KR100776888B1 - 비정질 탄소막의 성막방법 - Google Patents

비정질 탄소막의 성막방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원을 2개 이상, 또는 비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원 및 자장 인가식 아크 방전 증발원을 각각 1개 이상 준비하는 단계; 및 상기 증발원 중 1개 이상의 비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원의 스퍼터링 타겟재로서 고체 탄소를 사용함으로써, 분위기를 스퍼터링용 불활성 기체와 탄소 함유 기체의 혼합 기체의 분위기로 전환시키는 단계를 갖는 비정질 탄소막의 성막방법에 관한 것이다. 이 방법에서, 증발원 각각의 자장을 상기 각각의 증발원에 인접한 증발원의 자장과 극성이 상반되게 하고, 펄스 전위를 50 내지 400kHz 범위의 주파수로 각각의 비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원에 부여한다.

Description

비정질 탄소막의 성막방법{METHOD FOR FORMING AMORPHOUS CARBON FILM}
본 발명의 실시양태는 하기 도면에 기초하여 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시양태{실시예 1(A)}에 따른 비정질 탄소막의 성막방법을 수행하기 위한 장치의 예를 나타내는 개략도이다.
도 2는 비교예에 따른 비정질 탄소막의 성막방법을 수행하기 위한 장치의 예를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시양태(실시예 3)에 따른 비정질 탄소막의 성막방법을 수행하기 위한 장치의 예를 나타내는 개략도이다.
도 4는 비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원을 사용하는 성막장치의 예를 나타내는 개략도이다.
도 5는 펄스 전위가 타겟에 부여될 때의 펄스 전위의 순환 파형을 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1, 3, 4, 4A, 6, 6A, 7, 9, 10A, 12A: 자기부
2, 5, 8: 자기
T1, T2, T3: 스퍼터링 타겟
본 발명은 비정질 탄소막의 성막방법에 관한 것이고, 구체적으로는 기계 부품의 미끄럼부(sliding part) 등에 사용되는 비정질 탄소막의 성막방법에 관한 것이다.
비정질 탄소막(이하, DLC 막이라 칭하기도 함)은 고경도 및 평활면을 갖고 자기-윤활성을 나타내기 때문에, 기계 부품에 사용되고, 근래에는 비철 금속 도구의 건식 절삭용으로 사용되고 있다.
일반적으로, DLC 막의 성막(막 증착)방법은 플라즈마 CVD 방법에 의해 탄소 함유 기체(메테인, 에틸렌, 벤젠 등)의 기체성 물질로부터 막 증착을 실시하는 방법 및 고체 탄소 공급원을 사용하여 스퍼터링 또는 아크 방법에 의해 막 증착을 실시하는 방법으로 크게 분류된다.
후자의 방법에 있어서는, 고체 탄소 공급원이 낮은 스퍼터링 속도를 가지기 때문에 증착속도가 낮다는 문제점이 있고, 따라서 이 방법은 증착속도를 향상시켜야 하는 과제에 직면해 있다. 따라서, 고체 탄소 공급원뿐만 아니라 탄소 함유 탄화수소 기체를 스퍼터링에 의한 막 증착시에 챔버내로 도입하여 플라즈마의 작용에 의해 탄화수소 기체를 직접 이온화시킴으로써 증착속도를 상승시키는 방법이 시도 되어 왔다(일본 특허공개 제2003-247060호 참조). 그러나, 증착속도의 향상은 여전히 불충분한 것으로 밝혀졌기 때문에, 증착속도를 더욱 개선시킬 것이 요구되고 있다.
본 발명은 이러한 상황하에서 이루어진 것으로, 그 목적은 비정질 탄소막의 증착속도를 향상시켜 고속으로 비정질 탄소막의 증착을 실시하는 비정질 탄소막의 성막방법을 제공하는 것이다.
본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해 예의 연구를 행한 결과, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 제 1 양태는,
비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원을 2개 이상, 또는 비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원 및 자장 인가식 아크 방전 증발원을 각각 1개 이상 준비하는 단계; 및
상기 증발원 중 1개 이상의 비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원의 스퍼터링 타겟재로서 고체 탄소를 사용함으로써, 분위기를 스퍼터링용 불활성 기체와 탄소 함유 기체의 혼합 기체의 분위기로 전환시키는 단계
를 갖는 비정질 탄소막의 성막방법에 관한 것이다.
이 방법에서, 증발원 각각의 자장을 상기 각각의 증발원에 인접한 증발원의 자장과 극성이 상반되게 하고, 펄스 전위를 50 내지 400kHz 범위의 주파수로 각각의 비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원에 부여한다.
상기 비정질 탄소막의 성막방법은 펄스 전위가 50 내지 80% 범위의 듀티 사이클(duty cycle)로 부여되는 것을 또한 특징으로 한다.
본 발명의 상기 양태에 따라, 본 발명의 비정질 탄소막의 성막방법은 비정질 탄소막의 증착속도를 향상시킴으로써, 고속으로 비정질 탄소막을 성막시킬 수 있다.
본 발명자들은 전술한 목적을 달성하기 위해 예의 연구를 한 결과, 비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원의 각각의 스퍼터링 타겟재에 대해 고체 탄소를 사용하는 스퍼터링 방법에 의해 DLC 막을 증착할 때, 탄화수소를 성막 분위기로 도입시킴과 함께 증발원 각각의 자장을 상기 각각의 증발원에 인접한 증발원의 자장과 극성이 상반되게 하면서, 펄스 전위를 50 내지 400kHz 범위의 주파수로 각각의 증발원에 부여하면 DLC 막(비정질 탄소막)의 막 증착 속도가 향상되고, 이에 따라 DLC 막을 고속으로 증착시킬 수 있음을 발견하기에 이르렀다.
본 발명은 전술한 지견에 기초하여 이루어졌고, 전술한 공정 단계를 포함하는 비정질 탄소막의 성막방법을 채택하고 있다. 보다 구체적으로는, 본 발명에 따른 비정질 탄소막의 성막방법은 비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원을 2개 이상, 또는 비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원 및 자장 인가식 아크 방전 증발원을 각각 1개 이상 준비하는 단계; 및
상기 증발원 중 1개 이상의 상기 비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원의 스퍼터링 타겟재로서 고체 탄소를 사용하여, 분위기를 스퍼터링용 불활성 기체와 탄소 함유 기체의 혼합 기체의 분위기로 전환시키는 단계를 포함하는 비정질 탄소막의 성막방법으로서,
증발원 각각의 자장을 상기 각각의 증발원에 인접한 증발원의 자장과 극성이 상반되게 하고, 펄스 전위를 50 내지 400kHz의 범위의 주파수로 각각의 비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원에 부여하는 것을 특징으로 하는,
비정질 탄소막의 성막방법이다.
상기 지견으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 성막방법(본 발명에 따른 비정질 탄소막의 성막방법)에 있어서는, DLC 막(비정절 탄소막)의 막 증착 속도를 향상시킴으로써 고속으로 상기 DLC 막을 증착시킬 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 비정질 탄소막의 성막방법을 보다 상세하게 기술한다.
마그네트론 스퍼터링 방법의 경우, 타겟의 배면상에 배치된 자석(magnet) 작용에 의해 타겟의 전면 공간에 자력선에 의해 포위된 공간이 형성된다. 플라즈마 중 전자는 자력선에 의해 포획되고, 사이클로트론 운동을 함으로써 스퍼터링 기체인 불활성 기체, 즉 영족 기체(통상적으로, Ar)와 전자의 충돌 가능성을 향상시켜 영족 기체 원소의 이온화를 촉진시킨다. 상기 영족 기체 외에도 탄화수소 기체(예컨대, CH4)가 적절한 시점에 분위기로 도입되면 탄화수소 기체도 또한 전자와 충돌하고, 이때 탄화수소 기체의 일부는 이온화를 겪게 되어 기판상에 DLC 막으로서 증착된다. 타겟에 고체 탄소를 사용하는 경우, 영족 기체의 이온화된 원소의 작용에 의해 타겟으로부터 스퍼터링된 탄소와 증착된 탄화수소 기체의 이온화 부분의 총합이 DLC 막의 증착 속도로 인식된다.
이러한 DLC 막의 증착 모드에서, DLC 막의 증착 속도는 펄스 전위를 인가함으로써 증가될 수 있다. 펄스 전위가 인가되면, 타겟의 전면에서 주기적으로 변동하는 전기장을 생성시킬 것이다. 타겟의 전면에서 자력선에 의해 포획된 전자는 주기적으로 변동하는 전기장의 작용에 의해 진동 운동을 함과 동시에 사이클로트론 운동을 하게 된다. 분위기 기체(영족 기체 + 탄화수소 기체)와 전자의 충돌 가능성이 진동 운동에 의해 더욱 증가함에 따라 탄화수소 기체의 이온화가 촉진되고, 영족 기체 원소의 이온화가 더욱 촉진됨으로써 타겟인 탄소로부터의 스퍼터링을 증가시켜 증착 속도를 증가시키는 것으로 여겨진다.
진공에서 전자 이동의 속도가 매우 높은 경우, 인가된 펄스 전위의 주파수가 높을수록 전자 진동수는 더 커지게 됨으로써 기체의 이온화를 촉진시키지만, 이러한 이온화 촉진의 효과는 400kHz 부근의 주파수에서 포화에 도달할 것이고, 이에 따라 펄스 전위의 주파수의 상한치는 400kHz로 설정된다. 한편, 펄스 전위의 주파수가 50kHz 이하이면, 전자 진동수는 감소하며, 이온화 촉진의 효과는 인지되지 않고, 이에 따라 펄스 전위의 주파수의 하한치는 50kHz로 설정된다. 더욱이, 펄스 전위의 주파수는 바람직하게는 100kHz 이상이고, 보다 바람직하게는 200kHz 이상이다. 인가되는 펄스 전위는 마이너스(-) 전위와 0 사이에서 왕복하는 단극성 펄스이거나, 마이너스(-) 전위와 플러스(+) 전위 사이에서 왕복하는 2극성 펄스일 수 있다. 막 증착시 사용되는 탄소 함유 기체로는 CH4, C2H2, C2H4, C6H6 등과 같은 기체를 사용할 수 있다. 막 증착시의 압력으로서, 총 압력은 바람직하게는 0.2 내지 1Pa이고, 탄화수소 기체의 부분 압력은 바람직하게는 0.02 내지 0.1Pa이다.
마그네트론 스퍼터링원의 자장의 배치가 외측의 자극이 내측의 자극보다 강도가 더 강한 경우, 즉 자장의 비평형 배치의 경우, 전자의 일부는 자력선을 따라 전방으로 이동하여 기판의 근방까지 도달하여, 기판의 부근에서 기체와 충돌함으로써 플라즈마를 생성한다. 이러한 비평형 마그네트론 배치의 경우, 전자는 또한 펄스 전기장의 작용에 의해 진동 운동을 일으키지만, 기판 근방에 존재하는 전자의 비율이 높기 때문에 탄화수소 기체의 이온화에 의한 증착 속도의 증가 효과는 통상적인 마그네트론 배치의 경우에 비해 더 높아지게 된다. 즉, 비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원을 사용하는 경우, 탄화수소 기체의 이온화에 의한 증착 속도의 증가 효과는 전자관 스퍼터링 증발원을 사용하는 경우보다 더 높아지게 된다. 도 1 내지 도 4는 예로서 비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원을 사용하는 성막 장치를 각각 도시한다. 도 1 내지 4에 각각 도시한 임의의 비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원에 있어서, 2개의 자석(자극), 즉 중심부의 하나의 자석 및 상기 하나의 자석을 둘러싸는 고리상의 다른 하나의 자석은 증발원(스퍼터링 타겟)의 배면상에 배치되고, 증발원의 각 단부 근처에 배치된 자석부(1, 3)(단면에서 알 수 있는 바와 같이, 그의 외측의 고리상 자석부)는 각각 증발원의 중심부에 배치된 자석(2)(중심부 자석)보다 더 큰 자장 강도를 갖는다. 또한, 도 1 내지 3에 각각 도시한 성막 장치에 있어서, 자석부(7, 9)(단면에서 알 수 있는 바와 같이, 그의 외측의 고리상 자석부)는 각각 자석(8)(중심부 자석)보다 더 큰 자장 강도를 갖는다. 더욱이, 도 3에 도시한 성막 장치에 있어서, 자석부(4, 6)(단면에서 알 수 있는 바와 같이, 그의 외측의 고리상 자석부)는 각각 자석(5)(중심부 자석)보다 더 큰 자장 강도를 갖는다. 전술한 자장 배치와 달리, 전자관 스퍼터링 증발원의 경우, 모든 자석(단면에서 알 수 있는 바와 같이, 외측의 자석부 및 중심부 자석)는 자장 강도가 서로 동등하거나, 실질적으로 서로 동등하다. 도 1 내지 4에서, T1, T2, T3은 각각 스퍼터링 타겟을 지칭한다.
비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원을 2개 이상, 또는 비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원 및 자장 인가식 아크 방전 증발원을 각각 1개 이상 포함하는 성막 장치에 있어서, 증발원의 각각의 자장이 각각의 증발원에 인접한 증발원의 자장과 극성이 상반되는 경우에, 서로 인접한 증발원의 자력선은, 예로써 도 1 및 3에 도시한 바와 같이, 함께 결합하게 된다. 도 1에 도시한 예의 경우, 자석부(자극)(3)가 N극이고, 그에 인접한 자석부(4A)가 S극이어서, 자석부(3, 4A)가 서로 극성이 상반된다(극성이 동일하지 않고 극성이 서로 반대이다)라고 가정하면, 자석부(6A)(S극) 및 자석부(7)(N극)는 서로 극성이 상반되고, 자석부(9)(N극) 및 자석부(10A)(S극)는 서로 극성이 상반되며, 자석부(12A)(S극) 및 자석부(1)(N극)는 서로 극성이 상반된다. 이와 같이, 증발원 각각의 자장이 상기 각각의 증발원에 인접한 증발원의 자장과 극성이 상반되는 경우에, 자석부(자극)(3)의 자력선은 자석부(4A)의 자력선과 결합하고, 자석부(6A)의 자력선은 자석부(7)의 자력선과 결합하고, 자석부(9)의 자력선은 자석부(10A)의 자력선과 결합하고, 자석부(12A)의 자력선은 자석부(1)의 자력선과 결합하게 된다.
증발원 각각의 자장을 상기 각각의 증발원에 인접한 증발원의 자장과 극성이 상반되게 함으로써, 전술한 바와 같이 서로 인접한 증발원의 자력선을 함께 결합시키는 경우에, 탄화수소 기체의 이온화가 촉진되어 증착 속도가 현저히 향상된다. 이에 대한 이유는 하기에 기술한다. 보다 구체적으로는, 스퍼터링시 글로 방전(glow discharge) 도중에 타겟(음극)으로부터 방출되는 전자는 양극(챔버)쪽으로 흐르고, 서로 인접한 증발원의 자력선이 함께 결합하도록 증발원이 배치되면 챔버쪽으로 향하는 자력선이 존재하지 않기 때문에, 전자는 챔버내 기판의 근방쪽으로 유도되고, 이에 따라 탄화수소 기체의 이온화 촉진 효과는 현저하게 된다. 이와 달리, 예로써 도 2에 도시한 바와 같이, 서로 인접한 증발원의 자력선이 함께 결합되지 않도록 증발원이 배치되는 경우에, 자력선 지점은 양극으로서 작용하는 챔버 벽쪽으로 바로 향하여 전자는 양극에 빠르게 도달하고, 이에 따라 탄화수소 기체의 이온화 촉진 효과는 현저하지 않게 된다.
상기 기술한 바와 같이, 증발원의 각각의 자장의 극성을 각각의 증발원에 인접한 증발원의 자장의 극성과 상반되게 하고, 각각의 비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원에 펄스 전위를 50 내지 400kHz 범위의 주파수로 제공함으로써, DLC 막의 증착 속도는 상당히 향상된다. 따라서, 본 발명에 따른 비정질 탄소막의 성막방법에 의하면, DLC 막(비정질 탄소막)의 증착 속도가 현저하게 상승함으로써 고속으로 DLC 막을 증착시킬 수 있다.
본 발명에 따른 비정질 탄소막의 성막방법에서, 펄스 전위는 바람직하게 50 내지 80%(본 발명의 제 2 양태) 범위의 듀티 사이클로 부여된다. 그와 같이 함으로써, DLC 막의 증착 속도는 더 큰 신뢰성을 갖고 높은 수준으로 향상되어 고속으로 DLC 막을 증착시킬 수 있다. 이는 하기에 보다 상세하게 기술될 것이다. 펄스 전위의 부여시 50% 이상으로 듀티 사이클을 설정하는 경우에, 증착 속도의 증가가 확인된다. 보다 구체적으로, 전압이 0V일 때 또는 2극성 펄스의 경우 플러스(+) 전위일 때 타겟에 대해 전위가 사실상 발생하지 않고, 이에 따라 타겟에 대해 스퍼터링이 발생하지 않는다. 따라서, 듀티 사이클이 50% 미만인 경우에, 증착 속도의 증가 효과는 작다. 이어서, 듀티 사이클이 80%를 초과하는 경우에, 도 5에 도시한 Ton 동안에 전위가 일정해지는 시간이 증가하고, 이에 따라 전자 진동에 의한 이온화 효과를 감소시켜 증착 속도의 향상 정도는 작아지게 된다. 그러므로, 듀티 사이클은 바람직하게는 50 내지 80%의 범위로 설정되고, 듀티 사이클이 50 내지 80%의 범위로 설정되면, DLC 막의 증착 속도는 큰 신뢰성을 가지고 높은 수준으로 향상될 수 있다. 증착 속도 향상의 관점으로부터, 듀티 사이클은 보다 바람직하게는 60 내지 75%의 범위로 설정된다. 덧붙여 말하자면, 듀티 사이클(%)은 순환 파형의 1 주기에 대한 부하 시간의 비를 일컫는다. 타겟에 펄스 전위를 부여할 때의 듀티 사이클(%)은 펄스 전위의 순환 파형의 1 주기에 대한 전위 부하 시간(타겟에 대해 발생하는 전위가 유지되는 동안의 시간)의 비이다. 듀티 사이클은 예로써 도 5에 개략적으로 도시되어 있다. 도 5에 나타낸 순환 파형에서, Ttotal은 펄스 전위의 순환 파형의 1 주기이고, 1 주기 동안의 전위 부하 시간 Ton은 하기와 같다:
듀티 사이클(%)=(Ton/Ttotal)×100
본 발명에 따른 비정질 탄소막의 성막방법에 있어서는, 비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원을 2개 이상, 또는 비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원 및 자장 인가식 아크 방전 증발원을 각각 1개 이상 준비하고, 고체 탄소가 상기 증발원 중 1개 이상의 비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원의 스퍼터링 타겟재로서 사용된다. 따라서, (a) 고체 탄소가 단지 1개의 비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원에 사용되는 경우; (b) 고체 탄소가 1개의 비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원 이외에도 수개의 비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원에 사용되는 경우; 및 (c) 고체 탄소가 모든 비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원에 사용되는 경우를 포함하고, 이들 경우 모두가 본 발명에 따른 비정질 탄소막의 성막방법의 범주내에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
상기 (a) 및 (b)의 경우에는, 금속, 세라믹 등이 고체 탄소를 사용하는 증발원(들) 이외의 증발원에 사용될 수 있다.
고체 탄소가 모든 증발원에 사용되는 (c)의 경우에는, 비정질 탄소만으로 구성되는 DLC 막(비정질 탄소막)이 얻어질 수 있다. 상기 (a) 및 (b)의 경우에, 고체 탄소를 사용하는 증발원(들) 이외의 증발원에 금속이 사용되면, 증발원으로부터 증발된 금속을 함유하는 DLC 막(비정질 탄소막)을 얻을 수 있고, 고체 탄소를 사용하는 증발원(들) 이외의 증발원에 세라믹이 사용되면, 증발원으로부터 증발된 세라믹을 함유하는 DLC 막(비정질 탄소막)을 얻을 수 있다.
자장 인가식 아크 방전 증발원이란, 자장을 인가할 수 있도록 자석이 구비된 아크 방전 증발원을 일컫는다. 이는, 예컨대 도 1에 나타낸 아크 방전 증발원과 같은, 자석이 배치되어 자장을 생성하는 증발원이다. 아크 방전 증발원은 아크 방전에 의해 증발을 일으키는 증발원의 유형을 일컫는다.
실시양태
이하, 본 발명의 실시양태에 따른 실시예 및 비교예를 기술한다. 그러나, 본 발명은 상기 실시양태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 취지 및 범위로부터 벗어남이 없이 그의 실시에서 적절한 변형이 이루어질 수 있고, 그러한 변형은 본 발명의 기술적 범위내에서 넓게 해석된다.
실시예 1
(A) 도 1에 나타낸 바와 같이, 비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원(2개) 및 아크 방전 증발원(2개)을 포함하는 성막 장치를 사용하여, 아르곤과 탄화수소 기체의 혼합 기체의 분위기에서 DLC 막(비정질 탄소막)의 증착을 펄스 모드(상기 증발원 펄스 전위를 부여함)로 수행하였다.
이 경우에, 중간층 형성용 크로뮴 금속 타겟을 비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원(2개)의 증발원 1개에 사용하였고, 고체 탄소 타겟을 상기 증발원의 나머지 개에 사용하였다. 더욱이, 도 1에 나타낸 바와 같이, 증발원 각각의 자장이 상기 각각의 증발원에 인접한 증발원의 자장과 극성이 상반되도록 하는 배치를 채택함으로써, 서로에 인접한 증발원의 자력선을 함께 결합시킨다.
매트릭스로는, 증착 속도의 측정용으로 실리콘 웨이퍼를 사용하였다. 스퍼터링을 위한 입력 전력은 펄스 피크에서 2kW로 설정하였다. 크로뮴 금속 막(100nm)을 중간층으로 하여 실리콘 웨이퍼상에 형성하였다. Cr로 구성된 중간층 형성시의 분위기는 0.6Pa의 압력에서 아르곤 분위기였다. DLC 막의 증착 시점에서, 0.6Pa의 총 압력을 일정하게 유지함과 동시에 탄화수소 기체를 부피비 10%(탄화수소 기체와 함께 Ar의 부피에 대한 탄화수소 기체의 부피비)로, 즉 0.06Pa의 부분 압력으로 도입함으로써 DLC 막을 형성하였다. 막 증착시 기판에 인가된 전압은 Cr로 구성된 중간층 형성시 50V 및 DLC 막 형성시 100V로 설정하였다.
Cr로 구성된 중간층과 그 상부에 증착된 DLC 막을 갖는 실리콘 웨이퍼를 절단하고, 그의 단면을 10,000 내지 20,000배율 확대 범위에서 SEM에 의해 관찰하여 DLC 막의 막 두께를 측정하였다. 이어서, DLC 막의 증착 속도(성막 속도)를 DLC 막의 막 두께 및 막 증착 시간을 기준으로 계산하여 구했다.
(B) 상기 항목 (A)에서와 같은 펄스 모드 대신에, DC 모드(펄스 전위를 부여하지 않음; 입력 전력을 일정하게 유지함)를 채택하였고, 스퍼터링에 대한 입력 전력은 2kW이었다. 더욱이, 상기 항목 (A)의 경우와 같이, 증발원 각각의 자장이 상기 각각의 증발원에 인접한 증발원의 자장과 극성이 상반되는(이에 따라, 서로에 인접한 증발원의 자력선이 함께 결합된다) 배치를 채택하지 않았다. 즉, 도 2에 나타낸 바와 같이, 증발원 각각의 자장을 상기 각각의 증발원에 인접한 증발원의 자장과 극성이 동일하게 함으로써, 서로 인접한 증발원의 자력선이 함께 결합되지 않는다.
전술한 점을 제외하고는, 상기 항목 (A)의 경우와 동일한 방법으로, Cr로 구성된 중간층과 DLC 막을 증착시키고, 이어서 상기 항목 (A)의 경우와 동일한 방법으로, R의 단면을 관찰하여 DLC 막의 막 두께를 측정함과 동시에 DLC 막의 증착 속도를 계산하였다.
(C) 상기 기술한 측정 결과(실측한 DLC 막의 증착 속도)는 성막 조건과 함께 표 1에 나타낸다. 표 1로부터 명백한 바와 같이, 제 4 내지 8 및 제 11 번의 각각의 경우(실시예)에서 DLC 막의 증착 속도는 제 1 내지 3, 제 9, 제 10 및 제 12 내지 제 15 번의 각각의 경우(비교예)에 비해 높은 것으로 나타나서, DLC 막이 각각 고속으로 성막되는 것을 알 수 있다.
실시예 2
DLC 막의 증착시에 펄스 전위 부여시의 듀티 사이클을 변화시켰다. 전술한 점을 제외하고는, 상기 실시예 1(A)의 경우와 동일한 방법으로, Cr로 구성된 중간층과 DLC 막을 증착시켰고, 이어서 상기 실시예 1(A)의 경우와 동일한 방법으로, R의 단면을 관찰하여 DLC 막의 막 두께를 측정함과 동시에 DLC 막의 증착 속도를 계산하였다. 더욱이, 성막 장치로는, 실시예 1(A)의 경우에 사용된 성막 장치와 동일한 것을 사용하였다. 즉, 도 1에 나타낸 바와 같이, 서로 인접한 증발원의 자력선이 함께 결합되도록 하는 배치를 채택하였다.
상기 기술한 측정 결과(실측한 DLC 막의 증착 속도)는 성막 조건과 함께 표 2에 나타낸다. 표 2로부터 명백한 바와 같이, 제 4 내지 제 6 번의 각각의 경우에 펄스 전위 부여시의 듀티 사이클은 50 내지 80%의 범위로 나타나고, 제 1 내지 제 3 번의 각각의 경우에 듀티 사이클은 50% 미만으로 나타나고, 제 7 내지 제 9 번의 각각의 경우에 듀티 사이클은 80%를 초과하는 것으로 나타난다. 제 4 내지 제 6 번의 각각의 경우에 DLC 막의 증착 속도는 제 1 내지 제 3 번의 각각의 경우 및 제 7 내지 제 9 번의 각각의 경우에 비해 높은 것으로 나타나서, DLC 막이 각각 고속으로 성막되는 것을 알 수 있다.
실시예 3
3개의 비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원 및 1개의 아크 방전 증발원을 포함하는 도 3에 나타낸 장치를 사용하여 중간층을 증착시키고, 이어서 아르곤과 탄화수소 기체의 혼합 기체의 분위기에서 DLC 막(금속 또는 세라믹을 함유)의 증착을 펄스 모드로 수행하였다.
이 경우, 3개의 비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원(증발원 a 내지 c) 중에서, 중간층 형성용 크로뮴 금속 타겟을 증발원(a)에 사용하고, 고체 탄소 타겟을 증발원(b)에 사용하고, 각종 금속 또는 세라믹 중 임의의 것을 증발원(c)에 사용하였다. 도 3에 나타낸 바와 같이, DLC 막의 증착시 서로 인접한 증발원의 자력선이 함께 결합하도록 하는 배치를 채택하였다.
매트릭스로는, 실리콘 웨이퍼를 사용하였다. 실시예 1(A)의 경우에서와 같이, 크로뮴 금속 막(100nm)을 중간층으로 하여 실리콘 웨이퍼상에 형성하였다. 실시예 1(A)의 경우와 같이, Cr 금속으로 구성된 중간층 형성시의 분위기는 0.6Pa의 압력에서 아르곤 분위기였다.
Cr 금속으로 구성된 중간층 형성 후에, 증발원(b)(고체 탄소 타겟) 및 증발 원(c)(금속 또는 세라믹 증발원)을 동시 방전시킴으로써 금속 또는 세라믹을 함유하는 DLC 막을 증착시킨다. 이 경우, 실시예 1(A)의 경우와 같이, 증발원(b)(고체 탄소 타겟)에 대한 입력 전력은 펄스 피크에서 2kW로 설정하고, 증발원(c)(금속 또는 세라믹 증발원)에 대한 입력 전력은 0.1kW로 설정하였다. 실시예 1(A)의 경우와 같이, 막 증착시의 분위기는 총압력 0.6Pa에서 일정하게 유지하였고, 탄화수소 기체를 부피비 10%, 즉 부분 압력 0.06Pa에서 도입함으로써 DLC 막을 증착시켰다.
DLC 막의 증착 후에, 상기 실시예 1(A)의 경우와 동일한 방법으로 DLC 막의 단면을 관찰함으로서 막 두께를 측정하고, DLC 막의 증착 속도를 계산하였다.
상기 기술한 측정 결과(실측한 DLC 막의 증착 속도)는 성막 조건과 함께 표 3에 나타낸다. 표 3에 나타낸 제 1 내지 제 7 번으로 나타낸 모든 시편들은 실시예를 나타내지만, DLC 막에 함유된 금속 종류 및 세라믹 종류에 관해서는 서로 다르다. 제 1 내지 제 7 번의 각각의 임의의 경우에, DLC 막은 표 1의 제 4 내지 8 및 제 11 번의 각각의 경우와 같이 고속으로 성막되는 것을 알 수 있다.
Figure 112006047718636-pat00001
Figure 112006047718636-pat00002
Figure 112006047718636-pat00003
본 발명에 따른 비정질 탄소막의 성막방법은 비정질 탄소막의 막 증착 속도를 향상시키고 비정질 탄소막을 고속으로 형성할 수 있음으로써, 본 발명은 비정질 탄소막의 성막방법에 적합하게 사용되어 비정질 탄소막의 수율 향상을 달성할 수 있으므로 유용하다.
본 발명을 바람직한 실시양태에 대하여 기술하였다. 그러나, 당업자들은 이러한 실시양태에 많은 변형이 존재함을 알 수 있을 것이다. 이러한 변형은 본 발명의 범위 및 첨부된 특허청구범위내에 있는 것으로 의도된다.

Claims (2)

  1. 비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원을 2개 이상, 또는 비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원 및 자장 인가식 아크 방전 증발원을 각각 1개 이상 준비하는 단계; 및
    스퍼터링용 불활성 기체와 탄소 함유 기체의 혼합 기체의 분위기에서 상기 증발원 중 1개 이상의 비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원의 스퍼터링 타겟재로서 고체 탄소를 사용하는 단계를 포함하는 비정질 탄소막의 성막방법으로서,
    상기 증발원 각각의 자장을 상기 각각의 증발원에 인접한 증발원의 자장과 극성이 상반되게 하고, 펄스 바이어스를 50 내지 400kHz 범위의 주파수로 각각의 비평형 마그네트론 스퍼터링 증발원에 부여하는 것을 특징으로 하는
    비정질 탄소막의 성막방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    펄스 전위가 50 내지 80% 범위의 듀티 사이클로 부여되는 비정질 탄소막의 성막방법.
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