KR20120003926A - 마그네트론 코팅 모듈 및 마그네트론 코팅 방법 - Google Patents

마그네트론 코팅 모듈 및 마그네트론 코팅 방법 Download PDF

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안드레아스 프르그
미카엘 시머스
보커 시팅어
베른드 스지스카
스테판 울리히
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프라운호퍼 게젤샤프트 쭈르 푀르데룽 데어 안겐반텐 포르슝 에. 베.
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Abstract

본 발명은 세라믹 층의 마그네트론 스퍼터링에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광학분야에 적용가능한 마그네트론 스퍼터링에 관한것이다. 본 발명은 반응성 DC 마그네트론 스퍼터링, MF 마그네트론 스퍼터링, RF 마그네트론 스퍼터링 또는 세라믹타겟 마그네트론 스퍼터링에 비해 개선된 마그네트론 스퍼터링 소스를 구현하며, 원하는 증착률로 정확하게 세라믹 층을 증착하며 층 균일도 및 재현성이 우수하다.

Description

마그네트론 코팅 모듈 및 마그네트론 코팅 방법{MAGNETRON COATING MODULE AND MAGNETRON COATING METHOD}
본 발명은 세라믹 층 마그네트론 스퍼터링 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광학 분야에 적용가능한 세라믹 층 마그네트론 스퍼터링 기술에 관한 것이다. 본 발명은 반응성 DC 마그네트론 스퍼터링, MF 마그네트론 스퍼터링 또는 RF 마그네트론 스퍼터링 및 세라믹 타겟 마그네트론 스퍼터링과 같은 종래 기술에 비해 세라믹층이 정해진 증착률로 정확하게 증착되며 균일성 및 재현성이 향상된 마그네트론 스퍼터링 소스의 구현에 관한 것이다.
최근, 마그네트론 스퍼터링 소스는 박막 시스템을 산업상 요구되는 크기로 제조하는데 있어서 매우 효율적인 코팅 수단으로 알려지고 있다.
계면 원리를 이용하는 광학 박막 시스템 (예를 들면, 광학필터 및 건축용 유리코팅체)에서, 코팅될 기판 크기가 증가하는 추세와 긴 제조 과정을 고려하여 코팅층의 특성이 가능한 정확하게 유지되어야 한다.
제품 양산에 있어서, 코팅 공정의 안정성은 중요한 요건이다. 예를 들어, 세라믹 타겟의 마그네트론 스퍼터링 또는 화합물 증착모드에서의 반응성 잉여물의 반응성 마그네트론 스퍼터링과 같은 코팅 공정은 특히 안정적으로 이루어져야 한다.
또한, 장시간의 제조 과정 동안 코팅층의 특성을 일관되게 유지하는데에 제어 회로가 이용될 수 있는데, 이러한 제어 회로의 조건은 층 시스템에서의 광학적 특성에 대한 정확성이 높아지고 각 층의 갯수가 많아질수록 증가한다.
층 시스템에서의 광학적 특성에 대한 정확성은 층 시스템 설계 시 설정되는 투과 및 반사 스펙트럼과 실제로 증착된 층 시스템에 대한 간의 허용가능한 편이로 정의된다.
최근, 코팅에 요구되는 정확성이 점차 높아짐에 따라, 특히, 증착률 및 증착 두께 제어에 대해 높은 정확성이 요구되며, 각 층을 일정한 굴절률로 증착하는 것이 중요해지고 있다. 일반적으로, 장시간 드리프트(long term drift)를 보상하는데에 건설용 유리 코팅의 경우 익스시츄(ex-situ) 제어로 충분한데 반해, 정밀 광학분야에서는 인시츄(in-situ) 제어가 요구된다.
반응성 마그네트론 스퍼터링을 통한 증착 방법에서, 증착률과 두께는 기판 이동에 따라 변화가능한 것으로 알려졌듯이, 또한, 소정 증착 공정 시간에서의 공정 조건, 특히, Pflug, A.: "Simulation des reaktiven Magnetron-Sputterns" (Simulation of reactive magnetron sputtering), Dissertatio, Justus-Liebig University Gieben, 2006 에서 기재된 전체 압력의 변화 및 Sulivan, B. T.; Clarke, G. A. ; Akiyama, T. Osborne, N.; Ranger, M, Dobrowolski, J. A.; Howe, L.; Matsumoto, A.; Song, Y.; Kikuchi, K.: "High-rate automated deposition system for the manufacture of complex multilayer system", in Applied Optics 39 (2000), pp, 157-67에서 기재된 반응가스 분압의 변화에 크게 의존하며, 이는 코팅률 및 굴절률을 변화시킨다.
세라믹 타겟의 스퍼터링은 비교적 간단한 공정 조건에서 이루어진다. 세라믹 타겟은 이미 비교적 정확한 화학양론을 가지지만, 화학양론적 우수한 투명도를 얻도록 스퍼터링 가스에 반응성 가스가 첨가된다. 이에 의해, 압력 변화 및 타겟의 장시간 드리프트에 의해 변화하는 코팅률 및 균일성이 또한 시간에 따라 변화되므로 이에 따라 공정 계측 및 공정변수의 재조정이 요구된다. 이와 같이, 공정상의 안정 측면에서, 세라믹 타켓 스퍼터링 도중의 반응 가스 첨가는 바람직하지 못한 것으로 알려진바 있다.
정밀 광학 분야에서 가장 널리 이용되는 층 시스템 증착기술은 일괄 (batch) 플랜트를 이용하는 기술로서 이는 Scherer, M.; Pistner, J.; Lehnert, W.: "Innovative production of high-quality optical coatings for applications in optics and optoelectronics", in : SVC Annual Technical Conference Proceedings 47 (2004), pp. 179-82에 개시되어 있다. 이와 같은 기술은 일반적으로 다층시스템 증착을 위한 플라즈마 활성 반응성 전자빔증착(reactive electron beam evaporation)을 이용한다. 이에 사용되는 물질은 SiO2, Ta205, TiO2, ZrO2, HfO2, Al203 (참조: Zultzke, W.; Schraner, E.; Stolze, M.: "Materialen fur die Brillenbeschichtung in Aufdampfanlangen" (Materials for spectacle coating in evaporation coating plants), in: Vakuum in Forschung und Praxis 19 (2007), pp. 24-31)이다.
이러한 기술에 따르면 플라즈마 활성을 층 성장에 이용함으로써 밀도가 높고 매끄러운 층을 얻을 수 있다 (참조: Ebert,J.: "Ion-assisted reactive deposition process for optical coatings", in: Surface and Coatings Technoogy 43/44(1990), pp. 950-62).
하지만, 증발기 자체의 특성 및 수평 방향으로 일정하지 않은 플라즈마 활성의 특성에 의해, 이러한 기술에 의해 얻어지는 층의 두께는 수평방향으로 불균일하고 고정된 기판상에서의 광학 상수 역시 불균일하다. 하지만, 이러한 문제점은 기판을 휘어진 돔에 배치하고 기판을 회전시키는 방법에 의해 크게 감소된다.
일반적으로 기판의 직경은 5 내지 8cm로 마련되며 일 회의 코팅으로 수백 개의 요소들이 형성된다 (참조: Leybold Optics: Technical Features Syrus Ⅲ, http://www/sputtering.de/pdf/syrusiii-tf_en.pdf;2005). 이때 기판은 작업자에 의해 수동으로 돔에 장착되는데, 기판 크기가 커질수록 전체 공정 규모를 확대해야 한다.
각 층의 두께는 인시츄(in-situ) 제어, 예를 들면 전력 송달을 측정하여 결정되는데 원하는 타겟층의 두께에 이르면 증착은 중지된다. 각 층의 성장률은 0.5nm/s의 범위에서 조절되는데, 층의 최대 두께 및 증착 지속시간은 증발기 도가니의 충진에 의해 결정된다.
정밀 광학 분야에서 층 시스템 제조를 위해 스퍼터링이 사용될 수 있는데, 기화 코팅에 비해 높은 입자 에너지는 고밀도의 매끄럽고, 흡착이 방지되고, 결함이 적은 층을 제공한다.
공지된 스퍼터링 방법의 예들은 아래와 같다:
반응성 DC 스퍼터링은 강한 아크를 형성하여 수행되는데 이 경우 양극이 소멸되는 문제점이 있다 (참조: Hagedorn, H.: "Solutions for high productivity high performance coating systems", in: SPIE 5250 (2004), pp. 493 - 501).
고주파 (RF) 스퍼터링은 산화물 스퍼터링의 대표적인 방법으로서, 이에 의하면 인시츄(in-situ) 제어를 통해 세라믹 타겟의 광학 다층 시스템 증착을 정확하게 수행할 수 있다 (참조: Sullivan, B. T.; M.; Dobrowolski, J.A.: "Deposition error compensation for optical multilayer coating, Ⅱ. Experimental results-sputerring system", in : Applied Optics 32(1993), pp, 2351 - 60). 고주파 스퍼터링에 의하면 증착률의 시간적 안정성은 보장되지만 DC 스퍼터링에 비해 증착률(약 0.1nm/s)이 매우 낮으며 공정 규모를 확대해야 하는 단점으로 인해 실제로 응용하기 적합하지 않다.
참고문헌 (Sulivan, B. T,;Clarke, G. A.; Akiyama, T.; Osborne, N.; Ranger, M.; Dobrowolski, J.A.; Howe, L.; Matusumoto, A.; Song, Y.; Kikuchi, K.:"High-rate automated deposition system for the manufacture of complex multilayer systems", in; Applied Optics 39 (2000), pp. 157-67)에 고굴절률 및 저 굴절률 산화물 증착을 위한 반응성 MF 스퍼터링이 제안되었다. 저 굴절률 층 (SiO2) 및 고 굴절률 층 물질 각각 대해, 최대 0.6nm/s 코팅률이 얻어진다. 증착 과정 동안 원하는 광학적 특성이 일정한 층을 구현하는데, 스위치온 공정 및 기판 이동 시 소정의 제어를 수행하여 일정한 산소 분압을 유지한다. 이와 같은 공정 및 코팅물에 대한 광학적 모니터링 (in-situ)을 통해, 복합 광학층 시스템이 구현된다. 이 기술에서는 일반적으로 13x13cm2 면적의 기판이 사용되는데, 기판을 회전시키거나 마스크를 사용함으로써 측방향으로의 층 두께가 균일해진다.
스퍼터링의 또 다른 예로써, METAMODETM 으로 알려진 기법이 Lehan, J. P.; Sargent, R. B.; Klinger, R. E.: "High-rate aluminum oxide deposition by MetaMode reactive sputtering", in Journal of Vacuum Science and Technology A 10(1922), pp. 3401-6, and Clarke, G.; Adair, R.; Erz, R.; Hichwa, B.; Hung, H.; Le Febvre, P.; Ockenfuss, G.; Pond, B.; Seddon, I.; Stoessel, C; Zhou, D.: "High precision deposition of oxide coatings", in: SVC Annual Technical Confernce Proceedings 43 (2000), pp. 244-9 에 소개된 바 있다. 이들 문헌의 기술은 OCLI (Optical Coating Laboratory, Inc.)사의 미국특허 US 4,851,095 A에 적용되어 있다. 이 기술에 따르면 높은 증착률로 메탈 스퍼터링이 수행되고 후속 공정에서 플라즈마 소스의 O2 플라즈마에서 메탈층 산화가 이루어진다. 이후 플레이트 유닛을 높은 회전속도로 회전하여 피막을 얇게 형성한다. 이에 의해, 스퍼터링된 각각의 금속 층 수 개의 원자 층으로 이루어지며, 이 층을 산화시킴으로써 우수한 광학적 성질을 가지는 금속 산화층을 얻을 수 있다.
위의 구성에서 플라즈마 소스는 마그네트론 코팅 영역의 측부에 마련되는데, 이러한 방식을 통하여 높은 증착률, 우수한 균일도, 재현성 및 장시간 안정성과 같은 금속 타겟 스퍼터링의 장점이 절연층 제조에도 적용 가능해진다. 이는 참고문헌(Lehan, J. P.; Sargent, R. B.; Klinger, R. E.: "High-rate aluminum oxide deposition by MetaModeTMreactive sputtering" in: Journal of Vaccum Science and Technolog A 10 (1992) PP. 3401-6)에 최대 10.5 nm/s의 매우 높은 증착률을 제공하는 것으로 알려진 바 있다.
이와 유사한 기술이 문헌 WO 2004/050944 A2, WO 2004/050944 A3, US 2006/0151312 A1, EP 01 592 821 A2 및 DE 103 47 521 A1에 개시된 바있다. 이 문헌에 따르면, 광학 품질을 향상시키기 위해 전이영역 (transition)에서의 반응성 MF 스퍼터링에 플라즈마 후속 처리가 추가된다. 이때 반응성 기체를 사용하지 않아도 금속 타켓 스퍼터링 동안 안정적인 코팅률을 얻을 수 있도록, MF 공정은 제어된 O2 분압 조건하에서 이루어진다. 또한, 이 공정은 원하는 두께의 타켓 층을 얻을 때까지 주기적으로 반복된다. 이 방법으로 증착된 광학층시스템은 Scherer, M.; Pistner, J.; Lenhnert, W.: "Innovative production of high-quality optical coatings for applications in optics and optoelectronics", in: SVC Annual Technical Conference Proceedings 47 (2007), pp. 179- 82 및 Hagedorn, H.: "Solutions for high productivity high performance coating systems" in: SPIE 5250 (2004), PP. 493-501)에 개시되었다. 이때 코팅률은 0.45 내지 0.7nm/s의 범위이며, 기판 직경은 최대 15cm이다.
건축용 유리 코팅분야에서, 마그네트론 스퍼터링에 관련하여 공지된 문헌은 (Szyszka, B.; Pfug, A.; Fraunhofer-Gesellschaft zur Forderung der angewandeten Forschung e.V (Properietor): "Verfahren und Vorrichtung zum Magnetronsputtern" (Method and device for magnetron sputtering), DE 103 59 508 B4와 같다. 이 특허 명세서에는 두 공정이 결합되어 있다. 우선적으로, 회전하는 관 형 타겟을 스퍼터링하여 기판상에 단일 층을 증착한다. 다음으로, 상기 관 형 타켓은 추가물질로 코팅되는데 예를 들어 상기 관 형 타겟은 비활성분위기에서 금속타겟을 스퍼터링하여 코팅된다. 추가 물질로 코팅되는 회전 타겟에 대해 인시츄(in-situ) X-ray 형광 분석을 수행하고 질량 밸런스를 맞춤으로써, 코팅률이 정확하게 조정될 수 있다.
레이저 거울 및 X-ray 렌즈 시스템의 코팅층 품질에 요구되는 조건은 Scherer, M.; Pistner, J.; Lehnert, W.: "Innovative production of high-quality optical coatings for applications in optics and optoelectronics", in: SVC Annual Technical Conference Proceedings 47(2004), pp. 179-82, 및 Hagedorn, H.: "Solutions for hight productivity hight performance coating systems", in SPIE 5250 (2004), PP. 493-501에 기재되어 있으며, 이는 이온빔 스퍼터 증착 방법(Gawlitza, P.; Braun, S.; Leson, A.; Lipfert, S.; Nestler, M.: "Herstellung von Prazisionsschichten mittels Ionenstrahlsputtern" (Production of precision layers by means of ion beam sputtering), in: Vakuum in Forschung und Praxis 19/2 (2007), pp. 37-43) (ISBD, ion beam sputter depostion) 을 이용하여 설명된다. 이 기술에서는, 희가스 이온빔 (Ar, Kr, Xe)을 소정 강도로 조정하면서 타겟을 스퍼터링한다. 이때 10 내지 50 mPa 범위의 공정 압력이 이용되는데 이는 일반적인 스퍼터링에서의 압력에 비해 낮은 수준이다. 그 결과 스퍼터링되는 물질들(elements)이 스퍼터링으로 인해 받는 충격은 거의 무시할만 수준이므로 기판에 도달할 때까지 그들 자체의 운동에너지를 유지할 수 있다. 금속 증착 모드에서의 빔 강도와 타겟의 기능을 일정하게 유지할 수 있도록 이온빔을 조절하여 증착률의 장시간 안정성을 향상시킬 수 있다. 하지만, 사용가능한 물질의 특성상 증착률은 0.02 내지 0.4nm/s 수준이다.
부분적으로 이동이 가능한 스크린 및 기판의 이동을 이용하여, 측방향 균일도, 특히 만곡 표면상에서의 측방향 균일도를 향상시킬 수 있다. 또한, 기판 이동을 이용하면 소정 경사를 가지는 층을 증착할 수 있다. 이 기술의 경우 20x20cm2 면적의 기판에 적용가능하며, 직사각형상으로 좁게 마련되는 기판의 경우 길이방향으로 50cm까지 균일하게 코팅될 수 있다.
산화물 증착은 기판의 인접영역에 산소를 첨가하고, 금속 증착 모드 이후에 남아있는 타겟을 스퍼터링하여 이루어진다.
비반응성 증착의 예로서, 60 Mo/Si bilayers를 가지는 EUV mirror가 Gawlitza, P.; Braun, S.; Leson, A.; Lipfert, S.; Nestler, M.: "Herstellung von Prazisionsschiten mittels Inonenstrahlsputtern" (Production of precision layers by means of ion beam sputtering), in: Vakuum in Forschung und Praxis 19/2 (2007), pp. 37-43)에 개시되어 있다. 여기에, IR 렌즈 시스템의 절연성 SiO2/TiO2 다층구조가 비반응성 증착의 예로 설명되어 있다.
코팅률은 반응성 기체의 분압에 의해 크게 영향받으며 기판 이동 및 스위치 온 공정과 같은 공정상의 변화에 의존함은 널리 알려져 있다. 하지만, 스퍼터링 타겟의 장시간 드리프트는 코팅률을 시간에 따라 변화시키므로 이는 공정 제어에서 중요하게 고려되어야 한다.
MetaMode 기법의 경우, 이러한 의존성은 나타나지 않지만, 이 방법은 배치(batch) 코팅 플랜트에만 적합하여 인라인 코팅 플랜트에 적용되기 어렵다.
본 발명은 위에서 언급된 공정상 변화에 대한 의존성이 제거되며 균일도 및 재현성이 향상된 마그네트론 코팅 모듈 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 층의 특성, 특히 층 두께를 인시츄(in-situ) 방식으로 제어하며 디스펜스를 수행함으로써 정밀 광학층시스템의 증착 분야에서 기준이 되는 마그네트론 코팅 모듈 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 청구항 1 및 청구항 5의 특징들을 각각 포함하는 마그네트론 코팅 모듈 및 방법을 제공한다. 각각에 대한 종속항들은 그에 대한 개선을 포함한다.
본 발명은 절연층의 마그네트론 스퍼터링 공정 기술에 대한 것으로, 특히 광학 분야에 적용가능한 마그네트론 스퍼터링 공정 기술에 대한 것이다. 본 발명은 대형 표면에 정해진 증착률로 반응성 증착을 수행할수있는 마그네트론 코팅 모듈을 제공한다.
이를 위해 본 발명에 따른 마그네트론 코팅 모듈은 아래와 같은 구성을 가진다.
(a) 제 1 코팅 소스
(b) 상기 제 1코팅 소스와 기판이 수용되는 영역 사이에 마련되어 보조 기판으로 기능하는 회전 타켓
(c) 상기 회전 타겟을 음극으로 가지는 마그네트론
(d) 상기 제 1코팅 소스 및 상기 기판상의 코팅 영역 사이에 마련되는 가스 챔버 분리부.
이 때 상기 회전 타겟(5)은 스퍼터링 공정 중 상기 기판상에 증착되는 물질과 상이한 물질로 이루어진 표면을 가진다.
본 발명에 따른 마그네트론 코팅 모듈에 의하면, 코팅률이 안정적으로 유지되며 코팅 균일도가 향상된다. 또한, 원하는 물질만을 기판에 정확하게 증착할 수 있다. 또한, 스퍼터링 음극, 예를 들어 금속 음극에 의한 오염이 방지된다.
보조 기판으로 기능하는 회전 타겟(관 형 타겟)은 바람직하게는 낮은 스퍼터링률을 가지는 물질로 형성되며, 스퍼터링 시 증착층에 거의 결합하지 않는다. 스퍼터링 물질은 스퍼터링 공정 조건(예를 들어, 공정 분위기에 포함되는 가스)에 포함되는데, 상기 회전 타겟은 이후 공정의 타겟에 증착되지 않는 가스 혼합물을 형성하는 물질로 형성된다. 상기 회전 타겟은 탄소로 형성될 수 있다. 바람직하게, 스퍼터링되는 물질은 반응가스와 가스혼합물(예를 들어 탄소 회전 타겟의 경우 CO2)을 형성하는데 이는 증착층과 거의 결합하지 않는다. 이러한 가스 혼합물은 펌프로 배출된다.
상기 제 1 코팅 소스는 코팅 균일도 및 코팅률의 지속성 측면에서 고려되어 우수한 코팅 정확성을 제공하도록 마련된다. 이러한 소스는 평판형 마그네트론 형태로 마련될 수 있으며, 이 때 금속 타겟이 비활성 분위기에서 스퍼터링된다. 이러한 소스의 경우, 기판에 대한 입자 흐름을 매우 정확하게 검출할 수 있으며 증착모델에 맞게 조정가능하다.
본 발명에 따른 마그네트론 코팅 모듈을 이용하여 기판을 코팅하는 방법은 상기 제 1코팅 소스로 상기 회전 타겟을 코팅하고, 상기 마그네트론을 이용하여 상기 회전 타겟으로부터 코팅을 제거하여 기판에 증착하는 것을 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따른 증착은 두 단계에 걸쳐 이루어지는데 이에 대해 더 자세히 설명하면 다음과 같다.
우선, 제 1 코팅 소스로 회전 기판을 코팅한다. 이 후, 이 코팅은 마그네트론에 의해 회전 타겟에서 제거되어 기판상에 정확한 화학양론으로 증착된다.
이에 따른 효과는 다음과 같다.
회전 타겟은 일정하게 코팅되고 이는 이후 완전하게 제거되므로 반응성 구동 마그네트론은 매우 안정적인 코팅률을 제공한다. 특히, 이 경우 코팅률은 압력 변화(예를 들면 기판 이동에 따른 압력의 변화)에 거의 영향받지 않는다. 그러므로 본 발명은 정밀 광학 및 대형 코팅에 적용 가능하다. 안정적인 증착률을 제공하고 층 두께를 조절하는 데에 있어서 단순함, 신뢰성 및 비용 효율 측면에서 인시츄(in situ) 제어가 이용된다. 익스시츄(ex situ) 제어는 장시간 드리프트를 보상하는데에 이용될 수 있으나, 금속 타겟 스퍼터링 시 시간에 대한 의존성을 보상할수 있는 다른 증착 방법에 의해 대체될 수 있다.
이와 같이 본 발명은 미세 정밀 광학 분야에서 인라인 코팅을 구현함으로써 대형기판 코팅을 높은 처리율로 수행할 수 있다. 또한, 건축용 유리 기판의 경우, 3.21x6.00 m2 크기의 기판에 대한 코팅이 1분 이하의 주기시간으로 가능해진다.
또한, 도가니 충진과 크기에 의해 제한되어 스퍼터링에 비해 짧은 지속 시간을 가지는 기화(evaporation) 방식 코팅에 비해, 스퍼터링은 각 공정 유지 사이클 간의 공정 가동 시간이 길다는 장점이 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 회전 타겟의 코팅이 마그네트론의 과잉 출력에 의해 제거되는데, 이때 출력은 이전 단계에 얻어진 코팅이 제거되기 충분히 높게 설정된다. 따라서, 기판상의 스퍼터링 코팅률은 마그네트론에 의해 결정되는 실제 스퍼터링 변수가 아닌 회전 타겟 코팅소스의 작동 변수를 통해 조절된다. 마그네트론의 과잉 출력을 조절하여 항상 동일한 양의 코팅을 기판에 증착하여 정확한 화학양론으로 기판이 코팅되도록 한다.
더 바람직하게는, 코팅 정밀도가 향상 되도록 상기 회전 타겟에 코팅된 제1 타겟의 물질은 이후 스퍼터링에서 완전히 제거된다. 이를 위해 회전 마그네트론은 과잉 출력으로 구동되어야 한다.
이에 의해 회전 타겟의 침식율이 기판 코팅률과 동일해진다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 회전 타겟을 코팅하는것은 금속 타겟, 바람직하게는 Si, Ta, Ti, Zr, Hf, Al, Zn, Sn, Nb, V, W, Bi, Sb, Mo, Mg, Ca, Se, In, Ni, Cr, Mn, Te 및 Cd로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나의 물질 또는 그의 합금을 포함하며 상기 제 1 코팅 소스(2)로 기능하는 평판형 마그네트론에 해당하는 금속을 스퍼터링하여 이루어진다.
상기 회전 타겟의 코팅은 해당 업계에 이미 잘 알려진 바 있으며 스퍼터링에 적합한 비 활성기체, 즉 Ar, Kr, Xe, Ne 등을 이용한 Ar 비활성 분위기에서 수행된다.
상기 회전 타겟에서의 코팅 제거는 반응성 가스 분위기에서 수행되는데, 상기 반응성 가스 분위기는 O2, N2, H2S, N20, NO2 및 CO2로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나의 가스 또는 그의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 스퍼터링 중의 상기 분위기는 비활성 가스와 반응성 가스가 혼합된 분위기(예를 들어 Ar + O2)를 포함할 수 있는데 , 상기 분위기에서 제 1 단계의 압력은 0.2 내지 20 Pa이며, 바람직하게는 0.5 내지 10Pa이며, 더욱 바람직하게는 1.0 내지 5 Pa 이고, 제 2단계의 압력은 0.05 내지 5Pa이며, 바람직하게는 0.1 내지 3Pa이며, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 2Pa일 수 있다.
회전 타겟의 회전 속도는 1 내지 100 l/min이며, 바람직하게는 2 내지 50 l/min이며, 더욱 바람직하게는 5 내지 25 l/min일 수 있다.
상기 회전 타겟은 0.1 내지 200nm*m/min의 코팅률로 코팅되고, 바람직하게는 0.5 내지 100nm*m/min의 코팅률로 코팅되고, 더욱 바람직하게는 1 내지 50nm*m/min의 코팅률로 코팅될 수 있다.
상기 회전 타겟의 표면 물질은 스퍼터링 중 반응성 가스와 가스혼합물을 형성하며, 상기 가스혼합물은 증착 층에 실질적으로 결합하지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 마그네트론 코팅 모듈을 나타낸 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시 예에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 마그네트론 코팅 모듈을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면 마그네트론 코팅 모듈(100)은 아래의 구성 요소를 포함한다.
1. 제 1 코팅 소스(2, 3);
2. 상기 제 1코팅 소스 와 코팅될 기판(1)이 수용되는 영역 사이에 마련되어 보조 기판으로 기능하는 회전 타켓(5);
3. 탄소로 이루어진 상기 회전 타겟(5)을 음극으로 가지는 마그네트론(5,6); 및
4. 상기 제 1 코팅 소스(2,3) 및 상기 기판상의 코팅 영역(6) 사이에 마련되는 가스 챔버 분리부(4).
도 1에는 기판(1)상에 연속적인 코팅이 수행되는 과정이 도시되고 있다. 이 때 기판(1)은 소정 속도(v)로 마그네트론의 하부로 안내된다. 하지만, 상기 마그네트론 모듈(100)은 배치(batch) 공정에도 적용가능하다. 도 1에서, 마그네트론 모듈의 중심부에 위치하는 원통형 보조 기판(5)은 그의 길이방향 축에 대해 회전한다. 상기 원통형 보조 기판의 하부에는 코팅될 기판(1)이 배치된다. 일 예로, 상기 기판은 건축용 유리일 수 있다. 상기 기판(1)은 코팅 플랜트 하부를 통과한다. 상기 보조 기판(5)에 전압이 인가되어, 플라즈마가 상기 보조 기판(5)과 상기 기판(1) 사이의 영역(6)에 형성된다. 상기 보조 기판은 막대 형상의 음극을 형성하며, 상기 음극으로부터 물질이 스퍼터되어 양극과 연결된 상기 기판(1)에 코팅된다. 상기 영역(6)에는 비활성 가스와 반응성 가스의 혼합물이 배치됨으로써 복수의 구성요소로 이루어진 층이 증착된다. 이와는 달리, 스크린(4)에 평판형 마그네트론(2) 및 (3)이 보조 기판(5)과 마주하도록 마련될 수 있다. 이 경우, 상기 보조 기판(5)은 양극과 연결되어 플라즈마 내에서 평판형 스퍼터링 캐소드(2)의 물질로 코팅된다. 영역(3)에서의 기체 상은 비활성 기체만을 포함하므로 상기 영역(3)에서의 증착률은 이미 알려진 스퍼터링률 및 전기적 변수에 의해 결정된다. 이에 반해 상기 기판(1)에 대한 코팅률은 상기 회전 기판(5)의 질량 밸런스에 의존한다. 따라서 상기 영역(3)에 대한 코팅률, 즉 공지된 코팅율을 고려한 상태에서, 상기 영역(6)에 스퍼터링 이후 코팅이 수행되어야 하는데 이는 질량 분배를 위한 것이다.

Claims (13)

  1. 제 1 코팅 소스(2);
    상기 제1 코팅 소스(2)와 기판(1)이 수용되는 영역 사이에 마련되어 보조 기판으로 기능하며, 스퍼터링 공정 중 상기 기판(1) 상에 증착되는 물질과 상이한 물질로 이루어진 표면을 가지는 회전 타켓(5);
    상기 회전 타겟(5)을 음극으로 가지는 마그네트론(5, 6); 및
    상기 제 1 코팅 소스(2) 및 상기 기판상의 코팅 영역(6) 사이에 마련되는 가스 챔버 분리부(4)를 포함하는 마그네트론 코팅 모듈(100).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전 타겟(5)은 탄소를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 마그네트론코팅 모듈(100).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 코팅 소스(2)는 평판형 마그네트론인 것을 특징으로 하는 마그네트론 코팅 모듈(100).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 상기 마그네트론 코팅 모듈(100)을 이용하여 기판(1)을 코팅하는 방법에 있어서,
    제1 코팅 소스(2)로 회전 타겟(5)을 코팅하고,
    마그네트론(5,6)을 이용하여 상기 회전 타겟(5)으로부터 코팅을 제거하여 상기 기판(1)에 증착하는 것을 포함하는 코팅 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 회전 타겟(5)으로부터 코팅을 제거하는 것은 상기 마그네트론(5,6)의 과잉 출력을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
  6. 제4항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전 타겟(5)을 코팅하는것은 금속 타겟, 바람직하게는 Si, Ta, Ti, Zr, Hf, Al, Zn, Sn, Nb, V, W, Bi, Sb, Mo, Mg, Ca, Se, In, Ni, Cr, Mn, Te 및 Cd로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나의 물질 또는 그의 합금을 포함하며 상기 제 1 코팅 소스(2)로 기능하는 평판형 마그네트론에 해당하는 금속을 스퍼터링하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전 타겟(5)을 코팅하는 것은 비활성 분위기에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
  8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전 타겟(5)으로부터 코팅을 제거하는 것은 비활성 가스 분위기, 반응성 가스 분위기 또는 비활성 가스와 반응성 가스가 혼합된 분위기에서 이루어지는 것을 특징으로 코팅 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 반응성 가스 분위기는 O2, N2, H2S, N20, NO2 및 CO2로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나의 가스 또는 그의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
  10. 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분위기에서 제 1단계의 압력은 0.2 내지 20 Pa이며, 바람직하게는 0.5 내지 10Pa이며, 더욱 바람직하게는 1.0 내지 5 Pa 이고 제 2단계의 압력은 0.05 내지 5Pa이며, 바람직하게는 0.1 내지 3Pa이며, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 2Pa인것을 특징으로 하는 코팅 방법.
  11. 제4항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전 타겟(5)의 회전 속도는 1 내지 100 l/min이며, 바람직하게는 2 내지 50 l/min이며, 더욱 바람직하게는 5 내지 25 l/min인 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
  12. 제4항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전 타겟(5)의 코팅률은 0.1 내지 200nm*m/min이고, 바람직하게는 0.5 내지 100nm*m/min이고, 더욱 바람직하게는 1 내지 50nm*m/min인것을 특징으로 하는 코팅 방법.
  13. 제4항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전 타겟(5)의 상기 표면 물질은 스퍼터링 중 반응성 가스와 가스혼합물을 형성하며, 상기 가스혼합물은 증착 층에 실질적으로 결합하지 않는 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
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