KR101253262B1 - 기판 처리 장치 및 이를 이용한 탄소 나노 튜브 형성 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 이를 이용한 탄소 나노 튜브 형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치 및 이를 이용한 탄소 나노 튜브 형성 방법에 관한 것으로, 일정한 반응 공간을 갖는 챔버와, 기판이 안착되는 기판 안착 수단과, 상기 반응 공간에 활성화된 반응 가스를 공급하는 플라즈마 발생 장치 및 상기 기판의 상부에 접속되어 상기 기판의 상부에 전기장을 형성하는 전기장 형성 수단을 포함하는 기판 처리 장치와 이를 이용한 탄소 나노 튜브의 형성 방법을 제공한다. 이와 같이 본 발명은 기판의 상부에 전기장을 형성하여 탄소 나노튜브 성장의 직진성을 향상시킬 수 있고, 탄소 나노튜브의 밀도와 균일도를 향상시킬 수 있다.
탄소, 나노튜브, 전기장, 직류 전원, 도전성부, 기판, 촉매 금속층

Description

기판 처리 장치 및 이를 이용한 탄소 나노 튜브 형성 방법{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING CARBON NANO TUBE USING THE SAME}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 나노튜브 성장 장치의 단면 개념도.
도 2는 일 실시예에 탄소 나노 튜브 성장 장치의 평면 개념도.
도 3은 일 실시예에 따른 전기장 형성 수단의 개념도.
도 4는 전기장 형성 수단의 변형예를 설명하기 위한 개념도.
도 5는 일 실시예의 변형예에 따른 탄소 나노 튜브 성장 장치의 단면 개념도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 챔버 120 : 기판 안착 수단
121 : 기판 130 : 플라즈마 발생 장치
140 : 전기장 형성 수단 170 : 직류 전원 공급 장치
본 발명은 기판 처리 장치 및 이를 이용한 탄소 나노 튜브 형성 방법에 관한 것으로, 탄소 나노 튜브를 수직 성장시킬 수 있는 기판 처리 장치 및 이를 이용한 탄소 나노 튜브 형성 방법에 관한 것이다.
탄소 나노튜브는 직경이 수㎚ 내지 수십㎚이고 길이가 수십㎛ 내지 수백㎛로 구조의 비등방성이 크며, 단층(single wall), 다층(multi wall) 또는 다발(rope) 형태의 다양한 구조의 형상을 가지는 극히 미세한 원통형의 재료이다.
이러한 탄소 나노튜브에서 하나의 탄소 원자는 3개의 다른 탄소 원자와 결합되어 있고 육각형 벌집 무늬를 이루며, 그 구조에 따라서 도체 또는 반도체의 특성을 나타낼 수 있다. 도체 특성을 갖는 탄소 나노튜브의 경우 매우 우수한 전기전도도를 갖는다고 보고되었다.
또한, 탄소 나노튜브는 질량에 비해 매우 강한 기계적 강도(mechanical strength)를 갖고 있으며, 화학적 안정성이 뛰어나며 열전도도가 높은 특성을 갖기 때문에 미시 및 거시적인 측면에서 다양한 응용이 예상된다. 예를 들면 메모리 소자, 전자 증폭기 또는 가스 센서(sensor), 전자파 차폐, 전기 화학적 저장 장치(2차 전지, 연료 전지 또는 수퍼 커패시터(super capacitor)의 전극 극판, 전계 방출 디스플레이(Field Emission Display; FED), 고분자복합체 등에 적용하고자 하는 시 도 또는 연구가 활발히 이루어지고 있다.
한편, 종래의 탄소 나노튜브를 성장하기 위한 방법으로 전기 방전법, 레이저 증착법, 화학 기상 증착법등이 제안되었다.
전기 방전법의 경우, 진공 챔버안의 양극과 음극에 각각 직경이 다른 흑연봉을 일정 거리를 이격 배치시킨 후 전기 방전을 유도하여 탄소 나노튜브를 생성한다. 이때, 음극으로 고순도의 흑연봉을 사용하고, 양극으로 촉매금속을 포함하는 흑연봉을 사용하여 탄소 나노튜브의 합성을 촉진시킨다. 이러한 전기 방전법은 탄소 나노튜브내의 불순물 함유량이 많고 양산적용이 어려움 문제가 있다. 레이저 증착법의 경우, 1,100 내지 1,300 도의 온도의 레이저 빔을 흑연봉에 조사하여 흑연봉을 기화시켜 탄소 나노튜브를 생성한다. 이러한 레이저 증착법은 품질은 우수하나 레이저의 유지 보수 문제가 있고, 생산량이 극소량이란 문제가 있다. 열 화학 기상 증착법의 경우 근래 많이 사용되는 카본 나노튜브 형성방법으로 주로 탄화수소계의 가스를 사용하여 이 가스와 촉매금속과의 반응을 이용하여 카본 나노튜브를 합성하는 방법으로 대량 생산에 용이한 방법이다. 이는 촉매와 함께 600 내지 1000도의 고열이 사용됨으로 인해 반도체 기판이나 유리 기판 등에 적용이 어렵고 또한, 탄소 나노튜브의 직진성이 나쁜 문제가 있다.
최근에는 플라즈마 화학 기상 증착 방법을 통해 탄화 수소계의 가스를 플라즈마화하여 400 내지 500도의 낮은 온도에서도 탄소 나노튜브를 생산할 수 있었다.
하지만, 이러한 플라즈마 화학 기상 증착 방법은 플라즈마를 발생시키기 위한 고주파 전원에 의한 아킹 발생 가능성이 높아지고, 대면적 기판 상에 탄소 나노 튜브를 성장시킬 경우 탄소 나노튜브의 성장 방향의 직진성이 낮고, 탄소 나노튜브의 밀도와 균일도가 낮은 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 탄소 나노튜브가 성장되는 기판의 상부에 전기장을 형성시켜 탄소 나노튜브의 성장의 직진성을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치 및 이를 이용한 탄소 나노 튜브 형성 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 일정한 반응 공간을 갖는 챔버와, 기판이 안착되는 기판 안착 수단과, 상기 반응 공간에 활성화된 반응 가스를 공급하는 플라즈마 발생 장치 및 상기 기판의 상부에 접속되어 상기 기판의 상부에 전기장을 형성하는 전기장 형성 수단을 포함하는 기판 처리 장치를 제공한다.
상기 전기장 형성 수단은, 상기 기판 상부 표면의 적어도 일부와 접속되어 상기 기판 상부 표면에 직류 전원을 인가하는 전도성부와 상기 전도성부의 외측을 감싸는 절연부를 포함하는 기판 접속부 및 상기 전도성부에 직류 전원을 공급하는 직류 전원 공급 장치와 상기 전도성부에 직류 전원을 공급하고 중단하는 것을 제어할 수 있는 직류 전원 공급 제어장치를 포함하는 직류 전원 공급 수단을 구비하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 기판과 접속되는 상기 전도성부 영역의 일부가 탄성 을 갖도록 굴곡된 것이 바람직하다. 여기서, 상기 기판 접속부는 상기 기판의 상면의 일부와 상기 기판 안착 수단의 측면의 일부에 접속되는 ㄱ자 형상인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 기판 접속부는 적어도 2개 이상 구비되는 것이 효과적이다.
상기의 전기장 형성 수단은 상기 챔버의 내측벽에 고정되거나 상기 챔버의 내측벽에 마련된 거치대에 거치될 수 있다.
물론, 상기 플라즈마 발생 장치는 반응 가스를 공급하는 가스 공급 수단과, 상기 반응 가스를 활성화 시키는 플라즈마 생성 수단과, 상기 활성화된 반응 가스를 기판에 분사하는 가스 분사 수단을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 일정한 반응 공간을 갖고, 기판이 안치되는 기판 안착 수단을 내부에 구비하는 챔버와, 상기 반응 공간에 활성화된 반응 가스를 공급하는 플라즈마 발생 장치 및 상기 기판 표면의 일부와 접속되어 상기 기판 표면에 직류 전원을 인가하는 전기장 형성 수단을 포함하는 기판 처리 장치를 이용한 탄소 나노 튜브 형성 방법에 있어서, 상기 기판을 기판 안착 수단에 안치하는 단계와, 상기 기판과 상기 전기장 형성 수단이 접속되는 단계와, 상기 기판의 상부에 전기장을 형성하는 단계와, 탄소나노튜브를 성장시키는 단계 및 상기 기판의 상부에 전기장 형성을 중단하는 단계를 포함하는 탄소 나노 튜브 형성 방법을 제공한다.
이때, 상기 전기장 형성수단이 접속되는 단계는, 상기 기판 표면의 일부와 상기 전도성부가 전기적으로 소통될 수 있도록 접속되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 전기장 형성 단계는 상기 전기장 형성 수단의 상기 직류 전원 공급 장치로부터 상기 전도성부를 통해 상기 기판으로 직류 전원이 공급되어 상기 기판의 상부에 전기장이 형성되도록 상기 직류 전원 공급 제어 장치를 조절하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기의 전기장 형성 중단 단계는, 상기 직류 전원 공급 제어장치를 조절하여 상기 직류 전원 공급 장치로부터 상기 전도성부를 통해 상기 기판으로 직류 전원이 공급되는 것을 차단하고 상기 기판 표면의 일부와 상기 전도성부와의 전기적 접속이 분리되는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 반응 가스로는 탄소 함유 가스를 사용하고, 상기 탄소 함유 가스로는 CxHy 계열이나, CxOy 계열의 가스를 사용하는 것이 효과적이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 물질 성장 장치의 단면 개념도이고, 도 2는 일 실시예에 나노 물질 성장 장치의 부분 평면 개념도이다. 도 3은 일 실시예에 따른 전기장 형성 수단의 개념도이고, 도 4는 전기장 형성 수단의 변형예 를 설명하기 위한 개념도이다. 도 5는 일 실시예의 변형예에 따른 나노 물질 성장 장치의 단면 개념도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 탄소 나노튜브 성장 장치는 반응 공간을 갖는 챔버(110)와, 기판(121)이 안착되는 기판 안착 수단(120)과, 반응 가스를 플라즈마화(활성화된 이온 형태)하여 반응 공간에 공급하는 플라즈마 발생 장치(130)와, 기판 안착 수단(120)에 안착되는 기판(121)의 상부에 전기장을 형성하는 전기장 형성 수단(140)을 포함한다. 상기 플라즈마 발생 장치(130)에 반응 가스를 공급하는 가스 공급 수단(150)과, 상기 플라즈마화된 반응 가스를 반응 공간에 분사하는 가스 분사 수단(160)을 더 포함한다. 그리고, 상기 전기장 형성 수단(140)에 직류 전원을 공급하는 직류 전원 공급 장치(170)를 더 포함한다.
챔버(110)의 일측에는 도시되지는 않았지만 기판(121)의 출입을 위한 출입부가 마련되고, 챔버(110)의 반응 공간 내부를 진공으로 하는 압력 조절 수단과, 반응 공간의 불순물을 외부로 배기하는 배기 수단이 마련되는 것이 바람직하다. 또한, 챔버(110) 내부를 가열하는 별도의 가열 수단이 더 마련될 수도 있다.
기판 안착 수단(120)은 그 상부에 안착되는 기판(121)보다 큰 면적을 갖고, 그 하부에는 기판 안착 수단(120)을 상하 운동시키는 구동부(122)를 포함한다. 도 2에서는 대략 원형 형태의 기판(121)과 이에 대응하는 원형 형태의 기판 안착 수단(120)이 도시되었다. 상기 기판 안착 수단(120)은 이에 한정되지 않고, 사각형 형상을 포함하는 다각형 형상 등의 다양한 형상이 가능하다.
상기 기판 안착 수단(120) 내에는 소정의 가열 수단(미도시)이 마련되어 그 상부에 안착되는 기판(121)을 가열시킬 수도 있다. 물론 기판 안착 수단(120) 외측에 가열 수단이 마련될 수도 있다. 그리고 기판 안착 수단(120)에는 복수의 관통홀(미도시)과 리프트 핀(미도시)이 마련되어 외부로부터 인입된 기판(121)을 지지할 수도 있다. 그리고, 상기 기판 안착 수단(120)은 절연성 물질로 제작될 수도 있고, 전도성 물질로 제작될 수도 있다.
플라즈마 발생 장치(130)는 원격 플라즈마 발생 수단으로 반응 가스 공급 수단(150)의 반응 가스를 공급받아 이를 플라즈마화한다. 플라즈마 발생 장치(130)는 도시되지 않은 소정의 플라즈마 발생 공간과, 플라즈마 발생 공간에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 장치 및 상기 플라즈마 발생 공간에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 입력부를 포함한다. 상기의 플라즈마 생성 장치로는 ICP(Inductively coupled plasma) 타입의 장치, CCP(Capacitively coupled plasma) 타입의 장치, DBD(Dielectric Barrier Discharge) 타입의 장치 또는 마이크로파 등을 이용한 장치를 사용할 수 있다.
플라즈마 발생 장치(130)에 의해 생성된 플라즈마화된 반응 가스는 가스 분사 수단(160)을 통해 챔버(110) 내부의 반응 공간에 균일하게 분사된다. 이러한 가스 분사 수단(160)으로는 플라즈마 발생 장치(130)에서 생성된 플라즈마화된 반응 가스를 챔버(110) 내부로 유도하여 기판(121) 상에 균일하게 분사할 수 있는 샤워헤드 형태 또는 가스 분사 인젝터 형태로 제작될 수 있다.
본 발명에서는 상기의 플라즈마 발생 장치(130)와 가스 분사 수단(160)이 일체로 제작될 수도 있다. 즉, 가스 분사 수단(160)의 외측에 플라즈마 발생 장 치(130)가 마련되어 가스 공급 수단(150)의 반응 가스가 가스 분사 수단(160)을 통해 챔버(110) 내부로 공급되는 도중에 플라즈마화 할 수도 있다. 또한, 상기 플라즈마 발생 장치(130)는 상술한 원격 플라즈마 방식이 아닌 챔버(110) 내부의 반응 공간 내에 마련되어 반응 공간에 직접 플라즈마를 형성하여 반응 가스를 플라즈마화 시킬 수도 있다.
여기서, 상기 반응 가스로는 탄소 함유 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 탄소 함유 가스로는 일산화탄소 또는 지방족 가스 및 방향족 가스를 사용할 수 있다. 주로 CxHy 계열이나 CxOy 계열의 가스를 사용하는 것이 효과적이고, 메탄(CH4), 에탄(H2H6), 프로판(C3H8), 벤젠(C6H6), 톨루엔(C7H8), 에탄올(C2H6O), 메탄올(CH3OH), 아세틸렌(C2H2), 에틸렌(C2H4), 일산화탄소(C0) 및 이산화탄소(CO2) 중 적어도 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 플라즈마 발생 장치(130)에 상기 반응 가스 이외에 H2, N2 또는 Ar가스를 함께 공급하는 것이 바람직하다.
상기의 전기장 형성 수단(140)은 기판(121) 표면에 직류 전원을 인가하여 기판(121) 표면 영역 상에 전기장을 형성함으로 인해 탄소 나노튜브의 성장시 직진성을 향상시킬 수 있다. 이러한 전기장 형성 수단(140)은 기판(121) 상부면에 접속되어 직류 전원을 기판(121) 상부면에 공급하는 전도성부(141)와, 상기 전도성부(141)의 외측을 감싸는 절연성 커버부(142)를 포함한다.
이러한 전기장 형성 수단(140)은 도 2에 도시된 바와 같이 기판(141) 및 기판 안착 수단(120)과 동일한 원형 링 모양으로 제작되고, 도 3에 도시된 바와 같이 기판(121)의 가장자리 일부와, 기판(121) 및 기판 안착 수단(120)의 측면 일부를 감싸는 형상으로 제작되는 것이 바람직하다. 이는 본 실시예의 링 형태의 전도성부(141)가 기판(121)의 가장자리에 물리적으로 접속되고, 이로인해 기판(121)상에 증착된 전도성 버퍼층 또는 촉매 금속층에 전기적으로 연결된다. 이를 통해 전도성부(141)에 공급된 직류 전원은 전도성 버퍼층과 촉매 금속층에 전달된다. 이를 통해 직류 전원을 공급하는 전도성부(141)가 기판(121) 가장자리 영역에 접속하여 기판(121)에 균일한 전기장을 형성할 수 있다. 이때, 상기 전기장 형성 수단(140)과 접속되는 기판(121) 가장자리는 기판(121) 외측 끝단에서 내측으로 0.01 내지 10mm이내의 범위인 것이 바람직하다. 상기 범위보다 작을 때는 기판(121)과 전도성부(141)와의 접속이 원활하지 않고, 상기 범위보다 클때는 기판(121)상에 형성되는 패턴영역이 줄어드는 문제가 발생한다.
이러한 전도성부(141)로는 직류 전원을 공급할 수 있는 물질막으로 제작하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 금속성의 물질막으로 제작하는 것이 효과적이다. 이러한 전도성부(141)는 직류 전원 공급 장치(170)에 연결되어 직류 전원을 공급받고, 이러한 직류 전원을 기판(121)에 공급하여 기판(121)의 표면에 전류가 흐르도록 하여 상부 영역에 전기장을 형성한다. 상기 전도성부(141)는 전도성 도선을 통해 상기 직류 전원 공급부(170)와 접속되는 것이 바람직하다. 그리고, 전도성부(141)의 상부 표면은 도 3에 도시된 바와 같이 절연성 커버부(142)로 코팅되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 절연성 커버부(142)로 전도성부(141)를 감싸 반응 공간의 활성화된 이온에 의한 전도성부(141)의 손상이나 아킹 발생을 최소화할 수 있다. 이러한 절연성 커버부(142)는 양극 산화에 의한 방법으로 코팅된 절연막일 수도 있고, 세라믹등을 이용한 절연성 재질로 전도성부(141)의 상부 표면을 코팅하여 제작할 수도 있다. 물론 다양한 방법을 통해 절연성 커버부(142)를 마련할 수도 있다.
상술한 바와 같이 본 실시예에서는 기판(121)의 상측면에 접속되어 기판(121)의 상부에 직류 전원을 공급하는 전기장 형성 수단(140)을 통해 기판(141)의 상부 영역에 전기장을 형성한다. 물론 이에 한정되지 않고, 기판(121) 하부면에 전기장 형성 수단(140)을 마련하여 기판(141) 하부면에 직류 전원을 공급하여 전기장을 형성할 수 있다. 하지만, 기판(121)의 하부면 예를 들어 기판 안착 수단(120) 및 그 하부에 직류 전원을 인가하여 전기장을 형성하는 것보다 기판(121) 상부면에 전기장을 형성하는 것이 더 효율적인 전기장을 형성할 수 있고, 이를 통해 탄소 나노튜브의 성장의 직진성을 향상시킬 수 있다.
본 실시예에 따른 전기장 형성 수단(140)은 도 3에 도시된 바와 같이 그 단면이 'ㄱ'자 형상을 갖는 링으로 제작되고, 그 내측에는 전도성부(141)가 마련되고, 외측에는 절연성 커버부(142)가 마련된 형상에 한정되지 않고, 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 기판(121)과 접속되는 영역에만 전도성부(141)가 국부적으로 마련될 수 있다. 즉, 면접촉 또는 점접촉을 실시할 수 있다. 이때, 전도성부(141)에 직류 전원을 공급하는 직류 전원 공급 장치(170)는 절연성 커버부(142)를 관통하여 전도성부(141)와 접속된다. 즉, 전도성부(141)가 전도성 도선이 절연성 커버부(142) 내측을 관통하여 마련될 수 있다. 또한, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 기판(121)과 접속되는 영역의 일부에 전도성부(141)가 국부적으로 마련되고, 이때, 전도성부(141)가 외측으로 노출되지 않도록 절연성 커버부(142)로 감싸도록 할 수도 있다. 이와 같이 전도성부(141)가 반응 공간 외측으로 노출되지 않도록 하여 반응공간의 활성화된 이온에 의한 손상이나 아킹을 방지할 수 있다. 또한, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이 기판(121)과 접속되는 전도성부(141) 영역을 굴곡시키고, 절연성 커버부(142)와 분리시켜 소정의 탄성을 가지도록 할 수 있다. 이와 같이 얇은 시트가 휘어진 형태로 전도성부(141) 중 기판(121)과 접속되는 영역을 변형시켜 절연성 커버부(142)의 하중이 기판(121)에 부여되는 것을 최소화할 수 있고, 전도성부(141)가 기판(121)과 잦은 접촉시 발생하는 접촉부의 변형을 방지할 수도 있다. 이러한 전기장 형성 수단(140)은 상술한 형상에 한정되지 않고, 기판(121)에 전도성부(141)가 접촉하기 용이한 다양한 형상들이 가능하다. 예를 들어 전기장 형성 수단(140)을 'T'자 형상으로 제작할 수도 있다.
상술한 전기장 형성 수단(140)은 챔버의 일측에 고정되어 있거나 별도의 구동수단(미도시)에 의해 상하 운동을 할 수 있다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이 챔버(110)의 내측벽에 전기장 형성 수단(140)이 고정되어 있어 기판 안착 수단(120)에 기판(121)이 안착된 후 기판 안착 수단(140)이 상승하여 챔버(110) 내측벽에 고정된 전기장 형성 수단(140)의 전도성부(141)와 기판(121)이 물리적으로 접촉될 수 있다. 상술한 바와 같이 전기장 형성 수단(140)이 챔버(110)의 내측벽에 링 형태로 마련됨으로 인해 전도성부(141)에 직류 전원을 공급하는 전도성 라인이 챔버(110)의 내측벽을 통해 전도성부(141)에 직접 접속될 수 있다. 이를 통해 전도성 라인이 챔버(110) 내부의 반응 공간 내측으로 연장되지 않을 수 있다. 또한, 이에 한정되지 않고, 상기 전기장 형성 수단(140)이 챔버(110) 내측벽에 마련된 별도의 거치대에 거치될 수도 있다. 이를 통해 기판 안착 수단(120)이 상승하게 되면 전기장 형성 수단(140)이 기판 안착 수단(120)에 거치되면서 챔버(110) 내측벽의 거치대로부터 분리된다. 이를 통해 전기장 형성 수단(140)이 기판 안착 수단(120)에 거치되면서 전도성부(141)와 기판(121)의 상부표면이 접촉하게 되어 전기적으로 연결된다. 물론 별도의 구동 수단을 통해 상하 운동을 할 경우에는 기판 안착 수단(120)에 기판(121)이 안착된 후 전기장 형성 수단(140)이 하강하여 이의 전도성부(141)와 기판이 물리적으로 접촉될 수 있다.
또한, 상기 전기장 형성 수단(140)은 상기의 직류 전원 공급부(170)와 상기 전도성부에 직류 전원을 공급하고 중단하는 것을 제어하는 직류 전원 공급 제어부를 더 포함할 수도 있다.
상술한 구성을 갖는 본 실시예에 따른 탄소 나노튜브 성장 장치를 이용한 탄소 나노 튜브의 제작 방법을 간략히 설명하면 다음과 같다.
탄소 나노튜브 성장을 위한 버퍼층 및 촉매 금속층이 형성된 기판(121)을 챔버(110) 내부로 인입하여 기판 안착 수단(120) 상에 안착시킨다. 이때, 상기 기판(121)으로는 실리콘 기판 및 유리 기판일 수 있고, 이에 한정되지 않고, 다양한 형태와 재질의 기판(121)이 사용될 수 있다. 상기의 버퍼층으로는 Cr, Ti, TiN 및 이들은 포함하는 물질막 중 적어도 어느 하나의 막을 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 촉매 금속층으로는 니켈(Ni), 철(Fe), 코발트(Co) 및 그 합금 중 적 어도 어느 하나의 강자성체를 사용하는 것이 바람직하다. 여기서, 촉매 금속층에 따라 탄소 나노튜브를 성장시키기 위한 적합한 탄소 함유 가스가 선택될 수 있다. 상술한 버퍼층과 촉매 금속층의 패턴형상은 탄소 나노튜브가 형성되는 소자 및 장치에 따라 매우 다양하게 변화될 수 있다.
이러한 기판(121)은 그 상부에 버퍼층과 촉매 금속층을 형성한 다음 촉매 금속층을 선택적으로 에칭하여 탄소 나노튜브가 형성될 영역의 버퍼층 상부에 촉매 금속층이 잔류하게 된다. 이와 같이 촉매 금속층이 패터닝된 기판(121)을 소정의 기판 이송 장치(예를 들어 로봇암)를 통해 챔버(110) 내부로 인입시킨다.
상기의 촉매 금속층이 패터닝된 기판(121)이 챔버(110) 내부로 인입되면 기판 안착 수단(120)의 리프트 핀이 상승하여 기판(121)을 지지하게 되고, 기판 이송 장치가 챔버(110) 외부로 빠져나가고 챔버(110)가 밀폐된다. 리프트 핀이 하강하여 기판(121)이 기판 안착 수단(120) 상에 안착된다. 이후, 기판(121)이 안착된 기판 안착 수단(120)이 상승하여 전기장 형성 수단(140)의 전도성부(141)와 기판(121)이 접속되도록 한다. 이뿐만 아니라, 전기장 형성 수단(140)이 하강하여 기판 안착 수단(120) 상의 기판(121)과 접속될 수 있다. 이때, 전기장 형성 수단(140)은 기판(121) 표면의 일부와 전도성부(141)가 전기적으로 소통되도록 접속되는 것이 바람직하다. 이를 통해 전기장 형성 수단(140)의 직류 전원 공급부(170)로부터 전도성부(141)를 통해 기판(121)으로 직류 전원을 공급하거나 공급을 차단하여 기판(121) 상부의 전기장 형성을 조절할 수 있다.
챔버(110) 내부를 진공으로 하고, 기판(121)을 가열하여 챔버(110) 내부를 탄소 나노튜브 증착을 위한 공정 조건이 되도록 한다. 상기 챔버(110) 내부의 온도를 200 내지 700도 범위가 되도록 한다. 가스 공급 수단(150)을 통해 탄소가 함유된 반응 가스가 원격 플라즈마 발생 장치(130)에 공급되어 플라즈마화된다. 플라즈마화된 반응 가스는 가스 분사 수단(150)을 통해 기판(121)이 위치하는 반응 공간에 분사된다. 이때, 전기장 형성 수단(140)을 통해 직류 전원 공급 장치의 직류 전원이 기판(121) 상부의 버퍼층 및 촉매 금속층에 공급된다. 이를 통해 반응 공간에 분사된 플라즈마화된 반응 가스와 기판(121)사이에 일정한 전기장(자기장)이 형성되어 탄소 나노튜브 성장의 직진성을 향상시킬 수 있게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명은 기판의 상부에 전기장을 형성하여 탄소 나노튜브 성장의 직진성을 향상시킬 수 있고, 탄소 나노튜브의 밀도와 균일도를 향상시킬 수 있다.
또한, 원격 플라즈마 방식으로 챔버 내부의 온도를 줄여 저온에서 탄노 나노튜브를 성장시킬 수 있다.
또한, 플라즈마에 의한 아킹등과 같은 손상을 줄일 수 있다.
본 발명은 상기에서 서술된 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 즉, 상기의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다.

Claims (12)

  1. 일정한 반응 공간을 갖는 챔버;
    기판이 안착되는 기판 안착 수단;
    상기 반응 공간에 활성화된 반응 가스를 공급하는 플라즈마 발생 장치; 및
    상기 기판 상부 표면의 적어도 일부와 접속되고 상기 기판 상부 표면에 전원을 인가하는 전기장 형성 수단을 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 전기장 형성 수단은,
    상기 기판 상부 표면과 접속되는 전도성부; 및
    상기 전도성부의 외측을 감싸는 절연부를 포함하는 기판 접속부를 구비하는 기판 처리 장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 기판 접속부는 상기 기판의 상면의 일부와 상기 기판 안착 수단의 측면의 일부에 접속되는 ㄱ자 형상인 기판 처리 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 기판 접속부는 적어도 2개 이상 구비되는 기판 처리 장치.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 전기장 형성 수단은 상기 챔버의 내측벽에 고정되거나 상기 챔버의 내측벽에 마련된 거치대에 거치되는 기판 처리 장치.
  7. 삭제
  8. 일정한 반응 공간을 갖고, 기판이 안치되는 기판 안착 수단을 내부에 구비하는 챔버;
    상기 반응 공간에 활성화된 반응 가스를 공급하는 플라즈마 발생 장치; 및
    상기 기판 표면의 일부와 접속되어 상기 기판 표면에 직류 전원을 인가하는 전기장 형성 수단을 포함하는 기판 처리 장치를 이용한 탄소 나노 튜브 형성 방법에 있어서,
    상기 기판을 기판 안착 수단에 안치하는 단계;
    상기 기판과 상기 전기장 형성 수단이 접속되는 단계;
    상기 기판의 상부에 전기장을 형성하는 단계;
    탄소나노튜브를 성장시키는 단계; 및
    상기 기판의 상부에 전기장 형성을 중단하는 단계를 포함하는 탄소 나노 튜브 형성 방법.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 전기장 형성수단이 접속되는 단계는, 상기 기판 표면의 일부와 전도성부가 전기적으로 소통될 수 있도록 접속되는 탄소 나노 튜브 형성 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 반응 가스로는 탄소 함유 가스를 사용하고, 상기 탄소 함유 가스로는 CxHy 계열이나, CxOy 계열의 가스를 사용하는 탄소 나노 튜브 형성 방법.
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