KR100359302B1 - 이온플레이팅 장치 - Google Patents

Abstract

진공용기(11) 내에 배치된 노(30a)(30b)의 주위에 각각 고리모양의 영구자석을 내장한 보조노(31a)(31b)를 설치한다. 인접하는 2개의 플라즈마건(1A)(1B)에 설치되는 고리모양의 영구자석(21a)(21b)의 자극의 방향, 전자석코일(22a)(22b)의 자극의 방향, 스티어링코일(24a)(24b)의 자극의 방향 및 2개의 노에 내장된 2개의 고리모양 영구자석의 자극 방향을 각각 서로 반대로 하였다.

Description

이온플레이팅 장치{ION PLATING APPARATUS}

압력 구배(slope)형의 플라즈마건을 사용한 이온플레이팅 장치는 기판(基板)에 양질의 막을 형성할 수 있다는 것이 알려져 있다. 그러나, 플라즈마건에서 발생되는 플라즈마빔(plasma beam)이 비틀리기 때문에 기판에 형성되는 막의 두께가 똑같지는 않다. 그래서 본 발명자들은 양극(陽極)으로서 작용하는 노(hearth)의 주위에 고리모양의 영구(永久)자석을 설치하여 플라즈마빔의 비틀림을 적게한 이온플레이팅 장치를 제안하였다.

도 1, 도 2를 참조하여 이 이온플레이팅 장치에 대해 설명한다.

압력 구배형의 플라즈마건(101)은 음극(102), 제1의 중간전극(103), 제2의 중간전극(104)을 가지고 있다. 제1의 중간전극(103)은 고리모양의 영구자석을 내장하고, 제2의 중간전극(104)은 전자석(電磁石)코일을 내장하고 있다. 플라즈마건(101)의 주위에는 스티어링코일(steering coil,105)이 설치된다. 진공용기(106) 내의 상부에는 처리되어질 기판(107)이 배치된다. 진공용기(106) 내의 하부에는 양극이 되는 노(108,hearth)가 설치된다. 노(108)의 주위에는 고리모양의영구자석(109)이 설치된다.

도 3을 참조하여 플라즈마건(101) 및 스티어링코일(105), 고리모양의 영구자석(109)의 자극(磁極)에 대해 설명한다. 또한, 제2의 중간전극(104)에 내장된 전자석코일에서는 코일 중심에서 자력선(磁力線)이 나오는 측을 N극이라고 부르기로 한다.

제1의 중간전극(103)의 제2의 중간전극(104)측을 "S극"으로 하고, 제2의 중간전극(104) 및 스티어링코일(105)의 제1의 중간전극(103)측을 "S극"이라 한다. 영구자석(109)의 윗부분은 "S극"이다. 이러한 타입을 S형이라고 부르기로 한다.

한편, 제1의 중간전극(103), 제2의 중간전극(104), 스티어링코일(105) 및 영구자석(109)의 각 자극이 상기 S형의 경우와 전혀 반대인 타입은 N형이라고 부르기로 한다.

상기 이온플레이팅 장치에 의해 플라즈마건(101)에서 플라즈마빔을 발생시키면, 고리모양의 영구자석(109)을 갖지 않는 종래의 이온플레이팅 장치에 비해 플라즈마빔의 비틀림이 적다. 그러나, 도 2에 나타난 바와 같이 S형의 경우 플라즈마빔이 플라즈마건(101)의 중심에서 도면중의 좌측으로 치우쳐 버린다. 한편, N형의 경우 플라즈마빔은 우측으로 치우친다. 이것은 자장(磁場)중의 플라즈마 막대기에 전류를 흐르게 하면 플라즈마 막대기에 비틀림 변형이 나타난다는 플라즈마 특유의 현상에 의한 것이다.

상기 이온플레이팅 장치와는 별도로 일본국 특허공개공보 소63-47362호에는 하나의 진공용기에 플라즈마건을 다수개 병설(竝設)한 이온플레이팅 장치가 개시되어 있다. 그러나, 이 이온플레이팅 장치의 경우 다수의 플라즈마건이나 스티어링코일 등의 자력선이 서로 간섭(방해)한다. 그 결과, 플라즈마건을 하나 설치한 이온플레이팅 장치에 비해 플라즈마빔이 크게 비틀리게 된다.

그러므로, 본 발명의 목적은 다수의 플라즈마건을 병설한 경우라 하더라도 다수의 플라즈마빔의 비틀림을 적게 할 수 있는 이온플레이팅 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명은 다수의 플라즈마건(plasma gun)을 구비한 이온플레이팅 장치에 관한 것이다.

발명의 개시

본 발명에 의한 이온플레이팅 장치는 진공용기에 자석수단을 갖는 다수의 플라즈마건을 설치하고, 그 다수의 플라즈마건에는 각각 스티어링코일을 설치하며, 진공용기 내에는 다수의 플라즈마건에 대응하여 다수의 노를 설치하고 있다. 상기 다수의 노의 주위에 각각 고리모양의 영구자석이 설치되어 있다. 인접하는 2개의 플라즈마건에서의 2개의 상기 자석수단의 자극의 방향, 2개의 상기 스티어링코일의 자극 방향 및 2개의 상기 고리모양 영구자석의 자극의 방향이 각각 서로 반대방향으로 된다.

이 이온플레이팅 장치의 변형예 및 실시의 형태는 그 종속청구항 2∼4에 기재되어 있다.

도면의 간단한 설명

도 1은 노의 주위에 고리모양의 영구자석을 설치한 종래 이온플레이팅 장치의 종단면도,

도 2는 도 1의 A-A'선에 의한 단면도,

도 3은 도 1에 나타낸 장치의 플라즈마건, 스티어링코일, 노측의 고리모양 영구자석의 자극 관계를 설명하기 위한 도,

도 4는 본 발명에 의한 이온플레이팅 장치의 횡단면도,

도 5는 도 4의 B-B'선에 의한 단면도,

도 6은 도 4의 C-C'선에 의한 단면도,

도 7은 도 5에 나타낸 고리모양의 영구자석과 전자석코일의 조합예를 나타낸 도.

발명을 실시하기 위한 최량의 형태

도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 이온플레이팅 장치에 대해 설명한다. 이 이온플레이팅 장치는 기판에 증발입자를 부착시켜 막을 형성하는 데 적합하다. 이 실시예에서는 진공용기(11)에 2개의 플라즈마건(1A)(1B)을 설치한 경우에 대해 설명한다.

도 6을 참조하여 플라즈마건 (1B)의 구성에 대해 설명한다. 진공용기(11)의 측벽에 설치된 통상부(筒狀部)(12b)에는 압력 구배형 플라즈마건 (1B)이 장착되어 있다. 플라즈마건(1B)은 음극(14b)에 의해 한쪽끝이 폐색(閉塞)된 유리관(15b)을 구비하고 있다. 유리관(15b) 내에는 LaB₆재료에 의한 원반(円盤)(16b)과 탄탈륨(Ta)에 의한 파이프(17b)를 내장한 몰리브덴(Mo)에 의한 원통(18b)이 음극(14b)에 고정되어 있다. 파이프(17b)는 아르곤(Ar), 헬륨(He) 등의 불활성 가스로 이루어지는 캐리어가스(carrier gas,18)를 플라즈마건(1B) 내에 도입하기 위한 것이다.

유리관(15b)의 음극(14b)과 반대측의 단부와 통상부(12b)의 사이에는 제1, 제2의 중간전극(19b)(20b)이 동심적(同心的)으로 배치되어 있다. 제1의 중간전극(제1그리드)(grid,19b) 내에는 플라즈마빔을 수렴(收束)하기 위한 고리모양의 영구자석(21b)이 내장되어 있다. 제2의 중간전극(20b)(제2그리드) 내에도 플라즈마빔을 수렴하기 위한 전자석코일(22b)이 내장되어 있다. 이 전자석코일(22b)은 전원(23b)에서 전기가 공급된다.

플라즈마건(1B)이 장착된 통상부(12b)의 주위에는 플라즈마빔을 진공용기(11) 내로 유도하기 위한 스티어링코일(24b)이 설치되어 있다. 스티어링코일(24b)은 전원(25b)에 의해 여자(勵磁)된다. 음극(14b)과 제1, 제2의 중간전극(19b)(20b)의 사이에는 각각 수하(垂下)저항기(26b)(27b)를 통하여 가변전압형의 주전원(28b)이 접속되어 있다.

진공용기(11) 내의 저부에는 주노(30b)와 그 주위에 배치된 고리모양의 보조ㅗ(31b)가 설치되어 있다. 주노(30b)는 플라즈마건(1B)으로부터의 플라즈마빔이 입사(入射)되는 오목한 부분을 갖고, ITO(인듐-주석산화물)태블릿과 같은 증발물질을 수납하고 있다.

주노(30b) 및 보조노(31b)는 모두 열전도율이 좋은 도전성(導電性)재료, 예를 들면 동(銅)으로 만들어 진다. 주노(30b)에 대하여 보조노(31b)는 절연물을 통하여 장치되어 있다. 또, 주노(30b)와 보조ㅗ(31b)는 저항(48b)을 통하여 접속되어 있다. 주노(30b)는 주전원(28b)의 정면에 접속되어 있다. 따라서, 주노(30b)는 플라즈마건(1B)에서 발생하는 플라즈마빔을 흡인하기 위한 양극을 구성하고 있다.

보조노(31b) 내에는 고리모양의 영구자석(35b)과 전자석코일(36b)이 수용되어 있다. 전자석코일(36b)은 노코일전원(38b)에서 전기가 공급된다. 이 경우, 여자된 전자석코일(36b)에서의 중심측의 자계방향은 고리모양의 영구자석(35b)에 의해 발생하는 중심측의 자계와 같은 방향으로 되도록 구성된다. 노코일전원(38b)은 전압가변형의 전원이며, 전압을 변화시킴으로써 전자석코일(36b)에 공급하는 전류를 변화할 수 있다.

또한, 진공용기(11)의 내부에는 주노(30b)의 상부에 증발입자가 증착되는 기판(41)을 유지하기 위한 기판홀더(42)가 설치되어 있다. 기판홀더(42)에는 히터(43)가 설치되어 있다. 히터(43)는 히터전원(44)에서 전기가 공급된다. 기판홀더(42)는 진공용기(11)에 대해서는 전기적으로 절연하여 지지되어 있다. 진공용기(11)와 기판홀더(42)의 사이에는 바이어스(bias)전원(45)이 접속되어 있다. 이것에 의해 기판홀더(42)는 제로전위에 접속된 진공용기(11)에 대하여 부전위(負電位)로 바이어스 되어 있다.

보조노(31b)는 전환스위치(46b)를 통하여 주전원(28b)의 정면에 접속되어 있다. 주전원(28b)에는 이와 병렬로 수하저항기(29b)와 보조방전전원(47b)이 스위치(S1b)를 통하여 접속되어 있다.

이 이온플레이팅 장치에서는 플라즈마건(1B)의 음극과 진공용기(11) 내의 주노(30b)의 사이에 방전이 발생하고, 이것에 의해 플라즈마빔(도시하지 않음)이 생성된다. 이 플라즈마빔은 스티어링코일(24b)과 보조노(31b) 내의 고리모양의 영구자석(35b)에 의해 결정되는 자계에 안내되어 주노(30b)에 도달한다. 주노(30b)에수납된 증발물질은 플라즈마빔에 의해 가열되어 증발한다. 증발한 입자는 플라즈마빔에 의해 이온화되고, 부전압이 인가(印加)된 기판(41)의 표면에 부착하여 기판(41)에 피막이 형성된다.

기판(41)은 2개의 플라즈마건(1A)(1B)에 공통의 피처리부재이므로 기판홀더(42), 히터(43), 히터전원(44) 및 바이어스전원(45)도 2개의 플라즈마건(1A)(1B)에 공통이며, 플라즈마건 1A측의 구성은 플라즈마건(1B)과 같다.

도 3에 나타낸 플라즈마건(제1, 제2의 중간전극(103)(104), 영구자석(109)의 자극이 도 3에서 설명한 배치로 되어 있다.)을 S형으로 하면, 제1, 제2의 중간전극(103)(104), 영구자석(109)의 자극이 S형과 반대로 되는 형이 N형이다. 본 발명에서는 S형의 플라즈마건과 N형의 플라즈마건을 인접하여 병설하는 점에 특징을 갖는다.

도 4, 도 5에 나타난 바와 같이, S형의 플라즈마건과 N형의 플라즈마건의 차이에 의해 스티어링코일(24a)(24b), 보조노(31a)(31b)의 자극도 각각이 반대방향으로 되어 있다. 또한, 보조노(31a)(31b)는 고리모양의 영구자석 만을 구비한 것이라도 좋다.

예를 들면, 플라즈마건(1A)은 단독으로는 도 2에서 설명한 바와 같이 플라즈마빔이 노에 입사하기 전에는 플라즈마빔이 비틀리기 때문에, 일단 도면 중의 좌측으로 비어져 나오고 나서 노(108)의 바로 위에서 노(108) 내로 입사한다. 이 때문에 같은 자극 방향의 플라즈마건, 노를 2조로 열거하면 플라즈마는 서로 도면 중의좌측에 부풀어진 후 노에 입사하게 된다.

이에 비하여 도 5에 나타낸 바와 같이 도면의 우측에 S형의 플라즈마건(1A)을 배치하고, 도면의 좌측에는 N형의 플라즈마건(1B)을 배치하여 자극 방향을 반대로 함으로써 플라즈마의 팽창은 좌우대칭이 된다. 특히, 플라즈마건(1A)(1B)을 도 5에 나타낸 바와 같이 열거한 경우는 2개의 플라즈마빔은 일단 접근하여 서로 중앙에서 합쳐지듯이 퍼지고, 그 후 각각의 노(30a)(30b)에 입사한다.

이 경우는, 2개의 플라즈마빔간의 영역에도 고밀도의 플라즈마를 발생시킬 수 있어 넓은 면적에서 고밀도의 플라즈마를 사용한 이온플레이팅이 가능해진다.

반대로, 플라즈마에 의한 데미지를 조금이라도 경감하는 경우에는 도 5와는 반대의 자극관계, 즉 도 5의 우측에 N형의 플라즈마건(1B)을 배치하고, 좌측에 S형의 플라즈마건(1A)을 배치하여 열거한다. 그 결과, 중앙부근의 플라즈마를 얇게 할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 S형, N형 플라즈마의 배치위치에 의해 플라즈마빔간의 플라즈마밀도를 바꿀 수 있으나, 진공용기 내부 혹은 외부에 영구자석 또는 철심을 설치하여 플라즈마의 밀도를 콘트롤할 수 있다.

예를 들면, 도 4, 도 5에 나타낸 바와 같이 보조노(31a)(31b)간에 플라즈마 분리용 영구자석(10)을 설치함으로써 보조노(31a)(31b)간의 플라즈마를 분리할 수도 있다. 이 경우 영구자석(10)의 자극 방향은 보조노(31a)(31b) 영구자석(10)의 윗쪽 자극과 반대의 자극이 마주 보도록 배치된다.

또한, 상기의 실시형태에서는 플라즈마건(1B)측에 대하여 말한다면 도 7(a)에 나타낸 바와 같이 N극을 위로 향한 고리모양의 영구자석(35b) 위에 전자석코일(36b)을 겹쳐서 배치하고 있다. 그러나, 도 7(b)에 나타낸 바와 같이 S극을 위로 향한 고리모양의 영구자석(35b) 위에 전자석코일(36b)를 겹쳐서 배치해도 좋다. 이 경우 전자석코일(36b)에 흘려보내는 전류는 도 7(a)의 경우와 반대로 한다.

한편, 도 7(c)에 나타낸 바와 같이 N극을 위로 향한 고리모양의 영구자석(35b)의 밑부분에 전자석코일(36b)을 겹쳐서 배치하여도 좋다. 또한, 도 7(d)에 나타낸 바와 같이 S극을 위로 향한 고리모양의 영구자석(35b)의 밑부분에 전자석코일(36b)을 겹쳐서 배치하여도 좋다. 이들의 경우 상술한 바와 같이 여자된 전자석코일(36b) 중심측의 자계 방향은 고리모양의 영구자석(35b)에 의해 발생하는 중심측의 자계와 같은 방향으로 되도록 전류가 흘려지고 있다.

본 발명에 의하면 다수의 플라즈마건 중의 서로 인접하는 2개의 플라즈마건에서의 스티어링코일, 보조노의 자극 방향을 반대로 함으로써 각각에서 발생되는 자력선의 간섭이 적어지고, 플라즈마빔의 비틀림이 적어진다. 따라서 고밀도의 플라즈마를 사용한 이온플레이팅을 넓은 면적에 대해 실행시킬 수 있는 이온플레이팅 장치를 제공할 수 있다.

Claims (4)

1. 진공용기에 자석수단을 갖는 다수의 플라즈마건을 설치하고, 다수의 플라즈마건에는 각각 스티어링코일을 설치하며, 진공용기 내에는 다수의 플라즈마건에 대응하여 다수의 노(hearth)를 설치한 이온플레이팅 장치에 있어서, 상기 다수의 노 주위에 각각 고리모양의 영구자석을 설치하고, 인접하는 2개의 플라즈마건에서의 2개의 상기 자석수단의 자극 방향, 2개의 상기 스티어링코일의 자극 방향 및 2개의 상기 고리모양의 영구자석의 자극 방향을 각각 서로 반대방향으로 한 것을 특징으로 하는 이온플레이팅 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 진공용기의 내측 또는 외측에 영구자석 또는 철심을 설치하여 상기 다수의 플라즈마건에서 발생하는 플라즈마의 분포를 조정하도록 한 것을 특징으로 하는 이온플레이팅 장치.
3. 제 1항에 있어서, 인접하는 2개의 상기 노사이에는 플라즈마 분리용 영구자석을 설치하고, 상기 고리모양 영구자석의 플라즈마건측의 자극과 상기 플라즈마 분리용 영구자석의 고리모양 영구자석측의 자극을 반대로 향하게 한 것을 특징으로 하는 이온플레이팅 장치.
4. 제 1항, 제 2항 및 제 3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 고리모양의 영구자석에 전자석코일을 겹친 것을 특징으로 하는 이온플레이팅 장치.