KR100239818B1 - 기초재의 반응코팅을 위한 방법과 장치 - Google Patents
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Abstract
스퍼터링된 타겟트와 전기적으로 함께 작용하고 진공될 수 있는 코팅 챔버에 배열된 자석들에 연결된 음극에 접속되는 교류전원으로 구성되고 코팅 챔버에 프로세스 가스 예를 들면 아르곤과 산소 같은 반응 가스를 투여할 수 있는 이산화규소와 같은 절연물에 의한 기판의 반응 코팅장치에 있어서, 공정을 안정적으로 유지시키고 단단한 절연피막을 만들기 위해 교류전원의 접지 안 된 두 출력점을 타겟트를 지지하는 음극에 연결시킨다. 코팅실에 있는 두 음극은 기판와 같은 간격을 두고 마주한 진공 챔버에 나란히 설치된다.
Description
도1은 2개의 자전관 스퍼터링 음극을 가진 스퍼터링 장치의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 1', 1" : 기판 2, 2', 2" : 피막(coat)
3, 3a : 타겟트 4 : 격판(diaphragm)
5, 5a : 음극 6 : 슬릿트
7 : 냉각관 8, 9 : 도선(conductor)
10 : 교류전원(공급장치) 11, 11a : 음극모체
11b, 11c : 자석 요오크 12, 13 : 접점(junction)
14, 17, 21, 30 : 도선(conduction)
15, 15a : 코팅 챔버 16 : 제어기
18 : 제어밸브 19, 19a, 19b, 19c, 19d, 19e : 자석
20 : 전압계 22 : 반응가스 탱크
23 : 불활성 가스탱크 24 : 분배관
25 : 2차 변압기 코일 26 : 진공실
27 : 기판 캐리어 28 : 유속 제어기
본 발명은 예를 들면, 이산화규소와 같은 절연 물질로 된 기판의 반응 코팅을 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명은 교류 전원을 포함하여 구성되는데 이 교류전원은 진공 코팅 챔버 안에 설치된 전극과 연결되고, 이어 이 전극은 스퍼터링 될 타겟트와 전기적으로 연결된다. 여기서 스퍼터링 된 파티클이 기판에 증착되는데 그 동안 코팅 챔버에는 프로세스 가스와 반응가스가 공급된다.
반응가스와 친화력이 좋은 물질이나 음극 스퍼터링에 의한 기존의 기판 코팅방법에는 기판 자체는 차치하고라도, 공정 챔버의 내벽, 격판 혹은 타겟트의 일부 표면과 같은 장치의 일부가 전도성이 불량한 혹은 부도성의 물질에 의해 코팅되는 문제가 있었다. 이로 인해 자주 프로세스의 파라미터 변경이 일어나고 특히 전기적인 섬락(electrically arcing)이 발생하여 공정을 자주 중단시킬뿐 아니라 자주 장치를 청소하거나 장치의 일부를 교환해야만 했다.
무선 주파수, 바람직하게는 13.56 MHz에서 작동하는 스퍼터링 장치는 이미 공고되었다(U.S.Pat.No.3,860,507). 이 장치는 공정 챔버 안에 2개의 타겟트가 정반대로 마주 보게 설치되며, 이들 타겟트는 전극을 경유하여 교류변압기 2차코일의 두 출력선에 연결되고, 이 2차코일은 중앙에는 탭(tap)이 설치되는데, 두 타겟트 사이에서 글로 방전(glow discharge)을 형성하는 형태로, 공정 챔버의 벽과 전기적으로 연결된다.
또한 플라즈마로부터 얻어지는 물질로 기판을 코팅하는 장치 역시 공고되었다(DE-OS 38 02 852). 이 장치에서는 기판이 제1전극과 제2전극 사이에 놓이고, 제1전극은 교류전원의 제1접점에, 제2전극은 교류전원의 제2접점에 위치한다. 이 경우 교류전원은 안전가스 용접장치(a shielded arc welding unit) 혹은 이와 유사하게 제어되는 교류공급장치로부터 공급되는 분산전장변압기(a spray field transformer)로서 구성된다. 아울러 두 전극은 선택적으로 직류 전원과도 연결될 수 있다.
마지막으로 자기시스템과 그 위에 배열된 최소한 2개의 전극으로 구성된 스퍼터링 장치가 공고되었다(DD 252 205 A1). 이들 전극은 스퍼터링할 재료로 구성되며, 가스 방전시 음극 혹은 양극으로 기능할 수 있도록 전환될 수 있다. 이들 전극은 또한 주로 50Hz의 사인파장(sinusoidal)의 교류전압에 연결된다. 또한 각 전극은 독립 자기 시스템과 연결되는데 하나의 자기시스템의 한쪽 자극은 동시에 인접자기시스템의 자극이 되며, 이들 전극은 하나의 평면 안에 배열된다.
본 발명의 목적은 반응가스와 친화력이 좋은 물질을 스퍼터링하기 위한 장치를 제작하는데 있다. 본 장치는 균일하고 안정적인 공정을 유지할 수 있고, 장시간의 가동기간 중에도 고장 없이 특히, 섬락 없이 작동하며, 이러한 점들은 SiO2, Al2O3, 산화-NiSi2, TiO2, ZrO2, ZnO, SnO2, Si3N4와 같은 기판 위에 단단히 부착되어야 할 절연 피막을 코팅할 경우에 효과적이다.
이러한 목적은 본 발명에 따라 스퍼터링 챔버에 의해 분리되고 또한 전기적으로 분리되지만 상호 인접한 전극들에 의해 달성된다. 이들 전극은 자전관 음극으로서 구성되며 이 음극본체와 타겟트 물질은 접지되지 않은 교류전원의 출력선과 전기적으로 연결된다. 이를 위해 전류공급 장치는 예를 들면, 변압기 2차코일의 양단으로 만들어진 두 접점을 가진다.
본 발명은 아주 다양한 실시형태를 제공한다. 이 중 한 실시예가 첨부된 도면에 따라 설명되는데, 도면은 2개의 자전관 스퍼터링 음극이 있는 스퍼터링 장치의 단면도이다.
도면에는 산소화합물(예를 들면 이산화규소 혹은 산화알루미늄)로 이루어진 얇은 피막층(2, 2', 2")이 코팅되어야 할 기판(1, 1', 1")이 도시된다. 이 기판(1, 1', 1")을 마주하고 스퍼터링 될 타겟트(3, 3a)가 A1, A2와 같이 떨어져 놓인다. 각 타겟트(3, 3a)는 각각 3개의 자석(19, 19a, 19b 및 19c, 19d, 19e)을 갖춘 자석 요오크(11b, 11c)가 삽입되는 음극 본체(11, 11a)에 연결된다. 이들 타겟트는 Al, Si, Ti, Ta, Zn, Sn, Zr 또는 이들의 혼합에 의하여 만들어진다. 또한 피막층(2, 2', 2")은 상기 타겟트 재료에 대응하여 산소 또는 질소 첨가 하에 Al2O3, AlN, SiO2, Si3N4, Si-OxNy, TiO2, Ta2O5, SnO2, ZnO 또는 ZrO2로서 스퍼터링되어 증착된다.
타겟트(3, 3a)로 향한 6개 자석의 양극의 자극은 서로 엇갈리기 때문에, 2개의 바깥쪽 자석(19, 19b 혹은 19c, 19e)의 S극은 안쪽 자석(19a 혹은 19d)의 N극과 함께 타겟트(3, 3a)를 관통하는 대략 원형의 궁형과 같은 자장을 발생시킨다. 이러한 자장이 타겟트 전면에 플라즈마를 밀집시키기 때문에 자장 곡선의 최고점에서 플라즈마는 최대의 밀도를 가진다. 플라즈마 내의 이온들은 전원(10)으로부터 공급되는 교류전압에 의해서 생기는 전장에 의해 가속된다. 각각의 타겟트 (3)(3a)와 연결된 인접 자전관 음극(5)(5a)은 100°에서 180°(도면에서는 180°로 도시됨)의 각으로 밀폐된다.
이 교류전원(10)에는, 2차 변압기 코일(25)의 양단에 의해 만들어지되 두 음극(5)(5a)에 연결되는 두 접점(12)(13)이 있다. 2차 변압기 코일의 두 도선(8)(9)이 이 두 타겟트(3)(3a)와 각각 연결된다.
또한 타겟트(3)는 도선(14)을 경유하여 접지된 전압계(20)와 연결되고, 전압계는 다시 도선(21)에 의하여 제어기(16)에 연결되며, 이 제어기는 도선(17)을 경유하여 차례로 제어밸브(18), 또는 반응가스 탱크(22) 안에 채워진 산소나 질소 같은 반응 가스를 조정하는 유속 조정기(18)에 연결되고, 이들 제어밸브 또는 유속조정기는 진공 챔버(15)(15a)의 분배관(24)으로 연결된다. 반응가스의 흐름이 제어기(16)에 의하여 조절되는 결과 측정된 전압은 원하는 전압과 동일하게 된다. 그리고 도선(30)이 제어기(16)를 유속 조정기(28)와 연결하며, 이 유속조정기는 불활성기체 탱크 안에 채워진 아르곤과 같은 공정가스의 흐름을 조정하는바 이것은 배분관(24)과 연결되어 있다. 또한 각기 독립된 배분관(24), (24a)을 가지는 음극(3), (3a)가 추가 제어기 도선(17a)과 추가 유속 제어기(18a)와 함께 제공될 수 있다.
코팅 챔버(15)(15a)에는 고리형이나 프레임 형의 차폐판 또는 격판(4)이 설치된다. 격판에는 틈 혹은 슬릿(6)이 있어 분배관(15)에서 나오는 프로세스 가스를 화살표 방향의 코팅 챔버(15)로 운송시킬 수 있다. 그 밖의 격판(4)의 아래 가장자리는 냉각제가 흐르는 냉각관(7)이 둘러싸고 있어 격판(4)의 과열을 방지한다.
스퍼터링 공정 중에 이온들이 교류장을 추적할 수 있도록 교류전원(10)의 주파수가 조정된다. 이 경우 주파수는 약 1KHz에서 100KHz 사이이다. 도선(14)에 의해 연결되는 전압계(20)는 도선(21)을 통하여 직류의 방전 전압을 제어기(16)에 공급한다. 이어 이 제어기는 도선(17)을 통해 자기밸브(18)를 작동시켜, 측정된 전압이 요구되는 반응가스의 양을 결정하는 방식으로 반응가스를 공급한다.
Claims (1)
- 이산화규소와 같은 전기적 절연물질로써 기판(1', 1")을 반응 코팅하기 위한 장치로서, 교류전원(10)이 자전관 음극(5, 5a)과 연결되고; 이 자전관 음극은 진공화할 수 있는 코팅 챔버(15, 15a) 안에 배열되며; 그 타겟트(3, 3a)가 스퍼터링 되어 스퍼터링된 타겟트의 입자가 기판(1, 1', 1")에 증착되도록 접지되지 아니한 교류전원(10)의 두 개의 접점에 각각 자전관 음극이 연결되고; 이 두 자전관 음극은 코팅 챔버 안에 잇대어 나란히 설치하되 음극과 마주 보게 놓인 기판(1, 1', 1")으로부터 대략 동일한 거리(A1및 A2)의 공간을 두어 구성하고; 상기 자전관 음극(5, 5a)은 각기 하나의 공정 가스용 개별 배분관(24, 24a)을 가지며, 이 두 개의 배분관 사이의 반응가스 흐름의 분할을 제어밸브(18)를 경유하는 제어기(16)로써 제어되고, 그 제어방식은 상기 두 개의 음극(5, 5a)에서 측정된 실제 전압차를 원하는 전압에 일치시키는 것이며, 이를 위해 도선(14)을 경유하여 상기 음극에 연결된 전압계(20)의 전압이 측정되고 아울러 직류전원으로서 도선(21)을 통해 제어기(16)에 공급하는 것을 특징으로 하는 기판의 반응 코팅장치.
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