KR20010030853A - 이중면 샤워 헤드 전자관 - Google Patents

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Abstract

플라스마 강화 화학적 증기 증착 코팅 장치에서 플라스마 발생 코팅의 효율 및 질을 향상시킬 수 있는 전극(10)이 제공된다. 상기 전극은 바람직한 모드에서 자석의 극이 동일 방향으로 향하도록 정렬된 다수의 자석을 포함하는 이중 샤워 헤드면(11,11')을 구비하므로 각 자석의 세트에 대해 두 개의 전자관 면을 형성한다.

Description

이중면 샤워 헤드 전자관{Dual face shower head magnetron, plasma generating apparatus and method of coating a substrate}
전자관은 당분야에서 오랫동안 공지되었으며 예를 들어 에칭시 표면 변경 및 플라스마 강화 화학적 증기 증착("PECVD")에 사용되었다. PECVD도 또한 당분야에서 공지되었다. PECVD 장치의 일예는 미국특허 제 5,298,587 호, 제 5,320,875 호, 5,433,786 호, 및 제 5,494,712 호(총괄하여 "휴 등")에서 발견할 수 있다. 샤워 헤드 전자관도 공지되어 있다. 상기 전자관에서 반응 가스는 스프레이로서 웨이퍼를 산포하도록 사용된 샤워 헤드와 유사한 방법으로 전자관의 일면을 통해 외부로 전달된다. 샤워 헤드 전자관의 일실시예는 상기 참증 미국특허에서 알 수 있다.
전자관은 일반적으로 다이오드 모드에 사용된 냉간 캐소드 방출 장치의 종류이다. 플라스마 발생 장치에 있어서, dc 또는 rf일 수 있는 플라스마는 고전압이 적용된 m토르 범위의 압력에서 캐소드와 애노드 사이에서 시작한다. 플라스마는 캐소드 외장을 가로질러 플라스마로 가속되는 이온 봄바드먼트(bombardment)로 인해 캐소드에서 방출된 제 2 전자관에 의해 야기된 이온화로 지속된다. 전자관 캐소드와 종래의 다이오드 캐소드의 차이점은 자장의 존재이다. 전자관의 자장은 자장의 콤포넌트가 캐소드 표면에 평행하도록 배향된다. 자장의 국부 극성은 방출된 제 2 전자의 ExB 드리프트 경로가 폐쇄 루프를 형성하도록 배향된다. dc 또는 rf 다이오드 장치와 비교하여 이러한 ExB 드리프트 루프에서 제 2 전자의 증가된 경계로 인해, 플라스마 밀도는 종종 크기 순서로 종래의 rf 또는 dc 다이오드 플라스마보다 더 커지게 된다. 고밀도 플라스마와 캐소드에 대한 근접의 결과로 고전류가 발생하고 비교적 저전압이 방출한다.
휴 등은 기판 표면상으로 내부식성 및 내마모성의 가요성 코팅을 형성하는 방법을 가르친다. 휴 등에 기재된 방법의 일실시예에 있어서, 바람직하게는 샤워 헤드 전자관 캐소드를 사용하는 PECVD 방법은 플라스마 공정의 중합 제품이 기판 표면에 부착되게 하는 적절한 표면을 갖는 기판의 면전에서 적당한 출력 밀도를 사용하여 유기규소 콤파운드 및 산소의 중합 반응을 개시하는데 사용된다. 휴 등에 있어서는, 적어도 100 가우스를 제공하는데 충분한 강도를 갖는 자석을 사용하는 단일면 샤워 헤드 전자관이 사용된다.
또한 PECVD 공정 또는 스퍼터링 공정 등에서 기판을 코팅하는 공정에 전자관을 사용할 때 균일한 두께 및 질을 얻는게 어렵다는 것이 당분야에서 공지되어 있다. 질의 한 양태는 두께 및 폭 방향 양쪽에서 코팅의 균일한 화학적 합성이다. 어떤 종래 기술에서는, 균일한 두께와 질의 코팅을 얻기 위해서 기판이 전극에 대해 이동되어야 한다. 이것은 특히 대형 기판에 대해 정확하다. 전극에 대해 기판을 이동시키는 것은 작업 처리량의 감소를 유발한다.
본 출원은 1997년 10월 1일자 제출된 미국 가출원 번호 제 60/060,652 호에 대해 청구한다.
본 발명은 플라스마 발생 장치에 관한 것이며, 보다 상세히는 이중 샤워 헤드를 포함하고 이전에 공지된 전자관 타입의 플라스마 발생 장치에 의해 발생된 플라스마보다 더 균일한 밀도의 플라스마를 지속할 수 있으며 플라스마 발생 장치내에서 공간을 덜 차지하는 샤워 헤드 전자관 타입의 플라스마 발생 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 이중면 샤워 헤드 전자관의 일실시예의 분해 조립도.
도 2는 본 발명의 플라스마 장치의 일실시예의 개략도.
도 3은 자장을 도시하는 본 발명의 전극에 사용하는 자석의 배열의 도면.
도 4는 본 발명의 전극에 사용하는 자석의 다른 배열의 도면.
도 5는 본 발명의 이중면 샤워 헤드 전자관의 다른 실시예의 분해 조립도.
본 발명은 특히 대형 기판상에 종래기술의 장치를 사용할 때보다 보다 쉽게 더 균일한(두께 및 질) 코팅을 얻을 수 있도록 한다.
한 양태에 있어서, 본 발명은 다수의 자석을 포함하는 샤워 헤드 전극이며, 전극의 평행한 이중 대향 면은 반응 가스가 적어도 두 개의 표면에서 반응 챔버내로 방출될 수 있도록 샤워 헤드 디자인을 구비한다. 또한 자석은 전극의 양면에 자장을 제공한다. 바람직하게, 다수의 자석은 샤워 헤드에서 내부에 배치되므로 자석의 자극이 모두 동일 방향으로 향하고 전극의 각 면상에 자장을 제공하도록 작용한다. 바람직한 모드에 있어서, 자석은 각 자석이 동일 자석에서 대향 자극 사이에 자장을 발생하도록 서로 거리를 둔 위치에 배치된다. 각 자장은 전극의 표면에 평행한 콤포넌트를 갖는다. 본 발명의 바람직한 모드의 전극은 각 전자관이 세 개의 자석으로 구성되고 중앙 자석이 각 외측 자석에 반대인 극을 갖는 전극보다 자석 수당 더 많은 수의 폐쇄 루프 ExB 드리프트 경로를 갖는다. 동일한 극이 동일 방향으로 향하도록 모든 자석을 정렬함으로써, 각 자석은 개별 전자관으로 된다. 바람직한 모드의 전자관은 전자관의 표면을 가로질러 보다 균일한 플라스마를 생성할 수 있다. 추가로, 바람직한 모드에 있어서, 전자관은 자석의 반대 극이 서로 향하게 배열된 전극보다 더 큰 유효 용적의 플라스마를 생성한다. 본 발명에 따르면, 많은 수의 자석(즉, 두 개 이상)이 보다 균일한 대형 플라스마를 생성할 수 있는 대형 전극을 만들도록 다양한 형상으로 정렬될 수 있다.
다른 양태에 있어서, 본 발명은 본 발명의 적어도 하나의 이중면 전극을 사용하는 개선된 플라스마 발생 장치이다. 또 다른 양태에 있어서, 본 발명의 적어도 하나의 이중면 전극을 포함하는 플라스마 발생 장치는 대향하는 각 면 사이에 공간을 가지면서 단 하나의 샤워 헤드 면을 갖는 샤워 헤드 전자관을 향하고 있다. 다른 모드에 있어서, 단 하나의 샤워 헤드 면을 갖는 두 개의 샤워 헤드 전자관은 본 발명의 적어도 두 개의 이중면 샤워 헤드 전자관의 두 개 사이에 배치된다. 다른 실시예에 있어서, 하나이상의 이중면 전자관은 두 개의 단일면 전자관 사이에 배치된다.
또 다른 양태에 있어서, 본 발명은 플라스마를 형성하는 개선된 방법과 다양한 기판을 코팅하는 개선된 방법이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 전극은 기본적으로 서로 평행하고 반대 방향으로 향하는 두 개의 샤워 헤드 면을 구비한 평 전극이며 적어도 하나의 자석, 바람직하게는 하나이상의 자석은 상기 자석의 같은 극이 평 전극의 기하학상 평면에 평행한 단일 기하학상 평면에 있도록 배치되고 상기 자석의 극성은 평 전극의 기하학상 평면에 수직이며, 각 자석은 전극의 기하학상 평면에 평행한 콤포넌트를 갖는 자장을 생성한다.
자석을 위한 후방판을 갖지 않는 샤워 헤드 전자관의 특정 실시예는 샤워 방식에 있어서 홀을 통해 가스를 이송하는 다수의 홀을 각각 갖는 한쌍의 면 플레이트를 구비한다. 대향 플레이트는 서로 전기적으로 절연되고 그 사이에 내부 공간을 형성한다. 상기 자석이 상기 면 플레이트와 서로에 대해 전기적으로 절연되는 상기 내부 공간에 다수의 자석을 지지하는 수단이 제공된다. 상기 각각의 홀을 통한 유동률에 관한 제어 방식으로 상기 면 플레이트내의 홀을 통해 외부로 그리고 상기 전자관의 내부로 가스를 도입하는 수단, 통칭 매니폴드 시스템이 또한 제공된다. 상기 면 플레이트와 상기 자석을 지지하는 수단은 상기 가스 챔버내에 상기 자석으로 포함하는 면 플레이트에 의해 형성된 내부 가스 챔버를 형성하고 상기 챔버 외측에서 상기 챔버내로 그리고 상기 다수의 홀의 외부로 가스를 도입하는 수단을 제공하기 위해 사용된다. 바람직한 모드에 있어서, 스프레이 헤드 전자관에는 상기 전자관을 냉각 또는 가열하기 위한 열교환 수단이 또한 제공된다. 보다 바람직한 모드에 있어서, 자석은 각 자석이 동일 방향으로 향하는 동일한 극을 갖도록 정렬된다.
도 1은 전자관의 내측에서 외측으로 가스를 전달하기 위해 다수의 홀(12)을 포함하는 면 플레이트(11,11')를 구비하는 이중면 샤워 헤드 전자관(10)의 일실시예를 도시한다. 이 실시예에서 동일 자극이 동일 방향을 향하는 세 개의 자석(13)이 전자관의 내부에 지지되어 있다. 프레임(15)과 면 플레이트(11)로부터 자석을 전기적으로 절연시키기 위해서 절연 수단이 제공된다. 면 플레이트(11,11')로부터의 자석(13)의 절연은 적당한 공기 갭을 통해 달성될 수 있거나 또는 자석은 예를 들어 플라스틱 수지나 세라믹 재료 등의 절연 재료로 커버될 수 있다. 프레임(15)은 면 플레이트와 자석으로부터 전기적으로 절연된 방식으로 자석과 면 플레이트를 고정하기 위해 제공된다. 상기 프레임에는 프레임을 통해 전자관의 내부로 가스를 도입시키는 유입 홀(17)이 설치된다. 가스 도관(18)은 전자관의 내부로 반응물 및 불활성 가스를 도입하기 위해 홀(17)에 연결된다. 볼트와 같은 고정 수단(19)이 홀(12) 및 유입 홀(17)을 제외하고 가스 기밀 방식으로 전자관으로 조립하기 위해 제공된다. 상기 전자관(10)은 도관(18), 홀(17)과 면 플레이트내 외부 관통 홀(12)로부터 가스를 분배하기 위해 전극내에 가스 기밀 공간을 형성한다. 전기 커넥터(20,20')는 동력을 각각의 면 플레이트에 독립적으로 보내기 위해 각각의 면 플레이트(11,11')에 독립적으로 부착된다. 이와 달리, 일면은 동력이 전달되고 다른 면은 접지될 수 있다.
도 2는 본 발명의 전자관이 효과적으로 사용될 수 있는 본 발명의 플라스마 발생 장치의 일실시예를 도시한다. 상기 장치는 가스 반응물이 소스(31,32,33 및 34)로부터 질량 및 증기 흐름 제어기(35,36,37 및 38)를 통해 도입될 수 있는 진공 원자로 용기를 구비한다. 원한다면, 지시된 소스로부터 상이한 가스 및 증기가 원자로 용기로 도입되기 전에 혼합기(39)에서 혼합될 수 있다.
반응로 용기(30)에는 적어도 전자관 전극(40,40' 및 41)이 배치된다. 중앙 전자관(41)은 본 발명의 이중면 샤워 헤드 전자관이다. 전자관(40,40')은 이중면 전자관(41)을 향해 있는 샤워면을 갖는 단일면 샤워 헤드 전자관일 수 있거나, 플레이트 전극일 수 있다. 처리될 기판(45)은 행거 또는 컨베이어 벨트상에 현수됨으로써 전극(40과 41 및 40과 41')사이에 배치될 수 있다. 본 실시예의 각 전자관 전극(40,40' 및 41)은 가변 주파수 전원(42)에 접속된다. 대안적인 개별 전원이 각 전극에 동력을 전달하도록 제공될 수 있다. 기판은 반응로 용기 벽을 통해 유리하게 접지될 수 있는 애노드에 부착된다. 이와 달리, 기판은 플라스마 발생 장치에서 부유될 수 있으며(전기 접속없음) 장치의 다른 부분은 본 발명의 이중면 전자관의 일면처럼 접지된다. 가스 반응물은 가스 공급 라인(43)에서 용기의 내부로 및 샤워 헤드 전자관을 통해 외부로 산포된다. 반응로 용기(30)는 용기를 배설시키기 위해 진공 펌프(44)에 접속되는 것이 유리하다. 선택적으로, 반응로 용기에는 공정 제어를 위해 광학 모니터 및/또는 질량 분광분석기와 같은 모니터링 장치(46)가 구비될 수 있다.
지적된 바와 같이, 전자관(41)은 본 발명의 이중면 샤워 헤드 전자관이다. 전자관(40,40')은 샤워 헤드 지향 전자관(41)을 갖는 단일면 샤워 헤드 전극일 수도 있다. 모든 전자관은 각 전자관내에 있는 자석의 극이 동일 방향을 향하도록 정렬된 자석을 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 모든 전자관이 이러한 방식으로 배열된 자석을 포함할 필요는 없다. 하나의 전자관만이 바람직한 자석 배열을 포함한다면, 이중면 전자관(41)이 바람직한 자석 배열을 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명의 전자관에서는 후방판을 제거했기 때문에, 전자관은 보다 많은 부품들이 처리된 장소를 만드는 반응로 용기(30)내에서 공간을 덜 차지한다.
작동시, 반응로 용기(30)는 가스 반응물(예를 들면, 유기규소 및 산소)과 불활성 가스를 공급 라인(43)을 통해 예정된 유동률로 용기로 도입하기 전에 진공 펌프(44)에 의해 먼저 비워진다. 가스의 유동률이 일정한 경우에는, 가변 주파수 전원(42)이 소정값으로 작동되어 반응물이 전자관 사이의 공간에 배치된 기판(45)상에 필름을 형성하거나 표면을 변경시키는 플라스마를 발생시킨다. 본 발명의 바람직한 한 형태는 본 발명의 전극에 있는 각 자석의 자극이 동일 자석에서 반대 자극을 갖는 자장을 발생한다. 이것은 도 3에 도시되어 있으며, 각 자석(50)의 북극은 동일 자석의 남극과 함께 자장(54)을 형성한다. 각 자석(50)은 전극 표면에 평행한 자장(54)의 콤포넌트를 갖는다. 동일 자석의 반대 자극과 함께 자장을 형성하는 각각의 자석은 적어도 하나의 폐쇄 루프 ExB 드리프트 경로를 생성한다. 본 실시예에 있어서, 전자관은 가스 포트(55)를 한정하는 두 개의 샤워 헤드 면 플레이트(51,52)를 갖게 도시되어 있다. 본 발명의 이중면 샤워 헤드 전극의 장점중 하나는 한 세트의 자석이 두 개의 전자관 면(측면 51과 52)을 제공하므로, 반응 용기에 필요한 자석의 수를 경감하고 또한 그러한 반응 용기내에서 전자관이 차지하는 공간을 경감한다는 것이다. 또한, 이러한 배열에 의해, 자장(53)의 일부분은 동일 방향으로 향하는 같은 극 때문에 반발되므로, 전극의 각 면 위에서 플라스마의 효과적인 볼륨을 증가시킨다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예의 자석은 각 자석이 자신의 폐쇄 루프 ExB 드리프트 경로를 생성하도록 형성된다. 바람직하게는, 이것은 도 3에 도시된 바와 같이, 같은 자극이 모두 실질적으로 동일 방향을 향하도록 자석을 정렬함으로써 수행된다. 실질적으로 동일 방향이란 모든 자석의 같은 자극이 전극의 표면에 대해서 동일 방향으로 향하는 것을 의미한다. 따라서, 도 3에 도시된 전극이 평면 전극일지라도, 전극이 곡선이 된다고 상상된다.
자극이 실질적으로 동일 방향으로 향하도록 자석이 정렬되는 경우에는, 자석이 서로 매우 근접하게 배치될 수 있는데 소정의 자석이 근처에 배치된 다른 소정의 자석과 함께 자장을 형성하지는 않는다. 따라서, 자석이 서로 매우 근접하게 배치되는 경우라도, 각 자석은 여전히 자신의 폐쇄 루프 ExB 드리프트 경로를 생성한다.
각 자석이 자신의 폐쇄 루프 ExB 드리프트 경로를 유지하도록 자석이 서로 매우 근접하게 배치되기 때문에, 본 발명의 자석은 전극 표면 영역당 더 많은 폐쇄 루프 ExB 드리프트 경로를 갖는 이익을 향유한다. 이러한 전극 표면 영역당 증가된 수의 폐쇄 루프 드리프트 경로는 종래 기술의 자석 제한 타입의 전극을 사용하여 제조된 플라스마보다 더 균일한 플라스마를 제조한다. 또한, 본 발명의 전극을 사용하여 발생된 플라스마는 종래 기술을 사용하여 발생된 플라스마보다 전극 사이의 공간에서 전극 표면에서 더 이격되게 확산하는 것으로 눈으로 관측된다. 이러한 형태가 관측되는 이유를 정확히 알 수 없지만, 도 3에 도시된 바와 같이 각 자장의 일부분이 전극 표면 자장(53)상의 같은 자극에 의해 전극 표면에서 이격되게 반발되는 것으로 생각된다. 또한, 이러한 자장의 일부는 자석이 다른 극성을 갖게 배치될 때 가능한 것보다 플라스마의 일부가 전극 표면으로부터 더 멀리 생산되게 하므로 더 큰 효과적인 볼륨을 생산한다.
본 발명의 큰 전극은 실질적으로 동일 방향으로 향하는 같은 자극을 모두 갖는 많은 수의 자석을 형성함으로써 생성될 수 있다. 예를 들면, 도 4는 두 열의 자석(60)을 포함하는 본 발명의 이중 평면 샤워 헤드 전자관 전극 내측에 자석이 어떻게 배열될 수 있는 지를 도시한다. 하나의 면 플레이트(61)가 이 도 4에 도시되어 있다. 각 열내에서 자석의 수를 증가시키거나, 자석의 열을 추가하거나, 플라스마 발생 장치내에서 서로의 다음에 개별 전자관을 배치함으로써 더 큰 전극이 생산될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 기술에 따라 바아 자석이 사용될 때, 각 자석(60)은 단일 폐쇄 루프 ExB 드리프트 경로(65)를 생성한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예는 도 5에 도시되며 도 1의 기본적인 전자관 디자인을 구비하고, 여기서 가스 유입구(18), 홀(17), 전자관 내측의 공간, 및 면 플레이트의 배출 홀(12)은 가스 매니폴드 시스템을 생성하도록 설계됨으로써, 가스는 실질적으로 동일한 유동률로 면 플레이트에서 배출된다. 그러한 가스가 플라스마 발생 장치(30)내로 고르게 분배될 때 양질의 균일한 코팅이 플라스마 반응에 의해 준비될 수 있다. 이것을 달성하기 위한 일 실시예는 도 5에 도시된다.
이 실시예에서, 도 1의 구성은 전자관이 기밀 폐쇄 위치에 있을 때 개별 챔버(70)를 형성하도록 각 자석이 각각의 면 플레이트의 각 내부 표면과 전기 절연식으로 접촉하도록 개량된다. 가스 도관(73)에 연결된 제 1 가스 매니폴드 수단(71)은 전자관의 하부(원한다면 상부)를 가로질러 배치된다. 상기 매니폴드는 면 플레이트(77)에서 홀(76)을 통해 전자관의 내부에서 가스를 배출하기 위해 다수의 홀(75)을 통해 각 챔버(70)와 정렬하는 가스 포트(74)를 한정한다.
매니폴드, 매니폴드에서의 배출 포트의 크기, 챔버(70)의 크기 및 면 플레이트를 통한 포트의 크기는 가스가 배출 포트(76)를 통해 실질적으로 동일한 유동률로 배출하도록 하는 방식으로 가스가 유입 도관(73)으로부터 소정의 가스 압력 범위를 넘어서 배출 포트 내부 및 외부를 통해 분배되도록 설계된다. 상기 디자인 및 크기는 전자관의 크기와 원하는 유동률에 따르며 당분야의 숙련자에 의해 쉽게 결정될 수 있다.
또 다른 실시예에 있어서, 도 1의 기본적인 실시예는 도 5에 도시된 바와 같이 열교환 수단(78)을 포함하도록 변경된다. 냉각 및/또는 가열 매체를 도입하기 위해서 전자관의 내부에 간단한 중공 튜브가 원하는 데로 배열될 수 있다. 열에 민감한 기판, 예를 들어 소정의 플라스틱, 냉각수와 같은 냉각 매체를 포함하는 플라스마 반응이 도입될 수 있다. 다른 반응을 위해, 시스템내로 열을 실제로 도입하는 것이 바람직하다. 이것은 튜브(78)를 통해 가열된 매체를 도입하거나 전기 저항 가열 요소와 같은 가열 요소를 튜브와 대체함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 실시예는 상술된 실시예중 하나이상을 포함할 수 있다. 따라서, 도 1의 기본적인 실시예는 극이 모두 동일 방향으로 배치된 자석을 사용하도록 변경될 수 있고, 매니폴드 가스 유입 시스템이 사용될 수 있으며, 또는 열교환 수단이 조합될 수 있다.
본 발명의 전자관의 바람직한 실시예에 사용되는 자석은, 자극이 동일 방향을 향하고 있을 때 자석의 한 자극이 동일 자석의 반대 자극과 자장을 형성하는 것을 방지하기 위해서 서로 매우 가깝게 배치되어서는 않된다. 만약 자석이 서로에 대해 매우 가깝게 배치되면, 자석은 단일 자석으로서 행동할 수도 있다. 자석이 얼마나 멀리 떨어져 배치되어야 하는지에 대한 임계 한계는 없지만, 자석이 멀리 떨어져 배치될 때, 대응하는 폐쇄 루프 ExB 드리프트 경로가 멀리 떨어지게 되므로 발생된 플라스마는 자석이 서로 가깝게 배치되는 경우에 발생된 플라스마보다 덜 균일하게 될 것이다. 소정의 적용에 대해 적절한 자석 사이의 거리는 과도한 실험없이도 결정될 수 있다.
보다 넓은 바아 자석은 대응 폐쇄 루프 ExB 드리프트 경로의 중앙에 더 큰 갭을 만들 것이다. 또한 폐쇄 루프 ExB 드리프트 경로내에 있는 보다 큰 갭은 덜 균일한 플라스마를 생산하게 한다. 따라서, 비교적 좁은 바아 자석을 사용하는 것이 일반적으로 보다 바람직하다. 그러나, 본 발명의 전극에 사용된 자석이 너무 좁으면, 또한 폐쇄 루프 ExB 드리프트 경로도 너무 좁아져서 플라스마가 시작하기에 매우 어렵게 된다. 소정의 적용에 적당한 자석 폭은 과도한 실험없이 결정될 수 있다.
본 발명의 전자관은 개선된 PECVD 장치와 플라스마 형성방법, 및 코팅 형성방법 및/또는 다양한 기판의 표면 처리방법을 제시하도록 미국특허 제 5,298,587 호, 제 5,320,875 호, 제 5,433,786 호, 및 제 5,494,712 호의 기술과 함께 사용되는 것이 유리할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 다른 실시예는 적어도 세 개의 전자관을 구비하는 플라스마 발생 장치이며, 상기 전자관중 하나는 두 개 이상의 자석을 포함하는 이중면 샤워 헤드 전극이고, 각 자석은 두 개의 대향 자극을 가지며, 상기 자석은 사기 자석의 자극이 실질적으로 동일 방향으로 향하도록 배치되고, 각 자석의 자극은 동일 자석의 반대 자극과 자장을 형성하며, 각 자장은 전극 표면과 평행한 콤포넌트를 갖고, 상기 자석은 적어도 100 가우스를 전극 표면상에 발생하는데 충분한 강도를 갖는다. 상기 플라스마 발생 장치는 상술된 것처럼 도 2에 또한 도시된다. 가스 반응물은 도 1에서 한정된 것처럼 적어도 전극을 통해 분사되며, 상기 반응물은 실질적으로 이중면 샤워 헤드 전자관의 양면상에서 달성된 자장을 통해 지향된다. 본 발명의 또 다른 실시예는 플라스마 반응 영역의 유기규소 모노머 가스와 산소 가스의 플라스마 강화 화학적 증기 증착을 사용하는 기판의 표면상으로 내마모성 코팅을 제공하는 방법에 있어서, 기판의 면전에서 106내지 108J/Kg 범위내의 출력 밀도를 사용하여 초과 산소의 면전에서 유기규소 모노머를 플라스마 중합시키는 단계와, 기본적으로 기판 표면에 수직인 방향으로 플라스마 영역에 인접한 영역에 포함되고 플라스마 반응 영역내로 포함되는 적어도 100 가우스의 자장을 통해 산소와 유기규소 모노머 가스를 이송하는 단계를 구비하는 방법이며, 상기 적어도 100 가우스의 자장은 이전에 한정된 바와 같이 이중면 샤워 헤드 전자관에 의해 생성되고, 각각의 자석은 두 개의 대향 자극을 가지며, 상기 자석은 자석의 같은 자극이 실질적으로 동일한 방향으로 모두 향하도록 배치되고, 개별 자석의 각각의 자극은 동일 자석의 반대 자극과 자장을 형성하며, 각 자장은 전자관 표면에 평행한 콤포넌트를 갖는다.
본 발명의 전자관 및 플라스마 발생 장치는 여기에 참조된 휴 등의 특허에 개시된 것처럼, 황동 설치물, 폴리카보네이트 글레이징 등의 플라스틱, 평패널 디스플레이 등과 같은 다양한 기판의 표면을 규소 및 다른 무기에 기초한 코팅으로 처리 및/또는 코팅하도록 많은 플라스마 증착 공정에 사용될 수 있다.
실례
SiOxCyHz의 증착은 미국특허 제 5,433,786 호의 기술에 따라 수행되는데, 증착이 본 발명의 전자관이 장착된 박스내에서 수행되고 두 개의 전자관이 단 하나의 샤워면을 갖는 것은 제외된다. 각 전자관은 30 인치(76.2cm) × 144 인치(365.76cm)의 크기를 갖는 평면 전자관이었다. 각 전자관은 30 인치(76.2cm) × 36 인치(91.44cm)의 크기를 각각 갖는 4 세그먼트로 구성된다. 각 세그먼트는 알루미늄으로 제조된 프레임상에 기본적으로 단일 자석을 형성하도록 서로 접하는 3 자석을 각각 포함하는 11 칼럼을 형성하는 33 바아 자석을 배열함으로써 구성된다. 칼럼내의 각각의 자석은 길이가 24 인치(60.96cm)이고 두께가 0.5 인치(1.27cm)이며 폭은 0.75 인치(1.9cm)이다. 각 칼럼내의 자석은 2.44 인치(6.19) 만큼 떨어져 배치된다. 각 자석은 1 킬로가우스의 표면 자장을 갖는다. 상기 자석은 미드웨스트 인더스트리즈로부터 구입하였다. 각 자석은 각 자석의 북극이 1/16 인치(0.1524cm) 두께의 연철판으로 이루어진 후방판에서 이격되게 대향하도록 외측의 전자관상에 배치된다. 전자관의 면은 3/8 인치(0.939cm) 두께의 알루미늄판으로 형성된다. 중앙의 전자관은 후방판이 없는 이중면 전자관이었다. 이들 세 개의 전자관을 사용함으로써, PECVD 장치는 대략 8.64×107J/Kg의 출력 밀도를 제공하는 전원을 사용하여 대략 30 인치(76.2cm)×144 인치(365.76cm) 영역 위에 균일한 플라스마 조건을 발생시켰다. 황동 부품은 다음과 같이 SiOxCyHz코팅으로 코팅되었다.
연마 황동 도어 하드웨어, 황동 테스트 쿠폰, 및 글라스 슬라이드로 주로 이루어지는 500개의 예세척된 기판이 8 인치(20.32cm) 직경과 32 인치(81.28cm) 길이의 50개 랙에 부착되어 중앙 이중 측면 전극과 두 개의 단일 측면 전극 사이에 현수된다. 전극 공간은 중앙에서 중앙까지 22 인치(55.88cm)이었다. 랙은 각 랙의 모든 측면상에서 부품에 대해 균일한 코팅 두께를 제공하기 위해 대략 1 RPM으로 회전되었다.
코팅 챔버는 공정 가스를 도입하기 전에 1×10-4토르의 압력으로 비워졌다. 가스 흐름은 150 sccm O2와 100 sccm Ar이었다. 가스는 챔버에 걸쳐서 균일한 확산을 허용하도록 3분 동안 연속적으로 도입된 후에 40 KHz의 5000 와트가 전극에 적용되었다. 6분후에, Ar 흐름은 전원이 꺼졌으며, 525 sccm TMDSO(테트라메틸디실옥산;tetramethyldisiloxane)이 도입되었고 O2흐름은 225 sccm으로 조절되었다. 조건은 240분 동안 공전으로 유지된 후에 가스 및 전원이 차단되었다. 그다음 챔버는 대기로 배출하기 전에 잔류 가스를 제거하기 위해 1×10-4토르로 비워졌다.
코팅 챔버 전체에 걸쳐 분배된 테스트 스트립은 텐커 알파 스텝(Tencor Alpha Step) 100 프로필로미터를 사용하는 두께를 위해 비워졌다. 우수한 균일성의 SiOxCyHz폴리머가 관측되었으며 평균 두께는 대략 34000 옹스트롬이었다. 코팅은 눈에 띄는 헤이즈가 없이 모든 글라스 슬라이드 쿠폰상에서 완벽하게 투명한 것으로 관측되었다. 코팅된 연마 황동 부품은 코팅않된 황동 부품과 눈으로 봐서 외형이 동일하였다.

Claims (2)

  1. 가스를 이송하기 위한 다수의 홀을 한정하는 한쌍의 면 플레이트와, 내부 공간을 형성하도록 서로 평행한 위치에서 상기 면 플레이트를 지지하는 수단과, 상기 내부 공간에서 지지되는 하나이상의 자석과, 각 홀을 통한 가스의 유동률이 동일하도록 상기 내부 공간내로 및 상기 면 플레이트에 있는 다수의 홀을 통해 외부로 가스를 도입하는 수단과, 상기 면 플레이트중 하나이상에 전원을 제공하는 수단을 구비하며,
    상기 면 플레이트는 서로 전기적으로 절연되고 그 사이에 내부 공간을 형성하며, 상기 지지 수단은 상기 면 플레이트로부터 전기적으로 절연되고, 상기 하나이상의 자석은 상기 면 플레이트 및 면 플레이트 지지 수단으로부터 전기적으로 절연되며, 상기 내부 공간은 다수의 홀과 상기 가스 도입 수단을 제외하고 가스 기밀식인 이중면 샤워 헤드 전자관.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 하나이상의 자석은 같은 자극이 동일 방향을 향하게 배치되고 각 자석이 자체 폐쇄 루프 ExB 드리프트 경로를 생성하는 거리에 배치되는 다수의 자석을 구비하는 이중면 샤워 헤드 전자관.
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