KR100324499B1 - Thin film formation method by laser ablation or high voltage discharge plasma CVD or laser ablation combined with high voltage discharge plasma CVD - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 레이저 애블레이션법, 플라즈마CVD법, 두 방법이 결합된 혼합방식에 의한 박막디바이스등의 박막 형성방법은, 레이저 발생원인 엑시머 또는 야그 레이저(1)로부터 발생된 레이저 빔(2)을 렌즈(3)로 집광하여 구동용 반사경(4)이라 하는 광학장치를 이용하여 진공 챔버(5) 내에 위치한 고정 타깃(6)에 조사시 그 표면으로부터 튀어나온 입자들(레이저 플륨(7))을 기판가열기(8) 위에 위치한 기판(9) 상에 박막을 형성하는 레이저 애블레이션법, 스퍼터 하고자 하는 재료로 이루어 진 케소우드(10)와 애노드(11) 사이에 고전압을 인가해 발생된 플라즈마 존(12)의 중심부에 위치한 애노드(11) 위에 설치된 기판(9) 상에 박막을 형성하는 플라즈마 CVD법, 두 방법을 특수하게 결합시켜 상기한 두 증착 과정이 동시에 이루어지도록 해 애노드(11) 위의 놓인 기판(9) 상에 박막디바이스등의 박막을 형성하는 방법에 있어서, 상기한 세 방법들의 증착과정 중에 플라즈마 밀도의 상승을 유도해 여기효율 및 증착 속도를 증가 시켜 양질의 박막디바이스등의 박막을 형성하도록 별도로 특수 고온 열처리된 유리 반응기(13)로 둘러 쌓인 레이저 플륨 존이나 플라즈마 존에 전자석(14)으로부터 발생된 전자계를 인가하는 과정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.In the thin film forming method such as the laser ablation method, the plasma CVD method, or the combination method of the two methods according to the present invention, the laser beam 2 generated from the excimer or yag laser 1, which is a laser source, is used. Particles (laser plume 7) protruding from the surface when the fixed target 6 located in the vacuum chamber 5 are irradiated by condensing with the lens 3 and using an optical device called a driving reflector 4. A laser ablation method for forming a thin film on the substrate 9 located on the substrate heater 8, a plasma zone generated by applying a high voltage between the cathode 10 and the anode 11 made of a material to be sputtered ( Plasma CVD method for forming a thin film on the substrate 9 installed on the anode 11 located in the center of 12), the two methods are specially combined so that the above two deposition processes are performed at the same time. group (9) A method of forming a thin film such as a thin film device, wherein the plasma density is increased during the deposition process of the above three methods to increase the excitation efficiency and the deposition rate to form a thin film such as a thin film of good quality. In addition, the method may further include applying an electromagnetic field generated from the electromagnet 14 to the laser plume zone or plasma zone surrounded by the special high temperature heat-treated glass reactor 13.
Description
본 발명은 레이저 애블레이션법, 고전압 방전 플라즈마 CVD법, 상기 두 방법을 결합한 혼합방식에 의한 박막디바이스등의 박막 형성방법에 관한 것이다. 좀더 상세히 설명하면, 본 발명의 상기 세가지 방법으로 반응시키고자 하는 가스(gas) 분위기 하에서 박막디바이스등의 박막을 형성 시, 특수 고온 열처리된 유리 반응기로 둘러 쌓인 레이저 플륨 존이나 플라즈마 존에 전자석으로부터 발생된 전자계를 인가하여 로렌츠 법칙에 의한 플라즈마 밀도의 상승을 유도해 여기효율, 증착 속도 및 효율을 증가 시켜 보다 단시간 내에 양질의 박막디바이스등의 박막을 형성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film forming method such as a laser ablation method, a high voltage discharge plasma CVD method, a thin film device by a combination method of the above two methods. In more detail, when forming a thin film such as a thin film device in the gas atmosphere to be reacted by the three methods of the present invention, generated from the electromagnet in the laser plume zone or plasma zone surrounded by a special high temperature heat treatment glass reactor The present invention relates to a method of forming a thin film such as a high quality thin film device in a shorter time by inducing an increase in plasma density by Lorentz's law by increasing the excitation efficiency, the deposition rate, and the efficiency by applying an electron field.
종래에는 기판 상에 박막디바이스등의 박막을 형성시키기 위해서는 일정 압력의 반응가스 분위기 하에서 상기한 레이저 애블레이션법 또는 플라즈마 CVD법을 주로 사용하였다. 기존 가스 분위기 하에서 레이저 애블레이션법이나 플라즈마 CVD법으로 박막디바이스등의 박막을 성장시키게 되면, 비교적 품질이 우수한 박막을 얻을 수 있는 것으로 알려져 있다. 한편 최근에는, 상기한 두 방법들이 장치의 구조가 간단하고, 비교적 품질이 우수한 박막을 얻을 수 있다는 장점에도 불구하고 보다 단시간 내에 보다 더 우수한 박막디바이스등의 박막 형성이라는 시대적 요구에 따라, 두 가지 이상의 방법을 결합한 혼합방식에 의한 박막디바이스등의 박막 형성에 응용되고 있는 추세에 있으나 아직 그리 큰 성공은 발표된 바가 없다.Conventionally, in order to form a thin film such as a thin film device on a substrate, the above-described laser ablation method or plasma CVD method is mainly used under a reaction gas atmosphere at a constant pressure. When a thin film such as a thin film device is grown by a laser ablation method or a plasma CVD method under an existing gas atmosphere, it is known that a thin film having a relatively high quality can be obtained. On the other hand, in spite of the advantages of the above two methods, the structure of the device is simple and relatively high quality thin film can be obtained. Although the trend is being applied to the formation of thin films, such as thin-film devices by a combined method combined method has not been announced yet.
도1, 도2와 도3은 각각, 레이저 애블레이션법, 플라즈마 CVD법과 이들을 결합시킨 혼합방법에 의해 박막디바이스등의 박막을 형성하는 과정을 나타낸 개략도로서, 제1도에 도시 된 바와 같이, 종래의 레이저 애블레이션 방법에서는, 레이저 발생원인 레이저(1)로부터 발생된 레이저 빔(2)을 렌즈(3)로 집광하여 타깃(6)에 조사하고, 레이저 빔(2)의 조사에 의해 튀어나온 입자들(7)을 기판 가열기(8) 위에 위치한 기판(9) 상에 박막디바이스등의 박막을 형성시키게 된다. 제2도에 도시 된 바와 같이 종래의 플라즈마 CVD법에서는 일정 간격 떨어진 두 전극(10, 11) 사이에 고전압이 인가되면 캐소우드(10)로부터 수많은 입자들이 방출 되게 되고, 이들 입자들이 기판 가열기(8) 위에 위치한 기판(9) 상에 증착하게 되어 박막디바이스등의 박막을 형성시키게 된다. 또 제3도에 도시 된 바와 같이 상기 두 방식의 결합에 의한 혼합 방법에서는 상기한 진행과정이 동시에 일어나도록 해 애노드 (11) 위에 위치한 기판(9) 상에 증착하게 되어 박막디바이스등의 박막을 형성시키게 된다.1, 2 and 3 are schematic diagrams showing a process of forming a thin film such as a thin film device by a laser ablation method, a plasma CVD method, and a mixing method combining them, respectively, as shown in FIG. In the laser ablation method of the laser beam, the laser beam 2 generated from the laser 1, which is a laser generation source, is condensed by the lens 3, irradiated onto the target 6, and particles protruded by the laser beam 2 irradiation. Field 7 is formed on a substrate 9 located above the substrate heater 8 to form a thin film such as a thin film device. As shown in FIG. 2, in the conventional plasma CVD method, when a high voltage is applied between two electrodes 10 and 11 spaced apart from each other, a large number of particles are emitted from the cathode 10, and these particles are transferred to the substrate heater 8. The thin film, such as a thin film device, is deposited on the substrate 9 positioned on the substrate 9). In addition, as shown in FIG. 3, in the mixing method by combining the two methods, the above process is simultaneously performed and deposited on the substrate 9 positioned on the anode 11 to form a thin film such as a thin film device. Let's go.
그러나, 상기한 종래의 방법들을 사용하여 기판 상에 박막디바이스등의 박막을 형성하는 방법은, 타깃에 레이저빔을 조사하여 방출된 입자들을 기판 상에 증착 시 구조가 가장 간단하고, 방출된 탄소 입자들의 운동에너지가 높아 낮은 기판 온도에서도 결정화를 이룰 수 있다는 장점에도 불구하고 대면적에 균일한 두께로 양질의 박막디바이스등의 박막을 얻을 수 없다는 한계를 지니고 있었고, 플라즈마 CVD법과 두 방법을 결합시킨 혼합방법으로 얻어진 박막디바이스등의 박막은 품질이 레이저 애블레이션법 보다는 우수하지만 얻어지는 시간이 많이 걸린다는 점으로 인해 생산비용이 많이 든다는 단점이 있었다.However, the method of forming a thin film such as a thin film device on the substrate using the conventional methods described above is the simplest structure when depositing the particles emitted by irradiating a laser beam on the target on the substrate, the emitted carbon particles Despite their merits of high kinetic energy, crystallization can be achieved at low substrate temperatures, they have the limitation of not being able to obtain high-quality thin films such as thin film devices with a uniform thickness over a large area. Thin films such as thin film devices obtained by the method are superior in quality to the laser ablation method, but have a disadvantage in that the production cost is high due to the long time required to obtain them.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 레이저 애블레이션법, 플라즈마 CVD법, 두 방법을 결합한 혼합방법으로 기판 상에 박막디바이스등의 박막을 형성 시, 상기한 제반 문제점들을 극복하기 위해, 본 발명에서 특수 고안된 장치로 여기효율, 증착 속도 및 증착 효율을 극대화 시켜 보다 단시간 내에 최상 품질의 박막디바이스등의 박막 형성시킬 수 있는 방법을 제공하는 것에 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제인 것이다.The present invention is to solve the above problems of the prior art, an object of the present invention is to form a thin film, such as a thin film device on a substrate by a laser ablation method, plasma CVD method, a combination method of the two methods, In order to overcome the various problems, the present invention is to provide a method for maximizing the excitation efficiency, deposition rate and deposition efficiency with a device specially designed in the present invention to form a thin film of the best quality thin film device in a short time It is a technical task.
본 발명자는 로렌츠 법칙에 따라, 전자계 내에 존재하는 작은 입자들은 자계의 영향으로 일정 진행방향으로 솔레노이드 모양처럼 회전하면서 진행하므로 그 진행 경로가 길어져, 자계가 존재하지 않는 경우보다 입자간의 충돌 확률이 커져 여기 확률이 증가하게 되고, 여기 확률이 증가하면 높은 운동에너지를 가진 입자들의 밀도가 점점 증가하게 되어 낮은 기판 온도에서도 결정화를 이룰 수 있다는 착안에서 본 발명을 완성하기에 이르렀다.According to the Lorentz's law, the small particles present in the electromagnetic field rotate while rotating like a solenoid in a predetermined direction under the influence of the magnetic field, and thus the path of the particles is longer, and the collision probability between the particles becomes larger than without the magnetic field. As the probability increases, the excitation probability increases the density of particles with high kinetic energy, and thus, the present invention has been completed.
도1은 종래의 레이저 애블레이션법에 의한 박막 형성과정 개략도1 is a schematic view of a thin film formation process by a conventional laser ablation method
도2는 종래의 고전압 방전 플라즈마 CVD법에 의한 박막 형성과정 개략도Figure 2 is a schematic diagram of a thin film formation process by a conventional high voltage discharge plasma CVD method
도3은 종래의 상기 두 방법이 결합된 혼합방법에 의한 박막 형성과정 개략도Figure 3 is a schematic diagram of a thin film formation process by a conventional mixing method of the two methods combined
도4는 본 발명의 레이저 애블레이션법에 의한 박막 형성과정 개략도Figure 4 is a schematic view of the thin film formation process by the laser ablation method of the present invention
도5는 본 발명의 고전압 방전 플라즈마 CVD법에 의한 박막 형성과정 개략도5 is a schematic view of a thin film formation process by the high voltage discharge plasma CVD method of the present invention
도6은 본 발명의 레이저 애블레이션법과 플라즈마 CVD법의 혼합방식에 의한 박막 형성과정 개략도Figure 6 is a schematic diagram of a thin film formation process by the mixing method of the laser ablation method and the plasma CVD method of the present invention
도7은 본 발명의 자계 발생용 전자석 상세도Figure 7 is a detailed view of the electromagnet for generating magnetic field of the present invention
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1: 레이저 발생원(엑시머, 야그 레이저) 2: 레이저 빔1: laser source (excimer, yag laser) 2: laser beam
3: 집광 렌즈 4: 구동용 반사경3: condenser lens 4: driving reflector
5: 진공 챔버 6: 타깃5: vacuum chamber 6: target
7: 레이저 플륨 8: 기판가열기7: laser plum 8: substrate heater
9: 기판 10: 케소우드9: substrate 10: cathode wood
11: 애노드 12: 플라즈마 존11: anode 12: plasma zone
13: 유리 반응기 14: 자계 발생용 전자석13: glass reactor 14: electromagnet for magnetic field generation
14a:자계용 철심 14b:코일14a: magnetic field core 14b: coil
상기한 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 레이저 애블레이션법, 반응 가스 하에서의 플라즈마 CVD법, 두 방법의 결합시킨 혼합방법에 의한 박막디바이스등의 박막 형성 방법은, 레이저 발생원인 엑시머 또는 야그 레이저(1)로부터 발생된 레이저 빔(2)을 렌즈(3)로 집광하여 구동용 반사경(4)이라 하는 광학장치를 이용하여 진공 챔버(5) 내에 위치한 타깃(6)에 조사 시 그 표면으로부터 튀어나온 입자들(레이저 플륨(7))을 기판가열기(8) 위에 위치한 기판(9) 상에 박막을 형성하는 레이저 애블레이션법과, 스퍼터 시키고자 하는 재료로 이루어 진 케소우드(10)와 애노드(11) 사이에 고전압을 인가해 발생된 플라즈마 존(12)의 중심부에 위치한 애노드(11) 위에 설치된 기판(9) 상에 박막을 형성하는 플라즈마 CVD법인 두 방법을 이용하여 상기한 두 증착 과정이 동시에 이루어지도록 해 애노드(11) 위의 놓인 기판(9) 상에 박막디바이스등의 박막을 형성하는 방법에 있어서, 상기한 세 방법들의 증착 과정 중에 플라즈마 밀도의 상승을 유도해 여기효율 및 증착 속도를 증가 시켜 양질의 박막디바이스등의 박막을 형성하도록 별도로 특수 고온 열처리된 유리 반응기(13)로 둘러 쌓인 레이저 플륨 존이나 플라즈마 존에 전자석(14)으로부터 발생된 전자계를 인가하는 과정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.본 발명은 반응 가스 원자가 기판 상에서 효율적으로 그 기능을 발휘하게 하고 원자 가스의 발생 효율을 증대시키기 위하여 반응 가스를 박막디바이스등의 박막이 형성되는 기판 가까이 까지 공급할 수 있도록 유도하기 위해 특별한 가이드 튜브를 사용하는 것이 바람직하다.In order to achieve the above object, a thin film forming method such as a laser ablation method according to the present invention, a plasma CVD method under a reaction gas, a combined method of combining the two methods, excimer or yag that is a laser source When the laser beam 2 generated from the laser 1 is condensed by the lens 3 and irradiated to the target 6 located in the vacuum chamber 5 by using an optical device called a driving reflector 4 from the surface thereof, A laser ablation method of forming a thin film on the substrate 9 on which the protruding particles (laser plume 7) is placed on the substrate heater 8, and a cathode 10 and an anode (i.e., made of a material to be sputtered) 11) the two deposition processes described above using two methods, plasma CVD, which forms a thin film on the substrate 9 installed on the anode 11 located at the center of the plasma zone 12 generated by applying a high voltage. In the method of forming a thin film such as a thin film device on the substrate 9 placed on the anode 11 so that the crystals are simultaneously formed, the excitation efficiency and the deposition rate are induced by inducing an increase in plasma density during the deposition process of the above three methods. The method further includes applying an electromagnetic field generated from the electromagnet 14 to the laser plume zone or plasma zone surrounded by a special high temperature heat-treated glass reactor 13 so as to form a thin film such as a high quality thin film device. The present invention provides a method for inducing a reactive gas atom to be supplied close to a substrate on which a thin film such as a thin film device is formed in order to effectively perform its function on the substrate and to increase the generation efficiency of the atomic gas. It is preferable to use special guide tubes.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 박막디바이스등의 박막 형성 방법을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method of forming a thin film such as a thin film device according to a preferred embodiment of the present invention will be described.
실시예레이저 발생원인 엑시머 또는 야그 레이저(1)로부터 발생된 레이저 빔(2)을 렌즈(3)로 집광하여 구동용 반사경(4)이라 하는 광학장치를 이용하여 진공 챔버(5)내에 위치한 타깃(6)에 조사 시 그 표면으로부터 튀어나온 입자들(레이저 플륨(7))을 기판가열기(8) 위에 위치한 기판(9) 상에 박막을 형성 시, 고온 열처리된 유리 반응기(13)로 둘러 쌓인 레이저 플륨 존에 전자석(14)으로부터 발생된 전자계를 인가하여 로렌츠 법칙에 의해 플라즈마 밀도의 상승을 유도해 보다 단시간 내에 양질의 박막디바이스등의 박막을 형성하였다.상기한 증착 과정 중에 반응 가스 원자가 기판 상에서 효율적으로 그 기능을 발휘하게 하고 가스 원자 의 발생 효율을 증대시키기 위하여 반응 가스를 박막디바이스등의 박막이 형성되는 기판 가까이 까지 공급할 수 있도록 유도하기 위해 가이드 튜브를 사용하였으며,상기 레이저 플륨 존에 전자석(14)으로부터 발생된 전자계를 인가하는 과정은 전자계 내에 존재하는 작은 하전입자들을 자계의 영향으로 일정 진행방향으로 솔레노이드 모양처럼 회전(로렌스 법칙) 하면서 진행하도록 해 입자의 진행 경로를 길게 해, 자계가 존재하지 않는 경우보다 플라즈마 존에 하전입자들이 머무르는 시간을 좀더 연장하고, 입자간의 충돌 확률을 향상시켜 높은 운동에너지를 가진 입자들의 밀도를 증가 시켜, 낮은 기판 온도에서도 결정화를 이룰 수 있도록 고온 특수 열처리된 유리 반응기(13)로 둘러 쌓인 레이저 플륨 존과 플라즈마 존에 전자계를 인가하여 로렌츠 법칙에 의한 플라즈마 밀도의 상승을 유도해 여기효율, 증착 속도 및 효율을 증가 시켜 보다 단시간 내에 양질의 박막디바이스등의 박막을 형성하였다.이하 첨부 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.도1은 종래의 레이저 애블레이션법에 의한 박막 형성과정 개략도, 도2는 종래의 고전압 방전 플라즈마 CVD법에 의한 박막 형성과정 개략도, 도3은 종래의 상기 두 방법이 결합된 혼합방법에 의한 박막 형성과정 개략도, 도4는 본 발명의 레이저 애블레이션법에 의한 박막 형성과정 개략도, 도5는 본 발명의 고전압 방전 플라즈마 CVD법에 의한 박막 형성과정 개략도, 도6은 본 발명의 레이저 애블레이션법과 플라즈마 CVD법의 혼합방식에 의한 박막 형성과정 개략도 및 도7은 본 발명의 자계 발생용 전자석 상세도를 도시한 것이며, 레이저 발생원(엑시머, 야그 레이저)(1), 레이저빔(2), 집광렌즈(3), 구동용반사경(4), 진공챔버(5), 타깃(6), 레이저플륨(7), 기판가열기(8), 기판(9), 케소우드(10), 애노드(11), 플라즈마존(12), 유리반응기(13), 자계발생용전자석(14), 자계용철심(14a), 코일(14b)를 나타낸 것임을 알 수 있다.도4, 도5 및 도6에 도시한 바와 같이, 본 발명은 진공챔버의 내부중앙에 형성된 기판(9)과, 상기 기판(9)하부에 형성된 애노드(기판홀더)(11)와, 상기 애노드(11) 하부에 형성된 반응 가스를 플라즈마 존에 공급하는 반응가스 가이드튜브(13)와, 상기 기판(11) 위에 형성되어 박막을 형성하는 레이저플륨(7)과, 상기 레이저플륨(7)을 형성시키며, 레이저빔(2)에 의해 조사되는 타깃 캐소오드(10)과, 상기 타킷(6)을 지지하는 지지대와, 상기 타킷(6)와 기판(9)사이에서 박막을 형성시키는 장소인 플라즈마존(12)와, 상기 플라즈마존(12)를 둘러쌓은 유리반응기(13)와, 상기 유리반응기(13)의 외부에 형성된 자계발생용전자석(14)와, 상기 진공챔버의 하부 일단에 형성되어 레이저빔(2)을 발사하는 레이저발생원(1)과, 상기 레이저 발생원을 집광시키는 집광렌즈(3)와, 상기 집광된 레이저를 반사하여 타깃의 표면에 조사하는 구동형반사경(4)과, 그 반대 일측에 형성된 진공펌프로 구성되어 있으며,도7은 상기 자계발생용전자석(14)에 관한 것으로서, 철심 자계회로 일단에 반응기가 위치할 수 있도록 공간이 형성된 사각 자계용철심(14a)의 외부를 절연물질로 절연한 다음 코일(14b)로 일정 턴수로 감아 구성되는 장치인 것이다상기 기판(9)은 결정면이 (100) 또는 (111)인 Si, (100) 또는 (111)인 Ni 기판으로서 상기 고정 타깃과 레이저빔의 에너지와 기판 크기에 따라 약20~200 mm의 간격을 두고 서로 마주보게 배치하였으며, 플라즈마 내부의 고온으로 인해 종래의 장치에 설치된 기판가열기를 별도로 두지 않아도 되는 구조로 구성되었다.상기 장치들의 작동방법은 알코올 또는 아세톤으로 박막을 형성시킬 목적물(Si 또는 Ni 등)의 표면을 초음파 세척기로 약 30분 정도 세척하고, 진공 챔버내의 목적물 홀더에 홀딩 시킨 후, 진공펌프로 챔버 내부가 일정 진공이 되도록 펌핑를 한 후, 아르곤 가스를 일정 압까지 챔버 내에 주입하고, 목적물의 표면에만 플라즈마가 형성되도록 두 전극 사이에 비교적 낮은 전압을 인가하여 목적물 표면을 플라즈마 클리닝하고 (별도의 목적물 가열공정을 필요치 않음) 또다시, 진공펌프로 챔버 내부가 일정 진공이 되도록 펌핑를 한 후, 반응 가스를 일정 압까지 챔버 내에 주입 한 다음, 레이저 발생원으로부터 발생한 레이저광을 구동용 반사경 광학 장치를 통해 진공 챔버내에 위치한 고정된 타깃(6)에 조사시키고, 구동형 반사경(4)을 회전 또는 직선 운동시켜 레이저광의 스폿 괘적이 타깃(6)상에서 원형(타원) 또는 직선(십자형) 모양이 되도록 하여 타깃(6) 표면으로부터 높은 에너지의 탄소입자를 튀어나오게 함과 동시에 두 전극 사이에 고전압을 인가해 방전 플라즈마가 반응기 전체에 발생하도록 하여, 반응 가스 공급용 튜브로 유리반응기(13) 내부까지 공급된 반응가스를 여기 시켜 탄소입자와 뒤섞이게 하고, 레이저 플륨 존에 형성된 상기 전자석(14)으로부터 발생된 전자계는 전자계 내에 존재하는 작은 하전입자들을 자계의 영향으로 일정 진행방향으로 솔레노이드 모양처럼 회전하면서 진행하도록 해 입자의 진행 경로를 길게 해, 자계가 존재하지 않는 경우보다 입자간의 충돌 확률을 향상시켜 높은 운동에너지를 가진 입자들의 밀도를 증가 시켜, 낮은 기판 온도에서도 결정화를 이룰 수 있도록 열처리된 유리 반응기(13)로 둘러 쌓인 레이저 플륨 존과 플라즈마 존에 전자계를 인가하여 목적물 표면에 박막을 증착 시킨다.Embodiment A target positioned in the vacuum chamber 5 using an optical device called a driving reflector 4 by concentrating a laser beam 2 generated from an excimer or a yag laser 1, which is a laser generation source, into a lens 3 6) the laser enclosed by the high temperature heat-treated glass reactor 13 when forming a thin film on the substrate 9 positioned on the substrate heater 8 (laser plume 7) protruding from the surface when irradiated The electromagnetic field generated from the electromagnet 14 was applied to the plum zone to induce an increase in plasma density by Lorentz's law to form a thin film such as a high quality thin film device in a shorter time. In order to exert its function and to increase the efficiency of generating gas atoms, it is possible to supply the reaction gas to the substrate where the thin film such as thin film device is formed. In order to apply the electromagnetic field generated from the electromagnet 14 to the laser plume zone, the small charged particles existing in the electromagnetic field rotate like a solenoid in a predetermined direction under the influence of the magnetic field (Lawrence law). It increases the density of particles with high kinetic energy by prolonging the particle propagation path, prolonging the time that charged particles stay in the plasma zone and improving the collision probability between the particles than without the magnetic field. By applying an electron field to the laser plume zone and the plasma zone enclosed by the high temperature special heat-treated glass reactor 13 to achieve crystallization even at low substrate temperature, the plasma density is increased by Lorentz's law to generate the excitation efficiency, deposition rate and Increased efficiency improves quality thin film device in less time A thin film of light is formed. The following description is made with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic view of a thin film formation process by a conventional laser ablation method, and FIG. 2 is a thin film formation process by a conventional high voltage discharge plasma CVD method. 3 is a schematic view of a thin film formation process by a conventional mixing method of the two methods, FIG. 4 is a schematic view of a thin film formation process by the laser ablation method of the present invention, and FIG. 5 is a high voltage discharge plasma CVD method of the present invention. Fig. 6 is a schematic view of the thin film formation process, and Fig. 6 is a schematic view of the thin film formation process by the mixing method of the laser ablation method and the plasma CVD method of the present invention, and Fig. 7 is a detailed view of the electromagnet for generating the magnetic field of the present invention. Excimer, yag laser) (1), laser beam (2), condenser lens (3), driving reflector (4), vacuum chamber (5), target (6), laser plume (7), substrate heater (8) , Substrate (9), cathode 10, the anode 11, the plasma zone 12, the glass reactor 13, the magnetic field generating electromagnet 14, the magnetic iron core 14a, and the coil 14b. As shown in Figs. 5 and 6, the present invention is a substrate 9 formed in the inner center of the vacuum chamber, an anode (substrate holder) 11 formed below the substrate 9, and the anode 11 A reaction gas guide tube 13 for supplying a reaction gas formed at a lower portion to the plasma zone, a laser plume 7 formed on the substrate 11 to form a thin film, and the laser plume 7 formed thereon, and a laser A plasma zone 12 which is a target cathode 10 irradiated by the beam 2, a support for supporting the target 6, and a place for forming a thin film between the target 6 and the substrate 9. And a glass reactor 13 surrounding the plasma zone 12, a magnetic field generating electromagnet 14 formed outside the glass reactor 13, and the vacuum chamber. A laser generating source 1 formed at one end of the laser beam to emit a laser beam 2, a condenser lens 3 for condensing the laser source, and a driving reflector for reflecting the focused laser to the surface of the target ( 4) and a vacuum pump formed on one side of the reverse side, and FIG. 7 relates to the magnetic field generating electromagnet 14, wherein a square magnetic iron core having a space in which a reactor is located at one end of an iron core magnetic circuit ( 14a) is insulated with an insulating material and then wound by a predetermined number of turns with a coil 14b. The substrate 9 includes Si, (100) or (111) having a crystal plane of (100) or (111). As the Ni substrate, the fixed target and the laser beam were arranged to face each other at intervals of about 20 to 200 mm according to the energy and the size of the laser beam, and a high temperature inside the plasma does not require a separate substrate heater installed in the conventional apparatus.The operating method of the above apparatuses is about 30 minutes by washing the surface of the target object (Si or Ni, etc.) to form a thin film with alcohol or acetone with an ultrasonic cleaner, holding the target holder in the vacuum chamber, and then vacuuming. After pumping the chamber into a constant vacuum with a pump, argon gas is injected into the chamber to a certain pressure, and a relatively low voltage is applied between the two electrodes so that plasma is formed only on the surface of the object, and the object surface is plasma cleaned (separately In addition, after the pumping is performed so that the inside of the chamber is a constant vacuum with a vacuum pump, the reaction gas is injected into the chamber to a predetermined pressure, and then the laser light generated from the laser source is driven. Irradiates a fixed target (6) located in the vacuum chamber, and rotates the driven reflector (4). Alternatively, the linear motion of the laser beam causes the spot path of the laser beam to be circular (oval) or straight (cross) on the target 6 to protrude high energy carbon particles from the surface of the target 6 while simultaneously applying a high voltage between the two electrodes. Applied to cause the discharge plasma to be generated throughout the reactor to excite the reaction gas supplied to the inside of the glass reactor 13 with the reaction gas supply tube to mix with the carbon particles, and from the electromagnet 14 formed in the laser plume zone. The generated electromagnetic field causes small charged particles existing in the electromagnetic field to rotate while moving like a solenoid in a certain direction under the influence of the magnetic field, thus lengthening the path of the particles, and improving the probability of collision between the particles than in the absence of a magnetic field. Increasing the density of particles with high kinetic energy, allowing crystallization at low substrate temperatures Applying an electromagnetic field in the laser plume zone and the plasma zone enclosed by a glass reactor (13) to heat treatment rules to thereby deposit a thin film on the object surface.
본 발명에서는 상기한 방법들의 단점을 보완하고, 반응시키고자 하는 가스 분위기 하에서 여기효율, 증착효율, 증착속도 등을 향상시키기 위해, 진공 챔버 중심부에 위치한 특수 고온 열처리된 유리 반응기 내의 레이저 플륨 존과 플라즈마 존에 새롭게 고안 제작된 전자석으로부터 발생된 전자계를 인가하여 반응기내의 플라즈마 밀도가 로렌츠 법칙에 의해 현저히 증가되게 되어 여기 효율 및 박막 증착 속도 등이 향상되게 돼 기존의 어떠한 방법보다도 품질이 우수한 박막디바이스등의 박막이 형성 되도록 한 것이다. 뿐만 아니라 본 발명에서 새롭게 고안된, 레이저 애블레이션법, 프라즈마CVD법, 이들을 결합시킨 혼합방법은 어떤 재료 표면의 하드 코팅 (hard coating) (예를 들면 전자재료, 절삭공구 등)과 같은, 타 종류의 박막 제조에도 효과적으로 응용될 수 있도록 고안하였다. 특히 최근에는 FED(field emission device) 등의 제작 시 가장 중요한 필드 에미션 팁 (field emission tip)을 사용하지 않는 박막을 제공함으로써, 평판 디스플레이 (flat panel display) 소자로서 크게 각광 받고 있는 다이아몬드 박막 제조 방법으로도 응용할 수 있다.In the present invention, the laser plume zone and plasma in a special high temperature heat-treated glass reactor located in the center of the vacuum chamber are used to compensate for the disadvantages of the above methods and to improve the excitation efficiency, deposition efficiency, deposition rate, etc. under the gas atmosphere to be reacted. By applying the electromagnetic field generated from the newly designed electromagnet to the zone, the plasma density in the reactor is significantly increased by Lorentz's law, which improves the excitation efficiency and the thin film deposition rate. Thin film is to be formed. In addition, the laser ablation method, the plasma CVD method, and the blending method newly combined in the present invention may be applied to other kinds of materials, such as hard coating (for example, electronic materials, cutting tools, etc.) on a material surface. It is designed to be effectively applied to thin film manufacturing. In particular, recently, a diamond thin film manufacturing method that has gained great attention as a flat panel display device by providing a thin film that does not use the field emission tip, which is the most important in manufacturing a field emission device (FED), etc. It can also be applied.
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