KR100601993B1 - 아크를 이용한 에미터 제조 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 진공 챔버 내에서 웨이퍼 표면에 아크를 충돌시켜 에미터를 형성하는 장치 및 방법을 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 에미터 형성 장치는, 표면에 에미터가 형성될 웨이퍼가 장입되는 진공챔버; 상기 진공챔버 내에 균일한 자기장을 형성시키기 위한 자기장 발생부; 상기 자기장과 평행한 전기장을 상기 진공챔버 내에 형성시키기 위한 전기장 발생부; 및 상기 웨이퍼를 향하여 전자를 방출하기 위한 마스터 에미터;를 포함하며, 상기 마스터 에미터에서 방출된 전자가 상기 자기장과 전기장 조건하에서 이동한다. 전기장 세기와 마스터 에미터 구동전압을 조정하여 전기장 또는 구동전압의 문턱값 초과시 아크가 발생하도록하며, 상기 아크에 의해 웨이퍼의 표면이 순간적으로 용융되었다가 응고되면서 뾰족한 팁을 갖는 에미터가 상기 웨이퍼의 표면에 형성되는 것을 특징으로 한다.
Description
도 1은 금속 에미터를 사용하는 종래의 전계 방출 소자의 구조를 예시적으로 도시하는 단면도이다.
도 2a 내지 도 2c는 종래의 금속 에미터를 제조하는 과정을 예시적으로 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따라 에미터를 제조하기 위한 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 방법으로 제조된 에미터를 예시적으로 도시하는 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 방법으로 제조된 에미터를 상면에서 촬영한 사진이다.
도 6은 마스터 에미터에서의 전압-전류 특성을 대략적으로 보여주는 그래프이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
21.....제 1 자극(磁極) 22.....제 2 자극
31.....제 1 상부 전극판 32.....제 1 하부 전극판
34.....기판 35.....제 2 하부 전극판
36.....절연층 37.....제 2 상부 전극판
38.....마스크 40.....웨이퍼
본 발명은 아크를 이용한 에미터의 제조 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 진공 챔버 내에서 웨이퍼 표면에 아크를 충돌시켜 에미터를 형성하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
예컨대, 차세대 디스플레이로서 기대되고 있는 전계 방출 소자(FED; Field Emission Device)는 나노 크기의 매우 예리한 팁을 갖는 금속 에미터를 전자방출원으로서 사용하고 있다. 도 1은 이러한 금속 에미터를 사용하는 종래의 전계 방출 소자의 구조를 예시적으로 도시하고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 전계 방출 소자는, 기판(10) 위에 소정의 홈을 갖는 절연층(11)이 형성되어 있으며, 상기 절연층(11)의 상면에는 게이트(12)가 형성되어 있고, 절연층(11)의 홈 내에는 금속 에미터(13)가 형성되어 있는 구조이다. 여기서, 상기 금속 에미터(13)가 예리한 팁을 갖도록 하기 위해서는 복잡한 공정이 필요하다.
도 2a 내지 도 2c는 이렇게 예리한 팁을 갖는 금속 에미터(13)를 형성하기 위한 공정을 예시적으로 도시하고 있다. 먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 기판(10) 위에 절연층(11)을 증착한 후, 상기 절연층(11)을 패터닝하여 소정의 홈을 형 성한다. 다음으로, 도 2b에 도시된 바와 같이, 예컨대, 경사증착법을 이용하여 기판(10)을 회전시키면서 절연층(11)의 상면에 게이트(12)를 증착한다. 이때, 상기 게이트(12)는 절연층(11)의 상면으로부터 홈을 향해 돌출되도록 형성된다. 그런 다음, 도 2c에 도시된 바와 같이, 수직으로 금속층(14)을 증착시키면, 금속의 일부가 게이트(12) 사이를 통과하면서 절연층(11)의 홈 내에 에미터(13)가 형성된다. 이 과정에서, 게이트(12) 사이의 중심 영역으로 금속이 가장 많이 통과하고 가장자리로 갈수록 금속이 적게 통과하기 때문에, 뾰족한 팁을 갖는 금속 에미터(13)가 형성될 수 있다. 이렇게 금속 에미터(13)가 형성된 후에는, 에칭을 통해 상기 금속층(14)을 제거한다. 그러면, 도 1과 같이 예리한 팁을 갖는 금속 에미터를 구비한 전계 방출 소자를 얻을 수 있다.
이와 같이, 각종 전기전자 장치에서 전자방출원으로서 사용되는 금속 에미터는 전자 방출 효율을 높이기 위하여 나노 크기의 매우 예리한 팁을 가져야 하기 때문에, 여러 단계의 복잡한 반도체 공정을 필요로 한다. 따라서, 금속 에미터 및 상기 금속 에미터를 사용하는 전기전자 장치의 제조 시간 및 제조 비용이 증가할 수밖에 없다. 더욱이, 종래의 금속 에미터 제조 방법으로는 에미터 팁의 크기를 균일하게 형성하기 어렵다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 개선하기 위한 것이다. 따라서, 본 발명의 목적은 복잡한 반도체 공정 대신 아크를 이용하여 나노 크기의 팁을 갖는 에미터를 보다 간단하게 형성할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 아크를 이용하여 나노 크기의 팁을 갖는 에미터를 제조할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 유형에 따른 에미터 제조 장치는, 표면에 에미터가 형성될 웨이퍼가 장입되는 진공챔버; 상기 진공챔버 내에 균일한 자기장을 형성시키기 위한 자기장 발생부; 상기 자기장과 평행한 전기장을 상기 진공챔버 내에 형성시키기 위한 전기장 발생부; 및 상기 웨이퍼를 향하여 전자를 방출하기 위한 마스터 에미터;를 포함하며, 상기 마스터 에미터에서 방출된 전자가 상기 자기장과 전기장을 따라 이동하면서 아크가 발생하며, 상기 아크에 의해 웨이퍼의 표면이 순간적으로 용융되었다가 응고되면서 뾰족한 팁을 갖는 에미터가 상기 웨이퍼의 표면에 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 자기장 발생부는 상기 진공챔버의 상면에 설치된 제 1 자극(磁極) 및 상기 진공챔버의 하면에 설치되며 상기 제 1 자극과 대향하고 제 1 자극과 반대의 자성을 갖는 제 2 자극을 포함한다.
또한, 상기 전기장 발생부는 상기 자기장 내에서 서로 대향하도록 설치된 제 1 상부 전극판과 제 1 하부 전극판 및 상기 제 1 상부 전극판과 제 1 하부 전극판에 전압을 인가하기 위한 제 1 전원을 포함한다. 여기서, 상기 제 1 전원은 5kV 내지 10kV 범위의 고전압을 상기 제 1 상부 전극판과 제 1 하부 전극판에 인가한다. 또한, 상기 웨이퍼는 상기 제 1 상부 전극판의 표면들 중 상기 제 1 하부 전극판과 대향하는 표면에 위치한다.
한편, 상기 마스터 에미터는 기판, 상기 기판 위에 형성된 제 2 하부 전극판, 상기 제 2 하부 전극판 위의 절연층, 상기 절연층 위의 제 2 상부 전극판, 상기 제 2 상부 전극판 위의 마스크, 상기 제 2 하부 전극판과 제 2 상부 전극판에 전압을 인가하기 위한 제 2 전원을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 마스크는 소정의 형태로 배열된 적어도 하나의 홈이 패터닝되어 있으며, 상기 홈을 통해서 상기 제 2 상부 전극판으로부터 전자가 방출된다.
또한, 상기 절연층은 5nm 내지 30nm 범위의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
이러한 구조의 상기 마스터 에미터는 상기 제 1 하부 전극판의 상면에 위치하여 상기 웨이퍼와 대향하는 것을 특징으로 한다. 이 경우, 상기 마스터 에미터와 상기 제 1 하부 전극판 사이에 절연성 물질이 개재되어, 상기 마스터 에미터와 제 1 하부 전극판을 전기적으로 분리한다.
본 발명에 따르면, 상기 제 2 전원은 상기 제 1 상부 전극판과 제 1 하부 전극판에 전압이 인가되어 있는 상태에서, 상기 웨이퍼와 제 2 상부 전극판 사이에 아크가 발생할 때까지 상기 제 2 하부 전극판과 제 2 상부 전극판에 인가되는 전압을 증가시키는 것을 특징으로 한다.
이때, 아크의 발생을 감지하기 위하여 상기 제 2 하부 전극판과 제 2 상부 전극판으로 흐르는 전류를 측정하는 전류계를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 유형에 따른 에미터 제조 방법은, 표면에 에미터가 형성될 웨이퍼를 진공챔버 내에 장입하는 단계; 상기 진공챔버 내에 서로 평행한 전기장과 자기장을 형성하는 단계; 진공 챔버 내의 전자 방출 수단으로부터 상기 웨 이퍼를 향하여 전자를 방출시키는 단계; 및 상기 마스터 에미터에서 방출된 전자가 상기 자기장과 전기장을 따라 이동하면서 아크가 발생하며, 상기 아크에 의해 웨이퍼의 표면이 순간적으로 용융되었다가 응고되면서 뾰족한 팁을 갖는 에미터가 상기 웨이퍼의 표면에 형성되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 자기장은 상기 진공챔버의 상면에 설치된 제 1 자극(磁極) 및 상기 진공챔버의 하면에 설치되며 상기 제 1 자극과 대향하고 제 1 자극과 반대의 자성을 갖는 제 2 자극에 의해 형성되며, 전기장은 상기 자기장 내에서 서로 대향하도록 설치된 제 1 상부 전극판과 제 1 하부 전극판에 전압을 인가하여 형성된다.
본 발명에 따르면, 상기 전자 방출 수단은 기판, 상기 기판 위에 형성된 제 2 하부 전극판, 상기 제 2 하부 전극판 위의 절연층, 상기 절연층 위의 제 2 상부 전극판 및 상기 제 2 상부 전극판 위의 마스크를 포함하며, 상기 제 2 하부 전극판과 제 2 상부 전극판에 전압을 인가함으로써 전자가 방출되는 것을 특징으로 한다.
이러한 구조에서, 상기 웨이퍼와 제 2 상부 전극판 사이에 아크가 발생할 때까지 상기 제 2 하부 전극판과 제 2 상부 전극판에 인가되는 전압을 증가시키며, 상기 웨이퍼와 제 2 상부 전극판 사이에 아크가 발생하는 즉시, 상기 제 2 하부 전극판과 제 2 상부 전극판에 대한 전압의 인가를 중단하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 제 2 하부 전극판과 제 2 상부 전극판을 흐르는 전류를 관찰함으로써 상기 웨이퍼와 제 2 상부 전극판 사이의 아크 발생 여부를 감지할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 에미터 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.
앞서 설명한 바와 같이, 종래의 경우에는 복잡한 반도체 공정을 이용하여 에미터를 형성하였다. 그러나, 본 발명의 경우에는, 강력한 아크를 발생시켜 웨이퍼의 표면을 순간적으로 용융시킴으로써 웨이퍼의 표면에 자연적으로 예리한 팁이 형성되도록 한다.
도 3은 이러한 본 발명에 따라 아크를 이용하여 에미터를 제조하기 위한 장치의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 에미터 제조 장치는, 내부를 진공상태로 유지하기 위한 진공챔버(50) 내에 아크를 발생시키기 위한 장치가 설치되어 있는 구조이다.
보다 구체적으로, 진공챔버(50)의 상면과 하면에 제 1 자극(磁極)(21)과 제 2 자극(22)이 각각 서로 대향하도록 설치되어 있다. 상기 제 1 및 제 2 자극(21 및 22)은 절곡된 하나의 자석으로 형성될 수 있다. 대신에, 반대의 극성이 서로 마주보도록 배치된 두 개의 개별적인 자석을 각각 진공챔버(50)에 설치하는 것도 가능하다. 본 발명에서, 예컨대, 제 1 자극(21)은 N극이고, 제 2 자극(22)은 S극일 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 자극(21 및 22)으로 인해 진공챔버(50) 내에는 균일한 자기장이 형성되며, 이렇게 형성된 균일한 자기장을 따라 전자가 이동하게 된다. 따라서, 상기 제 1 및 제 2 자극(21 및 22)은 자기장 발생부로서, 진공챔버(50) 내에 자기장에 의한 전자 전달 경로를 제공한다. 한편, 상기 제 1 및 제 2 자극(21 및 22)을 제공하기 위한 자석은 영구자석과 전자석 중 어느 것을 사용할 수도 있다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 자극(21 및 22) 사이에는 균일한 전기장을 형성시키기 위한 전기장 발생부로서 제 1 상부 및 제 2 하부 전극판(31 및 32)이 각각 소 정의 간격을 두고 서로 대향하도록 설치된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 상부 및 제 1 하부 전극판(31 및 32)에는 비교적 고압의 전압을 인가하는 전원이 연결되어 있다. 이러한 구성에서, 제 1 상부 및 제 2 하부 전극판(31 및 32)에 전압이 인가되면, 상기 제 1 및 제 2 자극(21 및 22)에 의해 형성된 자기장과 평행한 전기장이 상기 제 1 상부 및 제 2 하부 전극판(31 및 32) 사이에 형성된다. 따라서, 후술할 마스터 에미터에서 발생한 전자가 상기 진공챔버(50) 내의 자기장과 전기장에 의해 고속으로 이동하면서 아크가 발생할 수 있다.
본 발명에서 제조하고자 하는 에미터가 표면에 형성될 웨이퍼(40)는 진공챔버(50) 내에 장입되어, 예컨대, 상기 제 1 하부 전극판(32)과 대향하는 제 1 상부 전극판(31)의 표면에 위치한다. 상기 웨이퍼(40)는, 예컨대, 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 그러나, 목적에 따라 다른 종류의 재료를 사용하는 것도 가능하다. 한편, 상기 제 1 하부 전극판(32) 위에는 절연성 물질(33)이 형성되어 있으며, 상기 절연성 물질(33) 위에는 전자를 방출하기 위한 마스터 에미터가 설치되어 있다. 절연성 물질(33)은 마스터 에미터와 제 1 하부 전극판(32) 사이를 전기적으로 격리시키 위한 것이다. 또한, 마스터 에미터는 소정의 패턴으로 전자를 방출시킴으로써, 상기 패턴의 형태로 배열된 에미터가 웨이퍼(40)의 표면에 형성되도록 하는 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 마스터 에미터는 기판(34), 제 2 하부 전극판(35), 절연층(36), 제 2 상부 전극판(37) 및 마스크(38)를 포함한다. 기판(34)은 예컨대 실리콘 기판일 수 있다. 여기서, 제 2 하부 및 제 2 상부 전극판(35 및 37)에는 비교적 저압의 전압을 인가하는 전원이 연결되어 있다. 예컨대, 제 2 하부 전 극판(35)에는 음극(-)을 연결하고 제 2 상부 전극판(37)에는 양극(+)을 연결하여, 상기 제 2 하부 전극판(35)으로부터 제 2 상부 전극판(37)을 향하여 전자가 방출될 수 있도록 할 수 있다. 절연층(36)은 상기 제 2 하부 및 제 2 상부 전극판(35 및 37)을 전기적으로 분리한다. 예컨대, 포토레지스트로 구성될 수 있는 마스크(38)에는 미리 정해진 소정의 패턴에 따라 홈(39)이 형성되어 있어서, 이를 통해 전자가 방출될 수 있도록 한다.
이제, 상기와 같은 구조를 갖는 에미터 제조 장치를 이용하여 에미터를 제조하는 과정에 대해 설명한다.
먼저, 고압 전원을 통해 제 1 상부 및 제 1 하부 전극판(31 및 32)에 고전압 HV를 인가한다. 예컨대, 제 1 상부 전극판(31)에는 양극(+)이 연결되고, 제 1 하부 전극판(32)에는 음극(-)이 연결된다. 그러면, 웨이퍼(40)가 (+) 고전압에 의해 대전되어 웨이퍼(40)의 표면에는 대단히 많은 수의 (+) 전하가 모이게 된다. 이때, 상기 제 1 상부 및 제 1 하부 전극판(31 및 32) 사이에 인가되는 전압은 진공챔버(50) 내에서 브레이크다운(breakdown)이 일어나기 직전의 전압을 유지한다. 본 발명에서, 상기 웨이퍼(40)와 마스크(38) 사이의 거리가 1mm 내지 100mm인 경우에는, 약 1kV 내지 10kV 정도의 전압이 적당하다.
동시에, 저압 전원을 통해 제 2 하부 및 제 2 상부 전극판(35 및 37)에 전압 Vd를 인가한다. 이때, 상기 제 2 하부 전극판(35)에 음극(-)이 연결되고 제 2 상부 전극판(37)에 양극(+)이 연결되면, 제 2 하부 전극판(35)으로부터 전자가 방출된다. 여기서, 절연층(36)의 두께가 지나치게 두꺼우면 제 2 하부 전극판(35)에서 방 출된 전자가 제 2 상부 전극판(37)을 향해 진행하지 못한다. 따라서, 절연층(36)의 두께는 충분히 얇아야 한다. 본 발명의 경우, 절연층(36)의 두께를 약 5nm 내지 30nm 정도로 유지하는 것이 적당하다. 또한, 상기 제 2 하부 전극판(35)의 두께는 10nm 내지 500nm 정도이며, 제 2 상부 전극판(37)의 두께는 1nm 내지 20nm 정도가 적당하다.
전압 Vd를 계속 증가시키면서 제 2 하부 및 제 2 상부 전극판(35 및 37) 사이에 흐르는 전류의 크기를 관찰하면, 개략적으로 도 6과 같은 전류-전압 특성 그래프가 얻어진다. 즉, 전압 Vd가 낮을 때에는, 절연층(36)의 저항으로 인해 전류가 완만히 증가한다. 그러다가, 전압 Vd가 소정의 값을 넘게 되면, 상기 제 2 하부 전극판(35)에서 발생하는 전자의 양이 증가면서 많은 양의 전자가 절연층(36)을 넘어 제 2 상부 전극판(36)으로 흘러들어 간다. 이에 따라, 전류-전압 특성 곡선의 증가 기울기가 높아지게 된다.
전압 Vd를 계속 높여서, 전류가 약 100mA 내지 300mA에 이르게 되는 경우, 마침내 고압의 (+) 전하로 대전된 웨이퍼(40)와 제 2 상부 전극판(36) 사이에 방전이 일어난다. 즉, 아크가 발생하게 된다. 그러면, 제 1 및 제 2 자극(21 및 22)에 의해 형성되는 자기장과 제 1 상부 및 제 1 하부 전극판(31 및 32)에 의해 형성되는 전기장에 의해, 대부분의 전하가 상기 웨이퍼(40)를 향하여 진행하게 된다. 따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 제 2 하부 및 제 2 상부 전극판(35 및 37) 사이를 흐르는 전류는 급격하게 작아진다. 예컨대, 웨이퍼(40)와 마스크(38) 사이의 간격이 약 2.3mm 인 경우, 웨이퍼(40)와 제 2 상부 전극판(36) 사이에 방전이 일어나는 순간의 전압 Vd는 대략 10V 내외이다.
이렇게 웨이퍼(40)와 제 2 상부 전극판(36) 사이에 아크가 발생하게 되면, 많은 양의 전자가 (+) 전하로 대전된 웨이퍼(40)의 표면과 충돌하면서 고열이 발생하게 된다. 그 결과, 전자와 충돌한 웨이퍼(40)의 표면이 고열로 인해 순간적으로 용융된다. 만약, 제 2 하부 및 제 2 상부 전극판(35 및 37) 사이에 전압 Vd가 계속해서 인가되면, 웨이퍼(40)의 표면은 장시간 고온에 노출되면서 완전히 손상될 것이다. 따라서, 아크가 발생하는 즉시, 제 2 하부 및 제 2 상부 전극판(35 및 37) 사이의 전압 인가를 중단한다. 앞서 설명한 바와 같이, 아크의 발생은 상기 제 2 하부 및 제 2 상부 전극판(35 및 37) 사이로 흐르는 전류의 변화를 통해 쉽게 알 수 있다. 이러한 전류의 변화를 감지하기 위하여, 상기 제 2 하부 및 제 2 상부 전극판(35 및 37)에 전압을 제공하는 전원에 전류계를 설치할 수 있다.
아크가 매우 짧은 시간 동안만 발생하는 경우, 전자와 충돌한 웨이퍼(40)의 표면이 순간적으로 용융되었다가 응고되면서, 도 4에 도시된 바와 같이, 중심부에 예리한 팁이 형성되고 주변부는 움푹 패인 에미터(41)가 형성된다는 것이 발견되었다. 따라서, 이러한 순간 방전의 원리를 이용하면 이상적인 에미터를 쉽게 형성할 수 있다.
한편, 소정의 배열로 패터닝된 홈(39)을 갖는 마스크(38)를 상기 제 2 상부 전극판(37)의 표면에 형성하는 경우, 전자는 상기 마스크(38)의 홈(39)을 통해서만 웨이퍼(40)로 방출된다. 그 결과, 상기 에미터(41)는 상기 마스크(38)의 홈(39)과 대응하는 웨이퍼(40) 상의 위치에만 형성된다. 따라서, 본 발명에 따르면, 마스크 (38)를 적절히 패터닝함으로써, 대량의 에미터(41)를 원하는 형태로 배열되도록 제조하는 것도 가능하다.
본 발명의 예시적인 실시예에서는, 상기 제 1 상부 및 제 1 하부 전극판(31 및 32)에 10kV의 전압을 인가하고, 상기 제 2 하부 및 제 2 상부 전극판(35 및 37)에는 10V의 전압을 인가하였다. 또한, 웨이퍼(40)와 마스크(38) 사이의 간격이 2.3mm, 절연층(36)의 두께를 10nm, 홈(39)의 직경을 100nm으로 하였다. 도 5는 이렇게 형성된 에미터를 상면에서 촬영한 이미지이다. 측정 결과, 에미터의 밑면의 직경은 약 50㎛ 였고, 팁의 직경은 약 100nm 였다.
따라서, 본 발명에 따르면 매우 미세한 팁을 갖는 에미터를 형성하는 것이 가능하다는 것을 알 수 있다. 이러한 에미터의 크기는, 예컨대, 마스크(38)에 형성된 홈(39)의 직경을 통해 조절하는 것이 가능하다. 이러한 홈(39)의 직경은 대략 100nm 내지 200nm 의 범위 내에 있는 것이 적당하다.
지금까지 본 발명에 따른 에미터 제조 방법에 대하여 상세히 설명하였다. 상술한 설명을 통해 알 수 있듯이, 아크를 이용하는 본 발명에 따른 에미터의 제조 방법에 따르면, 복잡한 반도체 공정을 이용하는 종래의 에미터 제조 방법에 비해, 매우 간단하게 에미터를 제조할 수 있다. 따라서, 제조 비용 및 제조 시간이 크게 절감되며, 에미터를 간단한 방법으로 대량 생산하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명에 따르면, 매우 균일한 나노 크기의 팁을 갖는 에미터를 제공하는 것도 가능하다. 따라서, 본 발명의 방법에 따라 제조된 에미터는 매우 양호한 전자 방출 특성을 갖 기 때문에, 예컨대, 전계 방출 디스플레이(FED) 소자 등에 유용하게 사용될 수 있다.
Claims (24)
- 표면에 에미터가 형성될 웨이퍼가 장입되는 진공챔버;상기 진공챔버 내에 균일한 자기장을 형성시키기 위한 자기장 발생부;상기 자기장과 평행한 전기장을 상기 진공챔버 내에 형성시키기 위한 전기장 발생부; 및상기 웨이퍼를 향하여 전자를 방출하기 위한 마스터 에미터;를 포함하며,상기 마스터 에미터에서 방출된 전자가 상기 자기장과 전기장을 따라 이동하면서 아크가 발생하며, 상기 아크에 의해 웨이퍼의 표면이 순간적으로 용융되었다가 응고되면서 뾰족한 팁을 갖는 에미터가 상기 웨이퍼의 표면에 형성되는 것을 특징으로 하는 아크를 이용한 에미터 제조 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 자기장 발생부는, 상기 진공챔버의 상면에 설치된 제 1 자극(磁極) 및 상기 진공챔버의 하면에 설치되며 상기 제 1 자극과 대향하고 제 1 자극과 반대의 자성을 갖는 제 2 자극을 포함하는 것을 특징으로 하는 에미터 제조 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 전기장 발생부는, 상기 자기장 내에서 서로 대향하도록 설치된 제 1 상부 전극판과 제 1 하부 전극판 및 상기 제 1 상부 전극판과 제 1 하부 전극판에 전압을 인가하기 위한 제 1 전원을 포함하는 것을 특징으로 하는 에미터 제조 장치.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 1 전원은 1kV 내지 10kV 범위의 고전압을 상기 제 1 상부 전극판과 제 1 하부 전극판에 인가하는 것을 특징으로 하는 에미터 제조 장치.
- 제 3 항에 있어서,상기 웨이퍼는 상기 제 1 상부 전극판의 표면들 중 상기 제 1 하부 전극판과 대향하는 표면에 위치하는 것을 특징으로 하는 에미터 제조 장치.
- 제 3 항에 있어서,상기 마스터 에미터는, 기판, 상기 기판 위에 형성된 제 2 하부 전극판, 상기 제 2 하부 전극판 위의 절연층, 상기 절연층 위의 제 2 상부 전극판, 상기 제 2 상부 전극판 위의 마스크, 상기 제 2 하부 전극판과 제 2 상부 전극판에 전압을 인가하기 위한 제 2 전원을 포함하는 것을 특징으로 하는 에미터 제조 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 웨이퍼와 마스크 사이의 거리가 1mm 내지 100mm 의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 에미터 제조 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 마스크는 소정의 형태로 배열된 적어도 하나의 홈이 패터닝되어 있으며, 상기 홈을 통해서 상기 제 2 상부 전극판으로부터 전자가 방출되는 것을 특징으로 하는 에미터 제조 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 절연층은 5nm 내지 30nm 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 에미터 제조 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 마스터 에미터는 상기 제 1 하부 전극판의 상면에 위치하여 상기 웨이퍼와 대향하는 것을 특징으로 하는 에미터 제조 장치.
- 제 10 항에 있어서,상기 마스터 에미터와 상기 제 1 하부 전극판 사이에 절연성 물질이 개재되어, 상기 마스터 에미터와 제 1 하부 전극판을 전기적으로 분리하는 것을 특징으로 하는 에미터 제조 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 제 2 전원은, 상기 제 1 상부 전극판과 제 1 하부 전극판에 전압이 인가되어 있는 상태에서, 상기 웨이퍼와 제 2 상부 전극판 사이에 아크가 발생할 때까지 상기 제 2 하부 전극판과 제 2 상부 전극판에 인가되는 전압을 증가시키는 것을 특징으로 하는 에미터 제조 장치.
- 제 12 항에 있어서,아크의 발생을 감지하기 위하여 상기 제 2 하부 전극판과 제 2 상부 전극판으로 흐르는 전류를 측정하는 전류계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에미터 제조 장치.
- 표면에 에미터가 형성될 웨이퍼를 진공챔버 내에 장입하는 단계;상기 진공챔버 내에 서로 평행한 전기장과 자기장을 형성하는 단계;진공 챔버 내의 전자 방출 수단으로부터 상기 웨이퍼를 향하여 전자를 방출시키는 단계; 및상기 마스터 에미터에서 방출된 전자가 상기 자기장과 전기장을 따라 이동하면서 아크가 발생하며, 상기 아크에 의해 웨이퍼의 표면이 순간적으로 용융되었다가 응고되면서 뾰족한 팁을 갖는 에미터가 상기 웨이퍼의 표면에 형성되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크를 이용한 에미터 제조 방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 자기장은 상기 진공챔버의 상면에 설치된 제 1 자극(磁極) 및 상기 진공챔버의 하면에 설치되며 상기 제 1 자극과 대향하고 제 1 자극과 반대의 자성을 갖는 제 2 자극에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 에미터 제조 방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 전기장은 상기 자기장 내에서 서로 대향하도록 설치된 제 1 상부 전극판과 제 1 하부 전극판에 전압을 인가하여 형성되는 것을 특징으로 하는 에미터 제조 방법.
- 제 16 항에 있어서,1kV 내지 10kV 범위의 고전압이 상기 제 1 상부 전극판과 제 1 하부 전극판에 인가되는 것을 특징으로 하는 에미터 제조 방법.
- 제 16 항에 있어서,상기 웨이퍼는 상기 제 1 상부 전극판의 표면들 중 상기 제 1 하부 전극판과 대향하는 표면에 위치하는 것을 특징으로 하는 에미터 제조 방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 전자 방출 수단은 기판, 상기 기판 위에 형성된 제 2 하부 전극판, 상 기 제 2 하부 전극판 위의 절연층, 상기 절연층 위의 제 2 상부 전극판 및 상기 제 2 상부 전극판 위의 마스크를 포함하며, 상기 제 2 하부 전극판과 제 2 상부 전극판에 전압을 인가함으로써 전자가 방출되는 것을 특징으로 하는 에미터 제조 방법.
- 제 19 항에 있어서,상기 마스크는 소정의 형태로 배열된 적어도 하나의 홈이 패터닝되어 있으며, 상기 홈을 통해서 상기 제 2 상부 전극판으로부터 전자가 방출되는 것을 특징으로 하는 에미터 제조 방법.
- 제 19 항에 있어서,상기 절연층은 5nm 내지 30nm 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 에미터 제조 방법.
- 제 19 항에 있어서,상기 웨이퍼와 제 2 상부 전극판 사이에 아크가 발생할 때까지 상기 제 2 하부 전극판과 제 2 상부 전극판에 인가되는 전압을 증가시키는 것을 특징으로 하는 에미터 제조 방법.
- 제 22 항에 있어서,상기 웨이퍼와 제 2 상부 전극판 사이에 아크가 발생하는 즉시, 상기 제 2 하부 전극판과 제 2 상부 전극판에 대한 전압의 인가를 중단하는 것을 특징으로 하는 에미터 제조 방법.
- 제 23 항에 있어서,상기 제 2 하부 전극판과 제 2 상부 전극판을 흐르는 전류를 관찰함으로써 상기 웨이퍼와 제 2 상부 전극판 사이의 아크 발생 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 것을 에미터 제조 방법.
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