KR100533853B1 - Deposition device and method for nir transmitting high heat-resistant multi-layered thin film - Google Patents
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Abstract
본 발명은 석영관 램프히터의 표면에 근적외선을 선택적으로 투과시키기 위한 다층박막을 형성하는 기술에 관한 것으로서, 석영관 램프히터의 표면에 가시광선은 차단하고 근적외선을 투과시키는 다층 박막을 증착하는 장치에 있어서: 진공펌프와 연결된 배출구와 반응가스공급수단과 연결된 반응가스주입구를 구비한 진공챔버(20); 고융점의 증착재료를 증착시키기 위해 진공챔버 내부에 배치되는 전자총(30); 상기 진공챔버(20) 내부에 설치되어 석영관 램프히터(11)의 표면 전체에 일정한 굴절률과 두께로 증착물질이 근적외선투과 다층박막으로 증착되도록 램프히터를 공자전 시키는 공자전지그(10); 상기 진공챔버(20) 내부에 설치된 공자전지그(10)에 배열되는 석영관 램프히터(11)의 박막 증착상태를 감지하기 위해 진공챔버(20) 내부에 설치되는 박막두께감지센서(90); 상기 박막두께감지센서(90)를 통해 박막의 증착상태를 감지하여 미리 입력된 증착관련 설정 데이터에 따라 근적외선투과 다층박막이 증착되도록 전자총의 파워, 전자총(30)에 설치된 증착물질의 포켓지정 및 전자총의 셔터(Shutter)를 조절 제어하는 박막증착콘트롤러(100); 및 소정의 입력정보와 설정 프로그램에 따라 상기 진공펌프, 공자전지그, 전자총, 박막증착콘트롤러와 같은 주변기기를 순차적으로 동작 또는 정지시켜 근적외선투과 다층박막 증착 작업을 자동 제어하는 메인콘트롤러(110); 을 포함한 구성으로 이루어져, 석영관 램프히터의 표면에 출력온도가 900℃ 정도의 고온에서도 파손되지 않는 내구성과 부착력이 뛰어난 고내열성 근적외선 투과 및 가시광선 차단용 다층박막 증착 장치 및 방법을 제공한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for forming a multilayer thin film for selectively transmitting near infrared rays on a surface of a quartz tube lamp heater. The present invention relates to a device for depositing a multilayer thin film that blocks visible light and transmits near infrared rays on a surface of a quartz tube lamp heater. A vacuum chamber 20 having a discharge port connected to a vacuum pump and a reaction gas inlet connected to a reaction gas supply means; An electron gun 30 disposed inside the vacuum chamber for depositing a high melting point deposition material; A condenser battery (10) installed inside the vacuum chamber (20) to co-rotate the lamp heater such that a deposition material is deposited as a near infrared transmission multilayer thin film with a constant refractive index and thickness on the entire surface of the quartz tube lamp heater (11); A thin film thickness sensor (90) installed inside the vacuum chamber (20) to detect a thin film deposition state of the quartz tube lamp heater (11) arranged in the condenser battery (10) installed inside the vacuum chamber (20); Detecting the deposition state of the thin film through the thin film thickness sensor 90, the power of the electron gun, the pocket designation of the deposition material installed in the electron gun 30 and the electron gun so that the near-infrared multilayer thin film is deposited according to the previously set deposition-related setting data. Thin film deposition controller 100 for controlling the shutter (Shutter) of the control; And a main controller 110 for automatically controlling a near-infrared transmission multilayer thin film deposition operation by sequentially operating or stopping peripheral devices such as the vacuum pump, a battery, an electron gun, and a thin film deposition controller according to predetermined input information and a setting program. Comprising a configuration, and provides a high temperature resistant near-infrared ray transmission and visible light blocking multilayer thin film deposition apparatus and method excellent in durability and adhesion that the output temperature is not damaged even at a high temperature of about 900 ℃ on the surface of the quartz tube lamp heater.
Description
본 발명은 근적외선을 선택적으로 투과시키기 위한 다층박막을 형성하는 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 진공챔버 내부에서 전자총으로 증발시킨 증착재료 입자를 플라즈마발생기에서 조사되는 전자빔에 의해 이온화함으로써 진공챔버 내부에 여기상태의 고밀도 반응성 플라즈마를 생성시켜 피코팅재인 석영관 램프히터의 표면에 증착재료 입자를 조밀하게 증착시키는 장치 및 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for forming a multilayer thin film for selectively transmitting near-infrared rays. More particularly, the present invention relates to a method of forming a multilayer thin film. An apparatus and method for densely depositing deposition material particles on a surface of a quartz tube lamp heater as a coating material by generating a high density reactive plasma in an excited state.
빛은 전자기파의 일종으로 파장에 따라, 도 1에 도시한 바와 같이, 인간의 눈으로 인식할 수 있는 400 내지 800nm 영역의 가시광선과, 가시광선 보다 파장이 짧은 자외선, 가시광선 보다 파장이 긴 적외선, 그 밖에 자외선 보다도 파장이 짧은 쪽의 X-ray 및 γ-ray와, 적외선 보다 파장이 긴 마이크로웨이브 및 라디오파 등으로 분류된다.Light is a kind of electromagnetic waves, and according to the wavelength, as shown in FIG. 1, visible light in the 400 to 800 nm region that can be recognized by the human eye, ultraviolet light having a shorter wavelength than visible light, infrared light having a longer wavelength than visible light, In addition, they are classified into X-rays and γ-rays having shorter wavelengths than ultraviolet rays, microwaves and radio waves having longer wavelengths than infrared rays.
빛은 파장이 짧아질수록 큰 에너지를 가지며, 따라서 자외선과 같이 짧은 파장의 빛은 에너지가 높아서 물체에 흡수될 경우 색소를 탈색시키거나 살균력이 크며 화학변화를 일으키기 때문에 화학선이라고 불리우기도 한다. 물론, X-ray나 γ-ray 와 같이 자외선 보다 더 짧은 빛은 에너지가 더 큰 에너지를 갖는다. 반면에 적외선은 가시광선보다 파장이 더 길고 그 에너지는 낮으며, 물체에 흡수될 경우 화학변화를 일으키기 보다는 열로 변환되기 때문에 열선이라고 부르기도 한다. The shorter the wavelength, the greater the energy. Therefore, shorter wavelengths of light, such as ultraviolet rays, are high in energy and are sometimes called actinic rays because they decolorize, disinfect, and cause chemical changes when absorbed by an object. Of course, shorter light than ultraviolet light, such as X-rays and γ-rays, has more energy. Infrared rays, on the other hand, are called heat rays because they have a longer wavelength and lower energy than visible light and are converted to heat rather than causing chemical changes when absorbed by an object.
모든 물체는 전자기파를 방사함으로서 주위와 에너지를 교환하고 있으며, 열적 평형상태에서 방출되는 복사를 열복사라고 한다. All objects exchange energy with their surroundings by radiating electromagnetic waves, and radiation emitted in thermal equilibrium is called thermal radiation.
태양은 표면온도가 약 6000 K으로서 그 복사광 분포곡선의 모양은, 도 2에 도시한 바와 같으며, 최대 분포 복사선은 λmax= 450 nm의 값을 갖는다. 가열된 백열램프의 필라멘트 온도는 인가된 전압에 따라 다르나, 일반적으로 3000 K 이하의 온도를 가진다. 따라서, λmax은 태양광 보다 더 긴 파장으로 이동하여 적외선영역의 열선이 주로 방출된다.The sun has a surface temperature of about 6000 K, and the shape of the radiation distribution curve is as shown in Fig. 2, and the maximum distribution radiation has a value of lambda max = 450 nm. The filament temperature of the heated incandescent lamp depends on the applied voltage, but generally has a temperature of 3000 K or less. Therefore, lambda max is shifted to a longer wavelength than sunlight so that the heat rays of the infrared region are mainly emitted.
백열램프의 복사광 분포곡선(도 2 참조)을 살펴보면 적외선과 같은 열복사선 뿐만 아니라 가시광선 영역의 빛도 함께 방출됨을 알 수 있다. 이는 피사체를 가열하기 위한 목적으로 만들어지는 가열램프의 관점에서 보면 인가된 전기에너지가 전부 열에너지로 전환되는 것이 아니라 가시광선 형태의 에너지로 손실됨을 의미한다. 또한, 적외선 보다 파장이 짧은 빛은 에너지가 더 크기 때문에 피가열체에 화학변화를 일으킬 가능성을 높여 조직을 손상시킬 가능성이 증가한다.Looking at the radiation distribution curve of the incandescent lamp (see FIG. 2), it can be seen that not only heat radiation such as infrared light but also light in the visible light region is emitted. This means that in terms of a heating lamp made for heating a subject, the applied electric energy is not converted into thermal energy but is lost as energy in the form of visible light. In addition, light with a shorter wavelength than infrared light has more energy, which increases the possibility of chemical change in the heated object, thereby increasing the possibility of damaging the tissue.
근래 들어, 태양의 복사열에 가까운 적외선으로서, 파장이 0.8 내지 1.4㎛ 정도이며, 공기를 가열하지 않고 물체에만 복사로 전달되는 단파장의 적외선인 근적외선을 이용하는 분야에 대한 관심이 증가하고 있다. In recent years, there is an increasing interest in the field of using near-infrared rays, which are infrared rays close to the radiant heat of the sun, whose wavelength is about 0.8 to 1.4 µm, and which are short wavelength infrared rays which are transmitted to radiation only to objects without heating air.
좀 더 상세히 설명하면, 필라멘트와 같은 발열체에서 발열되어 석영관(quartz tube)과 같은 투명한 램프히터를 투과하여 방사되는 상기한 바와 같은 근적외선은 열효율이 높고, 인체에 무해하며, 무공해성이다. 또한, 눈부심이 적으며, 순간 가열특성이 우수하여 가열용도로 사용시 많은 장점을 가지고 있어서, 가정용/사무용/농·축산용/산업용의 난방기와 가열기, 농업용/어업용/산업용의 건조기, 가열기, 및 의료기기 등의 분야로 그 적용분야가 급속히 확산되고 있는 추세이다.In more detail, the near-infrared rays as described above, which are emitted from a heating element such as a filament and radiated through a transparent lamp heater such as a quartz tube, have high thermal efficiency, are harmless to the human body, and are pollution-free. In addition, there is little glare and excellent instantaneous heating characteristics, which has many advantages when used for heating purposes, such as heaters and heaters for home, office, agriculture, livestock, and industrial, dryers, heaters, and medical for agriculture, fishing, and industrial use. The application field is rapidly spreading to the field of equipment.
이와 같은 추세에 따라 좀 더 효율적인 근적외선을 얻고자하는 움직임이 발생하게 되었으며, 그 예로서, 가열램프와 같은 가열수단에서 근적외선만을 선택적으로 투과시키기 위한 목적으로 투명한 석영관 램프히터의 표면에 빛을 선택적으로 투과시키는 코팅기술이 있다.This trend has led to the movement to obtain more efficient near infrared rays. For example, light is selectively applied to the surface of a transparent quartz tube lamp heater for the purpose of selectively transmitting only near infrared rays in a heating means such as a heating lamp. There is a coating technology to transmit through.
즉, 석영관 램프히터의 표면에 고융점의 굴절율이 서로 다른 물질을 교대로 증착하여 다층박막을 적절하게 형성시키면,발열체에서 발생된 빛 중에서 원하지 않는 파장의 빛은 제거하고 원하는 파장의 빛 만을 투과시킬 수 있게 되는 것이다. 세부적으로 도 3에 근적외선을 선택적으로 투과시키는 근적외선 투과 필터의 원리를 도시하였다.In other words, if a multilayer thin film is appropriately formed by alternately depositing materials having different refractive indices of high melting point on the surface of a quartz tube lamp heater, light of unwanted wavelengths is removed from light generated from a heating element, and only light of a desired wavelength is transmitted. You will be able to. In detail, the principle of the near-infrared transmission filter for selectively transmitting near-infrared rays is illustrated in FIG. 3.
종래, 코팅기술에 관한 일예로서, 미합중국 특허 제4663557호는 특정 파장영역의 빛을 선택적으로 투과시키고 기타 나머지 파장영역의 빛은 반사시키는 광학적 코팅 기술이다. 좀 더 상세히 설명하면, 투명석영관램프의 표면에 SiO2 와 Ta2O5 또는 TiO2 를 진공증착방법을 이용하여 교대로 적층시킨 다층박막을 구비함으로써, 고온의 환경에서 가시광선의 투과율을 극대화 시키고, 적외선 및 기타 전자기파의 반사율을 극대화시킨 광학필터에 대하여 기재하고 있다.Conventionally, as an example of a coating technique, US Patent No. 453557 is an optical coating technique that selectively transmits light in a specific wavelength region and reflects light in the other wavelength region. In more detail, by providing a multilayer thin film in which SiO 2 and Ta 2 O 5 or TiO 2 are alternately laminated on the surface of the transparent quartz lamp by using a vacuum deposition method, the transmittance of visible light is maximized in a high temperature environment. The optical filter which maximizes the reflectance of infrared rays and other electromagnetic waves is described.
이와 같은 종래기술은 고온의 작동환경(500℃내외의 열원)에서의 적용성을 감안한 기술임에도 불구하고, 근적외선 석영관 램프히터의 용도가 아니고 고온의 환경하에서 사용할 경우 박막의 조밀도와 부착력 약화로 인하여 다층박막이 쉽게 손상될 수 있으며, 가열램프 용도의 근적외선 투과 필터로 적용하기에는 내구성 측면에서 부적합한 문제점이 있었다.Although the prior art is a technology considering the applicability in a high temperature operating environment (heat source of about 500 ° C), it is not a use of near-infrared quartz tube lamp heater, but when used in a high temperature environment, the thin film density and adhesion weaken. The multilayer thin film can be easily damaged, and there is a problem in that it is unsuitable in terms of durability to be applied as a near-infrared transmission filter for a heating lamp.
즉, 근적외선 투과 필터를 위한 광학박막의 설계와 진공 증착기술은 증착재료의 열특성 및 진공증착조건에 관하여 좀 더 정확히 파악해야만 하며, 그 중에서도 고온환경에서 박막의 열특성과 피증착체인 석영관 램프히터의 열특성이 달라 다층박막이 손상되는 문제점과 부착력이 약해 박막이 약한 충격에도 쉽게 벗겨지는 문제점을 해결해야만 하는 것이다.In other words, the design of the optical thin film and the vacuum deposition technology for the near infrared transmission filter should be more accurately understood about the thermal characteristics and vacuum deposition conditions of the deposition material. Due to the different thermal properties of the heater, the problem of damaging the multilayer thin film and the weak adhesive force must be solved the problem that the thin film is easily peeled off even with a weak impact.
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본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 표면온도가 900℃ 정도의 고온에서도 파손되지 않는 내구성과 부착력이 강한 고내열성 근적외선 투과 및 가시광선 차단용 다층박막 증착 장치 및 그 증착방법을 제공하는 것이다.The present invention was created to solve the above problems, and an object of the present invention is a high heat-resistant near-infrared ray transmission and visible light blocking multilayer thin film deposition apparatus having strong durability and adhesion that does not break even at a high temperature of about 900 ℃ surface and The vapor deposition method is provided.
또한, 본 발명의 목적은 상기의 증착 방법 및 장치를 이용하여 석영관 램프히터의 표면에 대표물질로는 SiO2와 Fe2O3와 같은 증착재료를 다층으로 증착함으로써 가시광선은 차단하고 근적외선만을 선택적으로 투과시킬 수 있는 고내열성 근적외선 투과 및 가시광선 차단용 다층박막 증착 장치 및 그 증착방법을 제공하는 것이다.In addition, the object of the present invention by using the deposition method and apparatus described above by depositing a deposition material such as SiO 2 and Fe 2 O 3 in a multilayer on the surface of the quartz tube lamp heater as a representative material to block visible light and only near infrared It is to provide a multi-layer thin film deposition apparatus for selectively transmitting high heat-resistant near-infrared rays and visible rays, and a deposition method thereof.
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상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 방법은, 석영관 램프히터의 표면에 가시광선은 차단하고 근적외선을 투과시키는 다층박막을 증착하는 방법에 있어서: 상기 석영관 램프히터(11)가 배열된 진공챔버(20)를 점진적으로 저진공에서 고진공상태로 변화시키고, 소정의 진공도에 도달한 상태에서 반응가스를 주입한 후, 전자총(30)을 가열하여 고융점의 증착재료를 증발시키고, 플라즈마발생기의 방전필라멘트(50)에 전원을 인가하고 비활성기체를 주입하여 열음극 아크방전에 의해 플라즈마발생기 내부에 플라즈마를 발생시키고, 전원이 인가된 전극을 사용하여 발생된 플라즈마 중의 전자를 유도하여 전자빔 형태로 진공챔버(20) 내의 증발원상의 공간으로 조사시켜, 전자총(30)에서 증발된 증착재료 입자 및 진공챔버(20)에 주입되는 반응가스가 플라즈마발생기에서 조사된 전자빔에 의해 이온화되어 진공챔버 내부에 전자빔 여기 고밀도 플라즈마가 생성되도록 한 상태에서 석영관 램프히터(11)의 소정의 위치에 전압을 인가하여 증착되고 있는 입자에 고밀도 플라즈마의 반응이 일어나 증착재료 입자를 석영관 램프히터(11)의 표면에 조밀하게 증착되도록 하는 것을 특징으로 한다.The technical method of the present invention for achieving the above object is a method for depositing a multilayer thin film that blocks visible light and transmits near infrared rays on the surface of a quartz tube lamp heater: a vacuum in which the quartz tube lamp heater 11 is arranged The chamber 20 is gradually changed from a low vacuum to a high vacuum state, the reaction gas is injected in a state of reaching a predetermined degree of vacuum, and then the electron gun 30 is heated to evaporate the deposition material having a high melting point. Applying power to the discharge filament 50 and injecting an inert gas to generate a plasma inside the plasma generator by hot cathode arc discharge, and to induce electrons in the generated plasma using an electrode to which the power is applied to vacuum chamber in the form of an electron beam Irradiated into the space on the evaporation source in the (20), the deposition material particles evaporated in the electron gun 30 and the reaction gas injected into the vacuum chamber 20 Reaction of high density plasma to particles being deposited by applying a voltage to a predetermined position of the quartz tube lamp heater 11 while being ionized by the electron beam irradiated from the laser generator to generate an electron beam excited high density plasma inside the vacuum chamber. This occurs so that the deposition material particles are densely deposited on the surface of the quartz tube lamp heater 11.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 석영관 램프히터의 표면에 가시광선은 차단하고 근적외선을 투과시키는 다층박막을 증착하는 장치에 있어서: 진공펌프와 연결된 배출구와 반응가스공급수단과 연결된 반응가스주입구를 구비한 진공챔버(20)와, 고융점의 증착재료를 증발시키기 위해 상기 진공챔버 내부에 배치되는 전자총(30)과, 진공챔버(20) 내부에 설치되어 석영관 램프히터(11)의 표면 전체에 일정한 굴절률과 두께로 증착물질이 근적외선 투과 다층박막으로 증착되도록 램프히터를 공자전시키는 공자전지그(10)와, 상기 진공챔버(20) 내부의 공자전지그(10)에 고정되는 피증착체인 석영관 램프히터(11)주변에 전압을 인가하기 위한 인가용 전원을 포함하는 박막증착부, 및 상기 진공챔버(20)의 일측으로 연통된 상태에서 연장되며 그 끝단부 일측에 비활성기체공급수단과 연결되는 비활성기체 주입구(35);를 구비한 플라즈마발생기(40) 끝단부 내측의 비활성기체 주입구(35)에 인접한 위치에 배치되고 외부의 필라멘트 전원으로부터 전압이 인가되는 방전필라멘트(50)와, 상기 플라즈마발생기(40) 내부의 방전필라멘트(50) 전방에 위치하며 외부의 방전유도전원으로부터 전압이 인가되는 환형의 방전유도전극(6), 및 각각 외부의 가속전원으로부터 전압이 인가되는 가속유도전극(85)과 가속유도전극의 외주면을 둘러싸는 환형의 코일로 이루어지고 플라즈마발생기(40) 내부의 방전유도전극 전방에 차례로 위치하는 한 쌍의 가속유도전극 어셈블리(80)를 포함하는 플라즈마발생기;을 포함하는 것을 특징으로 한다.상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 기술적 수단은, 석영관 램프히터의 표면에 가시광선은 차단하고 근적외선을 투과시키는 다층 박막을 증착하는 장치에 있어서: 진공펌프와 연결된 배출구와 반응가스공급수단과 연결된 반응가스주입구를 구비한 진공챔버(20); 고융점의 증착재료를 증착시키기 위해 진공챔버 내부에 배치되는 전자총(30); 진공챔버(20) 내부에 설치되어 석영관 램프히터(11)의 표면 전체에 일정한 굴절률과 두께로 증착물질이 근적외선투과 다층박막으로 증착되도록 램프히터를 공자전 시키는 공자전지그(10); 상기 진공챔버(20) 내부에 설치된 공자전지그(10)에 배열되는 석영관 램프히터(11)의 박막 증착상태를 감지하기 위해 진공챔버(20) 내부에 설치되는 박막두께감지센서(90); 상기 박막두께감지센서(90)를 통해 박막의 증착상태를 감지하여 미리 입력된 증착관련 설정 데이터에 따라 근적외선투과 다층박막이 증착되도록 전자총의 파워, 전자총(30)에 설치된 증착물질의 포켓지정 및 전자총의 셔터(Shutter)를 조절 제어하는 박막증착콘트롤러(100); 및 소정의 입력정보와 설정 프로그램에 따라 상기 진공펌프, 진공밸브, 공자전지그, 전자총, 박막증착콘트롤러와 같은 주변기기를 순차적으로 동작 또는 정지시켜 근적외선투과 다층박막 증착 작업을 자동 제어하는 메인콘트롤러(110);를 포함하는 것을 특징으로 한다.이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부되는 도면에 의거하여 더욱 상세하게 설명한다.Technical means of the present invention for achieving the above object is a device for depositing a multilayer thin film that blocks visible light and transmits near infrared on the surface of a quartz tube lamp heater: connected to the outlet and the reaction gas supply means connected to the vacuum pump A vacuum chamber 20 having a reaction gas inlet, an electron gun 30 disposed inside the vacuum chamber to evaporate the high melting point deposition material, and a quartz tube lamp heater 11 installed inside the vacuum chamber 20. The condenser battery 10, which corotates the lamp heater so that the deposition material is deposited as a near-infrared-transmissive multilayer thin film with a constant refractive index and a thickness on the entire surface of the c), and is fixed to the conjugation battery cell 10 inside the vacuum chamber 20. A thin film deposition unit including an application power source for applying a voltage around the quartz tube lamp heater 11, which is a vapor deposition target to be deposited, and extends in communication with one side of the vacuum chamber 20 An inert gas injection hole 35 connected to an inert gas supply means at one end of the plasma generator 40; and disposed at a position adjacent to the inert gas injection hole 35 inside the end of the plasma generator 40, and a voltage is applied from an external filament power source. The discharge filament 50, the annular discharge induction electrode 6 positioned in front of the discharge filament 50 inside the plasma generator 40 and to which a voltage is applied from an external discharge induction power source, and an external acceleration power source, respectively. A pair of acceleration induction electrode assembly 80 consisting of an annular coil surrounding the outer circumferential surface of the acceleration induction electrode 85 and an acceleration induction electrode 85 to which a voltage is applied from each other and sequentially located in front of the discharge induction electrode in the plasma generator 40. It is characterized in that it comprises a plasma generator comprising a). Another technical means of the present invention for achieving the above object is, of the quartz tube lamp heater An apparatus for depositing a multilayer thin film that blocks visible light and transmits near infrared rays on a surface, the apparatus comprising: a vacuum chamber having a discharge port connected to a vacuum pump and a reaction gas inlet connected to a reaction gas supply means; An electron gun 30 disposed inside the vacuum chamber for depositing a high melting point deposition material; A condenser battery (10) installed inside the vacuum chamber (20) to co-rotate the lamp heater such that the deposition material is deposited as a near infrared transmission multilayer thin film with a constant refractive index and thickness on the entire surface of the quartz tube lamp heater (11); A thin film thickness sensor (90) installed inside the vacuum chamber (20) to detect a thin film deposition state of the quartz tube lamp heater (11) arranged in the condenser battery (10) installed inside the vacuum chamber (20); Detecting the deposition state of the thin film through the thin film thickness sensor 90, the power of the electron gun, the pocket designation of the deposition material installed in the electron gun 30 and the electron gun so that the near-infrared multilayer thin film is deposited according to the previously set deposition-related setting data. Thin film deposition controller 100 for controlling the shutter (Shutter) of the control; And a main controller 110 for automatically controlling a near-infrared multilayer thin film deposition operation by sequentially operating or stopping peripheral devices such as the vacuum pump, a vacuum valve, a ball battery, an electron gun, and a thin film deposition controller according to predetermined input information and a setting program. It will be described in more detail on the basis of the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention.
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본 발명에 바람직한 실시예에 따른 고내열성 다층박막 증착장치는 도 4와 같이 크게 박막증착부(10, 20, 30)와 플라즈마발생기(40)로 구분될 수 있다.The high heat resistance multilayer thin film deposition apparatus according to the preferred embodiment of the present invention may be largely divided into thin film deposition units 10, 20, 30 and plasma generator 40 as shown in FIG. 4.
박막증착부는 진공펌프(도시 안됨)와 연결된 배출구(21)와 반응가스공급수단(도시 안됨)과 연결된 반응가스주입구(23)를 구비한 진공챔버(20)와, 고융점의 증착재료(1)를 증발시키기 위해 진공챔버(20) 내부에 배치되는 전자총(30)과 진공챔버(20) 내부에 설치되어 석영관 램프히터(11)의 표면 전체에 일정한 굴절률과 두께로 증착물질이 근적외선투과 다층박막으로 증착되도록 램프히터(11)를 공자전시키는 공자전지그(10), 및 진공챔버(20) 내부의 공자전지그(10)에 취부된 석영관 램프히터(11)의 주변에 전압을 인가하기 위한 인가용 전원(15)을 포함한다. 여기서, 반응가스주입구(23)를 통해 주입되는 반응가스로는 산소, 아르곤가스 등이 사용될 수 있다.여기서, 배출구(21)와 진공펌프(도시 안됨) 사이, 및 반응가스공급수단(도시 안됨)과 반응가스주입구(23) 사이에는 각각 메인콘트롤러(110)에 의해 제어되는 밸브(도시 안됨)가 구비되고, 진공챔버 내부에는 메인콘트롤러(110)에 측정값을 전달하는 진공압력계(도시 안됨)가 설치되어, 진공도와 반응가스의 농도를 조절하는 방법으로 진공챔버(20) 내부에서의 증착조건을 조절할 수 있게 된다.The thin film deposition unit includes a vacuum chamber 20 having a discharge port 21 connected to a vacuum pump (not shown) and a reaction gas inlet 23 connected to a reaction gas supply means (not shown), and a high melting point deposition material 1. Electron gun 30 disposed inside the vacuum chamber 20 and the vacuum chamber 20 to evaporate the vapor deposition material is a near-infrared transmission thin film having a constant refractive index and thickness on the entire surface of the quartz tube lamp heater 11 Applying a voltage to the periphery of the condenser battery 10, which conjugates the lamp heater 11 to be deposited, and the surroundings of the quartz tube lamp heater 11 mounted on the condenser battery 10 inside the vacuum chamber 20. The power supply 15 for the application is included. Here, oxygen, argon gas, etc. may be used as the reaction gas injected through the reaction gas inlet 23. Here, between the outlet 21 and the vacuum pump (not shown), and the reaction gas supply means (not shown) and Valves (not shown) controlled by the main controller 110 are provided between the reaction gas inlets 23, and a vacuum pressure gauge (not shown) is installed inside the vacuum chamber to transmit the measured values to the main controller 110. As a result, the deposition conditions in the vacuum chamber 20 may be controlled by adjusting the degree of vacuum and the reaction gas.
그리고, 플라즈마발생기(40)는 진공챔버(20)의 일측으로 연통된 상태에서 연장되며 그 끝단부 일측에 비활성기체공급수단(도시 안됨)과 연결되는 비활성기체 주입구(35)에 인접한 위치에 배치되고 외부의 필라멘트전원(55)으로부터 전압이 인가되는 방전필라멘트(50)와, 플라즈마발생기(40) 내부의 방전필라멘트(50) 전방에 위치하며 외부의 방전유도전원(65)으로부터 전압이 인가되는 환형의 방전유도전극(60)과, 각각 외부의 가속전원(75)으로부터 전압이 인가되는 가속유도전극(85), 및 상기 가속유도전극(85)의 외주면을 둘러싸는 환형의 코일(87)로 이루어지고, 플라즈마발생기(40) 내부의 방전유도전극(60) 전방에 차례로 위치하는 한 쌍의 가속유도전극 어셈블리(80)로 이루어진다.여기서, 비활성기체주입구(35)와 비활성기체 공급수단(도시 안됨) 사이에는 역시 메인콘트롤러(110)에 의해 제어되는 밸브(도시 안됨)가 구비되어, 주입되는 비활성기체의 주입량을 조절할 수 있게 된다. 그리고, 방전필라멘트(50)는 텅스텐 재질인 것이 바람직하며, 비활성기체주입구(35)를 통해 주입되는 비활성기체는 아르곤가스(Ar)인 것이 바람직하다.그리고, 진공챔버(20) 내부의 공자전지그(10)에 배열되는 석영관 램프히터(11)의 박막 증착상태를 감지하기 위해 진공챔버(20) 내부에 박막두께감지센서(90)가 설치되어 석영관 램프히터(11)의 표면에 증착되는 증착물질의 증착상태에 대한 정보를 감지하여 박막증착콘트롤러(100)에 전달하게 되고, 박막증착콘트롤러(100)는 미리 입력된 증착 관련 설정데이터에 따라 전자총(30)의 파워, 전자총(30)에 설치된 증착물질의 포켓지정 및 전자총의 셔터(Shutter)를 조절 제어하여 램프히터(11)의 표면에 근적외선투과 다층박막을 증착하게 된다.In addition, the plasma generator 40 extends in communication with one side of the vacuum chamber 20 and is disposed at a position adjacent to an inert gas injection hole 35 connected to an inert gas supply means (not shown) at one end thereof. The discharge filament 50 to which voltage is applied from the external filament power source 55 and the annular to which the voltage is applied from the external discharge induction power source 65 is located in front of the discharge filament 50 inside the plasma generator 40. A discharge induction electrode 60, an acceleration induction electrode 85 to which a voltage is applied from an external acceleration power source 75, and an annular coil 87 surrounding an outer circumferential surface of the acceleration induction electrode 85, And a pair of acceleration induction electrode assemblies 80 which are sequentially positioned in front of the discharge induction electrode 60 in the plasma generator 40. Here, between the inert gas inlet 35 and the inert gas supply means (not shown). Station Is provided with a valve (not shown) which is controlled by the main controller 110, it is possible to control the injection amount of the inert gas to be injected. In addition, the discharge filament 50 is preferably made of tungsten, and the inert gas injected through the inert gas inlet 35 is preferably argon gas (Ar). In order to detect a thin film deposition state of the quartz tube lamp heater 11 arranged at 10, a thin film thickness sensor 90 is installed inside the vacuum chamber 20 and deposited on the surface of the quartz tube lamp heater 11. Sensing information on the deposition state of the deposition material and transmitting it to the thin film deposition controller 100, the thin film deposition controller 100 to the power of the electron gun 30, the electron gun 30 in accordance with the previously set deposition-related setting data The pocket designation of the installed deposition material and the shutter of the electron gun are controlled to control the deposition of the near infrared transmission multilayer thin film on the surface of the lamp heater 11.
본 발명에 따른 증착장치의 다른 실시예로서, 상기한 바와 같은 증착장치에서 플라즈마발생기(40)를 제외하고, 진공펌프(도시 안됨)와 연결된 배출구(21)와 반응가스공급수단(도시 안됨)과 연결된 반응가스주입구(23)를 구비한 진공챔버(20)와, 고융점의 증착재료(1)를 증발시키기 위해 진공챔버(20) 내부에 배치되는 전자총(30)과, 상기 진공챔버(20) 내부에 설치되어 석영관 램프히터(11)의 표면 전체에 일정한 굴절률과 두께로 증착물질이 근적외선투과 다층박막으로 증착되도록 램프히터(11)를 공자전시키는 공자전지그(10)와, 상기 진공챔버(20) 내부에 배열되는 석영관 램프히터(11)의 박막 증착상태를 감지하기 위해 진공챔버(20) 내부에 설치되는 박막두께감지센서(90)와, 상기 박막두께감지센서(90)를 통해 박막의 증착상태를 감지하여 미리 입력된 증차관련 설정데이터에 따라 근적외선투과 다층박막이 증착되도록 전자총(30)의 파워, 전자총(30)에 설치된 증착물질의 포켓지정 및 전자총의 셔터(Shutter)를 조절 제어하는 박막증착콘트롤러(100), 및 소정의 입력정보와 설정 프로그램에 따라 상기 진공펌프(도시 안됨), 진공밸브(도시 안됨), 공자전지그(10), 전자총(30), 박막증착콘트롤러(100)와 같은 주변기기를 순차적으로 동작 또는 정지시켜 근적외선 투과 다층박막 증착작업을 자동 제어하는 메인콘트롤러(110)를 포함하는 박막증착부 만으로 구성되는 단순 전자총 방식의 다층박막 증착장치가 제공될 수 있다. As another embodiment of the deposition apparatus according to the present invention, except for the plasma generator 40 in the deposition apparatus as described above, the outlet 21 and the reaction gas supply means (not shown) connected to the vacuum pump (not shown) and A vacuum chamber 20 having a connected reaction gas inlet 23, an electron gun 30 disposed inside the vacuum chamber 20 to evaporate the high melting point deposition material 1, and the vacuum chamber 20. A condenser battery 10 installed therein to co-rotate the lamp heater 11 so that the deposition material is deposited into a near-infrared multilayer thin film with a constant refractive index and thickness on the entire surface of the quartz tube lamp heater 11, and the vacuum chamber (20) through the thin film thickness sensor 90 and the thin film thickness sensor 90 installed in the vacuum chamber 20 to detect the thin film deposition state of the quartz tube lamp heater 11 arranged inside Deposition related to the pre-input increase by detecting the deposition state of the thin film A thin film deposition controller 100 for controlling the power of the electron gun 30, the pocket designation of the deposition material installed on the electron gun 30, and the shutter of the electron gun so as to deposit the near-infrared multilayer thin film according to the positive data, and a predetermined According to input information and a setting program, peripheral devices such as the vacuum pump (not shown), the vacuum valve (not shown), the fusion battery cell 10, the electron gun 30, the thin film deposition controller 100 are sequentially operated or stopped. A simple electron gun type multilayer thin film deposition apparatus including only a thin film deposition unit including a main controller 110 for automatically controlling a near infrared transmission multilayer thin film deposition operation may be provided.
물론, 단순 전자총 방식의 다층박막 증착장치보다 도 4와 같은 플라즈마를 이용한 고내열성 다층박막 증착장치로 형성되는 박막이 더욱 우수한 물리적 특성을 구비함은 당연하다 할 것이다. Of course, the thin film formed by the high heat resistance multilayer thin film deposition apparatus using the plasma as shown in FIG. 4 than the simple electron gun type multilayer thin film deposition apparatus will have a more excellent physical properties.
이하, 본 발명에 따른 고내열성 다층박막 증착장치를 사용한 증착방법에 관하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, a deposition method using the high heat resistant multilayer thin film deposition apparatus according to the present invention will be described in detail.
우선, 박막형성부 측은 진공챔버(20) 내부에 설치되어 증착작업이 끝나면 석영관 램프히터와 함께 진공챔버에서 반출되는 공자전지그(10)에 피증착체인 석영관 램프히터를(11) 배열하고 진공챔버(20)를 밀봉한 다음, 진공펌프를 가동하여 진공챔버(20) 내부를 저진공에서 고진공 상태로 점진적으로 변화하도록 한다.First, the thin film forming unit is installed inside the vacuum chamber 20, and when the deposition operation is completed, the quartz tube lamp heater 11, which is a vapor-deposited body, is arranged on the condenser battery 10 to be discharged from the vacuum chamber together with the quartz tube lamp heater. After sealing the chamber 20, the vacuum pump is operated to gradually change the inside of the vacuum chamber 20 from a low vacuum to a high vacuum.
요구되는 압력의 고진공 상태에 도달하면, 반응가스주입구(23)로 산소(O2), 아르곤(Ar) 등과 같은 반응가스를 주입한다.When the high vacuum state at the required pressure is reached, a reaction gas such as oxygen (O 2 ), argon (Ar), or the like is injected into the reaction gas inlet 23.
전자총(30)을 가열하여 고융점의 증착재료(1)를 증발시키며, 동시에 플라즈마발생기(40)를 가동하여 플라즈마를 발생시킨다. 즉, 플라즈마발생기(40)에서는 방전필라멘트(50)에 방전필라멘트전원(55)으로 전압을 인가하고, 비활성기체 주입구(35)로 비활성기체인 아르곤가스 등이 주입된 상태에서, 방전유도전극(60)에 방전유도전원(65)으로 전압을 인가하여 방전필라멘트(50)로부터 전자가 방전됨과 동시에 플라즈마발생기(40)의 끝단부에 열음극 아크방전에 의한 플라즈마가 발생되도록 한다. 그리고, 가속유도전원(75)으로 전압을 인가시킨 방전유도전극(60) 전방의 가속유도전극(80)을 사용하여 플라즈마발생기(40) 내부에 발생된 플라즈마 중의 전자를 전자빔 형태로 진공챔버(20) 내의 석영관 램프히터(11)의 표면 및 증착되고 있는 증발원상의 공간으로 가속시킨다.The electron gun 30 is heated to evaporate the high melting point deposition material 1, and at the same time, the plasma generator 40 is operated to generate plasma. That is, the plasma generator 40 applies a voltage to the discharge filament power source 55 to the discharge filament 50, and discharges the induction electrode 60 while argon gas, which is an inert gas, is injected into the inert gas injection hole 35. A voltage is applied to the discharge induction power supply 65 to discharge electrons from the discharge filament 50 and to generate plasma by hot cathode arc discharge at the end of the plasma generator 40. Then, the electrons in the plasma generated in the plasma generator 40 by using the acceleration induction electrode 80 in front of the discharge induction electrode 60 to which the voltage is applied to the acceleration induction power source 75 in the form of an electron beam vacuum chamber 20 Is accelerated to the surface of the quartz tube lamp heater 11 and the space on the evaporation source being deposited.
이때, 전자총(30)에서 증발된 증착재료 입자 및 진공챔버(20)에 반응가스로 주입되는 산소가 플라즈마발생기(40)로부터 조사된 전자빔에 의해 이온화되어 진공챔버(20) 내부에 고밀도의 전자빔 여기 플라즈마(EBEP)가 생성되고, 이 상태에서 피증착체인 석영관 램프히터(11) 주변에 인가용 전원(15)으로 전압을 인가하여 석영관 램프 표면에 증착되고 있는 증착물질에 물리적 플라즈마 반응에 의해 조밀하고 부착력이 강한 근적외선투과 다층박막이 증착되도록 한다. 즉, 진공챔버 내부에 생성된 고밀도 플라즈마의 반응에 의해 전압이 인가된 석영관 램프히터의 주변으로 플라즈마 반응이 가속되어 석영관 램프히터의 표면에 증착되는 증착재료 입자가 조밀하게 증착되는 것이다.At this time, the deposition material particles evaporated in the electron gun 30 and the oxygen injected into the vacuum chamber 20 as the reaction gas are ionized by the electron beam irradiated from the plasma generator 40 to excite the high-density electron beam inside the vacuum chamber 20. Plasma (EBEP) is generated, and in this state, a voltage is applied to the power source 15 for application around the quartz tube lamp heater 11, which is a deposited material, by physical plasma reaction to the deposition material being deposited on the surface of the quartz tube lamp. Allows the deposition of dense, strong near-infrared multilayer thin films. That is, the plasma reaction is accelerated around the quartz tube lamp heater to which the voltage is applied by the reaction of the high density plasma generated inside the vacuum chamber, and the deposition material particles deposited on the surface of the quartz tube lamp heater are densely deposited.
그리고, 증착이 진행되는 중에는 박막두께감지센서(90)에 의해 박막의 증착상태와 관련한 정보가 감지되어 박막증착콘트롤러(100)에 전달되며, 박막증착콘트롤러(100)에 의해 이미 설정된 프로그램대로 근적외선투과 다층박막이 증착되도록 전자총의 파워, 전자총에 설치된 증착물질의 포켓지정 및 전자총의 셔터(Shutter)를 조절 제어하여 고내열성 근적외선 투과 다층박막을 형성할 수 있게 되는 것이다.In addition, while the deposition is in progress, information related to the deposition state of the thin film is sensed by the thin film thickness sensor 90 and is transmitted to the thin film deposition controller 100, the near-infrared transmission as the program already set by the thin film deposition controller 100. By controlling the power of the electron gun, the pocket designation of the deposition material installed on the electron gun, and the shutter of the electron gun so as to deposit the multilayer thin film, it is possible to form a high heat-resistant near-infrared multilayer thin film.
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이상과 같은 증착과정은 박막증착콘트롤러(100)와 상기 박막증착콘트롤러(100)에 연결된 메인콘트롤러(110)에 의해 제어될 수 있으므로, 변경된 다양한 증착조건에서 증착과정이 진행될 수 있다. Since the deposition process as described above may be controlled by the thin film deposition controller 100 and the main controller 110 connected to the thin film deposition controller 100, the deposition process may be performed under various deposition conditions.
좀 더 상세히 설명하면, 메인콘트롤러(110)는 박막증착콘트롤러(100)와 진공압력계, 진공밸브 등과 연결되어 진공챔버(20) 내부의 진공도에 대한 정보를 수신하고, 박막증착콘트롤러(100)와 연동으로 전자총(30)과 연결되어 전자총(30)을 제어하고, 또한 플라즈마발생기 제어용 콘트롤러(도시안됨)와 연결되어 각각에 인가되는 전압을 조절하여 플라즈마의 조사량과 가속정도 등을 조절하게 된다. 더불어, 비활성기체 주입구(35) 및 반응가스 주입구(23)에 각각 구비된 밸브와 연결되어 주입되는 비활성기체 및 반응가스의 주입량을 조절하고, 배출구에 구비된 밸브 및 진공펌프와 연결되어 진공도를 조절하게 된다. In more detail, the main controller 110 is connected to the thin film deposition controller 100, a vacuum pressure gauge, a vacuum valve, and the like to receive information on the degree of vacuum inside the vacuum chamber 20, and interlocks with the thin film deposition controller 100. It is connected to the electron gun 30 to control the electron gun 30, and also connected to the plasma generator control controller (not shown) to adjust the voltage applied to each to control the irradiation amount and acceleration degree of the plasma. In addition, the inert gas inlet 35 and the reactive gas inlet 23 are connected to the valves respectively provided to adjust the injection amount of the inert gas and the reactive gas injected, and the valve and the vacuum pump provided in the outlet to control the degree of vacuum Done.
한편, 박막증착콘트롤러(100)는 수신된 정보를 메인콘트롤러(110)에 전송하게 되고, 메인콘트롤러(110)는 수신된 정보를 처리하여 자체에 연결된 구성요소를 제어하기도 하고, 요구되는 명령신호를 박막증착콘트롤러(100)에 제공하며, 박막증착콘트롤러(100)는 다시 명령신호에 따라 자체에 연결된 구성요소들을 제어하게 되는 것이다.On the other hand, the thin film deposition controller 100 transmits the received information to the main controller 110, the main controller 110 processes the received information to control the components connected to itself, the command signal required Provided to the thin film deposition controller 100, the thin film deposition controller 100 is to control the components connected to the self in accordance with the command signal again.
이하, 본 발명에 따른 고내열성 다층박막 증착장치 및 증착방법을 사용하여 여러 종류의 고융점 증착재료로 형성한 여러 종류의 다층박막의 물성 및 특징에 관하여 설명한다.Hereinafter, the physical properties and characteristics of various types of multilayer thin films formed of various types of high melting point deposition materials using the high heat resistance multilayer thin film deposition apparatus and the deposition method according to the present invention will be described.
실험예 1Experimental Example 1
본 발명에 따른 고내열성 다층박막 증착장치 및 증착방법을 사용하여 CeO2 와 SiO2 가 교대로 증착된 30층의 가시광선 차단 및 근적외선 투과 다층박막을 형성하였다. 이와 같이 30층으로 형성된 CeO2/SiO2 다층박막의 파장에 따른 투과율은 도 5a에 도시한 바와 같다. 요약하면, 총 두께는 2253nm 이고, 통과대역(pass band)에서는 93.7%, 저지대역(stop band)에서는 1.3%의 평균투과율을 보이는 결과를 보였다.By using the high heat resistance multilayer thin film deposition apparatus and the deposition method according to the present invention, 30 layers of visible light blocking and near infrared ray transmitting multilayer thin films in which CeO 2 and SiO 2 were alternately deposited were formed. The transmittance according to the wavelength of the CeO 2 / SiO 2 multilayer thin film formed of 30 layers is as shown in FIG. 5A. In summary, the total thickness was 2253 nm, and the average transmittance was 93.7% in the pass band and 1.3% in the stop band.
실험예 2Experimental Example 2
본 발명에 따른 고내열성 다층박막 증착장치 및 증착방법을 사용하여 Fe2O3 와 SiO2가 교대로 증착된 16층의 다층박막 및 20층의 다층박막을 근적외선 투과체에 형성하였다. 이와 같이, 각각 16층 및 20층으로 형성된 FeO2/SiO2 다층박막의 파장에 따른 투과율은 도 5b에 도시한 바와 같다. 요약하면, 16층 FeO2/SiO2 다층박막의 경우, 총 두께는 1100nm 이고, 통과대역(pass band)에서는 93%, 저지대역(stop band)에서는 1.8%의 평균투과율을 보였으며, 20층 FeO2/SiO2 다층박막의 경우, 총 두께는 1350nm 이고, 통과대역(pass band)에서는 95%, 저지대역(stop band)에서는 0.5%의 평균투과율을 보였다.By using the high heat resistance multilayer thin film deposition apparatus and the deposition method according to the present invention, 16 multilayer thin films and 20 multilayer thin films in which Fe 2 O 3 and SiO 2 were alternately deposited were formed on the near-infrared rays. As described above, the transmittance according to the wavelength of the FeO 2 / SiO 2 multilayer thin film formed of 16 layers and 20 layers, respectively, is as shown in FIG. 5B. In summary, for the 16-layer FeO 2 / SiO 2 multilayer thin film, the total thickness was 1100 nm, and the average transmittance was 93% in the pass band and 1.8% in the stop band. In the case of the 2 / SiO 2 multilayer thin film, the total thickness was 1350 nm, and the average transmittance was 95% in the pass band and 0.5% in the stop band.
실험예 1과 실험예 2의 결과를 보면, 근적외선 영역인 통과대역에서 90%이상의 투과율을 보이고 있으며, 가시광선영역인 저지대역에서 1% 전후의 투과율을 보이고 있음을 알 수 있으며, 이 결과는 본 발명에 따른 고내열성 다층박막 증착장치 및 증착방법으로 증착된 다층박막이 근적외선 석영관 램프히터와 같은 용도로 사용할 경우 성능이 매우 우수함을 나타내고 있다.The results of Experimental Example 1 and Experimental Example 2 show that the transmittance of more than 90% in the pass band, the near infrared region, and the transmittance around 1% in the stop band, the visible region. The high heat resistance multilayer thin film deposition apparatus and the deposition method according to the present invention shows that the performance is very excellent when the multilayer thin film is used for the same purpose as the near-infrared quartz tube lamp heater.
실험예 3Experimental Example 3
본 발명에 따른 고내열성 다층박막 증착장치 및 증착방법으로 증착된 Ta2O5/SiO2 다층박막과 단순 전자총 방식의 다층박막 증착장치 및 증착방법으로 증착된 Ta2O5/SiO2 다층박막을 SEM분석, 박막물성평가장치를 통한 부착력 측정 등을 통하여 특성을 비교해 보았다.A highly heat-resistant multi-layer thin film deposition apparatus and the deposited Ta 2 O to the deposition method 5 / SiO 2 multilayer films and simple electron gun system of the multi-layer thin-film deposition of Ta 2 O 5 / SiO 2 multilayer thin film deposited by the device and the deposition method according to the invention The characteristics were compared through SEM analysis and adhesion measurement by thin film property evaluation device.
도 6에 19층으로 증착된 Ta2O5/SiO2 다층박막의 SEM 분석사진이 도시되어 있으며, 이를 참조하면, 도 6a에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 고내열성 다층박막 증착장치를 사용하여 형성한 Ta2O5/SiO2 다층박막이 도 6b에 도시된 바와 같은 단순 전자총 방식의 다층박막 증착장치를 사용하여 형성한 Ta2O5/SiO2 다층박막과 비교했을 때 우수한 표면 평활성(surface smoothness)을 갖는다는 것을 알 수 있다.6 shows an SEM analysis of the Ta 2 O 5 / SiO 2 multilayer thin film deposited as a 19 layer, referring to this, using a high heat resistance multilayer thin film deposition apparatus according to the present invention as shown in Figure 6a forming a Ta 2 O 5 / SiO 2 when the multi-layer thin film, compared with the simple electron gun system the multi-layer thin film deposition apparatus of a Ta 2 O 5 / SiO 2 multilayer films formed by using the same shown in Figure 6b excellent surface smoothness (surface smoothness).
또한, 19층으로 증착된 다층박막을 박막물성평가장치를 통해 측정한 부착력 값을 비교해본 결과 본 발명에 따른 고내열성 다층박막 증착장치를 사용하여 형성한 Ta2O5/SiO2 다층박막이 4798.57MPa 의 부착력을 갖는 반면에, 단순 전자총 방식의 다층박막 증착장치를 사용하여 형성한 Ta2O5/SiO2 다층박막은 상대적으로 약한 3162.40MPa의 부착력을 갖고 있음이 밝혀졌다.In addition, as a result of comparing the adhesive force values measured by the thin film property evaluation apparatus with the multilayer thin film deposited with 19 layers, the Ta 2 O 5 / SiO 2 multilayer thin film formed using the high heat resistant multilayer thin film deposition apparatus according to the present invention was 4798.57. On the other hand, it was found that Ta 2 O 5 / SiO 2 multilayer thin films formed using a simple electron gun multilayer thin film deposition apparatus had a relatively weak adhesion of 3162.40 MPa.
그리고, 도 7에 본 발명에 따른 고내열성 다층박막 증착장치로 형성한 Ta2O5/SiO2 다층박막의 굴절율 재현성을 알 수 있는 그래프가 도시되어 있으며, 이를 참조하면 층수가 변화함에 따른 굴절율의 변동폭을 매우 작음을 알 수 있다. 이와 같이 굴절율의 변동폭이 작다는 것은 박막이 매우 조밀하다는 것을 나타내는 것이다.7 is a graph showing the refractive index reproducibility of the Ta 2 O 5 / SiO 2 multilayer thin film formed by the high heat resistant multilayer thin film deposition apparatus according to the present invention. It can be seen that the variation is very small. The small fluctuation range of the refractive index thus indicates that the thin film is very dense.
더불어, 도 8에 19층으로 형성된 Ta2O5/SiO2 다층박막의 파장이동이 도시되어 있으며, 이를 참조하면 본 발명에 따른 고내열성 다층박막 증착장치를 이용하여 형성한 다층박막은 단파장 및 장파장에서의 파장이동이 모두 매우 작고, 뿐만아니라 석영관 램프히터의 길이 방향 모든 지점이 파장이동에는 거의 변화가 없는 것을 알 수 있다. 반면에, 단순 전자총 방식 다층박막 증착장치를 이용하여 형성한 다층박막은 단파장 및 장파장에서의 파장이동이 기본적으로 고내열성 다층박막 증착장치를 이용하여 형성한 다층박막에 비하여 매우 크고, 단파장과 장파장에서의 파장이동 차가 또한 크며, 뿐만아니라 석영관 램프히터로의 길이 방향 모든 지점이 파장이동에는 거의 변화가 없는 것을 알 수 있다. 반면에, 단순 전자총 방식 다층박막 증착장치를 이용하여 형성한 다층박막은 단파장 및 장파장에서의 파장이동이 기본적으로 고내열성 다층박막 증착장치를 이용하여 형성한 다층박막에 비하여 매우 크고, 단파장과 장파장에서의 파장이동 차가 또한 크며, 뿐만 아니라 석영관램프로부터의 거리가 변화함에 따른 파장이동변화가 극심함을 알 수 있다. 또한, (-)파장이동은 임계점 근처에서 근적외선 영역에서 가시광선 영역으로의 파장이동을 의미하여 근적외선 투과 용도의 다층박막 형성에는 고내열성 다층박막 증착장치를 사용하는 것이 더욱 유리하다는 것을 알 수 있다.In addition, the wavelength shift of the Ta 2 O 5 / SiO 2 multilayer thin film formed of 19 layers is shown in FIG. 8. Referring to this, the multilayer thin film formed using the high heat-resistant multilayer thin film deposition apparatus according to the present invention has short wavelength and long wavelength It can be seen that the wavelength shift at is very small, as well as almost no change in wavelength shift at all points in the longitudinal direction of the quartz tube lamp heater. On the other hand, the multilayer thin film formed by using the simple electron gun type multilayer thin film deposition apparatus is basically larger in wavelength shift in short wavelength and long wavelength than the multilayer thin film formed using the high heat resistant multilayer thin film deposition apparatus. The difference in wavelength shift is also large, and it can be seen that all the points in the longitudinal direction to the quartz tube lamp heater show little change in wavelength shift. On the other hand, the multilayer thin film formed by using the simple electron gun type multilayer thin film deposition apparatus is basically larger in wavelength shift in short wavelength and long wavelength than the multilayer thin film formed using the high heat resistant multilayer thin film deposition apparatus. It can be seen that the wavelength shift difference is also large, and that the wavelength shift change is extreme as the distance from the quartz tube lamp changes. In addition, the (-) wavelength shift means the wavelength shift from the near infrared region to the visible light region near the critical point, it can be seen that it is more advantageous to use a high heat resistance multilayer thin film deposition apparatus for forming a multilayer thin film for the near infrared transmission.
도 8의 그래프를 좀 더 상세히 해석하면, 진공상태에서는 파장이동이 발생하지 않고 대기중에서는 습도 등에 의해 파장이동의 변화가 발생한다는 특성을 감안할 때, 온도가 100℃로 증가하면서 박막이 함유하고 있는 수분이 증발하여 습도 증가에 따른 굴절율 변화가 야기될 수 있는 가능성이 있지만, 고내열성 다층박막 증착장치 및 증착방법에 의해 형성된 다층박막은 매우 조밀하여 온도변화와 습도변화에 따른 파장이동이 최소화된다는 것을 의미한다. When the graph of FIG. 8 is interpreted in more detail, in consideration of the characteristic that the wavelength shift does not occur in the vacuum state and the change of the wavelength shift occurs due to humidity or the like in the air, the thin film is contained while the temperature is increased to 100 ° C. It is possible that the evaporation of moisture may cause a change in refractive index due to the increase in humidity, but the multilayer thin film formed by the highly heat resistant multilayer thin film deposition apparatus and the deposition method is very dense, thereby minimizing the wavelength shift due to temperature change and humidity change. it means.
이상의 실험예에서 알 수 있는 바와 같이, 고내열성 다층박막 증착장치를 사용하여 형성한 다층박막은 단순 전자총 방식의 다층박막 증착장치를 사용하여 형성한 다층박막과 비교했을 때, 높은 조밀도의 박막증착이 가능하여 높은 굴절율을 갖는 다층박막을 형성할 수 있으며, 박막 표면의 평활성이 우수하고, 흡수율이 낮으며, 부착력이 강하여 고품질의 고내열성 박막형성이 가능함을 알 수 있다. 즉 부착력이 강하다는 것은 고열과 충격에 의한 박막의 파손이 감소되고, 따라서 내구성이 강하고 내열성이 우수한 박막을 제공할 수 있다는 것이다. As can be seen from the above experimental example, the multilayer thin film formed by using the high heat resistance multilayer thin film deposition apparatus, compared with the multilayer thin film formed by using the multilayer thin film deposition apparatus of a simple electron gun method, the thin film deposition of high density It can be seen that it is possible to form a multilayer thin film having a high refractive index, excellent smoothness of the surface of the thin film, low water absorption, strong adhesion, it can be seen that high-quality high heat-resistant thin film can be formed. That is, the strong adhesive force means that the breakage of the thin film due to high heat and impact is reduced, thus providing a thin film having high durability and excellent heat resistance.
한편, 본 발명에 따른 고내열성 다층박막 증착장치 및 증착방법은, SiO2, TiO2, Al2O3, Fe2O3, ZrO2, CeO2, Ta2O5 등 이상의 실험예에 나타난 증발재료를 포함한 매우 다양한 종류의 증발재료를 증착시킬 수 있으며, 따라서 이상의 실험예에 나타난 종류의 다층박막으로는 SiO2 를 기본물질로 사용하고 Fe2O3, TiO2, Al2O3, ZrO2, CeO2 또는 Ta2O5 중의 한 물질을 증착재료로 사용하여 교대로 증착한 매우 다양한 종류의 다층박막을 형성할 수 있는 장점을 갖는다.On the other hand, the highly heat-resistant multilayer thin film deposition apparatus and deposition method according to the present invention, evaporation shown in the above experimental examples such as SiO 2 , TiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , ZrO 2 , CeO 2 , Ta 2 O 5 It is possible to deposit a wide variety of evaporation materials, including materials. Therefore, SiO 2 is used as the base material and Fe 2 O 3, TiO 2 , Al 2 O 3, and ZrO 2 are used as the multilayer films of the types shown in the above examples. By using one of CeO 2 or Ta 2 O 5 as a deposition material, it is advantageous to form a wide variety of multilayer thin films deposited alternately.
그 밖에도, 이상과 같은 본 발명에 따른 고내열성 다층박막 증착장치 및 증착방법은, 플라즈마의 회전 유입되는 성질이 양호하여 기판의 형상이 복잡한 경우에도 박막 형성이 용이하고, 석영관램프 전체에 걸쳐 균일한 박막형성이 가능하며, 대형의 석영관램프에도 박막형성이 가능하다.In addition, the high heat-resistant multilayer thin film deposition apparatus and the deposition method according to the present invention as described above have a good rotational flow property of plasma, so that a thin film is easily formed even when the shape of the substrate is complicated, and is uniform throughout the quartz tube lamp. A thin film can be formed, and a thin film can be formed even in a large quartz tube lamp.
더불어, 박막 형성 속도가 빠르고, 다양한 증착재료의 사용이 가능하며, 고온 및 저온에서 박막증착이 가능하고, 침수차단성이 우수하며, 대량 생산시스템 구축시 높은 경제성을 갖는 등 매우 많은 장점을 갖는다. In addition, the formation rate of the thin film is fast, it is possible to use a variety of deposition materials, the thin film deposition at high and low temperatures, the immersion barrier is excellent, there is a lot of advantages, such as having a high economic efficiency when building a mass production system.
이상과 같은 본 발명에 따른 근적외선 투과 고내열성 다층박막 증착장치 및 증착방법을 제공함으로써, 고내열성 가시광선 차단 및 근적외선 투과 다층박막 필터를 제공할 수 있게 되고, 따라서 석영관 램프히터의 표면온도가 900℃ 정도에서 견디고, 0.8 내지 2.0㎛ 대역의 파장 방사율이 90% 이상이며, 가시광선 방사율이 1% 이하인 고효율의 근적외선 석영관 램프히터를 제공할 수 있게 된다. By providing the near infrared transmission high heat resistant multilayer thin film deposition apparatus and the deposition method according to the present invention as described above, it is possible to provide a high heat resistant visible light blocking and near infrared transmission multilayer thin film filter, and thus the surface temperature of the quartz tube lamp heater is 900 It is possible to provide a near-infrared quartz tube lamp heater having a high degree of endurance of about 0.8%, a wavelength emissivity of 0.8 to 2.0 占 퐉 or more, and a visible light emissivity of 1% or less.
또한, 난방이나 건조용도의 가열램프 뿐만 아니라, 반도체, LCD, PDP, 광학산업 등 진공증착이 필요한 분야의 생산공정에 적용되어 고품질의 박막형성이 가능하게 된다. In addition, not only the heating lamp for heating or drying, but also applied to the production process of the field requiring vacuum deposition such as semiconductor, LCD, PDP, optical industry, high quality thin film can be formed.
이상에서 본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 변경, 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다. While the invention has been shown and described in connection with specific embodiments, it is conventional in the art that various changes, modifications and variations are possible without departing from the spirit and scope of the invention as indicated by the appended claims. Anyone with knowledge of this will easily know.
도 1은 일반적인 파장에 따른 전자기파의 분류를 도시한 도면.1 is a diagram illustrating a classification of electromagnetic waves according to a general wavelength.
도 2는 일반적인 태양과 백열램프 복사선의 파장에 따른 분포곡선을 도시한 그래프.Figure 2 is a graph showing the distribution curve according to the wavelength of the typical sun and incandescent lamp radiation.
도 3은 일반적인 근적외선 투과 필터를 이용한 근적외선 가열히터의 원리를 도시한 그래프.Figure 3 is a graph showing the principle of the near infrared heating heater using a general near infrared transmission filter.
도 4는 본 발명에 따른 고내열성 다층박막 증착장치를 개략적으로 도시한 개념도.Figure 4 is a conceptual diagram schematically showing a high heat resistant multilayer thin film deposition apparatus according to the present invention.
도 5는 본 발명에 의한 다층박막의 파장에 따른 투과율을 도시한 그래프로서, 도 5a는 30층으로 형성된 CeO2/SiO2 다층박막의 투과율을 도시한 그래프이고, 도 5b는 16층 및 20층으로 형성된 Fe2O3/SiO2 다층박막의 투과율을 함께 도시한 그래프.5 is a graph showing the transmittance according to the wavelength of the multilayer thin film according to the present invention, Figure 5a is a graph showing the transmittance of the CeO 2 / SiO 2 multilayer thin film formed of 30 layers, Figure 5b is 16 layers and 20 layers A graph showing the transmittance of the Fe 2 O 3 / SiO 2 multilayer thin film formed as a.
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도 6은 본 발명에 의한 19층으로 증착된 다층박막을 SEM 분석으로 촬영한 사진으로, 도 6a는 본 발명에 따른 고내열성 다층박막 증착장치를 사용하여 형성한 Ta2O5/SiO2 다층박막의 사진이고, 도 6b는 단순 전자총 방식의 다층박막 증착장치를 사용하여 형성한 Ta2O5/SiO2 다층박막의 사진.6 is a photograph taken by SEM analysis of the multilayer thin film deposited in 19 layers according to the present invention, Figure 6a is a Ta 2 O 5 / SiO 2 multilayer thin film formed using a high heat resistance multilayer thin film deposition apparatus according to the present invention 6b is a photograph of a Ta 2 O 5 / SiO 2 multilayer thin film formed using a multilayer electron thin film deposition apparatus of a simple electron gun method.
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도 7은 본 발명에 따른 고내열성 다층박막 증착장치로 형성한 Ta2O5/SiO2 다층박막의 층수에 따른 굴절율 재현성을 도시한 그래프.7 is a graph illustrating refractive index reproducibility according to the number of layers of a Ta 2 O 5 / SiO 2 multilayer thin film formed by a high heat resistant multilayer thin film deposition apparatus according to the present invention.
도 8은 본 발명에 따른 고내열성 다층박막 증착장치를 이용하여 형성한 다층박막과 단순 전자총 방식 다층박막 증착장치를 이용하여 형성한 다층박막을 비교하여 도시한 그래프.8 is a graph showing a comparison between a multilayer thin film formed using a high heat resistant multilayer thin film deposition apparatus according to the present invention and a multilayer thin film formed using a simple electron gun multilayer thin film deposition apparatus.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1: 증착재료 10: 공자전지그11: 석영관 램프히터 15: 인가용전원DESCRIPTION OF REFERENCE NUMERALS 1 evaporation material 10 a fusion battery 11 a quartz tube lamp heater 15 power supply for application
20: 진공챔버 21: 배출구20: vacuum chamber 21: outlet
23: 반응가스주입구 30: 전자총35: 비활성기체 주입구 40: 플라즈마발생기50: 방전필라멘트 55: 필라멘트전원60: 방전유도전극 65: 방전유도전원75: 가속전원 80: 가속유도전극 어셈블리85: 가속유도전극 87: 코일90: 박막두께감지센서 100: 박막증착콘트롤러23: reaction gas inlet 30: electron gun 35: inert gas inlet 40: plasma generator 50: discharge filament 55: filament power 60: discharge induction electrode 65: discharge induction power 75: acceleration power 80: acceleration induction electrode assembly 85: acceleration induction electrode 87: coil 90: thin film thickness sensor 100: thin film deposition controller
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110: 메인콘트롤러110: main controller
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