KR920004846B1 - 마그네트론 스퍼터링 장치 및 방법 - Google Patents

마그네트론 스퍼터링 장치 및 방법 Download PDF

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에이. 스코베이 마이클
이안 세돈 라챠드
더블유. 세서 제임스
루셀 오스틴 알.
엠. 레페브레 파울
더블유. 맨레이 베리
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옵티컬 코팅 레버러토리 인코포레이티드
존 에스. 맥컬로프
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Abstract

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Description

마그네트론 스퍼터링 장치 및 방법
제 1 도 및 제 2 도는 본 발명의 마그네트론 스퍼터링 장치의 개략적인 사시도 및 수평 단면도.
제 3 도는 본 발명의 드럼을 도시한 개략적인 사시도.
제 4 도 및 제 5 도는 DC 마그네트론 스퍼터링장치의 한 실시예를 도시한 도면.
제 6 도 및 제 7 도는 선형 마그네트론 이온원의 바람직한 실시예를 도시한 도면.
제 8 도는 다른 스퍼터링 장치를 도시한 도면.
제 9 도는 또 다른 스퍼터링 장치를 도시한 도면.
제 10 도는 본 발명의 회전 마그네트론 스퍼터링 장치의 다른 실시예를 도시한 도면.
제 11 도 내지 제 16 도는 파장 대 투과율을 도시한 그래프.
제 17 도는 깊은 램프의 유리 반사경을 도시한 도면.
제 18 도는 본 발명의 마그네트론 스퍼터링 장치의 다른 실시예를 도시한 개략도.
제 19 도 내지 제 21 도는 본 발명의 다른 장치를 도시한 3개의 다른 실시예를 설명하는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10, 30 : 스퍼터링장치 12 : 진공펌프장치
13 : 배기포트 19, 56 : 기판
32 : 배플 33 : 전력공급원
40 : 이온원 48 : 격리애자
82 : 진공처리챔버 84 : 펌프시스템
본 발명은 DC 마그네트론 스퍼터링 방법 및 그에 관한 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 내화물금속 및/또는 산화물, 질화물, 수화물, 탄소-함유 화합물 및 기타화합물 및 이들 금속합금과 같은 박막형성, 균일한 증착, 및 고효율 방법, 장치와 또한 복합막의 증착 및 형성에 관한 것이다. 본 발명의 방법 및 장치는 광학적 피복의 엄격한 요구조건을 만족하도록 설계되었기 때문에 이들 방법 및 장치는 덜 엄격한 요구조건을 갖는 다수의 기타 피복용도에 또한 이용될 수 있다.
DC 마그네트론 반응 스퍼터링은 최근에 절연재, 특히 금속산화물 및 특히 인듐주석 산화물과 같은 산화물 반도체의 층을 제조하는 기술로 개발되어 왔다. 이 기술은 절연재를 직접 스퍼터링하는 RF 마그네트론 기술에 비해 증착속도증대가 실현될 수 있고, 제조설비에 비용이 덜 들고, 제어하기 용이하다는 점에서 잇점을 갖는다.
종래의 기술에서, DC 마그네트론 스퍼터링 기술을 충분히 이용하고 내재한 단점을 없애려는 어떠한 방법도 바람직하게는 기판과 스퍼터링 음극(cathode)의 부분압력분리를 사용해야만 한다는 점이다. 부분압력분리를 행하기 위하여 여러 가지 해결책이 제안되었다. 예를들면 Hartsough의 미합중국 특허 제4,420,385호 ; Schiller 등의 "Advances in High Rate Sputtering With Magentron-Plasmatron Processing and Instrumentation" TSF 64(1979년) 455-67; Scherer 등의 "Reactive High Rate DC Sputtering of Oxides"(1984년); Schiller 등의 "Reactive DC Sputtering with the Magnetron-Plasmatron for Titanium Pentoxide and Titanium Dioxide Films" TSF 63(1979년) 369-373이다.
Scherer 기술은 스퍼터링 영역바로 위에 놓인 산화영역을 생성할 수 있도록 차단된 음극을 사용한다. 기타의 모든점에서, 이 기술은 단일 통과로 재료를 증착시키도록 설계되었기 때문에 본 발명과 직접 관련이 없으며, 증착될 때 금속증기의 산화가 일어난다는 점에서 본 발명과 직접 관련이 없다. Schiller 및 Hartsough 기술은 스퍼터링 음극과 반응가스 소오비톤(Sorbiton) 영역사이에 기판을 교대하며, 이 기술은 부분압력 분리를 이루는데 더욱 효과적인 기술이다. 이 부분입력 분리기술의 가장 완전한 설명은 Hartsough 특허에 기재되어있다. Hartsough 특허는 단일 스퍼터링 증착영역 및 단일산화 영역을 지나 원판을 회전시킴으로써 원판상에 비광학적 내마모성 알루미늄 산화물의 형성에 대하여 설명한다. 스퍼터링 영역밖의 총 용적은 산화영역 또는 반응영역으로서 사용되어, 두 영역의 경계가 접촉한다. 스퍼터링 기판 캐리어 사이의 아주 치밀한 차단은 반응가스가 증착영역으로 이동하지 못하도록 하기 위하여 필요하다. 이것은 산화에 이용될 수 있는 압력을 제한한다. 또한, 이 방법을 사용하여 이용가능한 증착률은 본래 산화속도에 의하여 제한된다. 즉, 음극에 가해지는 전력이 금속스퍼터링 속도를 증가시키기 위하여 증가할 때, 테이블의 회전속도로 재료의 최적두께가 증착영역내에 증착되도록 증가해야만 한다. 그러나, 테이블의 이동속도가 증가할 때, 산화영역내의 체류시간이 비례적으로 감소되며, 그 결과로 금속층을 완전 산화시키는데 필요한 반응영역내의 체류시간이 불충분하게 되는 제한이 따른다.
상기의 부분압력분리 기술은 적어도 세개의 부가적인 심각한 단점을 갖는다. 첫째, 하나이상의 부가적인 스퍼터링 음극이 동일 전공사이클하에서 동일장치로 기타의 재료를 증착시키기 위하여 필요하다면, 이동사이클당 반응시간은 부가적인 음극의 수에 의해 비례적으로 감소할 것이다.
둘째, 각 재료의 증착속도는 비례적으로 감소될 것이다. 설명된 기술은 항상 유효한 단지 하나의 반응체적을 허용하고, 그래서 두개의 다른 금속산화물 또는 기타의 혼합물 또는 순수금속 및 화합물의 동시 증착을 배제한다.
마지막으로, 특정 형상 마그네트론 스퍼터링 타깃에 대한 요구조건에 일치하는 환형 회전장치는 이용가능한 막두께 균일성에 심한 제한을 두어 광학적 박막실시에 설명된 장치의 유용한 구역은 좁은 환형 구역이 될 것이다.
상업적으로 가장 알맞은 양으로 다층 광학필터를 제조하기 위하여, 설명된 공지기술의 방법이 부적절하다는 것은 분명하다. 또한 다층 광학장치의 실제 제조에 적용된다면 기술된 단점 때문에 이 방법은 동일크기의 종래의 RF 마그네트론 장치보다 처리량이 전혀 크지 않을 것이라는 것을 알 수 있다.
A. 반응영역 및 증착특성
본 발명과 공지기술간의 근본적인 차이는, 본 발명은 증착 및 반응이 가동기판 캐리어의 외주에 인접한 길고좁은 축방향 영역에서 일어난다는 점에 있다. 본 반응은 길고 좁은 영역에서 고반응 가스압력에서 아주 효율적으로 매우 강력한 플라즈마에 의해 일어나고, 비교적 낮은 압력영역에 의해 금속증착 영역과 물리적으로 분리된다. 선형 마그네트론 같은, 산소 또는 기타의 반응기체로부터 강렬한 반응 플라즈마를 발생시키기 위해 캐리어의 주변에 연장된 균일하고 강력이온 플럭스를 생성하도록 배열된 반응 이온원; 또는 적당하게 형성된 이온건이 사용되어서, 고압반응체적은 고에너지 종류의 가스로 구성되어 있고, 이는 반응에 필요한 시간을 크게 단축시켜준다. 또한 이 기술의 부가적인 잇점은, 질화물, 수화물, 탄화물등을 생성하기 위하여 질소, 수소, 탄소의 기체상 산화물등과 같은 반응성이 덜한 종류의 가스를 사용하여 화합물이 생성될 수 있기 때문에 산소와 같은 반응기체에 한정되지 않는다는 점이다. 본 발명은 공지 기술의 상기 단점을 모두 극복하고 또한 상당한 증착속도증가가 다중 스테이션의 사용을 통하여 달성할 수 있다. 유용한 반응가스압력 및 증착 속도는 공지기술의 장치를 이용하여 실제 얻을 수 있는 증착속도보다 훨씬 더 높다. 또한, 만곡형 기판도 긴밀한 차단을 위한 요구조건을 제거함으로써 피복할 수 있다.
본 발명과 공지기술간의 근본적인 차이의 실용가치를 돋보이게 하는 실시예를 제공한다.
B. 본 발명의 장치 및 작동
금속산화물 피복과 같은 광학성 유전체피복 및 내화성 금속피복을 포함하는 박막코팅을 형성하기 위하여, 본 발명은 직렬이동처리장치, 또는 기판이 회전원통형 드럼캐리어나, 회전 유성기어캐리어, 또는 연속구동 웨브상에 장착된 원통형 가공장치를 사용한다. 기판은 한 세트의 처리스테이션을 통과하며, 여기서 상기 스테이션은 (1) 실리콘, 탄탈륨등을 교호로 또는 순차적으로 증착시키기 위해 금속증착모드에서 작동되는 적어도 하나의 선형음극 플라즈마 발생장치(예컨대, 편형 마그네트론이나 내파열성 회전마그네트론), (2) 질소, 수소 또는 탄소의 가스상 산화물을 포함하나 이들에 한정되지 않는 반응가스나 산소를 이용하여 강력한 반응 플라즈마를 발생시키기 위해, 캐리어의 주변 부근에 기다랗고 균일한 고강도 이온 플럭스를 발생하도록 반응플라즈마 모드, 또는 이온건이나 다른 이온원으로 작동하는 편형 마그네트론과 유사한 장치를 이온원으로 작동하는 편형 마그네트론과 유사한 장치를 포함한다. 상기 장치에는 영역 경계부의 완전한 물리적 분리로써 증착 및 반응을 위한 길고 좁은 영역이 제공된다. 유사한 마그네트론 음극들이 사용될 때, 상기 음극중 하나는 금속증착상태를 제공하기 위해 반응가스(예컨데, 산소)의 비교적 낮은 부분압력을 사용하여 작동되고, 다른 하나는 산화를 위한 강력반응 플라즈마를 발생하기 위해 비교적 높은 반응가스부분 압력에서 작동된다.
기판과 음극은 드럼의 내측이나 외측(또는 양측)에 위치할 수 있다. 또한, 본 장치는 다수의 음극/이온건이 형성된 재료의 수 및 증착속도를 증가시키기 위해 설정된 각 처리 스테이션에 사용될 수 있도록 설계될 수 있다. 여러 상이한 금속들을 별도로, 순차적으로 또는 동시에 증착 및 산화시키기 위해 각종 처리스테이션이 챔버에 제공될 수 있다. 일예로, 4개의 스테이션이 선택적으로 배치되어 Ta2O5및 TiO₂층을 교호로 신속히 형성하기 위해 순차적인 탄탈륨증착, 산화, 티탄증착 및 산화를 수행하도록 순차적으로 작동될 수 있다.
한 공정에서, 증착음극의 전원과 기판의 회전 또는 이동속도 사이에 관계는 각각의 통과시, 하나 이상의 원자층의 증착두께가 얻어질 수 있도록 설계된다. 다른 재료의 부가적 음극을 부가시키고, 각 음극에 대한 전원을 조정함으로써, 원하는 비율의 합금을 효과적으로 제조할 수 있다. 예컨대, NiCr이 음극에 대한 상대전원을 조정함으로서 큰 표면적에 걸쳐 간단하게, 음극으로 Ni 및 Cr을 소정비율로 형성할 수 있다. 산화스퍼터링을 부가함에 의해, 바륨, 동이트륨 산화물과 같은 복잡한 산화물을 형성할 수 있는데, 상기 산화물은 초전도체를 형성한다고 공지되어 있다.
C. 본 장치의 특징의 요약
선형/편형 마그네트 스퍼터링 스테이션과 반응플라즈마 스테이션과 조합된 본 스퍼터링 장치에 사용되는 원통형 회전수단은 평탄한 부분 및 만곡된 부분의 넓은 체적위에 신속하고 균일한 광학성 피복증착을 제공한다. 관이나 다각형 부품들은 이중 회전형 유성기어 장착수단을 사용함으로써 그의 전체외주에 걸쳐 균일하게 피복할 수 있다. 또한, 본 발명은 램프유리 봉입체와 같은 복잡한 형상에 대하여도 균일한 피복을 증착하게 한다. 이동시스템에 대한 반응스테이션 및 스퍼터링 스테이션의 적용은 유리판과 같은 커다란 평면 기판위에 높은 처리속도로 신속하고 균일한 광학성 피복을 제공한다. 다수의 기판/큰 드럼표면적에 걸쳐 열과 증착을 산포시키면서 소정 입력전원에 대해 높은 증착율을 제공할 때 효율적인 금속모드증착은 높은 증착속도와 낮은 기판 가열의 독특한 결합을 제공하여 플라스틱 및 기타 저용융재료에 대한 고효율의 피복이 형성되도록 한다.
비교예로서, 종래의 DC 반응산화 스퍼터링 방법은 목표치보다 떨어지는 산화물속도 ≤10Å/sec이며, 반면 본 발명의 방법은 Ta2O2에 대해 대략 100 내지 1150Å/sec 및 SiO2에 대해 대략 110Å/sec의 형성율을 제공한다.
본 발명의 한 양태에 의하면, 선택된 균일 또는 가변두께의 제어되는 두께 프로화일을 갖는 견고한 고품질피복을 상기 기판상에 재생시킴으로써, 구형, 만곡형 및 불균일하거나 일반적 형상이 아닌 기판에 다층 및 단층의 박막을 형성하여 종래의 진공증착에 관련된 종래의 결점을 제거한다. 이전에, 여러 기술들이 만곡 및 평면표면에 제어된 증착을 달성하기 위하여 시도되었다. 예를들면, 다른 기술들은 증착물의 부유를 "분산"시키기 위해 불활성가스를 도입시키면서 기판의 다중 회전을 사용하거나 부분적인 증착율의 균형이 고효율의 구역을 저효율의 영역에 매칭시키기 위해 새도우 처리함으로써 달성되는 매스킹 기술을 사용하여 불균일한 문제점을 해소하고자 시도하였다. 만곡면에 발생하는 높은 증착각도와 관련된 내구성 문제는 고도의 각도 구역을 매스킹함으로써 해결될 수 있다. 그러나, 이들 시도는 대단히 어려운 문제를 내포하고 있다. 예를들면, 분산은 ZnS/MgF₂재료에는 제한되며, 상기 재료는 불량한 내마모성 및 온도 내구특성을 갖는 다공성의 연성피복을 제공한다. 가열시, 금속화물과 같은 경성피복재료는 증발공정시 내화도가 떨어지고 필름의 내구성을 불량하게 한다. 매스킹은 특히, 만곡면 및 벌브와 같은 복잡한 만곡면의 피복실 가공도를 증대시키며, 증착율을 감소시킨다.
상기한 바와같이, 본 발명은 고효율의 반응스퍼터링 기술과 관련된 간단한 축방향 회전운동장치를 이용하여 종래 문제점을 극복한다. 축방향 회전은 중앙축을 따라 균일성을 발생하며, 스퍼터링과 조합된 고유의 높은 압력은 극성균일을 위해 가스분산 효과를 제공한다. 스퍼터링된 원자의 높은 에너지의 가스분산의 열적 효과를 극복하기 위해 충분하며, 막은 양호한 내구성을 나타낸다. 고속은 전구와 같은(이에 제한되지는 않는다)기판이 고속금속 스퍼터링 영역과 에너지의 반응 플라즈마를 교대로 회전하는 상기의 독특한 반응스퍼터링 구조를 사용함으로써 얻어진다. 회전식 원통형 기하학, 및 평면 마그네트론증착 및 반응기술(보다 상세하게는 편형 마그네트론 및 반응 플라즈마 기술)의 조합에 의해 원하는 결과가 얻어진다; 복잡한 곡률로 만들어지거나, 저용융 재료로 만들어진 종래와 다른 기판을 포함하여, 큰 표면적 및/또는 다수의 평탄하거나, 구형 또는 기타의 만곡기판상에 제어된 균일성이 유지된 상태에서 증착된 재생산 가능하고 내구성있는, 광학적 박막을 제공한다.
본 발명에 언급된대로, 용어 "조절된 두께 프로화일" 또는 "조절된 균일성"은 평탄하거나 만곡된 표면상에 아주 균일한 두께의 피복의 증착력 및, 오목한 표면을 따라 증착된 피복두께를 조절된 방식으로 변경시킬 수 있는 변경력으로 이루어져, 스펙트럼성과 같은 원하는 설계목적을 이룰 수 있다는 점이 강조된다.
A. 단동과 복동회전식 회전장치
본 발명은 SiO2, TiO2와 Ta2O2와 제한되지 않는 재료들의 단층 혹은 복합층 광학적막 고효율 형성이 가능한 스퍼터링 증착장치를 제공하기 위해 부분압력 분리장치에서 작용하는 선형 DC 마그네트론 스퍼터링 음극과 원통형 회전 기판캐리어를 결합한다. 이 결합은 회전원통형 기판캐리어와 선형 마그네트론 스퍼터링의 상반성 및 선행기술에서 입증된 바와 같이 부분압력 분리장치에 있어서의 본질적인 어려움에도 불구하고 달성된다.
제 1 도와 제 2 도는 각각 본 발명의 마그네트론 진공 스퍼터링 장치의 단일회전 실시예를 도시한 개략적인 투시도와 수평단면도이다. 상기 스퍼터링장치(10)는 진공처리챔버를 형성하는 하우징(11)을 포함하고 제 2 도에 도시된 적합한 진공펌프장치(12)에 연결되고 그 반대측에 접하여 있다. 상기 진공펌프장치는 배기포트(13)을 경유하여 진공챔버로 펌핑하는 장치와 배기를 위한 장치의 조합 혹은 크라이오 펌프 혹은 다른 적합한 진공펌프로서 구성된다. 또한 상기 스퍼터링 장치(10)는 축(16)의 둘레를 회전하도록 장착된 케이지형 드럼(14)을 포함하여 다양한 형태와 크기의 기판(15)을 설치하여 위한 원통면을 가진다. 상기 기판(15)은 드럼(14)에 직접 설치가능하고, 드럼의 외부둘레에 대하여 일정한 간격을 둔 상태로 스퍼터링 스테이션을 향해 바깥쪽에 면하거나 혹은 드럼의 내부 둘레를 따라 스퍼터링 스테이션을 향해 안으로 면한 형태이다.
제 3 도를 참조하면, 상기 스퍼터링장치(10)는 드럼(14)과 연결하여 또는 드럼의 대체로서 하나이상의 이중 회전운동 유성기어 장착장치(25)를 포함할 수 있다. 이중회전 유성기어장치는 드럼상에 단독으로 혹은 스테이션에 설치된 단일 회전기판(15)과 조합하여 구성할 수 있다. 상기 유성기어 장치는 이중 회전운동을 관(18)과 같은 부품에 전달하도록 설치한다. 유성기어장치(25)는 축(16)에 의해 구동되는 선기어(19)를 포함한다. 상기 선기어(19)는 단독으로 혹은 도시되지 않은 링기어와 연결되어, 선기어의 회전축선(16A)에 관하여 유성기어회전축선(21A)에 대해서 유성기어(21)와 결합되어 회전한다. 도시된 실시예에 있어서, 상기 유성기어(21)는 유성기어(21)의 축(22A)에 대해서 회전하기 위한 축위에 설치된 기어(22)열에 연결된다. 다음에, 관(18)은 축선(22A)에 대해서 유성기어 지지축과 함께 회전하도록 설치된다. 상기 유성기어 장치의 결과로서, 축선(16A)에 대해서 역전가능한 진로(16P)를 따라 드럼(14)과 선기어(19)의 회전은 축선(21A)에 대하여 통로(21P)를 따라서 유성기어(21)를 회전시키고, 이 회전은 기어열에 의해 축선(22A)에 대하여 진로(19P)를 따라 관(18)의 교호회전으로 전환된다. 상기 유성기어(21)와 선기어(19)의 이중회전운동은, 전체 원주에 관하여 균일하게 관을 피복하는 능력을 향상시킨다.
제 1 도 내지 제 3 도를 참조하면, 도시된 실시예에 있어서, 전체적으로 참조부호(30)로 지정된 복수의 마그네트론 스퍼터링장치(30)는 드럼(14)의 외부 둘레에 위치한다. 전형적인 실시예에 있어서, 스테이션(26)은 실리콘과 같은 재료를 증착하기 위해 사용되는 반면에 스테이션(27)은 탄탈과 같은 다른 재료를 증착하고 스테이션(28)은 증착된 금속층이 산화물로 전환하도록 산소와 같은 가스가 기판과 반응하도록 하기 위해 사용된다. 그러므로, 드럼의 회전과 선택적으로 스퍼터링과 반응 스테이션(26,27,28)작동에 의해, 금속 혹은 산화물은 본질적으로 요구되는 어떤 조합으로서 선택적으로 기판 위에 형성된다. 예를들면, 드럼(14)을 회전시키고(26,28,27,28) 순서에 있어서 연속적으로 음극을 활성화하여 스퍼터링장치(10)는 소수원자로 두꺼운 실리콘층을 형성할 수 있고 SiO2에 실리콘을 산화시키며, 그 다음에 소수의 원자로 두꺼운 탄탈층을 형성하고 Ta2O5에탄탈을 산화시킨다. 이 순서는 반복될 수 있고 정확히 제어된 두께의 SiO₂와 Ta2O5의 층으로된 복잡한 광 피복을 형성하기 위한 요구로서 변경될 수도 있다. 한 스테이션(30) 위치에서 산화스테이션(30)은 아르곤을 산소로 대용함에 의해 증착 스테이션(26,27)에 유사하게 편형의 마그네트론 음극을 사용할 수 있고, 이온 건 혹은 후술되는 선형 마그네트론 이온원과 같이 반응을 하는 이온화된 플라즈마를 생산가능한 다른 이온원으로 사용할 수 있으며, 반응이 요구되는 DC 혹은 RF 플라즈마를 생산하는 장치에 사용할 수 있다.
B. DC 마그네트론 스퍼터(반응) 장치
제 4 도와 제 5 도는 VacTec 혹은 다른 제조자로부터 상업적으로 이용가능하고 제 1 도 및 제 2 도에서 선택적으로 도시된 스테이션(26,27)위치와 스테이션(28)에서 사용될 수 있는 DC 마그네트론 스퍼터링 스테이션(30)의 한 형태를 개략적으로 도시한다. 상기 스퍼터링 스테이션(30)은 도시되지 않은 셔터에 의해 선택적으로 폐쇄되는 개방면(36)을 가진 반응 가스하우징(32)의 전면을 형성하고 음극(31)이 설치된 하우징을 구비한다. 음극(31)은, 예를들어, 보통 양전위(통산접지)에서의 배플(32)에 대해서 음극에 -400V에서- 600V의 전압을 제공하는 전원공급원(33)에 연결된다. 영구자석(도시안함)은 적용된 전기장에 수직하고 타깃(34)의 표면에 따라 직사각형 레이스 트랙 형태의 자장(B)을 제공하기 위한 음극본체의 내부에 설치된다. 다기관(37)은 타깃(34) 부근에 위치해 있고 산소 또는 타깃(34)과 배플(32)에 의해 정해지는 스퍼터 챔버의 아르곤과 같은 내부작동 가스로서의 반응가스를 제공하기 위한 가스공급원에 연결된다. 상기 장치는 유입구(38)를 통하여 공급되고, 배출구(도시안함)로 순환되는 물에 의해 냉각된다. 개별적인 스퍼터링 스테이션(30)에 있어서 배플(32)은, 제 1 도 및 제 2 도의 전체 스퍼터링장치를 다른 지역들로 혹은 다른 가스압력을 갖는 각 스퍼터의 부실로 또는 가스의 부분압력이 달성될 수 있도록 효과적으로 분리한다. 하나 혹은 그 이상의 펌프가 반응을 하는 영역과 반응을 하지 않는 가스의 영역 사이에서 분리를 증진하기 위하여 설치된다.
산화 절연체 필름과 같은 혼합물은 스퍼터링 스테이션(26,27)에서 선형 마그네트론 스퍼터스테이션(30)을 이용하여 형성될 수 있고, 반응스테이션(28)에서 다음 부분에서 설명된 이온원(40)과 같은 다른 형태의 장치를 이용하여 형성될 수 있다. 이것에 대신하여, 다른 하나는 스퍼터스테이션(26,27)과 반응스테이션(28)에서 최소한 이중으로 차폐된 선형 마그네트론 스퍼터스테이션(30)을 이용할 수 있다. 두 경우에 있어서, 스퍼터스테이션과 이온원 장치는 별개의 부분압력 분리장치 혹은 계속하여 회전하는 드럼에 의해 교체되는 기판사이의 영역으로 둘러 싸인다. 차폐된 마그네트론 음극(31)이 스퍼터와 산화물로 사용될 때, 상기 음극은 실리콘 또는 탄탈과 같은 선택된 금속을 스퍼터링하기 위해 설계된 타킷을 사용하는 전체 스퍼터링장치 내의 산소 분위기에서 비교적 높은 밀도에서 작용된다. 그러나, 금속 증착을 위해 스테이션(26,27)에 사용된 차폐분리된 마그네트론 음극은 금속모드에서 작용하기 위하여 부분압력이 낮은 반응가스(산소) 환경에서 작용되고 필연적으로 고율로 금속을 증착한다. 산소와 낮은 부분압력은 다기관(37)을 경유하여 챔버영역으로 가는 아르곤과 같은 비활성 작동가스유동에 의해 공급된다. 차폐분리 마그네트론 음극(28)의 다른 형태는 비교적 높은 반응가스부분 압력에서 작용되고 스퍼터는 움직이는 기판위에 더욱 낮은 율로 금속을 증착하나 더욱 고율로 금속을 산화시킨다. 상기 낮은율의 타깃은 전체 증착율에 거의 부가되지 않으므로 제어에는 영향을 주지 않으나 증대하는 박막과 쉽게 반응하는 산소를 허용하여 고율의 반응을 하는 플라즈마를 생산하고, 그 결과로서, 음극 안정성을 향상시키는 비교적 낮은 전체 산소부분압력의 사용을 허용한다. 상기 반응 스퍼터링 방법은 고율로 증착된 박막, 완전한 산화 그리고 양호한 광학적 질을 제공한다.
C. 선형 마그네트론 이온원
제 6 도 및 제 7 도는 반응 스테이션(28)에서 사용되는 선형 마그네트론 이온원(40)의 바람직한 실시 예를 도시하며, 이것은 제 1 도 내지 제 3 도에서 요구되는 가늘고 긴 반응영역을 제공하기 위함이다. 상기 선형 마그네트론 이온원(40)은 분리된 국부적인 플라즈마에 있어서 반응가스로부터 이온을 발생하기 위하여 스퍼터링 플라즈마와 조합된 전자를 사용한다. 이들 이온은 기판 위의 재료에 증착된 스퍼터에 충격을 가함으로서 스퍼터된 재료와 혼합물을 형성한다. 상기 이온원(40)은 음극(31) 조립체와 제 6 도 및 제 7 도에는 삭제되었으나 제 4 도 및 제 5 도에 도시된 하우징(32)을 사용할 수 있다. 선형 마그네트론 이온원으로 사용하기 위해 채용된 것으로서, 직접 냉각음극(31)은 음극 본체에서 냉각수 순환수 밀봉채널(45)로서의 타깃(34)의 위치에 비자기성 스테인레스강의 덮개판(43)을 절연성으로 설치하기 위한 면에 0-형 밀봉링(41)과 탭홀(42)로서 구성된다. 전술한 바와같이, 음극(31)은 판이 음극에 조립될 때 판(43)을 따라 가늘고 긴 직사각형의 "레이스트랙" 형태(44)로 자장(B)을 제공하는 영구자석을 포함한다. 상기 이온원(40)은 회전가능한 기판 운반 캐리어(14)의 길이방향 또는 제 1 도에 도시된 기판 운반드럼(14)의 축(16A)에 평행한 축(40L)방향과 기판운반드럼(14)의 세로방향 또는 제 3 도에 도시된 회전방향(16P)과 원주에 평행한 단축(40W)방향으로 회전가능한 기판운반드럼(14)의 둘레에 근접하여 설치된다.
한쌍의 스테인레스 강봉 양극(46-46)은 비자기성판에 설치된 기둥(47)의 마그네트론 레이스트랙(44)의 가늘고 길게 마주보는 면을 따라 설치된다. 상기 양극(46)은 제 7 도에 도시된 바와 같이 스테인레스 강판(43)에 양극을 정확하게 격리시키기 위한 넓은 하부단면과 봉 양극(46)에서 구멍(49)으로 뻗어가는 비교적 작은 단면을 가진 절연체인 격리애자(48)에 의해 판(43)과 기둥(47)으로부터 격리되어 있다. 설치를 위하여, 상기 기둥(47)은 구멍(49)을 통하여 격리애자(48)를 통과하여 삽입되며, 너트(51)에 의해 고정된다.
각각의 양극(46)은 마그네트론 레이스트랙(44)의 긴면에 비해 약간 짧은 일직선 봉이다. 각 양극의 만곡부는 일반적으로 제 7b 도와 같이 자장의 자기선들의 형태와 유사한 모양을 따른다. 상기 양극(46)은 수암페어의 전류를 공급하는 전형적인 전원공급원(54)에 전선(53)을 통하여 연결되는데, 예를들면, +140 볼트 바이어스로 +50 볼트의 전류를 공급하는 것과 같다. 절연비드(56) 또는 다른 적합한 절연체는 플라즈마로부터 전선을 격리시키기 위한 하우징내의 전선(53)의 단면을 따라 설치되고 전선에서의 방전을 방지한다.
전형적인 작동은 2내지 4 암페어이고 길이 20인치 마그네트론 양극에 대해서는 100 내지 120 볼트이다.
전술한 바와같이, 선형 마그네트론 이온원(40)의 스테이션 혹은 설치위치는 스퍼터링 스테이션(26) 또는(27)의 바깥쪽에 있으나 스퍼터링 진공챔버를 통하여 뻗어가는 플라즈마와 조합된 범위안에 있다. 작동에 있어서, 상기 전원공급원(54)은 시스템이 접지되고 또한 플라즈마 주위에서 전자에 비하여 더욱 큰 양전위로 스테인레스 강봉 양극(46)이 양의 DC 전압을 유지하기 위하여 사용되는데, 예를들면, 음극(31)과 스테인레스 강판(43)에 대하여 100 내지 120볼트의 전압을 갖는 것이다. 제 7 도에 가장 자세히 도시된 바와같이, 양극의 만곡표면(52)은 자장선 B에 대체로 수직한 전기장선 E를 제공한다. 플라즈마와 조합된 전자는 양극(46)을 향해 가속되고 마그네트론 레이스트랙을 따라 합성된 E×B면에 의해 제한되며, 다기관(57) 입구에 근접하여 제공된 반응가스와 충돌할 가능성이 크게 향상되므로, 레이스 트랙형태(44)에 의해 정해지는 강력한 플라즈마를 발생한다. 상기 강력한 플라즈마는 양극과 주위 플라즈마 사이에 존재하는 전위차에 의해 양극(46)으로부터 가속된 반응가스에서 많은 이온을 발생하며 반응과정을 촉진시키기 위하여 기판을 향한다. 예를들면, 반응가스로서 산소를 사용하는 스퍼터된 금속의 산화물을 촉진시키기 위함과 같은 것이다.
작동기간에 가늘고 긴 역전된 선형 마그네트론 이온원(40)은 회전방향에 평행한 운반 캐리어 원주를 따라 한정되는 좁은 체적과 기판 운반드럼(14)의 높이를 실제로 연장된 긴 용적을 갖도록 하기위해 마그네트론 레이스 트랙(44)에 의해 정해지는 좁고 긴 강력한 반응영역을 제공한다. 선행기술에 대조하여 상이한 사항은 단일 스퍼터링 영역의 전체 외부체적이 산화를 위해 사용되고, 본 이온원(40)은 단지 대략 17 내지 15.24cm(5 내지 16인치)의 폭과 드럼(14) 직경 73.66cm(29인치), 원주의 작은 부분(12.7cm/π D=12.7cm/231.14cm=5.5%)를 점유하며, 강력한 고성능 자기면의 플라즈마 반응으로 인하여 단 한번의 통과로 얇은 필름의 증착물을 완전히 산화시킨다. 상기 작은 크기의 이온원과 빠른 반응율은 특별히 높은 스케일링 용량을 제공하며, 증착된 피복의 혼합물의 선택에 있어서의 다양성 그리고 높은 증착 처리량, 고체적, 고율증착을 위하여 스퍼터링 음극과 산화반응 음극의 다수를 사용가능하게 한다.
회전가능한 드럼과 차단된 마그네트론 스퍼터링과 반응음극의 조합은 곡선모양의 얇고 불규칙적인 매스킹의 최소형태의 기판위에 벗길수 있는 두께의 절연층과 정확히 제어가능한 광특성 금속은 고율로 제공하였다. 또한, 주어진 층은 다수의 피복 경로에 의해 형성되었으므로, 음극 아크의 영향은 이러한 아크가 단지 피복의 부분을 나타내므로 크게 감소하였다. 부가하여, 금속모드에서 작용할 때, 마그네트론 아크는 일반적으로 보다 적게 발생하고 보다 작은 강도이다.
전술한 과정은 실리콘, 탄탈, 티타늄, 철 또는 스퍼터링의 가장 고율형성으로 특징지워진 금속모드에 있어서 작용하는 타깃을 허용하는 대기중에 안정한 산화물을 형성하는 어떤 다른 스퍼터 가능한 재료와 같은 스퍼터링 금속재료를 포함하며, 반면에 다른 경우에는 증착물을 산화물로 전환하도록 새로이 증착된 막을 반응 대기중에 노출시키기 위하여 고성능 마그네트론 스퍼터링을 사용하는 것이 바람직한 이온과정을 수행하는 기계를 설치해야 한다. 상기 금속은 반응과정이 완전히 이루어지는 동안에 산화가 이루어지도록 하기 위해 단지 소수원자의 두께만큼 증착된다. 일반적으로, 스퍼터 증착, 산화, 스퍼터 증착, 산화의 과정은 SiO2와 같은 재료의 원하는 두께에 이르도록 산화층을 형성하기 위해 요구된 만큼 되풀이된다. Ta2O5가 같은 반복과정으로 형성되는 바와같이 다른층이 되풀이된다. 명백하게, 다양한 산화물 형성주기와 금속증착주기는 산화물자체, 산화물과 금속, 또는 금속자체의 혼합물을 형성하기 위해 요구되는 것으로서 응용될 수 있다.
전술한 바와같이, 이온건 혹은 편형 마그네트론과 같은 이온원으로부터 국부적으로 강렬히 이온화된 반응플라즈마는 산화반응을 제공하기 위해 사용된다. 금속막의 스퍼터 증착된 마그네트론의 획일성은 명백하고, 이 원통형 기하학은 스퍼터링재료의 균일한 분포를 허용한다. 그러므로, 어떤 폭 또는 길이의 음극에서의 진행과정에서 시간과 전원제어에 사용하는 것이 가능하며, 그것으로 전형적인 DC 마그네트론 반응과정과 관련된 처리량과 스케일능력, 제어가능성의 오랜 문제를 극복하였다. 아래에 설명한 예와 같이, 상기 능력은 종래의 진공증발과정을 사용하여 증착하기에는 어려운 1/16 가시파장 광학층과 같은 단편 광학층의 정밀증착을 허용한다.
D. 교호의 원통형 회전장치
제 8 도는 진공스퍼터링 챔버의 반대측에 위치한 한쌍의 진공펌프장치(12-12)를 포함하는 다른 스퍼터링장치(60)를 도시하며, 복수의 실리콘 스퍼터링 스테이션(26)과 탄탈 스퍼터링 음극(27)은 바깥으로 향하여 드럼(14)의 내부에 형성되고 산재한 산화스퍼터링 스테이션(28)은 내부를 향하여 드럼(14)의 외부에 위치한다. 상기 도시된 장치는 기판설치를 위한 유성기어와 스퍼터링 스테이션의 내부와 외부에 위치한 관들과 같이 작동부분의 둘레에 균일하게 노출시키기 위한 구동장치(25)를 결합한다. 상기 장치에 의해, 그리고 다수의 실리콘, 탄탈과 산소 음극, 실리콘과 탄탈층, 전술한 층의 산화물이 다수의 기판위에 고율로 형성할 수 있다. 예를들면, SiO2와 Ta2O5로 구성되는 혼합층은 실리콘 음극(26)의 작용에 의해 동시에 형성될 수 있으며, 그때에 우측상방의 산소 음극(28)이 작용하고, 뒤이어 탄탈음극(27)의 전체가 동시에 작용하고, 그때에 좌측하방의 산소음극(28)이 작용한다.
본 진공 스퍼터링 장치의 또다른 실시예가 제 9 도에 도시되어 있다. 여기에서, 도시된 스퍼터링 장치(65)는 한쌍의 진공펌프장치(12)와 산소음극(28)과 탄탈 음극(27)과 실리콘 음극(26)의 외부배열에 의해 주어지는 4개의 회전드럼을 포함한다.
제 10 도는 본 선형 마그네트론 스퍼터링 입구에 연속적이거나 또는 증가되는 롤 혹은 시트로서 개작한 회전하는 마그네트론 스퍼터링 장치(70)의 가능한 변형 실시예를 도시한다. 상기 스퍼터링 장치(70)는 가요성 기판의 롤위에 절연되도록 재료를 증착하려는 종전의 시도가 갖고 있는 낮은 증착율과 온도의 문제점이 없이 단층 혹은 복합층 스퍼터링 증착을 고율로 형성할 수 있다. 상기 연속적인 롤 피복 스퍼터링장치(70)는 회전드럼(14A), 풀려지는 롤러로부터 재료의 웨브 혹은 가요성 시트를 협동하여 풀기위한 내부로 풀리는 롤(71)과 내부로 감는 롤(72)을 사용하며, 가요성 웨브(73)는 드럼(14A)의 원주를 따라서 간헐적 또는 연속적으로 선형 마그네트론 스퍼터링 스테이션을 통과하며, 내부롤(72)에 가요성 웨브를 감아들인다.
상기 연속적인 롤 피복 스퍼터링 장치(70)는 그 자체 또는 웨브에 설치된 기판위에 가요성 웨브(73)에 피복을 형성하기 위하여 사용될 수 있다. 부가하여, 최소한 몇가지 형태의 작용이 가능하다. 예를들면, 상기 장치는 연속적 및 간헐적으로 웨브(7)를 전진시킴에 의해 웨브(73)의 전체 길이에 따르는 시간으로 스퍼터증착 또는 산화물층을 형성할 수 있고 선택된 스퍼터 스테이션 또는 선택된 재료를 증착하기 위한 스퍼터 스테이션의 집단 또는 종전에 증착된 재료를 산화시키기 위하여 작용할 수 있다. 조합필름의 복합층을 형성하기 위하여, 웨브는 다시 감기고 이 과정은 개별층 또는 복합층이 원하는 두께를 얻기위해 요구되는 만큼 되풀이 된다.
둘째로, 상기 장치는 드럼(14A)의 원주를 초과하지 않는 길이에 이르는 시간으로 웨브의 전체 단면을 피복할 수 있다. 이렇게 하기위하여, 상기 웨브는 스퍼터링 스테이션 또는 집단의 스퍼터링 스테이션에 웨브(73)의 요구되는 단면을 나타내도록 지정되며, 그 다음에 스퍼터링 또는 산화작용이 선택된 단면에 달성된다. 그 다음에 상기 웨브는 이들 또는 스퍼터 스테이션의 다른 집단에 다른 단면을 나타내기 위하여 지정된다. 명백히, 상기 방법은 다른 단면 또는 기판 위에 절연층을 포함하여, 다른 층의 형성 또는 증착을 위한 조합의 수가 제한되지 않게 하는데 기여한다.
상기 연속적인 롤/웨브 피복 스퍼터링장치(70)는 산화물과 금속을 포함한 스퍼터 가능한 재료의 단층 또는 복합층 혼합물을 피복하기 위한 전술한 본 마그네트론 스퍼터링 장치의 능력을 확실하게 제공하고 연속적인 롤 피복기술을 넓은 영역으로 확장할 수 있는 능력을 제공한다.
다른 적용에 있어서, 전술한 원통형 스퍼터링 장치에 사용된 롤은 피복기계의 용량을 확장하기위해 구동되는 동안에 플립 또는 회전하는 기판등 설비기구를 결합한다. 상기 가능성은 복합면 지지본체, 예를들어, 삼각형 또는 다른 다각형 횡단면을 갖고 선택된 스퍼터링 스테이션의 전체 원주 또는 면을 나타내기 위해 유성기어장치에 의해 회전되는 본체 또는 분리드럼 또는 스퍼터링 스테이션의 각 저장소에서 기판을 나타내기 위해 180°회전되는 기판에 평행한 저장소를 사용하는 것을 포함한다. 또한, 상기 지지본체는 작용 스테이션에서 기판을 선택적으로 나타내기 위하여 컴퓨터 제어하에서 회전하는 드럼축에 평행한 축의 둘레에 설치할 수 있다.
E. 만곡형 기판상의 가변제어 코팅두께 프로화일
상기 설명과 하기 실시예들에서처럼, 본 발명은 평면 및 만곡형 기판표면에 일정한 피복두께를 제공한다. 더욱이, 피복두께를 정밀하게 제어하는 능력은 램프 반사경과 같은 만곡면 기판표면에 대한 피복두께를 선택적으로 변화시키는 것도 포함된다.
만곡형 반사경 기판에 대한 광학 피복을 포함하는 대부분의 심제적용에 있어서, 막두께는 전구(필라멘트)에서 나오는 빛이 거울표면에 투사될 때의 각에 따라 다층기구의 스펙트럼 반응을 조정하기 위해 반경(중심에서 가장자리까지)방향으로 정밀하게 피복된다. 프로화일은 주어진 스펙트럼 특성에 대하여 반사경의 가장자리 및 중심에서 측정된 두개의 파장비로 정의된다. 이 두 파장비는 E/C비로 불리는 막형상에 대한 장점을 제공한다. 이 비는 막두께 프로화일에 대한 핵심변수의 영향을 연구하고 기질표면에 따라 프로화일을 최적화하는데 사용되어왔다.
이 프로화일 혹은 E/C비에 대한 전형적인 값은 1.05이다. 이것은 막 적층두께는 중심두께보다 가장자리의 두께쪽이 5퍼센트 크도록 만들어져야 한다는 것을 의미한다. 본 발명의 스퍼터링 과정중, 급격한 곡면인 반사경 표면상의 필름두께는 다음의 매개변수들에 의하여 지배된다.
1. 공정 총 압력
2. 목표물의 질량
3. 작업가스의 질량
4. 타깃과 기판과의 거리
5. 기판의 편심
6. 타깃 파워
7. 스퍼터링 조건의 균일성
예를들어, 총 압력을 감소시키면 E/C비도 감소하고, 타깃의 질량을 감소시키면 E/C비는 증가하며, 반사경의 촛점길이를 증가시키면 E/C비도 증가한다.
우리는 통계적 최적 프로그램, XSTAT에 사용하는 과정 매개변수들의 조합에 따른 영향을 연구했다. 이 프로그램은 스퍼터 증착 매개변수에 의한 주어진 막 특성을 위한 예측 방정식을 유도하는데 이용되었다. E/C는 필름 특성중 하나로서 포함되었다. 결과적인 예측 방정식은 다음과 같다.
E/C=(0.6554)TD+(0.25)IGC-(0.91)PWR+(0.006)OXY-(0.008)AR-5.4,
여기서, TD=타깃거리
IGC=이온 건 전류
PWR=타깃파워
OXY=산소유동
AR=아르곤 유동
본 스퍼터링과정 및 제 1 도 내지 제 3 도에 도시된 단일 회전시스템을 이용하면, 상기의 모든 매개변수들은, 선행기술의 랜덤한 변수 및 고유의 비균일성을 벗어나는 정도까지 두께 프로화일을 예측하고 피복할 수 있도록, 고도의 균일성으로 제어될 수 있다. 하기의 예제 1은 예제 2 내지 6이 평면 및 만곡기판상에 균일한 두께로 피복하는 기술을 보여주는 반면 만곡 기판상에 제어된 다양한 두께 프로화일을 제공하는 능력을 설명한다.
F. 회전시스템 작동의 요약
특별한 예를 고려하기에 앞서, 회전 마그네트론 스퍼터링 장치를 작동하는 우리의 현재 양호한 방법에 사용된 일련의 과정을 고찰하는 것이 유익하다. 하기에 설명한 예가 제 1 도 내지 제 3 도에서 도시된 단일 및 이중 회전장치를 사용하여 얻어졌으므로, 작동방법은 이 장치와 네개(혹은 그이상)의 금속 스퍼터링 및 산화/반응 스테이션을 사용하는 이 장치의 수정예에 따른다.
반서경, 튜브, 및 다른 기판들은 드럼의 외주에 장착된다. 그 후 진공용기/챔버는 예를들어 1×10-6토르의 배압으로 하강하고 선택된 속도로 드럼회전이 시작된다.
다음에, 선택된 피복과정동안 사용될 금속 스퍼터링 음극은 아르곤 같은 스퍼터가스를 유입 다기관(37)을 통해 유동시키고 병합된 전원공급원(33)을 통해 음극(31)에 전원을 공급함으로써 시작된다. 증착/(증착과 산화) 피복사이클을 시작하기에 앞서, 음극셔터는 증착을 방지하기위해 폐쇄된 상태이다.
일단 스퍼터 음극의 작동이 시작되면, 이온원 혹은 이온원들(40)의 작동도 시작된다. 설명한 것처럼, 이온원(40)의 작동은 스퍼터원(30)이 작동과 연관된 플라즈마를 이용하여, 스퍼터 음극의 시험작동을 필요로 한다. 산화 모드에서 작동하는 스퍼터원(30)과 같은 어떤 다른 이온원들은 작동을 위한 분리 플라즈마가 필요없지만 스퍼터원의 작동이 안정될 때 까지 이 장치를 작동시키기지 않는 것이 더 좋다. 이온원의 작동은 산소, 다른 필요반응가스, 및 혼합기체의 흡입유동을 유입다기관(57)을 통하여 공급하고 전원공급원(54)을 통해 전원을 공급함으로써 야기된다.
안정된 작동조건, 즉 안정하게 선택된 전원, 가스유동 및 압력등에서 설정된 스퍼터 음극 및 이온원에 따라, 그리고 선택된 증착 및 산화율을 제공하기 위하여 특정한 회전속도로 작동하는 드럼에 따라, 요구되는 증착 및 산화과정은 셔터를 선택적으로 개방함에 의하여 영향을 받는다. 예를들어, 4개의 스퍼터 및 산화 스테이션이 금속 1음극, 이온원 산화기, 금속 2음극 및 이온원 산화기의 순으로 드럼원주상에 위치한다고 가정하면, 다음의 코팅은 관련된 셔터개방과정에 의해 도달될 수 있다.
1. 금속 1증착, 산화, 금속 2증착, 산화→금속 2산화물상의 금속 2산화물
2. 금속 1, 금속 2, 산화→금속1상의 금속 2산화물
3. 금속 1, 산화, 금속 2→금 1산화물상의 금속 2
4. 금속 2, 금속 1, 산화→금속 2상의 금속 1산화물
5. 금속 2, 산화물, 금속 1→금속 2산화물상의 금속 1
6. 금속 1 및 금속 2가 동시(즉, 금속 1음극과 금속 2음극에 대한 셔터가 동시가 개방됨)→금속 1 및 금속 2의 혼합물인 층
7. 금속 1 및 금속 2가 동시, 산화→금속 1과 금속 2의 산화혼합물.
아주 명백하게도, 다층 피복의 실제 무제한인 조합수는 여러가지 재료와 많은 음극을 사용함으로써 달성할 수 있다.
둘이상의 금속 및/혹은 다른 재료의 혼합물을 형성하는 동안, 스퍼터의 셔터는 개방된채로 있고 한가지 재료에 대한 다른 재료의 비는 전원, 압력, 상대적인 유입구 규격 및/혹은 상대적인 음극의 수를 조절함으로써 변화된다는 것을 알아야 한다.
또한, 일반적으로, 특별한 층의 두께, 즉 화합물, 혼합물 또는 불연속 재료등의 두께는 관련된 스퍼터 음극의 셔터가 개방된 시간의 길이에 의하여 결정된다.
상기의 설명과 하기의 예들을 기초로하여, 본 기술분야에서 숙련된 자들은, 다른 조성, 화합물, 합금 및 혼합물의 무제한의 조합수를 유도할 수 있을 것이다. 여기서 혼합물은 단일 및 다층금속과 다른 재료, 그리고 그것들의 산화물, 질화물, 탄화물등의 혼합물이다.
예를들어, 조성재료 및 합금의 막을 형성하는 능력은, 기판평면에 수직방향으로, 연속변화조성의 막들 및 연속변화 광학특성들로 확대된다. 조성 프로화일링은 한개이상의 스퍼터링원에 공급되는 전원은 연속 혹은 주기적으로 변화시키거나 한개이상의 스퍼터링에서 흡입구 혹은 셔텨의 개방을 연속적으로 변화시킴으로써 완성될 수 있다. 3가지 범주의 중요한 장치가 가능하다.
투명하고 반사되지 않는 피복은 기판에서의 기판재료의 굴절지수로부터 외부접촉면에서의 최저 실제값까지 변하는 굴절지수를 갖는 단일막을 포함하여 생성될 수 있다. 그러한 장치는 매우 넓은 피복, 즉 둘 이상의 옥타브폭에 반사되지 않는 효과적인 막을 제공하는데 사용된다.
투명하고 반사되지 않는 코팅은, 일반적으로 금속표면상에 일반적 및 선택적 흡수표면을 제공하도록 사용되는데, 외부접촉면에서 필름조성을 100퍼센트의 어떤 금속성분으로부터 100퍼센트의 어떤투명재료까지 변화시킴으로써 생성될 수 있다.
투명막은 연속적인 주기적 변화프로화일을 가짐으로서 형성될 수 있다. 굴절지수 프로화일은 고정된 주파수의 단일 프로화일 혹은 더 복잡한 주파수 변조 프로화일이 될 수 있다. 그러한 기판의 전형적인 이용은 높은 투과지역에 의해 분리된 한개 이상의 불연속적인 좁은 반사폭을 갖는 매우 폭이 좁은 반사경으로 사용될 수 있다. 그러한 장치의 전형적인 응용은 그것의 투명파장지역에서 그 시스템상에 입사하는 레이저 방사로부터 눈이나 광학시스템 센서의 보호를 위하여 응용될 수 있다.
G. 직렬 이동시스템
제 18 도는 본 발명의 마그네트론 스퍼터링 시스템의 또다른 실시예를 도시한 것인데, 특히 평면기판을 피복하도록 설계된 직렬 이동시스템(80)을 도시한다. 일반적으로, 직렬 이동실시예는 앞에서 설명한 회전시스템과 같은 선행기술과 같은 잇점을 제공한다. 또한 시스템(80)은 매우 크고 평면인 기판을 피복할 수 있는 앞에서 설명한 회전실시예와 같은 잇점도 제공한다. 회전시스템에서, 이러한 큰 기판은 너무 커서 상업적으로는 비실질적인 드런 직경을 필요로 할 것이다. 또한, 직렬이동시스템(80)은, 선행기술인 평면 유리 피복시스템에 관련하여, 선행기술 시스템 규모의 일부인 챔버를 사용하여 일정하게 높은 피복을 제공할 수 있는 잇점을 갖는다.
제 18 도에 도시된 본 발명의 직렬이동 시스템(80)의 실시예는 직렬증착시스템의 전형이며, 모듈의 서브챔버의 사용이 양호하다. 따라서, 시스템(80)은 세개의 기본챔버를 포함한다. 즉, 진공부하 로크챔버(81), 진공처리챔버(82), 그리고 진공비 부하 로크챔버(83)이다. 각 챔버는 별도의 펌프시스템(84)과 별도의 고진공밸브(86)가 장착된다. 처리챔버(82)는 진공로크(87, 88)에 의해 부하 및 비부하챔버로부터 격리될 수 있다. 기판들은 진공폐쇄 혹은 부하 로크챔버(87)의 도어(89)를 통하여 로딩되며, 비부하 로크챔버(83)의 유사한 진공로크(91)를 통하여 언로딩이 이루어진다. 챔버들은, 제 18 도에 단면으로 도시된 전형적으로 수평 및 수직으로 장착될 수 있는 얇고 편평한 박스이다.
순환 콘베이어 벨브(92, 93, 94)와 같은 수단은 기판을 운반하기위하여 챔버들내에 구비된다. 유리창과 같은 기판들은 콘베이어와 다른 챔버사이의 틈을 이을만큼 충분히 크다는 것을 알아야 한다. 부하 로크 콘베이어(92)는 한 지점(95)의 기판을 부하로크(81)로부터 처리챔버(82)에 진입하도록 로크(82)를 통과하여 지점(96)까지 운반하는데 사용된다(기판에 관한 참조번호 95 내지 98은 기판뿐만 아니라 기판위치도 표시한다). 처리챔버 콘베이어(93)는 기판들을 처리스테이션(101 내지 104)을 통과하는 방향(99)으로 유입지점(96)으로부터 지점(97)으로 신속하고 일정하게 운반하고, 처리스테이션을 통과하는 방향(100)으로 지점(96)으로 되돌려보낸다. 비부하 로크콘베이어(88)는 기판들을 진공로크(88)에서 받아서 비부하 로크챔버(83)로 운반한다.
콘베이어는 선택적으로 부하로크 챔버(81) 및 부하로크 챔버(81)에 기판을 이동하는 비부하 로크챔버(83)외부에 위치될 수 있으며, 비부하 로크챔버(83)로부터 기판을 언로딩 할 수 있다.
상기에서 설명된 것처럼, 예시된 처리챔버(87)는, 외부반응 스테이션(101), 중간 또는 내부 스퍼터 스테이션(102, 103)들, 및 외부 반응 스테이션(104)의 순서로 구성되는 4개의 처리 스테이션을 포함한다. 상기에 설명한 여러가지 스퍼터장치 및 이온원 장치들이 이용될 수 있다. 모든 처리 스테이션에는 반응 및 스퍼터링 지역을 격리시키기위한 배플(106)이 제공된다. 반응스테이션(102, 103)은 금속 M1 및 금속 M2와 같은 다양한 재료와 금속들을 스퍼터링하는데 이용될 수 있다. 더욱이, 스퍼터 스테이션(102, 103) 및 반응스테이션(101, 104)은 각각 상기에서 설명된 선형 마그네트론 스퍼터장치(30) 및 역 마그네트론 이온원(40)을 사용한다. 장치(30, 40)들은 길고 좁은 선형증착, 및 좁은 치수 혹은 지역의 폭이 운동방향(99, 100)을 따라 확장되고 지역의 길이가 콘베이어의 길이 및 운동방향을 가로지는 기판치수를 둘러싸는 반응지역을 형성하도록 치수가 정해진다.
시스템(80)의 한층 개선된 실시예는 제 19 도 내지 20 도에 개략적으로 도시된 세개의 변형을 포함하는 본 기술의 일반화에 의해 즉시 보여질 수 있다. 여기서 변형은 세가지에 국한되지는 않는다. 제 1 변형(80A)은, 제 19 도에 도시되는데, 제 18 도의 시스템(80)에서 사용된 단일 상부 뱅크(107)를 대신하는 스퍼터링 및 반응지역의 독립된 상부 및 하부뱅크(107, 108)를 포함하는 처리챔버(82A), 로드챔버(81), 언로드챔버(83)를 포함한다. 제 19 도에 도시된 장치는 기판(96)을 양쪽에 동시에 코팅하거나 연속설치된 두개의 기판을 동시에 한쪽으로 코팅할 수 있도록 한다.
제 20 도는 처리챔버(82)와 언로드 챔버의 기능도 하는 로드로크(81)로 구성되는 또 하나의 다른 실시예(80B)를 도시하고 있다. 이 실시예는 비용 및 공간에 있어 별도의 로드로크와 언로드 로크챔버에 대해 제약을 받지않도록 이용되는 것이다.
제 21 도는 로드로크 챔버(81)과 언로드 로크챔버(83)와 진공로크(109)로 분리되는 두개의 별개의 처리챔버(82, 83)로 구성되는 처리챔버(82B)를 포함하는 제 3 의 다른 실시예(80C)를 도시한다. 이 실시예는 전 시스템의 생산량을 제고시키거나 또는 처리 스테이션(107-107)의 두개의 뱅크에 있어서의 반응간에 아주높은 격리도가 요구되는 데에 사용된다.
직렬 직진이동 시스템의 작동을 도시하기위한 제 18 도의 시스템(80)을 다시보면 처음에 로크나 문(87, 88, 91)이 닫혀지고 또 처리챔버(82)와 언로드챔버(83)가 약 10-6토리첼리의 배경압력으로 펌핑된다. 기판(92)은 로드챔버(81)내로 문(89)을 거쳐 로드챔버(81)안으로 로딩되며 또 로드챔버는 전형적으로 10-6토리첼리의 배경압력으로 펌핑된다. 로크(87)가 열리고 기판이 위치(89)로 처리챔버(82)내로 이동되며 로크(87)가 폐쇄되고 아르곤이 전형적으로 약 2미크론의 압력에서 스퍼터링 마그네트론(102, 103)으로 들어간다. 스퍼터링 마그네트론(102, 103)의 음극에 전원이 공급되고 음극(102)에서의 M1과 음극(103)에서의 금속 M2와 같은 금속이 스퍼터링을 시작하기위해 전원이 공급된다. 마그네트론(102, 103)에서의 셔터는 스퍼터링 상태가 안정될 때 까지 이 기간동안에 폐쇄된다. 산소와 같은 반응물 가스는 이온원(101, 104)에 들어가고 이 이온원은 적합한 바이어스 전압을 가하여 점화된다.
피복을 시작하기위해 마그네트론(102)의 소공을 덮고있는 셔터는 열려지고 기판(96)은 위치(97)로 처리스테이션을 지나서 방향(99)으로 일정한 속도로 이동되며 그리고나서 위치(96)로 반대방향(100)으로 귀환된다. 이동속도와 스퍼터링 변수는 전형적으로 재료의 세개의 원자층이하가 한번에 증착되고 산화물의 약 20옴스트롬이 하나의 전후 싸이클로 증착되도록 조절될 수 있다. 전후 이동 싸이클은 금속 M1의 바람직한 산화물 두께가 기판에 입혀질 때 까지 반복된다. 그 점에서 마그네트론(102)에 대한 셔터는 닫혀진다.
마그네트론(107)을 덮고있는 셔터는 열려지고 상기한 공정은 원하는 두께로 금속 M2 산화물 층이 증착되도록 반복된다. 두가지 금속산화물 증착단계는 원하는 다중층 복합물이 기판상에 입혀질 때 까지 반복된다. 또한 금속 M1과/또는 M2층은 처리 스테이션의 뱅크(107)를 통하여 기판의 연합패스도중에 폐쇄되는 이온원 장치상에 셔터를 유지시킴에 의하여 입혀진다(즉, 금속이 산화되지않고 형성될 수 있다).
원하는 코팅이 형성된 후에 언로드 스테이션(83)의 압력이 피복된 기판(97)은 위치(98)로 언로드 로크챔버(83)내로 이동된다. 로크(88)은 닫혀지고 또 언로드 로크챔버(83)는 대기압까지 상승된다. 그리고 로크(91)는 위치(94)에서의 기판이 언로드 로크챔버로부터 제기될 수 있도록 열려진다.
분명히 직렬이 이동시스템(800)은 로드챔버(81)내로의 새로운 기판의 로딩과 언로드 챔버(83)로부터의 사전에 처리된 기판의 언로딩이 피복공정과 동기화되는 연속모드로 가동될 수도 있다.
H. 실예
다음의 실예는 서로다른 기판 즉, 서로 다른 재료로 형성되고 만곡된 기판을 포함하는 기판상에 다량으로(높은 생산량) 다중층 광학품질의 막을 입히기위한 공정가능성을 예시하고 있다. 다음의 실예에 설명된 막은 제 1 도 내지 제 3 도에 도시된 장치, 특히 이중으로 회전하는 유성기어장치(25)(튜브형이나 원통형 기판)와 단일 회전설치 위치부(15)(썬글라스 렌즈와 램프 반사경과 같은 기판을 위한)로 구성되는 드럼(14)을 사용하여 모두 형성된다. 이 시스템은 48rpm으로 여기에서 회전되는 73.66㎝(29인치) 직경드럼과 격리배플내의 12.7㎝(5인치)폭 소공과 12.7㎝(5인치) 타깃폭을 사용한 것이다. 선형의 마그네트론 음극(31)은 여러가지 재료를 스퍼터 증착하는데 사용되고 또 선형마그네트론 이온원(40)은 증착된 재료를 산화시키기위해 사용되었다.
이 예는 설명된 제품이 다량 요구되나 여하한 제품형태에서도 상당한 일관성을 가지며 또 제품의 기능을 한정하는 다중층 시스템의 광학적 그리고 기계적 특성은 제품의 표면에 있어서 상당한 균일성을 가져야한다. 이러한 제품들을 예로하여 본 발명과 상기한 선행기술간의 소정의 중요한 차이를 강조하는 것은 가치있다.
이러한 기술은 증착과 반응을 위한 뚜렷한 별도의 비접촉부를 이용하고 있는 것이다. 이러한 부분들간의 전체압력은 낮아서 막 두께 조절상의 아크 및 이어서 일어나는 손실이 적어진다.
드럼의 주변에서의 증측과 반응부분은 길고 좁아서 원통형 물체표면의 원주상에 다중 스테이션 설치를 허용하게 한다. 이는 여기서 설명하는 모든 예에 있어서 요구되는 같은 공정 싸이클에 있어서 하나이상의 재료가 증착되어야 한다면 꼭 필요한 것이다.
스테이션 수를 많게하는데 부가하여 증착과 반응부분의 길고좁은 통상적인 형상은 결과적으로 생산량이 많아지도록 다량의 개별적인 기판과 큰 기판부분의 사용을 허용하는데, 그 이유는 증착부분과 다수의 반응부분이 회전하는 기판 캐리어의 원주둘레에 위치될 수 있고 또 물체표면 둘레에 위치된 모든 기판들이 같은 재료용제와 플라즈마 상태에 노출되기 때문이다. 이는 제품형태내에서의 균일성을 위해 중요한 서로 다른 기판상의 필름두께를 매우 양호하게 조절할 수 있게 해준다.
증착영역과 기판 캐리어 사이의 배플링에 대한 정확성에 대한 공차는 기판의 피복을 허용하므로 이러한 정확한 배플링은 실용적이 아니다. 예를들어서 이는 렌즈와 튜브의 피복을 허용하게 된다.
1. 곡면유리 "냉간 거울(M156 ＆ M13, 25)
제 1 도 내지 제 3 도에 도시된 시스템은 표 1의 공정을 이용하여 제 17 도의 유리 램프반사 기판(75)의 오목한 내부표면(76)상의 이산화티타늄과 이산화규소의 교호되는 층으로 구성되는 반사하는 다중층 산화물 피복을 이루기위해 단일 회전모드로 사용되었다. 제 1 도의 기판위치(15B)를 참고하라. 효율적으로 큰 증착율로 정밀제어된 균질성을 갖는 두가지 재료로 깊은 디쉬 반사표면(76)을 코팅하였다. 이 코팅들은 21개의 층으로 구성된다.
Figure kpo00001
여기서, L=이산화규소이고 H=이산화티타늄이며 각각 627㎚와 459㎚의 QWOT(4분의 1 파장옵티컬 두께)에 중심을 둔 두개의 스택(H/2 L H/2)2이다.
상기의 공업표준에 있어서, 각 (H/2 L H/2)5는 순서대로 이산화티타늄(H/2)의 반 QWOT 이산화규소(L)의 QWOT층과 이산화티타늄(H/2)의 또 하나의 반 QWOT층으로 구성되는 층 순서의 5중 반복을 나타낸다. 각각 막 중심과 중간과 가장자리에서의 파장의 기능으로서의 퍼센트 트랜스미턴스 곡선에 대한 곡선(80, 81, 82)에 의하여 나타나는 바와같이 제 11 도를 참조해보면 피복은 원하는 E/C율 1.05를 갖게되고 또 그렇지않으면 적외선 에너지 즉, 약 700㎚이상의 파장을 갖는 광선을 보내는 스펙트럴 성능 설계를 달성하고, 한편 전구광선원의 색변경없이 가시 에너지를 반사한다.
[표 1]
Figure kpo00002
2. 유리 안경 렌즈
상기에 설명되고 제 1 도 내지 제 3 도에 도시된 장치가 표 2의 공정변수를 사용하여 볼록 유리렌즈상에 탄탈륨 펜톡사이드와 실리콘 디옥사이드의 교호되는 층으로 구성되는 26개층 광학품질코팅을 이루도록 단일회전 모드로 사용되었다. 제 12 도의 퍼센트 반사율 곡선(83)과 제 12 도의 퍼센트 투과율 곡선(84)에 의해 나타난 바와같이, 피복은 MIL-C-675의 표준 이레이저 러브마모저항 시험으로 특징된 리젝숀 밴드와 아주 높은 막 내구성과 그리고 눈으로부터 해로운 적외선을 필터링하기위한 근적외선에 리젝숀밴드와 눈으로부터 해로운 적외선을 필터링하기위한 근 적외선의 리젝션밴들를 주기위한 스팩트럼 성능 설계목표를 달성하였다. 막의 눈보호 특징에 부가하여 가시광선은 가시광선 투과율에 그다지 영향을 주지않고 서로 다른 코즈메틱 칼러링을 달성하도록 피복디자인(층두께)에 의하여 대략적인 400 내지 700㎚ 범위에 걸쳐 선택적으로 여과된다. 이 디자인은 엄밀한 칼러 재현조건에 맞도록 구성층의 광학적 두께의 엄밀한 조절을 요한다. 본 발명으로 만든 제품은 종래 기술의 방법으로 만든 제품보다 배이상 균일하게 된다.
[표 2]
Figure kpo00003
3. 플라스틱 안경렌즈
제 1 도 내지 3 도에 도시된 장치는 자외선에서의 라젠숀밴드 뿐만아니라 해로운 적외선을 눈으로부터 여과하는 경우 근적외선에서 리젝숀밴드를 갖는 실시예 2에 서술된것과 같이 26층 푸른필터막을 증착시키기위해 단식회전방식으로 표 3의 공정에 따라 사용되었다. 그러나 이 경우에 기판은 안경렌즈가 아니라 플라스틱 선글라스 렌즈였다. 퍼센트 반사율곡선(86) 및 서센트 반사율곡선(87)(예컨대, 제 13 도)에 도시하고 있듯이, 박막코팅은 실시예 2번에서 설명된 광학적 설계목적 및 실시예 2의 부가적인 목적 그리고 공정온도가 약 55℃ 정도로 매우 낮기 때문에 플라스틱을 녹이거나 혹은 무르게 함이 없이 플라스틱 위의 피복에 대한 부가적인 목적을 달성한다. 이 설명된 능력은 예켠대, 플라스틱 기판위에 다층이고, 오래 견디며 광학적으로 투명한 코팅의 형성은 전통적으로 어려운일이없는 공지된 진공코팅공정과 현저한 대조를 이룬다. 또한, 이러한 박막코팅은 습도노출(MIL-M-13508) 및 스냅테이프 부착시험(MIL-C-675)을 통과했다.
[표 3]
Figure kpo00004
4. 플라스틱의 반사방지코팅
제 1 도 내지 제 3 도에 도시된 장치는 대략적으로 55℃의 공정온도를 사용하여 평탄부 및 볼록하게 만곡된 플라스틱 기판위에 Ta2O5및 SiO2의 교번층을 이루는 4층 광학막을 형성하기 위하여 표 4에 나타낸 공정에 따라 단식회전방식으로 작동되었다. 막은 다음 4개의 층들로 구성되었다.
기판│(HLHL)│대기
상기에서 L=SiO2이며 H=Ta2O5이고, QWOT HLHL은 각각 117㎚, 172㎚, 1096㎚, 및 520㎚로 중심에 있다. 반사율곡선(제 14 도 참조)에 나타내고 있듯이, 이 막은 플라스틱을 녹이거나 혹은 무르게함이없이 그리고 반복성을 가지고 가시광선 파장스펙트럼에 걸쳐 매우 낮은 반사율을 제공하고 그리고 매우 얇은(100㎚ 두께)층을 부착하는 설계목적을 만족시킨다.
[표 4]
Figure kpo00005
5. 노란 헤드램프 필터피복
또한, 제 1 도 내지 제 3 도에 도시된 장치는 이중회전방식 및 표 5의 공정을 사용하여 할로겐 헤드램프의 석영피막 위에 14층막을 피복시키는데 사용되었다. 이 막은 세가지 재료들을 혼합하고, 다양한 재료들의 정확한 색상배합을 요구하고, 그리고 막의 성분을 이루는 두꺼운 1/4 파장층의 정확한 조절을 필요로 한다. 따라서, 이 막의 설계는 달성하기에 어려운 것이다. 이 특정한 막의 설계는 다음과 같았다;
기판 | Fe2O3(H)(LH)6| 대기
상기에서 L=SiO2이며 H=Ta2O5이고, QWOT Fe2O3, H 및 (LH)은 각각 14㎚, 10㎚ 및 430㎚로 중심이 있다. 이 막은 석영피막위에 Fe2O3(H)(LH)6설계의 다층 청색 필터를 재생할 수 있게 피복시킬 수 있는 능력을 설명했다. 여기에서 Fe2O3는 선택 흡광체로써 사용되었다. 이러한 막의 스팩트럼 성능이 제 15 도에 도시되어 있다. 곡선(91)은 Fe2O3흡광체층이 사용될때 퍼센트 투과율을 도시하고 ; 곡선(92)는 Fe2O3층이 없을때의 성능을 나타낸다. 제 15 도는 다층 청색필터 및 Fe2O3선택 흡광체의 결합은 대략적으로 500 내지 600㎚의 범위에 걸치어 노란빛은 투과하고 약 450㎚에서 푸른빛의 투과를 가로막고, 그리고 높은 각 반사 및 그 결과로서 일어나는 유리피막을 통한 투과와 관련된 특정적인 푸른 코로나를 제거한다는 것을 설명한다.
[표 5]
Figure kpo00006
6. 얇은 열간 거울코팅(Thin Hot Mirror Coatings)
제 1 도 내지 제 3 도에 도시된 장치는 적외선(IR) 방사에너지 가열램프에 사용된 관형석영램프 봉입체 위에 14층 피막을 형성하기위해 이중 회전방식으로 작동되었다. 이 피복은 "얇은 열간거울"이라고 칭하는데 그 이유는 내부 텅스텐 할로겐 필라멘트에 의해 방출된 적외선 에너지를 반사하는 동안에 가시광선 에너지를 투과하도록 설계되었기 때문이다.
이 피복은 램프전력 감소로 이끄는데, 그 이유는 적외선에너지는 기하학적으로 램프 필라멘트위에 입사하기 때문이다. 이 에너지는 필라멘트를 가열하는데 사용되었고, 이에 의해 램프를 작동하기에 필요한 전력의 양을 감소시킨다. 이 특정한 막의 설계는 다음과 같았다 :
기판 | (L/2H L/2)5| 대기
λ=900㎚
상기에서 L=SiO2이고 H=Ta2O5이며 QWOT는 900㎚로 중심에 있다. 이러한 막의 스펙트럼 성능은 제 16 도에 도시되어 있다. 곡선(93)은 파장의 함수로써 퍼센트 투과율을 나타내고, 열간 거울막 혹은 피복이 대략적으로 400 내지 750㎚의 범위에 걸치어 가시광선을 투과하며 다시 필라멘트에 대해 약 750㎚ 내지 1100㎚ 범위에 걸치어 IR 에너지를 반사한다는 것을 나타낸다.
[표 6]
Figure kpo00007
상기에 설명된 본 발명의 양호한 실시예와 다른 실시예는 첨부된 특허청구의 범위의 영역내에서 벗어남이 없이 수정하고 확장하여도 본 기술 분야에 숙달된 자들은 명백하게 이해할 수 있을 것이다.

Claims (28)

  1. 진공챔버 ; 물리적으로 이격된 제1 및 제 2 작업스테이션을 통과하는 기판을 장착하기위해 채용하고 상기 진공챔버상에 설치되고 가동성 기판 캐리어 ; 상기의 제 1 작업스테에션에 위치하고 선택된 물질의 타킷을 포함하고 제 1 작업스테이션을 횡단하는 상기 기판에 물질을 스퍼터 증착시키기위해 물리적으로 이격된 제 2 작업 스테이션을 포함하는 챔버의 연장된 지역을 통해 상기 작업 스테이션에 인접하고 관련된 플라즈마를 발생시키기위한 수단을 포함하는 선형 마그네트론 스퍼터 반응장치 ; 반응 기체의 이온들로 구성되는 제 2 플라즈마 기판 캐리어에 인접한 비교적 폭이 좁은 영역을 따라 형성하기위해 반응 기체를 적용하고 상기 스퍼터장치와 관련된 상기 플라즈마로부터 전자를 사용하기 위해 채용되고 상기 제 2 작업스테이션에 위치하고 스퍼터 증착물질과 더불어 선택된 반응을 수행하기위해 기판에 대해 반응성 이온을 가속시키는 상기 스퍼터장치와 상기 오온원과 상기 플라즈마 사이의 직접 전위를 적용하기위한 수단을 구비한 이온원 장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 스퍼터 피복장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 기판 캐리어는 원통형이고, 제1 및 제 2 작업스테이션을 통과하는 기판을 회전 이동시키고, 상기 선택된 반응은 캐리어의 원주의 절반보다 작게 이루어진 캐리어의 주변영역을 따라 발생하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 피복장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 스퍼터장치 및 이온원장치가 원통형 캐리어 외부에 위치하는 것을 특징으로 하는 하는 스퍼터 피복장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 스퍼터장치 및 이온원장치가 원통형 캐리어 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 하는 스퍼터 피복장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 선택된 기판 또는 이들의 표면 단편을 회전가능하게 지지하기 위해 상기 원통형 캐리어의 외주에 회전가능하게 장착된 기판 캐리어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 스퍼터 피복장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 회전가능한 장착수단들이 원통형 캐리어의 회전과 연결되어 회전하는 유성기어장치로 구성된 것을 특징으로 하는 스퍼터 피복장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 기판 캐리어가 편평하고, 상기 이동이 선형인 것을 특징으로 하는 스퍼터 피복장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 기판 캐리어가 가요성 웨브이고, 회전할 수 있는 드럼 ; 상기 드럼의 외주에 관하여 회전할 수 있는 웨브를 연속적으로 또는 간헐적으로 횡단하도록 채용된 권취 및 공급 롤수단 ; 및 상기 웨브 또는 그위에 장착된 기판상에 제 1 물질을 형성하기 위하여 드럼의 외주에 위치해있는 선형 마그네트론 스퍼터장치 및 이온원 장치로 구성된 것을 특징으로 하는 스퍼터 피복장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서, 이온원장치가 선형 마그네트론 장치인 것을 특징으로 하는 스퍼터 피복장치.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서, 이온원장치가 이온건인 것을 특징으로 하는 스퍼터 피복장치.
  11. 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서, 이온원장치가 상기 선택된 물질을 산화물, 질화물, 수화물 또는 탄소함유합금 또는 화합물중의 적어도 어느 하나로 적어도 부분적으로 전환시키기 위해 선택된 반응성 대기의 유입을 위해 채용되어 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터 피복장치.
  12. 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서, 이온원장치가 상기 선택된 물질을 산화시키기위해 채용된 것을 특징으로 하는 스퍼터 피복장치.
  13. 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서, 하나의 물질을 연속적으로 또는 동시에 스퍼터 증착시키기위한 다수의 스퍼터장치들로 구성된 것을 특징으로 하는 스퍼터 피복장치.
  14. 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서, 선택된 반응 기체와 스퍼터 증착된 물질을 반응시키기 위해 다수의 이온원장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 피복장치.
  15. 기판에 선택된 물질을 스퍼터 증착시키기위해 기판 캐리어에 인접하여 위치한 적어도 하나의 마그네트론-스퍼터 음극장치 및 그안에 가동 기판 캐리어를 갖는 진공챔버를 제공하는 단계 ; 선택된 물질과 선택된 반응을 제공하기위해 기판 캐리어에 인접하게 위치한 하나의 이온원 음극장치를 제공하는 단계 ; 챔버내에서 진공을 유지하는 단계 ; 장치들이 통과하는 캐리어를 이동하는 단계 ; 기판위에 선택된 물질의 층을 증착시키기 위해 스퍼터 음극장치를 선택적으로 작동하는 단계 ; 캐리어의 한번 통과 동안에 선택된 반응을 완성시키기위해 스퍼터 음극장치와 연결된 이온원 음극장치를 선택적으로 작동시키는 단계로 이루어지는 기판에 단일층막 및 다층 복합막을 형성하기위한 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 기판 캐리어가 스퍼터 음극장치 및 이온원 음극을 지나서 기판 횡단시키기위해 캐리어 주변을 따라 기판을 지지하는 회전하는 원통형 캐리어이고, 선택된 반응은 캐리어의 주변의 절반보다 작은 거리로 구성되는 캐리어의 마찰주변 표면지역을 따라 발생하고, 선택된 반응은 상기 마찰거리를 통해 상기 기판의 이동과 정동안에 완성되는 것을 특징으로 하는 기판에 단일층막 및 다층 복합막을 형성하기 위한 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 작업스테이션에 대해 선택된 기판 또는 이들의 표면 단면 회전가능하게 지지하기 위해 상기 원통형 캐리어의 주변에 회전가능하게 장착된 기판 캐리어 수단들로 구성되는 것을 특징으로 하는 기판에 단일층막 및 다층 복합막을 형성하기위한 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 회전가능한 장착수단들이 원통형 캐리어의 회전과 관련하여 회전할 수 있는 유성기어장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 기판에 단일층막 및 다층 복합막을 형성하기위한 방법.
  19. 제 15 항에 있어서, 기판 캐리어가 편평하고, 이동이 선형인 것을 특징으로 하는 기판에 단일층막 및 다층 복합막을 형성하기위한 방법.
  20. 제 15 항에 있어서, 기판위에 선택된 물질의 증착층을 스퍼터시키기 위해 스퍼터 음극장치를 작동시키고, 그다음 연속층의 스퍼터 증착전에 하나의 선택된 층과 반응시키기위해 이온원 음극장치를 선택적으로 연속하여 작동하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 기판에 단일층막 및 다층 복합막을 형성하기위한 방법.
  21. 제 15 항에 있어서, 다수의 이온원 음극장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 기판에 단일층막 및 다층복합막을 형성하기위한 방법.
  22. 제 15 항에 있어서, 다수의 스퍼터 장치로 구성된 것을 특징으로 하는 기판에 단일층막 및 다층 복합막을 형성하기위한 방법.
  23. 제 21 항에 있어서, 다수의 이온원 음극장치로 구성된 것을 특징으로 하는 기판에 단일층막 및 다층 복합막을 형성하기위한 방법.
  24. 제 15 항 내지 제 23 항중 어느 한 항에 있어서, 다수의 층으로 구성되는 복합피복을 형성하기위해 스퍼터 음극 및 이온원 음극장치를 선택적 및 연속적으로 작동하는 단계로 구성되고, 각각의 상기층의 조성물은 제 1 금속, 제 2 금속, 제 1 금속의 산화물, 제 2 금속의 산화물, 제 1 및 제 2 금속의 혼합물 및 제 1 및 제 2 금속의 혼합물의 산화물중 어느 하나로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 기판에 단일층막 및 다층 복합막을 형성하기위한 방법.
  25. 제 15 항 내지 제 23 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판에 선택된 물질의 증착층들을 스퍼터시키기 위해 스퍼터 음극장치중의 선택된 어느 하나를 선택적으로 작동시키고, 다음의 연속 층의 증착을 스퍼터시키기전에 하나의 선택된 층들과 더불어 선택된 반응을 수행하기위해 거기에 선택된 반응기체를 공급하면서 선택된 하나의 이온원 음극장치를 선택적으로 작동하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 기판에 단일층막 및 다층 복합막을 형성하기위한 방법.
  26. 제 15 항 내지 제 23 항중 어느 한 항에 있어서, 선택된 반응은 선택된 층을 산화물, 질화물, 수화물, 황화물 또는 탄소함유화합물 또는 혼합물중의 어느 하나로 전환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판에 단일층막 및 다층 복합막을 형성하기위한 방법.
  27. 제 15 항 내지 23 항중 어느 한 항에 있어서, 선택된 반응이 산화반응인 것을 특징으로 하는 기판에 단일층막 및 다층 복합막을 형성하기위한 방법.
  28. 제 16 항에 있어서, 선형 마그네트론 스퍼터 음극장치가 비교적 신장된 높이 및 비교적 폭이 좁은 관련된 스퍼터링 영역을 갖고, 선형 마크네트론 이온원 음극장치가 캐리어의 원주의 절반보다 작은 캐리어의 마찰 원주영역을 따라 증착된 피복과 선택된 반응을 제공하기위해 비교적 신장된 높이 및 비교적 폭이 좁은 관련된 반응영역을 갖고, 회전하는 기판 위에 선택된 물질의 하나의 층을 증착시키기위해 스퍼터링 음극장치를 선택적으로 작동하는 원통형 기판 캐리어를 회전시키고, 마찰 원주지역을 통해 기판의 한번 횡단하는 동안에 선택된 반응을 수행하고 완성시키기 위해 이온원 음극장치를 선택적으로 작동하는 단계를 구비하고 오목한 기판위에 중심으로부터 기판의 모서리의 방향으로 선택된 다양한 두께의 프로화일의 단일층막 및 다층 복합막을 형성하도록 작동되는 것을 특징으로 기판에 단일층막 및 다층 복합막을 형성하도록 채용된 것을 특징으로 하는 기판에 단일층막 및 다층 복합막을 형성하기위한 방법.
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