KR102013503B1 - 기판 위에 반사 감소층을 형성하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라스틱 기판(20)의 표면(21) 위에 반사 감소층을 형성하기 위한 장치(1)에 관한 것이다. 장치는 플라스틱 기판(20)의 표면(21) 위에 베이스층(22)을 성막하기 위한 제 1 스퍼터링 장치(3), 코팅된 기판 표면(21)의 플라즈마 에칭 처리를 위한 플라즈마 소스(4) 및 기판 표면(21) 위에 보호층(24)을 성막하기 위한 제 2 스퍼터링 장치(5)를 포함한다. 상기 처리 장치들(3, 4, 5)은 함께 진공 챔버(2) 내에 배치되고, 상기 진공 챔버는 공정 가스를 위한 유입구(8)를 갖는다. 진공 챔버(2) 내의 처리 장치들(3, 4, 5) 사이에서 기판(20)의 이동을 위해 이송 장치(10)가 제공되고, 상기 이송 장치는 바람직하게 회전 테이블(11)로서 형성된다. 또한, 본 발명은 플라스틱 기판(20)의 표면(21) 위에 상기 반사 감소층을 형성하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

기판 위에 반사 감소층을 형성하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING A REFLECTION-REDUCING LAYER ON AN SUBSTRATE}

본 발명은 플라스틱 기판의 표면 위에 반사 감소층을 형성하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 방법을 실시하기 위한 장치에 관한 것이다.

투명 플라스틱으로 광학 소자의 제조 시 흔히 상기 소자들의 반사를 방지하고 이로써 상기 소자들의 광학 특성을 개선하는 것이 바람직하다. 이러한 반사 방지는, 기판의 표면 위에 반사 방지 코팅, 특히 다층 시스템을 성막함으로써 달성될 수 있다. 대안으로서 표면 위에 마이크로- 또는 나노 구조가 제공될 수 있다. 이러한 구조화는 양호한 재현성에 의해 광대역 반사 방지가 달성될 수 있는 장점을 제공한다.

DE 102 41 708 B4 호에 플라스틱 기판의 표면에 플라즈마 에칭 공정에 의해 나노 구조가 형성되는, 플라스틱 기판의 반사를 감소시키기 위한 방법이 기술되어 있다. 상기 나노 구조는 기판 표면에 에너지가 풍부한 이온 충격에 의해 제조되고, 상기 이온은 플라즈마-이온 소스에 의해 형성된다. 그러나, 상기 에칭 방법은 비교적 긴 공정 시간을 수반한다. 또한, 공정 시간은 상이한 기판 재료에 대해 매우 다를 수 있고, 이는 하나의 작업 과정에서 상이한 재료들의 처리를 어렵게 한다.

이러한 문제를 해결하기 위해 포괄적인 DE 10 2006 056 578 A1호는, 플라즈마 에칭 공정 전에 박막 층, 특히 박막 산화층을 플라스틱 기판 위에 성막하는 것을 제안한다. 상기 산화층은 후속하는 플라즈마 에칭 공정 시 공정 시간을 단축시키고, 또한 상이한 재료를 위해 필요한 공정 시간들이 서로 약간만 달라지는 효과를 제공한다. 박막 층은 바람직하게 반응성 스퍼터링에 의해 제공된다. 박막 층의 성막 후에 플라즈마 에칭에 의해 기판 표면에 플라스틱 기판 내로 연장된 일반적으로 50 nm 내지 200 nm의 나노 구조가 형성된다. 후속해서 투명한 보호층이 성막될 수 있고, 상기 보호층은 나노 구조를 외부 영향, 특히 기계적 손상으로부터 보호한다.

DE 10 2005 049 280 A1호에 플라스틱 기판의 표면에 나노 구조를 형성하기 위한 방법이 제안되고, 상기 방법에서 먼저 표면에 동일한 형태의 캐리어 층이 성막된 후에 섬 형태의 층이 성막된다. 섬 형태의 층은 캐리어 층의 구조화가 이루어지는 후속하는 에칭 공정 시 마스크 층으로서 작용한다. 에칭 공정은 예를 들어 반응성 이온 에칭에 의해 실시될 수 있다. 구조화된 캐리어 층은 기판의 표면에 소정의 나노 구조가 형성되는 추가 에칭 공정 시 에칭 마스크로서 이용된다.

또한, DE 10 2007 059 886 A1호에 광학 소자의 표면의 나노 구조화 방법이 공개되어 있고, 상기 방법에서 먼저 액체 래커층이 표면 위에 성막되고, UV-광 조사 또는 템퍼링에 의해 부분적으로 경화된다. 후속해서 플라즈마 에칭 방법에 의해 래커층의 표면에 나노 구조가 형성된다. 이어서 나노 구조화된 래커층은 UV-광의 추가 조사에 의해 또는 추가 템퍼링에 의해 완전히 경화된다.

상기 간행물들에 광학 소자를 위한 반사 감소 코팅을 형성하는 다양한 방법들이 공개되어 있는 한편, 상기 간행물들에는 상기 코팅을 대량으로 형성하기 위해 적합한 장치에 대해서는 제안되어 있지 않다. 일반적으로 상기 방법을 실시하기 위해 배치 모드(batch mode)에서 작동하는 설비가 이용되기 때문에, 상기 설비는 개별 공정 단계들 사이에 환기되어야 한다. 공정 단계후마다 설비의 이러한 일정한 환기 및 그에 따라 변동하는 잔류 가스 조성으로 인해 기판 위에 제공되는 표면 처리의 재현성이 악화된다. 또한, 차징 및 펌핑 시간으로 인해 상기 설비의 작업 처리량이 제한된다. 배치(batch)의 모든 기판 위에 박막 층의 균일한 증착은 어렵기 때문에 배치 내의 재현성은 악화된다.

본 발명의 과제는 플라스틱 표면의 효과적인 반사 방지가 이루어지도록 플라즈마 처리에 의해 플라스틱 기판의 표면을 개질할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 장치는 양호한 재현성을 보장하고, 간단하고 저렴하게 실시될 수 있어야 하고, 높은 작업 처리량과 전자동 공정 과정을 가능하게 해야 한다.

상기 과제는 독립 청구항의 특징에 의해 해결된다. 바람직한 실시예들은 종속 청구항의 대상이다.

플라스틱 기판의 표면 처리를 위한 본 발명에 따른 장치는 진공 챔버를 포함하고, 상기 진공 챔버 내에 상기 표면 처리를 위해 필요한 공정 스테이션들이 함께 수용된다. 플라스틱 기판은 렌즈와 같은 광학 용도에 적합한 PMMA, 폴리카보네이트 또는 그와 같은 플라스틱으로 이루어진다. 플라스틱 기판은 이송 장치 위에 배치되고, 상기 이송 장치에 의해 상기 기판은 공정 스테이션에서 공정 스테이션으로 이동될 수 있다.

제 1 공정 스테이션은 제 1 스퍼터링 장치에 의해 베이스층이 기판 위에 성막되는 스퍼터링 스테이션이다. 제 2 공정 스테이션은 플라즈마 소스를 포함하고, 코팅된 기판 표면의 플라즈마 에칭 처리를 위해 이용된다. 바람직하게 다른 스퍼터링 스테이션에서 제 2 스퍼터링 장치에 의해 처리된 기판 표면 위에 보호층이 성막된다. 또한, 장치는 공정 스테이션 내로 공정 가스를 제어하여 유입하기 위한 공급부, 진공 상태에서 기판의 삽입 및 배출을 위한 록(lock)을 포함한다.

배치 모드에서 작동하는 종래의 코팅 장치와 달리, 본 발명에 따른 장치는 고품질의 효율적이고 저렴한 플라스틱 기판의 표면 처리를 가능하게 한다. 진공 챔버 내의 잔류 가스 레벨은 낮고, 잔류 가스 조성은 일정하고, 이는 재현 가능한 공정 관리를 가능하게 한다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 (예를 들어 소형 플라스틱 렌즈의 반사 방지를 위해) 전자동 공정 과정을 가능하게 한다.

플라즈마 소스로서 DE 10 2009 018 912 A1호에 공개된 플라즈마 소스가 사용된다. 상기 플라즈마 소스는 플라즈마 챔버, 여기 전극, 및 N자극과 S자극을 포함하고, 이 경우 2개의 자극의, 각각 플라즈마로부터 떨어져 있는 측면은 여기 전극 후방에 배치되고, 상기 자극은 플라즈마 챔버의 내부를 향한다. 이로 인해 플라즈마 챔버의 내부로 돌출하여 만곡된 자기장 및 터널 형상의 영역이 형성되고, 상기 영역에서 하전된 입자들이 유지될 수 있고, 상기 입자들은 상기 영역을 따라 확산될 수 있다. 상기 플라즈마 소스는 특히 낮은 열 복사를 특징으로 하고, 이는 플라스틱 기판의 플라즈마 처리를 위해 결정적으로 중요하다. 이로 인해 베이스- 및 보호층의 반응성 플라즈마를 이용한 성막 시 그리고 반응성 플라즈마 에칭 공정 시 100 ℃보다 훨씬 낮은 기판의 온도, 예를 들어 < 80 ℃, 특히 < 60 ℃의 기판 온도가 달성될 수 있다.

또한, 적어도 DE 10 2009 018 912 A1호에 제시된 플라즈마 소스에 의해 또한 적어도 < 80 ℃, 바람직하게 < 60 ℃의 기판 온도에서 또는 50 ℃ 내지 80 ℃의 기판 온도에서, 방법은 기판 표면과 플라즈마 소스의 그리드 사이의 간격을 50 - 100 mm로 하여 실시될 수 있고, 특히 플라즈마 출력이 200 W 내지 400 W인 경우에 기판 내로 과도하게 높은 에너지 도입이 이루어지지 않는다. 이 경우, 추출 전극의 표면에 대해 플라즈마 소스의 출력 밀도가 0.5 - 1.5 W/㎠이면, 특히 바람직할 수 있다.

이송 장치는 공정 스테이션에서 공정 스테이션으로 플라스틱 기판을 연속해서 반복하여 이송하기 위해 이용된다. 이송 장치로서 바람직하게 회전 테이블이 사용되고, 상기 회전 테이블에 의해 240 rmp까지의 높은 회전 속도가 달성될 수 있다. 이러한 높은 이송 속도는 - 박막 층의 성막 시에도 - 배치의 모든 플라스틱 기판 위에서 균일한 층 두께를 보장하고, 이는 상기 배치 내의 높은 재현성을 보장한다. 이송 장치-스퍼터링 장치-플라즈마 소스-스퍼터링 장치 구성의 바람직한 실시예는 출원인의 WO 2004/050944 호에 제시된다.

또한, 장치는 이송 장치를 따라 처리 스테이션들이 배치된 인 라인 설비로서 형성될 수 있다: 스프터링 장치-플라즈마 소스-스퍼터링 장치 및 선택적으로 추가 탑 코트 소스.

더 큰 플라스틱 기판의 처리를 위해 이송 장치로서 드럼 설비가 이용될 수 있다. 이 경우 기판은 회전 가능한 드럼의 외벽에 배치되고, 처리 장치 또는 소스는 상기 드럼의 외측면 반대편에 배치된다.

바람직하게 기판의 투과 및/또는 반사의 인시튜(in-situ) 측정을 위한 측정 장치가 제공된다. 상기 측정 장치는 전체 처리 공정 동안 기판을 모니터링하고 적어도 하나의 활성 플라즈마 에칭 처리의 자동 중단을 위해 이용된다.

플라스틱 기판의 표면의 반사 방지를 위한 본 발명에 따른 방법은 다단계 공정이다. 먼저 스퍼터링 방법에 의해 박막 유전체 베이스층이 기판 위에 성막된다. 이렇게 스퍼터링된 플라스틱 표면은 후속해서 반응성 플라즈마 에칭에 의해 처리되고, 이 경우 플라스틱 표면에 구조가 형성되고, 상기 구조는 반사 방지 작용을 한다. 이어서 구조화된 플라스틱 표면에 보호층이 제공되고, 상기 보호층에 의해 개질된 플라스틱 표면은 기계적으로 안정화되고, 상기 보호층은 또한 2개의 제 2 공정 단계의 최적화를 제공한다.

베이스층의 성막은 플라즈마를 이용한 반응성 스퍼터링 방법(plasma-enhanced reactive sputtering method)에 의해 이루어진다. 베이스층은 바람직하게 원소 Ti, Zr, Cr, Si, Al, Ta, Nb 및/또는 Hf의 산화물, 불화물 또는 질화물을 포함한다. 베이스층의 두께는 바람직하게 1 내지 5 nm, 특히 바람직하게 1 내지 3 nm이다. 플라즈마 에칭은 바람직하게 산소를 포함하는 분위기에서 이루어진다.

보호층은 바람직하게 베이스층과 마찬가지로 플라즈마를 이용한 반응성 스퍼터링 방법에 의해 성막된다. 보호층의 재료로서 특히 원소 Si 및/또는 Al의 산화물이 바람직한 것으로 밝혀졌다. 보호층의 두께는 바람직하게 5 내지 50 nm, 특히 바람직하게 10 내지 30 nm이다.

플라스틱 표면에 규정된 표면 장력을 제공하기 위해, 특히 초소수성 특성을 얻기 위해, 보호층 외에 다른 층(소위 탑 코트)이 성막될 수 있다. 이러한 소수성 층은 방오 및/또는 발수 효과를 제공한다. 소수성 층은 바람직하게 플라즈마 중합화에 의해 성막된다. 탑 코트의 층 두께는 일반적으로 1 내지 20 nm, 바람직하게는 3 내지 10 nm이다.

플라스틱 기판을 보존하기 위해, 바람직하게 방법 단계들은 < 100 ℃, 바람직하게 < 70 ℃, 특히 바람직하게 60 ℃의 낮은 기판 온도에서 실시된다.

하기에서 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명된다.

도 1은 플라스틱 기판의 표면 처리를 위한 본 발명에 따른 장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 1a는 도 1에 따른 장치에서 이용되는 플라즈마 소스를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 플라즈마 처리 전에 성막된 베이스층의 층 두께의 함수로서, PMMA 8H로 이루어진 기판의 투과율 및 플라즈마 에칭 시간의 변화를 도시한 다이어그램.
도 3은 플라즈마 출력의 함수로서, PMMA 8H로 이루어진 기판의 투과율 및 플라즈마 에칭 시간의 변화를 도시한 다이어그램.
도 4는 이온 에너지의 함수로서, PMMA 8H로 이루어진 기판의 투과율 및 플라즈마 에칭 시간의 변화를 도시한 다이어그램.
도 5는 상이한 플라즈마 출력으로 플라즈마 에칭 처리된 다수의 샘플에 대해 파장의 함수로서, PMMA 8H로 이루어진 기판의 투과율을 도시한 다이어그램.
도 6은 파장의 함수로서 도 5의 샘플들의 반사율을 도시한 다이어그램.
도 7은 파장에 의존해서 도 5의 샘플들의 투과율와 반사율의 합을 도시한 다이어그램.

도면에서 서로 상응하는 부재들은 동일한 도면부호로 도시된다. 도면은 개략적인 실시예를 나타내고, 본 발명의 특정 파라미터를 반영하지 않는다. 또한, 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해서만 이용되고, 본 발명의 보호 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

도 1은 기판(20)의 표면(21) 위에 반사 감소층을 형성하기 위한 장치(1)의 개략도를 도시한다. 도 1은 다수의 기판 디스크(20)를 도시하고, 상기 기판 디스크들은 회전 테이블(11) 위에 원형으로 배치되고, 명료함을 위해 상기 기판 디스크들 중 몇 개에만 도면 부호가 제공된다. 기판 디스크(20)는 플라스틱, 예를 들어 PMMA로 이루어진다.

장치(1)는 진공 챔버(2)를 포함하고, 상기 진공 챔버의 내부 챔버에 다수의 공정 스테이션들(A, B, C)이 배치된다. 제 1 공정 스테이션(A)에 제 1 스퍼터링 장치(3)가 배치되고, 상기 스퍼터링 장치에서 플라즈마를 이용하는 반응성 스퍼터링 방법을 이용해서 기판 표면(21) 위에 베이스층(22)이 성막된다. 스퍼터링 장치(3)는 바람직하게, 나란히 배치된 2개의 니오븀 타깃을 구비한 나란히 배치된 2개의 마그네트론 장치를 포함하는 마그네트론 소스 시스템이다. 타깃에 셔터가 할당되고, 상기 셔터에 의해 스퍼터링 장치는 기판(20)에 대해 분리될 수 있다.

제 2 공정 스테이션(B)은 플라즈마 소스(4)를 포함하고, 상기 플라즈마 소스에 의해 코팅된 기판 표면(21)의 플라즈마 에칭 처리가 실시되고, 이로써 기판 표면은 나노 구조화(23)를 포함한다. 플라즈마 소스(4)는 추출 전극과 여기면을 갖는 HF-여기 전극을 구비한 플라즈마 용기를 포함하고, 상기 여기면은 매칭 네트워크(matching network)를 통해 HF-제너레이터에 연결된다. 여기 전극은 냉각수 용기에 열 결합될 수 있고, 실온에서 작동된다. 여기 전극은 예를 들어 알루미늄 전극으로서 형성될 수 있고, 상기 전극은 수냉식 구리 플레이트에 결합된다.

여기면과 추출 전극 사이에 플라즈마 챔버가 배치되고, 상기 챔버에서 플라즈마가 여기될 수 있고, 이 경우 추출 전극과 여기면의 표면은, 추출 전극의 고주파 전압 거의 전체가 강하하도록 형성된다. 또한, 자기장을 형성하기 위한 자석 장치가 제공되고, 상기 자석 장치는 N자극과 S자극을 갖고, 상기 자극들의, 각각 플라즈마 챔버로부터 멀어지는 측면은 여기 전극 후방에 배치되고, 상기 자극들은 플라즈마 챔버의 내부를 향한다. 이로 인해 플라즈마 챔버의 내부로 돌출하는 만곡된 자기장이 형성된다. N극과 S극 사이에 터널 형상의 영역이 형성되고, 상기 영역에서 하전된 입자들이 유지될 수 있고, 상기 영역을 따라 상기 하전된 입자들이 전파될 수 있다. 이온 밀도와 이온 에너지는 플라즈마 소스의 자계 강도에 의해 조절된다. 이러한 플라즈마 소스(4)는 예를 들어 DE 10 2009 018 912 A1호에 기술되어 있고, 상기 간행물의 공개 내용 전체는 본 발명에 참조로 포함된다.

플라즈마 소스(4)에 셔터가 할당되므로, 기판(20)에 대한 플라즈마 소스(4)의 작용이 의도대로 접속 및 차단될 수 있다. 제 3 공정 스테이션(C)에서 제 2 스퍼터링 장치(5)에 의해 처리된 기판 표면(21) 위에 보호층(24)이 성막된다. 제 2 스퍼터링 장치(5)는 바람직하게 제 1 스퍼터링 장치(3)와 동일하고 마찬가지로 셔터를 포함한다. 코팅을 오염 및 습기에 대해 민감하지 않게 만들기 위해, 공정 스테이션(D)에서 추가로 다른 보호층으로서 소수성 탑 코트(25)가 성막될 수 있다.

공정 스테이션들(A, B, C, D)은 바람직하게 스크린(7)에 의해 서로에 대해 차폐되고, 상기 스크린(7) 내의 슬롯을 통해서만 서로 연결된다. 이로 인해 공정 스테이션(A, B, C, D)의 진공에 따른 분리가 달성된다.

진공 챔버(2)를 진공화하기 위해 적어도 하나의 진공 펌프(9)가 제공된다. 또한, 진공 챔버(2)는 공정 가스를 의도대로 도입하기 위한 적어도 하나의 접속부(8)를 포함하고, 바람직하게는 각각의 공정 스테이션(A, B, C, D)은 상기 스테이션에서 필요로 하는 공정 가스의 선택적인 도입을 위한 각각의 접속부(8)를 포함한다. 공정 가스의 부분 압력은 이로써 실질적으로 서로 무관하게 조절될 수 있다. 바람직하게 보호 가스, 예컨대 아르곤 및 반응 가스, 바람직하게 산소의 혼합이 사용된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 장치(1)에 의해 다수의 기판(20)이 동시에 표면 처리될 수 있다. 기판(20)은 이송 장치(10) 위에 배치되고, 상기 이송 장치는 이 실시예에서 구동 회전 테이블(11)의 형상을 갖는다. 상기 회전 테이블(11)에 의해 기판(20)은 원형 경로 위에서 차례로 공정 스테이션(A, B, C, D)을 통해 이송되고(화살표 12), 특히 상기 공정 스테이션의 작용 범위를 여러 번 통과해서 이동되므로, 기판 표면(21)의 특히 균일한 공급이 달성될 수 있다. 하나의 공정 스테이션에서 다음 공정 스테이션으로 이송은 진공 챔버(2) 내부에서 이루어지고, 이 경우 진공 챔버(2)의 환기가 이루어지지 않아도 된다. 기판(20)의 이송을 위해 회전 테이블(11) 대신 드럼 장치가 이용될 수도 있다.

측정 장치(13)는 처리된 기판 표면(21)의 인시튜 측정을 위해, 특히 기판 표면의 투과율 및/또는 반사율을 측정하기 위해 이용된다. 측정 장치는 기판(20)에 성막된 코팅의 광학 특성의 검사를 가능하게 하고, 특히 기판(20)에서 성장하는 층의 층 두께를 모니터링하기 위해 이용될 수 있다.

장치(1)를 이용해서 반응성 스퍼터링 및 플라즈마 에칭에 의해 플라스틱 기판(20)의 표면은, 상기 표면에서 반사가 광대역으로 감소하도록 개질될 수 있다.

처리의 실시를 위해 처리될 기판 디스크(20)는 (도 1에 도시되지 않은) 록(lock)에 의해 진공 챔버(2) 내로 삽입되어 회전 테이블(11) 위에 배치된다. 후속해서 진공 챔버(2)가 폐쇄되고, 공정 스테이션(A)에서 불활성 가스(특히 아르곤) 및 반응성 가스(예를 들어 산소)에 적합한 부분 압력이 설정된다. 스퍼터링 장치(3)는 규정된 작동점으로 조절되고, 이 경우 공정의 안정화를 위해 셔터가 폐쇄된다. 이송 장치(10)의 회전 테이블(11)은 설정 속도록 가속화된다. 그리고 나서 기판(20)의 코팅이 시작된다. 이를 위해 셔터가 개방되므로, 스퍼터링 장치(3)에 의해 기판 표면(21) 위에 베이스층(22)이 증착된다. 소정의 층 두께는 코팅 시간 또는 회전 테이블(11)의 회전수에 의해 조절될 수 있다.

플라즈마 소스의 바람직한 실시예는 하기에서 더 정확히 설명된다.

도 1a는 진공 챔버(510) 내에 장착된 본 발명에 따른 HF-플라즈마 소스(501)의 횡단면도를 도시하고, 상기 플라즈마 소스는 플라즈마 용기(502), 추출 전극(503) 및 HF-전극 장치(504)를 포함한다. 가스 공급 장치(512)에 의해 공정- 및 반응 가스, 예컨대 아르곤과 산소가 플라즈마 용기(502) 내로 제공될 수 있다.

플라즈마 용기(502)는 정면과 후면을 갖고, 상기 정면과 후면 사이에 플라즈마 챔버(502a)가 배치된다. 또한, 플라즈마 용기(502)는 측벽(516)을 포함하고, 상기 측벽은 진공 챔버(510)의 내부로 돌출하고, 상기 측벽의 단부면에 플라즈마 용기(502)를 형성하는 추출 전극(503)의 정면이 배치되고, 상기 정면은 이로써 플라즈마 챔버(502a)를 진공 챔버의 내부(520)에 대해 투수성으로 제한한다. 추출 전극(503)은 만곡되어 형성될 수도 있다.

플라즈마 용기(502)는 도 1a의 도면 평면에 대해 수직인 평면에서 사각형 또는 원형 형상을 가질 수 있다. 도 1a에서 여기 전극(506)의 편평한 베이스면은 추출 전극과 달리 오목하게 또는 볼록하게 형성될 수도 있다. 물론, 플라즈마 용기(502)의 다른 형태도 고려될 수 있고, 본 발명에 포함될 수 있다.

플라즈마 소스는 플랜지(511)에 의해 진공 챔버벽(510)의 개구에 고정된다. 추출 그리드(503) 및 벽(516)은 도 1a의 실시예에서 진공 챔버 벽(510)에 전기 접속되어 접지 전위에 인가한다.

플라즈마 소스(501)는 부분적으로 플라즈마 용기(502) 외부에 배치된 HF-전극 장치(504)를 포함하고, 상기 전극 장치는 전극 홀더(507)를 구비하고, 상기 홀더는 절연 부재(514)에 의해 플라즈마 용기(502)에 대해 전기적으로 절연되어 플라즈마 용기(502)의 측벽(516)에 연결되고, 플레이트형 부재(505)를 포함하고, 상기 부재는 지지 부재(507a)에 의해 지지되고, 상기 지지 부재는 플라즈마 용기(502) 내로 돌출한다. 전극 홀더(507)는 횡단면으로 볼 때 수조와 유사한 형태이다. 전극 장치(504)의 후면은 보호 커버(513)에 의해 주변에 대해 분리되고, 이 경우 HF-출력은 HF-제너레이터에 연결될 수 있거나 또는 연결된 HF-공급부(513a)에 의해 HF-전극 장치(504)에 인가할 수 있거나 또는 인가된다. 도면에 도시되지 않지만 HF-매칭 네트워크가 제공된다.

플레이트형 부재(505)의 정면은 진공 챔버의 내부(520)를 향해 정렬된다. 플레이트형 부재(505)의 정면에 포트 형태의 여기 전극(506)이 제공되고, 상기 전극은 진공 챔버의 내부(502)를 향해 정렬된 내부면(506a)에 여기면을 갖고, 상기 여기 전극의 외부면(506d)에 의해 적어도 부분적으로 플레이트형 부재(505)의 정면과 접촉한다. 여기 전극(506)은 편평한 베이스 및 거기에 제공된 측벽(506c)를 포함하고, 상기 측벽은 플라즈마 챔버(502) 내로 돌출하는 단부 영역(단부면;506b)을 갖는다. 바람직하게 여기 전극(506)과 부재(505)는 결합되고, 따라서 플레이트형 부재(505)와 여기 전극(506) 사이의 양호한 열 및 전기 접촉이 보장된다. 여기 전극(506)은 알루미늄으로 이루어지고, 수냉식 구리 플레이트로서 형성될 수 있다. 측벽(506c)은 여기 전극(506)의 벽에 의해 형성된다.

플라즈마 용기의 측벽(516)과 여기 전극의 측벽(506c)은 서로 인접하게 배치되고, 갭(521)에 의해 서로 분리되고, 상기 갭은, 플라즈마 소스의 작동 시 여기 전극(506)과 측벽(516) 사이에 플라즈마가 형성될 수 없도록 치수 설계된다. 따라서 플라즈마 용기(502)의 측벽(516)은 갭(521)의 영역에 여기 전극(506)의 차폐면(516a)에 의한 차폐막을 구현한다.

플라즈마 용기(502)의 측벽(516) 영역은 진공 챔버의 내부(520)를 향해 측벽(506c) 위로 돌출하므로, 측벽(506c)의 단부 영역(506b) 위로 돌출한 측벽(516)의 영역은 플라즈마 소스(501)의 작동 시 플라즈마와 접촉하고 플라즈마 전극면(516b)과 함께 플라즈마 전극을 형성한다.

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플라즈마 소스(501)의 작동 시 여기 전극(506)과 추출 전극 사이의 DC-셀프 바이어스의 크기는 추출 전극(503)의 표면 및 플라즈마 전극(516b), 즉 플라즈마와 접촉하는 플라즈마 용기(502)의 측벽(516)의 부분들의 크기에 대한 여기면(506a, 506c)의 크기 비에 의해 결정된다.

여기면(506b)과 플레이트형 부재(505)의 후면에 자석 장치(508)가 배치되고, 상기 자석 장치는 자석(509a, 509b, 509c) 및 폴 슈(509d)를 포함한다. 자석(509a, 509b, 509c)은 각각 N자극과 S자극을 포함하고, 상기 자극들은 교번 극성으로 배치되고, 플라즈마 챔버(502a)의 내부를 향하므로, DE 241 728 8 C2호 또는 DE 243 183 2 B2호에 공개된 바와 같이 플라즈마 챔버의 내부로 돌출하는 만곡된 자기장이 형성된다. 자석(509a, 509b, 509c)은 전원에 접속된 또는 접속될 수 있는 솔레노이드 또는 영구 자석으로서 형성될 수 있다.

전술한 플라즈마 소스는 0.5 내지 1.5 W/㎠의 낮은 플라즈마 출력 밀도에서도 300 - 400 eV의 이온 에너지의 0.5 - 0.8 mA/㎠의 높은 전류 밀도를 제공한다. 따라서 낮은 열 부하를 수반하는 고효율 에칭이 달성될 수있다.

코팅은 산소 원자 분위기에서 금속(예를 들어 Al, Nb, Hf, Ta, Ti, Zr), 합금(예를 들어 TiNb) 또는 반도체(예를 들어 Si)의 반응성 스퍼터링에 의해 이루어지므로, 기판 표면에 산화층(22)이 베이스층으로서 성막된다. ZrO₂가 특히 바람직한 것으로 밝혀졌다. ZrO₂-베이스층 두께는 바람직하게 1 nm 내지 3 nm이다.

베이스층(22)의 소정의 층 두께가 달성되면, 기판 표면(21)은 공정 스테이션(B)에서 플라즈마 소스(4)에 의해 플라즈마 에칭 처리된다. 플라즈마 처리에 앞서 유입구(8)를 통해 공정 스테이션(B)에 반응 가스 또는 적절한 농도의 혼합물이 도입되고, 플라즈마가 점화된다. 플라즈마 소스(4)는 10 sccm/min의 일정한 산소 유동률에서 바람직하게 100 W 내지 400 W의 출력으로 작동된다. 소정의 방법 파라미터에 도달하면, 공정 스테이션(B)의 셔터가 개방되고 플라즈마 처리가 시작된다.

표면의 소정의 개질이 달성된 경우에, 공정 스테이션(B)의 셔터는 폐쇄되고, 기판은 공정 스테이션(C)에 배치된 제 2 스퍼터링 장치(5)를 이용해서 반응성 스퍼터링에 의해 추가 코팅된다. 이 경우 기판 표면에 보호층(24)이 증착된다. 보호층(24)으로서 특히 대략 20 nm의 층 두께를 갖는 SiO₂-층이 사용될 수 있다.

각각의 개별 공정 단계의 결과는 측정 장치(8)에 의해, 예를 들어 기판 디스크(20)의 광투과율을 측정함으로써 체크된다.

상기 방법에 의해 코팅되고 표면 처리된 PMMA 8H로 이루어진 기판에서 구체적인 측정은 도 2 내지 도 7에 도시된다. 물론, 예컨대 폴리카보네이트와 같은 다른 플라스틱 재료가 이용될 수도 있다.

도 2의 다이어그램은 플라즈마 소스의 출력이 일정할 때(200 W) (공정 스테이션(A)에서 성막된) 베이스층의 층 두께의 함수로서 소정의 표면 구조화를 형성하기 위해 필요한 플라즈마 에칭 시간(공정 스테이션(B)에서 처리 시간)의 상관성을 도시한다. 또한, 베이스층의 층 두께의 함수로서 투과율 변화가 도시된다. 베이스층의 층 두께가 더 큰 경우에 에칭 시간이 증가하는 한편, 투과율은 거의 일정한 것을 알 수 있다.

도 3은 플라즈마 소스의 출력에 대한 플라즈마 에칭 시간의 상관성을 도시한다. 상기 다이어그램은, 플라즈마 출력이 증가함으로써 플라즈마 에칭 시간의 감소가 이루어질 수 있음을 나타낸다. 그러나, 200 W 이상 플라즈마 출력의 증가는 처리된 기판의 투과율을 감소시킨다. 도 4에 도시된 바와 같이, 이온 에너지의 증가도 플라즈마 에칭 시간을 감소시키지만, 이로 인해 처리된 기판의 투과율의 감소도 야기된다.

도 5는 먼저 베이스 코팅이 제공된 후에 플라즈마 에칭된 기판에서 파장에 대한 투과율의 상관성을 도시한다. 다양한 곡선들은 상이한 플라즈마 출력에 의한 에칭 처리에 해당한다. 상기 기판이 에칭 처리되지 않으면, 전체 도시된 파장 범위에서 투과율은 92% - 93%이다(곡선 101). 플라즈마 처리에 의해 - 플라즈마 소스의 출력에 따라 95% - 96%의 투과율이 달성될 수 있다(곡선 102- 105). 추가 탑 코트-코팅은 청색 스펙트럼 범위에서 더 낮은 투과율을 야기하지만, 더 큰 파장 스펙트럼을 갖는 광에 대한 투과율은 증가한다(곡선 106).

도 6은 도 5의 샘플에서 파장에 대한 반사율의 상관성을 도시한다. 곡선(201)은 플라즈마 처리에 노출되지 않은 샘플의 반사율에 해당한다. 이 경우 분석된 파장 범위에서 반사율은 대략 3%이다. 샘플이 플라즈마 처리되는 경우에, 분석된 파장 범위에서 반사율은 1%- 2%로 감소한다(곡선 202- 205). 추가 탑 코트-코팅에 의해 청색 스펙트럼 범위에서 반사율은 증가하지만, 더 높은 파장에서 반사율은 현저히 감소한다(곡선 206).

도 7은 파장에 의존해서 도 5의 샘플의 투과율와 반사율의 합을 도시한다. 이 경우 곡선(301)은 플라즈마 처리에 노출되지 않은 샘플에 해당한다. 곡선(302-305)은 상이한 플라즈마 출력으로 에칭된 샘플에 해당한다. 곡선(306)은 200 W에서 플라즈마 처리 외에 탑 코트-코팅이 제공된 샘플에서 측정에 해당한다.

Claims (20)

1. 플라스틱 기판의 표면에 반사 감소층을 형성하도록 구성된 반사 감소층 형성 장치로서,
   다수의 공정 스테이션들이 내부에 배치되는 진공 챔버로서, 각각의 공정 스테이션은 스크린에 의해 다른 공정 스테이션으로부터 분리되고 각각의 스크린 내의 슬롯을 통해서 서로 연결되는 것인, 진공 챔버; 및
   상기 진공 챔버 내부의 상기 공정 스테이션들 사이에서의 상기 기판의 이동을 위한 이송 장치;
   를 포함하고, 상기 공정 스테이션들은,
   상기 플라스틱 기판의 상기 표면상에 베이스층을 성막하기 위한 제 1 스퍼터링 장치를 포함하는 제 1 공정 스테이션;
   상기 기판의 표면에 플라즈마 에칭 처리를 하기 위한 플라즈마 소스를 포함하는 제 2 공정 스테이션으로서, 상기 플라즈마 소스는, 추출 전극을 포함하고 상기 추출 전극의 표면에 대한 플라즈마 소스의 출력 밀도가 0.5 - 1.5 W/㎠가 되도록 작동하며 200 W 내지 400 W의 플라즈마 출력으로 작동하도록 구성되는 것인, 제 2 공정 스테이션; 및
   상기 기판의 상기 표면상에 보호층을 성막하기 위한 제 2 스퍼터링 장치를 포함하는 제 3 공정 스테이션;
   을 포함하는 반사 감소층 형성 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 이송 장치는 회전 테이블 또는 드럼인 것을 특징으로 하는 반사 감소층 형성 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 플라즈마 소스는 플라즈마 챔버, 여기 전극 및 자석 장치를 포함하고, 상기 자석 장치는 N자극과 S자극을 갖고, 2개의 자극들은 각각 여기 전극의 후방에서 플라즈마로부터 멀어지는 방향을 향하는 측면에 배치되고, 상기 자극들은 플라즈마 챔버의 내부를 향하며, 이에 따라 플라즈마 챔버의 내부로 돌출하여 만곡된 자기장 및 터널 형상의 영역이 형성되고, 상기 영역에서 하전된 입자들이 유지될 수 있고, 상기 하전된 입자들은 상기 영역을 따라 전파될 수 있는 것을 특징으로 하는 반사 감소층 형성 장치.
4. 제3항에 있어서, 여기 전극의 여기면은 매칭 네트워크를 통해 HF-제너레이터에 접속될 수 있거나 접속되고, 여기면과 추출 전극 사이에 플라즈마 챔버가 배치되고, 상기 플라즈마 챔버에서 플라즈마가 여기될 수 있고, 추출 전극과 여기면의 면적의 크기는, 추출 전극에서 거의 전체 고주파 전압이 강하하도록 선택되고,
   자석 장치는 평면형 마그네트론으로서 형성되고, 상기 마그네트론은 적어도 하나의 N자극과 S자극을 포함하고, 자극들은 각각 여기 전극의 후방에서 플라즈마 챔버로부터 멀어지는 방향을 향하는 측면에 배치되고, 플라즈마 챔버의 내부로 향하는 것을 특징으로 하는 반사 감소층 형성 장치.
5. 제3항에 있어서, 여기 전극은 15 ℃ 내지 45 ℃의 온도에서 작동되는 것을 특징으로 하는 반사 감소층 형성 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 반사 감소층 형성 장치는 상기 플라스틱 기판의 표면의 투과 또는 반사의 인시튜(in-situ) 측정을 위한 측정 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사 감소층 형성 장치.
7. 플라스틱 기판의 표면에 반사 감소층을 형성하기 위한 반사 감소층 형성 방법에 있어서,
   제 1 공정 스테이션에서 제 1 스퍼터링 장치로, 상기 플라스틱 기판의 상기 표면에 유전체 베이스층을 성막하는 단계;
   제 2 공정 스테이션에서 플라즈마 소스를 이용한 플라즈마 에칭에 의해 상기 표면을 상기 유전체 베이스층으로 처리하는 단계로서, 상기 플라즈마 소스는 추출 전극을 포함하고, 상기 추출 전극의 표면에 대한 플라즈마 소스의 출력 밀도가 0.5 - 1.5 W/㎠이며, 상기 플라즈마 소스의 플라즈마 출력은 200 W 내지 400 W인 것인 단계;
   제 3 공정 스테이션에서 제 2 스퍼터링 장치로, 처리된 상기 표면상에 보호층을 성막하는 단계로서, 상기 공정 스테이션들은 공통의 진공 챔버 내에 배치되고, 각각의 공정 스테이션은 스크린에 의해 다른 공정 스테이션으로부터 분리되고 각각의 스크린 내의 슬롯을 통해서 서로 연결되며, 각각의 공정 스테이션에 연결된 적어도 하나의 유입구가 상기 진공 챔버 내로 적어도 하나의 공정 가스를 도입하는 것인 단계; 및
   상기 진공 챔버 내의 공정 스테이션들 사이에서 이송 장치에 의해 상기 플라스틱 기판을 이동시키는 단계;
   를 포함하는 반사 감소층 형성 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 베이스층 또는 상기 보호층의 성막은 플라즈마를 이용한 반응성 스퍼터링 방법(plasma-enhanced reactive sputtering method)에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 반사 감소층 형성 방법.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
   상기 베이스층은 원소 Ti, Zr, Cr, Si, Al, Ta, Nb 또는 Hf의 산화물, 질화물, 또는 불화물로 이루어지고, 1 nm 내지 5 nm의 층 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 반사 감소층 형성 방법.
10. 제9항에 있어서, 코팅된 표면의 개질은 반응성 플라즈마 에칭에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 반사 감소층 형성 방법.
11. 제7항에 있어서, 상기 보호층의 성막 또한 플라즈마를 이용한 반응성 스퍼터링 방법에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 반사 감소층 형성 방법.
12. 제7항에 있어서, 상기 보호층은 원소 Si 또는 Al의 산화물, 질화물 또는 불화물로 이루어지고, 5 nm 내지 50 nm의 층 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 반사 감소층 형성 방법.
13. 제7항에 있어서, 상기 보호층에 더하여 소수성의 다른 층이 성막되는 것을 특징으로 하는 반사 감소층 형성 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 소수성의 다른 층은 1 nm 내지 20 nm의 층 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 반사 감소층 형성 방법.
15. 제7항에 있어서, 상기 방법의 단계들은 100 ℃보다 작은 기판 온도에서 실시되는 것을 특징으로 하는 반사 감소층 형성 방법.
16. 제15항에 있어서, 여기 전극은 15 ℃ 내지 45 ℃의 온도에서 작동되는 것을 특징으로 하는 반사 감소층 형성 방법.
17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 반사 감소층 형성 방법은, 플라즈마 소스의 격자와 기판 표면 사이의 간격을 50 - 100 mm로 하여 실시되는 것을 특징으로 하는 반사 감소층 형성 방법.
18. 제1항 또는 제7항에 따라 형성될 수 있거나 또는 형성된, 플라스틱 기판의 표면 위의 반사 감소층.
    
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