KR20020078618A - Inductively Coupled Plasma Assisted Sputtering System with Multiple Coils And Method Thereby - Google Patents

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KR20020078618A
KR20020078618A KR1020010018394A KR20010018394A KR20020078618A KR 20020078618 A KR20020078618 A KR 20020078618A KR 1020010018394 A KR1020010018394 A KR 1020010018394A KR 20010018394 A KR20010018394 A KR 20010018394A KR 20020078618 A KR20020078618 A KR 20020078618A
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이정중
박흥식
주정훈
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이정중
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    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
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    • C23C14/354Introduction of auxiliary energy into the plasma
    • C23C14/358Inductive energy

Abstract

PURPOSE: A multi-coil type ICP(Inductive Coupling Plasma) magnetron sputtering system and a method for the same are provided to improve durability of a coating body by forming a membrane of high hardness. CONSTITUTION: A rotary jig(12) is installed in a center of a chamber(10). A substrate is loaded on the rotary jig(12). A plurality of DC magnetrons(20a,20b) is loaded on both sides of the substrate in order to sputter a plurality of targets(14a,14b). A plurality of RFI(Radio Frequency Inductively coupled) coils(30a,30b) is installed on the DC magnetrons(20a,20b). The RFI coils(30a,30b) are used as ICP generators. The substrate is loaded on the rotary jig(12). Plasma is activated by installing the RFI coils(30a,30b) between the sputtering targets(14a,14b) and the substrate. A plurality of DC power supply portions(27a,27b) is used for supplying DC power to the targets(14a,14b). An ICP is generated between the sputtering targets(14a,14b) and the substrate.

Description

다중 코일 방식의 유도 결합 플라즈마 마그네트론 스퍼터링 시스템 및 그 방법{Inductively Coupled Plasma Assisted Sputtering System with Multiple Coils And Method Thereby}Inductively Coupled Plasma Assisted Sputtering System with Multiple Coils And Method Thereby

본 발명은 다중 코일 방식의 유도 결합 플라즈마 마그네트론 스퍼터링 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 초고경도 내마모 및 장식용 코팅 제조를 위한 다중 코일 방식의 유도 결합 플라즈마 마그네트론 스퍼터링 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-coil inductively coupled plasma magnetron sputtering system and a method thereof, and to a multi-coiled inductively coupled plasma magnetron sputtering system and method for the production of ultra-hard wear and decorative coating.

일반적으로, 내부 삽입형 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma; ICP) 스퍼터링법은 기존의 스퍼터링 증착법에 새로운 플라즈마 보조 장치인 구리 코일을 원형 또는 나선형으로 감아서 반응기 안에 직접 장착하여 반응기 내부의 플라즈마를 더욱 활성화시키는 기술이다.In general, an internally inductively coupled plasma (ICP) sputtering method is a method in which a copper plasma, a new plasma assist device, is wound in a circular or spiral manner and mounted directly in the reactor to activate the plasma inside the reactor. Technology.

반응기 내부에 장착된 수냉식 구리 코일에 RF 파워를 걸어주면 급격한 전기장의 변화가 야기되고 코일의 축방향으로 자기장이 형성된다. 시간에 따라 변화하는 자기장의 영향으로 2차 전기장이 코일 주변에 유도되며 이 때, 형성되는 유도 전기장에 의하여 전자들은 코일 주변에서 코일을 따라 원형으로 가속 운동을 하기 때문에 마그네트론 스퍼터링에 의해 방출된 입자들을 2차적으로 이온화시키는 역할을 한다.Applying RF power to a water-cooled copper coil mounted inside the reactor causes a sudden change in the electric field and creates a magnetic field in the axial direction of the coil. The secondary electric field is induced around the coil under the influence of the magnetic field that changes with time, and the induced electric field causes the electrons to accelerate in a circular motion along the coil around the coil. Secondary ionization.

따라서, 반응기 안의 플라즈마를 더욱 활성화시키고 입자들의 이온화율을 기존의 마그네트론 스퍼터링보다 급격히 증가시킨다. 현재 상용화되어 증착 공정에서 많이 사용되는 마그네트론-스퍼터링의 경우 입자의 이온화율이 10%를 넘지 못하는데 반하여 ICP-스퍼터링의 경우 약 80%까지 증가시킬 수 있다.Therefore, the plasma in the reactor is further activated, and the ionization rate of the particles is drastically increased than the conventional magnetron sputtering. Magnetron sputtering, which is currently commercially available and widely used in the deposition process, can increase the particle ionization rate by less than 10%, while increasing ICP-sputtering by about 80%.

그리고, 일반적인 마그네트론 스퍼터링법은 이온화에 참여하는 전자들이 모두 음극에 장치된 누출 자계에 속박되어서 기판이 존재하는 곳까지 비행하지 못하므로, 기판에 음의 바이어스를 인가하여도 가속 효과를 얻는 이온의 수가 기판 근처에서 아주 적기 때문에 이온에 의한 충진 효과를 거의 얻을 수 없었다.In addition, in the general magnetron sputtering method, all the electrons participating in the ionization are bound to the leakage magnetic field installed at the cathode and thus cannot fly to the substrate. Therefore, the number of ions that have an acceleration effect even when a negative bias is applied to the substrate is obtained. Since there is very little near the substrate, the filling effect by the ions was hardly obtained.

따라서, 음극 부근의 플라즈마를 기판 주위까지 연장하기 위한 방법으로 개발된 기술이 내부 삽입형 유도결합 플라즈마 스퍼터링이다. 유도 결합 플라즈마를 이용한 장치의 원리는 1920년도에 개발이 되었는데, 기존의 ICP 장치는 유전체 창(석영, 알루미나) 외부에 ICP 안테나를 설치하여 고주파 전력을 간접 전달하는 방식을 사용하였다. 그러나, 이러한 외부형 ICP 장치의 치명적인 단점은 이 창의 내부에 도전성 물질(금속, TiN 등)이 코팅되면 전혀 전력 전달이 되지 않아 플라즈마를 유지할 수 없다는 점이다.Therefore, a technique developed as a method for extending the plasma in the vicinity of the cathode to the periphery of the substrate is internally inserted inductively coupled plasma sputtering. The principle of the device using inductively coupled plasma was developed in 1920. The existing ICP device uses an ICP antenna installed outside the dielectric window (quartz, alumina) to indirectly transmit high frequency power. However, a fatal drawback of such external ICP devices is that if a conductive material (metal, TiN, etc.) is coated on the inside of the window, no power can be delivered to maintain plasma.

따라서, 현재 일부 개발된 장비들도 유전체 박막에만 응용이 시도되고 있다. 또한, 내부의 유전성 물질을 계속적으로 크리닝해 주어야 하는 유지 보수의 문제와 대면적의 유전체 창의 제작과 유지에 있어서 기계적 강도가 문제가 되기 때문에 대형화에의 적용에 많은 어려움을 안고 있다.Therefore, some of the developed equipment is currently only applied to the dielectric thin film. In addition, there is a lot of difficulties in the application to the enlargement because the maintenance of the need to continuously clean the internal dielectric material and the mechanical strength in the production and maintenance of large area dielectric window becomes a problem.

반면에 내부 삽입형 ICP를 이용한 증착 공정은 코일을 내부에 삽입하므로 유전체 창이 필요 없으며 스테인레스 챔버 내부에 직접 장착할 수 있어 대형화가 유리하다. 또한 기존의 어느 공정보다 높은 이온화율과 이온 밀도를 얻을 수 있다는 큰 장점을 지니고 있다.On the other hand, the deposition process using the internal insertion type ICP inserts the coil into the inside, so that a dielectric window is not required, and it can be mounted directly inside the stainless chamber, which is advantageous in size. In addition, it has the great advantage that higher ionization rate and ion density can be obtained than any existing processes.

한편, 미국 특허 6,077,402호(Central Coil design for ionized metal plasma deposition)에 개시된 바와 같은 기존의 내부 삽입형 유도결합 플라즈마 스퍼터링 장치는 주로 반도체 생산용으로 개발이 되었다. 이러한 반도체용 제조 장치는 챔버 맨 위 쪽에 원형 타겟이 놓이며, 아래 쪽에는 웨이퍼 기판이 놓이고, 그 중간에 RFI 코일이 삽입되어 있는 구조를 이룬다. 이러한 구조는 원형 및 평판의 형상을 갖는 반도체 웨이퍼 위의 박막 증착에는 용이하지만, 삼차원적인 형상을 갖는 공구나 장식용품 등 기타 진공 박막 증착이 필요한 모재에는 적용하기가 힘든 단점을 가지고 있다. 또한, 한번에 한 장씩 생산되는 구조를 가지므로 한번에 많은 물량을 코팅하는데 어려움을 지니고 있다.Meanwhile, the existing internally inserted inductively coupled plasma sputtering apparatus as disclosed in US Patent 6,077,402 (Central Coil design for ionized metal plasma deposition) has been developed mainly for semiconductor production. Such a semiconductor manufacturing apparatus has a circular target placed at the top of the chamber, a wafer substrate placed at the bottom thereof, and an RFI coil inserted therebetween. Such a structure is easy for thin film deposition on semiconductor wafers having circular and flat plate shapes, but has a disadvantage in that it is difficult to apply to base materials requiring vacuum thin film deposition such as tools or decorative articles having a three-dimensional shape. In addition, it has a structure that is produced one sheet at a time has a difficulty in coating a large amount at a time.

내마모 코팅 및 장식용 코팅을 위해 사용되는 스퍼터링 장비는 비교적 크기가 작은 모재와 많은 물량을 한번에 처리할 수 있는 산업적, 경제적 수요에 맞추어서 발전되어 왔다. 이러한 산업용 스퍼터링 장치의 구조는 주로 측면에 스퍼터 타겟을 여러 개 위치시키며 가운데에 기어에 의해 회전하는 기판 시스템을 사용하고 기판에 여러 개의 피코팅재를 매달아 증착하는 구조를 지니고 있다.Sputtering equipment used for abrasion resistant and decorative coatings has been developed to meet the industrial and economic needs to handle relatively small substrates and large quantities at once. The structure of the industrial sputtering apparatus mainly has a structure in which a plurality of sputter targets are positioned on the side, a substrate system rotated by a gear in the center, and a plurality of coating materials are suspended and deposited on the substrate.

한편, 모재의 표면에 경질 피막을 입힘으로써 절삭 공구의 절삭 능력과 수명을 향상시키기 위한 연구는 오래 전부터 수행되어 왔으며, 그동안 여러 종류의 경질 피막 재료와 함께 다양한 제조 기술이 개발되어 왔다.On the other hand, the research for improving the cutting ability and life of the cutting tool by applying a hard film on the surface of the base material has been performed for a long time, and various manufacturing techniques have been developed with various kinds of hard film materials.

이러한 표면 피막 제조 기술의 응용은 전자, 광학 분야에서 기계, 화학적인분야에 이르기까지 그 범위가 매우 광범위하며 날로 확대되어가고 있다. 이 중에서 기계적인 응용 분야에서 가장 많은 연구의 대상이 되고 실제로 그 상업화가 활발히 되고 있는 분야는 절삭 공구, 금형, 다이 등의 수명 및 내마모성 향상을 위한 내마모 경질 피막 분야이다.The application of such surface coating technology is very broad and expanding from electronics and optics to mechanical and chemical fields. Among them, the most researched field in the field of mechanical applications, and the field of commercialization is active in the field of wear-resistant hard coating for improving the life and wear resistance of cutting tools, molds, dies and the like.

특히, 각종 공구류의 수명 연장 및 기능 개선을 위해 세라믹 재료를 코팅하는 기술은 공구의 고급화를 통한 부가가치를 높이는 전략으로 세계적으로 매우 활발하게 연구가 진행되고 있다. 내마모 경질 코팅을 제조하는 방법으로는 열화학 증착법, 플라즈마 화학 증착법, 유기화학 증착법 등의 화학적 기상 증착법과 스퍼터링, 아크 증발법, 전자빔 증발법 등의 물리적 기상 증착법 등이 있다.In particular, the technology of coating ceramic materials to extend the life and function of various tools has been actively studied in the world as a strategy to increase the added value through advanced tools. Methods for producing a wear resistant hard coating include chemical vapor deposition such as thermal chemical vapor deposition, plasma chemical vapor deposition, and organic chemical vapor deposition, and physical vapor deposition such as sputtering, arc evaporation, and electron beam evaporation.

또한, 내마모 경질 코팅 재료로는 천이금속(Ti, Zr, Hf)의 질화물, 탄화물, 붕화물인TiN, TiC, ZrN, HfN, CrN 등과 더불어 서로 다른 성질을 갖는 재료를 복합적으로 조합한 Ti(C,N), (Ti,Al)N, (Ti,V)N, (Ti,Zr)N 등의 3원계 질화물, 붕화물, 탄화물, 그리고 (Ti,Al,Zr)N, Ti(C,B,N) 등의 4원계 내마모 경질 코팅도 연구되고 있다. 이 중에서 TiN은 경도가 크고 접착력이 우수하며 화학적으로 안정하며, 전기 전도도가 좋아 내마모 경질 코팅으로 널리 사용되고 있으며 황금색의 미려한 색상 때문에 장식용 코팅으로도 많이 응용되고 있는 재료이다.In addition, the wear-resistant hard coating material is a combination of Ti (combination of TiN, TiC, ZrN, HfN, CrN, etc. of nitrides, carbides and borides of transition metals (Ti, Zr, Hf) Tertiary nitrides such as C, N), (Ti, Al) N, (Ti, V) N, (Ti, Zr) N, borides, carbides, and (Ti, Al, Zr) N, Ti (C, B, N), etc., quaternary wear resistant hard coatings are also being studied. Among them, TiN is widely used as a wear-resistant hard coating because of its high hardness, excellent adhesion, chemical stability, and good electrical conductivity. It is also widely applied as a decorative coating because of its beautiful golden color.

한편, 내마모 경질 코팅 중 가장 많이 사용되는 TiN은 경도가 약 2000HK(kgfmm-2)정도이다. 일반적인 마그네트론 스퍼터링법이나 다른 증착법으로 제조된 TiN의 경우 경도가 대부분 2000-4000kgfmm-2의 값을 갖는다. TiN의 경도를 더욱 증가시키려는 여러 가지 연구가 시도되고 있으나 아직까지는 경도값이 4000HK(kgfmm-2)가 넘는 단일 TiN박막에 대한 보고는 없었다.Meanwhile, TiN, which is most used among wear-resistant hard coatings, has a hardness of about 2000 HK (kgfmm −2 ). In the case of TiN manufactured by a general magnetron sputtering method or another deposition method, the hardness is almost 2000-4000kgfmm −2 . Various studies have been attempted to further increase the hardness of TiN, but there have been no reports of single TiN thin films with hardness values of more than 4000HK (kgfmm -2 ).

따라서, 본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 높은 경도의 박막 특성을 갖는 피막을 형성하여 코팅체의 내구성 향상과 플라즈마 형성을 위한 이온화율을 높여서 코팅에 따른 생산성을 높여 주는 다중 코일 방식의 유도 결합 플라즈마 마그네트론 스퍼터링 시스템 및 그 방법을 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of the problems of the prior art, the object of which is to form a film having a high hardness thin film properties to improve the durability of the coating and the ionization rate for plasma formation to increase the productivity according to the coating To provide a multi-coil inductively coupled plasma magnetron sputtering system and a method thereof.

도 1은 본 발명에 따른 유도 결합 플라즈마 마그네트론 스퍼터링 장치의 제 1실시예 구성을 설명하기 위한 구성도.1 is a configuration diagram for explaining the configuration of a first embodiment of an inductively coupled plasma magnetron sputtering apparatus according to the present invention;

도 2는 본 발명에 따른 유도 결합 플라즈마 마그네트론 스퍼터링 장치의 제 2실시예 구성을 설명하기 위한 구성도.Figure 2 is a block diagram for explaining the configuration of a second embodiment of the inductively coupled plasma magnetron sputtering apparatus according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따라 제조된 TiN 박막의 경도 변화를 나타낸 그래프.3 is a graph showing the hardness change of the TiN thin film prepared according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따라 제조된 TiN 박막의 접착력 평가 결과를 나타낸 그래프.Figure 4 is a graph showing the adhesion evaluation results of the TiN thin film prepared according to the present invention.

도 5는 본 발명과 기존의 다른 방법에 의하여 제조된 TiN 박막의 내마모 특성 비교 결과를 나타낸 그래프.5 is a graph showing a comparison result of the wear resistance characteristics of TiN thin films prepared by the present invention and other conventional methods.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10 : 챔버12 : 지그10 chamber 12 jig

14a∼14f : 타겟16a : 가스 공급 밸브14a to 14f: target 16a: gas supply valve

16b : 진공 밸브20a∼20f : DC 마그네트론16b: vacuum valves 20a to 20f: DC magnetron

25a∼25d : RF 전원 공급부27a∼27f : 직류 전원 공급부25a to 25d: RF power supply 27a to 27f: DC power supply

30a, 30b : RFI 코일35 : 기판 및 기판 홀더30a, 30b: RFI coil 35: substrate and substrate holder

40 : 플라즈마40: plasma

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 플라즈마 발생 영역을 제공하는 챔버와; 상기 플라즈마에 의해 생성되는 증착 물질의 이온 및 중성 원자가 증착되는 기판이 장착되고, 상기 챔버의 중앙에 설치되는 지그와; 상기 챔버 내의 상기 지그를 중심으로 설치되어 상기 플라즈마의 공급원이 되는 다수의 타겟과; 상기 타겟을 다발적으로 스퍼터링시켜 플라즈마 상태로 변환시켜 주는 다수의 스퍼터링 장치와; 상기 지그와 상기 다수의 타겟 사이에 설치되어, 상기 스퍼터링 장치에 의하여 생성된 플라즈마를 다발적이면서 2차적으로 플라즈마화시켜 주는 다수의 코일과; 상기 다수의 코일에 RF 전력을 공급하는 RF 전원 공급부와; 상기 다수의 타겟에 각각 직류 전원을 공급하는 다수의 직류 전원 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 코일 방식의 유도 결합 플라즈마 마그네트론 스퍼터링 시스템을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention includes a chamber for providing a plasma generating region; A jig, on which a substrate on which ions and neutral atoms of the deposition material generated by the plasma are deposited is mounted, and which is installed in the center of the chamber; A plurality of targets installed around the jig in the chamber and serving as a source of the plasma; A plurality of sputtering apparatuses for sputtering the target into a plasma state; A plurality of coils provided between the jig and the plurality of targets to convert the plasma generated by the sputtering apparatus into multiple and secondary plasmas; An RF power supply unit supplying RF power to the plurality of coils; It provides a multiple coil type inductively coupled plasma magnetron sputtering system, characterized in that it comprises a plurality of DC power supply for supplying DC power to the plurality of targets, respectively.

상기 다수의 코일과 다수의 스퍼터링 장치, 다수의 타겟은 상기 지그를 중심으로 서로 대향되는 위치에 설치되며, 상기 다수의 코일과 다수의 스퍼터링 장치, 다수의 타겟은 상기 지그를 중심으로 일정한 각도 간격으로 3개 이상 설치된다.The plurality of coils, the plurality of sputtering devices, and the plurality of targets are installed at positions opposite to each other with respect to the jig, and the plurality of coils, the plurality of sputtering devices, and the plurality of targets at regular angle intervals around the jig. Three or more are installed.

상기 다수의 코일과 다수의 RF 전원 공급부 사이에 서로 간의 임피던스를 각각 매칭시켜 주는 다수의 임피던스 정합부를 더 포함하고, 상기 챔버는 플라즈마 형성에 필요한 가스 공급 및 진공도 조절을 위한 밸브를 1개 이상 구비한다. 상기 다수의 코일은 도전성 물질로써 튜브 구조로 이루어지고, 상기 다수의 코일이 플라즈마 형성 과정에서 과열되는 것을 방지하기 위하여 코일 내부에 냉각 매체를 공급하여 냉각시켜 주는 냉각 시스템을 더 포함한다.The apparatus further includes a plurality of impedance matching units for matching impedances between the plurality of coils and the plurality of RF power supplies, respectively, wherein the chamber is provided with at least one valve for gas supply and vacuum control required for plasma formation. . The plurality of coils are made of a tubular structure with a conductive material, and further include a cooling system for supplying and cooling a cooling medium inside the coil to prevent the plurality of coils from being overheated during the plasma formation process.

상기 지그는 회전이 가능한 회전식 지그이고, 상기 다수의 코일에 공급되는 RF 전원은 동일한 위상차를 가지고 순차적으로 공급된다. 상기 타겟은 천이성 금속 물질의 산화물, 탄화물, 질화물 중에서 선택된 적어도 하나로 이루어진다.The jig is a rotary jig rotatable, and the RF power supplied to the plurality of coils is sequentially supplied with the same phase difference. The target consists of at least one selected from oxides, carbides, and nitrides of transitional metal materials.

그리고, 본 발명은 플라즈마를 이용한 코팅 방법에 있어서, 플라즈마 발생 영역을 형성하는 챔버를 전기적으로 접지 처리하는 단계; 및 상기 챔버 내에 설치되어 상기 플라즈마가 코팅되는 기판은 전기적으로 접지 처리하는 방법과 음의 바이어스 전압이 인가되는 방법 중에서 어느 한 방법으로 처리되는 단계와; 상기 기판을 중심으로 다수 설치된 플라즈마 생성원인 타겟을 스퍼터링시켜서 다발적으로 플라즈마를 생성하는 단계; 및 상기 기판과 상기 타겟사이의 위치에 다수 설치된 RF 유도 결합 코일을 이용하여 상기 타겟에서 발생된 플라즈마를 다발적이면서 2차적으로 플라즈마화시켜서, 상기 기판에 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 코일 방식의 유도 결합 플라즈마 마그네트론 스퍼터링 시스템을 이용한 코팅 방법을 아울러 제공한다.In addition, the present invention provides a coating method using plasma, comprising the steps of: electrically grounding a chamber forming a plasma generating region; And a substrate installed in the chamber and coated with the plasma is processed by any one of a method of electrically grounding and applying a negative bias voltage. Generating multiple plasmas by sputtering a plurality of targets that are plasma generation sources installed around the substrate; And converting plasma generated at the target into multiple and secondary plasmas using a plurality of RF inductive coupling coils installed at positions between the substrate and the target, and coating the substrate on the substrate. A coating method using a coil-type inductively coupled plasma magnetron sputtering system is also provided.

상기 코팅 전에 플라즈마를 이용하여 기판에 존재하는 불순물과 잔류 가스를 제거 함으로써 코팅막의 접착력을 향상시키기 위한 전처리 공정을 더 포함하며, 상기 전처리 공정은 아르곤 가스를 이용하여 유도 결합 플라즈마를 발생시켜서 처리한다. 상기 타겟은 천이성 금속 물질의 산화물, 탄화물, 질화물 중에서 선택된 적어도 하나로 이루어진다.The method further includes a pretreatment process for improving adhesion of the coating layer by removing impurities and residual gas present in the substrate using the plasma before the coating, wherein the pretreatment process is performed by generating an inductively coupled plasma using argon gas. The target consists of at least one selected from oxides, carbides, and nitrides of transitional metal materials.

본 발명은 기존의 대용량 스퍼터링 장치에 여러 개의 유도결합 플라즈마 발생 장치(코일)를 내부에 설치하여 고경도 내마모 코팅 및 장식용 코팅을 증착하는 것으로, 본 발명은 기존의 여러 가지 내마모 코팅 증착법으로 제조된 박막에 비해 매우 높은 경도를 갖는 고경도 내마모 코팅을 유도결합 플라즈마 스퍼터링법으로 제조할 수 있었다. 또한 저온에서 우수한 특성을 갖는 TiN 박막을 합성하는데 성공하였으며 플라스틱 기판 등과 온도에 제약을 받는 기판에도 코팅이 가능하였다.The present invention is to install a plurality of inductively coupled plasma generating device (coil) in the existing large-capacity sputtering apparatus to deposit a high hardness wear-resistant coating and decorative coating, the present invention is manufactured by a variety of conventional wear-resistant coating deposition method The high hardness wear resistant coating having a very high hardness compared to the prepared thin film could be prepared by inductively coupled plasma sputtering. In addition, it succeeded in synthesizing the TiN thin film having excellent characteristics at low temperature, and it is possible to coat on a plastic substrate and the temperature-restricted substrate.

(실시예)(Example)

이하에 상기한 본 발명을 바람직한 실시예가 도시된 첨부 도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings showing a preferred embodiment of the present invention described above in more detail.

첨부한 도면, 도 1은 본 발명에 따른 유도 결합 플라즈마 마그네트론 스퍼터링 장치의 제 1실시예 구성을 설명하기 위한 구성도, 도 2는 본 발명에 따른 유도 결합 플라즈마 마그네트론 스퍼터링 장치의 제 2실시예 구성을 설명하기 위한 구성도, 도 3은 본 발명에 따라 제조된 TiN 박막의 경도 변화를 나타낸 그래프, 도 4는 본 발명에 따라 제조된 TiN 박막의 접착력 평가 결과를 나타낸 그래프, 도 5는 본 발명과 기존의 다른 방법에 의하여 제조된 TiN 박막의 내마모 특성 비교 결과를 나타낸 그래프이다.1 is a block diagram for explaining the configuration of the first embodiment of the inductively coupled plasma magnetron sputtering apparatus according to the present invention, Figure 2 is a configuration of a second embodiment of the inductively coupled plasma magnetron sputtering apparatus according to the present invention 3 is a graph showing the change in hardness of the TiN thin film prepared according to the present invention, Figure 4 is a graph showing the results of evaluation of the adhesion of the TiN thin film prepared according to the present invention, Figure 5 is the present invention and the existing A graph showing a comparison result of wear resistance of TiN thin films prepared by other methods.

본 발명에 사용한 장치는 도 1과 같이 챔버(10)의 중앙에 설치된 회전식 지그(12)에 장착된 기판(20)을 중심으로 양 측면에 장착되어 타겟(14a, 14b)을 스퍼터링시켜 주는 DC 마그네트론(20a, 20b), 상기 DC 마그네트론(20a, 20b)에 두 개의 유도 결합 플라즈마 발생 장치 즉, RFI(radio frequency inductively coupled) 코일(30a, 30b)을 장착하였다.The apparatus used in the present invention is a DC magnetron mounted on both sides of the substrate 20 mounted on the rotary jig 12 installed in the center of the chamber 10 to sputter the targets 14a and 14b as shown in FIG. 1. 20a and 20b, two inductively coupled plasma generators, that is, radio frequency inductively coupled (RFI) coils 30a and 30b are mounted on the DC magnetrons 20a and 20b.

스퍼터링 방식은 측면에 위치한 타겟(14a, 14b)을 스퍼터링하는 방식을 이용하였으며, 가운데에 있는 회전식 지그(12)에 기판(35)을 위치시키고 타겟(14a)과 기판(35)의 중간에 RFI 코일(30a, 30b)을 설치하여 플라즈마를 더욱 활성화시켜 준다.The sputtering method is a method of sputtering targets 14a and 14b located on the side surface. The substrate 35 is positioned in the rotary jig 12 in the middle, and the RFI coil is positioned between the target 14a and the substrate 35. 30a and 30b are provided to further activate the plasma.

본 발명의 실시예에서 상기 지그(35)는 상기 RFI 코일(30a, 30b)에 대하여 회전하는 회전식 지그를 예로 들어 설명하지만, 경우에 따라서는 지그를 고정시키고 상기 다수의 RFI 코일(30a, 30b)에 공급되는 RF 전원을 동일한 위상차를 갖도록 순차적으로 공급함으로써 플라즈마가 기판(35)을 중심으로 회전하기 때문에 상기 회전식 지그와 같은 효과를 가질 수 있도록 할 수도 있다.In the embodiment of the present invention, the jig 35 is described as a rotary jig rotating with respect to the RFI coils 30a and 30b as an example. However, in some cases, the jig is fixed and the plurality of RFI coils 30a and 30b are fixed. By sequentially supplying the RF power supplied to have the same phase difference, the plasma may be rotated about the substrate 35 so as to have the same effect as the rotary jig.

이는 상기 RFI 코일(30a, 30b)에 의하여 형성된 플라즈마 영역(40) 내에서 기판(35)의 표면에 고른 분포로 플라즈마와 접촉되도록 하기 위한 방편으로 회전식지그를 이용하는 방법과 같이 플라즈마가 기판(35)을 중심으로 회전하도록 함으로써 동일한 효과를 나타낼 수 있다는 것을 의미한다.This is because the plasma is applied to the substrate 35 in a manner such that a rotary jig is used to contact the plasma in an even distribution on the surface of the substrate 35 in the plasma region 40 formed by the RFI coils 30a and 30b. This means that by rotating around the same effect can be achieved.

그리고, 본 발명의 구조를 더욱 확장하면, 도 2와 같은 구조를 가질 수 있다. 챔버(10)의 양측면에 스퍼터링 장치인 DC 마그네트론(20c∼20f)과 타겟(14c∼14f)을 4개씩 장착하고, 그에 따른 RF 전원 공급부(25c∼25f)와 직류 전원 공급부(27c∼27f)를 연결하면 증착 속도 및 증착막의 균일성을 향상시킬 수 있으며, 경우에 따라서는 상기 도 1 및 도 2와 같이 2개 또는 4개만 설치하는 것이 아니라 그 이상으로 설치하여 플라즈마를 발생시켜 증착을 수행할 수 있다.Further, if the structure of the present invention is further extended, it may have a structure as shown in FIG. DC magnetrons 20c to 20f, which are sputtering apparatuses, and four targets 14c to 14f, respectively, are mounted on both sides of the chamber 10, and the RF power supply units 25c to 25f and the DC power supply units 27c to 27f are thus mounted. When connected, the deposition rate and the uniformity of the deposition film can be improved, and in some cases, as shown in FIGS. 1 and 2, not only two or four installations can be installed, but more than that, plasma can be generated to generate deposition. have.

본 발명에서는 두 개의 스퍼터링 타겟(14a, 14b)과 두 개의 RFI 코일(30a, 30b)을 이용하여 내마모 코팅 및 장식용 코팅재로 널리 사용되는 TiN 박막을 증착하였다.In the present invention, two sputtering targets 14a and 14b and two RFI coils 30a and 30b were used to deposit TiN thin films widely used as wear-resistant coatings and decorative coatings.

Ti 타겟(순도=99.9%, 지름=2 인치)을 순도 99.999%의 아르곤(Ar)과 질소(N2)의 혼합 기체 분위기에서 증착하였으며, 지그(12) 및 기판(35)과 챔버(10)는 전기적으로 접지하였다.Ti targets (purity = 99.9%, diameter = 2 inches) were deposited in a mixed gas atmosphere of argon (Ar) and nitrogen (N 2 ) having a purity of 99.999%, and the jig 12, the substrate 35, and the chamber 10. Is electrically grounded.

타겟(14a, 14b)과 기판(35)간의 거리는 대략 10㎝이며, 타겟(14a, 14b)과 RFI 코일(30a, 30b)간의 거리는 약 3cm 내외이고, RFI 코일(30a, 30b)의 좌우 길이가 약 4cm, RFI 코일(30a, 30b)과 기판(35)의 거리는 약 3cm 정도의 배열을 가지고 있다.The distance between the targets 14a and 14b and the substrate 35 is approximately 10 cm, and the distance between the targets 14a and 14b and the RFI coils 30a and 30b is about 3 cm, and the left and right lengths of the RFI coils 30a and 30b are About 4 cm, the distance between the RFI coils 30a and 30b and the substrate 35 has an arrangement of about 3 cm.

한편, 타겟(14a, 14b)에는 직류 전원 공급부(27a, 27b)로 직류 전원을 공급하였다. 유도결합 플라즈마(40)는 스퍼터링 타겟(14a, 14b)과 기판(35) 사이에 형성되며, RF 전원 공급부(25a, 25b)를 이용하여 13.56MHz의 고주파 전압을 임피던스 조절 상자를 통하여 RFI 코일(30a, 30b)에 인가하였다.On the other hand, DC power was supplied to the targets 14a and 14b through the DC power supply units 27a and 27b. The inductively coupled plasma 40 is formed between the sputtering targets 14a and 14b and the substrate 35. The high frequency voltage of 13.56 MHz is applied to the RFI coil 30a through the impedance control box using the RF power supply units 25a and 25b. , 30b).

상기 RFI 코일(30a, 30b)은 구리관을 두 번 감아서 챔버(10) 내에 삽입한 것으로, 증착 중 RFI 코일(30a, 30b) 내부로 냉각수를 공급하여 냉각시켜 주며, 지름은 대략 15cm이다. 잔류가스의 영향을 최소화하기 위하여 챔버(10) 내의 압력을 1×10-6Torr 이하로 한 후, 아르곤과 반응 가스를 공급하였다.The RFI coils 30a and 30b are wound into a copper tube twice and inserted into the chamber 10. The RFI coils 30a and 30b are supplied with cooling water to cool the inside of the RFI coils 30a and 30b during deposition and have a diameter of about 15 cm. In order to minimize the influence of the residual gas, the pressure in the chamber 10 was set to 1 × 10 −6 Torr or less, and then argon and a reactant gas were supplied.

표 1에는 플라스틱 기판(35) 위에 장식용 TiN 박막을 증착한 샘플의 색상분포를 나타낸 것이다. TiN 박막의 증착은 모두 70℃ 이하에서 이루어졌다. 본 발명을 이용한 장식용 TiN 박막의 증착 조건은 다음과 같다.Table 1 shows the color distribution of the sample on which the decorative TiN thin film was deposited on the plastic substrate 35. All TiN thin films were deposited at 70 ° C or lower. The deposition conditions of the decorative TiN thin film using the present invention are as follows.

공정 압력 20mTorr 에서 수행하였으며, 이 때 아르곤 가스는 10sccm, 질소 가스는 2sccm을 흘려주었다. Ti 타겟에는 각각 200W의 직류 전원을 걸어주었으며, 2인치 Ti 타겟(14a, 14b)을 사용하였으므로 타겟(14a, 14b)에 걸리는 파워 밀도는 9.86W/cm2이다. RFI 코일(30a, 30b)에는 300W의 RF 파워를 각각 걸어주었다.At a process pressure of 20 mTorr, 10 sccm of argon gas and 2 sccm of nitrogen gas were flowed. 200W DC power was applied to the Ti target, and 2 inch Ti targets 14a and 14b were used, so the power density applied to the targets 14a and 14b was 9.86W / cm 2 . 300W RF power was applied to the RFI coils 30a and 30b, respectively.

증착된 TiN 박막의 특성 비교를 위하여 같은 플라스틱 샘플에 비대칭 마그네트론 스퍼터링법으로 증착한 TiN박막의 색상 분포를 함께 나타내었다.To compare the properties of the deposited TiN thin film, the color distribution of the TiN thin film deposited by the asymmetric magnetron sputtering method on the same plastic sample is also shown.

이 때는 10cm 지름의 Ti 타겟을 사용하였고, 걸어준 파워는 2.5KW 였으므로, 타겟에 걸리는 파워 밀도는 31.83W/cm2였다. 표 1에서 나타나듯이 본 발명과 비대칭 마그네트론 스퍼터링 장치에서 제조된 TiN 박막은 거의 비슷한 특성을 보이고 있다. 그러나 가장 중요한 차이는 Ti 타겟에 걸어준 파워에 있다고 할 수 있다. 비대칭형 마그네트론 스퍼터링으로 30W/cm2이상에서만 TiN 박막이 성공적으로 증착되지만 그보다 낮은 파워 밀도에서는 장식용 TiN 박막이 증착되지 못하였다.In this case, a 10 cm diameter Ti target was used, and the applied power was 2.5 kW, so the power density applied to the target was 31.83 W / cm 2 . As shown in Table 1, the TiN thin film manufactured in the present invention and the asymmetric magnetron sputtering apparatus shows almost similar characteristics. But the most important difference is the power applied to the Ti target. Asymmetric magnetron sputtering successfully deposited TiN thin films only above 30 W / cm 2 , but decorative TiN thin films were not deposited at lower power densities.

하지만 본 발명에서는 10W/cm2에서도 장식용 TiN 박막이 쉽게 형성되었다. 또한, 증착된 TiN 박막의 내마모성 또한 비대칭형 마그네트론 스퍼터링법으로 제조한 TiN 박막보다 매우 우수한 것으로 나타났다.However, in the present invention, even at 10 W / cm 2 decorative TiN thin film was easily formed. Also, the wear resistance of the deposited TiN thin film was also superior to that of the TiN thin film prepared by the asymmetric magnetron sputtering method.

기판(35)의 플라즈마 전처리는 플라즈마를 발생시켜 기판(35)에 존재하는 불순물이나 잔류 가스를 제거함으로써 기판(35)과 증착하고자 하는 박막간의 접착력을 향상시키기 위하여 수행하는 전처리 공정이다.The plasma pretreatment of the substrate 35 is a pretreatment process performed to improve adhesion between the substrate 35 and the thin film to be deposited by generating plasma to remove impurities or residual gas present in the substrate 35.

기존의 일반적인 스퍼터링 증착법에서는 기판에 높은 음의 전압을 걸어주어 (약 -1000V 내외) 기판의 플라즈마 전처리를 수행하는데 반하여 본 발명에서는 유도결합 플라즈마를 이용한 새로운 기판의 플라즈마 전처리 공정을 개발하였다.In the conventional general sputtering deposition method, a high negative voltage is applied to the substrate (about -1000V) to perform plasma pretreatment of the substrate, whereas the present invention has developed a new plasma pretreatment process using an inductively coupled plasma.

챔버(10) 내에서 아르곤 가스만을 흘려주어 압력을 20mTorr로 유지한 다음, RFI 코일(30, 30b)에 RF 파워를 인가하여 유도결합 플라즈마를 발생시킨 상태에서 기판(35)의 플라즈마 전처리를 수행하였다. 이 때, 인가해준 RF 파워는 200W 였으며, 전처리 시간은 약 5분 정도 수행하였다.Only the argon gas was flowed in the chamber 10 to maintain the pressure at 20 mTorr, and then plasma pretreatment of the substrate 35 was performed while generating an inductively coupled plasma by applying RF power to the RFI coils 30 and 30b. . At this time, the applied RF power was 200W, the pretreatment time was performed for about 5 minutes.

이러한 기판(35)의 플라즈마 전처리로 박막과 기판(35)간의 접착력이 매우 크게 증가함을 확인할 수 있었다. 특히, 기판(35)이 ABS 류의 플라스틱일 경우 기판(35)의 온도를 대략 100℃ 이상 올리기 힘들다. 이러한 기판(35)에 내마모 및 장식용 코팅을 수행하는 것을 저온 증착 공정이라 할 수 있는데, 이러한 저온 증착 공정에서 RFI 코일(30a, 30b)을 이용한 기판(35)의 플라즈마 전처리는 큰 효과를 나타냈다.It was confirmed that the adhesion between the thin film and the substrate 35 was greatly increased by the plasma pretreatment of the substrate 35. In particular, when the substrate 35 is ABS plastic, it is difficult to raise the temperature of the substrate 35 to about 100 ° C or more. The wear-resistant and decorative coating on the substrate 35 may be referred to as a low temperature deposition process. In this low temperature deposition process, plasma pretreatment of the substrate 35 using the RFI coils 30a and 30b showed a great effect.

전처리를 하지 않은 시편의 경우 증착 후 TiN 박막이 벗겨지는 양상을 나타나는데 비해 유도결합 플라즈마를 이용하여 전처리를 수행한 시편의 경우 매우 깨끗하게 박막이 증착되었다.In the case of the specimen without pretreatment, the TiN thin film was peeled off after deposition. In the case of the pretreatment using inductively coupled plasma, the thin film was deposited very cleanly.

따라서, RFI 코일(30a, 30b)을 이용한 유도결합 플라즈마를 발생시켜 기판(35)의 플라즈마 전처리를 수행하는 공정은 기판(35)이 온도의 제약을 받는 플라스틱 등의 저온 증착 공정에서 그 효과가 더욱 크다고 할 수 있다.Accordingly, the plasma pretreatment of the substrate 35 by generating the inductively coupled plasma using the RFI coils 30a and 30b is more effective in the low temperature deposition process such as plastic, in which the substrate 35 is limited by temperature. It can be said to be large.

두 개 이상의 RFI 코일(30a, 30b)을 삽입하여 플라즈마를 발생시킬 때 가장 크게 문제가 되는 것은 RF 간의 간섭 현상으로 플라즈마가 발생되지 않거나 공정 중에 불안해지는 것이다. 그러나, 본 발명에서는 두 개의 RF 플라즈마간의 간섭현상을 임피던스 매칭 방법을 통하여 제어하였으며, 이를 통하여 큰 문제없이 높은 파워에서도 RF 매칭이 잘 유지되도록 하였다.When the plasma is generated by inserting two or more RFI coils 30a and 30b, the biggest problem is that the plasma is not generated due to the interference between RF or becomes unstable during the process. However, in the present invention, the interference phenomenon between the two RF plasmas is controlled by the impedance matching method, so that RF matching is well maintained even at high power without major problems.

본 발명에 따라 증착된 기판의 각 특성은 아래와 같다.Each characteristic of the substrate deposited according to the present invention is as follows.

1. 박막의 경도1. Hardness of thin film

도 3은 RFI 코일(30a, 30b)에 인가하는 고주파전력(ICP power)에 따른 TiN 피막의 경도 변화를 나타낸 것이다. TiN의 경도는 ICP 전력이 증가할수록 높아지며, 200W와 300W 사이에서 경도가 2500HK0.01에서 6000HK0.01으로 급격히 증가하는 특성을 보인다. 또한, 더 높은 ICP 전력에서는 경도가 6500HK0.01이상의 값을 보였다.3 illustrates the hardness change of the TiN film according to the high frequency power (ICP power) applied to the RFI coils 30a and 30b. The hardness of TiN increases with increasing ICP power, and the hardness rapidly increases from 2500HK 0.01 to 6000HK 0.01 between 200W and 300W. In addition, at higher ICP power, the hardness was above 6500HK 0.01 .

탄성계수 또한 ICP 전력이 증가할수록 증가하였으며, 200W와 400W에서 급격한 증가를 보였다. 6500HK0.01이상의 경도는 문헌상에 보고되어 있는 TiN의 경도와 비교하여 볼 때 아주 높은 값이다. 일반적인 마그네트론 스퍼터링이나 다른 방법으로 증착된 TiN의 경우 경도가 대부분 2000∼4000kgfmm-2의 값을 갖는다.The modulus of elasticity also increased with increasing ICP power, and increased rapidly at 200W and 400W. Hardness above 6500HK 0.01 is very high compared to the hardness of TiN reported in the literature. In general, TiN deposited by magnetron sputtering or another method has a hardness of 2000 to 4000 kgfmm −2 .

2. 박막의 접착력2. Adhesive force of thin film

박막의 접착력 평가는 로크웰-씨(Rockwell-C) 압입자를 이용한 압흔시험법과 스크래치시험법을 통하여 이루어졌다. 도 4는 스크래치시험법에서의 음성파를 하중에 대하여 나타낸 것이다. 스크래치 시험법에서의 음성파로 관찰한 TiN 피막의 임계하중은 공업적 응용이 가능하다고 알려져 있는 30N이상이었고, 이 것을 스크래치채널(scratch channel)을 관찰하여 확인하였다. 압흔주위를 관찰한 결과 압흔 주위로의 균열전파나 막이 떨어져나가는 현상을 관찰 할 수 없었다.The adhesion evaluation of the thin film was made by the indentation test method and the scratch test method using Rockwell-C indenter. 4 shows the sound waves in the scratch test method with respect to the load. The critical load of the TiN film observed by the acoustic wave in the scratch test method was 30N or more, which is known to be industrially applicable, and this was confirmed by observing the scratch channel. As a result of observing the indentation, crack propagation around the indentation or film dropping could not be observed.

3. 박막의 내마모특성3. Wear resistance of thin film

본 발명에서 개발된 TiN박막과 다른 방법들로 제조된 TiN 박막의 내마모 특성을 조사하여 도 5에 나타내었다. 조사된 TiN은 각각 ICP 전력을 400W로 하여 제조된 TiN(ICP TiN, 6500HK0.01), 일반적인 DC 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 제조된 TiN(DC TiN, 4400HK0.01), 그리고 PECVD법에 의해 제조된 TiN(PECVD TiN, 3500HK0.01)이었다. 내마모 시험으로는 CSEM사의 볼-디스크(ball on disk type)형의장치를 이용하였다.5 shows the wear resistance characteristics of the TiN thin film manufactured by the present invention and the TiN thin film manufactured by other methods. TiN irradiated was TiN (ICP TiN, 6500HK 0.01 ) manufactured with ICP power at 400W, TiN (DC TiN, 4400HK 0.01 ) manufactured using general DC magnetron sputtering, and TiN (PECVD manufactured by PECVD method, respectively). TiN, 3500HK 0.01 ). As a wear test, a ball-disk (ball on disk type) device of CSEM Corporation was used.

6mm의 지름을 갖는 S440C볼(경도 590HK)을 상대재로 사용하였고, 박막이 증착된 시편을 회전시키면서 마모가 일어나게 하였다. 시편의 회전 속도는 0.14m/s, 인가하중은 5N으로 하여 8000번 회전시켰다.S440C balls (hardness 590HK) having a diameter of 6 mm were used as counterparts, and wear was caused while rotating the specimen on which the thin film was deposited. The specimen was rotated 8000 times with a rotational speed of 0.14 m / s and an applied load of 5N.

도 5는 내마모 시험후 TiN박막의 마모량과 상대재인 스틸 볼의 마모량을 각각 나타낸 것이다. ICP TiN의 경우에 박막은 거의 마모가 되지 않았으며 상대적으로 볼의 마모량은 가장 컸다. 마모량은 경도와 접착력에 의존하는데 경도가 비교적 낮은 PECVD TiN 박막의 경우 박막의 마모가 가장 컸으며 상대재인 볼의 마모는 가장 적었다. ICP TiN 박막은 높은 경도와 우수한 접착력에 의하여 다른 방법으로 제조된 TiN박막보도 더욱 우수한 내마모 특성을 나타내었다.5 shows the wear amount of the TiN thin film and the wear amount of the steel ball as a counterpart after the abrasion resistance test, respectively. In the case of ICP TiN, the thin film was hardly worn and the wear amount of the ball was the largest. The amount of wear depends on the hardness and adhesion. The PECVD TiN thin film with the relatively low hardness has the largest wear and the smallest wear on the counterpart. ICP TiN thin films showed better wear resistance even on TiN thin film beams produced by other methods due to their high hardness and excellent adhesion.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명은 유도 결합 플라즈마를 장착한 스퍼터링 장비를 이용하여 내마모 경질 코팅으로 많이 사용되는 TiN을 제조하였으며, 기존의 TiN보다 약 3배 정도 높은 경도를 갖는 새로운 조직의 TiN 내마모 경질 코팅을 제조할 수 있다. 이러한 초고경도 내마모 코팅을 공구, 금형, 다이 등에 증착하면 제품의 수명을 현격히 연장시켜 주는 효과를 제공한다.According to the present invention made as described above, TiN, which is widely used as a wear-resistant hard coating, was manufactured by using a sputtering apparatus equipped with an inductively coupled plasma, and TiN wear resistance of a new tissue having a hardness about 3 times higher than that of conventional TiN was obtained. Hard coatings can be prepared. Deposition of such ultra-hard wear coatings on tools, molds, dies, etc., significantly extends the life of the product.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예로 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.In the above, the present invention has been illustrated and described with reference to specific preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above-described embodiments and the general knowledge in the technical field to which the present invention pertains without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be made by those who possess.

Claims (14)

플라즈마 발생 영역을 제공하는 챔버와;A chamber providing a plasma generating region; 상기 플라즈마에 의해 생성되는 증착 물질의 이온 및 중성 원자가 증착되는 기판이 장착되고, 상기 챔버의 중앙에 설치되는 지그와;A jig, on which a substrate on which ions and neutral atoms of the deposition material generated by the plasma are deposited is mounted, and which is installed in the center of the chamber; 상기 챔버 내의 상기 지그를 중심으로 설치되어 상기 플라즈마의 공급원이 되는 다수의 타겟과;A plurality of targets installed around the jig in the chamber and serving as a source of the plasma; 상기 타겟을 다발적으로 스퍼터링시켜 플라즈마 상태로 변환시켜 주는 다수의 스퍼터링 장치와;A plurality of sputtering apparatuses for sputtering the target into a plasma state; 상기 지그와 상기 다수의 타겟 사이에 설치되어, 상기 스퍼터링 장치에 의하여 생성된 플라즈마를 다발적이면서 2차적으로 플라즈마화시켜 주는 다수의 코일과;A plurality of coils provided between the jig and the plurality of targets to convert the plasma generated by the sputtering apparatus into multiple and secondary plasmas; 상기 다수의 코일에 RF 전력을 공급하는 RF 전원 공급부와;An RF power supply unit supplying RF power to the plurality of coils; 상기 다수의 타겟에 각각 직류 전원을 공급하는 다수의 직류 전원 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 코일 방식의 유도 결합 플라즈마 마그네트론 스퍼터링 시스템.And a plurality of DC power supply units supplying DC power to the plurality of targets, respectively. 제 1항에 있어서, 상기 다수의 코일과 다수의 스퍼터링 장치, 다수의 타겟은 상기 지그를 중심으로 서로 대향되는 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 다중 코일 방식의 유도 결합 플라즈마 마그네트론 스퍼터링 시스템.The multiple coil type inductively coupled plasma magnetron sputtering system according to claim 1, wherein the plurality of coils, the plurality of sputtering apparatuses, and the plurality of targets are installed at opposite positions with respect to the jig. 제 1항에 있어서, 상기 다수의 코일과 다수의 스퍼터링 장치, 다수의 타겟은 상기 지그를 중심으로 일정한 간격으로 3개 이상 설치되는 것을 특징으로 하는 다중 코일 방식의 유도 결합 플라즈마 마그네트론 스퍼터링 시스템.The multiple coil type inductively coupled plasma magnetron sputtering system according to claim 1, wherein the plurality of coils, the plurality of sputtering devices, and the plurality of targets are installed at regular intervals about the jig. 제 1항에 있어서, 상기 다수의 코일과 다수의 RF 전원 공급부 사이에 서로 간의 임피던스를 각각 매칭시켜 주는 다수의 임피던스 정합부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 코일 방식의 유도 결합 플라즈마 마그네트론 스퍼터링 시스템.The multi-coil inductively coupled plasma magnetron sputtering system of claim 1, further comprising a plurality of impedance matching units respectively matching impedances between the plurality of coils and the plurality of RF power supplies. 제 1항에 있어서, 상기 챔버는 플라즈마 형성에 필요한 가스 공급 및 진공도 조절을 위한 밸브를 1개 이상 구비하는 것을 특징으로 하는 다중 코일 방식의 유도 결합 플라즈마 마그네트론 스퍼터링 시스템.The multi-coil inductively coupled plasma magnetron sputtering system of claim 1, wherein the chamber comprises at least one valve for gas supply and vacuum degree control required for plasma formation. 제 1항에 있어서, 상기 다수의 코일은 도전성 물질로써 튜브 구조로 이루어진 코일인 것을 특징으로 하는 다중 코일 방식의 유도 결합 플라즈마 마그네트론 스퍼터링 시스템.The multi-coil inductively coupled plasma magnetron sputtering system according to claim 1, wherein the plurality of coils are coils having a tube structure as a conductive material. 제 6항에 있어서, 상기 다수의 코일이 플라즈마 형성 과정에서 과열되는 것을 방지하기 위하여 코일 내부에 냉각 매체를 공급하여 냉각시켜 주는 냉각 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 코일 방식의 유도 결합 플라즈마 마그네트론 스퍼터링 시스템.The multi-coil inductively coupled plasma magnetron of claim 6, further comprising a cooling system for supplying and cooling a cooling medium in the coil to prevent the plurality of coils from overheating during the plasma formation process. Sputtering system. 제 1항에 있어서, 상기 지그는 회전이 가능한 회전식 지그인 것을 특징으로 하는 다중 코일 방식의 유도 결합 플라즈마 마그네트론 스퍼터링 시스템.The multi-coil inductively coupled plasma magnetron sputtering system of claim 1, wherein the jig is a rotatable jig. 제 1항에 있어서, 상기 다수의 코일에 공급되는 RF 전원은 동일한 위상차를 가지고 순차적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 다중 코일 방식의 유도 결합 플라즈마 마그네트론 스퍼터링 시스템.The multiple coil type inductively coupled plasma magnetron sputtering system according to claim 1, wherein the RF power supplied to the plurality of coils is sequentially supplied with the same phase difference. 제 1항에 있어서, 상기 타겟은 천이성 금속 물질의 산화물, 탄화물, 질화물 중에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 다중 코일 방식의 유도 결합 플라즈마 마그네트론 스퍼터링 시스템.The multi-coil inductively coupled plasma magnetron sputtering system of claim 1, wherein the target is at least one selected from an oxide, a carbide, and a nitride of a transition metal material. 플라즈마를 이용한 코팅 방법에 있어서,In the coating method using a plasma, 플라즈마 발생 영역을 형성하는 챔버를 전기적으로 접지 처리하는 단계; 및상기 챔버 내에 설치되어 상기 플라즈마가 코팅되는 기판은 전기적으로 접지 처리하는 방법과 음의 바이어스 전압이 인가되는 방법 중에서 어느 한 방법으로 처리되는 단계와;Electrically grounding the chamber forming the plasma generating region; And processing the substrate installed in the chamber and coated with the plasma by any one of a method of electrically grounding and a method of applying a negative bias voltage; 상기 기판을 중심으로 다수 설치된 플라즈마 생성원인 타겟을 스퍼터링시켜서 다발적으로 플라즈마를 생성하는 단계; 및Generating multiple plasmas by sputtering a plurality of targets that are plasma generation sources installed around the substrate; And 상기 기판과 상기 타겟사이의 위치에 다수 설치된 RF 유도 결합 코일을 이용하여 상기 타겟에서 발생된 플라즈마를 다발적이면서 2차적으로 플라즈마화시켜서, 상기 기판에 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 코일 방식의 유도 결합 플라즈마 마그네트론 스퍼터링 시스템을 이용한 코팅 방법.Using multiple RF inductive coupling coils installed at a location between the substrate and the target to plasma multiple times and secondarily to coat the substrate on the substrate. Coating method using inductively coupled plasma magnetron sputtering system. 제 11항에 있어서, 상기 코팅 전에 플라즈마를 이용하여 기판에 존재하는 불순물과 잔류 가스를 제거함으로써 코팅막의 접착력을 향상시키기 위한 전처리 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 코일 방식의 유도 결합 플라즈마 마그네트론 스퍼터링 시스템을 이용한 코팅 방법.12. The multi-coil inductively coupled plasma magnetron sputtering of claim 11, further comprising a pretreatment process for improving adhesion of the coating layer by removing impurities and residual gas present in the substrate before the coating. Coating method using the system. 제 12항에 있어서, 상기 전처리 공정은 아르곤 가스를 이용하여 유도 결합 플라즈마를 발생시켜서 처리하는 것을 특징으로 하는 다중 코일 방식의 유도 결합 플라즈마 마그네트론 스퍼터링 시스템을 이용한 코팅 방법.The method of claim 12, wherein the pretreatment process is performed by generating an inductively coupled plasma using argon gas to process the inductively coupled plasma magnetron sputtering system. 제 11항에 있어서, 상기 타겟은 천이성 금속 물질의 산화물, 탄화물, 질화물 중에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 다중 코일 방식의 유도 결합 플라즈마 마그네트론 스퍼터링 시스템을 이용한 코팅 방법.12. The method of claim 11, wherein the target is at least one selected from oxides, carbides, and nitrides of a transitional metal material.
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