KR20060121888A - 기판상의 층 부착 방법, 플라즈마 발생용 부착 장치,제품상에 층 부착 방법, 및 플라즈마 발생 방법 - Google Patents
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Abstract
부착 공정은, 기판상에 코팅의 플라즈마 강화 화학 기상 증착법용 팽창식 열 플라즈마 발생기(102, 202)의 챔버 내의 목표 프로세스 조건을 결정하는 단계로서, 상기 발생기(102, 202)는 캐소드(106, 206), 대체 가능한 캐스케이드 플레이트 및 동심 오리피스를 갖는 발생기(108, 208)를 포함하는, 상기 챔버 내의 목표 프로세스 조건 결정 단계와; 확인된 목표 프로세스 조건을 달성하도록 구성된 오리피스를 갖는 또 다른 플레이트로 상기 캐스케이드 플레이트를 대체하는 단계와; 플라즈마 가스를 상기 플라즈마 발생기(102, 202)에 제공함으로써 목표 프로세스 조건에서 플라즈마를 발생시키고, 상기 발생기(102, 202) 내의 상기 캐소드(106, 206)와 상기 발생기(108, 208) 사이의 아크 내의 플라즈마 가스를 전리하며, 부착 챔버 내의 기판상에 플라즈마로서의 가스를 팽창시키는 단계를 포함한다. 제어 가능한 플라즈마를 발생시키기 위한 부착 장치(100)는, 대기압 이하의 압력으로 유지되는 부착 챔버와, 상기 부착 챔버 내의 제품 지지부와, 캐소드(106, 206), 단일 캐스케이드 플레이트, 발생기(108, 208) 및 상기 캐스케이드 플레이트를 통한 연통식 오리피스를 포함하는 팽창식 열 플라즈마 발생기를 포함하며, 상기 오리피스는 1mm 내지 20mm의 길이를 갖는다.
Description
본 발명은 플라즈마 강화 화학 기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition)에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 기판을 피복하기 위한 팽창식 열 플라즈마(expanding thermal plasma)(이하, "ETP"라 칭함) 장치에서의 부착법에 관한 것이다.
양(Yang) 등에게 허여된 미국 특허 제 6,110,544 호에는, 플라즈마 부착법에 의해 기판의 표면상에 점착성의 코팅을 부착하는 EPT 방법 및 장치가 개시되어 있다. 이 공정에는 플라즈마를 형성하기 위한 직류 아크 플라즈마 발생기(direct current arc plasma generator)를 통해 플라즈마 가스를 통과시키는 것을 포함한다. 기판은 인접한 진공 챔버 내에 위치 설정된다. 반응 가스 및 산화제는 플라즈마 내에 주입된다. 플라즈마는 기판을 향하여 플라즈마 발생기로부터 진공 챔버 내로 연장되는 발산형 노즐 인젝터(diverging nozzle-injector) 내로 팽창된다. 산화제 및 반응 가스로부터 플라즈마에 의해 형성된 반응 종(reactive species)은 인접한 코팅을 형성하기에 충분한 시간 동안 기판의 표면과 접촉한다.
ETP에 의해 부착될 수 있는 코팅으로는 플라스틱 기판에 마모를 방지하는 실리콘 산화물계 하드코트(silicon oxide-based hardcoat)가 있다. 또한, ETP는 산화아연과 같은 금속 산화물계 코팅을 부착하는데 이용될 수 있다. 높은 코팅 부착 속도는 비교적 낮은 온도에서 ETP에 의해 성취될 수 있다. 이에 따라, ETP는 특히 폴리카보네이트(이하, "PC") 시트 또는 막과 같은 보다 낮은 Tg 물질을 피복하는데 매우 유용하다. 그러나, 현재의 ETP 장치 및 공정이 매우 유용하지만, 소정의 제품을 제조하도록 제어될 수 있거나 또는 보다 낮은 비용으로 작동될 수 있는 개선된 부착 장치 및 방법을 제공하는 것이 항상 바람직하다.
발명의 요약
본 발명은 기판상에 코팅의 플라즈마 강화 화학 기상 증착법용 팽창식 열 플라즈마 발생기의 챔버 내의 목표 프로세스 조건을 결정하는 단계로서, 상기 발생기는 캐소드(cathode), 대체 가능한 캐스케이드 플레이트(cascade plate) 및 동심 오리피스를 갖는 애노드(anode)를 포함하는, 상기 챔버 내의 목표 프로세스 조건 결정 단계와; 확인된 목표 프로세스 조건을 달성하도록 구성된 오리피스를 갖는 또 다른 플레이트로 캐스케이드 플레이트를 대체하는 단계와; 플라즈마 가스를 플라즈마 발생기에 제공함으로써 목표 프로세스 조건에서 플라즈마를 발생시키고 발생기 내의 캐소드와 애노드 사이의 아크 내의 플라즈마 가스를 전리하며 부착 챔버 내의 기판상에 플라즈마로서의 가스를 팽창시키는 단계를 포함하는 기판상에 층을 부착 하기 위한 개선된 장치 및 방법을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 본 발명은 대기압 이하의 압력으로 유지되는 부착 챔버와, 상기 부착 챔버 내의 제품 지지부와, 캐소드, 단일 캐스케이드 플레이트 및 애노드를 포함하는 팽창식 열 플라즈마 발생기와, 캐스케이드 플레이트를 통한 연통식 오리피스를 포함하며, 상기 오리피스는 1mm 내지 20mm의 길이를 갖는 제어 가능한 플라즈마를 발생시키기 위한 부착 장치이다.
다른 실시예에 있어서, 기판상에 층을 부착하는 방법은, 기판상의 코팅의 플라즈마 강화 화학 기상 증착법용 플라즈마 가스 발생기 내의 목표 특성을 결정하는 단계로서, 상기 발생기는 캐소드, 대체 가능한 캐스케이드 플레이트 및 동심 오리피스를 갖는 애노드를 포함하는, 상기 플라즈마 가스 발생기 내의 목표 특성 결정 단계와, 목표 특성을 이루도록 구성된 오리피스를 갖는 또 다른 플레이트로 캐스케이드 플레이트를 대체하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 있어서, 제품상에 층을 부착하는 방법은, 부착 챔버와 연통하는 플라즈마 발생 챔버 내의 플라즈마 가스를 유동시키는 단계로서, 상기 플라즈마 발생 챔버는 캐소드, 애노드 및 제 1 오리피스 구성을 갖는 개재된 캐스케이드 플레이트를 포함하고, 상기 제품은 부착 챔버 내에 배치되는, 상기 플라즈마 가스 유동 단계와, 플라즈마를 형성하도록 플라즈마 발생 챔버 내에 아크를 발생시켜 부착 챔버 내로 유동시키는 단계와, 플라즈마 내로 물질을 주입하고 제품상에 층을 부착하도록 물질을 반응시키는 단계와, 제품에 대한 소정의 층 특성을 결정하는 단계와, 제 1 오리피스 구성을 갖는 캐스케이드 플레이트를 소정의 층 두께를 제공하는 상이한 오리피스 구성을 갖는 또 다른 플레이트로 대체하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에 있어서, 실질적으로 제어 가능한 플라즈마를 발생시키는 방법은, 플라즈마 챔버와; 이 플라즈마 챔버 내에 배치된 애노드 및 캐소드 그리고 애노드와 캐소드 사이에 대체 가능하게 개재된 단일 캐스케이드 플레이트와; 캐소드에 결합된 전력원과; 플라즈마 가스 입구를 포함하는 하나의 플라즈마원을 제공하는 단계와, 플라즈마 가스 입구를 통해 플라즈마 챔버에 플라즈마 가스를 제공하는 단계와, 플라즈마 챔버 내에 플라즈마를 발생시키는 단계와, 소정의 플라즈마 프로세스 조건을 획득하도록 캐스케이드 플레이트를 오리피스 기하학적 형상을 갖는 다른 플레이트로 대체함으로써 플라즈마를 제어하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은 본 발명의 방법에 의해 제조된 제품에 관한 것이다.
도 1은 플라즈마를 발생시키기 위한 장치의 개략도,
도 2는 본 발명에 유용한 ETP 발생기의 개략 단면도,
도 3a 내지 도 3c는 캐스케이드 플레이트 구성의 개략도,
도 4a 내지 도 4c는 도 3a 내지 도 3c의 캐스케이드 플레이트 구성에 대한 압력 관계를 도시한 도면,
도 5a 내지 도 5c는 도 3a 내지 도 3c의 캐스케이드 플레이트 구성에 대한 전압 관계를 도시한 도면,
도 6a 및 도 6b는 도 3a 내지 도 3c의 캐스케이드 플레이트 구성에 대한 부 착 속도 및 균일성 관계를 도시한 도면.
본 발명은 플라즈마 강화 화학 기상 증착법에 관한 것이다. 일 실시예에 있어서, 본 발명은 기판을 피복 또는 처리하기 위한 ETP 시스템 내에서의 부착에 관한 것이다.
플라스틱 및 다른 중합체는 광범위한 적용에 유용한 물리적 및 화학적 특성을 처리하는 상업적으로 유용한 물질이다. 예컨대, 폴리카보네이트는 우수한 내파손성으로 인해, 자동차 헤드 램프, 안전 쉴드, 안경류 및 창(window)과 같은 다수의 제품에서 유치를 대체하고 있는 중합체 종류이다. 그러나, 많은 폴리카보네이트는, 예컨대 낮은 내마모성 및 자외선에 노출로 열화되기 쉽고, 몇 가지 적용에서 불리할 수 있는 특성도 가지고 있다. 이에 따라, 미처리된 폴리카보네이트는 자외선 및 각종 원인으로부터의 물리적 접촉에 노출되는 자동차 그리고 다른 창과 같은 적용에 통상적으로 이용되지 않는다.
내마모 물질 및 UV 흡수 물질층은 이러한 적용에 적합한 물질을 제공하도록 폴리카보네이트 기판에 도포될 수 있다. 각종 부착 기술은 이들 코팅을 도포하는데 이용되고 있다. 예컨대, 화학 기상 증착법(CVD)은 막의 소정 성분을 함유하는 가스상 시약(gaseous reagent)의 열적 활성화(thermal activation) 및 표면 반응에 의해 기판 표면상에 고체 막을 형성한다. 반응물을 열분해하는데 필요한 에너지는 기판을 가열함으로써 공급된다. 적당한 반응 속도를 성취하기 위해서, 기판은 약 500 내지 2000℉ 범위의 비교적 높은 온도로 가열된다. 이들 온도는 폴리카보네이트("PC")와 같은 열 민감성 기판 물질을 가열하도록 CVD 공정의 적용을 방해한다. 다른 방법으로는 플라즈마 강화 화학 기상 증착법(PECVD), 물리적 기상 증착법(PVD) 및 와이어 아크 부착법(wire arc deposition)이 있다.
부착 장치는 일반적으로 플라즈마 챔버, 플라즈마 챔버 내에 배치된 애노드 및 캐소드, 애노드와 캐소드 사이에 개재된 복수의 캐스케이드 플레이트와; 캐소드에 결합된 전력원과; 플라즈마 가스 입구를 구비한다. 단일 캐스케이드 플레이트의 오리피스는 아크 압력, 캐소드 전압, 내플라즈마성 및 부착 속도와 같은 처리 조건을 성취하도록 구성될 수 있다. 따라서, 일 실시예에 있어서, 본 발명은 소정 플라즈마 특성을 이룰 목적으로 대체 가능한 단일 캐스케이드 플레이트를 구비한 장치에 관한 것이다.
본 명세서에 있어서, "대체 가능한(replaceable)"이란, 플레이트를 제거하여 실질적으로 영구적인 지지 구조적 변경이 없이 또 다른 플레이트로 대체할 수 있음을 의미한다. 예컨대, 플레이트는 제거되어, 도 2에 도시한 구성에 따라서 플레이트를 통해 너트를 풀고 로드(rod)를 후퇴시킴으로써 대체될 수 있다면, "대체 가능한" 것이다. 본 명세서에 사용된 용어 "대체 가능한"은 챔버 지지 구조체(chamber supporting structure) 등의 고정 부분으로서 영구적으로 설치된 캐스케이드 플레이트와 구별된다.
본 발명의 특징은, 제한 없이 예로서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하는 도면 및 하기의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 실질적으로 제어 가능한 플라즈마를 제조하기 위해 플라즈마를 발생시키는 장치(100)의 개략도이다. 장치(100)는 제 1 플라즈마 발생기(102), 제 2 플라즈마 발생기(202) 및 챔버(140)를 포함한다. 본 발명은 도 1에 도시한 실시예, 즉 장치(100)에 한정되지 않고, 단일 플라즈마 발생기 또는 2개 이상의 플라즈마 발생기를 포함할 수도 있다. 제 1 플라즈마 발생기(102)의 각종 특징이 상세하게 기술되고 하기의 상세한 설명 전체에 언급되어 있지만, 하기의 상세한 설명은 제 2 플라즈마 발생기(202)에도 적용가능하다.
제 1 플라즈마 발생기(102)는 플라즈마 챔버(104), 캐소드(106) 및 애노드(108), 그리고 그 사이에 위치한 대체 가능한 캐스케이드 플레이트(122)를 포함한다. 캐소드(106)는 플라즈마 챔버(104) 내에 배치되어 그 내로 연장된다. 단일 캐소드(106)가 도 1에 도시되어 있지만, 플라즈마 발생기(102)는 다수의 캐소드(106)를 구비할 수 있음이 이해된다. 애노드(108)는 플라즈마 챔버(102)의 일 단부에 위치된다. 배출 포트(118)는 플라즈마 챔버(104)와 제 1 챔버(140) 사이에서 유체 연통을 제공한다. 플라즈마 챔버(104) 내에서 발생된 플라즈마는 배출 포트(118)를 통해 플라즈마 챔버(104)를 나와 제 2 챔버(140)로 들어간다. 일 실시예에 있어서, 배출 포트(118)는 애노드(108) 내에 형성된 오리피스를 구비할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 배출 포트는 애노드(108)를 플라즈마 챔버(102)의 나머지 부분으로부터 분리하는 적어도 하나의 "플로팅(floating)"[즉, 캐소드(106)와 애노드(108) 양자로부터 전기적으로 절연된] 캐스케이드 플레이트(122)를 포함할 수 있다. 변형예로서, 배출 포트(118)는 플라즈마 챔버(102)와 제 2 챔버(140) 중 하나 내의 플로팅 벽에 위치될 수 있다.
플라즈마를 발생시키기 위한 가스(이하, "플라즈마 가스"라 부름)는 적어도 하나의 플라즈마 가스 입구(114)를 통해 플라즈마 챔버(104) 내로 주입되어 계량기(120)에 의해 계량된다. 플라즈마 가스는 이에 한정되지는 않지만 희가스(즉, He, Ne, Ar, Xe, Kr)와 같은 적어도 하나의 불활성 또는 비반응성 가스를 포함할 수 있다. 변형예로서, 플라즈마가 표면을 에칭하는데 이용되는 실시예에 있어서, 플라즈마 가스는 이에 한정되지는 않지만 수소, 질소, 산소, 불소 또는 염소와 같은 반응성 가스를 포함할 수 있다. 플라즈마 가스의 흐름은 플라즈마 가스 발생기(도시되지 않음)와 적어도 하나의 플라즈마 가스 입구(114) 사이에 위치된 흐름 제어기(예컨대, 매스플로우 제어기)에 의해 제어될 수 있다. 제 1 플라즈마는 적어도 하나의 플라즈마 가스 입구(114)를 통해 플라즈마 가스를 플라즈마 챔버(104) 내로 주입하고, 캐소드(106)와 애노드(108) 사이의 아크에 부딪힘으로써 플라즈마 챔버(104) 내에 발생된다. 캐소드(106)와 애노드(108) 사이의 아크를 부딪히는데 필요한 전압은 전력원(112)에 의해 제공된다. 일 실시예에 있어서, 전력원(112)은 약 100A 이상의 전류, 약 50V 이상의 전압에서 제공되는 조정 가능한 DC 전력원이다. 제 2 챔버(140)는 제 1 플라즈마 챔버 압력보다 실질적으로 낮은 제 2 챔버 압력으로 유지된다. 일 실시예에 있어서, 제 2 챔버(140)는 약 1torr(약 133Pa) 미만의 압력, 바람직하게는 약 100millitorr(약 0.133Pa) 미만의 압력으로 유지되는 한편, 플라즈마 챔버(104)는 적어도 약 0.1대기압(약 1.01×104Pa)의 압력을 유지된다. 제 1 플라즈마 챔버 압력과 제 2 챔버 압력의 차이의 결과로, 제 1 플라즈마는 배출 포트(118)를 통과하고 제 2 챔버(140) 내로 팽창된다.
제 2 챔버(140)는 장치(100)에 의해 제조된 플라즈마로 처리되는 제품(160)을 수용하기에 적합하다. 일 실시예에 있어서, 제품(160)에 대한 이러한 플라즈마 처리는 적어도 하나의 반응성 가스를 장치(100)에 의해 제조된 플라즈마 내에 주입하는 단계와, 제품(160)의 표면상에 적어도 하나의 코팅을 부착하는 단계를 포함한다. 적어도 하나의 플라즈마가 충돌하는 제품(160)의 표면은 평면 또는 비평면일 수 있다. 플라즈마 발생기(102)에 의해 발생된 플라즈마의 특성은 후술하는 바와 같이 대체 가능한 캐스케이드 플레이트(130, 230)의 구성에 따라 변경된다. 장치(100)는 적어도 하나의 플라즈마가 제품(160)의 표면상에 충돌하는 다른 플라즈마 처리, 이에 한정되지는 않지만, 예컨대 제품(160)의 적어도 하나의 표면을 에칭하고, 제품(160)을 가열하고, 제품(160)을 비추거나 또는 조명하고, 또는 제품(160)의 표면상을 기능화(즉, 반응성 화학 종을 제조)하는 플라즈마를 제공할 수 있다. 플라즈마 처리 공정의 특성은 플라즈마 발생기의 작동 변수에 의해 영향을 많이 받는다. 이러한 작동 변수 중에는, 플라즈마 발생기 내의 작동 압력, 내플라즈마성, 캐소드와 애노드를 가로지르는 전위, 플라즈마 전류, 및 캐소드 대 애노드 거리가 있다.
일 실시예에 있어서, 제 1 플라즈마 발생기(102)와 제 2 플라즈마 발생기(202) 중 적어도 하나에 의해 발생된 플라즈마는 팽창식 열 플라즈마이다. ETP에 있어서, 플라즈마는 양이온 및 전자를 생성하도록 적어도 하나의 캐소드(106)와 애노드(108) 사이에서 발생된 아크 내에서 플라즈마원 가스를 전리함으로써 발생된다. 예컨대, 아르곤 플라즈마가 발생되는 경우, 아르곤은 전리되어, 아르곤 이온(Ar+)과 전자(e-1)를 형성한다. 그 후, 플라즈마는 저압에서 높은 체적 내로 팽창되어, 전자 및 양이온을 냉각한다. 본 발명에 있어서, 플라즈마는 플라즈마 챔버(104) 내에 발생되어 배출 포트(118)를 통해 제 2 챔버(140) 내로 팽창된다. 전술한 바와 같이, 제 2 챔버(140)는 플라즈마 챔버(104)보다 실질적으로 낮은 압력으로 유지된다. ETP에 있어서, 양이온 및 전자 온도는 대략 동일하고, 약 0.1eV(약 1000K)의 범위에 있다. 다른 유형의 플라즈마에 있어서, 전자는 플라즈마의 화학적 성질을 실질적으로 영향을 받기에 충분히 높은 온도를 갖는다. 이러한 플라즈마에 있어서, 양이온은 일반적으로 약 0.1eV의 온도를 갖고, 전자는 약 1eV(또는 10,000K) 이상의 온도를 갖는다. 결과적으로, ETP 내의 전자는 너무 차갑고, 이에 따라 ETP 내로 도입될 수 있는 임의의 가스의 직접적인 분해를 야기하기에 불충분한 에너지를 갖는다. 그 대신에, 이러한 가스는 ETP 내의 전자와 전하 교환 및 분해 재결합 반응을 받을 수 있다.
존슨 등에 공동 양수되고 2002년 8월 27일자로 출원된 제 10/064,888 호에는, 적어도 하나의 조정 가능한 캐소드(106)를 구비하는 플라즈마 발생기(102)를 개시하고 있다. 본 특허 출원의 개시 내용은 전적으로 참고 인용되어 있다. 존슨 등에 따르면, 갭(110)은 캐소드(106)를 이동시킴으로써 사전 결정된 거리로 설정될 수 있다. 존슨 등에 있어서, 센서(116)에 의해 감지되고 모니터링된 바와 같이, 플라즈마 챔버 압력 또는 캐소드 전압을 변화시키는 것은 갭(110)의 변화를 나타낸다. 캐소드 편류(cathode drift)는, 예컨대 캐소드 전압 및 플라즈마 챔버 압력을 변경 또는 변화시킴으로써 나타낼 수 있다. 피드백과 같은 통계적인 프로세스 제어 동안에 얻어진 플라즈마 챔버 압력 데이터는, 예컨대 갭(110)을 제어하는데 이용될 수 있다. 캐소드 편류의 보상은, 선택된 거리로 갭(110)을 유지하도록 적어도 하나의 센서(116)에 의한 입력에 반응하여 조정 가능한 캐소드(106)의 운동에 의해 플라즈마 발생기(102)의 작동시에 성취될 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 발생기(102)에 의해 발생된 플라즈마(104)의 캐소드 편류로 인한 편차는 캐소드(106)의 이러한 조정에 의해 제거되거나 또는 상당히 감소된다. 조정 가능한 캐소드(106)의 이러한 운동은 수동으로 또는 제어기에 의해 실시간으로 수행될 수 있다. 조건을 지령할 때, 갭(110)은 압력 플레이트로 압력을 적용 또는 해제함으로써 증가 또는 감소되거나, 또는 갭(110)은 조정 가능한 캐소드(106)가 필요한 만큼 압력 플레이트에 적용함으로써 플라즈마 발생기(102)의 작동시에 침식함에 따라 일정한 값으로 유지될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 압력 수단은 조정 가능한 캐소드(106)에 결합된 공기 구동부(pneumatic drive)를 포함할 수 있다. 공기 구동부는 조건이 지령할 때 이에 따라 조정 가능한 캐소드(106)를 이동시킴으로써, 선택된 값으로 갭(110)을 증가, 감소 또는 유지할 수 있다.
시약은 공급 라인(114, 214)을 통해 플라즈마에 공급되지만, 보다 많거나 적은 공급 라인 및 연관된 구조 요소가 소정 플라즈마의 화학적 성질에 따라 존재할 수 있음을 이해할 것이다. 예컨대, 산소 가스는 하나의 라인을 통해 공급될 수 있고, 아연은 다른 라인을 통해 공급될 수 있으며, 인듐은 기판(160)상에 인듐 산화아연막을 형성하도록 또 다른 라인을 통해 공급될 수 있다. 산소 및 아연만은 산화아연막이 부착되는 경우 공급될 수 있다. 예시적인 부착용 시약으로는, 산화물, 질화물, 불화물, 탄화물, 황화물 및 중합 코팅을 제조하기 위한 산소, 아산화질소, 질소, 암모니아, 이산화탄소, 불소, 황, 황화수소, 실란, 유기 실란, 유기 실록산, 유기 실라잔 및 탄화수소가 있다. 산화물, 불화물 및 질화물이 동일한 방식으로 부찰될 수 있는 다른 금속의 예로는, 알루미늄, 주석, 티타늄, 탄탈륨, 니오븀 및 세륨이 있다. 변형예로서, 산소 및 헥사메틸디실록산, 테트라메틸디실록산 또는 옥타메틸사이클로테트라실록산은 실리카계 하드코트를 형성하도록 공급될 수 있다. ETP에 의해 부착될 수 있는 다른 유형의 코팅이 이용될 수 있다.
처리된 또는 피복된 기판(160)은 금속, 반도체, 세라믹, 유리 또는 플라스틱을 포함하는 임의의 적당한 물질을 가질 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 폴리카보네이트, 코폴리에스테르카보네이트, 폴리에테르술폰, 폴리에테르이미드 또는 아크릴과 같은 열가소성 수지이다. 폴리카보네이트가 특히 바람직한데, 본 명세서에서의 "폴리카보네이트"는 호모폴리카보네이트, 코폴리카보네이트 및 코폴리에스테르카보네이트를 포함한다.
본 발명은 기판상에 충돌하는 플라즈마 플럼(plasma plume)의 운동을 제공하는 것을 계획한다. 이것은 수동으로 또는 컴퓨터 제어될 수 있는 스위벨(swivels) 상에 ETP 발생기 또는 그와 연관된 노즐을 장착함으로써 성취될 수 있다. 또한, 부착 챔버의 벽 상에 또는 그 근방에 하나 또는 그 이상의 자석을 장착함으로써, 플라즈마 플럼의 방향 및 형상의 자기 변화를 허용하는 것을 성취할 수도 있다.
장치(100)가 하나 이상의 플라즈마 발생기를 구비하는 실시예에 있어서, 제 2 플라즈마 발생기(202)는 본원에 기술된 제 1 플라즈마 발생기(102)의 특성에 대응하는 특성을 구비한다. 예컨대, 플라즈마 발생기(202)는 캐소드(206), 애노드(208), 갭(210), 적어도 하나의 플라즈마 가스 입구(214), 적어도 하나의 센서(216), 배출 포트(218) 및 대체 가능한 캐스케이드 플레이트(222)를 구비한다.
본 발명은 소정의 플라즈마 플럼 특성을 제공하도록 주문 제작될 수 있는 대체 가능한 캐스케이드 플레이트(122, 222)를 갖는 플라즈마 발생기(102, 202)를 제공한다. 도 2는 대체 가능한 캐스케이드 플레이트(122, 222)를 나타내는 플라즈마 발생기(102, 202)의 개략 단면도이다. 도 2에 있어서, 발생기(102)는 캐소드(106), 애노드(108) 및 대체 가능한 캐스케이드 플레이트(122)를 구비하는 것으로 도시되어 있다. 캐소드(106), 애노드(108) 및 캐스케이드 플레이트(122)는 존슨 등에 따라서 갭(110)을 변경하도록 조정될 수 있거나, 또는 후술되는 바와 같이 상이한 특성 또는 속성의 플라즈마 플럼을 제공하도록 상이한 구성의 캐스케이드 플레이트로 대체하기 위한 캐스케이드 플레이트(122)를 제거하도록 분리될 수 있는 고정 기능성을 제공하는 나사선 형성된 로드(124)에 의해 서로 고정된다. 나사산 형성된 로드는, 갭(110)을 변경하도록 조정되거나 또는 캐스케이드 플레이트(122)의 분리를 위해 제거될 수 있는 조정용 너트(128) 및 섬유 유리 슬리브(126)를 구비하는 조립체의 일부이다. 도 2에 있어서, 캐스케이드 플레이트는 조정용 너트(128) 및 나사산 형성된 로드(124)를 나사 풀림하고 캐소드 하우징(132)을 제거함으로써 제거된다. 그 후, 캐스케이드 플레이트(122)는 제거되어 소망된 바와 같이 상이한 플라즈마 플럼 특성을 제공하는 상이한 오리피스 구성을 갖는 캐스케이드 플레이트로 대체된다.
제 1 플라즈마 발생기(102)에 의해 발생된 플라즈마의 특성은 플라즈마 챔버(104) 내의 플라즈마 가스의 압력과, 캐소드(106)의 전압(또는 전위)에 따라 다르다. 이에 따라, 플라즈마의 특성은 플라즈마 챔버(104) 내의 플라즈마 가스의 압력 및 캐소드(106)의 전압 중 적어도 하나를 조정함으로써 제어될 수 있다. 플라즈마 가스 압력은 적어도 하나의 센서(116)에 의해 모니터링되어 적절하게 조정될 수 있다. 플라즈마 가스 압력을 조정하는 하나의 수단은 플라즈마 가스 입구(114)를 통해 플라즈마 챔버(104) 내로의 플라즈마 가스의 흐름을 제어하는 것이다. 플라즈마 챔버(104) 내로의 플라즈마 가스의 흐름을 제어하는 수단으로는, 이에 한정되지는 않지만, 니들 밸브(needle valve) 및 매스플로우 제어기(mass flow controller)가 있다. 캐소드 전압(또는 전위)은 적어도 하나의 센서(116)에 의해 유사하게 모니터링되어 전력 공급원(112)을 적절하게 조정함으로써 조절될 수 있다. 제 2 플라즈마 발생기(202)를 구비한 실시예에 있어서, 제 2 플라즈마 발생기(202)에 의해 발생된 플라즈마의 특성은 적어도 하나의 센서(216)에 의해 제공된 입력에 반응하여 플라즈마 챔버(204) 내의 플라즈마 가스 압력 및 캐소드(206)의 전압 중 적어도 하나를 조정함으로써 유사하게 제어될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 플라즈마 가스의 압력 및 캐소드의 전압(또는 전위)은 존슨 등에 따라서 갭(110, 210)을 변경시킴으로써 조정 및 제어된다. 따라서, 플라즈마 챔버(104) 내의 플라즈마 가스의 압력 및 캐소드(106)의 전압 중 적어도 하나는 플라즈마 챔버(204) 내의 플라즈마 가스 압력 및 캐소드(206)의 전압 각각에 대해 조정 가능할 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 챔버(104) 내의 조건, 즉 제 1 플라즈마 발생기(102)에 의해 제조된 제 1 플라즈마는, 플라즈마 챔버(2 04) 내의 조건, 즉 제 2 플라즈마 발생기(202)에 의해 제조된 제 2 플라즈마에 대햐여 조정 가능하고, 그 반대로도 조정 가능하다. 예컨대, 플라즈마원에 의해 발생된 제 1 플라즈마는 제 1 플라즈마와 제 2 플라즈마 사이의 변동을 제거 또는 최소화하도록 "동조(tune)"되거나, 또는 서로에 대해 상이하도록 "비동조(detune)"될 수 있다.
도 2에 있어서, 캐스케이드 플레이트(122)는 챔버(140) 내의 팽창식 플라즈마 플럼을 제공하도록 애노드(108)의 나팔형 오리피스(flared orifice)(134)와 협동하는 원통형 오리피스(130) 및 직선형 벽을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 플라즈마 플럼 특성은 원통형 오리피스(130)의 구성을 변경시킴으로써 제어된다. 도 3a 내지 도 3c는 Ar 압력(Torr) 또는 전압(V)과 같은 플라즈마 플럼 특성을 변경하는데 이용될 수 있는 캐스케이드 플레이트 오리피스 구성의 개략도이다. 도 3a는 애노드에 도달하는 나팔형 구성에서 제거된 부분적으로 직선형의 벽을 갖는 오리피스를 도시하고 있다. 도 3b는 나팔형 구성에서 제거된 긴 채널을 도시하고 있다. 도 3c는 나팔형 없는 직선형 벽 채널 구성을 도시하고 있다. 플라즈마 플럼 특성을 제어하는 단일 캐스케이드 오리피스의 길이는 1mm 내지 20mm 사이일 수 있다. 바람직하게는, 단일 캐스케이드 오리피스는 1.5mm 내지 10mm의 길이를 가지고, 보다 바람직하게는, 2mm 내지 8mm이다.
도 4a 내지 도 4c는 0.5 내지 2ℓ/min(Lpm)의 유량으로 도 3a 내지 도 3c 캐스케이드 플레이트 구성에 대한 압력 관계를 도시하고 있고, 도 5a 내지 도 5c는 도 3a 내지 도 3c 캐스케이드 플레이트 구성에 대한 전압 관계를 도시하고 있다. 도 4a 내지 도 4c 및 도 5a 내지 도 5c에 도시한 데이터는 오리피스 원통형 벽의 길이가 증가함에 따라 전류 또는 아르곤 흐름, 아크 압력 및 캐소드 전압과 같은 소정의 프로세스 조건을 나타내고 있다.
ETP 발생기와 같은 단일 플라즈마 발생기에 의해 처리된 영역의 특성(예컨대, 코팅 두께, 에칭 또는 활성화 정도)은 일반적으로 플라즈마 발생기의 축 주위에 가우스 분포(Gaussian distribution)를 갖는 프로파일을 나타낸다. 다수의 플라즈마 발생기가 제품(160)을 처리하는데 이용되는 경우, 결과적인 가우스 분포가 중첩되도록 개별적인 플라즈마 발생기를 위치 설정함으로써 균일성이 촉진될 수 있다. 이 분포의 폭 및 높이뿐만 아니라 프로파일은 기판을 처리하는데 이용되는 플라즈마의 특성에 따라 부분적으로 다르다. 각각의 플라즈마의 특성은, 개별적인 플라즈마 발생기 내에 플라즈마를 발생시키는데 이용되는 조건, 즉 캐소드 전압, 플라즈마 가스 압력 및 캐소드 대 애노드 거리[갭(110)]에 따라 차례로 다르다. 중간층을 (예시에 기술된) VTMS로부터 부착했던 추가적인 실험으로부터, 부착 속도 및 부착 불균일성은 원통형 직선 벽의 길이가 도 6a 내지 도 6c에 도시한 바와 같이 길어짐에 따라 증가되는 것을 알았다. 도 6a에서, A는 스태틱 모드(Static Mode)로 부착된 가우스 분포 하에서의 영역(nm×cm)과 같다. 도 6b에 있어서, W는 cm의 가우스 분포의 폭과 같다.
하기의 예는 예시이며, 한정이 특정되지 않으면 청구범위의 한정으로서 해석되지 않아야 한다.
예시 1 내지 예시 11
하기의 예시에 있어서, 표 1에 나타낸 캐스케이드 플레이트 오리피스 설계를 이용하는 도 2의 장치를, 플라즈마 챔버를 통해 Ar의 2lpm을 흘리는 70A에서 작동하였다. 갭(110)은 2mm이였다. 밀러 200 아크 용접 전력 공급원으로 전류를 측정 및 공급하였다. 캐스케이드 플레이트를 가로지르는 전압 강하는 10 내지 12Mohm 입력 임피던스 이상을 갖는 디지털 멀티미터로 측정하였다. 전류 및 전압 V=IR로부터 저항을 계산하였고, 저항 및 기하학 요인 R(ohms) = 저항률(ohm-cm)*l/A(cm-1)로부터 저항률을 계산하였다.
표 1
모든 예시에 있어서, 캐스케이드 플레이트의 두께는 4.9mm로 일정하였다. 표 1은 사용된 플레이트의 개수, 확인된 구성으로 성취된 플라즈마의 저항률, 및 설계(l/A, 여기서 l = 오리피스 채널의 길이 및 A = 채널의 영역)의 기하학적 요인을 나타낸다. 발산형 채널 오리피스에 대해, l/A는 전체 채널의 최종 값이다. 또한, 표 1은 나타낸 전류 및 Ar 흐름에서 얻어진 저항, 전압, 압력 및 와트(watt)를 나타낸다. 용어 "팽창식 채널(expanding channel)"은 도 3a 및 도 3b 설계를 지칭한다. "직선형(straight)"로 지칭된 모든 설계는 표 1에 나타낸 바와 같이 오리피스 직경을 갖는 도 3c 설계를 지칭한다.
표 1의 예시 1에 있어서, 이러한 설계는 도 3a에 도시한 팽창식 채널 설계를 갖는 캐스케이드 플레이트를 가졌다. 이 플레이트는 0.81mm에 대한 직선형이고, 그 다음 25°각도로 팽창된 1.32mm 직경의 오리피스를 가졌다. "팽창식 채널 a", "팽창식 채널 b" 및 "직선형" 구성은 도 3a 내지 도 3c의 구성과 각각 대응한다. 모든 예시에 있어서, 팽창식 오리피스는 달리 언급하지 않는다면 아크의 애노드측 상에 있었다.
예시 2에 대해, 예시 1의 도 3a 캐스케이드 플레이트는 조정용 볼트(128)를 풀고 로드(124)를 제거함으로써 떼어내었다. 팽창식 채널 도 3b 설계를 갖는 캐스케이드 플레이트는 캐소드 하우징 내에 위치되었고, 로드(124) 및 조정용 로드(128)는 대체하였다. 본 예시의 캐스케이드 플레이트는 도 3b에 도시한 바와 같이 1.62mm 길이로 25°각도로 팽창된 1.32mm 직경 오리피스를 가졌다.
예시 3에 있어서, 예시 2의 캐스케이드 플레이트는 도 3c에 도시한 바와 같이 4.9mm 길이, 1.32mm 직경의 오리피스 캐스케이드 플레이트로 대체되었다. 이러한 설계는 팽창식 섹션(expanding section)을 구비하지 않는다. 이 설계는 전체적으로 4.9mm 길이의 직선형 벽을 가졌다.
표 1의 예시 1 내지 예시 3은, 직경을 증대시키지 않고 오리피스 직선 채널의 길이를 증대시킴으로써 얻어질 수 있는 보다 높은 아크 압력을 나타내고 있다. 도 4a 내지 도 4c 및 도 5a 내지 도 5c는 예시 1 내지 예시 3의 캐스케이드 플레이트를 위한 추가적인 Ar 흐름 및 전류에 대한 압력 및 전압을 나타내고 있다. 이들 예시는 아크 내의 보다 높은 압력이 동일한 전류 및 Ar 흐름에 대해 성취될 수 있음을 나타낸다.
표 1의 데이터는 오리피스 채널 길이를 증대시키는 것이 보다 높은 저항 및 전원을 이룰 수 있음을 알려준다. 보다 높은 전원 및 이에 따른 기판상의 열 부하는 보다 높은 온도 부착 적용을 위해 유용하다.
예시 3 내지 예시 5는 오리피스 직경을 증대시키는 것이 보다 낮은 압력 및 보다 낮은 열 부하를 이룰 수 있음을 나타낸다.
예시 1, 예시 4 및 예시 6은 오리피스 구성이 동일한 압력에 상이한 열 부하를 제공하도록 선택될 수 있음을 나타낸다.
추가적으로, 예시 1 내지 예시 3의 캐스케이드 플레이트를 갖는 장치는 비닐트리메틸실란(VTMS)을 이용하여 PC 상에 코팅되는 중간층을 부착하는데 이용되었다. 이러한 예에 있어서, VTMS의 0.3slpm은 링을 통해 팽창식 플라즈마 내로 주입되었다. 링은 애노드로부터 5cm 떨어져 있었다. 1.65lpm Ar 및 40A로 조건을 일정하게 하였다. 캐스케이드 플레이트 설계만을 바꿨다. 고정식 4"×4" 기판상에 10초 동안 부착을 수행하였다. 기판은 그 중심선이 아크의 중심선과 일치하도록 위치 설정되었다. 코팅 두께는, 코팅 두께 프로파일을 제공하도록 1cm 단계로 시판을 가로질러 측정되었다.
결과적인 가우스 프로파일은, 부착된 총 코팅을 나타내는 프로파일 아래의 영역(A) 및 코팅 빔 팽창의 치수인 폭(W)에 대해 비교되었다. 도 6a 및 도 6b 횡좌표 값은 도 3a 내지 도 3c 오리피스 구성[도 6a 및 도 6b의 형상(1, 2, 3)]이다. 이에 따라, 도 6a 및 도 6b는 오리피스 직선부가 길어짐에 따라 증가된 압력(도 6a) 및 보다 빠른 부착 속도(도 6b)를 나타낸다. 증가된 압력 및 부착 속도는 저비용으로 넓은 영역 부착을 달성하는데 중요한 요인이다.
예시 1 내지 예시 5는 다수의 단일 캐스케이드 플레이트 설계가 플라즈마의 낮은 저항률을 성취될 수 있음을 나타낸다. 그와 반대로, 기술 설계의 상태는 일반적으로 2개 내지 8개의 플레이트를 갖는다. 비교예 11은 전형적인 2개 내지 8개의 플레이트, 4mm 직선형 채널 설계이다. 도시한 바와 같이, 이 설계는 플라즈마의 훨씬 높은 저항률, 전형적으로 0.032ohm-cm 및 각각의 플레이트를 가로지르는 높은 와트를 초래한다. 와트는 2개 내지 8개의 플레이트 중 하나만을 위한 것이고, 이에 따라 8개 플레이트 설계는 4936와트의 플레이트를 가로지르는 전력을 필요로 할 것이다. 이것은 보다 높은 작동 비용 및 보다 많은 전력 공급원을 초래한다.
예시 6은 예시 1의 캐스케이드 플레이트 설계이었지만, 콘(cone) 섹션에 인접한 캐소드와, 직성형 섹션에 인접한 애노드를 갖는 역 오리피스를 갖는다. 놀랍게도, 이러한 플레이트의 플라즈마의 저항률은 이중 플레이트 설계와 동일하였다. 예시 6은 단일 캐스케이드 플레이트 설계가 플라즈마의 특성을 제어 및 변경할 수 있는 또 다른 방식을 나타낸다.
예시 7은 5mm 미만의 길이, 0.5mm 폭의 슬릿인 비대칭 오리피스를 갖는 캐스케이드 플레이트였다. 이 설계는 단일 플레이트 설계에 대해 훨씬 높은 저항률, 전력 및 압력을 제공한다. 이러한 아크는 고압으로 인해 30A에서만 있었다.
비교예 4 및 비교예 7은 동일한 l/A의 효과를 나타내지만, 상이한 종횡비 및 이에 따른 상이한 벽 표면적을 갖는다. 보다 높은 벽 상호작용을 갖는 예시 7은 훨씬 높은 저항률 및 압력을 초래한다.
예시 7 내지 예시 9는, 예시 1, 예시 5 및 2.5mm 직선형 오리피스 구성을 갖는 이중 캐스케이드 설계가 보다 높은 저항률을 초래함을 나타낸다. 이에 따라, 하나의 캐스케이드 플레이트에서 2개로 증가시키는 것은 플라즈마의 저항률을 2배 내지 3배 증가하도록 야기한다. 이들 예시는 보자 낮은 저항률이 단일 캐스케이드 플레이트 설계의 주요 이점임을 나타낸다.
이들 예시는 캐스케이드 플레이트 설계가 성능 특징의 범위를 성취하도록 플라즈마 특성을 맞추도록 이용될 수 있음을 나타낸다.
예시 12 내지 예시 15
캐스케이드 플레이트 설계는 마모층 성능(Abrasion Layer Performance)에 대한 영향을 확인하도록 시험되었다. 이들 예시에 있어서, 코팅은 MR10[(GE 스트럭쳐드 프로덕트(GE structured products)로부터 상업적으로 이용 가능한 실리콘 하드코팅된 폴리카보네이트 시트] 내에 부착되었다. 시트는 내마모성 코팅의 2층으로 피복되었다. 각각의 층은 D4의 0.19slpm, 1.65lpm Ar 및 70A를 이용하여 8초 동안 부착하였다. 제 1 코팅은 0.3slpm의 산소 유량으로 도포되었고, 제 2 코팅은 0.8slpm의 산소 유량으로 도포되었다.
결과적인 샘플은 ASTM D1044 타버 시험(Taber test)을 이용하여 마모를 시험하였다. 샘플은 3일 동안 65℃의 물에 침수하고, 점착력은 크로스해치 테이퍼 시험(crosshatch taper test)으로 시험하였다. 점착력은 5B를 분리하지 않은 상태로 ASTM D3359-92A 규격에 따라 1 내지 5B로서 간주되었다. 부착시의 최대 온도는 IR 센서로 측정하였다. 표 2는 부착 온도, 부착물 두께(미크론), CS10F 휠에서 1000 사이클 후의 헤이즈(haze)의 변화, 및 물 침수 후의 점착력을 나타낸다.
표 2에 나타낸 바와 같이, 도 3a 내지 도 3c 설계는 유사한 타버 점착력을 갖는 코팅을 제공하였다. 그러나, 보다 높은 와트수는 보다 높은 부착 온도 및 보다 열악한 물 침투 안정성(water soak stability)을 나타내는 기판상에 열 부하를 증가시켰다. 이것은 보다 높은 온도로부터의 증가된 응력으로 인한 것일 수 있다. 보다 높은 와트수의 경우에 있어서, 최적의 오리피스 설계는 보다 낮은 전력으로 동일한 압력을 제공하도록 선택될 수 있다. 이러한 선택은 보다 낮은 작동 비용 및 개선된 코팅 성능을 제공한다.
표 2
| CP 설계 | 부착 온도(℃) | 두께(㎛) | 타버 d헤이즈 | WI 점착력 (1 내지 5B) |
| 팽창식 채널 a | 72 | 2.08 | 4.0 | 5 |
| 1.8mm 직선형 | 96 | 2.73 | 3.8 | 3 |
| 역 팽창식 채널 a | 82 | 2.50 | 3.9 | 4 |
예시 16
단일 캐스케이드 플레이트 ETP 발생기 내의 오리피스의 설계가 반응기 하류에서 전구체 분해의 정도에 통계적으로 상당히 영향을 받는다는 것을 나타내기 위하여, 설계식 실험(DoE)을 상이한 오리피스를 갖는 2개의 캐스케이드 플레이트를 이용하고, 제어 변수로서의 아르곤 흐름, 전구체(VTMS) 흐름 및 플라즈마 전류를 변화시키면서 수행하였다. 여러 가지 조건에서 플라즈마를 유지하는데 필요한 전압을 측정하여 플라즈마로 들어가는 전력을 계산하는데 이용하였다. 분해 정도는 플라즈마를 온(on)하기 전(즉, 비분해된 전구체의 부분압)에 그리고 플라즈마를 온(on)한 후(즉, 분해된 전구체의 부분압)에 전구체의 부분압을 측정함으로써 평가하였다. 부분압의 비율은 전구체 분해의 정도에 비례하였다. 도 3a에 도시한 바와 같이 초기의 원통형 부분 및 최종의 원추형 부분으로 구성된 플레이트는 제어 변수를 제공하는데 이용하였다. 원통형 부분의 길이는 표준 길이의 2배가 되는 제어 설계용 0.08mm의 표준 길이로부터 변경하였다. 이들 설계는 예시 1 및 예시 2에 사용된 바와 각각 동일하다. 설계식 실험 및 그 통계적인 분석이 하기에 있다.
표 3 - 설계식 실험의 구성
| 제어 변수 | 반응 | |||||
| 가스 | 캐스케이드 | Ar 흐름 | VTMS 흐름 | 전류 | 결과적인 전력 | 결과적인 압력비 |
| VTMS | 이중 길이 | 2 | 0.15 | 40 | 1440 | 3.1 |
| VTMS | 이중 길이 | 2 | 0.15 | 60 | 2430 | 3.66667 |
| VTMS | 이중 길이 | 2 | 0.35 | 40 | 1376 | 2.14286 |
| VTMS | 이중 길이 | 2 | 0.35 | 60 | 2400 | 3.11429 |
| VTMS | 이중 길이 | 1 | 0.15 | 40 | 1224 | 2.16667 |
| VTMS | 이중 길이 | 1 | 0.15 | 60 | 2088 | 2.96667 |
| VTMS | 이중 길이 | 1 | 0.35 | 40 | 1228 | 1.71429 |
| VTMS | 이중 길이 | 1 | 0.35 | 60 | 2082 | 2.37143 |
| VTMS | 표준 | 2 | 0.15 | 40 | 960 | 2.46667 |
| VTMS | 표준 | 2 | 0.15 | 60 | 1626 | 3.33333 |
| VTMS | 표준 | 2 | 0.35 | 40 | 928 | 1.77143 |
| VTMS | 표준 | 2 | 0.35 | 60 | 1602 | 2.57143 |
| VTMS | 표준 | 1 | 0.15 | 40 | 832 | 1.8 |
| VTMS | 표준 | 1 | 0.15 | 60 | 1416 | 2.33333 |
| VTMS | 표준 | 1 | 0.35 | 40 | 836 | 1.42857 |
| VTMS | 표준 | 1 | 0.35 | 60 | 1404 | 1.85714 |
표 4 - 평가된 결과 및 전력 계수 (코드화된 단위)
항목 결과 계수 StDev 계수 T P
일정 1492.0 26.44 56.42 0.000
캐스케이드 -583.0 -291.5 26.44 -11.02 0.000
Ar 흐름 206.5 103.2 26.44 3.90 0.002
VTMS 흐름 -20.0 -10.0 26.44 -0.38 0.713
전류 778.0 389.0 26.44 14.71 0.000
표 5 - 전력에 대한 변동의 분석 (코드화된 단위)
소스 DF Seq SS Adj SS Adj MS F P
주 효과 4 3952861 3952861 988215 88.32 0.000
잔여 에러 11 123075 123075 11189
총 15 4075936
"분해된 VTMS 부분압에 대한 비분해된 VTMS 부분압의 비" 반응에 대한 분석
표 5 - 평가된 결과 및 압력 계수 (코드화된 단위)
항목 결과 계수 StDev 계수 T P
일정 2.4253 0.03360 72.18 0.000
캐스케이드 -0.4601 -0.2301 0.03360 -6.85 0.000
Ar 흐름 0.6911 0.3455 0.03360 10.28 0.000
VTMS 흐름 -0.6077 -0.3039 0.03360 -9.04 0.000
전류 0.7030 0.3515 0.03360 10.46 0.000
표 6 - 압력에 대한 변동의 분석 (코드화된 단위)
소스 DF Seq SS Adj SS Adj MS F P
주 효과 4 6.2113 6.2113 1.55281 85.95 0.000
잔여 에러 11 0.1987 0.1987 0.01807
총계 15 6.4100
하기의 2개 그래프는 각종 요인에 대한 반응의 주 결과를 도시한 것이다.
전력에 대한 주 결과 도시(데이터 수단)
압력비에 대한 주 결과 도시(데이터 수단)
전술한 통계적인 분석은 ETP 내로 들어가는 전력 및 캐스케이드 플레이트 제어변수의 p-값 양자가 0.5 미만임을 나타낸다. 이에 따라, 캐스케이드 플레이트 오리피스 설계는 2가지 반응에 대한 통계적으로 상당한 효과를 가지는 것으로 나타난다. 요약하면, 캐스케이드 플레이트 오리피스 설계를 변경함으로써, 팽창식 열 플라즈마 내로 주입된 전구체의 분해 정도를 제어할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예가 기술되었지만, 본 발명은 변경 및 수정할 수 있고, 이에 따라 예시의 세부 사항에 한정되지 않아야 한다. 본 발명은 하기의 청구범위의 범위 내에서의 변경 및 수정을 포함한다.
Claims (41)
- 기판상에 층을 부착하는 방법에 있어서,기판상에 코팅의 플라즈마 강화 화학 기상 증착법용 팽창식 열 플라즈마 발생기(102, 202)의 챔버 내의 목표 프로세스 조건을 결정하는 단계로서, 상기 발생기(102, 202)는 캐소드(106, 206), 대체 가능한 캐스케이드 플레이트(cascade plate) 및 동심 오리피스를 갖는 발생기(108, 208)를 포함하는, 상기 챔버 내의 목표 프로세스 조건 결정 단계와;확인된 목표 프로세스 조건을 달성하도록 구성된 오리피스를 갖는 또 다른 플레이트로 상기 캐스케이드 플레이트를 대체하는 단계와;플라즈마 가스를 상기 플라즈마 발생기(102, 202)에 제공함으로써 목표 프로세스 조건에서 플라즈마를 발생시키고, 상기 발생기(102, 202) 내의 캐소드(106, 206)와 발생기(108, 208) 사이의 아크 내의 플라즈마 가스를 전리하며 부착 챔버 내의 기판상에 플라즈마로서의 가스를 팽창시키는 단계를 포함하는기판상의 층 부착 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 프로세스 조건은, 전류, 플라즈마 가스 흐름, 아크 압력, 캐소드(106, 206) 전압, 플라즈마 저항률 및 부착 속도로 이루어진 그룹으로부터 선택되는기판상의 층 부착 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 발생기(102, 202) 내의 플라즈마 가스에 인가된 목표 전리 전압을 결정하고, 상기 목표 전리 전압을 이루도록 구성된 오리피스를 갖는 또 다른 플레이트로 상기 캐스케이드 플레이트를 대체하는 단계를 포함하는기판상의 층 부착 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 발생기(102, 202) 내의 플라즈마 가스에 인가된 목표 전리 전압을 결정하고, 상기 목표 전리 전압을 이루기 위한 직선형 벽 길이로 구성된 오리피스를 갖는 또 다른 플레이트로 상기 캐스케이드 플레이트를 대체하는 단계를 포함하는기판상의 층 부착 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 발생기(102, 202) 내의 플라즈마 가스의 목표 압력을 결정하고, 상기 목표 압력을 이루도록 구성된 오리피스를 갖는 또 다른 플레이트로 상기 캐스케이드 플레이트를 대체하는 단계를 포함하는기판상의 층 부착 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 발생기(102, 202) 내의 플라즈마 가스의 목표 압력을 결정하고, 상기 목표 압력을 이루기 위해 직선형 벽 길이로 구성된 오리피스를 갖는 또 다른 플레이트로 상기 캐스케이드 플레이트를 대체하는 단계를 포함하는기판상의 층 부착 방법.
- 제 1 항에 있어서,반응성 가스를 상기 발생기(102, 202) 내의 플라즈마 내로 주입하는 단계를 더 포함하는기판상의 층 부착 방법.
- 제 1 항에 있어서,반응성 가스를 상기 발생기(102, 202) 내의 플라즈마 내로 주입하고, 상기 플라즈마에 대한 목표 저항률을 결정하며, 상기 목표 저항률을 이루도록 구성된 오리피스를 갖는 또 다른 플레이트로 상기 캐스케이드 플레이트를 대체하는 단계를 더 포함하는기판상의 층 부착 방법.
- 제 1 항에 있어서,반응성 가스를 상기 발생기(102, 202) 내의 플라즈마 내로 주입하고, 상기 플라즈마에 대한 목표 저항률을 결정하며, 상기 목표 저항률을 이루기 위해 직선형 벽 길이로 구성된 오리피스를 갖는 또 다른 플레이트로 상기 캐스케이드 플레이트를 대체하는 단계를 더 포함하는기판상의 층 부착 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 또 다른 캐스케이드 플레이트 오리피스는 1mm 내지 20mm의 길이를 갖는기판상의 층 부착 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 또 다른 캐스케이드 플레이트 오리피스는 1.5mm 내지 10mm의 길이를 갖는기판상의 층 부착 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 또 다른 캐스케이드 플레이트 오리피스는 2mm 내지 8mm의 길이를 갖는기판상의 층 부착 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 기판은 열가소성 기판인기판상의 층 부착 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 열가소성 수지는 폴리카보네이트인기판상의 층 부착 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 플라즈마는 아르곤 또는 아르곤-산소-유기 실록산 플라즈마인기판상의 층 부착 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 플라즈마는 상기 기판상에 연속적인 코팅을 부착하도록 발생되는기판상의 층 부착 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 기판은 평면형인기판상의 층 부착 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 기판은 만곡형인기판상의 층 부착 방법.
- 제어 가능한 플라즈마를 발생시키기 위한 부착 장치(100)에 있어서,대기압 이하의 압력으로 유지되는 부착 챔버와,상기 부착 챔버 내의 제품 지지부와,캐소드(106, 206), 단일 캐스케이드 플레이트, 발생기(108, 208) 및 상기 캐스케이드 플레이트를 통한 연통식 오리피스를 포함하는 팽창식 열 플라즈마 발생기(102, 202)를 포함하며, 상기 오리피스는 1mm 내지 20mm의 길이를 갖는플라즈마 발생용 부착 장치.
- 제 19 항에 있어서,상기 캐스케이드 플레이트 오리피스는 1.5mm 내지 10mm의 길이를 갖는플라즈마 발생용 부착 장치.
- 제 19 항에 있어서,상기 캐스케이드 플레이트 오리피스는 2mm 내지 8mm의 길이를 갖는플라즈마 발생용 부착 장치.
- 제 19 항에 있어서,상기 캐스케이드 플레이트 오리피스의 직경은 흐름 방향으로 반경방향 대칭으로 변경되는플라즈마 발생용 부착 장치.
- 제 19 항에 있어서,상기 캐스케이드 플레이트 오리피스의 직경은 흐름 방향으로 반경방향 비대칭으로 변경되는플라즈마 발생용 부착 장치.
- 제 19 항에 있어서,오리피스 직경을 배출되는 상기 캐스케이드 플레이트와, 오리피스로 유입되는 상기 발생기(108, 208)가 맞춰지는플라즈마 발생용 부착 장치.
- 제 19 항에 있어서,상기 플라즈마 내로 시약을 도입하는 포트를 더 포함하는플라즈마 발생용 부착 장치.
- 제 21 항에 있어서,상기 시약은 링, 노즐, 플래시 증발기, 분무기 또는 증발기를 통해 도입되는플라즈마 발생용 부착 장치.
- 제 19 항에 있어서,상기 캐스케이드 플레이트는, 캐소드(106, 206), 조정용 링, 캐소드(106, 206) 하우징, 캐스케이드 플레이트 및 발생기(108, 208)를 횡단하는 나사산 형성된 로드 및 너트 조합체에 의해 소정 위치에 유지되는플라즈마 발생용 부착 장치.
- 제 19 항에 있어서,연장된 영역을 피복하도록 배치된 다수의 팽창식 열 플라즈마 발생기(102, 202)를 포함하는플라즈마 발생용 부착 장치.
- 제 19 항에 있어서,기판상에 균일한 특성을 이루도록 상이한 캐스케이드 플레이트로 배치된 다수의 팽창식 열 플라즈마 발생기(102, 202)를 포함하는플라즈마 발생용 부착 장치.
- 제 19 항에 있어서,편평한 기판상에 상이한 특성을 이루도록 상이한 캐스케이드 플레이트로 배치된 다수의 팽창식 열 플라즈마 발생기(102, 202)를 포함하는플라즈마 발생용 부착 장치.
- 기판상에 층을 부착하는 방법에 있어서,상기 기판상의 코팅의 플라즈마 강화 화학 기상 증착법용 플라즈마 가스 발생기(102, 202) 내의 목표 특성을 결정하는 단계로서, 상기 발생기(102, 202)는 캐소드(106, 206), 대체 가능한 캐스케이드 플레이트 및 동심 오리피스를 갖는 발생기(108, 208)를 포함하는, 상기 플라즈마 가스 발생기 내의 목표 특성 결정 단계와,목표 특성을 이루도록 구성된 오리피스를 갖는 또 다른 플레이트로 상기 캐스케이드 플레이트를 대체하는 단계를 포함하는기판상의 층 부착 방법.
- 제 31 항에 있어서,플라즈마 가스를 상기 플라즈마 발생기(102, 202)로 제공함으로써 상기 목표 플라즈마 가스 흐름을 발생시키고, 상기 발생기(102, 202) 내의 캐소드(106, 206)와 발생기(108, 208) 사이의 아크 내의 상기 플라즈마 가스를 전리하며, 상기 플라즈마 발생기(102, 202)보다 낮은 압력으로 플라즈마로서의 가스를 부착 챔버 내로 팽창시키는 단계를 더 포함하는기판상의 층 부착 방법.
- 제 31 항에 있어서,상기 발생기(102, 202) 내의 플라즈마 가스에 인가된 목표 전리 전압을 결정하고, 상기 목표 전리 전압을 이루도록 구성된 오리피스를 갖는 또 다른 플레이트로 상기 캐스케이드 플레이트를 대체하는 단계를 포함하는기판상의 층 부착 방법.
- 제 31 항에 있어서,상기 발생기(102, 202) 내의 플라즈마 가스의 목표 압력을 결정하고, 상기 목표 압력을 이루기 위해 선택된 오리피스를 갖는 또 다른 플레이트로 상기 캐스케이드 플레이트를 대체하는 단계를 포함하는기판상의 층 부착 방법.
- 제 31 항에 있어서,상기 발생기(102, 202) 내의 플라즈마 가스의 목표 저항률을 결정하고, 상기 목표 저항률을 이루도록 구성된 오리피스를 갖는 또 다른 플레이트로 상기 캐스케이드 플레이트를 대체하는 단계를 포함하는기판상의 층 부착 방법.
- 제품상에 층을 부착하는 방법에 있어서,부착 챔버와 연통하는 플라즈마 발생 챔버 내의 플라즈마 가스를 유동시키는 단계로서, 상기 플라즈마 발생 챔버는 캐소드(106, 206), 발생기(108, 208) 및 제 1 오리피스 구성을 갖는 개재된 캐스케이드 플레이트를 포함하고, 상기 제품은 상기 부착 챔버 내에 배치되는, 상기 플라즈마 가스 유동 단계와,플라즈마를 형성하도록 상기 플라즈마 발생 챔버 내에 아크를 발생시켜 부착 챔버 내로 유동시키는 단계와,상기 플라즈마 내로 물질을 주입하고 상기 제품상에 층을 부착하도록 상기 물질을 반응시키는 단계와,상기 제품에 대한 소정의 층 특성을 결정하는 단계와,제 1 오리피스 구성을 갖는 상기 캐스케이드 플레이트를 소정의 층 두께를 제공하는 상이한 오리피스 구성을 갖는 또 다른 플레이트로 대체하는 단계를 포함하는제품상의 층 부착 방법.
- 제 36 항에 있어서,상기 상이한 오리피스 구성은 프로세스 조건의 변경 없이 상기 소정의 층 두께를 제공하는제품상의 층 부착 방법.
- 제 36 항에 있어서,상기 플라즈마를 형성하도록 소정의 가스 압력을 결정하고, 제 1 오리피스 구성을 갖는 상기 캐스케이드 플레이트를 전리 전압의 변경 없이 상기 소정의 가스 압력을 허용하는 또 다른 플레이트로 대체하는 단계를 포함하는제품상의 층 부착 방법.
- 제 36 항에 있어서,상기 플라즈마를 형성하도록 소정의 가스 유량을 결정하고, 제 1 오리피스 구성을 갖는 상기 캐스케이드 플레이트를 발생 챔버 압력의 변경 없이 상기 소정의 가스 유량을 허용하는 또 다른 플레이트로 대체하는 단계를 포함하는제품상의 층 부착 방법.
- 실질적으로 제어 가능한 플라즈마를 발생시키는 방법에 있어서,플라즈마 챔버(104, 204)와; 상기 플라즈마 챔버(104, 204) 내에 배치된 발생기(108, 208) 및 캐소드(106, 206) 그리고 상기 발생기(108, 208)와 상기 캐소드(106, 206) 사이에 대체 가능하게 개재된 단일 캐스케이드 플레이트와; 상기 캐소드(106, 206)에 결합된 전력원(112, 212)과; 플라즈마 가스 입구를 포함하는 하나의 플라즈마원을 제공하는 단계와,상기 플라즈마 가스 입구를 통해 상기 플라즈마 챔버(104, 204)에 플라즈마 가스를 제공하는 단계와,상기 플라즈마 챔버(104, 204) 내에 플라즈마를 발생시키는 단계와,소정의 플라즈마 프로세스 조건을 획득하도록 상기 캐스케이드 플레이트를 오리피스 기하학적 형상을 갖는 다른 플레이트로 대체함으로써 플라즈마를 제어하 는 단계를 포함하는플라즈마 발생 방법.
- 제 40 항의 방법에 의해 제조된 제품.
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