진공 증착에 대해서

진공 증착에 대해서

진공 증착은 드라이 프로세스로는 기본적인 것으로, 안경이나 카메라 렌즈 등의 반사 방지를 위해 오래 전부터 행해져 왔습니다.

증착 원리는 진공 용기 안에 증발원과 기판을 두고 진공으로 하여 만들려는 박막재료를 앞에서 서술한 바와 같이 저항 가열, 이온 빔 등의 방법으로 증발시켜 기판에 부착시키는 것으로, 마침 난로에 둔 주전자에서 나온 수증기가 유리창에 부착하여 물방울을 만드는 것이라고 보면 됨니다.

진공도가 높을수록 순도가 높은 금속피막을 얻을 수 있는 것 같습니다만, 일반적으로는 Pa-2이하에서 이루어지며, 순금속이나 승화되기 쉬운 산화물 피막 생성에 이용됩니다.

합금막이나 탄화물막, 질화물막 등의 생성은 어려운 것 같습니다.

증발 재료가 2종류 이상의 금속으로 구성되어 있는 합금의 경우, 각각의 금속의 증기압이 다르기 때문에 증기압이 높은 금속에서 증발을 비롯한 증기압이 낮은 금속의 증발이 지연되어 버립니다.

따라서 황동처럼 구리와 아연합금의 경우 저온에서 증기압이 높은 아연만 증발하고 구리는 증발원인 도가니에 남게 됩니다.

진공 증착은 금속 재료에 비해 유리나 플라스틱 제품이 더 많고, 증착 재료로는 알루미늄이 압도적으로 많이 사용되며 다른 금속, 금, 은, 크롬 등은 극히 적은 것 같습니다.

응용 예로는 플라스틱 네임 플레이트, 마크, 미장, 완구, 반사경 등이 있고, 유리에 대한 응용으로는 렌즈의 반사 방지막, 반사 증가막, 필터 등이 있으며, 이들 광학박막에는 불화마그네슘, 산화규소, 산화티타늄, 산화알루미늄 등이 사용되고 있습니다.

진공 증착은 고진공 용기 안에서 물질을 가열하여 증기화한 물질을 기판에 부착시키는 기술입니다.

여기에서 고진공이라고 하는 압력은 10-4Pa(대기압의 약 1억분의 1의 압력)를 가리킵니다.

또한 스패터에 비해 성막 속도가 빠른 것도 특징이며, 또한 막 응력이 작은 것도 특징 중 하나입니다.

진공중에서 성막되기 때문에 막이 오염될 가능성이 낮고, 스루풋이 빠르기 때문에 저렴하고 고도의 기판 변형이 적은 광학박막의 공급이 가능합니다.

 

진공 증착이란?

진공증착이란 진공 중에 금속이나 금속산화물 등의 성막재료를 가열하여 용융, 증발 또는 승화시켜 기재나 기판의 표면에 증발, 승화한 입자(원자, 분자)를 부착 퇴적시켜 박막을 형성하는 기술입니다.

 

증착 원리

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물을 넣고 달군 냄비에 뚜껑을 덮으면 안쪽에는 김이 묻어 물방울이 생깁니다.

물을 가열하면 수증기가 되어 증발합니다.

그 위에 예를 들어 판을 놓으면 수증기가 부착되어 수막이 생기고, 이윽고 물방울이 됩니다.

그 물방울이 될 때까지의, 물의 막이 생기는 상태.이 원리가 증착과 같습니다.

증착은 물이 아닌 금속이나 금속 산화물 등을 가열하여 증발 기화시켜 기재와 기판에 표면 처리와 박막을 형성합니다.

물은 100°C에서 끓는데 금속 등은 녹이기만 해도 수백°C 이상, 기화시키려면 수천°C의 온도가 필요합니다.

따라서 감압하여 기체 분자도 감소시킨 진공 상태가 필요합니다.

진공 중에 있으면 금속 등의 증기압 온도를 낮출 수 있고, 천°C 전후의 가열로 금속 등을 기화시킬 수 있습니다.

또, 잔류 기체 분자도 감소하고 있기 때문에, 장애가 적고 평균 자유 행정이 크고, 금속등의 기체 입자가 날아가기 쉬워지고, 불순물도 지극히 적은 박막 형성이 가능해져, 금속등으로 표면 처리나 박막을 형성할 수 있습니다.

이것이 알기 쉬운 설명, 진공 증착 원리입니다.

 

진공 증착 가열법

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진공 증착으로 성막 재료의 가열에는 대표적인 세 가지 방법이 있습니다.

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(1) 저항 가열

저융점 성막 재료에 적합함.

W, Mo, B 등의 저항체에 전류를 흘려 발열시키고, 발열된 저항체에 성막재료를 공급하여 성막재료를 가열 증발시켜 박막을 형성하는 방법.

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(2) 고주파 유도 가열

저융점 성막 재료에 적합함.

카본등의 도가니내에 수납한 성막 재료를, 고주파 유도 가열에 의해 가열·증발시켜 박막을 형성하는 방법.

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(3) 전자빔 가열

고융점 성막 재료 대응 가능.

내화물 등의 경혈에 수납한 성막재료에 전자빔을 조사함으로써 성막재료를 가열·증발시켜 박막을 형성하는 방법.

 

 

활성화 반응성 증착(ARE: Activated Reactive Evaporation)

루츠보와 전극 사이에 전압을 가하여 2차 전자에 의해 플라즈마 발생

이온화된 가스와 증발 금속을 반응시키는

플라스마의 제어성이 좋으며 막 조성 제어도 좋음

증발원과 기재는 플라스마의 영향을 받지 않고 고속 성막 가능

[출처] 진공 증착이란?|작성자 다사랑

진공증착 성막재료(대표예)

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금속

Al, Ag, Au, Ti, Ni, Cu, Cr, Sn, In, etc.

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산화물

Al2O3, SiO2, etc.

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진공 증착의 특징

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비교적 장치 구조가 간단함

금속에서 유기물까지의 성막 가능

성막 재료의 대량 증발을 통해 성막 속도가 빠르다

고진공 성막으로 고순도

열만 증착하는 에너지는 부착력이 다소 약하다

저항 가열에서는 저융점 성막 재료에 적합함

전자빔 가열에서는 고융점 재료도 성막 가능

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특수 진공 증착의 종류와 특징

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DC·RF 이온 플레이팅(DC, AC Ion plating)

DC, RF 방전으로 증발물질을 이온화, 고에너지화

막의 밀착력 향상, 결정성 양호

반응성 촉진, P-CVD와의 혼합막

막후 분포에 문제, 유기물질 콘타미네이션

활성화 반응성 증착장치 개략도

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중공 음극법(HCD: Hollow Cathode Discharge)

LaB6 음극 아크 방전, 저전압, 대전류 플라즈마 발생

플라스마로 가열, 활성화

고밀도 플라즈마 분위기, 고에너지(밀착성, 반응성 양)

음극 플라즈마건의 수명이 짧고 막 제어성이 부족하다.

 

기타

레이저 어블레이션(Laser Ablation, PLD: Pulsed Laser Deposition)

분자선 에피탁시(MBE: Molecular Beam Epitaxy)

클러스터 이온 빔(ICB: Ionized Cluster Beam)

 

 

스패터링

 

진공(10-1Pa 이하의 압력) 상태에서 이온화된 고에너지 입자를 타깃에 충돌시킴으로써 타깃을 구성하는 성분이 입자로 방출됩니다.

이 입자를 필름 표면에 붙이는 기술입니다.

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성막 방식: DC 마그네트론 / MF 마그네트론

 

 

물코팅

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유기화합물 및 무기화합물을 도료화.

여러 가지 도공방식을 이용하여 필름에 도액을 박막형태로 도포하는 기술입니다.

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클린도:클래스100

도공, 건조, 경화, 점착, 라미

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도공방식 : 화보코트 / 리버스코트 / 키스리버스화보코트 / 롤나이프코트 / 다이코트

 

진공 증착

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진공(10-2Pa이하의 압력) 상태에서 금속, 산화물, 황화물 등의 증발재료를 가열하여 기화시켜 필름에 박막을 형성하는 기술입니다.

금속등이 가지는 다양한 기능을 부가할 수 있습니다.

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증착방식 : 저항가열 / 고주파 유도가열 / 일렉트론 빔가열

 

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