KR100216542B1 - 펄스 레이저 증착장치용 멀티 타겟 구동장치 - Google Patents

펄스 레이저 증착장치용 멀티 타겟 구동장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 펄스 레이저 증착장치를 사용하여 기판 상에 박막을 성장할 때, 고품위의 재현성있는 박막을 성장할 수 있고, 증착장치를 자동화할 수 있으며, 펄스 레이저 증착을 경제적으로 수행할 수 있는 멀티 타겟 구동장치에 관한 것이다. 본 발명의 펄스 레이저 증착장치용 멀티 타겟 구동장치는, 스테핑 모터와, 구동 피드스루로 구성되어, 타겟원판 구동축 및 타겟 구동용 모터축에 회전 구동력을 제공하기 위한 구동력 제공부와; 설치 플랜지와, 타겟원판 구동용 피동기어와, 타겟원판 구동용 능동기어와, 타겟원판 구동용 모터축과, 타겟원판 구동축과, 머리부 지지용 프레임과 타겟 구동용 모터축으로 구성되어, 상기한 구동력 제공부로부터 제공받은 타겟원판 및 타겟의 회전에 필요한 회전 구동력을 전달하며 타겟 구동장치의 머리부를 지지하기 위한 구동력 전달 및 지지부와; 타겟 원판과, 타겟 구동용 피동기어와, 타겟 구동용 능동기어와, 타겟홀더 고정용 스터브와, 타겟 홀더와, 복수의 타겟 구동축으로 구성되어, 타겟 재료를 레이저빔의 촛점에 위치시키도록 타겟원판과 타겟의 회전이 수행되는 머리부를 포함한다.

Description

펄스 레이저 증착장치용 멀티 타겟 구동장치(Multi-target Manipulator for Pulsed Laser Deposition apparatus)
제1도는 본 발명의 일 실시예에 따른 평행형 멀티 타겟 구동장치의 측면도.
제2도는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수직형 멀티 타겟 구동장치의 측면도.
제3(a)도 및 제 3(b) 도는 단일의 타겟원판이 구비된 본 발명의 멀티 타겟 구동장치에 대한 머리부의 측면도 및 정면도.
제4(a) 도 및 제 4(b) 도는 이중의 타겟원판이 구비된 본 발명의 멀티 타겟 구동장치에 대한 머리부의 측면도 및 정면도.
제5도는 본 발명의 멀티 타겟 구동장치에 대한 타겟 구동축 및 타겟 홀더에 대한 분해 사시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 2 : 스테핑 모터 3, 4 : 모션 피드스루
5 : 설치 플랜지 7 : 타겟 원판 구동용 능동기어
8 : 타겟 원판 구동용 피동기어 9 : 타겟 원판 구동용 모터축
10 : 타겟 원판 구동축
11, 12 : 타겟 원판 구동축 지지용 진공 베어링
13 : 멀티 타겟 구동장치의 머리부 지지용 프레임
14 : 타겟 구동용 모터축 16 : 타겟 구동축
17 : 타겟 구동용 능동기어 18 : 타겟 구동용 피동기어
19 : 간격 유지용 로드 20 : 타겟 구동용 모터축지지 베어링
21 : 전방 타겟 구동축 지지 제어링
22 : 후방 타겟 구동축 지지 베이링
23 : 타겟 홀더 24 : 타겟 홀더 고정용 스크류
25 : 타겟 홀더 고정용 스크류용 너트홈
26 : 타겟 홀더 고정용 스터브 27 : 타겟 원판
29 : 스크류 홈 30 : 모터 플랜지
본 발명은 펄스 레이저 증착장치용 멀티 타겟 구동장치에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 펄스 레이저 증착장치를 사용하여 기판상에 박막을 성장할 때, 고품위의 재현성있는 박막을 성장할 수 있고, 증착장치를 자동화할 수 있으며, 펄스 레이저 증착을 경제적으로 수행할 수 있는 멀티 타겟 구동장치(multi-target manipulator)에 관한 것이다.
단결정 및 비정질 기판 상에 박막을 성장시키는 박막 증착법 중에서, 일정한 타겟재료에 펄수 레이저를 조사함으로써 발생된 타겟재료의 원자증기를 이용하여 반도체기판 상에 일정한 두께의 박막을 형성하는 펄스 레이저 증착법(pulsed laser deposition) 또는 레이저 어불레이션(laser ablation)은 최근에 보편적으로 널리 사용되는 물리적인 방식에 의한 박막 제조기술의 하나이다.
상기한 펄스 레이저 증착법에 사용되는 펄스 레이저 증착장치는 에너지원으로 100∼400 nm 파장영역의 레이저를 발생시키는 레이저 발생장치와, 타겟재료를 구동시키는 타겟 구동장치와, 기판의 부착, 고정 및 열처리를 위한 전열기 장치로 구성되며, 이중에서 타겟 구동장치와 전열기 장치는 전공용기(vacuum chamber)의 내부에 설치된다.
펄스 레이저 증착장치를 사용한 박막 성장은 수백 mTorr의 반응가스 분위기 중에서 이루어지는데, 산화물 재료의 경우에는 반응가스로 산소를 사용하며, 금속 및 고분자 재료의 경우에는 반응가스로서 아르곤 등을 사용한다. 펄스 레이저 증착법에 따라, 타겟 재료를 기판 상에 증착시키기 위해서는, 자외선 영역의 파장을 지닌 고에너지의 레이저빔이 에너지원으로 사용되는데, 이러한 레이저빔은 레이저 발생장치에서 발생된 후, 집광렌즈 및 수정창(quartz window)를 통하여 진공 용기 내부의 타겟 재료 표면에 집광된다.
이때, 타겟재료 표면의 집광면적은 수 ㎟ 정도로, 이와 같이 협소한 면적에 집적된 높은 레이저 에너지는 타겟 재료를 용융시켜, 원자분사형태의 원자증기인 레이저 풀룸(laser pulme)을 발생시키며, 증기화된 원자들은 시속 km의 빠른 속도로 타겟과 대향하여 위치한 기판 상으로 비행하게 된다. 이와 같이, 기판에 도달한 원자들은 기판 표면에서 자체 화학반응과 기판 구성원자와의 반응에 의해, 최소 결합에너지 상태를 유지하는 타겟재료와 동일한 조성을 같는 원자층(atomic laver)을 형성하게 된다. 이 때, 기판을 일정시간동안 레이저 풀룸에 노출시키면, 기판 상에 일정한 두께의 박막을 성장시킬 수 있게 된다.
일반적인 레이저 증착장치에서 집적되는 레이저빔의 위치는 레이저빔이 통과하는 수정차의 위치에 따라 변화하고, 타겟 재료 위의 레이저빔 집광 면적은 집광렌즈의 촛점거리와 집광렌즈가 놓인 위치에 따라 변화한다. 따라서, 수정창과 렌즈의 적정한 선택은 레이저빔을 진공 용기 내부의 하나의 고정된 지점에 모이게 하는데 매우 중요한 역할을 하게 되며, 바로 이 초점에서 피증착 재료가 고집적 레이저 에너지에 의해 증기화된다.
피증착 재료인 타겟 재료를 이용하여 기판 상에 고품위의 박막을 성장시키기 위해서는, 타겟 재료를 진공 용기 내부의 고정된 레이저빔의 촛점에 위치시켜야 한다. 기판 상에 박막을 형성시에는, 박막의 재현성을 역시 박막 자체의 고품질 특성과 함께 매우 중요한 변수인데, 이 재현성을 확보하기 위해서는, 타겟이 이미 설정된 레이저 촛점에 반복해서 위치할 수 있도록 하는 기계적인 정확성이 보장되어야 하므로, 결국, 정확한 타겟을 정밀하게 구동시킬 수 있는 타겟 구동장치가 필요하게 된다.
이와 같은 타겟 구동장치에는 통상적으로 4개 또는 그 이상의 타겟을 설치할 수 있다. 이와 같이 여러개의 사용가능한 타겟 재료를 설치하는 이유는 단 1회의 진공상태에서 그 진공을 파괴하지 않고, 허용된 타겟의 갯수(4개 또는 그 이상) 만큼의 다층 박막을 제작할 수 있다는 이점 때문이다. 또한, 본 박막을 성장하기 전에 완충층(buffer layer)을 기판 상에 먼저 형성하고자 할 때나, 또는 인공 초격자 구조(artificial superlattice structure) 등의 특수한 박막을 기판 상에 성장하고자 할 때에도 매우 유용하기 때문이다.
상기한 바와 같이, 다수의 타겟을 사용할 경우에는, 타겟 구동장치는 다음과 같은 2가지의 운동을 수행할 수 있도록 설계되어야 한다.
첫째는, 레이저빔의 촛점으로 특정 타겟을 이동시키기 위한 구동 메커니즘이다. 타겟 원판의 여러개의 타겟(multi-target)들은 단일 원주 상에 등간격으로 배열되며, 이 원주 위의 한점에 레이저의 촛점이 일치하도록 구성되어 있다. 따라서, 이 원판을 회전시키면, 특정한 타겟을 레이저빔의 촛점으로 이동시킬 수 있게 되어, 증착을 원하는 타겟을 선정할 수 있게 된다.
두 번째는, 타겟 자체가 회전할 수 있어야 한다. 일단, 하나의 타겟을 정하여 레이저 촛점에 놓으면, 증착을 시작할 수 있으나, 타겟 상의 고정된 한 점에서만 증착을 수행할 경우, 이 촛점에 집중되는 높은 레이저 에너지에 의한 열의 집중으로, 재료의 조성에 변형을 일으켜 기판 상에 성장되는 박막의 조성에 직접적인 악영향을 미치게 된다. 또한, 다음 번 증착 과정시, 재료의 동일한 조성을 얻기 위해 타겟 재료에 대해 폴리싱을 수행할 때, 촛점 이의 영역의 타겟재료(통상적으로, 타겟 직경은 25mm 이상임)는 버려지게 된다. 따라서, 상기한 문제점을 효과적으로 제거하기 위해서는, 타겟 자체를 회전시켜야 한다.
결국, 본 발명의 목적은 타겟 선정을 위한 타겟 원판의 회전과 각 타겟의 회전을 동시에 이룰 수 있고 제어 자동화가 가능한 기계적 구성을 구비함으로써, 펄스 레이저 증착장치를 사용하여 기판 상에 박막을 성장 할 때, 고품위의 재현성있는 박막을 성장시킬 수 있고, 증착장치를 자동화할 수 있는 동시에, 펄스 레이저 증착을 경제적으로 수행할 수 있는 멀티 타겟 구동장치를 제공함에 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 펄스 레이저 증착장치용 멀티 타겟 구동장치는, 타겟원판 구동축 및 타겟 구동용 모터축을 회전시키기 위한 스테핑 모터와, 상기한 스테핑 모터의 일측에 연결된 구동 피드스루(motion feedthrough)로 구성되어, 타겟원판 구동축 및 타겟 구동용 모터축에 회전 구동력을 제공하기 위한 구동력 제공부와, 상기한 구동력 제공부의 일측에 부설되어 진공 용기에 연결되는 설치 플랜지와, 타겟원판 구동축의 타겟원판 구동용 피동기어와 맞물린 타겟원판 구동용 능동기어가 일측에 부설된 타겟원판 구동용 모터축과, 일측에 타겟원판이 부설되어 타겟원판의 회전에 필요한 회전 구동력을 전달받기 위한 타겟원판 구동축과, 일측이 상기한 설치 프랜지에 결합되어 멀티 타겟 구동장치의 머리부를 지지하기 위한 머리부 지지용 프레임과, 상기한 타겟원판 구동축의 중심에 관통설치되어 타겟의 회전에 필요한 회전 구동력을 전달하기 위한 타겟 구동용 모터축으로 구성되어, 상기한 구동력 제공부로부터 제공받은 타겟원판 및 타겟의 회전에 필요한 회전 구동력을 전달하며 타겟 구동장치의 머리부를 지지하기 위한 구동력 전달 및 지지부와, 상기한 타겟원판 구동축의 일단에 연결되며, 그 위에 장착된 복수의 타겟중에서 특정한 타겟을 레이저빔의 촛점으로 회전이동시키기 위한 타겟 원판과, 상기한 타겟 구동용 모터축의 일단에 연결되며 그것의 외주연에 등간격으로 배열된 타겟 구동용 피동기어를 회전구동시키기 위한 타겟 구동용 능동기어와, 그 일단은 상기한 타겟 원판에 부설되고 그 일측에는 타겟 구동용 피동기어가 장착되며 타단에는 타겟홀더 고정용 스터브(stub) 및 타겟홀더가 부설되어 타겟 홀더를 회전 구동시키기 위한 복수의 타겟 구동축으로 구성되어, 타겟 재료를 레이저빔의 촛점에 위치시키도록 타겟원판과 타겟의 회전이 수행되는 머리부를 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 펄스 레이저 증착장치용 멀티 타겟 구동장치의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명의 일 실시예에 따른 평행형 멀티 타겟 구동장치의 측면도이고 , 제2도는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수직형 멀티타겟 구동장치의 측면도이며, 제 3(a) 도 및 제 3(b) 도는 단일의 타겟원판이 구비된 본 발명의 멀티 타겟 구동장치에 대한 머리부의 측면도 및 정면도이고, 제 4(a) 도 및 제 4(b) 도는 이중의 타겟원판이 구비된 본 발명의 멀티 타겟 구동장치에 대한 머리부의 측면도 및 정면도이다.
본 발명에서 제안하는 멀티 타겟 구동장치에 대한 설계는, (1) 각 타겟의 구동 설계, (2) 타겟 회전판의 구동설계, 및 (3) 구조물 지지설계 등의 3부분으로 크게 나뉜다.
제1도 및 제2도에 도시된 바와 같이, 각 타겟의 구동은 진공 외부에서 회전하는 모터(1, 2)에 의하여 모든 타겟(23)이 동일한 회전속도로 구동하도록 한다. 이때, 모터 (12)의 회전동력은 구동 피드스루(3, 4)를 통하여 진공 내의 타겟 구동용 모터축 (14)에 전달된다. 제3도 및 제4도에 도시된 바와 같이, 이 회전 동력은 타겟 구동용 모터축(14)의 일단에 부설된 타겟 구동용 능동기어(17) 및 복수의 타겟 구동축(16)에 부설된 대응되는 타겟 수동용 피동기어(18)에 전달되어, 타겟 구동축(16)이 회전하게 된다.
본 발명에 있어서, 기본 개념은 동일하지만, 2가지의 타겟 동력 전달방식이 가능하다. 첫째는, 제1도에서와 같이, 2개의 동력전달축인 타겟 원판 구동용 모터축(9) 및 타겟 구동용 모터축(14)이 평행한 경우이다. 이러한 동력전달 체계는 후술하는 수직형보다 안정된 회전 동력전달이 가능한 이점이 있는 반면에, 2개의 모터 플랜지(30)가 평행하게 놓임으로써, 수직방향으로 큰 공간을 차지할 수 있는 단점이 있다. 두 번째는, 제2도에서와 같이, 2개의 동력 전달축(9, 14)이 수직한 경우로, 동력전달은 한쌍의 베벨기어에 의해 이루어진다. 이와 같은 동력 전달체계는 상기한 평행평보다 안정된 회전 동력전달이 이루어질 수는 없지만, 2개의 모터 플랜지(30)가 수직하게 놓일 수 있으므로, 좁은 공간에서도 설치가 가능하다는 장점이 있다.
타겟 구동장치에 있어서, 특히 중요한 것은 제3도 및 제4도에 있어서, 회전하는 타겟 구동축(16)은 축의 중심에서 흔들림(wobbling)이 없어야 하고, 타겟 원판(27)에 지지되었을 때, 항상 수직을 유지할 수 있도록 구성하여야 하는 것이다. 이 축(16)이 흔들이게 되면, 타겟 표면의 레이저 촛점을 일정하게 유지할 수 없기 때문에, 레이저 어불레이션의 수행시 불안정을 야기시키고, 결국, 성장되는 박막의 조성 및 두께의 균일도에 악영향을 미치게 된다. 이를 제거하기 위하여, 본 발명에서는 타겟 원판(27)과 접촉하는 각각의 타겟 구동축(16)의 주위에 각각 2개의 진공 베어링인 전방 타겟 구동축 지지 베어링(21)과 후방 타겟 구동축지지 베어링(22)을 설치하였다. 이때, 이 2개의 베어링(21, 22)은 제3도에서와 같이, 타겟 원판(27)의 전후 양쪽에 설치하거나, 제 4도에서와 같이, 25개의 타겟 원판(27)과의 접촉 부위에 각각에 한 개씩 설치하여, 복수의 타겟 구동축(16)을 타겟 원판(27)에 고정시킬 수 있도록, 전체적인 설계를 일체화시켰다.
또한, 각 타겟 구동축(16)의 또 다른 일단에는, 타겟 홀더(23)가 결합될 수 있도록 타겟홀더 고정용 스터브(26)가 부설된다. 이때, 이 스터브(26)로부터 동력전달 기어세트(17, 18)에 가까운 타겟 원판 (27)까지의 거리는 축의 변형이 되지 않는 한 일정한 간격을 둔다. 그 이유는 타겟 면에 대응하는 열원(heat source)의 방사열에 의한 장치 또는 회전동력의 변화를 최대한 방지하기 위함이다.
아울러, 열원으로부터 장치의 보호를 위한 직접적인 방식으로, 금속 방열판(28)을 설치하였는데, 이 방열판(28)의 설치는 그 위치를 결정하기 위하여, 긴 볼트와 너트의 조합 형태를 이용하였다. 이러한 방열판(28)을 정위치에 고정하기 위하여, 최소한 3개(또는 4개)의 간격 유지용 볼트[또는 로드](19)를 서로 120°(또는 90°) 간격으로 설치하는 것이 바람직하다.
한편, 설치되는 타겟의 수량은 장치의 사용 용도에 따라, 그 수를 임의로 조정할 수 있다. 타겟으로 사용되는 단결정 재료로서는 직경 25mm와 두께 6mm인 크기를 표준으로 하였으며, 용도에 따라 그 크기가 조정될 수 있다. 단결정 재료가 부착된 타겟 홀더(23)는 타겟 구동축(16)의 일측에 부설된 타겟홀더 고정용 스터브(26)에 타겟홀더 고정용 스크류(24)를 사용하여 고정된다. 이때, 타겟 홀더(23)의 내경과 스터브(26)의 외경이 잘 일치하도록 하여, 타겟이 타겟 구동축(16)과 일체를 이루도록 한다. 또한, 제5도에 도시된 바와 같이, 타겟 홀더 조정용 스크류(24)가 조정되는 타겟 홀더(23)의 위치에 일단이 개방된 스크류 홈(29)을 형성한다. 즉, 스크류(24)를 완전히 분리하지 않고도, 스크류(24)를 적당히 풀면, 타겟 홀더(23)가 스터브(26)로부터 분리될 수 있다.
또한, 그 위에 전체의 타겟을 포함하고 있는 타겟 원판(27)은 증착에 필요한 타겟 선정을 하기 위해서, 타겟원판 구동축(10)을 통하여 회전할 수 있도록 구성하였으며, 이때, 내부의 타겟 구동용 모터축(14)은 외각의 타겟원판 구동축(10)과 격리되도록 구성하여, 타겟원판 구동축(10) 중심을 관통하도록 내설된 타겟 구동용 모터축(14)이 영향을 받지 않도록 하였다.
아울러, 이 타겟 원판(27)과 타겟원판 구동축(10)의 결합부(15)는 용접을 하거나 볼트 체결을 사용하여 일체형으로 구성하였으며, 이 일체형의 구조체는 스텐레스강과 같은 동일 재질을 사용한다. 왜냐하면, 타겟을 지지하는 베이링을 포함하는 타겟 회전원판(27)은 전면의 열원에 수직으로 대향하고 있어서, 열에 직업적으로 노출되므로, 장시간의 레이저 어블레이션을 수행시 변형의 우려가 있기 때문이다. 본 발명에서와 같이, 타겟 원판(27)과 타겟원판 구동축(10)을 동일 재질의 일체형으로 구성하면, 이와 같은 열에 의한 구조물의 변형시 균일한 변형을 유도하기 때문에, 구동체의 회전운동의 장애를 최소화할 수 있다.
한편, 본 발명의 멀티 타겟 구동장치의 머리부 지지용 프레임(13)은 진공 내부의 멀티 타겟 구동장치와 진공 외부의 모터부(1, 2)를 연결하고 있다. 펄스 레이저 증착장치에 있어서는, 레이저빔의 촛점의 위치와 타겟의 위치가 진공용기의 중앙부에 오도록 설계되어야 하기 때문에, 길아가 긴 타겟원판 구동축(10)과 타겟 구동용 모터축(14)으로 간격을 유지하게 된다. 따라서, 멀티 타겟 구동장치의 머리부의 무게를 견디면서, 타겟 위치를 제 위치에 항시 유지할 수 있는 지지구조가 필요하다. 이를 위하여, 머리부 지지용 프레임(13)은 일면이 개방된 원통형 또는 삼각 트러스(truss)형 구조로 형성하는 것이 바람직하다.
이때, 프레임(13)에 대하여 어떠한 구조를 사용하더라도 프레임(13)의 양단에 타겟원판 구동축(10)을지지 할 수 있는지지 베어링(20, 21)을 타겟 원판 구동축(10)의 전방과 후방에 적어도 2개 이상 설치하는 것이 바람직하다, 그리고, 이 프레임(13)과 설치 프랜지(5)의 결합부(6)를 용접이나 볼트 체결을 사용하여 일체형으로 형성한다.
상기한 구성을 지닌 본 발명에 따른 펄스 레이저 증착장치용 멀티 타겟 구동장치는 다음과 같은 효과를 지니고 있다.
i) 이중 구동성 : 각 타겟의 고속 회전이 가능하며, 타겟원판의 회전 운동을 원활하게 하였다. 화전운동의 동력은 진공 용기의 외부로부터 전달되는데, 이때, 진공용기 내부의 진공을 파괴하지 않도록, 진공용 구동 피드스루(3, 4)를 사용하였다. 또한, 타겟 및 타겟 원판에 대한 회전동력은 각각 독립된 모터(1, 2)를 이용하거나, 하나의 공동 모터에 의해 발생시킬 수 있다.
ii) 일체성 : 본 발명에서는 타겟원판의 구동축(10)과 각 타겟의 구동축(14)을 일체형의 기계적 구조를 갖도록 구성하였는데, 타겟원판 구동축(10)의 중앙에 타겟 구동용 모터축(14)이 위치하도록 하였다. 즉, 회전 원판 구동의 중심과 타겟 구동의 축 중심이 동일하다. 이때, 각 타겟의 회전 움직임은 중앙의 모터축(14)에 고정된 능동기어(17)로부터 각 타겟의 구동축(16)에 연결된 피동기어(18)로 연결되어 회전동력을 전달받는다. 따라서, 능동기어(17)가 회전하게 되면, 이 기어(17)에 맞물리는 피동기어(18)축에 부착된 모든 타겟이 동일한 각속도로 회전하게 된다. 그리고, 이러한 타겟의 회전은 타겟 원판(27)이 다음 타겟으로 증착위치를 옮기는 동안에도 회전을 계속할 수 있게 된다.
iii) 제어 자동화 : 멀티 타겟 구동장치에 대한 타겟 원판과 타겟의 두 종류의 회전은 레이저의 동작과 동기화시킬 수 있으며, 마이크로 프로세서 및 컴퓨터를 이용하여 제어 자동화를 이룰 수 있다. 이러한 제어 자동화를 실현하기 위하여, 진공 외부에 설치되는 모터(1, 2)로는 프로그램으로 제어가능한 스텝핑 모터를 사용한다. 종합적으로, 타겟의 구동, 레이저 및 기판의 온도조절 등 전 레이저 어블레이션 시스템의 작동을 위한 자동제어 시스템을 구축할 수 있게 하였다. 또한, 이 제어 자동화를 통하여 다층박막의 효율적인 성장과 이종(異種)의 박막층 성장에 대한 두께 조정 및 박막층 조절을 용이하게 수행할 수 있다.
iv) 경제성 : 전술한 바와 같이, 종래의 레이저 어블레이션에서는 고정된 축에서 회전하는 타겟을 이용하고 있기 때문에, 레이저 풀룸은 타겟재료의 레이저 촛점이 일치하는 원주 상의 한점에서만 발행하게 되어, 이것이 레이저 어블레인션 중 모든 타겟 표면의 사용을 제한하고 있다. 그러나, 본 발명에서는 제안하는 제어 자동화를 사용하게 되면, 각 구동장치를 제어 프로그램에 의하여 미세 구동시킬 수 있으므로, 이러한 미세구동을 통하여 타겟 재료의 전체 면적을 실질적인 레이저 어블레이션에 사용할 수 있게 된다.
통상적으로, 레이저 어블레이션은 새로운 박막 성장의 수행 이전에 지난번 성장에 시용한 타겟 표면을 폴리싱(polishing)에 의해 청소하는 것이 필요하다. 타겟 재료의 일정한 면을 고에네지로 집적하여 장시간 레이저 어블레이션을 수행하게 되면, 타겟 재료의 조성이 변하고, 타겟재료 표면의 결정 덩어리(columnar grains)가 레이저의 입사방향으로 기울어진다. 이러한 현상 때문에, 성장되는 박막의 조성이 타겟 조성과 다르게 되며, 성장된 박막의 두께가 균일하게 되지 못하는 결과를 초래한다. 따라서, 이러한 현상을 피하는 가장 간단한 방법으로, 일정 두께의 박박 성장에 사용된 타겟 표면을 사포 들으로 갈아내고 사용하였다.
그러나, 본 발명에 따른 제어 자동화를 이용하면, 타겟 표면의 증착위치를 미세 조정할 수 있으므로, 단 한번의 폴리싱만으로 장시간 동안 증착을 수행할 수 있게 해 주어, 장비 유지의 경제성을 한층 높일 수 있다. 또한, 증착 도중에 타겟의 회전방향을 반대 방향으로 변경시킴으로써, 타겟 표면 결정 덩어리가 기우는 현상을 역으로 이용하여 타겟재료 표면을 폴리싱 없이 재생하는 효과를 얻을 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 타겟 구동의 자동화는 고가, 고순도의 타겟재료의 사용을 극대화할 수 있어, 경제적으로 레이저 어블레이션을 수행할 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 멀티 타겟 구동장치에 따르면, 타겟 선정을 위한 타겟 원판의 회전과 각 타겟의 회전을 동시에 이룰 수 있고 제어 자동화가 가능한 기계적 구성을 구비함으로써, 펄스 레이저 증착장치를 사용하여 기판 상에 박막을 성장할 때, 고품위의 재현성있는 박막을 성장시킬 수 있고, 증착장치를 자동화할 수 있는 동시에, 펄수 레이저 증착을 경제적으로 수행할 수 있다는 것이 확인되었다.

Claims (10)

  1. 타겟원판 구동축 및 타겟 구동용 모터축을 회전시키기 위한 스테핑 모터와, 상기한 스테핑 모터의 일측에 연결된 구동 피드스루로 구성되어, 타겟원판 구동축 및 타겟 구동용 모터축에 회전 구동력을 제공하기 위한 구동력 제공부와, 상기한 구동력 제공부의 일측에 부설되어 진공 용기에 연결되는 걸치 플랜지와, 타겟원판 구동축의 타겟원판 구동용 피동기어와 맞물린 타겟원판 구동용 능동기어가 일측에 부설된 타겟원판 구동용 모터축과, 일측에 타겟원판이 부설되어 타겟원판의 회전에 필요한 회전 구동력을 전달받기 위한 타겟원판 구동축과, 일측이 상기한 설치 프랜지에 결합되어 멀티 타겟 구동장치의 머리부를 지지하기 위한 머리부 지지용 프레임과, 상기한 타겟원판 구동축의 중심에 관통설치되어 타겟의 회전에 필요한 회전 구동력을 전달하기 위한 타겟 구동용 모터축으로 구성되어, 상기한 구동력 제공부로부터 제공받은 타겟원판 및 타겟의 회전에 필요한 회전 구동력을 전달하며 타겟 구동장치의 머리부를 지지하기 위한 구동력 전달 및 지지부와, 상기한 타겟원판 구동판의 일단에 연결되며, 그위에 장착된 복수의 타겟 중에서 특정한 타겟을 레이저빔의 초점으로 회전이동시키기 위한 타겟 원판과, 상기한 타겟 구동용 모터축의 일단에 연결되며 그것의 외주연에 등간격으로 배열된 타겟 구동용 피동기어를 회전 구동시키기 위한 타겟 구동용 능동기어와, 그 일단은 상기한 타겟 원판에 부설되고 그 일측에는 타겟 구동용 피동기어가 장착되며 타단에는 타겟홀더 고정용 스터브 및 타겟 홀더가 부설되어 타겟 홀더를 회전 구동시키기 위한 복수의 타겟 구동축으로 구성되어, 타겟재료를 레이저빔의 촛점에 위치시키도록 타겟원판과 타겟의 회전이 수행되는 머리부를 포함하는, 펄스 레이저 증착장치용 멀티 타겟 구동장치.
  2. 제1항에 있어서, 2개의 동력 전달측인 타겟원판 구동용 모터축 및 타겟 구동용 모터축이 서로 평행하게 구성된 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 증착장치용 멀티 타겟 구동장치.
  3. 제1항에 있어서, 2개의 동력 전달축인 타겟원판 구동용 모터축 및 타겟 구동용 모터축이 서로 수직하게 구성된 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 증착장치용 멀티 타겟 구동장치.
  4. 제1항에 있어서, 타겟 구동축의 회전시 축의 중심에서의 흔들림을 없애고, 타겟 원판에 지지되었을 때 항상 수직을 유지할 수 있도록, 타겟 원판과 접촉하는 각각의 타겟 구동축의 전후에 각각 2개의 진공 베어링인 전방 타겟 구동축지지 베어링과 후방 타겟 구동축지지 베어링을 설치 한 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 증착장치용 멀티 타겟 구동장치.
  5. 제1항에 있어서, 타겟 구동축의 회전시 축의 중심에서의 흔들림을 없애고, 타겟 원판에 지지되었을 때 항상 수직을 유지할 수 있도록, 서로 일정간격 일격된 2개의 타겟 원판을 설치하고, 상기한 2개의 타겟 원판과의 접촉 부의에 진공 베어링인 전방 타겟 구동축 지지 베어링과 후방 타겟 구동축지지 베어링을 각각 1개씩 설치한 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 증착 장치용 멀티 타겟 구동장치.
  6. 제1항에 있어서, 타겟 홀더 고정용 스터브로부터 타겟 홀더를 분리하기 용이하게 하기 위하여, 고정용 스크류가 고정되는 타겟 홀더의 위치에 일단이 개방된 스크류 홈을 형성한 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 증착 장치용 멀티 타겟 구동장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기한 타겟 구동축 타단의 타겟 홀더 고정용 스터브의 후단에 부설되어 열원으로부터 장치를 보호하기 위한 방열판과, 그 일단은 타겟원판에 고정되고 타단은 상기한 방열판에 고정되어 방열판을 정 위치에 고정시키기 위한 복수의 간격 유지용 로드를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 증측장치용 멀티 타겟 구동장치.
  8. 제1항에 있어서, 열에 의한 구조물의 면형시 균일한 변형을 유도하기 위하여, 타겟 원판과 타겟원판 구동축을 동일 재질로 구성하고, 타겟 원판과 타겟 원판 구동축의 결합부를 용접이나 볼트 체결을 사용하여 일체형으로 구성한 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 증착장치용 멀티 타겟 구동장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기한 머리부 지지용 프레임은 일면이 개방된 원통형 또는 삼각 트러스형 구조로 형성하고, 프레임과 설치 프랜지의 결합부를 용접이나 볼트 체결을 사용하여 일체형으로 형성한 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 증착장치용 멀티 타겟 구동장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기한 프레임의 양단에 타겟원판 구동축을 지지할 수 있는지지 베어링을 타겟원판 구동축의 전방과 후방에 적어도 2개 이상 설치한 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 증착장치용 멀티 타겟 구동장치.
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Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6620723B1 (en) 2000-06-27 2003-09-16 Applied Materials, Inc. Formation of boride barrier layers using chemisorption techniques
US7964505B2 (en) 2005-01-19 2011-06-21 Applied Materials, Inc. Atomic layer deposition of tungsten materials
US7732327B2 (en) 2000-06-28 2010-06-08 Applied Materials, Inc. Vapor deposition of tungsten materials
US7405158B2 (en) 2000-06-28 2008-07-29 Applied Materials, Inc. Methods for depositing tungsten layers employing atomic layer deposition techniques
US6551929B1 (en) 2000-06-28 2003-04-22 Applied Materials, Inc. Bifurcated deposition process for depositing refractory metal layers employing atomic layer deposition and chemical vapor deposition techniques
US6825447B2 (en) * 2000-12-29 2004-11-30 Applied Materials, Inc. Apparatus and method for uniform substrate heating and contaminate collection
US6765178B2 (en) 2000-12-29 2004-07-20 Applied Materials, Inc. Chamber for uniform substrate heating
US6951804B2 (en) 2001-02-02 2005-10-04 Applied Materials, Inc. Formation of a tantalum-nitride layer
US6660126B2 (en) 2001-03-02 2003-12-09 Applied Materials, Inc. Lid assembly for a processing system to facilitate sequential deposition techniques
US6878206B2 (en) 2001-07-16 2005-04-12 Applied Materials, Inc. Lid assembly for a processing system to facilitate sequential deposition techniques
US6734020B2 (en) 2001-03-07 2004-05-11 Applied Materials, Inc. Valve control system for atomic layer deposition chamber
US7211144B2 (en) 2001-07-13 2007-05-01 Applied Materials, Inc. Pulsed nucleation deposition of tungsten layers
US6916398B2 (en) 2001-10-26 2005-07-12 Applied Materials, Inc. Gas delivery apparatus and method for atomic layer deposition
US6729824B2 (en) 2001-12-14 2004-05-04 Applied Materials, Inc. Dual robot processing system
US6620670B2 (en) 2002-01-18 2003-09-16 Applied Materials, Inc. Process conditions and precursors for atomic layer deposition (ALD) of AL2O3
US6911391B2 (en) 2002-01-26 2005-06-28 Applied Materials, Inc. Integration of titanium and titanium nitride layers
US6998014B2 (en) 2002-01-26 2006-02-14 Applied Materials, Inc. Apparatus and method for plasma assisted deposition
US6827978B2 (en) 2002-02-11 2004-12-07 Applied Materials, Inc. Deposition of tungsten films
US6833161B2 (en) 2002-02-26 2004-12-21 Applied Materials, Inc. Cyclical deposition of tungsten nitride for metal oxide gate electrode
US6720027B2 (en) 2002-04-08 2004-04-13 Applied Materials, Inc. Cyclical deposition of a variable content titanium silicon nitride layer
US7279432B2 (en) 2002-04-16 2007-10-09 Applied Materials, Inc. System and method for forming an integrated barrier layer
US6821563B2 (en) 2002-10-02 2004-11-23 Applied Materials, Inc. Gas distribution system for cyclical layer deposition
US20050067389A1 (en) * 2003-09-25 2005-03-31 Greer James A. Target manipulation for pulsed laser deposition
CA2560238A1 (en) * 2006-09-20 2008-03-20 Institut National D'optique Laser-based ablation method and optical system
KR100854407B1 (ko) * 2007-03-19 2008-08-26 한양대학교 산학협력단 타겟용 위치가변유니트 및 이를 갖는 반도체 소자 제조용펄스파 레이저 증착설비
KR101381517B1 (ko) * 2012-05-15 2014-04-10 현대중공업 주식회사 선박용 추진 장치

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3816192A1 (de) * 1988-05-11 1989-11-23 Siemens Ag Verfahren zur herstellung einer schicht aus einem metalloxidischen supraleitermaterial mittels laser-verdampfens
US5850089A (en) * 1992-03-13 1998-12-15 American Research Corporation Of Virginia Modulated-structure of PZT/PT ferroelectric thin films for non-volatile random access memories
US5747120A (en) * 1996-03-29 1998-05-05 Regents Of The University Of California Laser ablated hard coating for microtools

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US5942040A (en) 1999-08-24
KR19980016216A (ko) 1998-05-25

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