KR20100071077A - 성막 장치 및 성막 방법 - Google Patents

Abstract

진공조(3) 내의 제 1 성막 스테이지(8)에는 스퍼터링 장치를 구성하는 스퍼터링 장치(10)가 배치되고, 제 2 성막 스테이지(9)에는 증착 장치(11)가 배치되어 있다. 캐러셀(4)을 회전시키면서 스퍼터링 장치(10)를 작동시켜 박막을 형성하는 스퍼터링 공정을 행한다. 이 스퍼터링 공정 후에 증착 장치(11)를 작동시켜 더욱 박막을 형성한다. 스퍼터링 공정에서는 증착 재료가 증발 또는 승화되지 않도록 증착 장치(11)를 냉각한다.

Description

성막 장치 및 성막 방법{FILM FORMING APPARATUS AND FILM FORMING METHOD}

본 발명은 워크의 표면에 성막을 행하는 성막 장치 및 성막 방법에 관한 것이다.

워크, 예를 들면 휴대 전화기의 본체 케이스, 자동차의 도어 노브 등의 장식 도장에 있어서 반사 방지막 등의 광학 박막이나 절연막, 보호막 등의 여러가지 성막이 행해지고 있고, 그 성막 방법으로서도 스퍼터링, 이온 플레이팅, 증착법 등 각종의 것이 알려져 있다.

예를 들면, 스퍼터링에서는 진공조 내를 희박한 스퍼터 가스로 채우고, 그 진공조 내에서 타깃 재료를 한쪽의 전극으로 하여 글로 방전을 행한다. 그리고, 그 글로 방전에서 발생되는 플라즈마의 양이온을 타깃 재료에 충돌시켜 타깃 재료로부터 부딪쳐 나온 원자(스퍼터 입자)를 워크 표면에 퇴적시켜서 박막을 형성한다. 또한, 스퍼터 가스 이외에 산소 가스나 질소 가스와 같은 반응 가스를 진공조 내에 도입하여 화합물 박막을 형성하는 반응성 스퍼터링도 알려져 있다. 성막 대상인 워크가 금속제인 경우에는 워크 자체를 고온으로 한 상태에서 스퍼터링에 의한 성막을 행하는 경우도 있다.

또한, 진공 증착법에서는 진공조 내에서 증착 재료를 가열함으로써 그 증착 재료를 증발 또는 승화시켜 진공조 내에 배치된 워크의 표면에 비산된 증착 재료를 부착시킴으로써 박막을 형성하고 있다. 이 진공 증착법에서는 증착 재료로서 알루미늄 등의 금속 이외에 수지 등도 이용될 수 있다.

그러나, 다른 종류의 성막 방법을 이용하여 성막을 행하는 경우에서는 성막 방법마다의 장치 사이에서 워크의 이동을 행하므로 그 이동 동안에 워크의 표면에 이물이 부착되거나 표면에 형성된 막이 외부 공기에 노출됨으로써 산화되거나 하여 막이 변질되어서 소정의 기능을 다하지 못하게 되어버린다는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 워크의 이동에 따른 이물의 부착이나 막의 변질 등의 방지를 도모할 수 있는 성막 장치 및 성막 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 청구범위 제 1 항에 기재된 성막 장치에서는 조 내가 진공으로 이루어진 진공조, 이 진공조 내에 배치되어 성막의 대상이 되는 워크를 유지하여 회전하는 워크 홀더, 진공조 내에 타깃 재료가 배치되어 스퍼터 가스를 도입한 분위기 하에서 방전을 행함으로써 타깃 재료로부터 스퍼터 입자를 비산시키고, 이 비산된 스퍼터 입자를 워크에 퇴적시킴으로써 성막을 행하는 스퍼터링 장치, 동일한 진공조 내에 설치되어 증착 재료를 소정의 가열 온도로 가열하는 재료 가열 수단을 갖고, 가열에 의해 증착 재료를 증발 또는 승화시켜서 워크에 부착시킴으로써 성막을 행하는 증착 장치, 및 스퍼터링 장치와 증착 장치를 택일적으로 작동시키는 제어 수단을 구비한 것이다.

청구범위 제 2 항에 기재된 성막 장치에서는 적어도 스퍼터링 장치의 작동시에 진공조 내의 열원과 증착 재료 사이에 배치되어서 열원으로부터의 열에 의해 증착 재료가 가열되는 것을 저지하는 셔터판을 구비한 것이다.

청구범위 제 3 항에 기재된 성막 장치에서는 셔터판이 스퍼터링 장치의 작동시에 발생하는 플라즈마를 열원으로 하고 적어도 스퍼터링 장치의 작동시에는 플라즈마와 증착 재료 사이에 배치되도록 한 것이다.

청구범위 제 4 항에 기재된 성막 장치에서는 워크를 가열하는 워크 가열 수단을 구비한 것이다.

청구범위 제 5 항에 기재된 성막 장치에서는 열을 차단함과 아울러 워크와 증착 재료 사이에 배치된 차폐 위치와 워크와 증착 재료 사이로부터 퇴피하여 워크에 대한 증착 장치에 의한 증착을 허용하는 허용 위치 사이에서 이동가능하고, 워크 가열 수단의 작동시에는 차폐 위치로 되고 증착 장치의 작동시에는 허용 위치로 되는 셔터판을 구비한 것이다.

청구범위 제 6 항에 기재된 성막 장치에서는 셔터판을 냉각하는 셔터 냉각 수단을 구비한 것이다.

청구범위 제 7 항에 기재된 성막 장치에서는 워크 홀더가 복수개의 워크를 유지하도록 한 것이다.

청구범위 제 8 항에 기재된 성막 방법에서는 진공조 내에 성막 대상이 되는 워크를 수용하고 진공조 내를 진공으로 하는 수용 공정, 스퍼터 가스가 도입된 분위기 하에서 방전을 행함으로써 타깃 재료로부터 스퍼터 입자를 비산시켜서 진공조 내에 수용된 워크에 스퍼터 입자를 퇴적시킴으로써 성막을 행하는 스퍼터링 공정, 스퍼터링 공정전 또는 공전후에 행해져 증착 재료를 가열함으로써 증착 재료를 증발 또는 승화시켜서 진공조 내에 수용된 워크에 부착시킴으로써 성막을 행하는 증착 공정, 및 스퍼터링 공정과 증착 공정에 의하여 성막이 실시된 워크를 진공조로부터 인출하는 인출 공정를 갖는 것이다.

청구범위 제 9 항에 기재된 성막 방법에서는 스퍼터링 공정중에 진공조 내의 열원으로부터의 열에 의한 증착 재료의 가열을 저지하도록 한 것이다.

청구범위 제 10 항에 기재된 성막 방법에서는 진공조 내의 열원으로부터 증착 재료에 대한 열을 차단하도록 한 것이다.

청구범위 제 11 항에 기재된 성막 방법에서는 열원과 증착 재료 사이에 배치된 셔터판에 의해 열의 차단을 행하도록 한 것이다.

청구범위 제 12 항에 기재된 성막 방법에서는 셔터판을 냉각하도록 한 것이다.

청구범위 제 13 항에 기재된 성막 방법에서는 증착 재료의 주위를 냉각하도록 한 것이다.

청구범위 제 14 항에 기재된 성막 방법에서는 스퍼터링 공정중에 진공조 내에 수용된 워크를 가열하는 가열 공정을 갖는 것이다.

청구범위 제 15 항에 기재된 성막 장치에서는 스퍼터링 공정중에는 열을 차단하는 셔터판을 워크와 증착 재료 사이에 배치된 차폐 위치로 하고, 증착 공정에서는 셔터판을 워크와 증착 재료 사이로부터 퇴피하여 증착을 허용하는 허용 위치로 하도록 한 것이다.

청구범위 제 16 항에 기재된 성막 장치에서는 수용 공정에서는 복수개의 워크를 진공조 내에 수용하도록 한 것이다.

<발명의 효과>

본 발명은 상기 구성에 의해 진공조 내에 워크를 수용한 상태에서 스퍼터링에 의해 성막을 행하는 스퍼터링 공정을 행하고, 동일한 진공조 내에서 스퍼터링 공정전 또는 공정후에 증착에 의해 성막을 행하는 증착 공정을 행함으로써 스퍼터링과 증착이 동일한 진공조 내에서 행해지므로 워크를 장치 사이에 이동시킬 필요가 없어지고, 그 이동에 따른 이물의 부착이나 막의 변질 등의 방지를 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명을 사용한 성막 장치의 구성을 나타내는 설명도이다.
도 2는 스퍼터링 장치의 외관을 나타내는 사시도이다.
도 3은 스퍼터링 장치의 단면도이다.
도 4는 증착 장치의 외관을 나타내는 사시도이다.
도 5는 캐러셀(carousel)을 수평의 축으로 회전시키는 성막 장치의 구성을 나타내는 설명도이다.
도 6은 필라멘트로 직접 증착 재료를 가열하는 증착 장치의 일례를 나타내는 사시도이다.

도 1에 본 발명을 실시한 성막 장치(2)의 구성을 나타낸다. 대략 원통 형상의 진공조(3)의 내부에 워크 홀더로서 원통 형상의 캐러셀(4)을 배치하고 있다. 이 캐러셀(4)은 수직의 회전축(4a)을 중심으로 하여 회전가능하게 되어 있고, 모터(5)에 의해 소정의 속도로 회전된다. 진공조(3)에는 진공 펌프(6)가 접속되어 있어 그 내부가 스퍼터링, 진공 증착에 필요한 진공도로 되도록 조절된다.

캐러셀(4)은 그 외주면에 성막 대상이 되는 복수개의 워크(7)를 유지하고, 각 워크(7)가 캐러셀(4)과 함께 회전된다. 복수개의 워크(7)는 예를 들면 캐러셀(4)의 외주면을 따라 매트릭스 형상으로 배열된 상태로 유지된다. 또한, 캐러셀(4), 워크(7)의 장전이나 인출, 후술하는 타깃 유닛의 교환이나 점검 정비 등의 작업을 위해 진공조(3)는 대기압까지 리크(leak)된 후에는 주지의 구조에 의해 개방될 수 있다.

진공조(3) 내에는 제 1 성막 스테이지(8)와 제 2 성막 스테이지(9)를 캐러셀(4)의 회전 방향을 따라 적절한 간격을 두고 설치하고 있고, 캐러셀(4)의 회전에 의해 각 워크(7)를 반복하여 제 1 성막 스테이지(8), 제 2 성막 스테이지(9)를 통과시켜서 성막을 행한다. 또한, 워크(7)의 반송은 회전에 의한 것이 아니어도 좋고, 또한 각 워크(7)가 각 스테이지를 1회 통과함으로써 성막되도록 하여도 좋다.

제 1 성막 스테이지(8)는 스퍼터링에 의해 성막을 행하는 스테이지이며 스퍼터링 장치(10)를 배치하고 있다. 또한, 제 2 성막 스테이지(9)는 진공 증착에 의해 성막을 행하는 스테이지이며 증착 장치(11)를 배치하고 있다. 이 실시형태에 있어서는 스퍼터링 장치(10), 증착 장치(11)를 각 1대씩 실장하고 있지만, 워크 표면에 형성해야 하는 막의 종류, 적층수 등에 따라 그들의 실장 대수를 적절하게 늘릴 수 있다.

제어부(12)는 성막 장치(2)의 각 부를 제어하여 스퍼터링 장치(10)에 의해 성막을 행하는 스퍼터링 공정, 및 증착 장치(11)에 의해 성막을 행하는 증착 공정으로 이루어지는 성막 공정을 실행한다. 이 실시형태에서는 스퍼터링 공정후에 증착 공정을 행하지만, 증착 공정후에 스퍼터링 공정을 행하거나 이들을 교대로 행하여도 좋다.

또한 진공조(3) 내에는 그 내주면을 따르도록 워크 가열 수단으로서의 히터(13)를 배치하고 있다. 이 히터(13)는 금속제 워크(7)에 스퍼터링으로 성막을 행하는 경우에 히터 전원(14)으로부터의 전류에 의해 구동되어서 워크(7)를 가열한다. 이것에 의해, 워크(7)를 고온으로 하여 스퍼터링에 의해 안정된 성막을 행한다. 워크(7)를 가열하는 방법은 각종의 것을 이용할 수 있고, 예를 들면 워크(7)가 전기 저항이 어느 정도 큰 금속인 경우에는 전자 유도를 이용한 유도 가열을 이용할 수 있다.

DC 전원(15)은 스퍼터링을 위한 전력을 공급하는 것이며 캐러셀(4)을 포함하는 진공조측이 양극, 스퍼터링 장치(10)가 음극이 되도록 전압을 인가한다. 가스 공급기(16)는 스퍼터링시의 가스를 스퍼터링 장치(10)에 공급한다. 가스로서는 아르곤 가스 등의 스퍼터 가스가 공급되지만, 반응성 스퍼터링을 행하는 경우에는 반응 가스, 예를 들면 산소 가스나 질소 가스를 아울러 공급한다.

급수기(17)는 스퍼터링 장치(10)에 대하여 냉각수를 공급하여 스퍼터링 장치(10)가 고온이 되는 것을 방지한다. 모터(18)는 후술하는 타깃 유닛을 회전시키기 위한 것이고, 모터(19)는 스퍼터링 장치(10)의 셔터판(21)을 개폐한다.

가열용 전원(22)은 증착 공정시에 증착 재료를 가열하기 위한 전력을 증착 장치(11)에 공급한다. 급수기(23)는 스퍼터링 공정시에 히터(13) 및 이것에 의해 가열된 워크(7)로부터의 열이나 플라즈마로부터의 열에 의해 증착 재료의 온도가 상승하는 것을 방지하기 위해서 증착 장치(11)에 대하여 냉각수를 공급한다. 모터(24)는 증착 장치(11)에 설치된 셔터판(25)의 개폐를 행한다.

스퍼터링 장치(10)의 외관을 도 2에, 단면을 도 3에 나타낸다. 스퍼터링 장치(10)는 셔터판(21) 이외에 타깃 유닛(26), 재킷(27) 등으로 구성된다. 재킷(27)은 중공의 원통 형상이며, 그 내부에 원통 형상의 타깃 유닛(26)을 회전가능하게 수용하고 있다. 이들 타깃 유닛(26), 재킷(27)은 그 축심이 캐러셀의 회전축(4a)과 평행하게 되도록 진공조(3)에 부착되어 있고, 재킷(27)에 형성된 개구(27a)로부터 타깃 유닛(26)이 캐러셀(4)측으로 노출된다. 타깃 유닛(26)과 재킷(27) 사이에 형성된 간극에는 도입 파이프(29)를 통하여 가스 공급기(16)로부터의 가스가 공급되어 타깃 유닛(26)의 주위가 가스 리치(rich) 상태가 된다.

타깃 유닛(26)은 도전성을 갖는 지지통(31)의 외주면을 덮도록 타깃층(32)을 형성하고 있다. 타깃층(32)은 예를 들면 알루미늄, 티타늄, 규소 등의 워크(7)에 성막해야 할 타깃 재료로 작성되어 있다. 지지통(31)에는 DC 전원(15)의 마이너스 전극을 접속하고 있고 스퍼터링 공정에서는 이 타깃 유닛(26)을 음극으로 하여 글로 방전을 행한다.

타깃 유닛(26)의 중공부 내에는 재킷(27)에 대하여 고정된 중공관(34)을 삽통하고 있고, 그 밀봉한 내부에 자석 유닛(35)을 배치하고 있다. 자석 유닛(35)은 철제 지지 부재(35a)에 소형의 자석(35b,35c)을 고정한 것으로 되어 있다. 지지 부재(35a)는 지지통(31)의 축심을 따라 길게 되어 있다. 자석(35b)은 캐러셀측으로 N극을 향하여 지지 부재(35a)의 캐러셀측의 면의 중앙에 길이 방향을 따라 일렬로 배열되어 있고, 자석(35c)은 캐러셀측으로 S극을 향하여 자석(35b)의 주위를 둘러싸도록 직사각형으로 배열되어 있다.

상술한 바와 같이 구성되는 자석 유닛(35)은 마그네트론 스퍼터링을 행하기 위한 것이고, 각 자석(35b,35c)의 자력에 의해 플라즈마를 타깃층(32)의 표면 근방에 가둔다. 중공통(34)을 지지통(31) 내에서 캐러셀측으로 기울도록 편심하여 배치하고, 각 자석(35b,35c)을 타깃에 근접하게 하여 그 효과를 높이고 있다. 또한, 타깃 유닛(26)은 모터(18)로부터의 회전이 구동축(26a)에 전달됨으로써 축심을 중심으로 회전한다. 이것에 의해, 타깃층(32)의 전체 둘레면을 스퍼터링에 제공한다.

지지통(31)과 중공통(34) 사이에는 급수 파이프(36a)를 통하여 급수기(17)로부터의 냉각수가 공급되고, 지지통(31)과 중공통(34) 사이를 통과한 냉각수는 배수 파이프(36b)를 통하여 진공조(3) 외부로 배수된다. 이와 같이 지지통(31)과 중공통(34) 사이에 냉각수를 통과시킴으로써 스퍼터링 공정시에 타깃 유닛(26), 자석 유닛(35) 등이 고온이 되는 것을 방지한다.

셔터판(21)은 재킷(27)의 외측에 배치되고, 예를 들면 급수 파이프(36a), 배수 파이프(36b)를 회전축으로 해서 개구(27a)의 전방에 위치하여 개구(27a)를 덮는 폐쇄 위치와 개구(27a)의 전방으로부터 퇴피하여 타깃층(32)을 캐러셀(4)측으로 노출하는 개방 위치 사이에서 이동가능하게 되어 있다. 이 셔터판(21)은 모터(19)에 의해 스퍼터링 공정시에 개방 위치로 된다.

도 4에 증착 장치(11)를 나타낸다. 증착 장치(11)는 본체부(40)와 상술한 셔터판(25)으로 이루어지고, 본체부(40)는 원통 형상의 내통(41), 외통(42), 히터(43) 등으로 구성된다.

내통(41)은 중공의 내부를 파티셔닝(partitioning)함으로써 축심 방향으로 배열된 복수개의 가열실(41a)을 형성하고 있고, 각 가열실(41a)에 증착 재료(45)를 수용한다. 즉, 내통(41)이 증착 재료(45)를 수용하는 하우징으로 되어 있다.

증착 재료(45)로서는 가열됨으로써 증발 또는 승화되는 것이 사용되고, 필요한 박막의 기능 등에 따른 금속이나 수지 등의 각종의 것을 사용할 수 있다. 특히 스퍼터링에서는 플라즈마에 의해 파괴·분해되어버리는 재료, 예를 들면 유기 재료에 유용하다. 또한, 증착에 의해 박막을 형성하는 목적에 대해서도 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 스퍼터링으로 형성한 막을 보호하고 또한 그 표면에 지문이 부착되는 것을 방지하기 위한 박막을 형성하거나 스퍼터링 공정에서 형성되는 박막의 하지가 되는 박막을 증착하여 형성하여도 좋다.

내통(41)은 그 외주면에 재료 가열 수단으로서 예를 들면 저항 발열체 등으로 이루어진 선 형상의 히터(43)를 밀착시켜서 배치하고 있고, 그 단부(43a)가 가열용 전원(22)에 접속되어 있다. 증착시에는 이 히터(43)에 가열용 전원(22)으로부터 전류를 흘림으로써 내통(41)을 가열해서 증착 재료(45)를 증발 또는 승화시킨다. 외통(42)은 적절한 간격을 두고 내통(41)의 외측에 배치되어 있다. 외통(42)에는 각 가열실(41a)과 통하는 개구부(46)를 가열실(41a)마다 형성하고 있고, 이 개구부(46)를 통하여 증착 재료(45)가 가열실(41a)에 배치됨과 아울러 가열실(41a) 내에서 증발 또는 승화된 증착 재료(45)를 워크(7)를 향해서 비산시킨다.

증착 재료(45)를 가열해서 증발 또는 승화시키기 위한 재료 가열 수단으로서는 그 가열 방법, 배치 등에 대해서 각종 형태의 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 히터(43)를 가열실(41a)의 내부에 배치하여 내통(41)을 가열하여 증착 재료(45)를 가열해서 증발 또는 승화시켜도 좋고, 히터로 증착 재료(45)를 직접적으로 가열하여도 좋다. 또한, 전자 유도에 의해 내통(41) 또는 증착 재료(45)를 발열시키도록 구성하여도 좋다.

셔터판(25)은 각 개구부(46)의 앞면을 덮는 폐쇄 위치(차폐 위치)와 이 개구부(46)의 앞면으로부터 퇴피한 개방 위치(허용 위치) 사이에서 외통(42)의 외주를 따라 회전가능하게 되도록 부착되어 있다. 이 셔터판(25)은 스퍼터링 공정시에는 후술하는 바와 같이 차열을 위해 폐쇄 위치로 되고, 증착 공정시에는 내통(41)의 가열 시작후에 안정되게 성막을 행할 수 있게 되고나서 개방 위치로 이동된다.

스퍼터링 공정에서는 스퍼터링 장치(10)의 근방에 발생하고 있는 플라즈마가 열원이 되고, 또한 금속제 워크(7)에 대한 스퍼터링 공정에서는 또한 히터(13)나 그것에 의해 가열된 워크(7)가 열원이 되며, 그 열원으로부터의 열, 특히 복사열에 의해 증착 장치(11), 그것에 수용되어 있는 증착 재료(45)가 가열되어 증착 재료(45)가 증발 또는 승화해버리는 일이 있다. 이것을 방지하기 위해서 증착 장치(11)는 외부로부터의 열을 차단하고 또한 장치를 냉각하도록 하고 있다.

증착 장치(11)는 스퍼터링 공정시에 개구부(46)를 셔터판(25)으로 덮음으로써 플라즈마나 워크(7) 등의 열원과 증착 재료(45) 사이에 셔터판(25)이 인입된 상태로 하여 그들 열원으로부터의 열이 직접적으로 증착 재료(45)에 전해지지 않도록 하고 있다. 또한, 외통(42)으로 내통(41)의 외측을 덮는 구성으로 함으로써 열원으로부터의 열이 직접적으로 내통(41)에 전해지지 않도록 하고 있다.

또한, 셔터판(25)의 내부에 형성된 중공부(25a), 내통(41)과 외통(42) 사이에 형성된 공간(이하, 간극부라고 칭함)(47)에 급수기(23)로부터의 냉각수를 통과시킴으로써 장치 전체를 냉각하고, 즉 증착 재료의 주위를 냉각하여 증착 재료의 온도 상승을 방지하고 있다. 셔터판(25)의 중공부(25a)에는 회전축을 겸용한 도수 파이프(25b)로부터 냉각수를 통과시키고, 이 냉각수를 다른쪽의 회전축을 겸용한 배수 파이프(25c)로부터 진공조(3) 외부로 배수한다. 또한, 외통(42)의 내경을 내통(41)의 외경보다 크게 함으로써 외통(42)과 내통(41) 사이에 적절한 간격으로 형성되어 있다. 이 간극부(47)에는 외통(42)의 상면에 설치한 도수 파이프(48a)를 통하여 냉각수가 도입되고, 이 냉각수를 외통(42)의 하면에 설치한 배수 파이프(48b)를 통하여 진공조(3) 외부로 배수한다.

내통(41)은 히터(43)에 의한 증착 재료(45)의 가열의 점에서 열 전도성이 높은 재료로 작성하는 것이 바람직하고, 셔터판(25), 외통(42)은 외부로부터 열을 차단하는 기능의 점에서 단열성이 우수한 소재로 작성하는 것이 좋다.

이어서, 상기 구성의 작용에 관하여 설명한다. 진공조(3)를 개방하여 캐러셀(4)에 성막 대상이 되는 워크(7)를 장착하고, 진공조(3) 내에 수용한다. 또한, 증착 재료(45)를 각 가열실(41a)에 세팅한다. 이후에, 진공조(3)를 폐쇄하고 진공 펌프(6)을 작동시켜서 진공조(3) 내를 스퍼터링에 필요한 소정의 진공도로 한다.

워크(7)가 금속제인 경우에는 증착 장치(11)의 셔터판(25)을 폐쇄 위치로 이동시킴과 아울러 급수기(23)로부터 냉각수를 공급하여 본체부(40)와 셔터판(25)의 냉각을 시작한다. 이후에, 캐러셀(4)의 회전을 시작하고나서 히터 전원(14)에 의한 히터(13)로의 통전을 시작하여 캐러셀(4)과 함께 회전하고 있는 워크(7)를 가열한다.

워크(7)가 소정의 온도에 도달한 것이 도시되지 않은 온도 센서에 의해 검지되면 스퍼터링 공정이 시작된다. 스퍼터링 공정에서는 우선 타깃 유닛(26)과 재킷(27) 사이에 도입 파이프(29)를 통하여 가스가 공급되고, 가스는 개구(27a)로부터 진공조(3) 내로 유입된다. 이것에 의해, 개구(27a)에 노출되어 스퍼터링에 제공되는 타깃층(32)의 표면은 스퍼터 가스, 반응 가스가 리치한 분위기에 놓인 상태가 된다.

셔터판(21)이 폐쇄 위치인 것을 확인하여 타깃 유닛(26)의 회전을 시작하고나서 DC 전원(15)에 의해 캐러셀(4)과 타깃 유닛(26) 사이에 전압을 인가한다. 이것에 의해, 도전성의 셔터판(21)을 통하여 캐러셀(4)과 타깃 유닛(26) 사이에서 방전이 시작되고 스퍼터 가스의 플라즈마가 생성된다. 그리고, 성막을 안정된 상태에서 행할 수 있게 되면 셔터판(21)이 개방 위치로 되어 스퍼터링에 의한 성막이 시작된다.

셔터판(21)이 개방 위치로 되면 타깃층(32a)의 표면으로부터 부딪쳐 나온 스퍼터 입자가 워크(7)를 향해서 비산되어 타깃 재료의 워크(7)의 표면에 퇴적됨으로써 막이 형성된다. 반응 가스를 도입하고 있는 경우에는 스퍼터 원자가 워크(7)를 향하는 도중의 경로에 존재하는 반응 가스의 원자나 이온에 접촉됨으로써 워크(7)의 표면에는 타깃 재료의 예를 들면 질화물이나 산화물이 퇴적된다.

스퍼터링 장치(10)에 의한 성막은 스퍼터링 장치(10)와 대면하는 워크(7)에 대하여 행해지지만 각 워크(7)가 캐러셀(4)과 함께 회전해서 스퍼터링 장치(10)가 배치된 제 1 성막 스테이지(8)를 반복해서 통과함으로써 각 워크(7)의 표면에 스퍼터링에 의한 막이 형성되고 그 막 두께가 증가된다.

상술한 바와 같이 스퍼터링 공정을 행하고 있는 동안에는 히터(13)나 가열된 워크(7), 타깃 유닛(26)의 근방에 발생하고 있는 플라즈마 등이 열원이 되고, 이들 열원으로부터의 열이 증착 장치(11)에 전해진다. 그러나, 내통(41), 증착 재료(45)는 외통(42), 셔터판(25)에 의해 차열(遮熱)되어 있음과 아울러 중공부(25a), 간극부(47)에 냉각수가 흐르고 있으므로 온도 상승은 거의 없어 증착 재료(45)가 증발 또는 승화되는 일은 없다.

소망으로 하는 막 두께까지 스퍼터링에 의해 성막이 행해지면 히터(13)에 의한 가열을 정지함과 아울러 DC 전원(15)으로부터의 전력 공급을 정지하여 스퍼터링 공정을 정지한다. 또한, 스퍼터링 공정에 있어서의 막 두께는 예를 들면 실험의 측정 결과 등에 의거하여 DC 전원(15)에 의한 투입 전력과 스퍼터링의 시간으로부터 알 수 있다.

스퍼터링 공정의 종료후에도 증착 장치(11)에 대하여 냉각수의 통수(通水)를 계속하면서 워크(7)를 포함하는 진공조(3) 내의 온도가 소정의 온도로 저하되는 것을 기다린다. 진공조(3) 내의 온도가 소정 온도 이하로 되면 냉각수의 공급을 정지함과 아울러 히터(43)에 대하여 가열용 전원(22)으로부터 전류의 공급이 시작되어 내통(41)이 가열된다. 또한, 진공조 내는 증착에 필요한 진공도가 되도록 조절된다.

상기 가열에 의해 내통(41)을 통하여 증착 재료(45)가 가열되어 증발 또는 승화된다. 예를 들면, 가열 시작후에 일정한 시간이 경과하거나, 또는 도시되지 않은 온도 센서에 의해 측정되는 내통(41)의 온도가 일정 레벨에 도달하는 것 등에 의해 증착 재료(45)의 증발 또는 승화 상태가 안정된 것이 검지되면 셔터판(25)이 개방 위치로 되어 개구부(46)가 노출된다. 이것에 의해, 가열실(41a) 내에서 가열되어서 증발 또는 승화된 증착 재료(45)가 개구부(46)로부터 진공조(3) 내로 비산되고 캐러셀(4)에 유지된 워크(7)에 피착되어 막을 형성한다. 또한, 증착 재료(45)를 수용하는 가열실(41a)을 가열하고 있으므로 비산된 증착 재료(45)의 가열실(41a) 내면으로의 부착이 적다.

증착 장치(11)에 의한 성막은 스퍼터링과 같이 증착 장치(11)와 대면하는 워크(7)에 대하여 주로 행해지고, 캐러셀(4)의 회전에 의해 제 2 성막 스테이지(9)를 통과하는 각 워크(7)의 표면에 행해지며, 각 워크(7)를 반복하여 제 2 성막 스테이지(9)를 통과시킴으로써 막 두께를 증대시킨다. 그리고, 막이 소망의 막 두께가 될 때까지 증착 장치(11)가 작동되면 셔터판(25)이 폐쇄 위치로 이동되고나서 히터(43)가 오프로 됨으로써 증착 공정이 종료된다.

워크(7)가 플라스틱 수지 등으로 작성되어 있는 경우에는, 상술한 바와 같이, 스퍼터링 공정과 증착 공정을 행하지만 워크(7)에 대한 히터(13)에 의한 가열을 행하지 않는다. 이 경우에는 증착 재료(45)가 히터(13)로부터의 열의 영향을 받지 않지만 플라즈마로부터의 열의 영향을 받는다. 이 때문에, 금속제 워크(7)의 경우와 같이, 셔터판(25)을 폐쇄 위치로 하고 또한 셔터판(25), 증착 장치(11)에 대하여 냉각수의 통수를 행해서 냉각한다.

이상과 같이 하여 워크(7)의 표면에 스퍼터링 공정에 의한 막과 증착 공정에 의한 막이 적층된다. 이후에, 진공조(3)가 대기압까지 리크되고나서 개방되어 성막된 각 워크(7)가 인출된다. 스퍼터링 공정과 증착 공정은 동일한 진공조(3) 내에서 실시되고 있으므로 각 공정 사이에서 막 표면에 이물이 부착되거나 막이 외부 공기에 노출되어 변질되거나 하는 일이 없다.

도 5는 캐러셀을 수평의 축으로 회전시킴과 아울러 그 하방에 증착 장치를 배치한 예를 나타내는 것이다. 또한, 이하에 설명하는 것 외는 최초의 실시형태와 같고, 실질적으로 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙여서 그 설명을 생략한다.

캐러셀(4)은 그 회전축(4a)을 수평으로 한 자세로 지지 부재(49)에 의해 회전가능하게 지지되고 화살선 방향으로 모터에 의해 회전된다. 스퍼터링 장치(10)는 캐러셀(4)의 측방에 배치되어 있고, 증착 장치(11)는 캐러셀(4)의 하방에 배치되어 있다. 스퍼터링 장치(10)는, 최초의 실시형태와 같이, 원통 형상의 타깃 유닛, 재킷 등의 축심 방향이 캐러셀(4)의 회전축(4a)과 평행하게 되도록 부착되어 있다.

증착 장치(11)에 관해서도 그 개구부(46)가 캐러셀(4)을 향하는 자세로 각 가열실(41a)이 캐러셀(4)의 회전축(4a)을 따른 방향으로 배열되도록 배치되어 있다. 따라서, 각 가열실(41a)은 상방으로 개구부(46)를 향하는 자세이며, 그 내부에서 증발 또는 승화된 증착 재료(45)가 효율적으로 워크(7)를 향해서 비산되어 피착된다.

도 6에 증착 장치의 다른 예를 나타낸다. 이 예에서는 증착 장치(51)로서 복수개의 가열부(52)를 제 2 성막 스테이지(9)에 배치하고 있다. 각 가열부(52)는 필라멘트(53)를 나선 형상으로 감아서 바구니 형상으로 한 것이며, 그 가열부(52) 내부에 증착 재료(45)가 넣어진다. 각 필라멘트(53)는 가열용 전원(54)에 접속되어 있다. 이 가열용 전원(54)으로부터의 급전에 의해 가열부(52)가 발열되어 증착 재료(45)가 증발 또는 승화된다.

셔터판(55)은 열원과 가열부(52), 즉 증착 재료(45) 사이에 인입된 차폐 위치와 이 차폐 위치로부터 퇴피하여 적어도 증발 또는 승화된 증착 재료가 워크(7)로 비산되어 부착되는 것을 허용하는 허용 위치 사이에서 이동된다. 그리고, 스퍼터링 공정시에는 차폐 위치로 되고, 증착 공정시에는 허용 위치로 된다. 또한, 이 예에서 스퍼터링 공정시에는 열원으로부터의 열에 의해 증착 재료(45)가 가열되는 것을 셔터판(55)만으로 방지하고 있다.

상기 각 실시형태에서 나타낸 증착 장치는 일례이며, 본 발명에 사용하는 증착 장치는 그들에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 증착 재료를 필라멘트 등의 발열체로 직접적으로 가열하여도 좋고, 또한 증착 재료를 도가니에 넣고 그 도가니를 통하여 증착 재료를 가열하여도 좋다. 또한, 도가니에 넣은 증착 재료를 발열체로 직접적으로 가열하거나, 또는 발열체를 바구니 형상이나 보트 형상 등의 용기 형상으로 형성하여 그것에 증착 재료를 넣어서 가열하는 방법 등을 채용할 수 있다.

또한, 증착 장치의 위치는 증착의 대상이 되는 워크의 형상, 부위나 스퍼터링 장치의 위치 등을 고려하여 적절하게 설정될 수 있다. 캐러셀에 워크를 유지하고 있는 경우에는 캐러셀의 중심에 증착 장치를 배치하면 각 워크에 대하여 효율적으로 증착에 의한 성막을 행할 수 있다. 이 경우, 캐러셀 내측을 향하고 있는 워크의 면에 증착에 의한 박막이 형성되지만, 예를 들면 워크가 유지되어 있는 위치에서 각 워크의 외주를 향하고 있는 면과 내주를 향하고 있는 면이 교대로 바뀌도록 워크 자체를 자전시키는 기구를 설치하면 워크의 자전축 둘레의 각 면에 증착에 의한 박막을 형성할 수 있다.

열원으로부터 증착 재료로의 열을 차단하기 위한 셔터판은 증착 재료의 특성을 고려하여 스퍼터링 공정시에 증착 재료에 영향을 주는 열원과의 사이에 인입되어 그 열원으로부터의 열을 증착 재료에 대해서 차단하면 좋다. 따라서, 예를 들면 플라즈마에 의한 복사열의 영향만 고려해도 좋은 경우에는 셔터 장치가 스퍼터링 장치에 의해 발생되는 플라즈마와 증착 재료 사이에 인입되어 플라즈마로부터의 열에 의해 증착 재료가 승화 또는 증발되지 않도록 하면 좋다. 또한, 셔터판은 증착 공정에 있어서 워크에 대한 증착 장치의 증착을 허용한다면 열원, 예를 들면 플라즈마와 증착 재료 사이에 인입된 위치에 고정되어 있어도 좋다.

<산업상의 이용 가능성>

본 발명은 플라스틱, 금속 제품 등의 표면 장식 도장에 사용된다.

2: 성막 장치 3: 진공조
4: 캐러셀 7: 워크
10: 스퍼터링 장치 11,51: 증착 장치
25,55: 셔터판 45: 증착 재료

Claims (16)

1. 조 내가 진공으로 이루어진 진공조;
   스퍼터 가스를 도입한 상기 진공조 내의 분위기 하에서 방전을 행함으로써 상기 진공조 내에 배치된 타깃 재료로부터 스퍼터 입자를 비산시키고, 이 비산된 스퍼터 입자를 워크에 퇴적시킴으로써 성막을 행하는 스퍼터링 장치;
   상기 진공조 내에 배치되어 증착 재료를 증발 또는 승화시켜서 워크의 표면에 부착시킴으로써 증착 재료에 의한 성막을 행하는 증착 장치;
   상기 진공조 내에 배치되어 성막의 대상이 되는 워크를 유지하고, 워크를 상기 스퍼터링 장치에 의해 성막을 행하는 위치와 상기 증착 장치에 의해 성막을 행하는 위치로 이동시키는 워크 홀더; 및
   상기 스퍼터링 장치의 작동전과 작동후 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 상기 증착 장치를 작동시켜서 성막을 행하게 하는 제어 수단으로 이루어지고:
   상기 증착 장치는,
   증착 재료가 수용되는 수용실이 내측에 형성된 내통과 이 내통의 외측에 소정의 간격을 두고 형성된 외통으로 이루어진 이중 통 구조로 되고, 수용실 내에서 증발 또는 승화된 증착 재료를 외부로 비산시키는 개구가 형성된 하우징; 및
   증착 재료에 의한 성막을 행할 때에 작동되어 수용실 내의 증착 재료를 가열해서 증발 또는 승화시키는 재료 가열 수단를 구비하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 증착 장치는 상기 스퍼터링 장치에 의한 성막을 행하고 있는 동안에는 상기 개구를 폐쇄한 폐쇄 위치가 되고, 상기 증착 장치에 의한 성막시에는 상기 개구를 개방한 개방 위치가 되는 셔터판을 구비하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
3. 진공조 내에 성막 대상이 되는 워크를 수용하고, 진공조 내를 진공으로 하는 수용 공정;
   스퍼터 가스가 도입된 분위기 하에서 방전을 행함으로써 진공조 내에 배치된 타깃 재료로부터 스퍼터 입자를 비산시켜서 워크에 스퍼터 입자를 퇴적시킴으로써 성막을 행하는 스퍼터링 공정;
   상기 스퍼터링 공정전과 공정후 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 행해지고, 내측에 수용실이 형성된 내통과 이 내통의 외측에 소정의 간격을 두고 형성된 외통으로 이루어진 이중 통 구조로 되어 진공조 내에 배치된 하우징의 수용실 내에 미리 배치한 증착 재료를 가열함으로써 증발 또는 승화시켜서 하우징에 형성한 개구로부터 증착 재료를 비산시켜 진공조 내에 수용된 워크에 부착시킴으로써 성막을 행하는 증착 공정; 및
   상기 스퍼터링 공정과 상기 증착 공정에 의하여 성막이 실시된 워크를 진공조로부터 인출하는 인출 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 재료 가열 수단은 상기 내통에 장착되어 상기 내통을 가열함으로써 수용실 내의 증착 재료를 가열해서 증발 또는 승화시키는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 증착 재료가 유기 재료인 것을 특징으로 하는 성막 장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 스퍼터링 장치에 의한 성막시에 작동되어 상기 증착 장치에 통수함으로써 증착 재료가 증발 또는 승화되지 않도록 증착 재료의 온도 상승을 저지하고, 상기 증착 장치에 의한 성막시에는 상기 증착 장치로의 통수가 정지되는 급수 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 급수 수단은 상기 내통과 상기 외통 사이에 형성되는 간극에 통수하여 증착 재료의 온도 상승을 저지하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 증착 장치는 상기 스퍼터링 장치에 의한 성막을 행하고 있는 동안에는 상기 개구를 폐쇄한 폐쇄 위치가 되고 상기 증착 장치에 의한 성막시에는 상기 개구를 개방한 개방 위치가 됨과 아울러, 그 내부가 중공으로 이루어진 셔터판을 구비하고;
   상기 급수 수단은 상기 내통과 상기 외통 사이에 형성되는 간극과 상기 셔터판의 중공의 내부에 통수하여 증착 재료의 온도 상승을 저지하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
9. 제 6 항에 있어서,
   워크를 가열하는 워크 가열 수단을 구비하고;
   상기 제어 수단은 상기 스퍼터링 장치에 의한 성막의 시작에 앞서서 상기 워크 가열 수단을 작동시킴과 아울러 상기 급수 수단에 의한 통수를 시작시키는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
10. 제 3 항에 있어서,
    상기 스퍼터링 공정에서는 셔터판으로 상기 개구를 폐쇄하여 차열을 행하고, 상기 증착 공정에서는 상기 개구를 개방하여 증착 재료의 비산을 허용하는 것을 특지으로 하는 성막 방법.
11. 제 3 항에 있어서,
    상기 증착 공정은 상기 내통을 가열함으로써 수용실 내의 증착 재료를 가열해서 증발 또는 승화시키는 것을 특징으로 하는 성막 방법
12. 제 3 항에 있어서,
    상기 증착 재료가 유기 재료인 것을 특징으로 하는 성막 방법.
13. 제 3 항에 있어서,
    상기 스퍼터링 공정에서는 상기 하우징에 통수함으로써 증착 재료가 증발 또는 승화되지 않도록 증착 재료의 온도 상승을 저지하고;
    상기 증착 공정중에는 상기 하우징으로의 통수를 정지하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 내통과 상기 외통 사이에 형성되는 간극에 통수하여 증착 재료의 온도 상승을 저지하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
15. 제 13 항에 있어서,
    상기 스퍼터링 공정에서는 셔터판으로 상기 개구를 폐쇄하여 차열을 행함과 아울러 중공으로 이루어진 셔터판의 내부 및 상기 내통과 상기 외통 사이에 형성되는 간극에 통수하여 증착 재료의 온도 상승을 저지하고;
    상기 증착 공정에서는 셔터판을 상기 개구로부터 퇴피시켜서 상기 개구를 개방하여 증착 재료의 비산을 허용하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
16. 제 13 항에 있어서,
    상기 스퍼터링 공정에 앞서서 진공조 내에 수용된 워크의 가열을 행하는 워크 가열 공정을 시작함과 아울러, 통수를 시작하여 증착 재료의 온도 상승을 저지하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.

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