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KR100228534B1 - 음극스퍼터링을 이용한 플라즈마 발생장치 - Google Patents

음극스퍼터링을 이용한 플라즈마 발생장치 Download PDF

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Abstract

이 발명은 음극 스퍼터링을 이용한 플라즈마 발생 장치에 관한 것이다. 이 장치는 마그네트론과 차폐 금속판을 구비한 타겟으로 구성된다. 이러한 차폐 금속판은 도일 중심축을 갖는 두 개의 코일로 감기는데, 그 하나의 코일은 dc전력원에 접속되고 다른 하나의 코일은 고주파 소스에 각각 접속된다. 이러한 두 코일들의 필드를 조절하여 헬리콘 또는 휘슬러 파를 얻는다.

Description

음극스퍼터링을 이용한 플라즈마 발생장치
제1도는 마그네트론 음극과 코일 안테나를 구비한 플라즈마 챔버를 도시한 도면.
제2도는 제1도의 마그네트론 음극과 코일 안테나를 도시한 투시도.
제3도는 제1고주파 코일장치를 도시한 도면.
제4도는 제2고주파 코일장치를 도시한 도면.
제5도는 제3고주파 코일장치를 도시한 도면이다.
본 발명은 음극 스퍼터링을 이용한 플라즈마 발생 장치에 관한 것이다. 여러 기술 분야에서 얇은 막을 기판위에 입히는 기술이 요구된다. 예를 들면, 특수한 성질을 부여하기 위하여 창 유리가 코팅되고 희귀성이 적은 금속으로 이루어진 시계 케이스가 귀금속의 막으로 코팅된다.
기판 위에 박막을 입히기 위해 여러 공정들이 이미 제안되었는데, 그 중에서 단지 전기 도금 및 플라즈마 코팅만이 언급될 것이다. 플라즈마를 이용한 코팅은 최근에 그 중요성이 점차 증가되어 왔는데, 그 이유는 코팅재료로 다수의 재료를 이용할 수 있기 때문이다.
코팅에 적합한 플라즈마를 발생시키기 위하여, 여러 공정들이 이미 제안되었다. 이러한 공정들 중에서 음극 스퍼터링 방법이 높은 코팅율 때문에 관심이 집중되고 있다.
고밀도의 플라즈마 생성을 위한 공지의 장치로서, 외부 자장 발생기를 통하여 도달되는 자장에 따라 13.56㎒파를 방전 불륨내로 전송하는 고주파 발생기가 사용된다(미합중국 특허 4,990,229). 이러한 장치의 보조물로서, 플라즈마 활성화를 가속시키기 위해 헬리콘 휘슬러(helicon whistler)파가 플라즈마 볼륨내에서 여기된다. 휘슬러파에 대한 특별한 웨이브 모드를 여기시키기 위하여, 특별한 안테나 구조들이 제공된다. 13.56㎒의 여기 주파수에서 휘슬러 파의 여기를 위한 안테나는 휘슬러 파가 m = 0와 m = 1인 모드로 여기될 수 있도록 설치된다.
하지만 이러한 장치의 단점은 고밀도로 활성화 및 이온화된 플라즈마를 생성시킬 수 있는 반면, 스퍼터 코팅을 실행할 수 없다는 것이다.
더구나, 스퍼터 장치는 4개의 윈딩(winding)을 구비한 고주파 여기 코일로 구성되고, 디스크형 타겟과 통상의 DC 다이오드 장치에서의 기판 홀드사이에 설치되어 있다(마쓰오 야마시타: "Effect of magnentic field on plasma characteristics of built-in high-freguency coil type sputtering apparatus", J. Vac. SCi. Techol. A7(4), July/August 1989, p.2752-2757). 플라즈마 영역을 관통하는 정자계에 더하여 고주파 여기 코일의 축은 수직으로 확장된다. 그러나, 이러한 스퍼터 장치로는 휘슬러 파를 발생시킬 수 없다.
본 발명의 목적은 고주파를 구비한 마그네트론 음극의 플라즈마 볼륨의 휘슬러 파를 형성시킬 수 있는 음극 스퍼터링을 이용한 플라즈마 발생장치를 제공하는데 있다.
이 과제는 특허청구범위 제1항의 특징에 따라 해결된다.
이 발명으로 얻어지는 특별한 장점은 증가된 볼륨 효과에 기인하여 종래 장치에 비하여 이온화의 정도를 훨씬 더 증가시킬 수 있다는 점이다. 플라즈마내의 휘슬러 파의 여기를 통하여 플라즈마는 특히 효과적으로 이온화된다. "휘슬러 파"의 여기가 없을 지라도, 다시말해 평범한 여기(excitation)로도 웨이브 커플링(wave coupling)이 일어나지 않는 장치에서 보다 더 높은 플라즈마의 이온화를 꾀할 수 있다. 이 발명을 통하여 고밀도 플라즈마와 스퍼터링 코팅이 결합된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 서명하면 다음과 같다.
제1도는 하우징(2)에 의해 둘러싸인 플라즈마 챔버(1)의 일부분을 도시한 것이다. 기판(3)은 하우징(2)의 하부에 배치된 회전 테이블(4) 상에 놓여 있다. 식각되거나 코팅되어질 기판(3) 위에는 음극전조(10), 3개의 영구자석(6, 7, 8), 및 요크(9)가 차례로 형성된 마그네트론 음극(5)이 제공된다. 음극전조(10)는 절연체(11, 12)위에 놓여지고, 실링(13, 14)으로 고정된다. 이들 절연체(11,12)들은 하우징(2)의 상측에 끼워 진다. 음극전조(10)는 dc전력원(15)의 음극에 연결되고, 전력원의 양극은 하우징 세시(2)에 연결된다. dc전력원(15)은 또한 고주파 공급기(16)에 제공될 수도 있다. 음극전조(10) 하부에는 타겟(17)이 설치되고, 이곳을 통하여 영구자석(6, 7, 8)의 자계라인(18, 19)이 통과된다. 타겟(17)의 양측에는 L형의 쉴딩(20, 21)이 설치된다.
쉴딩(20, 21)의 수직영역(22,23) 주위에는 코일(24)이 감겨있고, 코일(24)은 dc 전원(25)에 연결된다. 코일(24)은 플라즈마 볼륨내에 부수적인 자계의 생성을 위한 코일로서, 바람직하게는 dc 전류로 동작된다. 수직영역(22, 23)과 면하여 절연체(26, 27)가 제공되고, 절연체의 홈내에 형성된 다른 코일(28)은 고주파 소스(29)에 접속된다.
절연체(26, 27)는 쉴딩(20, 21) 뒤의 수평영역(30, 31)에 의해 그 하측이 닫힌다. 쉴딩(20, 21)의 이 부분은 전기적으로 절연되고 접지되거나 다른 소망의 전기적 전위와 연결될 수도 있다. 이것은 장치의 에노드를 나타냄과 동시에 분포도로서 이용될 수 있다. 코일(28)과 면하여는 안테나의 기능을 갖으며, 유리 또는 금속과 같은 절연성 물질로 구성되는 커버 플레이트(cover plate)(32, 33)가 설치된다. 금속의 커버 플레이트인 경우에는 절연될 수 있도록 설치되고, 전기적으로 부유(floating)되거나 소망의 전압으로 외부에서 영향을 줄 수도 있다. 안테나 코일(28)을 이용하여 고주파 소스(29)는 플라즈마 볼륨내에 휘슬러 파를 형성할 수 있는 전자계파를 발생한다. 코일(24)의 필드와 다른 코일(28)의 전자계파를 이용하여 플라즈마 내에 헬리콘(helicon) 모드가 여기된다.
제2도는 쉴딩(20, 21)과 두 개의 코일(24, 28)을 구비한 마그네트론 음극(5)을 도시한 것으로서, 전류로 발생되는 자계가 타겟(17)에 수직으로 생성될 수 있도록 설치되거나 쉴딩(20, 21)내에 둘러싸여 지는 코일들(24, 28)을 보다 명확히 나타낸 것이다. 기판(3)과 회전 플레이트(4)는 제2도에서 제외된다. 실제적으로 공급원(25, 29)들을 제1도에 도시된 바와 같이, 하우징(2)의 바깥쪽에 위치하지만 하우징(2) 내에 도시되어 있다.
고주파 코일(28)의 보다 상세한 모양이 제3도∼제5도에 도시되어 있다.
제3도에서, 코일(28)은 시계 방향으로 감겨 있고, 그 일측단은 세시 또는 접지에 연결되며, 타측단(36)은 주파수 공급원(29)에 접속된다.
제4도에 의한 코일 형상에서, 코일(28)의 양단(35, 36)은 접지 또는 세시에 연결되고, 고주파 공급원(29)은 코일(28)의 중앙에 연결된다.
제5도에서, 코일(28)은 두 개의 반(半)(40, 41)으로 나뉘고, 이들의 감기는 방향은 서로 반대이다. 이들은 절연체의 홈내에 서로 소정거리 이격되어 끼워진다. 두 개의 반중 하나(40)는 절연체 영역(26) 내에, 다른 하나(41)는 다른 절연체 영역(27)의 홈내에 설치된다. 각각 반으로 나뉘어진 코일(40, 41)은 이들의 자장이 타겟(17)의 표면에 평행으로 확장되는 방향으로 감겨진다. 도면에서 d는 홈의 폭을, a는 나누어진 코일(40, 41)간의 거리를 각각 나타낸다.

Claims (12)

  1. 플라즈마 챔버(1)와, 전원장치(15, 16)에 접속된 음극전조(10)에 연결된 플라즈마 챔버(1)내의 타겟(17)과, 자장(18, 19)이 상기 타겟(17)으로부터 방출되고 다시 타겟으로 들어가는 마그네트론(5)과, 상기 타겟(17) 표면과 수직으로 확장되고 적어도 타켓(17)의 양측에 형성되는 쉴딩 금속판들(22, 23)로 구성되는 음극스퍼링을 이용한 플라즈마 발생 장치에 있어서, 상기 쉴딩 금속판들(22, 23) 주위를 감고 dc 전압원(25)에 접속된 제1코일(24), 및 상기 제1코일(24)과 소정간격을 두고 설치되고 소정의 ㎒범위내에서 동작되는 고주파 소스(29)에 접속된 제2코일(28)이 제공되어짐을 특징으로 하는 음극 스퍼터링을 이용한 플라즈마 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 코일(24, 28)간의 거리가 상기 쉴딩 금속판(22, 23)과 절연체(26, 27)에 의해 설정되어 지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 쉴딩 금속판(22, 23)들을 L형으로 구성되며 짧은 축이 플라즈마 볼륨(1)안쪽으로 구부러지고, 전기적으로 절연되며 소정의 전위와 접속됨을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2 코일(28)은 공동(hollw) 튜브로서 형성되고 냉각 수단이 이 튜브를 통하여 흐르도록 형성함을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 절연체들(26, 27)은 제2 코일이 뀌워지도록 그들의 내부 안쪽 측면으로 홈(groove)들이 형성됨을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 코일(28)은 타겟(17)과 기판(3)사이의 볼륨쪽으로 전기적 절연체(32, 33)에 의해 차폐됨을 특징으로 하는 플라지마 발생 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제2 코일(28)은 타겟(17)과 기판(3)사이의 볼륨쪽으로 전연을 위해 매달린 비자성 금속 플레이트에 의해 차폐되고, 소정의 전위에 접속됨을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제2 코일(28)의 일측단(36)은 고주파 소스(29)에 접속되고, 그 타측단은 세시 또는 접지에 접속됨을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제2 코일(28)의 양 끝단(35, 36)이 세시 또는 접지에 접속되거나, 코일의 중앙부에 고주파 소스(29)가 접속됨을 특징으로 하는 플라지마 발생 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제2 코일(28)은 반씩 두 개로 나뉘어 그 하나는 시계 방향으로 감기고 다른 하나는 기계 반대 방향으로 감기는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제1 코일에 의해 발생되는 dc 자계가 약 500가우스 정도의 세기를 가짐을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 고주파 소스(29)는 13.56㎒의 주파수에 동작됨을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
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