KR20160027022A - 안정적인 반응성 스퍼터링 프로세스를 위한 타깃 에이지 보상 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타깃에서의 스퍼터링 특성뿐 아니라 침착 속도를 타깃 에이지에 대해 독립적으로 일정하게, 또는 적어도 산업 생산 맥락의 허용가능한 범위 내에 유지하는 반응성 스퍼터링 프로세스를 수행하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

안정적인 반응성 스퍼터링 프로세스를 위한 타깃 에이지 보상 방법{TARGET AGE COMPENSATION METHOD FOR PERFORMING STABLE REACTIVE SPUTTERING PROCESSES}

본 발명은 타깃에서의 스퍼터링 특성(sputtering characteristic)뿐 아니라 침착 속도를 타깃 에이지(target age)에 대해 독립적으로 일정하게, 또는 적어도 산업 생산 맥락의 허용가능한 범위 내에 유지하는 반응성 스퍼터링 프로세스를 수행하기 위한 방법에 관한 것이다.

스퍼터링 기술은 다양한 애플리케이션에 대해 박막을 침착하기 위해 사용되는 잘 확립된 물리적 증착(PVD) 방법이다. 특히, 절단 툴 애플리케이션에 대한 마모 보호 코팅이 스퍼터링 기술을 이용함으로써 성공적으로 침착될 수 있다. 특히, 코팅 품질은 고전력 임펄스 마그네트론 스퍼터링(HIPIMS) 방법에 의해 상당히 향상될 수 있다.

스퍼터링 장치의 기본적인 부분은 코팅 챔버 내에 배치된 기판 표면 상의 코팅 성장을 위해 필요한 침착을 제공하기 위한 재료 소스로서 사용되는 적어도 하나의 스퍼터링 타깃이다. 반응성 스퍼터링 프로세스의 경우에서, 타깃으로부터 획득된 종들(species)은 코팅될 기판 표면 상에 필름을 형성하기 위해 코팅 챔버 내에 존재하는 반응 기체와 반응한다. 타깃 표면으로부터의 타깃 재료는 자기장의 인가를 통해 타깃 표면으로 끌리는 이온들(본질적으로 이온화된 비반응성 기체로부터의 이온들)의 충돌에 의해 스퍼터링된다. 따라서, 타깃에서의 스퍼터링 프로세스가 타깃 표면의 부식으로 이어지며 결과적으로 타깃 질량의 변화로 이어진다.

특히, 타깃 표면의 강한 부식이 강한 자기장을 겪는 타깃의 영역 상에서 관찰될 수 있으며, 이것은 코팅 플라스마 상태의 원치 않는 변화로 이어지고 결과적으로 기판 표면 상의 코팅 성장으로 이어진다.

이러한 원치 않는 변화를 방지하기 위한 서로 다른 방법들이 현재 최신 기술에 의해 제안된다.

예를 들어, 특허 문서 WO0116394A1은 반응 기체의 여기(excitation)로부터 발생하는 반응 종과 캐소드로서 작용하는 타깃 내에 포함된 재료 사이의 반응으로부터 형성된 화합물의 반응성 스퍼터 침착(sputter deposition)을 제어하기 위한 방법을 제안한다. 이 방법은 반응 기체의 공칭 흐름 속도 또는 부분압에서 반응성 스퍼터 침착을 확립하는 단계; 및 캐소드에 공급된 전력을 조정함으로써 공칭 전압에서 캐소드 전압을 안정화하는 단계를 포함하며, 공칭 전압과 공칭 흐름 속도 또는 부분압은 캐소드 전압, 반응 기체의 공칭 흐름 속도 또는 부분압 및 캐소드에 공급된 전력 중 평형 상태 또는 안정 상태 조건에 따라 결정된다.

유사하게, 특허 문서 US5783048A, WO0005745 및 WO2013045493A1이 타깃 표면의 스퍼터링 동안 타깃 부식에 의해 발생되는 원치 않는 변화를 보상하도록 자기장을 조정함으로써 스퍼터 침착을 제어하기 위한 서로 다른 스퍼터링 장치 및 방법을 제안한다.

US5783048A는 기판 상에 박막을 형성하기 위한 스퍼터링 장치를 개시하며, 형성된 박막은 실질적으로 균일한 두께를 나타낸다. 이 장치는 박막을 형성하기 위한 타깃 재료를 제공하기 위한 타깃을 포함하고, 이때 타깃은 제1 영역을 포함한다. 스퍼터링 장치는 타깃으로부터 타깃 재료의 제거를 가능하게 하기 위해 플라스마 방전을 더 포함한다. 또한, 주 자석이 타깃 재료를 제거하도록 플라스마 방전을 제어하기 위해 주 자기장을 생성하도록 제공된다. 또한, 제1 영역에 인접하게 위치된 보상 자석이 활용된다. 보상 자석은 제1 영역 내의 원하는 부식 패턴을 형성하도록 제1 영역 내의 플라스마 방전을 제어하기 위해 주 자기장과 상호작용하는 보상 자기장을 생성하고 기판 상의 실질적으로 균일한 필름 두께의 형성을 가능하게 한다.

WO0005745A1은 특히 소스로부터의 스퍼터링 재료가 필름을 형성하기 위한 기판 상에 침착될 때, 표면의 물리적 증착 프로세싱에서 생산되는 프로세스-관련 비대칭성을 보상하기 위한 장치 및 방법을 개시한다. 보상 자석은 특히 플라스마가 다른 방식으로 대칭식으로 생산된 기판 상의 플라스마 프로세싱의 기여에 영향을 미치는, 챔버 및 프로세스-관련 비대칭성의 효과를 오프셋하도록 보상 자기장을 생산하도록 구성되고 위치된다.

WO2013045493A1은 캐소드, 캐소드의 표면 상에 배치되거나 캐소드의 표면의 부분인 타깃 및 표면으로부터 외면하는 캐소드의 측면 상에 배치된 자석 세트를 구비하는 스퍼터링 장치 내의 마그네트론 스퍼터링을 위한 방법을 제안하고, 타깃은 스퍼터링 동안 부식용 표면 상의 적어도 일부 영역 내에 부식되며, 자기 세트와 타깃의 부식 표면 사이의 거리가 캐소드를 포함하는 회로의 임피던스가 부식의 과정 동안에 부식으로 인해 사전결정된 값보다 작은 정도만 변화하는 방식으로 조정되며, 이때 사전결정된 값은 부식되지 않은 타깃에 대한 임피던스와 조정되지 않은 거리에 있는 최대로 부식된 타깃에 대한 임피던스 사이의 임피던스 차이보다 작다.

그러나, 산업 생산 맥락 내의 서로 다른 응용들에 대한 서로 다른 유형의 기판들을 코팅하는 것은 최신 기술에 의해 제공되는 현재 기술들을 이용함으로써 극복하기 쉽지 않은 추가적인 어려움을 포함한다.

필요한 재현성, 동작 효율성을 획득하고 산업 생산 맥락 내의 제품 품질을 보장하기 위해서 (특히 가능한 한 동일한 조건인) 안정적인 조건에서 모든 코팅 배치(batch)를 동작하는 것이 필요하지만, 이러한 맥락에서 타깃이 몇몇 배치를 수행하기 위해 매우 긴 시간 동안 동작되어야만 한다. 이것은 타깃 표면에서의 부식의 형태 및/또는 기술에 의해 야기되는 코팅 상태 불안정성뿐만 아니라, 본 발명의 맥락에서 타깃 에이지로 지칭될 몇몇 배치 후에 타깃의 연장된 부식에 의해 발생되는 타깃 질량의 상당한 감소에 의해 야기되는 코팅 상태 불안정성으로도 이어진다. 그 결과 타깃 에이지는 도 1 및 2에 도시된 바와 같이 반응성 스퍼터링 프로세스들을 달성함으로써 타깃의 스퍼터링 특성 및 필름 침착 속도에서의 원치 않는 변화로 이어진다. 대부분의 코팅 적용에 있어서, 그리고 특히 산업 생산 맥락에서 이러한 변화들이 허용가능하지 않다.

도 1은 타깃에 약 1kW/cm²의 일정한 전력 밀도를 인가하고 0.27Pa의 값으로 일정한 질소 부분압을 유지함으로써 아르곤-질소 대기 내의 하나의 알루미늄 크로뮴 타깃의 반응성 스퍼터링에 의해 획득되는 그램 단위인 타깃 질량에 대한 볼트 단위의 소스(타깃) 전압 및 센티미터 제곱 당 암페어 단위의 전류 밀도의 변화를 도시한다. 또한 기판 온도가 모든 시도들에 대한 스퍼터링 동안에 일정하게 유지되었다. 자기장이 타깃 앞의 영역 내의 전자들의 억류 가능성을 증가시키도록 타깃 뒤에 배치된 영구 자석을 이용함으로써 생성되었다. 사용된 타깃은 일정한 지름

150mm 및 스터퍼링 동안에 감소하고 그에 따라 타깃 질량의 감소를 발생시키는 가변 두께를 갖는 디스크 형태의 타깃이다. 사용된 타깃의 원소 조성은 60at.-%의 Al 및 40at.-%의 Cr이다.

도 2는 필름 침착을 위해 사용된 그램 단위인 타깃 질량에 대한 플랫 샘플들의 표면 상에 침착된 필름들의 ㎛ 단위로 측정된 코팅 두께를 나타낸다. 각 필름은 아르곤-질소 대기 내의 하나의 AlCr-타깃의 반응성 스퍼터링에 의해 침착된다. 필름들은 동일한 코팅 구성을 이용함으로써 그리고 도 1에 디스플레이된 경험들을 달성하기 위해 사용된 바와 같은 동일한 코팅 조건 하에서 침착되었다. 침착 속도와 타깃 질량 사이의 관계를 분석할 수 있도록, 각 필름이 타깃에서의 전력 밀도, 반응성 부분압, 기판 온도와 관련한 동일한 코팅 조건 하에서 117분 동안 상응하는 샘플들 상에 침착되었다. 오직 타깃 질량만이 각 필름의 침착을 달성함으로써 상이하다.

본 발명의 목적은 반응성 스터퍼링 동안 생산된 타깃들의 질량 손실에 의해 발생되는 어려움을 극복하는, 산업 생산 맥락에서의 서로 다른 애플리케이션들에 대한 서로 다른 유형의 기판들을 코팅하기 위한 단순한 방법을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 타깃 에이지에 대해 독립적으로, 타깃에서의 스퍼터링 특성뿐 아니라 침착 속도를 일정하게 유지하는, 또는 적어도 산업 생산 맥락에 대해 허용가능한 범위 내에 유지하는 반응성 스터퍼링 프로세스를 수행하기 위한 복잡하지 않은 방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 반응성 스퍼터링 기술을 이용하고 본 발명에 따른 방법을 적용함으로써 산업 생산 맥락에서 기판을 코팅하기 위한 스터퍼링 장치를 제공하는 것이다.

전술된 목적은 반응성 스퍼터링 코팅 프로세스에 의해 일정한 침착 속도뿐 아니라 타깃에서의 일정한 스퍼터링 특성을 획득하도록 타깃 에이지에 따라 반응성 기체의 부분압을 조정하기 위한 방법을 제공함으로써 본 발명에 의해 달성된다.

놀랍게도, 본 출원인은, 만약 반응성 기체 부분압이 타깃 질량에 의존하여 조정되는 동시에 타깃에서의 스퍼터링 전력 밀도가 반응성 스퍼터링 코팅 프로세스 동안 일정하게 유지된다면, 타깃에서의 스퍼터링 특성뿐 아니라 침착 속도를 거의 일정하게 또는 변화의 허용가능한 범위 내에서 더욱 정확하게 유지하는 것이 가능하다는 것을 발견하였다.

본 발명의 맥락에서 산업 생산 맥락에 대한 변화의 허용가능한 범위는, 각 파라미터에 대해 정의된 상응하는 타깃 값(즉, 타깃 전압, 타깃 전류 밀도 및 침착 속도)에 대해서:

- (특히 타깃 전압 및 타깃 전류 밀도와 관련하여) 특히 스퍼터링 특성에 대해 약 ±10% 또는 그 미만,

- 침착 속도에 대해 특히 약 ±15% 또는 그 미만이다.

이들 타깃 값들은 바람직하게는 코팅 프로세스를 수행하기 위한 제작된 것과 같은 조건의 타깃들을 이용함으로써 획득된 코팅 조건들에서 정의된다.

본 발명의 맥락에서 제작된 것과 같은 조건은 또한 새로운 조건으로 지칭될 것이다. 물론, 이것이 여전히 코팅 프로세스를 수행하기 위해 사용되지 않았거나 적어도 오랜 시간 동안 사용되지 않았기 때문에 새로운 조건에 있는 타깃이 가장 높은 타깃 질량을 나타내야만 한다.

바람직하게는, 본 발명의 맥락에서 변화의 허용가능한 범위는 스퍼터링 특성에 있어서 약 ±7% 또는 그 미만이고, 침착 속도에 있어서 약 ±10% 또는 그 미만이다. 더욱 바람직하게는, 본 발명의 맥락에서 변화의 허용가능한 범위는 스퍼터링 특성에 있어서 약 ±5% 또는 그 미만이고, 침착 속도에 있어서 약 ±7% 또는 그 미만이다.

특히 타깃에서 거의 일정한 스퍼터링 특성뿐 아니라 스퍼터링 타깃이 HIPIMS 기술들을 사용함으로써 동작되었을 때의 침착 속도를 유지하기 위해 본 발명에 따른 방법을 적용함으로써 매우 우수한 결과들이 획득되었다.

본 발명에 따른 방법의 적용의 실험적 예

이러한 실험적 예에서 획득된 결과들과 도 1 및 2에 디스플레이된 것을 비교할 수 있도록, 반응성 기체 부분압을 제외한 동일한 코팅 구성 및 조건들이 사용되었다. 이러한 실험적인 예를 수행하기 위해 사용되는 타깃 또한 일정한 지름

150mm 및 타깃 에이지에 의존하는 가변 타깃 두께를 갖는 분말 야금 기술을 이용함으로써 제작되는 디스크 형태의 알루미늄-크로뮴-함유 타깃(AlCr-타깃)이다. 유사하게, 사용된 타깃들의 원소 백분율 단위의 원소 조성은 60at.-%의 Al 및 40at.-%의 Cr이다. 코팅 프로세스를 수행하기 위해서 Oerlikon Balzers 사에 의해 제작된 반응성 HIPIMS 필름 침착의 가능성을 갖는 코팅 챔버를 포함하는 진공 스퍼터링 장치가 사용되었다. 몇몇 스퍼터링 침착 런(코팅 런(coating run))이 수행되었다. 전술된 것과 동일한 방식으로, 이러한 실험적인 예에 있어서 코팅 프로세스 동안 타깃 앞의 영역 내의 전자들의 억류 가능성을 증가시키도록 타깃 뒤에 배치된 영구 자석들을 이용함으로써 자기장이 생성되었다. 프로세스 사이에서 영구 자석들의 배치에서의 변화가 이루어지지 않았지만, 물론, 각 코팅 런 동안 점점 더 얇아지는 타깃 두께에서의 변화의 효과에 의해서, 타깃 표면이 영구 자석들에 점점 더 가까워지며 결과적으로 타깃 표면 상의 자기장 세기가 타깃 두께에 의존하여 변화한다. 질소는 반응성 기체로서 사용되었다. AlCr-타깃들은 반응성 아르곤-질소 대기 내의 HIPIMS 기술들을 이용함으로써 코팅 챔버의 내부 내에서 스퍼터링되었다. 각 코팅 런을 시작하기 전에 코팅되지 않은 편평한 기판 샘플들(특히 높은 속도의 스틸 및 시멘트로 접착된 탄화물 샘플들)이 결과적으로 코팅 챔버의 내부에 배치된 회전 샘플 홀더 내에 배치되었다. AlCrN-필름들은 각 코팅 런 동안 코팅될 샘플들의 상응하는 표면 상에 각각 침착되었다. 타깃(캐소드)에서의 스퍼터링 전력 밀도가 모든 코팅 런들에 대해 약 1.0kW/cm²의 주요 값에서 일정하게 유지되었다. 또한 기판 온도가 모든 코팅 런들에 대해 약 450℃의 값에서 일정하게 유지되었다. 타깃 질량은 각 코팅 런의 전후에 측정되었다. 사용된 AlCr-타깃은 (제1 코팅 런을 수행하기 전에) 약 830g의 새로운 조건에서 질량을 가진다. 각 코팅 런 후의 타깃 질량의 감소는 예상된 것으로서 확인되었다. 타깃은 약 570g의 질량을 획득할 때까지 사용되었다. 코팅 런을 달성하기 위한 가장 낮은 타깃 질량은 타깃의 기계적 안정성이 위태롭지 않은 최저 타깃 두께에 의해 본질적으로 정의되었다. 각 코팅 런 동안에 타깃 특성이 타깃에서의 전압 및 전류 밀도를 측정함으로써 모니터링되었다. 각 코팅 런의 시작에서 타깃에서의 스퍼터링 특성을 가능한 한 일정하게 유지하기 위해 질소 부분압이 가능한 한 빠르게(5분 미만으로) 조정된다. 이는 특히 본 발명의 맥락에서 허용가능한 변화 범위 내의 타깃에서의 전압 및 전류 밀도 값들을 유지하기 위해 반응성 부분압이 조정되었음을 의미한다. 그 후에, 각 코팅 런 동안에 코팅될 샘플들의 표면 상에 필름을 형성하기 위한 총 효율적인 코팅 시간을 완료할 때까지 질소 부분압이 일정하게 유지되었다. 각 코팅 런에 대한 총 효율적인 코팅 시간은 117분이었다. 침착된 AlCrN-필름들의 두께는 각 코팅 런 후에 측정된다. 각 코팅 런의 시작에서 조정된 각 질소 부분 값을 고려하여 결정된 이러한 실험적 예 내의 질소 부분압의 전반적인 변화 범위는 0.27Pa 내지 0.19Pa이다.

각 런 동안 타깃이 가진 평균 질량에 대해 각 코팅 런 동안 측정된 타깃에서의 전압 및 전류 밀도의 평균 값뿐 아니라 각 코팅 런 후에 측정된 필름 두께가 각각 도 3 및 4에 도시되었다.

따라서, 본 발명에 따른 방법을 이용함으로써 타깃에서의 스퍼터링 특성뿐 아니라 필름 침착 속도를 타깃 에이지에 대해 독립적으로 거의 일정하게 또는 적어도 산업 생산 맥락의 허용가능한 범위 내에 유지하는 것이 가능하다는 것이 입증되었다.

본 발명은 적어도 하나의 타깃이 적어도 하나의 반응 기체를 포함하는 대기 내에서 스퍼터링되고 스퍼터링 특성 값 및/또는 코팅 속도가 가능한 한 사전정의된 타깃 값들 내로 유지되는 스퍼터링 기술을 포함하는 코팅 프로세스를 수행하기 위한 방법을 제공하며, 이 방법은:

- 타깃 값들로부터 스퍼터링 특성 및/또는 코팅 속도 값들의 편차가 타깃 질량 W_타깃에 의존하여 반응 기체 부분압 P_{반응_기체}를 조정함으로써 산업 생산 맥락에 대해 허용가능한 편차 범위 내로 유지하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 방법의 일 실시예에서, 타깃은 타깃의 스퍼터링 동안 타깃에서의 전력 밀도가 일정하게 유지되는 방식으로 전력을 공급함으로써 캐소드로서 동작된다.

본 발명에 따른 방법의 다른 실시예에서, 반응 기체 부분압 P_{반응_기체}가 상응하는 코팅 조건 하에서 이전에 결정된 상관관계 P_{반응_기체} 대 W_타깃에 따라 타깃 질량 W_{타 깃}에 의존하여 조정된다.

상관관계 P_{반응_기체} 대 W_타깃은 바람직하게는 적어도 다음의 단계들을 포함하는 방법을 이용함으로써 코팅 프로세스를 수행하기 전에 결정된다:

a) 코팅 장치 및 추가로 필요한 요소들뿐 아니라 산업 생산 맥락에 대해 허용가능한 편차 범위 내에 있는 타깃 값들로부터 스퍼터링 특성 및/또는 코팅 속도 값들의 편차를 갖는 전술된 스퍼터링 코팅 프로세스와 동일한 코팅 조건 하에서 코팅 프로세스를 달성하기 위해 요구되는 동일한 타입의 적어도 하나의 타깃, 바람직하게는 새로운 조건 내의 타깃을 제공하는 단계.

b) W_{타깃 _i_초기}를 획득하기 위해 코팅 프로세스 i를 수행하기 전 타깃 질량을 측정하는 단계.

c) 스퍼터링 특성과 관련된 사전정의된 타깃 값에 있는 반응 기체 부분압 값 P_{반응_기체_i}를 조정할 때까지 코팅 프로세스 i의 시작에서 변화되는 반응 기체 부분압을 제외하고 위에서 인용된 코팅 프로세스에 따라 모든 코팅 파라미터들을 유지하고, 그 후에 코팅 시간 t_i가 완료될 때까지 반응 기체 부분압 값 P_{반응_기체_i}를 일정하게 유지함으로써 필름 f_i를 침착하기 위한 코팅 프로세스 i를 달성하는 단계.

b) W_{타깃 _i_최종}을 획득하기 위해 코팅 프로세스 i를 달성한 후의 타깃 질량을 측정하고, 바람직하게는 코팅 프로세스 i 동안에 침착된 필름 f_i의 두께도 측정하는 단계.

d) i=1, 2, ..., n이고, n>2에 있어서 단계들 b), c) 및 d)를 반복하는 단계.

g) P_{반응_기체_i} 및 W_{타깃 _i_초기} 또는 P_{반응_기체_i} 및 (W_{타깃 _i_초기}+W_{타깃 _i_최종})/2의 측정된 값들을 사용함으로써 상관관계 P_{반응_기체} 대 W_타깃을 찾는 단계.

바람직하게는, 타깃 두께를 고려하여 상관관계 P_{반응_기체} 대 W_타깃을 결정하기 위해 달성될 코팅 프로세스의 총 수에 상응하는 수인 i=n가 선택되고, 바람직하게는 최고 n이 타깃의 기계적 안정성이 여전히 위협되지 않는 최저 타깃 두께를 획득함으로써 제한된다.

바람직하게는, 코팅 시간 t_i가 가능한 한 코팅 프로세스 i 동안 평균 침착 속도의 신뢰가능한 평가를 하기 위해 충분히 두꺼운 두께를 갖는 필름 f_i을 침착시키도록 선택되고, 바람직하게는 t_i가 모든 코팅 프로세스 i에 대해 동일하다.

바람직하게는, 각 코팅 프로세스i에 대한 코팅 시간 t_i가 타깃 값들로부터의 스퍼터링 특성 및/또는 코팅 속도 값들의 편차가 각 코팅 프로세스 i 동안 산업 생산 맥락에 대해 허용가능한 편차 범위 내로 유지된다.

본 발명에 따른 방법의 다른 실시예에 따르면, 초기 타깃 질량 W_{타깃 _초기}가 코팅 프로세스를 시작하기 전에 측정되고 반응 기체 부분압 P_{반응_기체}가 코팅 프로세스의 처음부터 조정되며 코팅 프로세스 동안 일정하게 유지된다.

본 발명에 따른 방법의 하나 이상의 실시예에 따르면, 타깃 질량 W_타깃이 처음부터 및/또는 코팅 프로세스 동안 측정되고 반응 기체 부분압 P_{반응_기체}가 처음부터 및/또는 코팅 프로세스 동안 조정된다.

바람직하게는, 반응 기체 부분압 P_{반응_기체}가 자동으로 조정된다.

바람직하게는, 적어도 하나의 타깃이 Ti, Al, Si, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mn, Fe, Co, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd 중 적어도 하나의 원소를 포함한다.

바람직하게는, 적어도 하나의 반응 기체가 질소 또는 산소 또는 탄소 함유 기체, 또는 이들 중 적어도 두 가지를 포함하는 혼합물이다.

바람직하게는, 코팅 대기가 바람직하게는 아르곤 또는 네온 또는 크립톤 또는 이들 중 적어도 두 가지를 포함하는 혼합물인 적어도 하나의 비활성 기체를 포함한다.

바람직하게는, 스퍼터링 기술이 마그네트론 스퍼터링 기술 및/또는 마그네트론 스퍼터링 이온 도금 기술 및/또는 HIPIMS 기술을 포함한다.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 방법에 따라 수행되는 코팅 프로세스에 의해 생산되는 적어도 하나의 필름을 포함하는 코팅으로 코팅된 기판을 개시한다.

바람직하게는, 코팅된 기판이 툴, 특히 절단 또는 형성 툴이다.

유사하게, 코팅된 기판이 구성요소, 특히 엔진 구성요소, 또는 터빈 구성요소, 또는 자동차 구성요소, 또는 장식용 구성요소, 또는 의학용 장비 등일 수 있다.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 방법에 따른 코팅 프로세스를 수행하기 위한 장치를 개시한다.

바람직하게는, 장치가 자동으로 타깃 질량 W_타깃을 측정하기 위한 디바이스를 포함한다.

바람직하게는, 장치가 반응 기체 부분압을 자동으로 조정하기 위한 디바이스를 포함한다.

본 발명에 따른 방법은 일반적으로 스퍼터링 특성 값들 및/또는 코팅 속도가 가능한 한 사전정의된 타깃 값들 내로 유지되는 스퍼터링 기술을 이용함으로써 코팅 프로세스를 수행하기 위해 사용될 수 있고, 코팅 프로세스는 스퍼터링 장치의 코팅 챔버 내에서 수행되고, 프로세스는 적어도 하나의 금속 요소를 포함하는 적어도 하나의 타깃의 사용을 포함하고, 타깃은 타깃에서의 전력 밀도가 적어도 하나의 반응 기체 및 적어도 하나의 비활성 기체를 함유하는 대기 내의 타깃의 스퍼터링 동안 일정하게 유지되는 방식으로 전원으로부터 타깃에 전력을 공급함으로써 캐소드로서 동작되고, 비활성 기체는 적어도 부분적으로 이온화되고, 그에 따라 타깃 표면이 적어도 타깃과 전기적으로 양으로 충전된 이온들인 비활성 기체의 충돌의 효과에 의해 스퍼터링되며, 타깃이 스퍼터링을 시작하기 전에 초기 타깃 질량 W_{타깃 _초기}를 가지고, 타깃 표면의 스퍼터링이 초기 타깃 질량 W_{타깃 _초기}로부터 감소된 타깃 질량 W_{타깃 _감소}<W_{타깃 _초기}로 타깃 질량의 감소를 발생시키며, 그 결과 타깃 값들로부터 스퍼터링 특성 및/또는 코팅 속도 값들의 편차를 발생시키고, 이 방법은:

- 타깃 값들로부터 스퍼터링 특성 및/또는 코팅 속도 값들의 편차를 바람직하게는 상응하는 코팅 조건 하에서 이전에 결정된 상관관계 P_{반응_기체} 대 W_타깃에 따라 타깃 질량 W_타깃에 의존하여 반응 기체 부분압 P_{반응_기체}를 조정함으로써 타깃 질량에 독립적으로 산업 생산 맥락에 대해 허용가능한 편차 범위 내로 유지하는 단계를 포함한다.

Claims (17)

1. 적어도 하나의 타깃이 적어도 하나의 반응 기체를 포함하는 대기 내에서 스퍼터링되고 스퍼터링 특성값 및/또는 코팅 속도가 가능한 한 사전정의된 타깃 값들 내로 유지되는 스퍼터링 기술을 포함하는 코팅 프로세스를 수행하기 위한 방법으로서,
   상기 타깃 값들로부터 상기 스퍼터링 특성 및/또는 상기 코팅 속도 값들의 편차가 타깃 질량 W_타깃에 의존하여 반응 기체 부분압 P_{반응_기체}를 조정함으로써 산업 생산 맥락에 대해 허용가능한 편차 범위 내로 유지되는 것으로 특징지어지는, 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 타깃의 스퍼터링 동안 상기 타깃에서의 전력 밀도가 일정하게 유지되는 방식으로 전력을 공급함으로써 상기 타깃이 캐소드로서 동작되는 것으로 특징지어지는, 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 반응 기체 부분압 P_{반응_기체}가 상응하는 코팅 조건 하에서 이전에 결정된 상관관계 P_{반응_기체} 대 W_타깃에 따라 상기 타깃 질량 W_타깃에 의존하여 조정되는 것으로 특징지어지는, 방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   a) 코팅 장치 및 추가의 필요한 요소들뿐 아니라, 제 3 항에서 인용된 상기 코팅 프로세스에 따라 코팅 프로세스를 수행하기 위해 요구되는 동일한 타입의 적어도 하나의 타깃, 바람직하게는 새 조건의 타깃을 제공하는 단계,
   b) W_{타깃 _i_초기}를 획득하기 위해 코팅 프로세스 i를 수행하기 전 상기 타깃 질량을 측정하는 단계,
   c) 스퍼터링 특성과 관련된 사전정의된 타깃 값에 있는 반응 기체 부분압 값 P_{반응_기체_i}를 조정할 때까지 상기 코팅 프로세스 i의 시작에서 변화되는 상기 반응 기체 부분압을 제외하고 제 3 항에서 인용된 상기 코팅 프로세스에 따라 모든 코팅 파라미터들을 유지하고, 그 후에 코팅 시간 t_i가 완료될 때까지 상기 반응 기체 부분압 값 P_{반응_기체_i}를 일정하게 유지함으로써 필름 f_i를 침착하기 위한 상기 코팅 프로세스 i를 달성하는 단계,
   b) W_{타깃 _i_최종}을 획득하기 위해 상기 코팅 프로세스 i를 달성한 후의 상기 타깃 질량을 측정하고, 바람직하게는 상기 코팅 프로세스 i 동안에 침착된 필름 f_i의 두께도 측정하는 단계,
   d) i=1, 2, ..., n이고, n>2에 있어서 단계들 b), c) 및 d)를 반복하는 단계,
   g) P_{반응_기체_i} 및 W_{타깃 _i_초기} 또는 P_{반응_기체_i} 및 (W_{타깃 _i_초기}+W_{타깃 _i_최종})/2의 측정된 값들을 사용함으로써 상관관계 P_{반응_기체} 대 W_타깃을 찾는 단계를 적어도 포함하는 방법을 이용함으로써, 상기 상관관계 P_{반응_기체} 대 W_타깃이 상기 코팅 프로세스를 수행하기 이전에 결정되는 것으로 특징지어지는, 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 타깃 두께를 고려하여 상기 상관관계 P_{반응_기체} 대 W_타깃을 결정하기 위해 달성될 코팅 프로세스의 총 수에 상응하는 수인 i=n가 선택되고, 바람직하게는 최고 n이 상기 타깃의 기계적 안정성이 여전히 위협되지 않는 최저 타깃 두께를 획득함으로써 제한되는 것으로 특징지어지는, 방법.
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
   상기 코팅 시간 t_i가 가능한 한 상기 코팅 프로세스 i 동안 평균 침착 속도의 신뢰가능한 평가를 하기 위해 충분히 두꺼운 두께를 갖는 필름 f_i을 침착시키도록 선택되고, 바람직하게는 t_i가 모든 코팅 프로세스 i에 대해 동일한 것으로 특징지어지는, 방법.
   
7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   각 코팅 프로세스i에 대한 상기 코팅 시간 t_i가 상기 타깃 값들로부터의 상기 스퍼터링 특성 및/또는 상기 코팅 속도 값들의 편차가 각 코팅 프로세스 i 동안 상기 산업 생산 맥락에 대해 허용가능한 편차 범위 내로 유지되도록 선택되는 것으로 특징지어지는, 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 초기 타깃 질량 W_{타깃 _초기}가 상기 코팅 프로세스를 시작하기 전에 측정되고 상기 반응 기체 부분압 P_{반응_기체}가 상기 코팅 프로세스의 처음부터 조정되며 상기 코팅 프로세스 동안 일정하게 유지되는 것으로 특징지어지는, 방법.
9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 타깃 질량 W_타깃이 처음부터 및/또는 코팅 프로세스 동안 측정되고 상기 반응 기체 부분압 P_{반응_기체}가 처음부터 및/또는 코팅 프로세스 동안 조정되는 것으로 특징지어지는, 방법.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응 기체 부분압 P_{반응_기체}가 자동으로 조정되는 것으로 특징지어지는, 방법.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 타깃이 Ti, Al, Si, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mn, Fe, Co, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd 중 적어도 하나의 원소를 포함하는 것으로 특징지어지는, 방법.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반응 기체는 질소 또는 산소 또는 탄소 함유 기체, 또는 이들 중 적어도 두 가지를 포함하는 혼합물인 것으로 특징지어지는, 방법.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 대기가 바람직하게는 아르곤 또는 네온 또는 크립톤 또는 이들 중 적어도 두 가지를 포함하는 혼합물인 적어도 하나의 비활성 기체를 포함하는 것으로 특징지어지는, 방법.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스퍼터링 기술이 마그네트론 스퍼터링 기술 및/또는 마그네트론 스퍼터링 이온 도금 기술 및/또는 HIPIMS 기술을 포함하는 것으로 특징지어지는, 방법.
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라 수행되는 코팅 프로세스에 의해 생산되는 적어도 하나의 필름을 포함하는 코팅으로 코팅된 기판.
16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따른 코팅 프로세스를 수행하기 위한 장치로서,
    상기 장치가 자동으로 타깃 질량 W_타깃을 측정하기 위한 디바이스를 포함하는 것으로 특징지어지는, 장치.
17. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따른 코팅 프로세스를 수행하기 위한 장치 또는 제 16 항에 따른 장치로서,
    상기 장치가 자동으로 반응 기체 부분압을 조정하기 위한 디바이스를 포함하는 것으로 특징지어지는, 장치.

Images