KR101696838B1 - Sputtering apparatus for forming nano-structure - Google Patents
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Abstract
기판상에 원하는 크기의 나노 입자를 형성할 수 있는 나노 구조 형성용 스퍼터링 장치에 관한 것으로, 기판이 마련된 프로세스 챔버, 상기 프로세스 챔버에 마련된 소스 챔버 및 상기 소스 챔버에 연속하여 마련된 압력 제어 유닛을 포함하고, 상기 프로세스 챔버의 압력과 상기 소스 챔버의 압력은 상이하고, 상기 압력 제어 유닛은 2개 이상의 압력 제어 링 부재 및 상기 2개 이상의 압력 제어 링 부재 내의 압력을 각각 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 2개 이상의 압력 제어 링 내의 압력을 가변하기 위해 각각의 압력 제어 링 내로 공급되는 가스의 량 또는 배기되는 가스의 량을 제어하고, 상기 소스 챔버는 호퍼 형상으로 이루어지고, 상기 2개 이상의 압력 제어 링 부재는 상기 소스 챔버의 호퍼 형상에 대응하여 연속하여 마련되며, 상기 소스 챔버와 상기 2개 이상의 압력 제어 링 부재 내의 압력은 서로 상이하며, 상기 압력 제어 링 부재는 압력 제어 링 및 상기 압력 제어 링의 내부의 압력을 가변으로 하기 위한 오리피스를 포함하는 구조를 마련하여, 타깃 사용효율을 개선할 수 있다.A sputtering apparatus for forming nanostructures capable of forming nanoparticles of a desired size on a substrate includes a process chamber provided with a substrate, a source chamber provided in the process chamber, and a pressure control unit provided continuously to the source chamber , The pressure of the process chamber and the pressure of the source chamber are different, and the pressure control unit includes two or more pressure control ring members and a control unit for respectively controlling pressures in the at least two pressure control ring members, Controls the amount of gas fed into each pressure control ring or the amount of gas exhausted to vary the pressure in the at least two pressure control rings, the source chamber being in the form of a hopper, the at least two pressure The control ring member is continuously provided corresponding to the hopper shape of the source chamber, Wherein the source chamber and the pressure in the at least two pressure control ring members are different from each other and the pressure control ring member is provided with a structure including a pressure control ring and an orifice for varying the pressure inside the pressure control ring, The target use efficiency can be improved.
Description
본 발명은 나노 구조 형성용 스퍼터링 장치에 관한 것으로, 특히 기판상에 원하는 크기의 나노 입자를 형성할 수 있는 나노 구조 형성용 스퍼터링 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a sputtering apparatus for forming a nanostructure, and more particularly, to a sputtering apparatus for forming a nanostructure capable of forming nanoparticles of a desired size on a substrate.
일반적으로 산업의 다양한 분야에 널리 이용되고 있는 건식 증착 기술은 증착 원리에 따라 고상(solid stste)의 소스를 사용하는 물리적 기상 증착 방식의 PVD(Physical Vapor Deposition)와 기상(gas state)의 소스를 사용하는 화학적 기상증착방식의 CVD(Chemical Vapor Deposition)로 나누어진다.Dry deposition techniques, which are widely used in various fields of industry, generally use PVD (Physical Vapor Deposition) and gas state sources using solid-state sources according to the deposition principle. (Chemical Vapor Deposition) of a chemical vapor deposition type.
또한, 이러한 원료 소스를 기판(피코팅재)에 코팅시키는 장비의 형태에 따라 증발(evaporation), 스퍼터링(sputtering), 음극 아크(cathodic arc), 이온빔 적용 증착(ion beam assisted deposition; IBAD), 펄스 레이저 증착(pulsed laser deposition; PLD), 열화학 기상증착(thermal CVD), 플라즈마 화학기상증착(plasma enhanced CVD; PECVD) 등으로 구분되며, 이러한 장비가 단독 또는 복합 방식으로 사용되기도 한다.In addition, depending on the type of equipment for coating such a source material on a substrate (coated material), evaporation, sputtering, cathodic arc, ion beam assisted deposition (IBAD) Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), and the like. These devices may be used alone or in combination.
플라즈마 화학기상증착(PECVD) 방식의 경우에는 빠른 증착 속도와 피코팅재에 대한 적은 섀도우(shadow) 영역의 장점이 있지만, 코팅 소스 공급에 대한 한계와 이온화도의 한계로 인하여 DLC(Diamond Like Carbon), TiN, TiCN와 같은 특정 코팅재질을 사용한 증착에만 상용화되고 있고, 더욱이 낮은 이온화에너지에 의해 증착된 박막의 물성이 상대적으로 떨어지는 단점이 있다.In the case of plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), there are advantages of a rapid deposition rate and a small shadow region for the coating material. However, due to limitations on the supply of coating source and limitation of ionization degree, DLC (Diamond Like Carbon), TiN , TiCN, and furthermore, the physical properties of the thin film deposited by the low ionization energy are relatively low.
음극 아크(Cathodic arc) 방식의 경우에는 고이온화율과 높은 생산성에 대한 장점을 가지고 있지만, 액적(droplet) 형성으로 인해 표면 조도가 저하되는 현상과 다양한 물질 증발에 대한 한계를 가지는 단점이 있다.Cathodic arc method has advantages of high ionization rate and high productivity, but it has drawbacks such as a drop in surface roughness due to droplet formation and a limitation on various material evaporation.
스퍼터링(Sputtering) 기술은 이온화된 원자를 전기장에 의해 가속시켜 타깃에 충돌시키면, 이 충돌에 의해 타깃을 구성하는 원자들이 튀어나오게 되며, 튀어 나온 원자들이 기판의 표면에 증착되는 기술이다. 이와 같은 스퍼터링은 챔버(chamber)에 공급되는 가스와 캐소드(cathode, 타깃)에서 발생하는 전자 사이의 충돌로부터 시작되며, 그 과정을 보면 진공 챔버 내에 Ar과 같은 불활성 기체를 넣고 캐소드에 (-)전압을 가하면 캐소드로부터 방출된 전자들이 Ar 기체원자와 충돌하여 Ar을 이온화시킨다.The sputtering technique is a technique in which an ionized atom is accelerated by an electric field to impinge on a target, atoms constituting the target are protruded by the impact, and protruding atoms are deposited on the surface of the substrate. This sputtering starts from the collision between the gas supplied to the chamber and the electrons generated from the cathode. In the process, an inert gas such as Ar is introduced into the vacuum chamber, and negative (-) voltage The electrons emitted from the cathode collide with the Ar gas atoms to ionize Ar.
즉, Ar + e―(primary) = Ar+ + e―(primary) + e―(secondary)That is, Ar + e - (primary) = Ar + + e - (primary) + e - (secondary)
Ar이 여기(excite)하면서 전자를 방출하면 에너지가 방출되고, 이때 글로우 방전(glow discharge)이 발생하여 이온과 전자가 공존하는 플라즈마(plasma) 내의 Ar+ 이온은 큰 전위차에 의해 캐소드(타깃)로 가속되어 타깃의 표면과 충돌하면 중성의 타깃 원자들이 튀어나와 기판에 박막을 형성한다.When Ar is excited, electrons are released and energy is released. At this time, a glow discharge occurs and Ar + ions in the plasma, in which ions and electrons coexist, are attracted to the cathode (target) by a large potential difference When accelerated and collided with the target surface, neutral target atoms protrude to form a thin film on the substrate.
상술한 바와 같은 스퍼터링 기술은 금속, 합금, 화합물, 절연체 등 다양한 재료의 성막이 가능하며, 여러 가지 다른 재료에서도 성막 속도가 안정되고 비슷하게 된다. 또한, 박막의 접착력이 좋고 대면적화에 유리하고 균일한 성막이 가능하며 스텝 커버리지(step coverage)가 우수한 장점이 있다.The sputtering technique as described above can form a variety of materials such as metals, alloys, compounds, and insulators, and the deposition rate is stable and similar in various other materials. In addition, it is advantageous in that the thin film has good adhesion, is advantageous for large-sized and uniform film formation, and has excellent step coverage.
그러나 종래의 일반적인 스퍼터링 공정 조건하에서 형성되는 대다수의 금속막은 3차원 핵자 형성, 성장 그리고 섬(island)의 연결로 이루어지는 volmer-weber 형태를 따르는 박막형태로 형성된다. 기판에 나노구조 형성을 위해서는 스퍼터링 공정 중 발생하는 플라즈마 내부의 금속 및 불활성 기체 이온이 높은 운동에너지를 가진 상태로 기판까지 도달하는 것을 억제해야 한다는 문제가 있었다. 하지만, 나노구조 형성을 위하여 스퍼터링 공정상에서 증착 물질의 에너지를 감소시키기 위하여 공정 압력 및 거리를 증가시키면 증착 속도가 급격히 감소되는 단점이 있다.However, most of the metal films formed under the conventional general sputtering process conditions are formed in the form of a thin film which follows volmer-weber shape consisting of three-dimensional nucleation, growth and island connection. In order to form a nanostructure on a substrate, there is a problem that metal and inert gas ions in the plasma generated during the sputtering process must be prevented from reaching the substrate with high kinetic energy. However, when the process pressure and the distance are increased in order to reduce the energy of the deposition material in the sputtering process for the nanostructure formation, the deposition rate is rapidly reduced.
나노 구조 형성을 위한 기술의 일 예가 하기 특허 문헌 등에 개시되어 있다.An example of a technique for nanostructure formation is disclosed in the following patent documents.
예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 챔버, 타깃을 스퍼터링하여 나노 입자를 방출할 수 있는 원주형 마그네트론 스퍼터링 시스템, 상기 챔버 내를 진공 상태로 유지하기 위한 진공 펌핑 시스템, 상기 챔버 내에 아르곤 가스를 주입하는 아르곤 가스 주입장치, 유체가 저장되는 유체 저장조, 표면에 유체막이 형성되도록 회전하는 드럼, 상기 유체 및 스퍼터링 시스템을 냉각시키는 냉각 시스템 및 아르곤 가스의 공급 유량, 전압, 전압, 스퍼터링 타깃과 드럼과의 거리 및 분산제(oleic acid) 함유량을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 타깃으로부터 스퍼터링된 나노 입자는 드럼의 유체막에 침착되는 나노 유체 제조 장치에 대해 개시되어 있다.For example, the following Patent Document 1 discloses a cylindrical magnetron sputtering system capable of sputtering a nanoparticle by sputtering a target, a vacuum pumping system for maintaining the inside of the chamber in a vacuum state, An argon gas injection device, a fluid reservoir for storing a fluid, a drum rotating to form a fluid film on the surface, a cooling system for cooling the fluid and the sputtering system, and a flow rate of argon gas, a voltage, a voltage, a distance between the sputtering target and the drum And a controller for controlling the content of oleic acid, wherein nanoparticles sputtered from the target are deposited on a fluid film of a drum.
또 하기 특허문헌 2에는 구리 기판을 진공 챔버에 장착하여 아르곤-산소 혼합 가스를 이온화시켜 아르곤-산소 플라즈마 상태로 구리 기판에 충돌시켜 구리 산화물 나노 입자와 나노 막대를 제조하는 스퍼터링 장치, 상기의 장치의 아르곤-산소 혼합 가스의 유량 및 압력을 제어하는 장치 및 구리 기판의 온도, 위치, 아르곤-산소 혼합 가스와의 각도를 제어하는 장치 및 구리 기판의 가열, 온도 유지, 냉각하는 열선 및 액체 질소 공급 장치를 포함하는 구리 산화물 나노 입자와 나노 막대를 제조하는 장치에 대해 개시되어 있다.Also, Patent Document 2 discloses a sputtering apparatus in which a copper substrate is mounted in a vacuum chamber to ionize an argon-oxygen mixed gas and collide with a copper substrate in an argon-oxygen plasma state to produce copper oxide nanoparticles and nanorods; A device for controlling the flow rate and pressure of an argon-oxygen mixed gas, a device for controlling the angle of the copper substrate with respect to the temperature, the position, the argon-oxygen mixed gas and the heating device for heating and maintaining the temperature of the copper substrate, Lt; RTI ID = 0.0 > nanoparticles < / RTI > comprising copper oxide nanoparticles.
또 하기 특허문헌 3에는 기판상에 재료의 항균 층을 증착하는 방법으로서, 항균 물질의 하전 나노 입자의 클라우드를 생성하고, 정전기적으로 기판을 향해 나노 입자를 가속하는 단계를 포함하는 항균 표면 코팅에 대해 개시되어 있다.Patent Document 3 discloses a method of depositing an antimicrobial layer of a material on a substrate, comprising the steps of: generating a cloud of charged nanoparticles of an antimicrobial material; and electrostatically accelerating the nanoparticles toward the substrate .
그러나 종래의 나노구조 형성용 스퍼터링 장치는 그 구조가 복잡하고 증착 속도 및 증착 효율이 낮고, 대면적화하기 어려운 단점이 있어 양산제품에 적용하기 어려운 단점이 있다. However, the conventional sputtering apparatus for forming a nanostructure has a disadvantage that it is complicated in its structure, has low deposition rate and deposition efficiency, and is difficult to be large-sized, making it difficult to apply it to mass-produced products.
또 상기 특허문헌 3에 개시된 기술에서는 압력차를 주기 위한 별도의 진공 펌핑 시스템을 장착해야 하므로 상대적으로 제조 비용이 증가하게 되고, 차압을 위한 펌핑 라인을 통해서도 증착 물질의 손실이 있어 상대적으로 타깃 사용 효율이 떨어지는 단점이 있었다.In addition, in the technique disclosed in Patent Document 3, since a separate vacuum pumping system for providing a pressure difference is required to be installed, the manufacturing cost is relatively increased and the deposition material is also lost through the pumping line for differential pressure, There was a downside to this.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 스퍼터링 공정 압력을 높이고, 증착 속도를 높이며 증착되는 금속이 나노구조 표면을 형성할 수 있는 나노 구조 형성용 스퍼터링 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a sputtering apparatus for forming a nanostructure, which is capable of increasing the pressure of a sputtering process, increasing a deposition rate, and forming a nanostructure surface of a deposited metal.
본 발명의 다른 목적은 가스 흐름 스퍼터링(gas flow sputtering) 공정기술을 도입하여 원하는 크기로 나노 입자를 형성할 수 있는 나노 구조 형성용 스퍼터링 장치를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a sputtering apparatus for forming nanostructures capable of forming nanoparticles of a desired size by introducing a gas flow sputtering process.
본 발명의 또 다른 목적은 스퍼터링 장치 내에서 발생하는 증착 물질의 증착 손실을 방지할 수 있는 나노 구조 형성용 스퍼터링 장치를 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a sputtering apparatus for forming a nanostructure capable of preventing deposition loss of a deposition material generated in a sputtering apparatus.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 나노 구조 형성용 스퍼터링 장치는 기판에 증착되는 나노 입자의 구조를 형성하기 위한 스퍼터링 장치로서, 상기 기판이 마련된 프로세스 챔버, 상기 프로세스 챔버에 마련된 소스 챔버 및 상기 소스 챔버에 연속하여 마련된 압력 제어 유닛을 포함하고, 상기 프로세스 챔버의 압력과 상기 소스 챔버의 압력은 상이하고, 상기 압력 제어 유닛은 2개 이상의 압력 제어 링 부재 및 상기 2개 이상의 압력 제어 링 부재 내의 압력을 각각 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 2개 이상의 압력 제어 링 내의 압력을 가변하기 위해 각각의 압력 제어 링 내로 공급되는 가스의 량 또는 배기되는 가스의 량을 제어하고, 상기 소스 챔버는 호퍼 형상으로 이루어지고, 상기 2개 이상의 압력 제어 링 부재는 상기 소스 챔버의 호퍼 형상에 대응하여 연속하여 마련되며, 상기 소스 챔버와 상기 2개 이상의 압력 제어 링 부재 내의 압력은 서로 상이하며, 상기 압력 제어 링 부재는 압력 제어 링 및 상기 압력 제어 링의 내부의 압력을 가변으로 하기 위한 오리피스를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a sputtering apparatus for forming a structure of nanoparticles deposited on a substrate, the sputtering apparatus comprising: a process chamber provided with the substrate; a source chamber provided in the process chamber; Wherein the pressure of the process chamber and the pressure of the source chamber are different from each other, and the pressure control unit includes at least two pressure control ring members and a pressure within the at least two pressure control ring members Wherein the control unit controls the amount of gas supplied into each pressure control ring or the amount of exhaust gas to vary the pressure in the at least two pressure control rings, and the source chamber Wherein the two or more pressure control ring members are formed in a hopper shape, Wherein the pressure in the source chamber and in the at least two pressure control ring members is different from each other, and the pressure control ring member is configured to pressurize the pressure control ring and the pressure inside the pressure control ring And an orifice for making a variable.
또 본 발명에 따른 스퍼터링 장치에서, 상기 프로세스 챔버는 상기 소스 챔버에 연속하여 마련되고, 상기 소스 챔버 내에 타깃이 마련된 것을 특징으로 한다.In the sputtering apparatus according to the present invention, the process chamber is provided continuously to the source chamber, and a target is provided in the source chamber.
또 본 발명에 따른 스퍼터링 장치에서, 상기 압력 제어 링의 내부는 그 내부의 압력이 상이하도록 입구에서 출구로 갈수록 좁아지는 형상, 입구에서 출구로 갈수록 넓어지는 형상, 중앙 부분이 돌출된 형상 또는 중앙 부분이 오목하게 이루어진 형상 중의 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 한다.In the sputtering apparatus according to the present invention, the inside of the pressure control ring may have a shape narrowing from the inlet to the outlet so as to have different internal pressures, a shape widening from the inlet to the outlet, a shape protruding from the center, Is formed of any one of concave shapes.
또 본 발명에 따른 스퍼터링 장치에서, 상기 압력 제어 링에는 각각 돌기부와 체결 홈이 마련되고, 상기 돌기부를 체결 홈에 장착하는 것에 의해 2개 이상의 압력 제어 링이 결합되는 것을 특징으로 한다.In the sputtering apparatus according to the present invention, the pressure control ring is provided with protrusions and engagement grooves, respectively, and two or more pressure control rings are coupled by mounting the protrusions in the engagement grooves.
또 본 발명에 따른 스퍼터링 장치에서, 상기 소스 챔버에는 상기 소스 챔버 내의 압력을 제어하기 위해 소스용 불활성 및 반응성 가스 공급부와 소스용 냉각수 공급 및 배출부가 마련된 것을 특징으로 한다.Further, in the sputtering apparatus according to the present invention, the source chamber is provided with an inert and reactive gas supply source and a source cooling water supply and discharge source for controlling the pressure in the source chamber.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 나노 구조 형성용 스퍼터링 장치에 의하면, 나노구조 형성용 스퍼터링 소스를 위한 별도의 진공 펌핑 시스템이 필요하지 않아 시스템으로 구성시 비용을 절감할 수 있다는 효과가 얻어진다.As described above, according to the sputtering apparatus for forming a nanostructure according to the present invention, a separate vacuum pumping system for a sputtering source for forming a nanostructure is not required, thereby reducing the cost of the system configuration.
또, 본 발명에 따른 나노 구조 형성용 스퍼터링 장치에 의하면, 나노구조 형성용 스퍼터링 소스 내부에서 생성되는 증착 물질이 상대적으로 높은 비율로 소스 챔버로 유입되므로 타깃 사용 효율을 개선할 수 있다는 효과도 얻어진다.In addition, according to the sputtering apparatus for forming a nanostructure according to the present invention, the deposition efficiency of the target can be improved because the deposition material generated in the sputtering source for nanostructure formation is introduced into the source chamber at a relatively high rate .
또, 본 발명에 따른 나노 구조 형성용 스퍼터링 장치에 의하면, 하나 이상의 압력 제어 링 부재별로 각기 다른 압력으로 제어하여 보다 균일하고 정밀한 공정을 가능하게 할 수 있다는 효과도 얻어진다.In addition, according to the sputtering apparatus for forming a nanostructure according to the present invention, it is possible to control the pressure control ring members at different pressures, thereby achieving a more uniform and precise process.
또한, 본 발명에 따른 나노 구조 형성용 스퍼터링 장치에 의하면, 압력 제어 링의 입구 및 출구의 사이즈 조절이 용이하므로, 사이즈 조절을 위한 비용을 절감할 수 있다는 효과도 얻어진다.Further, according to the sputtering apparatus for forming a nanostructure according to the present invention, since the size of the inlet and the outlet of the pressure control ring can be easily adjusted, the cost for size adjustment can be reduced.
도 1은 본 발명에 따른 나노 구조 형성용 스퍼터링 장치의 개념을 설명하기 위한 모식도,
도 2는 본 발명에 따른 나노 구조 형성용 스퍼터링 장치의 모식도,
도 3은 도 2에 도시된 압력 제어 유닛의 구성을 나타내는 도면,
도 4는 도 3에 도시된 압력 제어 링의 형상의 일 예를 나타내는 단면도,
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 나노 구조 형성용 스퍼터링 장치에 의해 기판에 증착된 나노 구조물의 SEM 사진. 1 is a schematic view for explaining the concept of a sputtering apparatus for forming a nanostructure according to the present invention,
FIG. 2 is a schematic view of a sputtering apparatus for forming a nanostructure according to the present invention,
3 is a view showing a configuration of the pressure control unit shown in Fig. 2,
Fig. 4 is a sectional view showing an example of the shape of the pressure control ring shown in Fig. 3,
5 and 6 are SEM photographs of nanostructures deposited on a substrate by the sputtering apparatus for forming a nanostructure according to the present invention.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.These and other objects and novel features of the present invention will become more apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
먼저, 본 발명에 따른 스퍼터링 구조의 개요에 대해 도 1에 따라 설명한다.First, an outline of the sputtering structure according to the present invention will be described with reference to Fig.
도 1은 본 발명에 따른 나노 구조 형성용 스퍼터링 장치의 개념을 설명하기 위한 모식도이다.1 is a schematic view for explaining the concept of a sputtering apparatus for forming a nanostructure according to the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 나노 구조 형성용 스퍼터링 장치는 프로세스 챔버(100) 내에 소스 챔버(200)가 마련된 구조를 적용한다.As shown in FIG. 1, the sputtering apparatus for forming a nanostructure according to the present invention employs a structure in which a
상기 소스 챔버(200)의 상부에는 스퍼터링을 실행하기 위한 스퍼터 건(300)이 장착되고, 상기 소스 챔버(200)에 연속하여 마련되고 챔버의 기능을 구비한 압력 제어 유닛(400)이 마련된다.A
즉, 본 발명에 따른 나노구조 금속 박막을 형성하기 위해서 프로세스 챔버(100) 내에 소스 챔버(200) 및 압력 제어 유닛(400)을 마련하여 물질의 에너지(Kinetic energy) 제어를 실행한다.That is, the
도 1에서 소스 챔버(200)의 압력 P1와 프로세스 챔버(100)의 압력 P2은 서로 상이하고, 이 P1, P2의 압력차에 의한 가스 흐름(gas flow)을 통하여 소스 챔버(200)에서 생성되는 나노구조 증착 물질이 프로세스 챔버(100)로 빠르게 이송되어 증착 속도를 개선할 수 있다. 상기 프로세스 챔버(100)의 압력은 수백 mTorr 이하로 마련되며, 상기 소스 챔버(200)의 압력은 50 mTorr 내지 수 Torr로 마련된다.1, the pressure P1 of the
상기 스퍼터 건(300)은 예를 들어 자석과 Cu 플레이트로 이루어진 마그네트론 소스부(310), 실링용 링으로 이루어진 실드(shield)부(320), 대략 원형으로 이루어지고 상기 실드부(320)에 장착된 타깃(330), 상기 마그네트론 소스부(310)를 작동시키는 작동부(340)를 구비하고, 상기 작동부(340)에는 전원선(341), 냉각수 공급 라인(342) 및 냉각수 배출 라인(343)이 체결된다.The
상기 스퍼터 건(300)은 통상의 스퍼터링 장치에 적용되는 스퍼터 건을 용이하게 적용할 수 있으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.Since the
또한, 상기 프로세스 챔버(100)에는 척(110)이 마련되고 이 척(110) 상에 기판(120)이 장착된다. 상기 기판(120)에는 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 소스 챔버(200) 내부의 스퍼터링 공정 조건, 압력 제어 유닛(400)의 제어 조건, 프로세스 챔버(100) 내부의 압력조건 및 척(110)의 위치에 따라 나노 구조의 형상 및 크기가 제어된 나노 입자가 증착된다.In addition, a
이하, 본 발명의 구체적인 구성에 대해 도 2에 따라 설명한다.Hereinafter, a specific configuration of the present invention will be described with reference to FIG.
도 2는 본 발명에 따른 나노 구조 형성용 스퍼터링 장치의 모식도이다.2 is a schematic view of a sputtering apparatus for forming a nanostructure according to the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 나노 구조 형성용 스퍼터링 장치는 기판(120)에 증착되는 나노 입자를 형성하기 위한 스퍼터링 장치로서, 기판(120)이 마련된 프로세스 챔버(100), 상기 프로세스 챔버(100)에 마련된 소스 챔버 및 상기 소스 챔버(200)에 연속하여 마련된 압력 제어 유닛(400)을 포함하고, 상기 프로세스 챔버(100)의 압력과 상기 소스 챔버(200)의 압력은 상이하게 마련된다.2, a sputtering apparatus for forming nanostructures according to the present invention is a sputtering apparatus for forming nanoparticles to be deposited on a
상기 프로세스 챔버(100)는 통상의 스퍼터링 챔버와 같이 가열, 냉각, 상하 이동 및 회전 가능한 척(10), 척(110) 상에 장착되는 기판(120), 상기 챔버 내로 Ar, He, N2 등의 불활성 및 반응성 가스를 공급하는 가스 공급구(130) 및 가스 배출구(140)를 구비한다. 가스 배출구(140)와 연결되어 프로세스 챔버(100)의 진공 형성 및 유지를 위한 진공 펌핑 장치 및 압력제어를 위한 밸브류와 같은 통상의 스퍼터링 장치에서 사용되는 세부구성은 생략하였다.The
이와 같은 프로세스 챔버(100)는 상기 소스 챔버(200)에 연속하여 마련되고, 상기 소스 챔버(200) 내에는 타깃(330)이 마련된다. 상기 타깃(330)은 기판(120)상에 증착될 나노 입자에 대응하는 금속재, 부도체 등을 사용할 수 있으며, 특별히 어느 하나의 금속에 한정되는 것은 아니다. Such a
상기 소스 챔버(200)는 도 2에 도시된 바와 같이 프로세스 챔버(100)를 향해 경사진 호퍼 형상으로 이루어지고, 이 소스 챔버(200)의 출구부는 원형으로 이루어지지만, 이에 한정되는 것은 아니고 용도에 따라 사각 형상으로 적용할 수도 있다.The
이와 같이 소스 챔버(200)를 호퍼 형상으로 마련하는 것에 의해, 챔버 내에서 발생하는 증착 물질의 손실을 방지하면서, 프로세스 챔버(100)로 증착 물질을 용이하게 이송할 수 있다.By providing the
또한, 상기 소스 챔버(200)에는 챔버 내의 압력을 제어하기 위해 소스용 불활성 및 반응성 가스 공급부(210)와 소스용 냉각수 공급 및 배출부(220)가 마련된다. In addition, the
즉, 본 발명에서는 프로세스 챔버(100)에 마련된 가스 공급구(130) 및 가스 배출구(140)와 별도로 소스용 불활성 및 반응성 가스 공급부(210)를 마련하고, 스퍼터 건(300)에 마련된 냉각수 공급 라인(342) 및 냉각수 배출 라인(343)과 별도로 소스용 냉각수 공급 및 배출부(220)를 마련하여 소스 챔버(200) 내의 압력을 제어하는 것에 의해 프로세스 챔버(100)의 압력 P2와 소스 챔버(200)의 압력 P1을 서로 상이하게 제어할 수 있다.That is, in the present invention, the source inert gas and reactive gas supply unit 210 are provided separately from the gas supply port 130 and the gas discharge port 140 provided in the
이와 같은 압력 제어는 기판(120)에 증착될 나노 입자의 크기, 타깃(330)의 종류 등에 따라 미리 설정된 조건으로 질량유량계(MFC : Mass Flow Controller) 등을 구비한 제어부에 의해 실행된다.Such pressure control is performed by a control unit including a mass flow controller (MFC) under predetermined conditions according to the size of the nanoparticles to be deposited on the
스퍼터 건(300)은 도 2에 도시된 바와 같이 소스 챔버(200)의 상부에 장착되며, 상기 스터터 건(300)에는 캐소드로서 마그네트론 소스(310)에 DC, RF, 펄스 DC, MF 전원을 인가하는 전원 공급부, 냉각수 공급부, 타깃(330)을 상하로 이동 가능한 모터를 구비한 작동부(340)가 마련된다.The
상기 압력 제어 유닛(400)은 도 2에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 압력 제어 링 부재(410), 상기 하나 이상의 압력 제어 링 부재(410) 내의 압력을 각각 제어하는 제어부(420) 및 상기 제어부(420)와 상기 하나 이상의 압력 제어 링 부재(410)에 각각 연결된 다수의 연결관(430)을 포함한다.2, the
상기 하나 이상의 압력 제어 링 부재(410)는 상기 소스 챔버(200)의 출구부에 대응해서 연속하여 마련되며, 도 2에서는 2개의 압력 제어 링 부재(410)를 나타내었지만, 증착될 나노 입자의 크기에 대응하여 1개 또는 3개 이상 마련할 수 있다.The one or more pressure
본 발명에 따른 스퍼터링 장치에서는 상기 소스 챔버(200)와 상기 하나 이상의 압력 제어 링 부재(410) 내의 각각의 압력은 서로 상이하게 구성된다.In the sputtering apparatus according to the present invention, the respective pressures in the
이 압력 제어 링 부재(410)와 제어부(420)의 구성에 대해서는 도 3에 따라 설명한다.The structure of the pressure
도 3은 도 2에 도시된 압력 제어 유닛의 구성을 나타내는 도면이다.3 is a view showing a configuration of the pressure control unit shown in Fig.
도 3에 도시된 바와 같이, 압력 제어 링 부재(410)는 압력 제어 링(411), 압력 제어 링(411)의 대략 중앙 부분에 마련되고, 연결관(430)을 통해 공급되는 불활성 및 반응성 가스의 공급 또는 배기에 의해 압력 제어 링(411) 내부의 압력을 가변으로 하기 위한 오리피스(412)가 마련된다. 상기 압력 제어 링(411)에는 하나 이상의 압력 제어 링을 용이하게 결합할 수 있도록 압력 제어 링(411)의 상부에 돌기부(413)가 마련되고 압력 제어 링(411)의 하부에 돌기부(413)가 삽입되는 체결 홈(414)이 마련된다.3, the pressure
따라서, 상기 돌기부(413)를 체결 홈(414)에 끼워 맞춤하는 것에 의해 기판(120)에 증착될 나노 입자의 크기에 대응하여 압력 제어 링 부재(410)를 다단으로 형성할 수 있다. 또 이를 위해 상기 소스 챔버(200)의 호퍼 형상의 하단부에 상기 돌기부(413)에 대응하는 체결 홈을 마련하는 것이 바람직하다.The pressure
상기 제어부(420)는 상기 하나 이상의 압력 제어 링 부재(410) 내의 각각의 압력을 가변으로 제어하기 위해 각각의 연결관(430)을 통해 오리피스(412)로 공급되는 가스의 량 또는 배기되는 가스의 량을 조절하는 질량 유량계, 밸브계 등을 구비한다.The
한편, 상기 압력 제어 링 부재(410)로 공급되는 불활성 및 반응성 가스는 프로세스 챔버(100) 및 소스 챔버(200)에 공급되는 Ar, He와 같은 불활성 기체를 사용하지만, 기판에 증착될 나노 입자의 종류에 따라 프로세스 챔버(100) 및 소스 챔버(200)에 공급되는 불활성 및 반응성 가스와 상이한 가스를 공급할 수도 있다.Inert and reactive gases supplied to the pressure
다음에 본 발명에 적용되는 압력 제어 링(411)의 구조에 대해 도 4에 따라 설명한다.Next, the structure of the
도 4는 도 3에 도시된 압력 제어 링의 형상의 일 예를 나타내는 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing an example of the shape of the pressure control ring shown in Fig.
본 발명에 따른 압력 제어 링(411)의 내부는 통상의 링과 같이 입구와 출구의 내경이 동일한 형상으로 할 수 있지만, 압력 제어 링(411)의 내부의 압력이 상이하도록 입구에서 출구로 갈수록 좁아지는 형상(도 4의 (a)), 입구에서 출구로 갈수록 넓어지는 형상(도 4의 (b)), 중앙 부분이 오목하게 이루어진 형상(도 4의 (c), (e)) 또는 중앙 부분이 돌출된 형상(도 4의 (d), (f)) 중의 어느 하나로 형성할 수 있다.The inside of the
상술한 바와 같이 압력 제어 링(411)을 마련하고, 이 압력 제어 링(411)의 내부의 압력을 제어하는 것에 의해 가스의 흐름을 제어하여 증착 속도를 제어하고, 기판상에 원하는 크기의 나노 입자를 증착할 수 있다.As described above, the
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 나노 구조 형성용 스퍼터링 장치에 의해 기판에 증착된 나노 구조물의 SEM 사진이다.5 and 6 are SEM photographs of nanostructures deposited on a substrate by the sputtering apparatus for forming a nanostructure according to the present invention.
도 5는 프로세스 챔버(100)의 압력을 10 mTorr로 설정한 상태에서 기판(120)에 증착된 나노 입자들의 단면도(a) 및 평면도(b)이고, 도 6은 프로세스 챔버(100)의 압력을 50 mTorr로 설정한 상태에서 기판(120)에 증착된 나노 입자들의 단면도(a) 및 평면도(b)이다.5 is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) of the nanoparticles deposited on the
도 5 및 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 나노 구조 형성용 스퍼터링 장치에서는 스퍼터링 공정 시 압력을 조절하는 것에 의해 나노 입자의 크기 및 밀도를 용이하게 제어할 수 있다.5 and 6, in the sputtering apparatus for forming a nanostructure according to the present invention, the size and density of nanoparticles can be easily controlled by controlling the pressure during the sputtering process.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.Although the present invention has been described in detail with reference to the above embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention.
본 발명에 따른 나노 구조 형성용 스퍼터링 장치를 사용하는 것에 의해 시스템 구성시 비용을 절감할 수 있다.By using the sputtering apparatus for forming a nanostructure according to the present invention, it is possible to reduce the cost of system construction.
100 : 프로세스 챔버
200 : 소스 챔버
300 : 스퍼터 건
400 : 압력 제어 유닛 100: Process chamber
200: source chamber
300: Sputter gun
400: pressure control unit
Claims (5)
상기 기판이 마련된 프로세스 챔버, 상기 프로세스 챔버에 마련된 소스 챔버 및 상기 소스 챔버에 연속하여 마련된 압력 제어 유닛을 포함하고,
상기 프로세스 챔버의 압력과 상기 소스 챔버의 압력은 상이하고,
상기 압력 제어 유닛은 2개 이상의 압력 제어 링 부재 및 상기 2개 이상의 압력 제어 링 부재 내의 압력을 각각 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는 상기 2개 이상의 압력 제어 링 내의 압력을 가변하기 위해 각각의 압력 제어 링 내로 공급되는 가스의 량 또는 배기되는 가스의 량을 제어하고,
상기 소스 챔버는 호퍼 형상으로 이루어지고, 상기 2개 이상의 압력 제어 링 부재는 상기 소스 챔버의 호퍼 형상에 대응하여 연속하여 마련되며, 상기 소스 챔버와 상기 2개 이상의 압력 제어 링 부재 내의 압력은 서로 상이하며,
상기 압력 제어 링 부재는 압력 제어 링 및 상기 압력 제어 링의 내부의 압력을 가변으로 하기 위한 오리피스를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.A sputtering apparatus for forming a structure of nanoparticles deposited on a substrate,
A process chamber provided with the substrate, a source chamber provided in the process chamber, and a pressure control unit provided continuously to the source chamber,
Wherein the pressure of the process chamber and the pressure of the source chamber are different,
Wherein the pressure control unit includes at least two pressure control ring members and a control unit for controlling a pressure in each of the at least two pressure control ring members,
The control unit controls the amount of gas supplied into each pressure control ring or the amount of exhaust gas to vary the pressure in the two or more pressure control rings,
Wherein the source chamber is formed in a hopper shape and the two or more pressure control ring members are provided successively in correspondence with the hopper shape of the source chamber and the pressures in the source chamber and the two or more pressure control ring members are different from each other In addition,
Wherein the pressure control ring member comprises a pressure control ring and an orifice for varying the pressure inside the pressure control ring.
상기 프로세스 챔버는 상기 소스 챔버에 연속하여 마련되고,
상기 소스 챔버 내에 타깃이 마련된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.The method of claim 1,
Wherein the process chamber is provided continuously to the source chamber,
Wherein a target is provided in the source chamber.
상기 압력 제어 링의 내부는 그 내부의 압력이 상이하도록 입구에서 출구로 갈수록 좁아지는 형상, 입구에서 출구로 갈수록 넓어지는 형상, 중앙 부분이 돌출된 형상 또는 중앙 부분이 오목하게 이루어진 형상 중의 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.The method of claim 1,
The inside of the pressure control ring is formed of any one of a shape narrowing from the inlet to the outlet so that the pressure therein differs, a shape widening from the inlet to the outlet, a shape protruding from the center portion, Wherein the sputtering apparatus is a sputtering apparatus.
상기 압력 제어 링에는 각각 돌기부와 체결 홈이 마련되고, 상기 돌기부를 체결 홈에 장착하는 것에 의해 2개 이상의 압력 제어 링이 결합되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.4. The method of claim 3,
Wherein the pressure control ring is provided with protruding portions and engaging grooves, respectively, and two or more pressure control rings are engaged by mounting the protruding portions in the engaging grooves.
상기 소스 챔버에는 상기 소스 챔버 내의 압력을 제어하기 위해 소스용 불활성 및 반응성 가스 공급부와 소스용 냉각수 공급 및 배출부가 마련된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.The method of claim 1,
Wherein the source chamber is provided with a source inert and reactive gas supply and a source cooling water supply and discharge for controlling the pressure in the source chamber.
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