KR101048057B1 - 플라즈마 잠입 이온을 이용한 가공 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가속 이온을 이용한 저온 플라즈마 잠입 이온으로 다양한 종류의 시편을 가공 처리하는 장치와 방법에 관한 것이다.
본 발명의 플라즈마 잠입 이온을 이용한 가공장치는 챔버 내부에 원통형 가공물이 놓여짐과 아울러 원통형 가공물 주위로 저온 플라즈마가 둘러싸게 되고, 다중 슬롯을 갖는 가공물 덮개가 원통형 가공물 주위에 씌워지면서 플라즈마로부터 분리시키게 되며, 스퍼터링을 유발시키기에 충분한 음전위가 원통형 가공물과 가공물 덮개에 부가됨으로써, 플라즈마로부터 나온 이온이 덮개와 플라즈마 사이에 형성된 쉬스층 안으로 가속되고, 슬롯을 통과하여 원통형 가공물에 충돌하게 되어 원통형 가공물의 표면 거칠기를 감소시키는 방식으로 이루어진다.
이러한 본 발명의 가공 장치 및 방법은 대면적의 원통형 기판, 특히 마이크로 또는 나노 패턴 전사 기술을 위한 기판의 표면을 수 나노 미터의 표면 거칠기로 만드는데 효과가 있다.
그리고, 본 발명의 방법은 단일 또는 다중 챔버 내에서 플라즈마 세정, 표면 활성, 표면 연마, 건식 식각, 증착, 플라즈마 잠입 이온 주입 및 증착 등의 공정을 수행할 수 있다.
플라즈마, 잠입, 이온, 표면처리, 스퍼터링, 챔버, 가공물 덮개, 슬롯, 가속, 가공

Description

플라즈마 잠입 이온을 이용한 가공 장치 및 방법{Plasma Immersion Ion Milling and Milling Method}
본 발명은 플라즈마 잠입 이온을 이용한 가공 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가속 이온을 이용한 저온 플라즈마 잠입 이온으로 다양한 종류의 시편을 가공 처리하는 장치와 방법에 관한 것이다.
일반적으로 에너지를 가지고 있는 이온을 이용한 표면 처리는 반도체 공정, MEMS 및 MEMS 양산, 패턴 전사 기술, 경질 코팅 등의 분야에서 필수적이다.
이온 충돌은 세정, 기판 표면의 활성화, 젖음성의 변화, 경도 향상, 다양한 필름의 증착, 이온 주입에 의한 반도체 도핑 공정 등 다양한 분야에 사용되고 있다.
보통 모든 이온 가공은 다음과 같은 두 종류로 나눌 수 있다.
첫째, 이온 소스로부터 이온 빔을 추출하여 진공 챔버 내부에 일정 거리를 두고 놓여져 있는 기판쪽으로 보내는 방식이 있다.
이 방식은 원하는 결과를 얻기 위해서 이온빔과 기판을 따로 또는 동시에 이송시킨다.
이때, 이온 전하(Charge)는 보조 전자 전극(Emitter)에 의해 중화될 수 있다.
이러한 기술의 예로, 이온 빔 응용 증착, 이온 빔 식각 또는 가공(Milling), 이온 빔 주입 등을 들 수 있다.
둘째, 가공물이 플라즈마 분위기 내에 놓여지고, 일정한 값의 음전위(Nagative potential)에 전기적으로 편의(Bias)시킨 장치가 있다.
여기서, 이온은 가공물 앞에 형성된 쉬스층 내부로 가속되며, 이러한 가속을 유발하기 위하여 DC, RF, 그리고 펄스로 공급되는 바이어스 등이 사용된다.
PVD, PECVD, PI3D, RIE 등이 이러한 기술 범주에 속한다.
한편, 이온 에칭 또는 이온 가공은 중요한 이온 가공 중의 한 분야이다.
그것은 에너지를 갖는 이온에 의한 표면 스퍼터링에 기반을 둔다.
이온 스퍼터링의 핵심적인 특징은 이온 입사각에 대한 스퍼터링 속도가 도 1에서 정성적으로 나타내어진 것과 같이 비선형적으로 의존한다는 것이다.
물리적 또는 반응적(Reactive) 가공 둘 다에 적용이 가능하다.
이온 가공의 많은 적용 사례는 반도체 공정, 나노 구조의 형성, 표면 구조물 형성, 표면 조도의 개선 등을 포함한다.
이온 빔 가공은 첨단 가공 기술인데, 이 기술은 광학 부품의 양산에 있어서 마지막 단계로 적용되어 왔다.
표면 조도 개선 적용은 광학 부품 및 고전력 디바이스, 또는 SIMS와 TEM 등의 시편 준비와 같은 중요한 경계면에서의 마이크로 표면 조도값의 개선을 포함한다.
일반적으로 수직한 이온 입사각을 이용한 플라즈마 가공은 기판과 수직한 방향으로 일정하게 가공이 이루어지기 때문에 패턴을 형성시키는 식각 공정에 적합하며, 돌출된 부분만을 선별적으로 제거하여 표면 거칠기를 감소시키는 표면 연마 공정에는 적합하지 않다.
이러한 문제를 해결하기 위해서 수직한 이온 입사각을 이용하는 플라즈마 공정에서는 기판의 기울임(Tilting) 또는 회전이 주로 사용된다(도 2와 도 3).
예를 들면, 도 2는 원통형 가공물에 대한 이온 빔 식각 공정의 개념도로서, 여기서 선형 이온 소스로부터 나온 리본 모양의 이온 빔은 회전하는 가공물(100)의 축을 따라 진공 챔버 내부로 향하게 된다.
그리고, 도 3은 평판형 가공물을 위한 이온 빔 식각 공정의 개념도이다.
여기서, 이온 소스로부터 나온 원형 모양의 빔은 임의 각도만큼 기울어진 채로 회전하는 가공물(100)에 대해 진공 챔버 내부로 향하게 된다.
도면에서 보여지는 전자총이 대전된 이온을 중화시키게 된다.
상용화된 이온 가공 장비의 예로는 Gatan 사의 Modle 691, Precision Ion Polishing System과 Fischione Instr. 사의 Modle 1010 Ion Mill, 그리고 Roth & Rau AG 사의 IonScan 800 Polishing Fault Correction System이 있다.
나노 미터 크기의 패턴을 구현하기 위해서는 수 nm 또는 그 이하의 정도를 갖는 표면 연마 공정이 필요하다.
반도체 산업에서는 화학기계적 연마(CMP) 공정이 평판형의 실리콘 웨이퍼를 연마하는데 주로 활용된다.
그러나, 3차원 형상을 갖는 기판에서는 이러한 화학기계적 연마 공정은 적용할 수가 없다.
3차원 형상을 갖는 기판이 적용되는 분야의 예로, 전기진단사진(Electrophotographic) 장비에 사용되는 광수용체(Photorecepter) 드럼을 들 수 있다.
나노 패턴 전사와 같이 최근에 부각되고 있는 기술의 경우 3차원 기판, 특히 원통형 기판을 가질 경우 많은 장점을 가질 수 있다.
이러한 기판을 이용하여 제작되어지는 대면적 원통형 나노 스탬프는 차세대 디스플레이의 핵심 부품으로 활용될 수 있다.
그러나, 대면적의 원통형 시편을 그러한 수준까지 연마할 수 있는 장비는 현재 없는 실정이다.
선형의 이온 소스로부터 나온 리본 모양의 이온 빔은 대면적 가공물의 표면 연마에 적용될 수 있으나, 이러한 방법은 생산성에 한계가 있다.
둘 이상의 이온 소스를 동시에 사용하면 시스템이 복잡해지고, 장비의 가격이 상승하며, 또한 이온 소스 간의 간섭 때문에 각 부품의 신뢰성에 문제를 갖는다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 플라즈마 분위기의 챔버수단, 가공물과 플라즈마를 분리시키는 가공물 덮개수단, 가공물과 덮개에 음전위를 부여하는 수단, 가공물을 회전시키는 수단 등을 포함하고, 가공물 덮개 주변에 형성된 쉬스층(Sheath) 내부로 가속된 이온을 잠입시켜 회전하는 가공물에 충돌시키는 가공 방식을 구현함으로써, 대면적 원통형 가공물의 표면 연마 공정을 효율적으로 수행할 수 있는 플라즈마 잠입 이온 가공 장비 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 플라즈마 잠입 이온을 이용한 가공 장치는 전기적으로 절연되며 플라즈마가 채워지는 진공 챔버, 가공물이 놓여지는 부분으로서 진공 챔버의 내부에 설치되어 회전가능한 받침대 및 회전장치, 적어도 한 면 이상에 가공물 표면을 따라 배치되는 슬롯이 구비되고 전도성을 가지면서 가공물을 둘러싸서 가공물을 플라즈마로부터 분리시키며 전기적으로 가공물과 연결되는 덮개, 상기 가공물과 덮개에 전원을 공급하는 전원 공급원 등을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 가공 방법은 전기적으로 절연된 챔버 내부에 가공물을 배치하되 챔버와 전기적으로 절연되고 회전이 가능한 받침대 위에 배치하는 단계, 가공물과 전기적으로 연결되어 슬롯을 가지는 덮개로 가공물 주변을 덮는 단계, 상기 챔버의 내부에 플라즈마를 제공하는 단계, 상기 가공물과 덮개에 음의 바이어스를 부가하고, 상기 가공물을 회전시키는 단계, 상기 덮개 주변에 형성된 쉬스층 안으로 가속된 이온이 슬롯을 통해 덮개와 가공물 사이의 간격 내부로 이끌리면서 그 내부의 가공물에 충돌하게 되므로서 가공물의 표면을 가공하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제공하는 플라즈마 잠입 이온을 이용한 가공 장치 및 공정은 대면적의 원통형 기판, 특히 마이크로 또는 나노 패턴 전사 기술을 위한 기판의 표면을 수 나노 미터의 표면 거칠기로 만드는데 효과가 있다.
또한, 단일 또는 다중 챔버 내에서 플라즈마 세정, 표면 활성, 표면 연마, 건식 식각, 증착, 플라즈마 잠입 이온 주입 및 증착 등의 공정을 효율적으로 수행할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명의 가공 장치 및 방법은 패턴 전사를 위한 마이크로 및 나노 스탬퍼, 이미지 전사 장비의 광수용기 드럼, 3차원 반도체 디바이스 등에 유용하게 적용할 수 있는 장점이 있다.
따라서, 본 발명의 가공 장치 및 방법은 간단한 설계와 낮은 유지비로 대면적 원통형 및 평판형 기판의 표면이 수 나노미터의 표면 거칠기를 가질 수 있도록 하는데 효과가 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 플라즈마 잠입 이온을 이용한 가공 장치는 대면적의 가공물, 예를 들면 원통형 가공물의 표면 연마 공정을 위한 것으로서, 전기적으로 절연되면서 플라즈마가 덮개 주변에 균일하게 채워지는 진공 챔버(10), 원통형이나 원판형의 가공물(11)이 놓여지는 부분으로서 진공 챔버(10)의 내부에 설치되어 회전가능한 받침대(12) 및 회전장치(13), 적어도 한 면 이상에 가공물 표면을 따라 배치되는 슬롯(14)이 구비되고 전도성을 가지면서 가공물(11)을 둘러싸서 가공물(11)을 플라즈마로부터 분리시키며 전기적으로 가공물(11)과 연결되는 덮개(15), 상기 가공물(11)과 덮개(15)에 전원을 공급하는 전원 공급원(16) 등을 포함하는 형태로 이루어져 있다.
여기서, 상기 덮개(15)의 경우 다양한 단면 형태, 예를 들면 사각단면이나 삼각단면 등의 형태를 가질 수 있으며, 상기 덮개(15)와 가공물(11)에 제공되는 바이어스는 RF 자기 바이어스, 단극 반복 펄스 바이어스, 축적된 양의 전하가 매 펄스마다 음의 전하와 상쇄될 수 있는 이극 반복 펄스 바이어스 등이 적용될 수 있고, 상기 진공 챔버(10)에 조성되는 플라즈마는 내부 안테나를 갖는 ICP 소스, 아르곤 등과 같은 불활성 가스, 반응성 가스 등이 적용될 수 있다.
그리고, 상기 가공물(11)의 세팅을 위해 마련되는 받침대(12)의 경우 베어링 수단을 포함하고, 또 가공물(11)의 회전을 위한 회전장치(13)는 모터 등을 구동원으로 하는 통상의 회전장치를 적용할 수 있다.
또한, 상기 진공 챔버(10)의 경우 챔버 내부를 고진공으로 만들어줄 수 있는 펌프(17)와, 덮개(15)를 따라 분사될 가스 샤워기(18)를 포함한다.
따라서, 전기적으로 절연된 진공 챔버(10)의 내부에는 원통형 가공물(11)이 받침대(12)상에 부착된 상태로 배치되고, 이렇게 배치되는 원통형 가공물(11)의 주위로는 원통형 축을 따라 균일하게 분포되어 있는 저온 플라즈마가 둘라싸게 된다.
그리고, 상기 원통형 가공물(11)은 덮개(15) 내에 수용되면서 플라즈마와 격리된다.
상기 덮개(15)에는 슬롯(14)이 형성되고, 이때의 슬롯(14)은 원통형 가공물(11)의 표면을 따라 가면서 배치되며, 가공물(11)과 일정 거리를 두게 된다.
또한, 스퍼터링을 유발시키기에 충분한 음전위가 전기적으로 서로 연결된 가공물(11)과 덮개(15)에 부가된다.
이에 따라, 플라즈마로부터 나온 이온은 덮개(15)와 플라즈마층 사이에 형성된 쉬스층(Sheath;19), 예를 들면 플라즈마 분위기 내에 놓여져 있는 덮개나 가공물 표면 주변에 조성되는 플라즈마가 존재하지 않는 층인 쉬스층(19) 안으로 가속되고, 슬롯(14)을 통과하여 가공물(11)과 덮개(15) 사이의 간격 내부에서 리본 파형의 빔을 형성한 후, 가공물(11)의 표면 거칠기 감소를 발생시킬 수 있도록 사전에 결정된 경사 각도 범위 내에서 원통형 가공물(11)에 충돌한다.
예를 들면, 도 12에서 볼 수 있는 바와 같이, 가공물(11)의 직경과 동일하게 슬롯(14)의 폭을 설정하지 않고, 슬롯(14)의 폭을 좁게 설정하고, 또 이때의 슬롯(14)의 위치를 가공물(11)의 외곽쪽을 향하도록 설정하여, 가공물(11)의 일정 부 분만 이온이 충돌하게 함으로써, 원통의 임의의 지점에서 원통의 표면에 도달하는 이온의 입사각을 제한할 수 있다.
그리고, 도 19에서 볼 수 있는 바와 같이, 위와 같은 슬롯(14)의 폭과 위치 설정에 따라 가공물(11)에 충돌하는 이온이 가공물의 수직방향이 아닌 가공물 측방향으로 진행하여 충돌하게 되므로서, 가공물(11)의 돌출된 부분을 선택적으로 제거하는데 효과적이다.
상기 전기적인 바이어스는 직류(DC), 단극 또는 이극의 펄스 또는 RF 바이어스를 이용할 수 있다.
그리고, 가공물(11)의 회전을 통한 일반적인 플라즈마 잠입 이온 가공을 통해 원통형 가공물(11)의 표면을 균일하게 처리할 수 있다.
본 발명에서는 가공물이 회전되는 구성을 예로 들었지만, 가공물을 고정시키고 덮개를 회전시키는 구성도 가능하다.
또한, 스퍼터링은 아르곤과 같은 불활성 기체가 플라즈마를 형성할 때, 또는 반응성 가스로부터 플라즈마가 형성될 때에 물리적으로 행해진다.
그리고, 전도체 또는 비전도체 원통형 가공물 모두에 적용할 수 있으며, 이때의 가공물은 직경이 1~40cm, 길이는 10~200cm 정도까지 가공이 가능하다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 여러 실시예를 설명한다.
도 4에서는 격자화된(Gridded) 플라즈마 잠입 이온 주입 및 증착(PI3D) 공정을 이용하여 날카로운 끝을 가지는 가공물(11)을 가공하는 공정을 보여준다.
예를 들면, 도 4와 도 5에 도시된 가공물을 가공하는데에는 슬롯보다는 격자 모양이 보다 효과적이다.
도 5에서는 3차원의 두꺼운 절연체 가공물(11)에 대한 격자화된 플라즈마 잠입 이온 주입 및 증착 공정을 보여준다.
도 6에서는 플라즈마 잠입 이온 가공에 의한 원통형 가공물(11)의 표면 연마 공정을 보여준다.
여기서, 전기적으로 가공물(11)과 연결되어 가공물(11)을 둘러싸는 덮개(15)는 사각단면을 갖고 있으며, 4개의 면에 다중 슬롯(14)이 형성되어 있다.
이때, 슬롯(14)의 폭은 가공물(11)의 직경과 동일하며, 슬롯(14)의 길이는 가공물(11)의 길이와 동일하다.
도 7에서는 도 6에서 나타낸 플라즈마 잠입 이온 가공 방법과 유사하게 원통형 가공물(11)의 표면을 연마하는 공정을 보여준다.
이때, 원통형 가공물(11)의 축이 가공물을 감싸는 덮개(15)와 일정한 각도를 가지고 기울어져 있다.
도 8은 본 발명의 하나의 구체화된 예로서, 도 6에서 나타낸 구조를 포함하는 플라즈마 잠입 이온 가공의 예를 보여준다.
도 9는 본 발명의 구체화된 다른 하나의 예로서, 도 6에서 나타낸 구조를 포함하며, 평행하게 연결된 두 개의 원통형 가공물(11)을 한 배치에서 처리할 수 있는 플라즈마 잠입 이온 가공의 예를 보여준다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예로서, 가공물(11)을 감싸고 있는 덮개(15)는 사각형 단면을 가지고, 다중 슬롯의 형태, 즉 슬롯(14)은 덮개(15)의 4면 중 한쪽 면에만 부착된 경우로서, 슬롯(14)의 폭은 원통형 가공물(11)의 직경과 동일하다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예로서, 가공물(11)을 둘러싸고 있는 덮개(15)가 삼각형 단면을 가지고 있으며, 다중 슬롯(14)이 세면에 마련되어 있는 경우이고, 슬롯(14)의 폭은 가공물(11)의 직경과 동일하다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예로서, 가공물(11)의 덮개(15)가 사각형 단면을 가지고 4개의 면에 각각 2개씩의 다중 슬롯(14)을 가지는 것을 보여준다.
이때, 슬롯(14)은 충돌하는 이온이 가공물(11)의 표면에 스치듯이 입사할 수 있는 각도를 만들기 위해서 놓여진다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예로서, 평판형 가공물(11)에 적용하기 위한 플라즈마 잠입 이온 가공 방법을 보여준다.
이때, 경사지게 들어오는 입사에서 모든 방향으로부터 이온 충돌을 발생시킬 수 있도록 덮개(15)에 마련되는 슬롯(14)은 경사진 격자를 가지게 된다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예로서, 이중 가공물 덮개(15)를 보여준다.
가공물(11)을 둘러싸고 있는 덮개(15)는 서로 소정의 갭을 유지하는 내측의 인너 덮개(15a)와 외측의 아웃터 덮개(15b)로 구성되고, 내측의 전도성 인너 덮개(15a)는 가공물(11)과 연결되며, 아웃터 덮개(15b)는 플로팅(Floating) 또는 접지된다.
여기서, 본 발명에서 구현하고자 하는 가공 장치를 보다 효율적으로 활용하기 위해서는 아웃터 덮개는 플로팅 상태가 바람직하며, 공정 특성상 플로팅 상태를 유지하기 힘들 경우에는 접지하는 방법을 선택할 수 있다.
사각의 단면을 갖는 인너 덮개(15a)와 아웃터 덮개(15b)의 각 면에는 2개씩의 슬롯(14)이 구비되고, 이때의 각 슬롯(14)은 가공물(11)의 중심이 아닌 외곽쪽을 향해 위치된다.
이렇게 슬롯(14)이 위치됨에 따라 가공물(11)에 충돌하는 이온은 충돌 후 빗겨가면서 부분적으로 우수한 연마특성을 보일 수 있게 된다.
이때, 슬롯(14)의 폭은 가공물(11)의 일부 면적을 커버할 수 있는 좁은 폭을 갖는다.
도 15는 실제로 구현된 본 발명이 실험 장비의 사진을 나타내고 있다.
여기서는 전면 격자를 분리시킨 모습을 보여준다.
도 16은 도 15에서 나타낸 실험 장비를 사용하여 플라즈마 잠입 이온 가공을 수행할 동안의 펄스 바이어스 전압 및 인가 전류를 나타내고 있다.
도 17은 ICP 방전의 아르곤과 질소 플라즈마에서 전자 에너지 확률 함수 그래프를 보여주고 있다.
도 18은 도 15에서 나타낸 실험 장비를 이용하여 유리 시편에 대해 플라즈마 잠입 이온 가공을 실시한 결과이다.
(a)와 (b)는 각각 이온 가공 하기 전과 후의 전자현미경(AFM) 측정결과이다(아르곤 플라즈마, 펄스 바이어스:2kV, 2s, 2kHz).
한편, 본 발명에서 제공하는 플라즈마 잠입 이온을 이용한 가공 방법에 대해 살펴보면 다음과 같다.
상기 플라즈마 잠입 이온을 이용한 가공 방법은 가공물(11)과 덮개(15)에 연결되어 있는 전원 공급원(16)을 통해 가공물(11)과 덮개(15)에 플라즈마 전위에 비해 상대적으로 음의 값을 갖는 바이어스가 제공되면, 덮개(15)에 있는 슬롯을 통해서 덮개 주변에 형성된 쉬스층 내부로 가속된 이온이 덮개(15)와 가공물(11) 사이의 간격 내부로 이끌리게 되고, 이렇게 유입된 이온은 회전하는 가공물(11)에 사전에 정해진 범위의 입사각을 갖고 충돌하게 되며, 이로 인해 원통형 가공물(11)의 표면을 연마하는 공정으로 이루어진다.
이를 좀더 상세히 살펴보면, 먼저 전기적으로 절연된 챔버 내부에 가공물을 배치하는 단계로서, 챔버와 전기적으로 절연되고 회전이 가능한 받침대 위에 가공물을 배치하는 단계를 수행한다.
다음, 가공물에 전기적으로 절연된 덮개를 씌우는 단계를 수행한다.
삭제
다음, 상기 챔버의 내부에 플라즈마를 제공하는 단계를 수행한다.
즉, 덮개 주변에 저온의 고밀도 플라즈마를 제공하고, 이때의 플라즈마는 가공물에 따라 균일하게 조성하는 것이 바람직하다.
다음, 상기 가공물과 덮개에 음의 바이어스를 부가하고, 상기 가공물을 회전시키는 단계를 수행한다.
이때의 바이어스로는 DC, 단극 또는 이긋의 펄스 또는 RF를 이용할 수 있다.
다음, 사전에 계획된 값의 입사각 및 이온 에너지를 갖는 이온 충돌에 의해 가공물의 표면을 연마하는 단계를 수행한다.
즉, 덮개 주변에 형성된 쉬스층 내부로 가속된 이온이 슬롯을 통해 덮개와 가공물 사의 간격 내부로 이끌리면서 그 내부의 가공물에 충돌하게 되므로서, 가공물의 표면을 가공하는 단계를 수행한다.
그리고, 상기 가공물의 표면을 가공하는 단계에서 플라즈마 공정은 표면 세정, 표면 활성화, 마이크로 나노 및 나노 패턴 구조의 건식 식각, 박막 증착, 이온화 증착, 반복 에칭-식각, 이온 주입에 바탕을 둔 플라즈마 공정, 표면 연마, 기타 응용 공정에 적용시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 다양한 종류의 가공물에 대한 이온 빔 또는 플라즈마 가공과 관련되어 표면 연마, 세정, 표면 활성화, 식각, 박막 증착, 이온 주입 및 기타 표면 처리를 수행할 수 있으며, 마이크로 및 나노 패턴 전사 기술, 반도체 디바이스, 평판형 디스플레이와 같은 제품의 생산에 적용할 수 있다.
도 1은 입사각에 따른 가속 이온에 의한 스퍼터링 속도의 경향을 보여주는 그래프
도 2는 원통형 가공물에 대한 이온 빔 식각 공정을 나타내는 개념도
도 3은 평판형 가공물에 대한 이온 빔 식각 공정을 나타내는 개념도
도 4는 본 발명의 개념도로서, 날카로운 끝을 가지는 부품을 가공하는 공정 개념도
도 5는 본 발명의 개념도로서, 3차원의 두꺼운 절연체 가공물을 가공하는 공정 개념도
도 6은 본 발명의 개념도로서, 원통형 가공물의 표면 연마 공정을 나타내는 개념도
도 7은 본 발명의 개념도로서, 각도를 준 상태에서 원통형 가공물의 표면 연마 공정을 나타내는 개념도
도 8은 본 발명의 일 예로서, 도 6의 구조를 포함하는 플라즈마 잠입 이온 가공의 개념도
도 9는 본 발명의 다른 예로서, 도 6의 구조를 포함하며, 2개의 원통형 가공물을 한 배치에서 처리하는 가공의 개념도
도 10은 본 발명의 또 다른 예로서, 격자화된 전극이 가공물 덮개의 한쪽면에만 부착된 경우를 나타내는 개념도
도 11은 본 발명의 또 다른 예로서, 삼각형의 가공물 덮개를 나타내는 개념 도
도 12는 본 발명의 또 다른 예로서, 가공물 덮개에 구비되는 전극의 배치에 대한 다른 예를 나타내는 개념도
도 13은 본 발명의 또 다른 예로서, 평판형 가공물의 표면 연마 공정을 나타내는 개념도
도 14는 본 발명의 또 다른 예로서, 이중의 가공물 덮개를 나타내는 개면도
도 15는 본 발명의 공정을 실제로 구현한 실험 장비를 나타내는 사진
도 16은 도 15의 실험 장비를 사용하여 플라즈마 잠입 이온 가공을 수행하는 동한의 펄스 바이어스 전압 및 인가 전류를 나타내는 사진
도 17은 ICP 방전의 아르곤과 질소 플라즈마에서 전자 에너지 확률 함수 그래프
도 18은 도 15의 실험 장비를 이용하여 유리 시편에 대한 플라즈마 잠입 이온 가공을 실시한 결과를 나타내는 사진
도 19는 슬롯의 폭과 위치 설정에 따른 이온의 충돌상태를 보여주는 개략도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 진공 챔버 11 : 가공물
12 : 받침대 13 : 회전장치
14 : 슬롯 15 : 덮개
16 : 전원 공급원 17 : 펌프
18 : 가스 샤워기

Claims (13)

  1. 전기적으로 절연되며, 플라즈마가 채워지는 진공 챔버(10);
    가공물(11)이 놓여지는 부분으로서, 진공 챔버(10)의 내부에 설치되어 가공물(11)과 함께 회전가능한 받침대(12);
    상기 가공물(11) 및 받침대(12)의 회전을 위한 회전장치(13);
    적어도 한 면 이상에 가공물 표면을 따라 배치되는 슬롯(14)이 구비되고, 전도성을 가지면서 가공물(11)을 둘러싸서 가공물(11)을 플라즈마로부터 분리시키며, 전기적으로 가공물(11)과 연결되는 덮개(15);
    상기 가공물(11)과 덮개(15)에 전원을 공급하는 전원 공급원(16);
    을 포함하며,
    상기 가공물과 덮개에 플라즈마 전위에 비해 상대적으로 음의 값을 갖는 바이어스가 제공되어, 플라즈마로부터 나온 이온은 덮개 주변에 형성된 쉬스층 내부로 가속되면서 슬롯을 통해 덮개와 가공물 사이의 간격 내부로 이끌리게 되고, 이렇게 이끌린 이온이 상기 회전장치에 의해 회전하고 있는 가공물에 충돌하게 되므로서, 가공물의 표면을 연마할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 플라즈마 잠입 이온을 이용한 가공 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 가공물(11)은 원통형 가공물 또는 평판형 가공물인 것을 특징으로 하는 플라즈마 잠입 이온을 이용한 가공 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 가공물(11)은 덮개(15)에 대해 상대적으로 일정각도 기울어져 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 잠입 이온을 이용한 가공 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 덮개(15)의 슬롯(14)은 충돌하는 이온이 가공물의 표면에 스치듯이 입사할 수 있도록 하기 위하여 사각단면의 덮개인 경우 4개의 면에 각각 2개씩 마련되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 잠입 이온을 이용한 가공 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 덮개(15)는 사각단면의 덮개로 이루어지고, 슬롯(14)이 사각단면의 각 면에 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 잠입 이온을 이용한 가공 장치.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 덮개(15)는 서로 소정의 갭을 유지하는 내측의 인너 덮개(15a)와 외측의 아웃터 덮개(15b)로 구성되고, 내측의 전도성 인너 덮개(15a)는 가공물(11)과 연결되며, 아웃터 덮개(15b)는 플로팅 또는 접지되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 잠입 이온을 이용한 가공장치.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 바이어스는 RF 자기 바이어스, 단극 반복 펄스 바이어스, 이극 반복 펄스 바이어스 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 잠입 이온을 이용한 가공 장치.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 플라즈마는 내부 안테나를 갖는 ICP 소스, 불활성 가스, 반응성 가스 중 어느 하나에 의해 만들어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 잠입 이온을 이용한 가공 장치.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 받침대(12) 및 회전장치(13)와 덮개(15)는 2세트가 구비되어, 하나의 진공 챔버(10) 내에 나란히 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 잠입 이온을 이용한 가공 장치.
  10. 전기적으로 절연되며, 플라즈마가 채워지는 진공 챔버(10);
    가공물(11)이 놓여지는 부분으로서, 진공 챔버(10)의 내부에 설치되는 받침대(12);
    적어도 한 면 이상에 가공물 표면을 따라 배치되는 슬롯(14)이 구비되고, 전도성을 가지면서 가공물(11)을 둘러싸서 가공물(11)을 플라즈마로부터 분리시키며, 전기적으로 가공물(11)과 연결되는 동시에 회전가능한 덮개(15) 및 이 덮개(15)의 회전을 위한 회전장치(13);
    상기 가공물(11)과 덮개(15)에 전원을 공급하는 전원 공급원(16);
    을 포함하며,
    상기 가공물과 덮개에 플라즈마 전위에 비해 상대적으로 음의 값을 갖는 바이어스가 제공되어, 플라즈마로부터 나온 이온은 덮개 주변에 형성된 쉬스층 내부로 가속되면서 슬롯을 통해 덮개와 가공물 사이의 간격 내부로 이끌리게 되고, 이렇게 이끌린 이온이 상기 회전장치에 의해 회전하고 있는 가공물에 충돌하게 되므로서, 가공물의 표면을 연마할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 플라즈마 잠입 이온을 이용한 가공 장치.
  11. 전기적으로 절연된 챔버 내부에 가공물을 배치하되, 챔버와 전기적으로 절연되고 회전이 가능한 받침대 위에 배치하는 단계;
    가공물과 전기적으로 연결되어 슬롯을 갖는 덮개로 가공물 주변을 덮는 단계;
    상기 챔버의 내부에 플라즈마를 제공하는 단계;
    상기 가공물과 덮개에 음의 바이어스를 부가하고, 상기 가공물을 회전시키는 단계;
    상기 덮개 주변에 형성된 쉬스층 내부로 가속된 이온이 상기 슬롯을 통해 덮개와 가공물 사의 간격 내부로 이끌리면서 그 내부의 가공물에 충돌하게 되므로서, 가공물의 표면을 가공하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 잠입 이온을 이용한 가공 방법.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 덮개(15)는 서로 소정의 갭을 유지하는 내측의 인너 덮개(15a)와 외측의 아웃터 덮개(15b)로 구성되고, 내측의 전도성 인너 덮개(15a)는 가공물(11)과 연결되며, 아웃터 덮개(15b)는 플로팅 또는 접지되는 형태의 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 잠입 이온을 이용한 가공 방법.
  13. 청구항 11에 있어서, 상기 가공물의 표면을 가공하는 단계는 표면 세정, 표면 활성화, 마이크로 나노 및 나노 패턴 구조의 건식 식각, 박막 증착, 이온화 증착, 반복 에칭-식각, 이온 주입에 바탕을 둔 플라즈마 공정, 표면 연마 중에서 선택된 어느 하나의 가공을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 잠입 이온을 이용한 가공 방법.
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