KR100301110B1 - 스퍼터링증착장비 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스퍼터링 증착 장비에 관한 것으로, 증착실 분리대에 의해 증착영역과 가열영역으로 분리된 박막 증착실과, 증착실 분리대의 중앙부를 관통하도록 설치되며, 증착 분리대를 중심으로 기판을 회전시키기 위한 기판지지대와, 증착영역의 상하부에 각각 설치된 소결체 타겟과, 가열영역의 상하부에 각각 설치된 기판 가열기를 포함하여 이루어지며, 소결체 타겟과 기판간에 인가되는 고주파전력에 의해 발생된 플라즈마에 의해 회전하는 지름이 2 내지 3인치 크기의 MgO, SrTiO3, LaAlO3, Al2O3, LaSrGaO4대면적 산화물 단결정 기판의 양쪽면에 타겟물질이 증착되도록 구성된다.

Description

스퍼터링 증착 장비{Sputtering Deposition Equipment}
본 발명은 스퍼터링(Sputtering) 증착 장비에 관한 것으로, 특히 스퍼터링 증착법을 이용하여 산화물 대면적 단결정 기판의 양쪽면에 대면적 산화물 고온초전도박막을 증착할 수 있도록 한 스퍼터링 증착 장비에 관한 것이다.
지름이 2인치 이상의 대면적 산화물 초전도 박막을 제조하기 위한 종래의 스퍼터링 방법에서는 하나의 원판형 타겟을 회전시키면서 금속판 위에 대면적 박막을 증착하는 방법(US4886032) 또는 타겟을 실린더 형태의 타겟지지대 외부에 부착하여 대면적 박막을 증착하는 방법(US5196400)이 제시되어 있다. 그리고 사각통 형태의할로우 캐소드 타겟을 사용하여 기판을 타겟 표면에 평행하게 이동하여 대면적 박막을 증착하는 방법(H. Koch, et al. Journal of Vacuum Science and Technology A.9(4), 2374 (1991), Th. Schuring, et al. Physica C 262, 89 (1996))이 제시되어 있다. 이들 방법에 의하면 대면적 단결정 기판의 한쪽면에만 고온초전도박막을 증착할 수 있다.
그러나 고온초전도박막을 디지털 전자소자와 마이크로파 소자에 응용하기 위해서는 대면적 산화물 단결정 기판의 한쪽면 뿐만 아니라 양쪽면에 박막을 증착하는 기술이 필수적으로 필요한데, 단면 대면적 박막 증착과는 달리 양면 대면적 박막을 증착하기 위해서는 기판의 양면을 동시에 가열하여야 하며, 증착과 가열이 구분적으로 이루어지도록 해야 하기 때문에 이를 위한 별도의 장비가 필요로 된다.
따라서, 본 발명은 스퍼터링 증착법을 이용하여 대면적 산화물 단결정 기판의 양쪽면에 지름이 2인치 이상을 갖는 산화물 고온초전도박막을 증착할 수 있는 스퍼터링 증착 장비를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 증착실 분리대에 의해 증착영역과 가열영역으로 분리된 박막 증착실과, 증착실 분리대의 중앙부를 관통하도록 설치되며, 증착 분리대를 중심으로 기판을 회전시키기 위한 기판지지대와, 증착영역의 상하부에 각각 설치된 소결체 타겟과, 가열영역의 상하부에 각각 설치된 기판 가열기를 포함하여 이루어지며, 소결체 타겟과 기판간에 인가되는 고주파전력에 의해 발생된 플라즈마에 의해 회전하는 지름이 2 내지 3인치 크기의 MgO, SrTiO3, LaAlO3, Al2O3, LaSrGaO4대면적 산화물 단결정 기판의 양쪽면에 타겟물질이 증착되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 소결체 타겟은 디스크 형태, 관통된 원기둥 형태, 기판쪽이 열린 원기둥 형태로 이루어지며, 기판의 표면에 대해 수평 또는 수직으로 배치된 것을 특징으로 한다.
도 1은 디스크 형태의 스퍼터링 타겟 2개를 증착기판 표면에 평행하게 배열하여 대면적 양면 산화물 고온초전도박막을 증착하는 방법을 설명하기 위한 증착 장비의 구조도.
도 2는 디스크 형태의 스퍼터링 타겟 2개를 증착기판 표면에 수직하게 배열하여 대면적 양면 산화물 고온초전도박막을 증착하는 방법을 설명하기 위한 증착 장비의 구조도.
도 3은 관통된 원기둥 형태의 스퍼터링 타겟 2개를 증착기판 표면에 평행하게 배열하여 대면적 양면 산화물 고온초전도박막을 증착하는 방법을 설명하기 위한 증착 장비의 구조도.
도 4는 관통된 원기둥 형태의 스퍼터링 타겟 2개를 증착기판 표면에 수직하게 배열하여 대면적 양면 산화물 고온초전도박막을 증착하는 방법을 설명하기 위한 증착 장비의 구조도.
도 5는 기판쪽이 열린 원기둥 형태의 스퍼터링 타겟 2개를 증착기판 표면에 평행하게 배열하여 대면적 양면 산화물 고온초전도박막을 증착하는 방법을 설명하기 위한 증착 장비의 구조도.
도 6은 기판쪽이 열린 원기둥 형태의 스퍼터링 타겟 2개를 증착기판 표면에 평행하게 배열하여 대면적 양면 산화물 고온초전도박막을 증착하는 방법을 설명하기 위한 증착 장비의 구조도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 및 2: 소결체 타겟 3 및 4: 기판가열기
5: 회전형 기판지지대 6: 대면적 산화물 단결정 기판
7 및 8: 플라즈마 9 및 10: 박막증착실 분리대
11: 박막증착실
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 대면적 양면 산화물 고온초전도박막 증착 장비 및 증착 방법을 상세히 설명한다.
도 1은 디스크 형태의 스퍼터링 타겟 2개를 증착기판 표면에 평행하게 배열하여 대면적 양면 고온초전도박막을 증착하는 방법을 설명하기 위한 증착 장비의 구조도이다.
대면적 양면 박막을 증착하는 방법의 제 1 실시예는 도 1과 같이 박막증착실(11)에 2개의 디스크 형태의 소결체 타겟(1 및 2)이 대면적 산화물 단결정 기판(6) 표면에 평행하게 배치되어 있고, 이 소결체 타겟(1 및 2)은 산화물 고온초전도 물질 YBa2Cu3O7-x로 구성된다. 대면적 산화물 단결정 기판(6)은 상기 박막증착실(11)의 내부를 두 개의 영역 즉, 증착영역과 가열영역으로 분리하는 증착실 분리대(9 및10)의 중앙부를 관통하도록 회전형 기판지지대(5)에 부착되어 위치되며, 회전형 기판지지대(5)의 회전에 의해 대면적 산화물 단결정 기판(6)이 박막증착실 분리대(9 및10)를 기준으로 회전하게 된다. 기판 가열기(3 및 4)는 상기 가열영역에 설치되며 대면적 산화물 단결정 기판(6)을 양쪽에서 가열할 수 있도록 대면적 산화물 단결정 기판(6) 표면에 수직하게 배치된다. 대면적 산화물 단결정 기판(6)은 MgO, SrTiO3, LaAlO3, Al2O3, LaSrGaO4등의 산화물로 구성된다. 대면적 산화물 단결정 기판(6)의 온도는 상기 기판 가열기(3 및 4)에 의해 YBa2Cu3O7-x결정상이 형성되는 700 내지 800℃의 온도로 유지된다. 이때, 아르곤(Ar)과 같은 스퍼터링 가스가 공급되는 박막증착실(11) 내부의 압력은 100 내지 300 mTorr로 유지되며, 소결체 타겟(1 및 2)과 대면적 산화물 단결정 기판(6) 사이에 인가된 고주파 전력에 의해 발생된 플라즈마(7 및 8)에 의해 대면적 산화물 단결정 기판(6)의 양쪽면에 타겟 물질이 증착된다.
도 2는 디스크 형태의 스퍼터링 타겟 2개를 증착기판 표면에 수직하게 배열하여 대면적 양면 고온초전도박막을 증착하는 방법을 설명하기 위한 증착 장비의 구조도이다.
대면적 양면 박막을 증착하는 방법의 제 2 실시예는 도 2와 같이 박막증착실(11)에 2개의 디스크 형태의 소결체 타겟(1 및 2)이 대면적 산화물 단결정 기판(6) 표면에 수직하게 배치되어 있고, 이 소결체 타겟(1 및 2)은 산화물 고온초전도 물질 YBa2Cu3O7-x로 구성된다. 대면적 산화물 단결정 기판(6)은 상기 박막증착실(11)의 내부를 두 개의 영역 즉, 증착영역과 가열영역으로 분리하는 증착실분리대(9 및 10)를 관통하도록 회전형 기판지지대(5)에 부착되어 위치되며, 회전형 기판지지대(5)의 회전에 의해 대면적 산화물 단결정 기판(6)이 증착실 분리대(9 및 10)를 기준으로 회전한다. 기판 가열기(3 및 4)는 상기 가열영역에 설치되며 대면적 산화물 단결정 기판(6)을 양쪽에서 가열할 수 있도록 대면적 단결정 산화물 기판(6)에 수직하게 배치된다. 대면적 산화물 단결정 기판(6)은 MgO, SrTiO3, LaAlO3, Al2O3, LaSrGaO4등의 산화물로 구성된다. 대면적 산화물 단결정 기판(6)의 온도는 상기 기판 가열기(3 및 4)에 의해 YBa2Cu3O7-x결정상이 형성되는 700 내지 800℃의 온도로 유지된다. 이때, 아르곤(Ar)과 같은 스퍼터링 가스가 공급되는 박막증착실(11) 내부의 압력은 100 내지 300 mTorr로 유지되며, 소결체 타겟(1 및 2)과 대면적 산화물 단결정 기판(6) 사이에 인가된 고주파 전력에 의해 발생된 플라즈마(7 및 8)에 의해 대면적 산화물 단결정 기판(6)의 양쪽면에 타겟 물질이 증착된다.
도 3은 관통된 원기둥 형태의 스퍼터링 타겟 2개를 증착기판 표면에 평행하게 배열하여 대면적 양면 고온초전도박막을 증착하는 방법을 설명하기 위한 증착 장비의 구조도이다.
대면적 양면 박막을 제조하는 방법의 제 3 실시예는 도 3과 같이 박막증착실(11)에 관통된 원기둥 형태를 갖는 2개의 스퍼터링 소결체 타겟(1 및2)이 대면적 산화물 단결정 기판(6) 표면에 평행하게 배치되어 있고, 이 소결체 타겟(1 및 2)은 산화물 고온초전도 물질 YBa2Cu3O7-x로 구성된다. 대면적 산화물 단결정 기판(6)은 상기 박막증착실(11)의 내부를 두 개의 영역 즉, 증착영역과 가열영역으로 분리하는 증착실 분리대(9 및 10)의 중앙부를 관통하도록 회전형 기판지지대(5)에 부착되어 위치되며, 회전형 기판지지대(5)의 회전에 의해 대면적 산화물 단결정 기판(6)이 증착실 분리대(9 및 10)를 기준으로 회전하게 된다. 기판 가열기(3 및 4)는 상기 가열영역에 설치되며 대면적 산화물 단결정 기판(6)을 양쪽에서 가열할 수 있도록 대면적 산화물 단결정 기판(6)의 표면에 수직하게 배치된다. 대면적 산화물 단결정 기판(6)은 MgO, SrTiO3, LaAlO3, Al2O3, LaSrGaO4등의 산화물로 구성된다. 대면적 산화물 단결정 기판(6)의 온도는 상기 기판 가열기(3 및 4)에 의해 YBa2Cu3O7-x결정상이 형성되는 700 내지 800℃의 온도로 유지된다. 이때, 아르곤(Ar)과 같은 스퍼터링 가스가 공급되는 박막증착실(11) 내부의 압력은 100 내지 300 mTorr로 유지되며, 소결체 타겟(1 및 2)과 대면적 산화물 단결정 기판(6) 사이에 인가된 고주파 전력에 의해 발생된 플라즈마(7 및 8)에 의해 대면적 산화물 단결정 기판(6)의 양쪽면에 타겟 물질이 증착된다.
도 4는 관통된 원기둥 형태의 스퍼터링 타겟 2개를 증착기판 표면에 수직하게 배열하여 대면적 양면 고온초전도박막을 증착하는 방법을 설명하기 위한 증착 장비의 구조도이다.
대면적 양면 박막을 제조하는 방법의 제 4 실시예는 도 4와 같이 박막증착실(11)에 관통된 원기둥 형태를 갖는 2개의 스퍼터링 소결체 타겟(1 및 2)이 대면적 산화물 단결정 기판(6) 표면에 수직하게 배치되어 있고, 이 소결체타겟(1 및 2)은 산화물 고온초전도 물질 YBa2Cu3O7-x로 구성된다. 대면적 산화물 단결정 기판(6)은 상기 박막증착실(11)의 내부를 두 개의 영역 즉, 증착영역과 가열영역으로 분리하는 증착실 분리대(9 및 10)의 중앙부를 관통하도록 회전형 기판지지대(5)에 부착되어 위치되며, 회전형 기판지지대(5)의 회전에 의해 대면적 산화물 단결정 기판(6)이 증착실 분리대(9,10)를 기준으로 회전하게 된다. 기판 가열기(3 및 4)는 상기 가열영역에 설치되며 대면적 산화물 단결정 기판(6)을 양쪽에서 가열할 수 있도록 대면적 산화물 단결정 기판(6) 표면에 수직하게 배치된다. 대면적 산화물 단결정 기판(6)은 MgO, SrTiO3, LaAlO3, Al2O3, LaSrGaO4등의 산화물로 구성된다. 대면적 산화물 단결정 기판(6)의 온도는 상기 기판 가열기(3 및 4)에 의해 YBa2Cu3O7-x결정상이 형성되는 700 내지 800℃의 온도로 유지된다. 이때, 아르곤(Ar)과 같은 스퍼터링 가스가 공급되는 박막증착실(11) 내부의 압력은 100 내지 300 mTorr로 유지되며, 소결체 타겟(1 및 2)과 대면적 산화물 단결정 기판(6) 사이에 인가된 고주파 전력에 의해 발생된 플라즈마(7 및 8)에 의해 대면적 산화물 단결정 기판(6)의 양쪽면에 타겟 물질이 증착된다.
도 5는 기판쪽이 열린 원기둥 형태의 스퍼터링 타겟 2개를 증착기판 표면에 평행하게 배열하여 대면적 양면 고온초전도박막을 증착하는 방법을 설명하기 위한 증착 장비의 구조도이다.
대면적 양면 박막을 제조하는 방법의 제 5 실시예는 도 5와 같이 박막증착실(11)에 기판쪽이 열린 원기둥 형태를 갖는 2개의 스퍼터링 소결체타겟(1 및 2)이 대면적 산화물 기판(6) 표면에 평행하게 배치되어 있고, 이 소결체 타겟(1 및 2)은 산화물 고온초전도 물질 YBa2Cu3O7-x로 구성된다. 대면적 산화물 단결정 기판(6)은 상기 박막증착실(11)의 내부를 두 개의 영역 즉, 증착영역과 가열영역으로 분리하는 증착실 분리대(9 및 10)의 중앙부를 관통하도록 회전형 기판지지대(5)에 부착되어 위치되며, 회전형 기판지지대(5)의 회전에 의해 대면적 산화물 단결정 기판(6)이 증착실 분리대(9 및 10)를 기준으로 회전하게 된다. 기판 가열기(3 및 4)는 상기 가열영역에 설치되며 대면적 산화물 단결정 기판(6)을 양쪽에서 갸열할 수 있도록 대면적 산화물 단결정 기판(6) 표면에 수직하게 배치된다. 대면적 산화물 단결정 기판(6)은 MgO, SrTiO3, LaAlO3, Al2O3, LaSrGaO4등의 산화물로 구성된다. 대면적 산화물 단결정 기판(6)의 온도는 상기 기판가열기(3 및 4)에 의해 YBa2Cu3O7-x결정상이 형성되는 700 내지 800℃의 온도로 유지된다. 이때, 아르곤(Ar)과 같은 스퍼터링 가스가 공급되는 박막증착실(11) 내부의 압력은 100 내지 300 mTorr로 유지되며, 소결체 타겟(1,2)과 대면적 산화물 단결정 기판(6) 사이에 인가된 고주파 전력에 의해 발생된 플라즈마(7 및 8)에 의해 대면적 산화물 단결정 기판(6)의 양쪽면에 타겟 물질이 증착된다.
도 6은 기판쪽이 열린 원기둥 형태의 스퍼터링 타겟 2개를 증착기판 표면에 평행하게 배열하여 대면적 양면 고온초전도박막을 증착하는 방법을 설명하기 위한 증착 장비의 구조도이다.
대면적 양면 박막을 제조하는 방법의 제 6 실시예는 도 6과 같이박막증착실(11)에 기판쪽이 열린 원기둥 형태를 갖는 2개의 스퍼터링 소결체 타겟(1 및 2)이 대면적 산화물 기판(6) 표면에 수직하게 배치되어 있고, 이 소결체 타겟(1 및 2)은 산화물 고온초전도 물질 YBa2Cu3O7-x로 구성된다. 대면적 산화물 단결정 기판(6)은 상기 박막증착실(11)의 내부를 두 개의 영역 즉, 증착영역과 가열영역으로 분리하는 증착실 분리대(9 및 10)를 관통하도록 회전형 기판지지대(5)에 부착되어 위치되며, 회전형 기판지지대(5)의 회전에 의해 대면적 산화물 단결정 기판(6)이 박막증착실 분리대(9 및 10)를 기준으로 회전하게 된다. 기판 가열기(3 및 4)는 상기 가열영역에 설치되며 대면적 산화물 단결정 기판(6)을 양쪽에서 가열할 수 있도록 대면적 산화물 단결정 기판(6) 표면에 수직하게 배치된다. 대면적 산화물 단결정 기판(6)은 MgO, SrTiO3, LaAlO3, Al2O3, LaSrGaO4등의 산화물로 구성된다. 대면적 산화물 단결정 기판(6)의 온도는 상기 기판 가열기(3 및 4)에 의해 YBa2Cu3O7-x결정상이 형성되는 700 내지 800℃의 온도로 유지된다. 이때, 아르곤(Ar)과 같은 스퍼터링 가스가 공급되는 박막증착실(11) 내부의 압력은 100 내지 300 mTorr로 유지되며, 소결체 타겟(1,2)과 대면적 산화물 단결정 기판(6) 사이에 인가된 고주파 전력에 의해 발생된 플라즈마(7 및 8)에 의해 대면적 산화물 단결정 기판(6)의 양쪽면에 타겟 물질이 증착된다.
이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함으로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이아니다.
상술한 바와 같이 본 발명의 스퍼터링 증착 장비를 사용하면 기판의 양쪽면에 막질이 우수한 대면적 산화물 고온초전도박막을 디지털 전자 소자 및 마이크로파 소자의 제조가 용이해진다.

Claims (8)

  1. 증착실 분리대에 의해 증착영역과 가열영역으로 분리된 박막 증착실과,
    상기 증착실 분리대의 중앙부를 관통하도록 설치되며, 상기 증착 분리대를 중심으로 기판을 회전시키기 위한 기판지지대와,
    상기 증착영역의 상하부에 각각 설치된 소결체 타겟과,
    상기 가열영역의 상하부에 각각 설치된 기판 가열기를 포함하여 이루어지며, 상기 소결체 타겟과 기판간에 인가되는 고주파전력에 의해 발생된 플라즈마에 의해 회전하는 지름이 2 내지 3인치 크기의 MgO, SrTiO3, LaAlO3, Al2O3, LaSrGaO4대면적 산화물 단결정 기판의 양쪽면에 타겟물질이 증착되도록 구성된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 증착 장비.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 소결체 타겟은 디스크 형태로 이루어지며, 상기 기판의 표면에 대해 수직하게 배치된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 증착 장비.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 소결체 타겟은 디스크 형태로 이루어지며, 상기 기판의 표면에 대해 평행하게 배치된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 증착 장비.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 소결체 타겟은 관통된 원기둥 형태로 이루어지며, 상기 기판의 표면에 대해 평행하게 배치된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 증착 장비.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 소결체 타겟은 관통된 원기둥 형태로 이루어지며, 상기 기판의 표면에 대해 수직하게 배치된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 증착 장비.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 소결체 타겟은 기판쪽이 열린 원기둥 형태로 이루어지며, 상기 기판의 표면에 대해 평행하게 배치된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 증착 장비.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 소결체 타겟은 기판쪽이 열린 원기둥 형태로 이루어지며, 상기 기판의 표면에 대해 수직하게 배치된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 증착 장비.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 가열기는 상기 대면적 산화물 단결정 기판 양면에 대하여 수직하게 배치된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 증착 장비.
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