KR100222581B1 - 대면적 다이아몬드 박막의 제조 장치 및 방법 - Google Patents

대면적 다이아몬드 박막의 제조 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

펄스레이저를 이응한 대면적 다이아몬드 박막의 제조장치 및 그 제조방법이 개시된다. 펄스레이저 발생장치로부터 발생된 펄스레이저를 레이저빔 스캐너를 이용하여 직선왕복운동하게 하고, 진공조 내부의 타게트 상에 직선왕복운동을 하는 펄스레이저를 조사함으로써, 상기 타게트 상에 직선운동을 하는 플룸을 형성시켜 직선운동 또는 자전 및 공전운동하는 기판 상에 증착시켜 전자방출 특성 및 기계적 특성이 균일한 양질의 대면적의 다이아몬드 박막을 제조할 수 있고, 이러한 다이아몬드 박막으로 대면적의 전계방출 표시소자용 에미터를 제조할 수 있으며, 전면적에 걸친 타게트의 사용으로 타게트의 효율을 높일 수 있다.

Description

대면적 다이아몬드 박막 제조장치 및 그 제조방법
본 발명은 필드 에미션 디스플레이(Field Emission Display ; FED)에 사용되는 대면적의 다이아몬드 박막 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 펄스레이저 (pulse laser)를 직선왕복운동시켜 타게트 상에서 직선운동을 하는 플룸(plume)을 형성하여 움직이는 기판에 증착시킴으로써, 전자방출 특성 및 기계적 특성이 균일한 양질의 대면적의 다이아몬드 박막을 제조할 수 있는 다이아몬드 박막 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 순수한 다이아몬드는 sp3결합 구조로 표시할 수 있으며 절연성인 반면, 순수한 흑연은 sp2결합으로 표시되며 디로컬라이즈드 전자(delocalized electron)를 갖기 때문에 전도성을 띠게 된다.
본 발명에 있어서 다이아몬드 박막이라 함은 탄소간의 결합이 순수한 sp3하이브리드 결합에 의한 것만을 의미하는 것이 아니며 sp2, spl등의 결합이 혼합되어 있을 수 있다. 또한, 다이아몬드 박막이라 함은 천연 다이아몬드와는 달리 미세구조가 다결정 (polycrystal), 비정질(amorphous) 혹은 결정질과 비정질이 혼재된 복합구조일 수 있으며, 그 구성원소가 순수한 탄소만으로 구성되는 것을 의미하는 것이 아니라 탄소를 주성분으로 하고 금속 혹은 반금속 등의 불순물이 함유될 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서 박막이라 함은 기상상태에서 응고된 고체상태의 물질을 의미한다.
이하 종래의 통상적인 경질탄소(hard carbon), 다이아몬드상 탄소(diamond-like carbon), 비정질 다이아몬드(amorphous diamond) 및 나노결정상 다이아몬드(nanocrystalline diamond) 박막 등을 특별히 구분하지 않고 다이아몬드 박막으로 통칭한다.
상기 다이아몬드 박막은 낮은 전계하에서도 높은 전자방출 특성을 나타내어 전계방출 표시소자용 에미터 재료로 사웅하기에 적합하다.
이러한 다이아몬드 박막을 얻기 위한 종래의 방법으로는 필라멘트의 열에너지 또는 마이크로파 플라즈마(microwave plasma)를 이용하는 방법, 고주파(Radio-Frequency; RF)를 이용한 플라즈마(plasma) 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition Method; CVD법), 고주파를 이용한 스퍼터링 방법(RF sputtering method), 또는 펄스레이저 증착법 등이 있다.
그러나, 필라멘트의 열에너지나 마이크로파 플라즈마를 이용하여 양질의 다이아몬드 박막을 얻기 위해서는 기판의 온도를 수백∼1000℃ 정도로 유지하는 것이 필수적으로 요구된다. 따라서, 사용되는 기판 재료의 융점이 상기 기판의 온도 범위 보다 낮은 유리와 같은 재료일 경우에는 이러한 필라멘트의 열에너지나 마이크로파 플라즈마를 이용하는 방법은 적용하기 어렵다. 또한, 필라멘트의 열에너지나 마이크로파 플라즈마를 이용하는 방법은 고온 공정이므로 대규모 양산시에 공정시간 및 에너지 효율면에서 많은 문제점이 있다.
한편, RF 프라즈마 CVD법에 의해 상온에서 비정질상의 다이아몬드 박막을 제조하는 것이 가능하지만, 이 방법에 의해 제조된 박막은 높은 잔류응력으로 인하여 사용하는 기판에 따라서는 기판과 박막간에 박리가 일어나기 쉬운 문제점이 있다. 또한, RF 스퍼터링 방법에 의해서도 상온에서 다이아몬드 박막의 제조가 가능하지만 이 방법에 의해 제조된 박막은 RF 플라즈마 CVD 방법과 비교할 때 양질의 다이아몬드 박막을 얻기가 어려운 문제점이 있다.
종래의 펄스레이저를 이용한 다이아몬드 박막의 증착법은 1985년에 발표된 미국 해군연구소(Naval Research Laboratory)의 C. L. Marquardt 등의 논문인 "Deposition of Amorphous Carbon Films From Laser-Produced Plasmas(Mat. Res. Soc. Symp, Proc. Vo1. 38, pp 325-335)"에 상세히 기술 되어 있다. 이러한 펄스레이저 증착법은 제조방법이 간단하며, 타게트에 조사되는 레이저의 출력밀도(Power density)를 대략 5×1010W/㎠ 이상으로 조절함으로써, 상온에서도 다이아몬드 결합(sp3) 성분이 높은 우수한 양질의 박막을 제조하는 것이 가능하다. 여기서 출력밀도는 에너지 밀도(energy density)를 펄스레이저의 펄스폭(pulse width)으로 나눈 값이고, 에너지 밀도는 펄스당 에너지를 타게트 상에서의 레이저빔의 단면적으로 나눈 값이며, 통상 펄스폭이 수 나노초(nano second)인 레이저를 사용할 수 있다.
그러나 상기 펄스레이저 증착법은 상술한 다른 제조방법에 비하여 대면적의 박막을 제조하기 어려운 문제점이 있기 때문에 그 동안 실용화에 많은 제약이 있어 왔다. 즉, 고 에너지 밀도의 레이저가 진공 중에 놓인 타게트 표면에 조사되면 타게트를 구성하고 있는 물질들의 이온, 원자, 분자 및 전자 등의 혼합체인 플룸이 형성되어 기판을 향하여 팽창하게 된다. 일반적인 진공증착법(evaporation)에 의해 형성된 기화물질은 cosθ(θ : 타게트의 수직방향으로부터의 각도)의 분포를 갖는 것에 반하여, 펄스레이저 증착법에 의해 형성된 플룸물질의 분포는 cosnθ(8<n<12)가 되기 때문에 레이저와 접촉된 타게트의 수직방향에 주로 국한되어 플룸이 형성되고 따라서 기판 상의 소면적에 걸쳐 박막이 형성된다.
한편, 1991년 미국특허 제4,987,007호(issued to S. S. Wagel et al.)에는 기존의 펄스레이저 증착장치에 충방전이 가능한 가속 그리드(accelerating grid) 전극을 포함하는 이온 추출기구(ion separation mechanism)를 설치하여 플라즈마 플룸으로부터 탄소이온을 추출하여 다이아몬드 박막을 증착하는 방법 및 그 제조장치가 상세히 설명되어 있다. 그러나 상기 방법도 한 개의 레이저 플룸만을 형성하고, 그 형성되는 위치가 고정적이므로, 상술한 바와 같이 레이저 플룸의 각도 분포상 수십인치의 대면적 기판에 걸쳐 대면적 박막을 형성하기가 곤란하다.
또한, 상기 미합중국특허에는 다층박막의 형성 및 박막의 도핑을 위하여 레이저 플라즈마 이온을 형성함에 있어 복수 개의 타게트를 설치하고, 상기 각각의 타게트 상에 레이저빔을 조사하기 위하여 역시 복수의 레이저를 사용하거나 빔스플리터(beam splitter)를 사용하여 레이저빔을 분리시키는 방법이 제시되었다. 이 방법에 의해서는 타게트 수 혹은 레이저빔의 수에 해당하는 만큼의 복수의 플룸을 얻을 수 있으나 장치의 구성상 플룸의 이온들이 한 축에 정렬되어 기판을 향하게 됨으로 원론적으로는 역시 대면적의 박막을 형성하는 것이 곤란하다는 문제점이 있다.
따라서, 타게트 상의 고정적인 위치에 한 개의 플룸만을 형성시키는 종래의 펄스레이저 증착법에 의해서 박막을 제조하는 경우 박막의 두께, 조성, 전기적, 기계적 특성이 균질한 박막을 1 인치 이상으로 제조하는 것은 거의 불가능하다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 하나의 레이저빔을 왕복운동이 가능한 레이저빔 스캐너(laser beam scanner)에 통과시켜 진공조의 일부에 설치된 움직이는 타게트에 조사시킴으로써, 타게트 상에서 직선 왕복운동하는 플룸을 형성하여 진공조의 일부에 설치된 움직이는 기판에 증착시켜 균질한 대면적의 다이아몬드 박막을 제조할 수 있는 대면적의 다이아몬드 박막 제조장치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
제1도는 본 발명의 일실시예에 따른 펄스레이저를 이용한 대면적 다이아몬드 박막 제조장치를 개략적으로 나타낸 장치도이다.
제2도는 본 발명에 따라 타게트 상에 움직이는 플룸을 형성하기 위한 레이저빔 스캐너의 작동순서를 나타낸 도면이다.
제3(a)도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 대면적 박막 증착을 위한 기판홀더와 상기 기판홀더에 설치된 기판을 나타낸 평면도이다.
제3(b)도는 제3(a)도에 도시한 장치의 단면도이다.
제4도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 판상형 타게트와 타게트 홀더를 나타낸 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 펄스레이저 발생장치 2 : 펄스레이저빔
3 : 진공조 4 : 플룸
20 : 레이저빔 스캐너 20a : 미러
20b : 포커싱 렌즈 20c : 모션 콘트롤러
21 : 레이저빔 스캐너의 왕복운동 방향
22, 22' : 타게트
23, 23' : 타게트 홀더 24,24' : 타게트 홀더의 회전운동 방향
25 : 기판 26 : 기판 홀더
27 : 광학창 29 : 플룸의 직선왕복운동 방향
30 : 기판의 직선왕복운동 방향 40 : 원형 이중회전 기판 홀더
41 : 기판홀더 상판 42 : 기판홀더 하판
43 : 기판 44 : 기판홀더 상판의 회전운동 방향
45 : 기판홀더 하판의 회전운동 방향
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 펄스레이저빔을 발생시키는 펄스레이저 발생장치, 상기 펄스레이저 발생장치로부터 발생된 펄스레이저빔을 스캐닝 하기 위한 레이저빔 스캐너, 상기 레이저빔 스캐너를 통과한 펄스레이저빔이 조사되는 타게트, 그리고 상기 타게트로부터 발생되는 플룸에 의해 다이아몬드 박막이 형성될 기판이 설치되는 기판 홀더를 갖는 진공조를 포함하는 대면적 다이아몬드 박막 제조장치를 제공한다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 펄스레이저 발생장치로부터 펄스레이저빔을 발생시키는 단계, 발생된 펄스레이저빔을 레이저빔 스캐너에 통과시켜 상기 펄스레이저빔의 경로를 변경하여 상기 펄스레이저빔이 직선으로 이동하는 동시에 포커싱된 레이저빔을 형성하는 단계, 상기 직선왕복운동하는 포커싱된 레이저빔을 진공조의 일부분에 설치된 타게트에 조사하여 플룸을 형성하는 단계, 그리고 상기 플룸에 대향하여 진공조의 일부분에 설치된 움직이는 기판에 상기 플룸을 증착시켜 박막을 형성하는 단계를 포함하는 대면적 다이아몬드 박막 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 전기적, 기계적 특성 및 박막 두께의 균일성을 유지하면서 대면적화에 제한을 받지 않는 우수한 대면적 다이아몬드 박막을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명에 따라 다이아몬드 박막을 제조하여 대면적의 전계방출 표시소자용 에미터를 제조할 수 있으며, 전면적에 걸친 타게트의 사용으로 타게트의 효율을 높일 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 대면적의 다이아몬드 박막 제조장치 및 그 제조방법을 상세하게 설명한다.
제1도는 본 발명의 일실시예에 따른 펄스레이저를 이용한 대면적의 다아몬드 박막 제조장치의 개략도이다.
제1도를 참조하면, 상기 다이아몬드 박막 제조장치는, 크게 펄스레이저빔(2)을 발생시키는 펄스레이저 발생장치(1), 상기 펄스레이저빔(2)을 스캐닝 하기 위한 레이저빔 스캐너(20), 상기 레이저빔 스캐너(20)를 통과한 펄스레이저빔(2)이 조사되는 타게트(22), 상기 타게트(22)에서 발생되는 플룸(4)이 증착되는 기판(25) 그리고 상기 기판(25)이 장착되는 진공조(3)를 포함한다.
상기 펄스레이저 발생장치(1)로부터 발생된 펄스레이저빔(2)을 스캐닝하는 레이저빔 스캐너(20)는 모션 콘트롤러(motion controller)(20c), 상기 모션 콘트롤러(20c) 상에 설치되는 미러(mirror)(20a) 및 포커싱 렌즈(focusing lens)(20b)로 구성된다.
상기 미러(20a)는 펄스레이저 발생장치(1)에서 발생된 펄스레이저빔(2)을 반사시키는 역할을 수행한다. 이 때, 미러(20a)는, 상기 펄스레이저 발생장치(1)로부터 발생된 펄스레이저빔(2)이 미러(20a)면의 수직 한 방향에 대하여 약 45℃의 각도로 입사하고, 미러(20a)면의 수직한 방향에 대하여 약45°의 각도로 반사되도록 배열된다. 즉, 상기 펄스레이저빔(2)의 경로를 약90°의 각도만큼 변경하는 역할을 한다.
상기 포커싱 렌즈(20b)는 미러(20a)로부터 소정의 거리만큼 떨어져서 모션 콘트롤러(20c)의 상부에 설치된다. 상기 포커싱 렌즈(20b)는 미러(20a)에서 반사된 펄스레이저빔(2)의 크기를 줄여 단위면적당의 에너지를 증가시키는 역할을 한다. 따라서, 타게트(22)에 조사되는 펄스레이저빔(2)의 에너지 밀도를 높게 하기 위해서는 상기 타게트(22)가 포커싱 렌즈(20b)의 초점 거리에 위치하도록 배열되어야 한다.
또한, 입사되는 펄스레이저빔(2)의 크기를 줄이기 위하여, 상기 포커싱 렌즈(20b)는 하나의 렌즈만으로 구성될 수도 있고, 초점 거리를 조절하기 위해 복수 개의 렌즈로 구성될 수도 있다.
상기 미러(20a) 및 포커싱 렌즈(20b)가 장착된 모션 콘트롤러(20c)는 직선왕복운동을 하며, 모션 콘트롤러(20c)가 움직이는 속도와 거리는 컴퓨터에 의해 정밀하게 제어할 수 있다.
상기 미러(20a)와 포커싱 렌즈(20b)가 장착된 모션 콘트롤러(20c)가 직선왕복운동을 함에 따라, 타게트(22) 상에 직선왕복운동을 하는 포커싱된 펄스레이저빔(2)을 얻을 수 있다.
상기 레이저빔 스캐너(20)를 통과한 움직이는 펄스레이저빔(2)은 진공조(3)의 일측 외벽에 형성된 광학창(27)을 통과하여 진공조(3) 내부로 조사되며, 이 경우 상기 광학창(27)은 레이저의 투과율이 좋은 석영과 같은 물질을 사용한다.
또한, 진공조(3) 내부에는 일부분에 타게트(22)를 장착할 수 있는 타게트 홀더(23)가 설치되며, 상기 타게트(22)로부터 소정의 거리만큼 이격된 위치에 기판(25)을 장착시킬 수 있는 기판 홀더(26)가 설치되어 있다.
상기 타게트 홀더(23)는 원통형의 봉형상을 갖는 타게트(22)를 장착 할 수 있으며, 상기 봉형상의 타게트(22)의 축방향을 중심으로 타게트(22)를 회전(24)시킬 수 있다. 만일 타게트(22)가 회전하지 않을 경우, 타게트(22)의 일부분만이 국부적인 침식을 일으켜 타게트(22)의 수명을 단축시킨다.
상술한 펄스레이저를 이용한 대면적의 다이아몬드 박막 제조장치에 있어서, 레이저빔 스캐너(20)에 의해 진공조(3) 내부로 조사되는 펄스레이저빔(2)은 회전(24)하는 타게트(22) 표면에서 직선왕복운동을 하게 된다. 따라서, 상기 타게트(22) 표면에서 고에너지 밀도로 조사된 펄스레이저빔(2)이 타게트(22) 물질과 상호반응하여 펄스레이저(2)와 접촉한 타게트(22) 표면 부분으로부터 높은 운동에너지를 갖는 타게트(22)의 구성물질의 이온, 분자, 원자 및 전자 등으로 구성 된 레이저 플룸(4)이 형성 된다. 이 때 , 펄스레이저빔(2)이 타게트(22) 상에서 직선왕복운동을 하기 때문에, 형성 되는 플룸(4)도 마찬가지로 직선왕복운동(29)을 하게 된다.
상기 직선왕복운동(29)을 하는 플룸(4)에 대향하여 플룸(4)의 이동방향에 대하여 수직한 방향으로 이동하는 기판(25)을 설치하면 기판(25)의 대면적에 걸쳐서 레이저 플룸(4)이 급속히 응고하여 박막을 형성하게 된다. 즉, 직선왕복운동(29)을 하는 레이저 플룸(4)을 플룸(4)의 이동방향에 대하여 수직으로 직선운동 혹은 직선왕복운동하는 기판(25)의 상부에 응고시켜 대면적의 균질한 박막을 형성하게 되는 것 이다.
상기 기판(25)의 이동형태의 바람직한 일예로서, 기판(25)의 한쪽 끝에서 다른 한쪽 끝까지 레이저 플룸(4)이 이동하여 기판(25)의 상부에 응고하는 동안은 정지하고 있다가 다시 레이저 플룸(4)이 반대방향으로 이동하기 전에 플룸(4)의 이동방향에 대하여 수직방향으로 소정 거리만큼 이동하여 기판(25)의 새로운 면에 플룸(4)이 응고하도록 한다. 이 때 , 타게트(22)의 물질로 흑연을 사용할 경우, 형성되는 박막은 양질의 대면적 다이아몬드 박막이 된다. 이와같은 구조의 대면적 다이아몬드 박막 제조장치는 특히 인라인 프로세스(in-line process)에 응용하기에 매우 적합하다.
제2도는 레이저빔 스캐너(20)의 작동원리 및 기능을 보다 상세히 나타낸 도면 이 다 .
제2도를 참조하면, 모션 컨트롤러(20c)상에 장착된 미러(20a)와 포커싱 렌즈(20b)는 모션 컨트롤러(20c)에 의해 그 이동방향(21), 이동거리 및 위치에 따른 이동속도가 정밀히 제어 된다. 상기 모션 컨트롤러(20c)는 직선왕복운동이 가능한 극도로 평탄한 스테이지, 스테이지의 운동을 제어하는 제어부, 그리고 상기 스테이지 상부에 포커싱 렌즈(20b) 및 미러(20a)를 고정시킬 수 있는 마운트 등을 포함한다.
상기 미러(20a)는 펄스레이저빔(2)의 경로를 변경시켜 타게트(22) 표면상의 한쪽 끝에서 다른쪽 끝까지 펄스레이저빔(2)이 직선으로 이동하여 스캐닝 되도록 움직인다. 이 때, 상기 미러(20a)의 바람직한 운동형태의 일예에 따르면, 미러(20a)가 펄스레이저빔(2)의 경로를 항상 일정한 각도만큼 변경시키고, 동시에 미러(20a)가 일직선상에서 등속운동을 하며, 상기 펄스레이저빔(2)의 경로를 미러(20a)의 수직면에 대한 레이저의 입사각이 45°이고, 반사각 또한 45°로 조절될 때, 펄스레이저빔(2)의 경로는 90°만큼 그 각도가 변경된다.
이와같이 미러(20a)가 움직일 경우, 중요한 요소는 포커싱 렌즈(20b)가 미러(20a)와 동일한 속도로 움직이고, 포커싱 렌즈(20b)와 타게트(22) 표면 사이에 항상 일정한 거리를 유지하여 타게트(22) 표면에 조사되는 펄스레이저빔(2) 크기가 일정하도록 하여 에너지 밀도를 항상 일정하게 하는 것이다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 모션 컨트롤러(20c) 상에 장착된 미러(20a) 및 포커싱 렌즈(20b)가 직선운동하는 이동경로와 타게트(22) 표면이 일정한 거 리를 유지하도록 평행하게 설계되며, 또한 모션 컨트롤러(20c)상에 장착된 미러(20a)와 포커싱 렌즈(20b)사이에도 항상 일정한 거리를 유지하기 위해 일체형으로 움직이도록 설계된다.
따라서, 포커싱 렌즈(20b)와 타게트(22) 사이의 거리는 항상 일정하고, 펄스레이저빔(2)이 타게트(22)상의 양단에 걸쳐서 연속적으로 이동하더라도 타게트(22) 상에서의 에너지 밀도는 항상 일정하게 유지된다.
제2도의 a위치에 미러(20a)가 있을 경우에는 타게트(22) 상의 a'위치에서 플룸(4)이 형성되고, 미러(20a)가 직선운동을 하여 b위치에 놓이게 되면 타게트(22) 상의 b'위치에서 플룸(4)이 형성되며, 계속해서 직선운동을 하여 미러(20a)가 c위치에 있을 때에는 타게트(22) 상의 c'위치에서 플룸(4)이 형성된다. 즉, 미러(20a)가 abcba의 순서로 연속적으로 직선왕복운동(21)을 하게 되면, 타게트(22) 상에 형성되는 플룸(4)의 위치도 a'b'c'b'a'의 순서로 직선왕복운(29)을 하여 타게트(22) 상에서 움직이는 플룸(4)을 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이 직선왕복운동(29)을 하는 플룸(4)에 대향하여 움직이는 기판(25)을 설치하면 기판(25)의 대면적에 걸쳐서 레이저 플룸(4)이 급속히 응고되어 박막을 형성하게 된다. 상기 기판(25)의 운동은 기판 홀더(26)의 운동에 의해 결정되는 데, 기판 홀더(26)가 레이저 플룸(4)의 이동방향에 수직으로 직선운동을 하는 대신에 기판(25)이 자전운동과 공전운동을 동시에 하도록 하는 기판 홀더(26)를 설치하여도 대면적의 박막을 형성하는 것 이 가능하다.
제3(a)도 및 제3(b)도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판의 자전과 공전이 가능한 기판홀더를 나타낸 것이다.
제3(a)도 및 제3(b)도를 참조하면, 상기 기판 홀더(40)는 자체적으로 회전하는 기판홀더 하판(42)과 역시 자체적으로 회전하는 기판홀더 상판(41)으로 구성되어 있으며, 상기 하판(42)의 회전축과 상판(41)의 회전축은 일정거리만큼 떨어져 있어 기판홀더 상판(41)에 장착된 기판(43)은 상기 상판(41)의 회전축을 중심으로 자전하면서 동시에 기판홀더 하판(42)의 회전축을 중심으로 공전운동을 하게된다. 상기 제3(a)도 및 제3(b)도에 도시한 기판 홀더(40)는 4개의 기판홀더 상판(41)들을 포함함으로써, 4개의 기판(43)을 장착할 수 있다.
제4도는 본 발명의 다른 실시예에 따라 판상의 형상을 갖는 타게트(22')와 그 타게트 홀더(23')를 나타낸 것이다.
제4도를 참조하면, 제1도의 원통형 봉의 축방향으로 회전하는 봉형 타게트(22)와 그것을 장착할 수 있는 타게트 홀더(23) 대신에, 예를 들면 원판의 형상과 같은 판상 타게트(22')와 그것을 장착할 수 있는 타게트 홀더(23' )를 설치하여 그 중심을 기준으로 회전시켜도 본 발명의 목적을 동일하게 달성할 수 있다.
이하 상술한 펄스레이저를 이응한 대면적의 다이아몬드 박막 제조장치에 따른 대면적의 다이아몬드 박막 제조방법을 설명한다.
먼저 , 펄스레이저 발생장치(1)로부터 펄스레이저빔(2)을 발생시키고, 발생된 직진하는 펄스레이저빔(2)을 레이저빔 스캐너(20)를 통과시켜 펄스레이저빔(2)의 경로를 변경하고, 포커싱하여 직선왕복운동을 하는 펄스레이저빔(2)을 진공조(3) 내부로 조사한다.
다음에, 상기 직선왕복운동하는 포커싱된 펄스레이저빔(2)을 진공조(3)의 일부에 설치된 움직이는 타게트(22)에 조사하여 타게트(22)상에 직선왕복운동(29)하는 플룸(4)을 형성하고, 상기 플룸(4)에 대향하여 진공조(3)의 또다른 일부에 설치된 움직이는 기판 홀더(26)에 장착된 기판(25)에 상기 플룸(4)을 증착시킴으로써, 대면적의 다이아몬드 박막을 제조할 수 있다.
본 발명에 의하면, 전기적, 기계적 특성 및 박막 두께의 균일성을 유지하면서 대면적화에 제한을 받지 않는 우수한 대면적 다이아몬드 박막을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따라 다이아몬드 박막을 제조하여 대면적의 전계방출 표시소자용 에미터를 제조할 수 있으며, 전면적에 걸친 타게트의 사용으로 타게트의 효율을 높일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (12)

  1. 펄스레이저빔을 발생시키는 펄스레이저 발생장치; 상기 펄스레이저 발생장치로부터 발생된 펄스레이저빔을 스캐닝 하기 위한 레이저빔 스캐너; 상기 레이저빔 스캐너를 통과한 펄스레이저빔이 조사되는 타게트; 그리고 상기 타게트로부터 발생되는 플룸에 의해 다이아몬드 박막이 형성될 기판이 설치되는 기판 홀더를 갖는 진공조를 포함하는 대면적 다이아몬드 박막 제조장치.
  2. 제1항에 있언서, 상기 레이저빔 스캐너는 상기 펄스레이저 발생장치로부터 발생된 펄스페이저빔의 경로를 바꾸어 주는 미러, 상기 경로가 바뀐 펄스레이저빔을 포커싱해주며 상기 타게트와 이동시에 일정한 거리를 유지하는 포커싱 렌즈, 그리고 상기 미러와 상기 포커싱 렌즈가 장착되며 직선왕복운동을 제어하는 모션 콘트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 다이아몬드 박막 제조장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 진공조는 내부의 일부분에 설치된 상기 타게트를 장착하기 위한 타게트 홀더, 상기 타게트 홀더더가 장착된 부분과는 다른 일부분에 설치된 상기 기판을 장착하기 위한 상기 기판 홀더, 그리고 상기 진공조의 한쪽 측면에 형성되어 레이저빔을 통파시키는 광학창을 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 다이아몬드 박막 제조장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 타게트 홀더는 봉 형상의 타게트를 장착할 수 있는 타게트 홀더 또는 판 형상의 타게트를 장착할 수 있는 타게트 홀더인 것을 특징으로 하는 대면적 다이아몬드 박막 제조장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 타게트 홀더에 장착되는 상기 타게트는 판 형상 또는 봉형상인 것을 특징으로 하는 대면적 다이아몬드 박막 제조장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 타게트 홀더는 상기 봉 형상의 타게트의 축을 중심으로 회전운동하는 것을 특징으로 하는 대면적 다이아몬드 박막 제조장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 타게트 홀더는 상기 판 형상의 타게트의 중심점을 중심으로 회전운동하는 것을 특징으로 하는 대면적 다이아몬즈 박막 제조장치.
  8. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 기판이 움직이는 방향이 상기 플룸의 이동 방향에 대하여 수직으로 직선운동을 하는 것을 특징으로 하는 대면적 다이아몬드 박막 제조장치.
  9. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 기판이 움직이는 방향이 상기 기판의 중심점을 축으로 회전운동하는 것을 특징으로 하는 대면적 다이아몬드 박막 제조장치.
  10. 제3항에 있어서, 상기 기판 홀더에 장착되는 상기 기판은 자전운동과 공전운동을 하는 것을 특징으로 하는 대면적 다이아몬드 박막 제조장치.
  11. 제3항 또는 제10항에 있어서, 상기 기판 홀더는 상기 기판이 장착되어 자전운동을 하는 기판홀더 상판 그리고 상기 기판홀더 상판이 장착되어 있고 상기 기판홀더 상판의 자전운동에 대하여 반대방향으로 상기 기판홀더 상판을 공전운동하게 하는 기판홀더 하판을 포함하는 것을 특징으로 하는 대면적 다이아몬드 박막 제조장치.
  12. 펄스레이저 발생장치로부터 펄스레이저빔을 발생시키는 단계; 발생된 펄스레이저빔을 레이저빔 스캐너에 통과시켜 상기 펄스레이저빔의 경로를 변경하여 상기 펄스레이저빔이 직선으로 이동하는 동시에 포커싱된 레이저빔을 형성하는 단계; 상기 직선왕복운동하는 포커싱된 레이저빔을 진공조의 일부분에 설치된 타게트에 조사하여 플룸을 형성하는 단계; 그리고 상기 플룸에 대향하여 진공조의 일부분에 설치된 움직이는 기판에 상기 플룸을 증착시켜 박막을 형성하는 단계를 포함하는 대면적 다이아몬드 박막 제조방법.
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