KR101307592B1 - 재료를 증착하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타겟(3)의 재료를 샘플(2)의 표면 상에 증착하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 타겟 재료 입자들의 플럼(9)을 생성시키도록 상기 타겟의 표면을 레이저 또는 전자 빔(7)으로 이레디에이트시키는 단계, 상기 타겟 재료 입자들이 샘플의 표면 상으로 증착되도록 상기 샘플(2)을 상기 플럼 가까이에 위치시키는 단계, 상기 입자들이 그 위로 증착되는 상기 샘플의 표면에 수직인 회전축(1)을 중심으로 상기 샘플을 회전시키는 단계, 플럼이 상기 회전축에 관하여 반경 방향으로 이동하도록 상기 타겟의 표면을 따라 상기 레이저 빔을 이동시키는 단계, 및 상기 레이저 빔을 가변의 주파수로 펄스시키는 단계를 포함한다.

Description

재료를 증착하기 위한 방법 {METHOD FOR DEPOSITING A MATERIAL}

본 발명은 타겟의 재료를 샘플의 표면 상으로 증착하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 타겟 재료 입자들의 플럼(plume)을 발생시키도록 상기 타겟의 표면을 레이저 또는 전자 빔으로 이레디에이트(irradiate)시키는 단계 및 상기 타겟 재료 입자들이 상기 샘플의 표면 상으로 증착되도록 상기 샘플을 플럼 가까이에 위치시키는 단계를 포함한다.

샘플의 표면 상으로 타겟의 재료를 증착하는 것은 소위 펄스 레이저 증착법(pulsed laser deposition (PLD))으로 수행될 수 있다. 이러한 PLD 기술은 대상들을 매우 높은 품질의 선택 재료로 매우 얇은 층으로 코팅시키는 것을 가능하게 한다. 이러한 펄스 레이저 증착법 기술은 종종 연구 환경들에서 사용된다.

그러나 산업에서는 PLD 기술의 장점들을 갖을 수 있다는 것이 바람직하다. 다만, 어려운 점은 상기 PLD 기술은 소규모의 적용들에만 적합하다는 것이다. 현재의 기술에서 통상적으로 약 10mm x 10mm의 표면이 균일한 층으로 덮힌다. 이 영역은 상기 PLD 기술 중에 생성되는 플라즈마 플럼에 의하여 제한된다. 이러한 플럼은 통상적으로 10mm x 10mm의 작은 영역에서만 균일하다.

본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하는 것이다.

이러한 목적은 다음을 특징으로 하는, 본 발명에 따른 방법에 의하여 달성된다.

- 입자들이 위에 증착되는 샘플의 표면에 수직인 회전축을 중심으로 상기 샘플을 회전시킴.

- 플럼이 상기 회전축에 관하여 반경의 방향으로 이동되도록 타겟의 표면을 따라 레이저 빔을 이동시킴.

- 상기 레이저 빔을 가변의 주파수로 펄스(pulse)시킴.

상기 샘플을 회전축을 중심으로 회전시킴으로써 상기 샘플 상의 환형의 영역에 플럼 증착 재료를 지니는 것이 가능하다. 상기 레이저 빔을 상기 타겟의 표면을 따라 반경의 방향으로 이동시킴으로써, 디스크 형상의 샘플 표면의 전체 표면을 커버할 수 있다. 그래서 PLD의 유효한 플럼은 통상적으로 단지 10mm x 10mm이지만, 훨씬 더 넓은 샘플 표면을 커버할 수 있다.

그러나 또한 상기 레이저 빔을 가변의 주파수로 펄스시키는 것이 필요하며, 이는 타겟 재료의 상기 샘플 상으로의 균일한 증착을 유지하고, 균일한 박막 특성들을 위해 전체 기판 영역에 걸쳐서 균일한 펄스율(pulse rate)을 유지하도록 하기 위함이다. 만약 예를 들어 상기 샘플의 일정한 각속도가 유지된다면, 회전 중심 부근의 환형의 표면에는 상기 회전축으로부터 거리가 있는 환형의 표면보다 적은 타겟 재료가 필요하게 될 것이다. 펄스되는 레이저 빔의 주파수를 달리함으로써, 상기 샘플의 전체 표면에 걸쳐서 타겟 재료 입자들의 균일한 분배를 제공하는 것이 용이하다.

본 발명에 따른 방법의 일 실시예에서, 상기 샘플 표면은 디스크 형상이며 바람직하게는 타겟의 표면이 실질적으로 상기 샘플의 표면과 평행하다.

본 발명에 따른 방법의 바람직한 일 실시예에서, 상기 타겟 재료는 로드(rod)이며, 타겟 재료의 길이 방향의 축을 따라 회전 가능하다. 타겟 재료가 상기 레이저 빔에 의하여 이레디에이트될 때, 상기 재료의 작은 부분이 융제(ablated)될 것이며, 이러한 입자들이 플럼을 형성할 것이다. 만약 레이저 빔이 상기 타겟의 하나의 작은 부분만을 이레디에이트한다면, 재료의 융제된 양은 상당해지고 상기 PLD 프로세스를 방해할 것이다. 특히, 본 발명에 의한 PLD 기술로 넓은 표면들이 코팅되는 경우에는 상당한 양의 재료가 융제될 것이고 이는 타겟 재료와 프로세스 상에 영향을 끼치게 될 것이다. 길이 방향의 축을 따라서 회전될 수 있는 로드 형상의 타겟 재료를 제공함으로써 재료가 융제되는 상기 타겟 재료에서의 영역을 전환할 수 있다. 이동하는 레이저 빔과 상기 로드의 회전을 조합하여 상기 타겟 재료로부터의 재료의 균등한 융제가 가능하다.

본 발명에 따른 방법의 또 다른 바람직한 일 실시예에서, 상기 샘플의 각속도는 타겟 표면 상의 레이저 빔의 접촉 영역과 회전축 사이의 거리에 따른다.

상기 샘플의 각속도를 변화시킴으로써 샘플 상으로 재료를 균일하게 증착하기 위한 추가적인 제어 파라미터를 제공한다.

본 발명에 따른 방법의 또 다른 일 실시예에서, 상기 레이저 빔의 펄스 주파수는 타겟 표면 상의 레이저 빔의 접촉 영역과 회전축 사이의 거리에 따른다. 상술한 바와 같이, 일정한 각속도에서는 펄스 주파수는 상기 샘플의 중심 부근에서 증착할 때, 상기 샘플의 바깥쪽 에지에서 증착할 때보다 더 낮게 될 것이다. 그러나 각속도 또한 변화된다면 최적치가 쉽게 계산될 수 있다.

바람직하게는 상기 레이저 빔의 펄스 주파수는 1Hz와 500Hz의 범위 내이다. 본 발명의 이러한 특징들 및 다른 특징들은 첨부 도면들과 관련지어 설명될 것이다.

도1은 본 발명에 따른 방법을 개략적으로 도시한다.
도2는 샘플의 평면도를 개략적으로 도시된 위치들과 함께 도시한다.
도3은 본 발명의 두 번째 실시예를 도시한다.

도1에서 회전 가능한 샘플 홀더(1)가 도시되어 있다. 상기 회전 가능한 샘플 홀더(1) 상으로 샘플(2)이 배열된다. 상기 샘플(2)은 통상적으로 적절한 재료의 얇은 디스크이며, 코팅될 필요가 있다.

샘플 홀더(1) 및 샘플(2)의 아래에 타겟 재료(3)가 배열된다. 상기 타겟 재료는 로드(rod)의 형상을 가지고, 두 개의 저어널(journal)들(4, 5)을 가지며, 이것들로 상기 타겟 재료(3)가 길이 방향의 축(6)을 따라 회전될 수 있다.

(도시되지 않은) 레이저 장치로부터의 레이저 빔(7)은 거울(8) 상으로 향해진다. 상기 거울(8)은 기울어질 수 있다.

상기 레이저 빔(7)은 플럼(9)을 생성하기 위해 상기 거울(8)에 의하여 반사되어 상기 타겟 재료(3) 상으로 투사된다. 상기 플럼(9)은 융제된 타겟 재료(3)로 구성된다.

상기 거울(8)을 기울임으로써, 고정된 레이저 빔(7)이 타겟 재료(3)의 표면에 걸쳐서 길이 방향의 축(6)의 방향으로 이동될 수 있다. 결과적으로 상기 플럼(9)이 상기 샘플 디스크(2)의 반경 방향으로 이동 가능하다.

도2에는 상기 샘플 디스크(2)와 다수의 증착물들(10)이 도시되어 있다. 상기 증착물들(10)은 상기 플럼(9)의 결과이다. 상기 거울(8)을 기울임으로써 플럼(9)이 상기 디스크(2)의 반경 방향으로 이동되어, 도2에 도시된 결과를 갖는다.

이제 상기 샘플 디스크를 회전시킴으로써 상기 증착물들이 상기 디스크(2)의 전체 표면에 걸쳐서 퍼질 수 있다. 도2로부터 분명해지는 바와 같이, 레이저 주파수 비율(laser frequency rate)을 일정하게 유지함으로써 증착율이 일정하게 유지되고 각속도(w)가 일정하게 유지될 때, 이는 상기 샘플 디스크의 에지 부근보다 중심(11) 부근에서 재료가 더 높게 증착되는 결과로 나타나게 될 것이다. 따라서, 본 발명의 결과로, 증착율은 상기 레이저 빔의 주파수를 변화시킴으로써 변경되어 중심(11) 부근에서는 더 적은 재료가 증착되고 샘플 디스크의 에지 부근에서는 더 많은 재료가 증착된다. 적어도 펄스 주파수를 그리고 바람직하게는 각속도 역시 변화시킴으로써, 종래의 증착 영역(10)의 치수 범위들보다 훨씬 넓은 치수 범위들의 샘플 표면을 균일하게 코팅되도록 하는 것이 가능하다.

도3은 본 발명의 개략도로 두 번째 실시예를 도시한다. 샘플(21)이 그 위에 배열된 회전 가능한 샘플 홀더(20)가 도시되어 있다. 상기 회전 가능한 샘플 홀더 위에 회전 가능한 타겟 재료 홀더(22)가 배열된다. 상기 타겟 홀더(22) 상에 타겟(23)이 놓이며, 이는 상기 실시예에서 디스크 형태의 형상을 갖는다.

뿐만 아니라, 도3은 레이저 빔 또는 전자 빔(24)을 도시하며, 상기 레이저 빔 또는 전자빔(24)은 초점이 맞추어진(focused) 거울(25)로 향해지고, 상기 거울은 레이저 빔을 병진 운동 가능한(translatable) 편평 거울(26)로 향하게 한다. 상기 편평 거울(26)은 상기 레이저 빔을 타겟 재료(23) 상으로 향하게 하여 타겟 재료 입자들의 플럼(27)을 야기하며, 이 입자들은 샘플 재료(21) 상으로 증착될 것이다.

상기 편평 거울(26)은 가이드 부(28)를 따라서 안내되어, 상기 거울(26)은 병진 운동될 수 있다. 상기 거울(26)을 병진 운동시킴으로써, 상기 레이저 빔(24)은 타겟 재료(23)의 표면에 걸쳐서 이동될 수 있고, 따라서 상기 플럼(27)이 샘플 재료(21) 표면에 걸쳐서 이동될 수 있다.

Claims (7)

1. 타겟 재료 입자들의 플럼을 생성시키도록 타겟의 표면을 레이저 또는 전자 빔으로 이레디에이트(irradiate)시키는 단계, 및 상기 타겟 재료 입자들이 샘플의 표면 상으로 증착되도록 상기 샘플을 상기 플럼에 인접하게 위치시키는 단계를 포함하는 샘플의 표면 상으로 타겟 재료를 증착하기 위한 방법에 있어서,
   상기 입자들이 증착되는 상기 샘플의 표면에 수직인 회전축을 중심으로 상기 샘플을 회전시키는 단계,
   상기 플럼이 상기 회전축에 관하여 반경 방향으로 이동하도록 상기 타겟의 표면을 따라 상기 레이저 빔을 이동시키는 단계, 및
   샘플의 에지부 보다 샘플의 중심부에서 더 적은 양의 플럼을 발생시켜 상기 샘플의 표면에 타겟 물질을 균일하게 증착할 수 있도록 상기 레이저 빔을 가변의 주파수로 펄스(pulse)시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 샘플의 표면상으로 타겟 재료를 증착하기 위한 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 샘플 표면은 디스크 형상인, 샘플의 표면상으로 타겟 재료를 증착하기 위한 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 타겟의 표면은 상기 샘플의 표면과 평행한, 샘플의 표면상으로 타겟 재료를 증착하기 위한 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 타겟 재료는 로드이고, 상기 로드는 상기 로드의 길이 방향의 축을 따라 회전 가능한, 샘플의 표면상으로 타겟 재료를 증착하기 위한 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 샘플의 각속도는 상기 타겟의 표면 상의 상기 레이저 빔의 접촉 영역과 상기 회전축 사이의 거리에 따르는, 샘플의 표면상으로 타겟 재료를 증착하기 위한 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 레이저 빔의 펄스 주파수는 상기 타겟 표면 상의 상기 레이저 빔의 접촉 영역과 상기 회전축 사이의 거리에 따르는, 샘플의 표면상으로 타겟 재료를 증착하기 위한 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 펄스 주파수는 1Hz와 500Hz의 범위 내인, 샘플의 표면상으로 타겟 재료를 증착하기 위한 방법.

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