ㆍ표면처리 기술사 제135회 1교시
13. 이온 플레이팅의 기본 조건 4가지를 쓰시오.
- 기본 조건 4가지
1) 고진공 상태(Vacuum Environment)
증착과 플라즈마 형성을 위해 10⁻² ~ 10⁻⁶ Torr 수준의 진공이 필요하다.
2) 기판 전처리(Substrate Pretreatment)
기판 표면의 이물질, 산화물 등을 제거하기 위해 이온 세정(plasma cleaning) 등을 시행 한다.이는 밀착력을 높이는 데 매우 중요하다.
3) 이온화 에너지원(Energy Source for Ionization)
증착 물질을 증발시키고 이온화시키기 위한 아크, 전자빔, 스퍼터링, RF 플라즈마 등의 에너지원이 필요하다.
4) 바이어스 전압(Bias Voltage)
기판에 음(-)의 바이어스 전압을 인가하여 양이온이 기판 표면에 고속으로 충돌하게 한다.
이로써 박막의 밀착력과 조밀도를 향상 시킨다.
2. 이온 플레이팅의 원리
1) 진공 상태 형성 (Vacuum Chamber)
ㆍ진공 챔버 내에서 공정이 수행되며, 일반적으로 10⁻² ~ 10⁻⁵ Torr 수준의 진공을 유지한다.
ㆍ이는 플라즈마 안정성 확보 및 불순물 제거를 위함이다.
2) 기판 전처리 (Substrate Pretreatment)
ㆍ기판 표면의 산화물, 유기물 등의 오염을 제거 한다.
ㆍ주로 **아르곤(Ar) 이온 플라즈마를 이용한 이온 세정(ion cleaning)**이 사용 된다.
ㆍ이 단계는 박막의 밀착력을 결정짓는 매우 중요한 단계이다.
3) 증착 재료의 증발 및 이온화
ㆍ소스 재료(source material)**를 열(저항 가열, 전자빔, 아크 등)로 증발 시킨다.
ㆍ증발된 중성 원자들은 플라즈마 환경에서 이온화(ionization) 된다.
예 : Ti → Ti⁺ + e⁻
4) 플라즈마 생성 및 가속 (Ion Bombardment)
ㆍ챔버 내부에 불활성 가스(주로 Ar)를 주입하여 플라즈마(plasma)를 형성한다.
ㆍ기판에는 **음의 바이어스 전압(Negative Bias Voltage)**이 인가되어, 양이온이 고속으로 기판 쪽으로 가속 된다.
ㆍ이온은 기판 표면에 충격 (bombardment) 되어,
표면을 활성화시키고, 증착층을 압축하여, 조밀하고 치밀한 박막을 형성한다.
5) 증착막 형성 (Film Formation)
ㆍ이온화된 증착 원소가 기판 표면에 응착되어 박막이 생성 된다.
ㆍ이온 폭격은 다음과 같은 이점을 제공 한다.
ㆍ불순물 제거
ㆍ박막 결정립 크기 미세화
ㆍ응력 완화
ㆍ높은 접착력 확보
6) 공정의 핵심 특징
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요소
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설명
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진공 상태
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고순도, 안정된 플라즈마 유지
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이온 세정
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표면 활성화 및 접착력 향상
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바이어스 전압
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이온 가속 및 충격력 조절
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재료 이온화
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치밀한 박막 형성 가능
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7) 응용 분야
ㆍ공구 코팅(TiN, TiC 등) : 절삭 공구, 금형
ㆍ장식 코팅 : 시계, 악세서리
ㆍ전자 부품 : 반도체, 전극
ㆍ광학 부품 : 반사막, 투과막
