KR20130039131A - 나노 코팅용 고이온화 유도결합 플라즈마 스퍼터링 장치 - Google Patents

나노 코팅용 고이온화 유도결합 플라즈마 스퍼터링 장치 Download PDF

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김동렬
차성철
박건욱
이정중
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Abstract

본 발명은 나노 코팅용 고이온화 유도결합 플라즈마 스퍼터링 장치에 관한 것으로서, 챔버 내 플라즈마를 발생시키는 ICP 코일과 전원 인가되는 구성요소를 소켓을 통해 연결 및 ICP 코일을 간접 냉각시킬 수 있도록 하는 것을 특징으로 하며, 스퍼터링 증착시 생성되는 입자의 이온화율을 극대화할 수 있어 높은 플라즈마 밀도(plasma density)를 얻을 수 있고 높은 물성을 가지는 박막을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 나노복합소재(nanocomposite) 박막 코팅과 같은 신코팅 박막을 증착할 수 있으며, ICP 코일의 교체 사용에 따른 용이성을 제공할 수 있고 장치의 안전성을 강화한 나노 코팅용 고이온화 유도결합 플라즈마 스퍼터링 장치에 관한 것이다.

Description

나노 코팅용 고이온화 유도결합 플라즈마 스퍼터링 장치{HIGH IONIZATION INDUCTIVELY COUPLED PLASMA SPUTTERING APPARATUS FOR NANOCOMPOSITE COATING DEPOSITION}
본 발명은 유도결합 플라즈마 스퍼터링(INDUCTIVELY COUPLED PLASMA SPUTTERING) 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 나노 코팅용 박막 증착을 위한 고이온화 유도결합 플라즈마 스퍼터링 장치에 관한 것이다.
오늘날 산업의 다양한 분야에 널리 이용되고 있는 건식 증착(코팅)기술은 증착원리에 따라 고상(solid stste)의 소스를 사용하는 물리적 기상증착방식의 PVD(Physical Vapor Deposition)와, 기상(gas state)의 소스를 사용하는 화학적 기상증착방식의 CVD(Chemical Vapor Deposition)로 나누어진다.
또한, 이러한 원료 소스를 피코팅재에 코팅시키는 장비의 형태에 따라 증발(evaporation), 스퍼터링(sputtering), 음극 아크(cathodic arc), 이온빔 적용 증착(ion beam assisted deposition; IBAD), 펄스 레이저 증착(pulsed laser deposition; PLD), 열화학 기상증착(thermal CVD), 플라즈마 화학기상증착(plasma enhanced CVD; PECVD) 등으로 구분되며, 이러한 장비가 단독 또는 하이브리드 방식으로 사용되기도 한다.
한편, 상기한 증착기술은 자동차 부품에 대한 저마찰 내마모 코팅에도 적용되고 있는데, 주로 플라즈마 화학기상증착(PECVD), 음극 아크(cathodic arc), 스퍼터링(sputtering)의 증착기술이 선호되고 있다.
하지만, 상기의 자동차 부품에 주로 적용되고 있는 증착방식들은 다양한 물질을 증발시킬 수 있는 장점을 가지고 있으나, 또한 단점들이 지적되고 있다.
플라즈마 화학기상증착(PECVD) 방식의 경우에는 빠른 증착속도와 피코팅재에 대한 적은 섀도우(shadow) 영역의 장점이 있지만, 코팅소스 공급에 대한 한계와 이온화도의 한계로 인하여 DLC(Diamond Like Carbon), TiN, TiCN와 같은 특정 코팅재질을 사용한 증착에만 상용화되고 있고, 더욱이 낮은 이온화에너지에 의해 증착된 박막의 물성이 상대적으로 떨어지는 단점이 있다.
음극 아크(Cathodic arc) 방식의 경우에는 고이온화율과 높은 생산성에 대한 장점을 가지고 있지만, 액적(droplet) 형성으로 인해 표면 조도가 저하되는 현상과 다양한 물질 증발에 대한 한계를 가지는 단점이 있다.
스퍼터링(Sputtering)의 경우에는 음극 아크(cathodic arc)에 비해 액적(droplet)이 없고 막 두께의 균일성이 높으며 절연막 증착이 가능한 장점이 있으나, 이온화율이 낮은 단점이 있다.
이에 따라, 이온화율을 높이기 위한 방안으로 대칭(balanced) 또는 비대칭(unbalanced) 마그네트론(magnetron) 스퍼터링 기술, 또는 네덜란드 Hauzer社와 영국의 Teer社와 같이 비대칭형 마그네트론(Close Field Unbalanced Magnetron; CFUBM) 스퍼터링 기술을 이용하고 있지만, 나노복합소재(nanocomposite)의 코팅과 같은 고이온화율이 요구되는 코팅에는 적합하지 않은 실정이다.
또한, 기존의 코팅 증착방식은 점점 가혹한 환경에서 작동되는 경향을 보이는 최근의 자동차 부품에는 적합하지 못한 실정에 있으며, 이로 인해 기존 코팅의 품질향상을 도모하면서도 나노복합소재(nanocomposite) 박막 코팅과 같은 신코팅 박막을 증착하기 위한 기술개발이 요구되고 있다.
최근, 유럽을 중심으로 HIPIMS(High Power Impulse Magnetron Sputtering)와 같은 고전압전류 전원을 이용한 스퍼터링 기술과 일본 Kobelco社의 fine cathode 고속 arc 및 droplet 제거를 위한 filtered cathodic arc 기술 등이 연구되고 있으나, 전자의 경우 대형화에 대한 기술적 한계와 높은 비용이 문제가 되고 있고, 후자의 경우 근본적인 droplet 문제의 해소가 불가하고 코팅속도가 저하되는 문제로 상용화에 어려움이 있다.
이에, 본 발명에서는 증착시 이온화율을 높일 수 있는 유도결합 플라즈마(inductively coupled plasma; ICP)를 적용한 스퍼터링 장치를 제안하고자 하는데, 유도결합 플라즈마(inductively coupled plasma, ICP) 기술은 전자기유도현상을 이용하여 발생된 고밀도 플라즈마를 이용하는 기술로서, 스퍼터링된 입자가 유도결합 플라즈마(ICP) 코일을 통과하여 이온화됨으로써 기존의 플라즈마보다 높은 에너지를 가지고 박막을 형성하게 되어 막의 밀도가 높아지고 표면의 조도를 낮게 만들 수 있는 기술이다.
그런데, 이러한 유도결합 플라즈마 스퍼터링 공정에 사용되는 기존의 유도결합 플라즈마 코일은 스퍼터링 공정 중에 쉽게 오염되는 문제점이 있고, 코일 내부에 흐르는 냉각수 및 외부와 연결된 RF(radio frequency) 전원 때문에 탈착이 쉽지 않아 코일 교체에 어려움이 있다.
부연하여, 기존 유도결합 플라즈마(inductively coupled plasma, ICP) 시스템은 스퍼터링 공정중에 발생되는 타겟 물질의 입자가 유도결합 플라즈마 코일의 표면에 증착되므로 주기적으로 교체해주어야 하는데, 코일의 교체가 난이하여 교체시 상당한 시간이 소요되는 문제점이 있고, 코일에 아크(arc) 등에 의해 구멍이 생길 경우에는 해당 결손부위로부터 냉각수가 챔버 내부로 유입되어 챔버 내부 및 기타 내부부품들이 손상되는 위험요소를 가지고 있다.
나아가, 상기한 어려움에 의해 현재까지는 연구 목적으로 실험실용 장치로 많이 활용되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결 및 감안하여 안출된 것으로서, 스퍼터링 증착시 생성되는 입자의 이온화율을 극대화할 수 있도록 한 나노 코팅용 고이온화 유도결합 플라즈마 스퍼터링 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 증착 공정시 높은 플라즈마 밀도(plasma density)를 얻을 수 있고 이를 통해 높은 물성을 가지는 박막을 얻을 수 있도록 하며, 나노복합소재(nanocomposite) 박막 코팅과 같은 신코팅 박막을 증착할 수 있도록 한 나노 코팅용 고이온화 유도결합 플라즈마 스퍼터링 장치를 제공하는데 있다.
본 발명은 유도결합 플라즈마 코일의 탈착을 용이하게 하고 코일 교체의 용이성을 부여할 수 있도록 한 나노 코팅용 고이온화 유도결합 플라즈마 스퍼터링 장치를 제공하는데 있다.
본 발명은 유도결합 플라즈마 코일에 대한 간접 냉각구조를 통해 챔버 내부로 냉각매체가 유입되지 않도록 안전성을 강화한 나노 코팅용 고이온화 유도결합 플라즈마 스퍼터링 장치를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 나노 코팅용 고이온화 대용량 유도결합 플라즈마 스퍼터링 장치는, 챔버와 스퍼터링 타겟, ICP 코일을 포함하는 유도결합 플라즈마 스퍼터링 장치에 있어서,
상기 ICP 코일은 스퍼터링 타겟에 인가되는 전원과 함께 플라즈마를 발생시켜 타겟 물질의 이온화율을 향상시킬 수 있도록 스퍼터링 타겟의 앞쪽에 대칭 또는 비대칭의 개수로 설치하며,
소켓부 내에 장착된 소켓을 결합매개체로 하여 장치 상에 탈부착 가능하게 하고 전원이 인가되도록 연결하며,
상기 ICP 코일의 냉각 처리를 위한 냉각매체를 소켓부 내에 투입하되 냉각매체가 소켓과의 접촉을 통해 소켓을 냉각 처리토록 하고 이 냉각 처리된 소켓이 열전도로 ICP 코일을 간접 냉각시키도록 구성한 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 소켓부는 상단부에 개구가 형성되고 하단부에 냉각매체의 순환을 위한 유입구 및 유출구가 형성되며 외벽이 절연체로 구비되는 몸체; 상기 몸체의 내부 상측에 고정 장착되며 ICP 코일과의 결합 및 ICP 코일의 간접 냉각에 사용되는 하부 폐쇄형 소켓; 상기 몸체의 내부 중심에 위치하되 소켓의 하측에 수직 배치되는 전극; 상기 전극에 의해 몸체의 내부에 형성되고 소켓을 경유하도록 형성되는 냉각매체유로; 상기 몸체의 외벽을 관통하여 소켓 상에 체결 구비되며 체결력 조정을 통해 ICP 코일의 고정에 사용되는 고정스크류; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 ICP 코일은 전기전도도와 열전도가 가능한 금속재질로서, 튜브형 또는 막대형으로 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 챔버는 20~1000리터 이상의 유효 부피를 갖는 몸체로 구비하되, 내부 압력이 0.001~0.1mbar로 형성되게 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스퍼터링 타겟은 단위면적당 1~20W/㎠의 DC 또는 DC 펄스 파워가 인가되게 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 유도결합 플라즈마 스퍼터링(inductively coupled plasma sputtering) 증착은 기존 UBM 스퍼터링(unbalanced magnetron sputtering)에 비해 최대 약 4배 정도 플라즈마 밀도(plasma density)를 향상시킬 수 있으며, 또한 유도결합 플라즈마(ICP) 스퍼터링 증착법을 활용함으로써 기존 UBM 스퍼터링(unbalanced magnetron sputtering)보다 작은 결정립계를 가지는 조밀한 박막을 얻을 수 있다.
본 발명은 스퍼터링 증착시 생성되는 입자의 이온화율을 극대화할 수 있을 뿐만 아니라 소형 및 대형 스퍼터링 타겟에 대한 적용이 모두 가능하고 나노복합소재(nanocomposite) 박막 코팅과 같은 신코팅 박막을 증착할 수 있으며, 유도결합 플라즈마 코일에 대한 소켓을 활용한 탈부착 구성을 통해 코일의 교체 사용에 따른 용이성을 부여할 수 있다.
본 발명은 유도결합 플라즈마(ICP) 코일에 대한 간접 냉각구조를 통해 챔버 내부로 냉각매체가 유입되지 않도록 안전성을 강화한 나노 코팅용 고이온화 유도결합 플라즈마 스퍼터링 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 나노 코팅용 고이온화 유도결합 플라즈마 스퍼터링 장치를 나타낸 개략 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 나노 코팅용 고이온화 유도결합 플라즈마 스퍼터링 장치의 요부 조립도.
도 3은 본 발명에 있어 유도결합 플라즈마 코일을 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명에 있어 유도결합 플라즈마 코일과 소켓부와의 연결을 설명하기 위해 나타낸 개략 구성도.
도 5는 본 발명에 있어 유도결합 플라즈마(ICP) 유무에 따른 스퍼터링 박막의 표면 주사전자현미경(field emission scanning electron microscope, FESEM)을 나타낸 사진.
본 발명에 대해 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같으며, 이와 같은 상세한 설명을 통해서 본 발명의 목적과 구성 및 그에 따른 특징들을 보다 잘 이해할 수 있게 될 것이다.
본 발명의 실시예에 의한 나노 코팅용 고이온화 유도결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma; ICP) 스퍼터링 장치는 도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 챔버(110)가 구비되며 스테인리스재질로 구성함이 바람직하다.
상기 챔버(110)는 아르곤(Ar)이나 질소(N2) 등의 가스를 주입할 수 있도록 가스주입구(111)를 형성하되, 20~1000리터의 유효 부피를 가지는 몸체로 구성함이 바람직하다.
이때, 상기 챔버(110)는 본 발명에 따른 유도결합 플라즈마 스퍼터링 장치의 가동시 내부 압력이 0.001~0.1mbar를 형성하도록 구성함이 바람직하다.
상기 챔버(110)에는 스퍼터링 타겟(120)이 장착되는데, 타겟 1개 내지 4개를 선택적으로 장착할 수 있다 할 것이며, 이 스퍼터링 타겟(120)에는 DC 또는 DC 펄스 파워를 인가할 수 있도록 타겟용 전원공급기(122)가 연결된다.
이때, 스퍼터링 타겟(120)에는 각각 최대 15~20KW의 파워를 인가할 수 있도록 구성함이 바람직한데, 스퍼터링 공정시 코팅(증착) 효율의 향상을 위해 단위면적당 1~20W/㎠의 파워가 인가되도록 구성되게 한다.
상기 챔버(110)의 내부에는 피코팅재의 제품이 놓이는 기판(substrate;130)이 설치되는데, 이 기판(130)에는 외부에서 DC 바이어스(bias) 파워를 인가할 수 있도록 DC 바이어스 전원공급기(132)가 연결된다.
상기 챔버(110)의 내부에는 유도결합에 의한 플라즈마 발생을 위해 유도결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma; ICP) 코일(140)(이하, "ICP 코일"이라 한다.)이 구비되는데, 이 ICP 코일(140)은 챔버(110)의 내부에 배치하되 스퍼터링 타겟(120)의 앞에 위치되도록 설치함으로써 스퍼터링 공정시 스퍼터링 타겟(120)에 인가되는 전원과 함께 플라즈마를 발생시켜 타겟 물질의 이온화율을 향상시킬 수 있도록 구성된다.
이때, 상기 ICP 코일(140)은 구리(Cu) 소재와 같이 전기전도도와 열전도가 가능한 금속재질로 구성함이 바람직하며, 튜브형 또는 막대형으로 구성될 수 있다 할 것이나, 튜브형이 더욱 바람직하다 할 수 있다.
또한, 상기 ICP 코일(140)은 챔버(110)의 외벽을 통하여 외부와 연결되도록 하되 매칭박스(151)를 통한 네트워크(network)를 통해 RF(Radio Frequence) 전원공급기(152)와 연결함으로써 RF 전원이 공급되게 한다.
여기서, ICP 코일(140) 측으로는 500~2000W의 파워가 인가되도록 구성함이 바람직하며, 상기 스퍼터링 타겟(120)과 ICP 코일(140)은 서로 대응하는 개수의 대칭형으로 구성될 수 있고 때로는 서로 대응하지 않는 비대칭형으로 구성될 수 있다 할 것이다.
예를 들면, 스퍼터링 타겟(120)을 챔버(110) 상에 4개 장착시 4개의 타겟(120) 앞쪽에 4개의 ICP 코일(140)을 매칭시켜 대응 개수로 설치할 수 있고, 때로는 4개 타겟의 어느 일측에만 선택적으로 ICP 코일을 설치할 수 있다 할 것이다.
상기 매칭박스(151)는 RF(Radio Frequence) 전원공급기(152)로부터 공급되는 RF 전원에서 RF(Radio Frequence) 전력을 조정 및 매칭하여 주는 매칭장치이다.
나아가, 상기 ICP 코일(140)은 스퍼터링 공정시 발생될 수 있는 아킹(arcing) 현상을 방지할 수 있도록 코일의 외면에 절연소재에 의한 절연층을 형성시킴이 바람직한데, 실리카 등의 절연소재로 코일의 외면을 감싸 보호할 수 있도록 구성되게 한다.
덧붙여, 상기 ICP 코일(140)은 도 4에 나타낸 바와 같이, 전원 공급의 용이함과 더불어 교체 사용의 편리함을 제공하기 위하여 소켓부(160)를 구비함으로써 스퍼터링 장치 상에 탈부착하여 사용할 수 있도록 구성되며, 이 소켓부(160) 내에 장착된 소켓(162) 측을 매칭박스(151)에 전기적으로 연결함으로써 RF(Radio Frequence) 전원공급기(152)로부터 공급되는 RF 전력이 ICP 코일(140) 측에 전달되도록 구성된다.
이때, 상기 소켓부(160)는 상단부에 개구가 형성되고 하단부에 냉각매체의 순환을 위한 유입구 및 유출구가 형성되며 외벽이 절연체로 구비되는 관형(pipe type) 몸체(161)와, 상기 몸체(161)의 내부 상측에 고정 장착되며 ICP 코일(140)과의 결합 및 ICP 코일의 간접 냉각에 사용되는 하부 폐쇄형 소켓(162)과, 상기 몸체(161)의 내부 중심에 위치하되 소켓(162)의 하측에 수직 배치되는 전극(163)과, 상기 전극(163)에 의해 몸체(161)의 내부에 형성되는 냉각매체유로(164)와, 상기 몸체(161)의 외벽을 관통하여 소켓(162) 상에 체결 구비되며 체결력 조정을 통해 ICP 코일(140)의 고정에 사용되는 고정스크류(165)를 포함하여 구성된다.
상기 소켓부(160)에 양끝단부가 삽입되어 결합되는 ICP 코일(140)은 대략 "∩"와 같은 형상을 갖되 양끝단부에 소켓(162) 측에 삽입하기 위한 결합부(141)가 형성된다 할 것인데, 형상에 있어서의 수정 및 변형이 이루어질 수 있다 할 것이다.
이와 같은 소켓부(160)를 통해서는, 소켓(162)을 통하여 RF 전력을 ICP 코일(140)로 전달하고, 몸체(161) 내부의 냉각매체유로(164)를 통하여 순환되는 냉각매체가 소켓(162)을 경유하므로 소켓(162)과 접촉하여 소켓(162)을 냉각 처리 및 소켓(162)이 다시 ICP 코일(140)을 간접 냉각하도록 구성된 것이며, 이는 ICP 코일(140) 측에 냉각매체를 직접 공급하지 않는 구조를 제공 및 챔버(110)의 내부로 냉각매체가 유입되지 않도록 안전성을 강화한 구조설계이다.
한편, 상술한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 실시예에 따른 나노 코팅용 고이온화 유도결합 플라즈마 스퍼터링 장치는 스퍼터링 증착시 생성되는 입자의 이온화율을 극대화할 수 있도록 함으로써 높은 플라즈마 밀도를 얻을 수 있고 높은 물성을 가지는 박막을 얻을 수 있으며 나노복합소재(nanocomposite) 박막 코팅과 같은 신코팅 박막을 증착할 수 있는 것으로서, 성능을 검증하기 위한 실험과 원리를 설명하면 다음과 같다.
스퍼터링 타겟(120)의 면적을 1,666㎠으로 하는 유도결합 플라즈마 스퍼터링 장치를 구성하되 비대칭 마그네트론(unbalanced magnetron) 타입으로 제작하고, 유도결합 플라즈마(ICP)의 유무에 따른 박막 증착시 기판에 흐르는 바이어스(bias) 전류를 측정하여 플라즈마 밀도(plasma density)를 비교하였다.
챔버(110)의 내부에 몰리브덴-구리의 전체 함량 대 구리 함량이 20at%(atomic percent; 원자갯수의 조성비율)인 몰리브덴-구리 단일 타겟(Mo-Cu single target)을 사용하고, N2가스를 공급하여 MoN-Cu 박막 증착을 시행하였다. 이때, 스퍼터링 타겟(120)에는 9KW의 DC 펄스 전원을 공급하고, 기판(130)에는 -200V의 bias 전압을 인가하였으며, 유도결합 플라즈마(inductively coupled plasma, ICP) 유무에 따른 스퍼터링의 조건 및 바이어스(bias) 전류 측정 결과를 표 1에 나타내었다.
[표 1]
Figure pat00001
이와 같은 상태에서 유도결합 플라즈마(inductively coupled plasma, ICP)의 플라즈마 밀도(plasma density)를 계산하기 위해서는 플라즈마 쉬스(plasma sheath)를 고려해야 한다.
이때, 플라즈마는 기체가 전위차에 의해 양이온과 전자로 이온화된 현상을 일컫는데, 플라즈마 내에서는 전자의 평균밀도와 이온의 평균밀도가 동일하게 되고 플라즈마 주위에는 얇은 층의 발광하지 않는 영역이 존재하며 마치 플라즈마를 감싸고 있는 것처럼 보이는데, 이 영역을 플라즈마 쉬스(plasma sheath)라 한다.
본 실험과 같이 압력이 매우 낮은 조건에서는 플라즈마 쉬스(plasma sheath) 영역의 전위가 전자온도에 비해 매우 크기 때문에, 쉬스(sheath) 내의 전자 밀도는 무시하고 양이온의 분포가 변하는 Child sheath model을 적용하여 이온의 에너지 및 유속 보존식을 Poisson 방정식으로 계산한다. 이러한 방식으로 계산한 Child sheath의 이온 전류식은 다음의 수학식 1과 같다.
[수학식 1]
Figure pat00002
그리고, 여기에 sheath 두께와 전위, 그리고 플라즈마 변수들의 관계를 나타내는 아래 수학식 2를 사용하여 Child sheath의 이온 전류식을 다시 정리하면, 다음의 수학식 3과 같이 간단한 관계식으로 얻어진다.
[수학식 2]
Figure pat00003
[수학식 3]
Figure pat00004
이러한 수학식 3에 대하여, 각각의 실험 조건(DC pulse plasma + ICP, DC pulse plasma)에서 측정된 바이어스 전류를 적용하면 유도결합 플라즈마(inductively coupled plasma, ICP)를 인가한 DC pulse plasma가 유도결합 플라즈마(ICP)를 인가하지 않는 경우보다 약 4배 정도 플라즈마 밀도(plasma density)가 증가함을 알 수 있다.
또한, 유도결합 플라즈마(inductively coupled plasma, ICP)에 의한 플라즈마 밀도(plasma density)의 증가는 증착된 박막의 물성을 좋게 한다.
도 5는 유도결합 플라즈마(inductively coupled plasma, ICP)의 유무에 따른 스퍼터링 박막의 표면 주사전자현미경(field emission scanning electron microscope, FESEM)을 사진으로서, (a)는 유도결합 플라즈마가 없는 경우이고, (b)는 본 발명에 따른 유도결합 플라즈마(ICP)가 있는 경우를 나타낸 것이다.
도 5의 (b)에서 박막의 결정립계를 더욱 조밀(dense)하게 만듦을 나타내고 있으며, 이는 유도결합 플라즈마(inductively coupled plasma, ICP)에 의한 플라즈마 밀도(plasma density)의 증가로부터 기인하는 것이다.
또한, 플라즈마 밀도(plasma density)의 증가로 인하여 박막의 증착 속도가 빨라지는데, 동일한 시간에 증착된 박막의 두께를 분석한 결과, 유도결합 플라즈마(inductively coupled plasma, ICP)를 인가한 시편 (b)의 두께가 그렇지 않은 시편 (a)의 두께보다 약 35% 두꺼운 것을 확인할 수 있다. 이는 곧, 유도결합 플라즈마(inductively coupled plasma, ICP)를 인가한 시편의 증착속도가 그렇지 않은 것이 비해 약 35% 빠르다는 것을 의미한다.
아울러, 조밀한(dense) 결정립계는 박막의 경도와 밀착력에도 영향을 높이는데, 유도결합 플라즈마(inductively coupled plasma, ICP)를 인가한 시편 (b)의 경도와 밀착력이 상대적으로 시편 (a)의 경우보다 높은 것을 표 2를 통하여 확인할 수 있으며, 아래의 표 2에 증착된 박막의 비교 분석 결과를 나타내었다.
[표 2]
Figure pat00005
이상에서 설명한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 기술분야의 당해업자에 의하여 다양한 수정과 변형 또는 치환이 이루어질 수 있다 할 것이며, 이는 본 발명의 기술적 범위에 속한다 할 것이다.
110: 챔버 120: 스퍼터링 타겟
130: 기판 140: ICP 코일
151: 매칭박스 152: RF 전원공급기
160: 소켓부 161: 몸체
162: 소켓 163: 전극
164: 냉각매체유로 165: 고정스크류

Claims (5)

  1. 챔버와 스퍼터링 타겟, ICP 코일을 포함하는 유도결합 플라즈마 스퍼터링 장치에 있어서,
    상기 ICP 코일은 스퍼터링 타겟에 인가되는 전원과 함께 플라즈마를 발생시켜 타겟 물질의 이온화율을 향상시킬 수 있도록 스퍼터링 타겟의 앞쪽에 대칭 또는 비대칭의 개수로 설치하며,
    소켓부 내에 장착된 소켓을 결합매개체로 하여 장치 상에 탈부착 가능하게 하고 전원이 인가되도록 연결하며,
    상기 ICP 코일의 냉각 처리를 위한 냉각매체를 소켓부 내에 투입하되 냉각매체가 소켓과의 접촉을 통해 소켓을 냉각 처리토록 하고 이 냉각 처리된 소켓이 열전도로 ICP 코일을 간접 냉각시키도록 구성한 것을 특징으로 하는 나노 코팅용 고이온화 유도결합 플라즈마 스퍼터링 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 소켓부는,
    상단부에 개구가 형성되고 하단부에 냉각매체의 순환을 위한 유입구 및 유출구가 형성되며 외벽이 절연체로 구비되는 몸체;
    상기 몸체의 내부 상측에 고정 장착되며 ICP 코일과의 결합 및 ICP 코일의 간접 냉각에 사용되는 하부 폐쇄형 소켓;
    상기 몸체의 내부 중심에 위치하되 소켓의 하측에 수직 배치되는 전극;
    상기 전극에 의해 몸체의 내부에 형성되고 소켓을 경유하도록 형성되는 냉각매체유로;
    상기 몸체의 외벽을 관통하여 소켓 상에 체결 구비되며 체결력 조정을 통해 ICP 코일의 고정에 사용되는 고정스크류; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 코팅용 고이온화 유도결합 플라즈마 스퍼터링 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 ICP 코일은 전기전도도와 열전도가 가능한 금속재질로서, 튜브형 또는 막대형으로 구비되는 것을 특징으로 하는 나노 코팅용 고이온화 유도결합 플라즈마 스퍼터링 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 챔버는 20~1000리터의 유효 부피를 갖는 몸체로 구비하되, 내부 압력이 0.001~0.1mbar로 형성되게 하는 것을 특징으로 하는 나노 코팅용 고이온화 유도결합 플라즈마 스퍼터링 장치.
  5. 제 1항 있어서,
    상기 스퍼터링 타겟은 단위면적당 1~20W/㎠의 DC 또는 DC 펄스 파워가 인가되게 하는 것을 특징으로 하는 나노 코팅용 고이온화 유도결합 플라즈마 스퍼터링 장치.
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