KR20150030741A - 투명한 기판들을 위한 고도로 투명한 수소화된 탄소 보호 코팅을 생산하는 방법 - Google Patents

투명한 기판들을 위한 고도로 투명한 수소화된 탄소 보호 코팅을 생산하는 방법 Download PDF

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데이비드 팡 웨이 천
데이비드 워드 브라운
찰스 리우
4세 사무엘 디 하크니스
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인테벡, 인코포레이티드
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Abstract

투명하고 무결한 수소화된 탄소 막, 예컨대, 수소화된 다이아몬드상 탄소 막을 증착하기 위한 물리적 기상 증착 (PVD) 챔버이다. 챔버 몸체가 진공 조건을 내부에 유지하도록 구성되며, 챔버 몸체는 그것의 측벽 상에 어퍼쳐를 가진다. 오리피스가 어퍼쳐에 겹치도록 오리피스를 갖는 플라즈마 케이지가 측벽에 부착된다. 2 개의 스퍼터링 타겟들이 플라즈마 케이지 내부의 캐소드들 상에 위치해 있고 서로 대향하게 배치되고 스퍼터링 타겟들 사이에서 그리고 플라즈마 케이지 내부에 한정된 플라즈마를 지속하도록 구성된다. 케이지 내부의 플라즈마는 타겟들로부터 재료를 스퍼터링하며, 그러면 그 재료는 오리피스 및 어퍼쳐를 통과하고 기판 상에 내려 앉는다. 기판은 공정 동안 패스바이 패션으로 계속해서 이동된다.

Description

투명한 기판들을 위한 고도로 투명한 수소화된 탄소 보호 코팅을 생산하는 방법{METHOD TO PRODUCE HIGHLY TRANSPARENT HYDROGENATED CARBON PROTECTIVE COATING FOR TRANSPARENT SUBSTRATES}
관련 사건
본 출원은 2012년 7월 5일자로 출원된 미국 가출원 제61/668,402호를 우선권 주장한다.
분야
본 개시물은, 예를 들어, 평판 디스플레이들 및 터치 스크린들을 위한 기판들과 같은 투명 기판들의 제작에 관한 것이고, 더 구체적으로는, 이러한 패널들을 위한 고도로 투명한 보호 코팅들의 제작에 관한 것이다.
평판 스크린 디스플레이 및/또는 터치스크린들을 갖는 모바일 디바이스들의 급증으로, 스크린 스크래칭의 과제는 문제가 된다. 이는 터치스크린들을 채용하고 스크래칭에 민감한 모바일 폰들 및 테블릿들의 경우 특히 그러하다. 따라서, 강한 스크래치 내성 코팅이 필요하다.
다이아몬드상 코팅 (diamond-like coating; DLC) 이 다양한 애플리케이션들을 위한 스크래치 내성 코팅으로서 제안되었지만, 이러한 코팅을 생성하는 최첨단 시스템들은 투명하고 무결한 코팅을 제공할 수 없다. 오히려, 현재의 코팅은 약간의 색조 (tint) 를 가지고 분명하지 않다. 그러나, 이러한 디바이스들의 사용자들은 스크린 상의 이미지의 선명한 색상들을 투과시키는 무결한 스크린을 요구한다. 그러므로, 표준 DLC의 황변 색조 (yellowing tint) 는 이러한 플리케이션들에 용납되지 않는다.
본 개시물의 다음의 요약이 본 발명의 일부 양태들 및 특징들의 기본적인 이해를 제공하기 위하여 포함된다. 이 개요는 본 발명의 광범위한 개관이 아니고 예를 들어 본 발명의 핵심 또는 중요 엘리먼트들을 특별히 식별하거나 또는 본 발명의 범위를 기술하기 위해 의도된 것이 아니다. 본 요약의 유일한 목표는 아래에 제시되는 더욱 상세한 설명에 대한 도입부로서 간략화된 형태로 본 발명의 몇몇 개념들을 제시하는 것이다.
본원에서 개시된 실시형태들은 인지가능한 색조가 없다는 것을 의미하는 투명하고 무결한 수소화된 (hydrogenated) 탄소 코팅, 예컨대, 다이아몬드상 코팅 (DLC) 의 제작을 가능하게 한다. 결과적인 코팅은 스크래치들에 고도로 저항성이 있고, 광, 예컨대, 평판 패널 디스플레이 또는 터치스크린으로부터 방사하는 광에 고도로 투과성이다.
하나의 실시형태에 따르면, 유리 상에 수소화된 탄소 코팅을 제공하기 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 결과적인 코팅은 투명하고 인지가능한 색조 없이 분명하다. 그 코팅은 수소화된 탄소 코팅을 생성하기 위해 아르곤 가스와 수소 가스가 플라즈마에 주입되는 물리적 기상 증착 (physical vapor deposition; PVD) 을 사용하여 생성된다.
하나의 실시형태에 따르면, 그 PVD 시스템은 타겟으로부터 코팅된 기판으로의 최소 가시선 (line-of-sight) 이 있거나 그런 가시선이 없도록 구축된다. 플라즈마는 기판에서부터 멀리서 생성되고, 입자들이, 가시선 접근법으로 기판에 직접 도달하는 능력 없이, 타겟들로부터 플라즈마 구역 (zone) 으로 스퍼터링된다. 구체적으로는, 타겟의 스퍼터링 표면에 수직인 궤도로 방사하는 입자들이 기판의 이동 방향에 평행한 방향으로 이동한다.
개시된 실시형태들에 따르면, PVD는 임의의 전기 바이어스를 기판에 인가하는 일 없이 수행된다. 일부 실시형태들에서는 기판의 하나의 측면만이 코팅되고 다른 실시형태들에서는 양 측면들이 동시에 코팅된다. 개시된 코팅은, 스크래칭에 대해 고 저항성을 제공하면서, 양호한 접착력, 인지가능한 색조가 없는 양호한 무결한 투과를 가진다.
하나의 실시형태에 따르면, 투명하고 무결한 수소화된 탄소 막을 증착하기 위한 물리적 기상 증착 (PVD) 챔버가 제공된다. 챔버 몸체가 진공 조건을 내부에 유지하도록 구성되며, 챔버 몸체는 그것의 측벽 상에 어퍼쳐 (aperture) 를 가진다. 오리피스를 갖는 플라즈마 케이지(cage)가 오리피스가 어퍼쳐에 겹치도록 측벽에 부착된다. 2 개의 스퍼터링 타겟들이 플라즈마 케이지 내부의 캐소드들 상에 위치해 있고 서로 대향하게 배치되고 스퍼터링 타겟들 사이에서 그리고 플라즈마 케이지 내부에 한정된 플라즈마를 지속하도록 구성된다. 케이지 내부의 플라즈마는 타겟들로부터 재료를 스퍼터링하며, 그러면 그 재료는 오리피스 및 어퍼쳐를 통과하고 기판 상에 내려 앉는다. 기판은 공정 동안 패스바이 패션으로 계속해서 이동된다.
다른 실시형태에 따르면, 기판 위에 무결한 (clear) 수소화된 탄소 막을 형성하는 방법이 제공되는데, 그 방법은, 공정 챔버와 공정 챔버 외부에 위치된 플라즈마 케이지를 제공하는 단계; 탄소 스퍼터링 타겟들을 2 개의 스퍼터링 타겟들이 서로 마주하도록 플라즈마 케이지 내부의 2 개의 캐소드들 상에 부착하는 단계; 공정 챔버를 배기하는 단계; 플라즈마 케이지 안으로 아르곤 및 수소의 공정 가스들을 주입하는 단계; 2 개의 캐소드들에 DC 전력을 인가하는 것에 의해 플라즈마를 점화하고 지속하며 그 플라즈마를 플라즈마 케이지 내부에 가두는 단계; 기판을 공정 챔버 내부로 수송하는 단계; 공정 챔버 내부의 기판에 도달하도록 스퍼터링 타겟으로부터의 스퍼터링된 입자들에 대한 경로를 제공하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시형태에 따르면, 기판 상에 무결한 수소화된 탄소를 증착하기 위한 시스템이 제공되는데, 그 시스템은, 입구 로드락 (loadlock) 챔버; 격리 밸브를 통해 입구 로드락 챔버에 부착된 정적 플라즈마 선-세정 (pre-clean) 챔버; 선-세정 챔버에 커플링된 격리 챔버; 격리 챔버에 커플링되고 기판 위에 SiO2 막을 증착하도록 구성된 정적 스퍼터링 챔버; 정적 스퍼터링 챔버에 커플링된 제 2 격리 챔버; 제 2 격리 챔버에 커플링되고 SiO2 막 위에 수소화된 탄소 막을 증착하도록 구성된 제 2 패스바이 스퍼터링 챔버; 및 출구 로드락 챔버를 포함한다.
본 발명의 다른 양태들 및 특징들이 다음의 도면들을 참조하여 이루어지는 상세한 설명으로부터 명확하게 될 것이다. 상세한 설명과 도면들이 첨부의 청구항들에 의해 한정된 본 발명의 다양한 실시형태들의 다양한 비제한적 예들을 제공한다는 것이 언급되어야 한다.
본 출원서에 통합되고 그 일부를 구성하는 첨부 도면들은, 본 발명의 실시형태들을 예시하고, 상세한 설명과 함께, 본 발명의 원리들을 설명하고 예시하는 것을 돕는다. 그 도면들은 전형적인 실시형태들의 주요 특징들을 도시적인 방식으로 예시하기 위해 의도된다. 그 도면들은 실제 실시형태들의 모든 특징을 묘사하기 위해 의도되지 않았고 묘사된 엘리먼트들의 상대적 치수들을 묘사하기 위해서도 의도되지 않았으며, 일정한 축척으로 그려지지 않았다.
도 1은 하나의 실시형태에 따른, 기판 상의 수소화된 탄소 막의 도포를 위한 시스템의 전체 도면이다;
도 2는 하나의 실시형태에 따른 스퍼터링 챔버의 평면 도면이다;
도 3은 다른 실시형태에 따른 스퍼터링 챔버의 평면 도면이다;
도 4는 개시된 실시형태들에 따른, 아르곤 가스 대 수소 가스의 다양한 비율들을 사용한 DLC 코팅을 갖는 유리 기판의 선명도 (clarity) 의 선도이다;
도 5는 개시된 실시형태들에 따른, DLC 막과 SiO2 막 위의 DLC 막의 선도이다.
도 1은 유리 기판들 위에 스크래치 내성 수소화된 탄소, 예컨대, 수소화된 DLC 코팅을 증착하기 위한 시스템의 실시형태를 예시한다. 이 예에서, 그 시스템은 수직으로, 예컨대, 상부 및 하부 행들로 적층될 수도 있거나, 또는 수평으로 나란히 배치될 수도 있는 챔버들의 2 개의 별개의 행들을 가진다. 수직 아키텍처를 채용하는 것은 시스템의 전체 푸트프린트를 증가시키는 일 없이 각각의 챔버의 양 측면들에 대한 용이한 액세스를 가능하게 한다. 각각의 챔버의 양 측면들에 대한 용이한 액세스는 각각의 기판의 양 측면들의 동시 스퍼터링을, 그것이 필요하다면, 허용한다. 하나의 측면만이 코팅될 것이 필요하면, 수평으로 나란한 (side-by-side) 아키텍처가 채용될 수 있다. 기판들이 수송되고 수직 배향으로 유지되면서 가공되면, 시스템의 푸트프린트는, 심지어 나란한 아키텍처의 경우에도, 극적으로 증가하지 않을 수도 있다.
아키텍처에 상관없이, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판들은 대기 로드/언로드 플랫폼 (100) 에서 적재되고 하적된다. 그러면 기판들은 로드락 진공 챔버 (105) 에 들어간다. 도 1에서, "x"는 진공 격리 밸브의 로케이션을 표시한다. 따라서, 예를 들어, 로드락 진공 챔버 (105) 는 양 측면들, 즉, 입구 및 출구 상에 격리 밸브를 가진다. 기판이 로드락 진공 챔버에 들어가는 경우, 그 밸브들은 닫히고 로드락 진공 챔버는 배기되며, 따라서 기판을 진공 환경에 접하게 한다. 그 다음에 기판들은 로드락 진공 챔버로부터 나가고, 선-세정 스테이션 (110) 인 프로세스 모듈 (1) 의 스테이션 1로 들어간다. 스테이션 (1) 은 유도적으로 결합된 플라즈마 챔버이고, 그것은 아르곤 가스와 산소 가스를 사용하여 플라즈마를 생성함으로써 기판의 선-세정을 수행한다. 이 챔버에서, 기판이 유도적으로 결합된 플라즈마 소스의 앞쪽에서 정지하고 기판 상의 플라즈마 세정이 수행된다. 기판이 공정 동안 정적으로 유지되기 때문에, 이런 의미에서, 이 챔버는 정적 챔버라고 지칭될 수도 있다. 그곳으로부터 기판들은 프로세스 모듈 (1) 의 스테이션 2으로 이동하여 들어가는데, 스테이션 2는 프로세스 모듈 (2) 의 공정으로부터 선-세정 챔버를 격리시키는 격리 챔버 (115) 이다.
그 다음에 기판들은 PVD 챔버 (120) 인 프로세스 모듈 (2) 의 스테이션 3으로 이동된다. PVD 챔버 (120) 는, 증착 공정이 일어나면 기판들이 타겟을 지나서 계속해서 이동되고 스캔된다는 것을 의미하는 패스바이 (pass-by) PVD 챔버이다. 스테이션 3에서 기판들은 산소 가스와 아르곤 가스로 지속되는 플라즈마가 있는 데서 실리콘 타겟을 사용하여, SiO2의 얇은 층으로 코팅된다. SiO2 층은 10~80 Å의 두께이고, 일부 실시형태들에서 그것은 40~60 Å이며, 따라서 어떠한 색조 없이 완전히 분명하고 투명하다. 그 다음에 기판들은 격리 챔버 (125) 인 스테이션 4로 이동한다. 따라서, 이 실시형태에서, PVD 챔버 (120) 는 격리 챔버를 그것의 입구에 그리고 격리 챔버를 그것의 출구에 가져서, 시스템의 나머지 부분들로부터의 PVD 챔버의 완전한 격리를 보장한다.
그 다음에 기판들은 후면 모듈 (130) 에서 회전되고 격리 챔버 (135) 인 스테이션 5로 이동된다. 주목할 만하게도, 시스템이 수직 적층 아키텍처를 채용하는 경우, 스테이션 5는 기판을 챔버들의 다음의 행으로 상승시키거나 또는 하강시키는 엘리베이터를 또한 포함한다. 그 다음에 기판은 수소화된 탄소 또는 수소화된 DLC 막을 증착하기 위한 PVD 챔버인 스테이션 is로 이동된다. PVD 챔버 (140) 는 기판이 스퍼터링 공정 동안 증착 소스가 있는 데서 이동되고 스캔된다는 것을 의미하는 패스바이 PVD 챔버이다. 따라서, 도 1의 시스템은, 정지 및 이동 유도 결합 플라즈마 선-세정 챔버와 패스바이 PVD 챔버를 동일한 가공 라인에 가지는 혼합 시스템이다.
PVD 챔버 (140) 인 스테이션 6에서, 스퍼터링 타겟들이 기판에 대한 가시선을 가지지 않아서 입자들이 타겟으로부터 기판으로 직접적으로 비행하는 것을 방지하는 원격으로 한정된 플라즈마 (confined plasma) 를 사용하여 수소화된 DLC 층이 SiO2 층 위에 증착된다. 이 공정은 약 1~30 mTorr에서 또는, 7~10 mTorr에서, 25~70 % 수소 가스 및 25~80 % 아르곤 가스를 사용하여 수행된다. 기판은 실내 온도, 즉, 25 ℃에 있을 수도 있거나, 또는 사전 플라즈마 세정 및 SiO2 증착으로 인해, 또는 그렇지 않으면 히터에 의해, 약 250 ℃에 이르기까지 가열될 수도 있다. DLC 코팅은 약 40~75 Å이고 가시 스펙트럼에 대해 완전히 투명하고 분명하여, 색조를 가지지 않는다. 그 기판들은 그 다음에 격리 챔버 (145) 인 스테이션 7로 이동되고, 그곳으로부터 로드락 (150) 을 통하여 로드/언로드 플랫폼으로 나간다. 따라서, PVD 챔버 (140) 는 또한, 격리 챔버를 그것의 입구에 그리고 격리 챔버를 그것의 출구에 가진다.
도 2와 도 3은 스테이션 (140) 에서 수소화된 DLC 코팅을 증착하는데 특히 적합한 스퍼터링 시스템들을 위한 실시형태들의 상단 단면도를 예시한다. 이들 2 개의 실시형태들 중 어느 하나가 사용될 수도 있지만, 타겟으로부터 기판으로의 전체 가시선 결여가 모색되면, 도 3의 실시형태는 채용되어야 한다. 또한, 도 2 및 도 3의 실시형태들은 프로세싱 챔버의 양 측에 스퍼터링 소스들을 가져서, 기판의 양 측면들 상의 동시 증착을 가능하게 하는 것으로 예시된다. 그러나, 하나의 표면 상에만 증착을 필요로 하는 기판들의 경우, 그 소스들 중 하나는 생략될 수도 있어서, 챔버는 하나의 측벽에만 부착된 하나의 스퍼터링 소스를 가진다.
도 2에서 알 수 있듯이, 프로세싱 챔버 (210) 는 밸브 (212) 를 갖는 입구 개구부와 밸브 (214) 를 갖는 출구 개구부를 가지는데, 그 개구부들을 통해 기판들 (200) 이 각각 챔버에 도입되고 제거된다. 챔버는 또한, 대향하는 측벽들을 가지는데, 그 측벽들 중 적어도 하나는 어퍼쳐 (208) 를 가져서, 기판이 챔버 내에 위치해 있는 경우 미립자가 그 어퍼쳐를 통과하고 기판 (200) 상에 증착되는 것을 가능하게 한다. 기판 (200) 은 증착 공정 동안, 화살표에 의해 도시된 방향에서, 고정적이거나 또는 가동적일 수도 있다. 가공 챔버 (210) 는 진공을 자신 내부에 유지하도록 구성되고, 진공 펌프 (217) 에 의해 배기된다.
플라즈마 케이지 (202) 가 챔버 (210) 의 측벽에 부착되고 챔버 측벽에서의 어퍼쳐에 대응하는 어퍼쳐를 가진다. 플라즈마 케이지 (202) 는 기판 (200) 에서부터 멀리 있는 영역에 플라스마를 가두어서, 플라즈마가 기판 (200) 에 도달하지 않게 한다. 타겟들 (206) 은 캐소드들 (203) 에 부착되고 플라즈마 케이지 (202) 내부에 위치해 있어서, 타겟들 (206) 로부터 스퍼터링된 입자들은 기판 (200) 에 대한 가시선 경로를 가지지 않고, 대신에 점선 화살표로 도시된 바와 같이, 윈도우 (208) 를 경유하여 구부러져서 기판 (206) 에 도달해야만 한다. 도 2의 플라즈마 케이지 (202) 는 기판 (200) 의 경로에 평행한 방향으로 위치된 그것의 타겟들 (206) 을 가진다는 것에 주의한다. 도 2에 예시된 실시형태에서, 스퍼터링된 재료를 기판 (200) 상에 증착하기 위해서, DC 전력이 플라즈마를 지속하고 타겟들로부터의 재료를 스퍼터링하기 위해 캐소드들에 인가된다. 다른 실시형태들에서, AC 또는 펄스식 (pulsed) DC 전력이 캐소드들에 인가될 수도 있다.
도 3에 도시된 가공 챔버는, 타겟들의 스퍼터링 표면이 기판 (300) 의 경로에 수직인 평면에 있도록 위치된 타겟들 (306) 및 캐소드들 (303) 을 도 3의 플라즈마 케이지 (302) 가 가진다는 것을 제외하면, 도 2의 그것과 매우 유사하다. 다른 식으로 말하면, 예컨대, 도 3에서 파선 화살표로 도시된 바와 같이, 어느 하나의 타겟의 스퍼터링 표면에 수직인 라인은, 실선 화살표로서 도시된 타겟의 이동 방향에 평행할 것이다. 그러나, 도 3의 실시형태에서도, 타겟들 (306) 로부터 스퍼터링된 입자들은 기판에 대한 가시선 경로를 가지지 않지만, 윈도우 (308) 를 경유하여 기판에 구부러져서 도달해야만 한다.
도 2 및 도 3 양쪽 모두의 실시형태들에서, 플라즈마는 주입기들 (201 및 301) 을 통해 주입된 가공 가스로, 이 경우 아르곤 가스 및 수소 가스의 혼합물로 각각 지속된다. 아르곤 가스는 타겟들로부터 입자들을 스퍼터링하는 이온들을 생성하는데 사용되는 한편, 수소는 스퍼터링된 막을 수소화반응하는데 사용된다. 도 4는 상이한 Ar/H2 비율들에서의 투과율 대 DLC 두께의 선도이다. 50 % Ar 50 % H2에서 매우 양호한 결과들이 보일 수 있다.
도 3에 예시된 옵션의 특징은 대향하는 타겟들의 각각 뒤에 일측의 자기적 극성이 타측의 극성과 반대인 자석 어레이들 (330) 을 제공하는 것이다. 더구나, 투명하고 무결한 DLC 막을 획득하기 위하여, 개개의 자석들에 대한 최대 자석 에너지 곱 (magnet energy product) 들은 200 kJ/m3 < BHmax < 425 kJ/m3이고 바람직하게는 300 kJ/m3 < BHmax < 400 kJ/m3의 범위들에 있어야만 한다는 것이 확인되었다. 덧붙여, 타겟들이 도 3에 도시된 바와 같이 배열되는 경우, 타겟 쌍들 사이의 간격 (separation) 은 30 mm와 300 mm 사이 그리고 바람직하게는 40 mm와 200 mm 사이로 국한되어야 한다.
도 5는 75Å DLC와 50Å SiO2의 막 위에 증착된 75Å DLC 양쪽 모두에 대한 투과율 데이터의 선도이다. 볼 수 있듯이, 양쪽 모두의 경우들에 대한 투과율은 모든 가시 주파수들에 대해 양호하고, 얇은 SiO2 층의 추가로 실제로 개선된다.
고도로 투명하고 무결한 DLC 막을 달성하기 위해, DC 전력이 타겟에 특정 전력 밀도, 즉, 타겟 면적 당 전력의 범위로 인가된다. 최상의 결과들의 경우, 전력 밀도는 타겟의 평방 인치 당 약 30~770 kW이다. 전력 밀도를 이 범위 바깥으로 유지하는 것은, 플래트 (plat) 스크린 및 터치스크린 애플리케이션들에 대해 용납되지 않는 막의 색조 또는 착색 (coloration) 이 되게 한다는 것이 발견되었다. 예를 들어, 13 inch2 타겟의 경우, 약 1~4 kW의 DC 전력이 타겟에 인가될 수 있는데, 이는 77~308 kW/inch2이다. DC 전압은 400~1000 V이고, 연속적이거나 또는 펄스식일 수도 있다. 타겟 재료는 비정질 탄소인, 약 90~100 % 순수 탄소이다. 스퍼터링 가스는 대체로, 약 50% Ar : 50% H2 내지 85% Ar : 15% H2의 유량 (flow) 을 갖는 H2/Ar 혼합물인데, 50% Ar : 50% H2의 유량이 최상의 결과들을 제공하였고, 70% Ar : 30% H2의 유량은 용납되지만 덜 바람직한 결과들을 제공하였다. 다른 가스들이 첨가될 수도 있다.
하나의 실시형태에서, DLC의 75Å의 코팅은, 정적 타겟이 있는 데서 각각의 과정 (pass) 이 25Å을 증착하는 기판의 3 개의 과정들을 사용하여 증착된다. 스퍼터링 공정 동안 그 타겟에는 2 kW로 DC 에너지가 공급되고 기판은 10mm/sec로 이동된다.
본원에서 설명되는 공정들 및 기법들은 임의의 특정 장치에 태생적으로 관련되지 않고 컴포넌트들의 임의의 적합한 조합에 의해 구현될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 게다가, 범용 디바이스들의 다양한 유형들이 본원에서 설명되는 교시들에 따라서 사용될 수도 있다. 본원에서 설명되는 방법 단계들을 수행하는 특수한 장치를 구축하는 것이 또한 유익하게 증명될 수도 있다.
본 발명은 제한적인 것이 아니라 예시적일 모든 측면들에서 의도되는 특정 예들에 관련하여 설명되었다. 당업자들은 하드웨어, 소프트웨어, 및 펌웨어의 많은 상이한 조합들이 본 발명을 실시하기에 적합할 것임을 이해할 것이다. 더구나, 본 발명의 다른 구현예들이 본원에서 개시된 본 발명의 출원서와 실무를 고려하면 당업자들에게 명백할 것이다. 명세서와 예들은 예시적인 것으로만 여겨져야 하고, 본 발명의 진정한 범위 및 사상은 다음의 청구항들에 의해 나타내어지고 있다는 것이 의도된다.

Claims (22)

  1. 수소화된 탄소 막을 증착하기 위한 물리적 기상 증착 (PVD) 챔버로서,
    진공 조건을 내부에 유지하도록 구성된 챔버 몸체로서, 상기 챔버 몸체는 입구 개구부와 출구 개구부, 및 어퍼쳐 (aperture) 를 갖는 제 1 측벽을 갖는, 상기 챔버 몸체;
    상기 입구 개구부 위에 위치된 입구 밸브;
    상기 출구 개구부 위에 위치된 출구 밸브;
    오리피스를 갖는 플라즈마 케이지로서, 상기 플라즈마 케이지는 상기 오리피스가 상기 어퍼쳐와 겹치도록 상기 챔버 몸체 외부에 장착되며, 상기 플라즈마 케이지는 적어도 2 개의 스퍼터링 타겟들을 가지고, 상기 적어도 2 개의 스퍼터링 타겟들은 서로 대향하여 위치해 있고 상기 적어도 2 개의 스퍼터링 타겟들 사이에서 플라즈마를 지속시키도록 구성되어, 상기 플라즈마가 상기 플라즈마 케이지 내부에 한정되는, 상기 플라즈마 케이지;
    상기 플라즈마 케이지 안으로 공정 가스를 주입하기 위한 가스 주입기;
    상기 가스 주입기에 커플링된 수소 가스 및 아르곤 가스의 소스; 및
    상기 스퍼터링 타겟들에 전력을 인가하는 전력 인가기 (power applicator) 를 포함하는, 수소화된 탄소 막을 증착하기 위한 물리적 기상 증착 (PVD) 챔버.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스퍼터링 타겟들은 유사한 재료 조성으로 이루어지는, 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버의 벽은 상기 제 1 측벽에 대향하는 배향으로 제 2 측벽을 가지며, 상기 제 2 측벽은 제 2 어퍼쳐를 가지고,
    상기 챔버는,
    오리피스를 갖는 제 2 플라즈마 케이지로서, 상기 제 2 플라즈마 케이지는 상기 오리피스가 상기 제 2 어퍼쳐와 겹치도록 상기 제 2 측벽 위에 위치되며, 상기 제 2 플라즈마 케이지는 적어도 2 개의 스퍼터링 타겟들을 가지고, 상기 적어도 2 개의 스퍼터링 타겟들은 서로 대향하여 위치해 있고 상기 적어도 2 개의 스퍼터링 타겟들 사이에서 플라즈마를 지속시켜 상기 플라즈마 케이지 내부에 한정하도록 구성되는, 상기 제 2 플라즈마 케이지;
    상기 제 2 플라즈마 케이지 안으로 공정 가스를 주입하기 위한 제 2 가스 주입기; 및
    상기 제 2 플라즈마 케이지의 상기 스퍼터링 타겟들에 전력을 인가하는 제 2 전력 인가기를 더 포함하는, 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 타겟들 뒤에 위치된 자석 어레이들을 더 포함하고,
    하나의 타겟 뒤에 위치된 상기 자석 어레이의 자기적 극성은 대향하는 상기 타겟의 뒤에 위치된 상기 자석 어레이의 극성과 반대인, 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    개개의 상기 자석들에 대한 최대 자석 에너지 곱 (magnet energy product) 들은 200 kJ/m3 < BHmax < 425 kJ/m3 사이의 범위에 있는, 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    개개의 상기 자석들에 대한 최대 자석 에너지 곱들은 300 kJ/m3 < BHmax < 400 kJ/m3 사이의 범위에 있는, 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 타겟들 사이의 공간적 간격 (separation) 은 30 mm와 300 mm 사이에 있는, 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 타겟들 사이의 공간적 간격은 40 mm와 200 mm 사이에 있는, 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 타겟들은 탄소로 이루어지는, 수소화된 탄소 막을 증착하기 위한 물리적 기상 증착 (PVD) 챔버.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 타겟들은 상기 타겟들로부터 기판으로의 가시선 (line-of-sight) 이 없도록 위치되는, 수소화된 탄소 막을 증착하기 위한 물리적 기상 증착 (PVD) 챔버.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 타겟들은, 상기 타겟들의 스퍼터링 표면에 수직인 궤도로 방사하는 입자들이 기판의 이동 방향에 평행한 방향으로 이동하도록 위치되는, 수소화된 탄소 막을 증착하기 위한 물리적 기상 증착 (PVD) 챔버.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 인가기는 상기 스퍼터링 타겟들에 DC 바이어스를 인가하는, 수소화된 탄소 막을 증착하기 위한 물리적 기상 증착 (PVD) 챔버.
  13. 기판 위에 수소화된 탄소 막을 형성하는 방법으로서,
    공정 챔버와 상기 공정 챔버 외부에 위치된 플라즈마 케이지를 제공하는 단계;
    탄소 스퍼터링 타겟들을 상기 플라즈마 케이지 내부의 2 개의 캐소드들 상에 부착하여 2 개의 상기 스퍼터링 타겟들이 서로 마주하도록 하는 단계;
    상기 공정 챔버를 배기하는 단계;
    상기 플라즈마 케이지 안으로 아르곤 및 수소의 공정 가스들을 주입하는 단계;
    상기 2 개의 캐소드들에 전력을 인가하고 상기 플라즈마를 상기 플라즈마 케이지 내부에 한정시킴으로써 상기 플라즈마를 점화하고 지속시키는 단계;
    상기 기판을 상기 공정 챔버 내부로 수송하는 단계; 및
    상기 공정 챔버 내부의 상기 기판에 도달하도록 상기 스퍼터링 타겟으로부터의 스퍼터링된 입자들에 대한 경로를 제공하는 단계를 포함하는, 기판 위에 수소화된 탄소 막을 형성하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 2 개의 캐소드들에 전력을 인가하는 것은, 상기 타겟들의 평방인치 당 약 30~770 W의 전력 밀도로 DC 전력을 인가하는 것을 포함하는, 기판 위에 수소화된 탄소 막을 형성하는 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 2 개의 캐소드들에 전력을 인가하는 것은, 400~1000 V의 DC 전압을 인가하는 것을 포함하는, 기판 위에 수소화된 탄소 막을 형성하는 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 2 개의 캐소드들에 전력을 인가하는 것은, 1~10 kW의 DC 전력을 인가하는 것을 포함하는, 기판 위에 수소화된 탄소 막을 형성하는 방법.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 플라즈마 케이지 안으로 아르곤 및 수소의 공정 가스들을 주입하는 단계는, 50% 아르곤 및 50% 수소를 주입하는 단계를 포함하는, 기판 위에 수소화된 탄소 막을 형성하는 방법.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 플라즈마 케이지 안으로 아르곤 및 수소의 공정 가스들을 주입하는 단계는, 40%~80% 아르곤과 60%~20% 수소의 혼합물을 주입하는 단계를 포함하는, 기판 위에 수소화된 탄소 막을 형성하는 방법.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 수소화된 탄소 막을 증착하기 전에 SiO2의 박막을 증착하는 단계를 더 포함하는, 기판 위에 수소화된 탄소 막을 형성하는 방법.
  20. 기판 상에 무결한 (clear) 수소화된 탄소 막을 증착하기 위한 시스템으로서,
    입구 로드락 챔버;
    격리 밸브를 통해 상기 입구 로드락 챔버에 부착된 정적 플라즈마 선-세정 (pre-clean) 챔버;
    상기 선-세정 챔버에 커플링된 격리 챔버;
    상기 격리 챔버에 커플링되고 상기 기판 위에 SiO2 막을 증착하도록 구성된 제 1 패스바이 (pass-by) 스퍼터링 챔버;
    상기 제 1 패스바이 스퍼터링 챔버에 커플링된 제 2 격리 챔버;
    상기 제 2 격리 챔버에 커플링되고 상기 SiO2 막 위에 수소화된 탄소 막을 증착하도록 구성된 제 2 패스바이 스퍼터링 챔버; 및
    출구 로드락 챔버를 포함하는, 기판 상에 무결한 수소화된 탄소 막을 증착하기 위한 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 패스바이 스퍼터링 챔버는,
    진공 조건을 내부에 유지하도록 구성된 챔버 몸체로서, 상기 챔버 몸체는 입구 개구부와 출구 개구부, 및 어퍼쳐를 갖는 제 1 측벽을 갖는, 상기 챔버 몸체;
    상기 입구 개구부 위에 위치된 입구 밸브;
    상기 출구 개구부 위에 위치된 출구 밸브;
    오리피스를 갖는 플라즈마 케이지로서, 상기 플라즈마 케이지는 상기 오리피스가 상기 어퍼쳐와 겹치도록 상기 측벽 위에 위치되며, 상기 플라즈마 케이지는 적어도 2 개의 스퍼터링 타겟들을 가지고, 상기 적어도 2 개의 스퍼터링 타겟들은 서로 대향하여 위치해 있고 상기 적어도 2 개의 스퍼터링 타겟들 사이에서 플라즈마를 지속시켜 상기 플라즈마 케이지 내부에 한정하도록 구성되는, 상기 플라즈마 케이지;
    상기 플라즈마 케이지 안으로 공정 가스를 주입하기 위한 가스 주입기; 및
    상기 스퍼터링 타겟들에 전력을 인가하는 전력 인가기를 포함하는, 기판 상에 무결한 수소화된 탄소 막을 증착하기 위한 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 2 개의 스퍼터링 타겟들은 상기 타겟의 각각의 스퍼터링 표면에 수직인 라인이 상기 기판의 이동 방향에 평행하게 배향되도록 위치되는, 기판 상에 무결한 수소화된 탄소 막을 증착하기 위한 시스템.
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