300); 및
상기 분할요크부(300)의 각각의 요크를 독립적으로 전후로 움직이는 구동부(400);
를 포함하며,
전방 방향으로 구비된 적어도 하나의 상기 S극을 하나의 상기 요크와 하나의 세트로 구현하고, 전방 방향으로 구비된 적어도 하나의 N극을 다른 하나의 상기 요크와 세트로 구현하여, 세트 단위로 이동이 가능하도록 함으로써, S극으로만 이루어진 세트와 N극으로만 이루어진 세트의 개별 이동이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하고,
상기 구동부(400)는
상기 각각의 분할 요크와 연결되는 구동축(410);
상기 분할요크부(300)로부터 배면으로부터 일정거리 이격되어 구비되며, 슬라이딩 가이드가 형성되어, 상기 구동축(410)의 전후 이동을 가이드 하며, 상기 구동축(410)의 중심축이 자기장에 의한 인력과 척력에 따라 이동하지 않도록 지지하는 구동축지지대(420); 및,
상기 구동축(410)과 연결되어, 상기 구동축(410)을 전후 이동시키는 축이동부(430);
를 포함하는 자기장 제어 기술이 적용된 스퍼터링 장치.
In a sputtering device that deposits a thin film on the surface of a target object using plasma discharge,
Sputtering target part (100);
A split magnet section (200) provided at the rear of the above sputtering target section (100) and composed of a plurality of magnets in which the N and S poles are arranged alternately in the forward direction;
A split yoke part (300) provided on the back surface of the split magnet part (200) and composed of a plurality of yokes for fixing each of the magnets; and
A driving unit (400) that independently moves each yoke of the above split yoke unit (300) back and forth;
Including,
At least one S pole provided in the forward direction is implemented as a set with one yoke, and at least one N pole provided in the forward direction is implemented as a set with another yoke, so that movement is possible as a set unit, thereby enabling individual movement of a set composed of only S poles and a set composed of only N poles.
The above driving unit (400)
A drive shaft (410) connected to each of the above split yokes;
A drive shaft support (420) is provided at a certain distance from the back surface of the above-mentioned split yoke portion (300), and a sliding guide is formed to guide the forward and backward movement of the drive shaft (410), and supports the center axis of the drive shaft (410) so that it does not move due to the attractive force and repulsive force caused by the magnetic field; and,
An axis moving part (430) connected to the above driving shaft (410) and moving the driving shaft (410) back and forth;
A sputtering device having a magnetic field control technology including:
제1항에 있어서,
상기 자기장 제어 기술이 적용된 스퍼터링 장치는
상기 구동부(400)를 각각 제어하여 상기 마그넷의 위치를 조정함으로써, 상기 스퍼터링타겟부(100) 표면의 자기이력곡선을 제어하는 제어부(500);
를 포함하는 자기장 제어 기술이 적용된 스퍼터링 장치.
In the first paragraph,
The sputtering device to which the above magnetic field control technology is applied
A control unit (500) that controls the magnetic hysteresis curve of the surface of the sputtering target unit (100) by controlling each of the driving units (400) to adjust the position of the magnet;
A sputtering device having a magnetic field control technology including:
제1항에 있어서,
상기 분할마그넷부(200)는
원형이거나 사각형 형상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 자기장 제어 기술이 적용된 스퍼터링 장치.
In the first paragraph,
The above split magnet part (200)
A sputtering device having a magnetic field control technology applied, characterized in that it is provided in a circular or square shape.
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