KR101861701B1 - Sputter equipment and method of manufacturing hydrogen separation membranes using the same - Google Patents

Sputter equipment and method of manufacturing hydrogen separation membranes using the same Download PDF

Info

Publication number
KR101861701B1
KR101861701B1 KR1020160121639A KR20160121639A KR101861701B1 KR 101861701 B1 KR101861701 B1 KR 101861701B1 KR 1020160121639 A KR1020160121639 A KR 1020160121639A KR 20160121639 A KR20160121639 A KR 20160121639A KR 101861701 B1 KR101861701 B1 KR 101861701B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
substrate holder
chamber
palladium
exhaust
Prior art date
Application number
KR1020160121639A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20180032423A (en
Inventor
김동원
조서현
김낙천
김세홍
양지혜
신회수
Original Assignee
경기대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경기대학교 산학협력단 filed Critical 경기대학교 산학협력단
Priority to KR1020160121639A priority Critical patent/KR101861701B1/en
Publication of KR20180032423A publication Critical patent/KR20180032423A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101861701B1 publication Critical patent/KR101861701B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • C23C14/3464Sputtering using more than one target
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/50Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/501Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by diffusion
    • C01B3/503Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by diffusion characterised by the membrane
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/02Pretreatment of the material to be coated
    • C23C14/021Cleaning or etching treatments
    • C23C14/022Cleaning or etching treatments by means of bombardment with energetic particles or radiation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/02Pretreatment of the material to be coated
    • C23C14/028Physical treatment to alter the texture of the substrate surface, e.g. grinding, polishing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/16Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
    • C23C14/165Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon by cathodic sputtering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/50Substrate holders
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/50Substrate holders
    • C23C14/505Substrate holders for rotation of the substrates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/54Controlling or regulating the coating process
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/54Controlling or regulating the coating process
    • C23C14/541Heating or cooling of the substrates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/56Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
    • C23C14/562Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks for coating elongated substrates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/56Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
    • C23C14/564Means for minimising impurities in the coating chamber such as dust, moisture, residual gases

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 챔버 내에서 증착용 금속이 포함된 타켓과 기판 사이에서 플라즈마를 발생시켜서 기판에 상기 증착용 금속을 증착시키는 스퍼터 장치에 있어서, 상기 스퍼터 장치는, 상기 챔버의 상부면 측에 방사상으로 형성되며 다수의 타겟건 모듈을 포함하는 타켓건 모듈 장치; 상기 챔버 내부에 형성된 기판홀더; 상기 기판홀더의 하부에 장착되어 기판의 온도를 제어하는 기판 급속가열 모듈; 상기 챔버의 하부 측에 설치되며 상기 기판홀더의 회전을 제어하는 기판홀더 회전 조절장치; 상기 기판홀더의 상, 하 이동을 제어하는 기판홀더 높이 조절장치; 상기 챔버의 측면 벽에 형성되며 제1 진공 펌프의 배기량을 제어하는 주배기 밸브와 연결되어 상기 챔버 내의 주배기 분위기를 유지시키는 제1 주 배기구; 상기 제1 주 배기구의 하부에 장착되며 제2 진공 펌프의 배기량을 제어하는 제2 배기밸브에 연결되어 상기 챔버 내의 초기 배기 기능을 수행하는 제2 보조 배기구; 상기 제2 진공 펌프와 밀착 배기밸브를 통하여 연결되며 상기 기판홀더의 하부 측과 연결되어 상기 기판의 밀착배기를 수행하는 밀착배기관; 및 상기 스퍼터 장치의 각 구성부를 제어하여 스퍼터링 공정제어를 수행하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치가 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a sputtering apparatus for depositing a vapor deposition metal on a substrate by generating a plasma between a target containing a vapor deposition metal and a substrate in a chamber, the sputtering apparatus comprising: A target gun module device formed radially on the side of the target gun module and including a plurality of target gun modules; A substrate holder formed inside the chamber; A substrate rapid heating module mounted on a lower portion of the substrate holder to control the temperature of the substrate; A substrate holder rotation adjusting device installed on a lower side of the chamber and controlling rotation of the substrate holder; A substrate holder height adjusting device for controlling the upward and downward movement of the substrate holder; A first main exhaust port formed in a side wall of the chamber and connected to a main exhaust valve for controlling the exhaust amount of the first vacuum pump to maintain the main exhaust atmosphere in the chamber; A second auxiliary exhaust port attached to a lower portion of the first main exhaust port and connected to a second exhaust valve for controlling an amount of exhaust of the second vacuum pump to perform an initial exhaust function in the chamber; A close exhaust pipe connected to the second vacuum pump through a close exhaust valve and connected to a lower side of the substrate holder to perform close exhaust of the substrate; And a control unit controlling each component of the sputtering apparatus to perform a sputtering process control; And a sputtering apparatus.

Description

스퍼터 장치 및 이를 이용한 수소분리막 제조방법{Sputter equipment and method of manufacturing hydrogen separation membranes using the same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a sputtering apparatus and a hydrogen separation membrane using the same,

본 발명은 고 기능성 스퍼터 장치 및 이를 이용한 수소분리막 제조방법에 관한 기술이다.The present invention relates to a high-performance sputtering apparatus and a method for manufacturing a hydrogen separation membrane using the same.

수소에너지는 공해가 없는 청정에너지이며, 신 재생에너지의 한 분야이다. 고순도 수소를 제조하는 방법에 있어서, (1) 낮은 설치비용, (2) 적은 설치 공간, (3) 간단한 공정구성, (4) 높은 수소 회수율, (5) 연속운전 가능, (6) 고순도 수소 생산 가능, (7) 반응과 분리의 동시 공정을 통한 에너지효율 증대 등의 장점으로 수소분리막을 이용한 수소 분리 및 정제 공정이 주로 사용된다.Hydrogen energy is pollution-free clean energy, and it is a field of renewable energy. (1) low installation cost, (2) low installation space, (3) simple process configuration, (4) high hydrogen recovery rate, (5) continuous operation capability, (6) high purity hydrogen production (7) Hydrogen separation and purification process using hydrogen separation membrane is mainly used for advantages such as energy efficiency through simultaneous reaction and separation processes.

수소분리막은 주로 금속 및 세라믹 등의 다양한 특성을 갖는 재료들을 이용하여 형성되며, 대표적으로 수소를 선택적으로 제거하기 위한 기공이 없는 치밀한 수소분리층과 매우 얇은 수소 분리층을 지지하기 위한 다공질의 지지체로 구성된다.The hydrogen separation membrane is mainly formed of materials having various characteristics such as metals and ceramics. Typically, a dense hydrogen separation layer having no pores for selectively removing hydrogen and a porous support for supporting a very thin hydrogen separation layer .

금속 수소분리막의 미세구조는 수소분리막의 수소투과도와 수소선택도에 상당한 영향을 미치며, 높은 수소선택도 및 수소투과도 요건을 만족시키기 위해서는 매우 치밀하면서 또한 얇은 막이 요구된다.The microstructure of the metal hydrogen separation membrane has a considerable influence on the hydrogen permeability and hydrogen selectivity of the hydrogen separation membrane, and a very dense and thin membrane is required to satisfy the hydrogen selectivity and hydrogen permeability requirements.

일반적으로 합금 금속의 코팅 방법에는 전해 도금 방식과 건식방식의 스퍼터 증착법이 사용될 수 있다.Generally, electroplating method and dry type sputter deposition method can be used for the coating method of the alloy metal.

전해 도금 방식은 습식 및 복잡한 전처리 공정을 수반하기 때문에 공정변수의 조절이 용이하고, 진공 분위기에서 연속적인 다중증착이 가능한 건식방식의 스퍼터 증착법이 선호될 수 있다.Electrolytic plating may be preferred to dry sputter deposition, which facilitates control of process parameters and allows continuous multiple deposition in a vacuum environment because it involves wet and complex pretreatment processes.

이러한 종래 스퍼터 증착법에 경우, 타겟에서 스퍼터된 입자들의 직진성에 의해 단차피복률이 저하되어 불균일한 증착을 수반될 수 있다.In the case of such a conventional sputter deposition method, the step coverage can be lowered due to the linearity of the sputtered particles in the target, which may involve non-uniform deposition.

또한, 종래의 스퍼터 방식으로 제조된 박막층은 지지체의 표면에서 수직방향으로 성장한 주상정 구조(Columnar Structure)들에 기인한 주상정 골짜기(Columnar Valley)의 기공들에 의해 합금 수소 분리막의 제조 시, 수소선택도 특성이 저하될 수 있다.In addition, the thin film layer produced by the conventional sputtering method is formed by the pores of the columnar valley due to the columnar structures grown in the vertical direction on the surface of the support, The selectivity characteristic may be degraded.

예를 들면, 종래의 스퍼터 방식으로 제조된 금속의 박막층들은 주상정구조의 기공들로 인하여 후속 합금화 열처리 공정을 진행하여도 얇은 두께에서는 치밀한 팔라듐 합금 수소분리막의 제조가 곤란해 질 수 있으며, 10㎛ 이상의 후막의 경우에는 합금화 열처리 공정에 의해 치밀막 형성이 가능하지만 분리막의 수소투과성이 낮기 때문에 상용화하기가 곤란할 수 있다.For example, the metal thin film layers produced by the conventional sputtering method may have difficulty in producing a dense palladium alloy hydrogen separation membrane at a thin thickness even if a subsequent alloying heat treatment process is performed due to the pores of the columnar structure, In the case of the above thick film, it is possible to form a dense film by the alloying heat treatment process, but it may be difficult to commercialize it because the hydrogen permeability of the separation membrane is low.

따라서 수소분리막의 제조 및 상용화를 위해서는 종래의 스퍼터 장치에 비하여 단차피복성 및 균일성이 향상된 박막을 제조할 수 있는 고 기능성의 스퍼터링 장치가 요구된다.Therefore, a high-performance sputtering apparatus capable of producing a thin film having improved step coverage and uniformity compared to a conventional sputtering apparatus is required for manufacturing and commercializing a hydrogen separation membrane.

본 발명 기술에 대한 배경기술은 대한민국 공개특허공보 KR20115-0048901A에 나타나 있다.Background art on the technique of the present invention is disclosed in Korean Patent Publication No. KR20115-0048901A.

대한민국 공개특허공보 KR20115-0048901A(스퍼터링 장치, 박막증착 방법 및 컨트롤 디바이스)Korean Patent Publication No. KR20115-0048901A (Sputtering Apparatus, Thin Film Deposition Method and Control Device)

본 발명은 단차피복성 및 균일성이 향상된 박막을 제조할 수 있는 스퍼터 장치를 제공하는 것이다.The present invention provides a sputtering apparatus capable of producing a thin film having improved step coverage and uniformity.

본 발명의 또 다른 목적은 기판홀더 회전 및 위치제어가 가능하고 증착 기판에 작용되는 배기를 효율적으로 제어함으로써, 다공성 기판상에 균일하고 치밀한 금속 합금막을 형성할 수 있는 고 기능성 스퍼터 장치를 제공 하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a high-performance sputtering apparatus capable of forming a uniform and dense metal alloy film on a porous substrate by controlling the substrate holder rotation and position control and efficiently controlling the exhaust acting on the deposition substrate .

본 발명의 또 다른 목적은, 증착 기판을 효율적으로 가열시키는 기판 가열장치 및 스퍼터 공정 변수 제어장치에 의해 균일한 나노 금속 핵 생성 및 수평성장에 기인한 금속 나노 시드층을 형성할 수 있는 고기능성 스퍼터 장치를 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a substrate heating apparatus and a sputter process variable controlling apparatus for efficiently heating an evaporation substrate and a high functional sputtering apparatus capable of forming a uniform nano metal nucleus nucleus and a metal nano- Device.

본 발명의 또 다른 목적은, 기판홀더 회전 및 위치제어가 가능하고 증착 기판에 작용되는 배기를 효율적으로 제어하고, 증착 기판을 효율적으로 가열시키는 기판 가열장치 및 스퍼터 공정 변수 제어장치를 포함하는 고 기능성 스퍼터 장치를 이용하여 팔라듐 합금에 의한 수소분리막을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a substrate heating apparatus and a sputter process variable control apparatus capable of efficiently controlling the substrate holder rotation and position control and the exhaust acting on the deposition substrate and efficiently heating the deposition substrate, And a method for producing a hydrogen separation membrane by a palladium alloy using a sputtering apparatus.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 상세한 설명의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood from the description of the detailed description.

본 발명의 일 측면에 따르면, 챔버 내에서 증착용 금속이 포함된 타켓과 기판 사이에서 플라즈마를 발생시켜서 기판에 상기 증착용 금속을 증착시키는 스퍼터 장치에 있어서, 상기 스퍼터 장치는, 상기 챔버의 상부면 측에 방사상으로 형성되며 다수의 타겟건 모듈을 포함하는 타켓건 모듈 장치; 상기 챔버 내부에 형성된 기판홀더; 상기 기판홀더의 하부에 장착되어 기판의 온도를 제어하는 기판 급속가열 모듈; 상기 챔버의 하부 측에 설치되며 상기 기판홀더의 회전을 제어하는 기판홀더 회전 조절장치; 상기 기판홀더의 상, 하 이동을 제어하는 기판홀더 높이 조절장치; 상기 챔버의 측면 벽에 형성되며 제1 진공 펌프의 배기량을 제어하는 주배기 밸브와 연결되어 상기 챔버 내의 주배기 분위기를 유지시키는 제1 주 배기구; 상기 제1 주 배기구의 하부에 장착되며 제2 진공 펌프의 배기량을 제어하는 제2 배기밸브에 연결되어 상기 챔버 내의 초기 배기 기능을 수행하는 제2 보조 배기구; 상기 제2 진공 펌프와 밀착 배기밸브를 통하여 연결되며 상기 기판홀더의 하부 측과 연결되어 상기 기판의 밀착배기를 수행하는 밀착배기관; 및 상기 스퍼터 장치의 각 구성부를 제어하여 스퍼터링 공정제어를 수행하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치가 제공된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a sputtering apparatus for depositing a vapor deposition metal on a substrate by generating a plasma between a target containing a vapor deposition metal and a substrate in a chamber, the sputtering apparatus comprising: A target gun module device formed radially on the side of the target gun module and including a plurality of target gun modules; A substrate holder formed inside the chamber; A substrate rapid heating module mounted on a lower portion of the substrate holder to control the temperature of the substrate; A substrate holder rotation adjusting device installed on a lower side of the chamber and controlling rotation of the substrate holder; A substrate holder height adjusting device for controlling the upward and downward movement of the substrate holder; A first main exhaust port formed in a side wall of the chamber and connected to a main exhaust valve for controlling the exhaust amount of the first vacuum pump to maintain the main exhaust atmosphere in the chamber; A second auxiliary exhaust port attached to a lower portion of the first main exhaust port and connected to a second exhaust valve for controlling an amount of exhaust of the second vacuum pump to perform an initial exhaust function in the chamber; A close exhaust pipe connected to the second vacuum pump through a close exhaust valve and connected to a lower side of the substrate holder to perform close exhaust of the substrate; And a control unit controlling each component of the sputtering apparatus to perform a sputtering process control; And a sputtering apparatus.

또한, 상기 기판홀더의 하부는 육면체의 기판홀더 하우징이 형성되며, 상기 기판 급속가열 모듈은 상기 기판홀더 하우징 내부에 장착되는 것을 특징으로 한다.In addition, a substrate holder housing of a hexahedron is formed at a lower portion of the substrate holder, and the substrate rapid heating module is mounted inside the substrate holder housing.

또한, 상기 기판홀더에는 다수개의 배기공이 형성되며, 상기 기판홀더 하우징의 하부면은 상기 챔버의 하부면을 관통하는 기판홀더 지지축관과 연결되고, 상기 밀착배기관은 상기 지지축관과 회전형 플랜지 및 플렉시블관에 의하여 연결된 것을 특징으로 한다.A plurality of exhaust holes are formed in the substrate holder. The lower surface of the substrate holder housing is connected to a substrate holder supporting shaft tube passing through a lower surface of the chamber. The close exhaust pipe is connected to the support shaft tube, And is connected by a pipe.

또한, 상기 기판홀더 지지축관의 외주면에 기어 또는 벨트 풀리가 장착되어, 이동 베이스판에 장착된 기판홀더 회전제어모터의 회전축 풀리와 기어 또는 벨트로서 연결되며, 상기 제어부는 상기 기판홀더 회전제어모터를 제어하여 상기 기판홀더의 회전 및 회전 위치를 제어하는 것을 특징으로 한다.Further, a gear or a belt pulley is mounted on the outer circumferential surface of the substrate holder support shaft tube, and is connected to a rotary shaft pulley of a substrate holder rotation control motor mounted on the movable base plate as a gear or a belt, and the control unit controls the substrate holder rotation control motor And controls rotation and rotation positions of the substrate holder.

또한, 상기 이동 베이스판의 일측에는 스크루형 플랜지 베어링이 장착되며, 상기 스크루형 플랜지 베어링은 수직으로 형성된 리니어 스크루축과 나사 결합하며, 상기 스크루형 플랜지 베어링은 상기 이동 베이스판의 하부에 장착되는 기판홀더 높이제어 모터와 연결되어 상기 기판홀더 높이제어모터의 회전에 의하여 회전을 하면서 상하로 이동되며, 상기 제어부는 상기 기판홀더 높이제어모터를 제어하여 상기 기판홀더의 높이 위치를 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, a screw type flange bearing is mounted on one side of the moving base plate, the screw type flange bearing is screwed to a vertically formed linear screw shaft, and the screw type flange bearing is mounted on a lower side of the moving base plate The substrate holder height control motor is connected to the holder height control motor and is moved up and down while being rotated by the rotation of the substrate holder height control motor, and the control unit controls the height position of the substrate holder by controlling the substrate holder height control motor .

또한, 상기 제1 진공 펌프는 상기 제2 진공 펌프보다 용량이 크며 고진공 펌프로 이루어진 것을 특징으로 하며, 상기 제1 주 배기구와 상기 주배기 밸브 사이에는 유동 컨덕턴스 조절용 스로틀밸브를 더 포함하고, 상기 제1 진공 펌프는 내부의 배기를 위한 제1 자체 배기밸브가 장착되고 상기 제1 자체 배기밸브는 상기 제2 진공펌프와 연결되며, 상기 제어부가 상기 스퍼터 장치의 초기 진공 분위기를 형성하는 과정은, 상기 제2 진공 펌프를 작동한 상태에서 상기 제2 배기밸브를 열어, 제1 진공상태까지 상기 챔버 내부의 1차 진공배기를 수행하는 단계; 상기 챔버 내의 모든 배기 밸브는 잠근 상태에서 제1 자체 배기밸브를 열고 제2 진공펌프를 일정시간 작동시켜 자체 진공배기 및 상기 제1 진공 펌프 내부에 진공 배기를 수행하는 단계; 상기 제2 진공 펌프를 작동한 상태에서 상기 제2 배기밸브를 열어, 제1 진공상태까지 상기 챔버 내부의 1차 진공배기를 수행하는 단계; 상기 제2 배기밸브를 닫고, 상기 제1 진공 펌프와 연결된 상기 주배기 밸브를 열어 설정된 2차 진공도에 도달할 때까지 2차 진공 배기를 수행하는 단계; 가스주입부를 이용하여 상기 챔버 내에 일정량의 반응가스를 도입하고, 상기 스로틀밸브를 제어하여 설정한 챔버공정 압력을 유지시키는 단계; 및 전원을 인가하여 상기 타겟건 모듈을 작동시킴과 동시에 상기 기판홀더 하부와 연결된 밀착배기관의 밀착 배기밸브를 개방하여 상기 기판의 밀착배기를 병행하는 단계; 를 포함하여 제어하는 것을 특징으로 한다.The first vacuum pump has a larger capacity than the second vacuum pump and is formed of a high vacuum pump. The throttle valve further includes a throttle valve for controlling the flow conductance between the first main exhaust port and the main exhaust valve, Wherein the first vacuum pump is equipped with a first self-exhaust valve for exhausting the inside of the vacuum pump, the first self-exhaust valve is connected to the second vacuum pump, and the control unit forms the initial vacuum atmosphere of the sputtering apparatus, Opening the second exhaust valve with the second vacuum pump activated, performing a first vacuum evacuation inside the chamber to a first vacuum state; Opening all of the exhaust valves in the chamber to open the first self-evacuating valve and operating the second vacuum pump for a predetermined time to perform self-evacuation and vacuum evacuation inside the first vacuum pump; Opening the second exhaust valve with the second vacuum pump in operation, performing a first vacuum evacuation inside the chamber to a first vacuum state; Closing the second exhaust valve, opening the main exhaust valve connected to the first vacuum pump, and performing a second vacuum evacuation until a set degree of vacuum is reached; Introducing a predetermined amount of reaction gas into the chamber using a gas injection unit and controlling the throttle valve to maintain the set chamber process pressure; And operating the target gun module by applying power to the substrate holder and simultaneously opening the close exhaust valve of the close exhaust pipe connected to the lower portion of the substrate holder to perform close contact and exhaustion of the substrate. And a control unit.

또한, 상기 1차 진공배기는 5(±5%)×10- 3torr이고, 상기 2차 진공 배기는 5(±5%)×10-6 torr인 것을 특징으로 한다.Furthermore, the primary vacuum exhaust is 5 (± 5%) × 10 - characterized in that the 3 torr, and said secondary vacuum exhaust is 5 (± 5%) × 10 -6 torr.

또한, 상기 타겟건 모듈 장치는 상기 타켓에 부착될 이물질을 제거하고, 이종의 타겟 물질 간에 혼입을 방지하기 위하여 제어로드에 의해 상기 타켓건의 전방을 차단 및 개방시키는 타켓건 전방셔터를 포함하는 것을 특징으로 한다.The target gun module device may further include a target gun forward shutter for blocking and opening the front of the target gun by a control rod to remove foreign substances to be adhered to the target and prevent mixing of different target materials .

또한, 상기 기판 급속가열 모듈은, 열원을 발생시키는 점 형태로 다수 배열된 800 ~ 1200nm 파장 대역의 할로겐램프; 금 도금되어 다수의 할로겐램프의 각각의 하부에 장착되는 반원형의 반사판; 상기 기판홀더의 하부의 온도를 센싱하는 온도센서; 를 포함하며, 상기 기판홀더는 석영유리 또는 파이렉스 유리로 형성되며, 상기 반사판의 집광초점위치에 배치되는 것을 특징으로 한다.Also, the substrate rapid heating module may include: a halogen lamp having a wavelength band of 800 to 1200 nm, which is arranged in a plurality of dots to generate a heat source; A semicircular reflector plated with gold and mounted on a lower portion of each of the plurality of halogen lamps; A temperature sensor for sensing the temperature of the lower portion of the substrate holder; Wherein the substrate holder is formed of quartz glass or pyrex glass, and is disposed at a focusing position of the reflection plate.

또한, 상기 기판홀더 하우징에는 냉매가 순환되는 냉각 통로가 형성된 것을 특징으로 한다.Further, the substrate holder housing is formed with a cooling passage through which the refrigerant circulates.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 스퍼터 장치를 이용한 수소분리막 제조방법에 있어서, 상기 수소분리막 제조방법은, 기판으로 사용되는 다공성 니켈 지지체 준비단계; 상기 다공성 니켈 지지체의 표면을 처리하는 표면개질 단계; 상기 다공성 니켈 지지체에 팔라듐 나노 입자의 핵을 생성시키는 팔라듐 핵 생성 단계; 상기 기판 급속가열 모듈을 이용하여 상기 다공성 니켈 지지체에 팔라듐 나노 시드층을 형성하는 단계; 상기 팔라듐 나노 시드층 상부에 팔라듐과 금, 은, 구리, 니켈의 합금 금속 중에서 선택되는 하나 이상의 합금용 금속층들이 증착되는 팔라듐 합금 치밀층 형성 단계; 를 포함하는 수소분리막 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, in the method for manufacturing a hydrogen separation membrane using the sputtering apparatus, the method for preparing a hydrogen separation membrane includes: preparing a porous nickel support used as a substrate; A surface modification step of treating the surface of the porous nickel support; A palladium nucleation step of forming nuclei of the palladium nanoparticles on the porous nickel support; Forming a palladium nanoside layer on the porous nickel support using the substrate rapid heating module; Forming a palladium alloy dense layer on which at least one metal layer for alloying selected from among palladium, gold, silver, copper and nickel alloys is deposited on the palladium nano-seed layer; The hydrogen separation membrane according to the present invention is a hydrogen separation membrane.

또한, 상기 표면개질 단계는, 상기 다공성 니켈 지지체의 표면의 거대 기공들의 크기와 불균일한 표면 조도 및 평탄도를 매끄럽게 연마시키는 표면연마 단계; 상기 연마된 다공성 니켈 지지체의 연마된 표면과 기공의 단차를 감소시키기 위해 기공들에 YSZ 5㎛ 분말 또는 100㎚ 입도의 세라믹 분말을 물에 희석하여 제조한 슬러리를 연마된 지지체 표면에 도포하여 매립을 수행하는 진공 매립 단계; 상기 진공 매립 단계 이후에 매립이 수행된 다공성 니켈 지지체를 브러시를 이용하여 폴리비닐알코올로 세정하는 단계; 상기 세정된 다공성 니켈 지지체를 70(±5%)℃의 온도에서 진공 건조기를 이용하여 2(±5%)시간 동안 건조 시키는 건조단계; 및 질소 퍼지를 실시한 후, 1.0(±5%)×10- 3torr의 초기 압력과 1.0(±5%)×10- 1torr의 공정압력에서 40(±5%)sccm의 수소가스를 흘려주며, 상온에서 약 13.56(±5%)MHz의 방전 교류 전원 주파수, 100(±5%)W의 교류 전원에서 20(±5%)분 동안 상기 다공성 니켈 지지체를 플라즈마로 표면을 처리하는 플라즈마 표면처리 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.The surface modification step may include: a surface polishing step of smoothly polishing the size and uneven surface roughness and flatness of the macropores on the surface of the porous nickel support; To reduce the step difference between the polished surface and the polished surface of the polished porous nickel substrate, a slurry prepared by diluting YSZ 5 탆 powder or 100 nm particle size ceramic powder in water was applied to the surface of the polished support, A vacuum embedding step performed; Cleaning the buried porous nickel support with polyvinyl alcohol using a brush after the vacuum embedding step; Drying the cleaned porous nickel support at a temperature of 70 (賊 5%) 캜 for 2 (賊 5%) hours using a vacuum drier; And then subjected to a nitrogen purge, 1.0 (± 5%) × 10 - 3 torr initial pressure and 1.0 (± 5%) × 10 in the - in the process a pressure of 1 torr 40 (± 5%) gives flowing a hydrogen gas of sccm , A plasma surface treatment to treat the porous nickel substrate with a plasma for 20 (± 5%) minutes at a discharge AC power frequency of about 13.56 (± 5%) MHz at room temperature and an AC power supply of 100 step; And a control unit.

또한, 상기 팔라듐 핵 생성 단계는, 상기 제1 진공펌프를 구동하여 상기 챔버 내에 설정된 공정 압력을 형성하며, 상기 제2 진공펌프를 구동하고 상기 밀착 배기밸브를 개방하여 상기 다공성 니켈 지지체에 밀착배기를 수행하여 국부 진공을 형성하고, 상기 타겟건 모듈 장치를 작동시켜서 팔라듐의 스퍼터링을 수행하되, 상기 타켓과 상기 다공성 니켈 지지체의 거리를 30 ~ 50mm 범위 내에서 고정하고, 160~ 200W의 직류전력, 15 ~ 20 sccm의 아르곤 가스, 1.0(±5%)×10-2 torr 챔버 압력에서 플라즈마를 작동한 후 1.0(±5%)×10- 3torr 의 챔버 압력을 유지하면서, 상기 밀착배기의 밀착배기압력은 3.0×10-4 ~ 8.0×10-4 torr 범위 중의 일정 공정압력을 유지하며, 상온의 기판 온도로 설정된 공정조건하에 20 ~ 40초 동안 상기 다공성 니켈 지지체 상부에 직경 20 ~ 50nm 크기의 팔라듐 입자 핵을 생성하는 것을 특징으로 한다.The palladium nucleation step may include driving the first vacuum pump to form a process pressure set in the chamber, driving the second vacuum pump, opening the close exhaust valve, and exhausting the porous nickel support And the target gun module device is operated to perform sputtering of palladium. The distance between the target and the porous nickel support is fixed within a range of 30 to 50 mm, and a direct current power of 160 to 200 W, a direct current power of 15 , the adhesion of the close contact with the exhaust the exhaust while maintaining a chamber pressure of 3 torr - argon gas of ~ 20 sccm, 1.0 (± 5 %) × 10 -2 torr and then operate the plasma at a chamber pressure 1.0 (± 5%) × 10 pressure is 3.0 × 10 -4 ~ 8.0 × 10 -4 torr , and maintain a constant operating pressure in the range from 20 to 40 cho the porous nickel support the upper part of the diameter of 20 ~ 50nm size of Palladium for under the process conditions set to substrate temperature of room temperature It characterized in that for generating a nuclear particle.

또한, 상기 팔라듐 나노 시드층을 형성하는 단계는, 상기 팔라듐 입자 핵 생성 단계의 동일한 공정조건에 이어서 기판 급속가열 모듈을 동작시켜서 상기 다공성 니켈 지지체의 온도를 200 ~ 400℃ 범위에서 일정 온도로 가열시키는 급속가열 공정이 더 포함하여 상기 팔라듐 나노 시드층을 형성하는 것을 특징으로 한다.The step of forming the palladium nanoside layer may include operating the substrate rapid heating module following the same process conditions of nucleating the palladium particles to heat the temperature of the porous nickel support to a predetermined temperature in the range of 200 to 400 ° C And a rapid heating step is further included to form the palladium nanoside layer.

또한, 상기 팔라듐 합금 치밀층 형성단계에서는, 상기 타켓과 상기 다공성 니켈 지지체의 거리를 50mm ~ 100mm 범위 내에서 고정하고, 상기 챔버 내의 압력을 1.0×10-3 ~1.0×10-2 torr, 범위 중 일정 압력을 유지한 상태에서 상기 밀착배기 압력을 3.0×10-4 ~ 8.0×10-4 torr 범위 중의 일정 공정압력으로 국부 진공을 형성하고, 상기 타겟건 모듈 장치를 작동시켜서 팔라듐 합금의 스퍼터링을 수행하되, 상기 타겟건 모듈 장치의 직류전력은 100 ~ 120W, 아르곤 가스 유량은 20sccm ~ 30sccm 범위 중 일정량, 상기 기판홀더의 온도는 상온으로 설정된 조건하에 치밀층이 형성되는 것을 특징으로 한다.Further, in the step of forming the palladium alloy dense layer, the distance between the target and the porous nickel support is fixed within a range of 50 mm to 100 mm, and the pressure in the chamber is set to 1.0 × 10 -3 to 1.0 × 10 -2 torr A local vacuum is formed at a constant process pressure in the range of 3.0 × 10 -4 to 8.0 × 10 -4 torr while the constant pressure is maintained, Wherein the dense layer is formed under a condition that a direct current power of the target gun module device is 100 to 120 W, an argon gas flow rate is a predetermined amount of 20 sccm to 30 sccm, and a temperature of the substrate holder is set to room temperature.

본 발명의 일 실시 예에 따른 스퍼터 장치는, 기판홀더 회전 및 상·하 이동의 제어가 용이하고, 기판에 작용되는 밀착 배기장치 및 기판 가열장치들을 포함하는 구성요소들에 의해 다공성 니켈 지지체 상에 종래의 장치들에 비하여 균일한 치밀질 증착막을 효율적으로 형성할 수 있다.A sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention is a sputtering apparatus which is capable of easily controlling the rotation of a substrate holder and moving up and down and is provided on a porous nickel support by constituent elements including a close- It is possible to efficiently form a uniform dense vapor deposition film as compared with conventional devices.

또한, 스퍼터 공정 변수들의 정확한 미세 조절의 제어가 용이하여 인-시투 방식의 연속적인 스퍼터 공정으로 기능성이 우수한 초박막 치밀질 수소분리막을 제조할 수 있다.In addition, it is easy to control the precise fine adjustment of the sputter process parameters, so that an ultra-thin densified hydrogen separation membrane having superior functionality can be manufactured by an in-situ continuous sputtering process.

본 발명의 일 실시 예에 따른 스퍼터 장치를 이용한 수소분리막 제조방법에 의하면, 초박막의 균일성을 가진 치밀질 수소분리막을 제조함으로써 우수한 수소 투과, 선택도를 나타낼 수 있다.According to the hydrogen separation membrane manufacturing method using the sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention, excellent hydrogen permeation and selectivity can be exhibited by manufacturing a dense hydrogen separation membrane having an ultra-thin uniformity.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스퍼터 장치를 이용한 수소분리막 제조방법에 의하면, 종래에 비하여 제조 공정이 단순하고 효율적이며 대면적 기판상에서도 제조의 양산성 및 재현성이 우수한 효과를 가진다.In addition, according to the hydrogen separation membrane manufacturing method using the sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention, the manufacturing process is simple and efficient compared with the conventional method, and the mass production and reproducibility of manufacturing on large area substrates are also excellent.

본 발명의 일 실시 예에 따른 스퍼터 장치를 이용한 수소분리막 제조방법에 의해 제조된 수소 분리막은 수소 정제 분야뿐만 아니라 수소 분리 분야인 반응 분리 동시 공정 및 석탄가스화 복합발전이나 석탄 이용 연료 전지 발전과 더불어 이산화탄소 포획 및 저장 분야 등에도 폭 넓게 응용될 수 있다.The hydrogen separation membrane manufactured by the hydrogen separation membrane production method using the sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention can be used not only in the field of hydrogen purification but also in the hydrogen separation process, the reaction separation simultaneous process, the coal gasification combined- Capture and storage fields, and the like.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스퍼터 장치를 개략적으로 나타내는 구조도이다.
도 2는 본 발명에 따른 스퍼터 장치의 기판홀더 회전 조절장치 및 높이 조절장치를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배기조절장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 는 본 발명에 따른 스퍼터 장치의 타겟건 모듈 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다수의 타겟건 모듈의 배치 각의 예를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 급속가열 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 수소분리막에 대한 주사전자현미경 및 투과전자현미경 이미지를 도시한 것이다.
도 8은 종래의 스퍼터 장치를 이용하여 제조된 수소분리막에 대한 주사전자현미경 및 투과전자현미경 이미지를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 수소분리막의 주 상정구조, 치밀막구조 및 하이브리드 구조의 특징을 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스퍼터 장치를 이용한 수소분리막 제조방법의 단계를 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표면개질 단계에 대한 공정 예를 도시한 것이다.
1 is a schematic view showing a sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 shows a substrate holder rotation adjusting device and a height adjusting device of a sputtering apparatus according to the present invention.
3 is a view for explaining a structure of an exhaust control device according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining a target gun module device of a sputtering apparatus according to the present invention.
FIG. 5 shows an example of the arrangement angle of a plurality of target gun modules according to an embodiment of the present invention.
6 is a view for explaining a substrate rapid heating module according to an embodiment of the present invention.
7 is a scanning electron microscope and a transmission electron microscope image of a hydrogen separation membrane manufactured according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 shows a scanning electron microscope and a transmission electron microscope image of a hydrogen separation membrane manufactured using a conventional sputtering apparatus.
FIG. 9 is a graph showing the characteristics of the main structure, the dense membrane structure, and the hybrid structure of the hydrogen separation membrane manufactured according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 shows steps of a hydrogen separation membrane production method using a sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention.
11 illustrates a process example for a surface modification step according to an embodiment of the present invention.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, '포함하다.' 또는 '가지다.' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, the term "include" Or 'have.' , Etc. are intended to designate the presence of stated features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof, may be combined with one or more other features, steps, operations, components, It should be understood that they do not preclude the presence or addition of combinations thereof.

본 출원에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것이 아니다.In the present application, when a component is referred to as "comprising ", it means that it can include other components as well, without excluding other components unless specifically stated otherwise. Also, throughout the specification, the term "on" means to be located above or below the object portion, and does not necessarily mean that the object is located on the upper side with respect to the gravitational direction.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예들을 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and particular embodiments are illustrated in the drawings and will be described in detail in the detailed description. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

제1, 제2 등의 용어는 본 발명에서 다양한 구성요소들을 구별하기 위하여 사용되는 것으로써, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 숫자적으로 한정되지 않는다. The terms first, second, etc. are used to distinguish the various components in the present invention, and the components are not limited numerically by the terms.

이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스퍼터 장치 및 이를 이용한 수소 분리막 제조방법의 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of a sputtering apparatus and a hydrogen separation membrane using the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, The same reference numerals are assigned to the same elements and a duplicate description thereof will be omitted.

또한, 설명의 편의를 위하여 각 구성에 대한 방향은 도면에 도시된 방향을 기준으로 한다. 다만, 이러한 방향을 통한 설명은 구성요소의 위치 및 작동 상태에 대한 일례에 불과한 것으로서, 본 실시 예에 따른 스퍼터 장치 및 이를 이용한 수소 분리막 제조방법을 한정하는 것은 아니다.For the sake of convenience of explanation, the direction of each constitution is based on the direction shown in the figure. However, the description in this direction is only an example of the position and operation state of the component, and the sputter apparatus according to the present embodiment and the method for manufacturing the hydrogen separation membrane using the same are not limited.

수소에너지는 공해가 없는 청정에너지이며, 신 재생에너지의 한 분야이다. 수소에너지는 화석연료의 고갈에 따른 대체 에너지로 중요하며 지구 온난화 방지를 위한 환경친화적 에너지로서 적합하다. Hydrogen energy is pollution-free clean energy, and it is a field of renewable energy. Hydrogen energy is important as an alternative energy source for depletion of fossil fuels and is suitable for environmentally friendly energy to prevent global warming.

예를 들면, 연소되거나 전기로 변환될 때 발생된 물은 환경에 완전 무해하고 다시 사용될 수 있다.For example, water generated when it is burned or converted to electricity is totally harmless to the environment and can be used again.

수소 분리막을 이용한 수소 분리 및 정제 공정은 고순도 수소를 제조하기 위한 가장 유망한 기술로 평가되고 있다. Hydrogen separation and purification processes using hydrogen separation membranes have been evaluated as the most promising technologies for producing high purity hydrogen.

본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 수소 분리막은 반응과 분리의 동시 공정이 가능하여 공정을 컴팩트화 할 수 있고 열효율을 증가시킬 수 있으며, 생성물을 지속적으로 분리하여 반응속도를 향상시킨다. The hydrogen separation membrane manufactured according to an embodiment of the present invention can perform the simultaneous reaction and separation processes, thereby making the process compact, increasing the thermal efficiency, and continuously separating the products to improve the reaction rate.

비 다공성 팔라듐의 합금을 포함하는 수소 분리막은 혼합가스에서 높은 수소 선택성을 가지고 있으며 우수한 열적, 화학적 및 기계적인 성질들을 가지고 있다.Hydrogen separation membranes containing alloys of non-porous palladium have high hydrogen selectivity in mixed gases and have excellent thermal, chemical and mechanical properties.

이러한, 비 다공성 막은 수소 투과성이 낮아서 상용화가 곤란하다. Such a non-porous membrane is poor in hydrogen permeability and is difficult to be commercialized.

따라서 이에 대한 대안으로 다공성 지지체로 형성된 기판상에 스퍼터장치에 의하여 얇은 팔라듐 합금막을 코팅하는 복합화 방법이 연구되고 있다.Accordingly, a composite method of coating a thin palladium alloy film with a sputtering apparatus on a substrate formed of a porous support has been researched as an alternative.

스퍼터 장치는 챔버 내에서 증착용 금속이 포함된 타켓과 기판 사이에서 플라즈마를 발생시켜서 기판에 상기 증착용 금속을 증착시키는 스퍼터 장치에 있어서,The sputtering apparatus includes a sputtering apparatus for depositing the vapor deposition metal on a substrate by generating a plasma between a target including a vapor deposition metal and a substrate in a chamber,

그러나 종래의 스퍼터 장치를 이용한 수소 분리막 제조방법으로는 다공성 지지체 표면의 기공 상태나 표면 거칠기에 따라 그 상부에 코팅된 팔라듐 합금 막이 치밀하지 않게 생성될 수 있으며, 막 층 내의 기공 및 결함들이 빈번하게 존재되는 경향이 나타난다. 또한, 막층이 일부 두껍게 형성되어 수소 선택도 및 투과도 가 낮은 특성을 나타낸다. However, according to the conventional method of producing a hydrogen separation membrane using a sputtering apparatus, a palladium alloy film coated on the porous support surface can be generated in an insufficient manner according to the pore state or surface roughness of the porous support surface, and pores and defects . In addition, the film layer is formed to be thick to some extent and exhibits low hydrogen selectivity and low permeability.

종래 스퍼터 장치 및 공정에서의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에서는 파워 및 타겟건 모듈부, 기판홀더 회전 및 높이 이동조절부, 밀착형 배기부 및 온도, 압력들을 효율적으로 세밀하게 제어할 수 있는 제어부를 포함하는 스퍼터장치를 제공한다.In order to solve the problems in the conventional sputtering apparatus and process, in one embodiment of the present invention, the power and target gun module unit, substrate holder rotation and height movement control unit, coherent exhaust unit, and temperature and pressure are efficiently and finely controlled The sputtering apparatus comprising:

또한, 다공성 지지체 상에 균일한 치밀질의 초박막 팔라듐 합금 분리막을 제조하는 수소 분리막 제조방법이 제공된다.There is also provided a process for producing a hydrogen separation membrane that produces a uniform, dense ultra-thin palladium alloy separation membrane on a porous support.

본 발명의 일 실시 예에 따른 스퍼터 장비에 의한 수소 분리막 제조방법에 따르면, 고투과 선택도를 갖는 대면적 수소분리막이 제조될 수 있다.According to the method of manufacturing a hydrogen separation membrane by sputtering equipment according to an embodiment of the present invention, a large area hydrogen separation membrane having high permeability selectivity can be manufactured.

본 발명의 일 실시 예에 따른 스퍼터 장비에 의한 수소 분리막 제조방법에 따르면, 다공성 금속 지지체 상에 고기능성 스퍼터를 사용하여 팔라듐 나노 시드층을 형성한 후 연속적인 인-시투 방식의 스퍼터 공정으로 초박막 치밀 수소분리막이 제조될 수 있다.According to the method for producing a hydrogen separation membrane by sputtering equipment according to an embodiment of the present invention, a palladium nanoside layer is formed on a porous metal support using a high-performance sputter, and then a continuous in-situ sputtering process is performed, A hydrogen separation membrane can be produced.

팔라듐 합금 수소분리막의 미세구조는 수소분리막의 수소투과도와 수소선택도에 상당한 영향을 미치며, 높은 수소선택도 및 수소투과도 요건을 만족시키기 위해서는 매우 치밀하면서 또한 얇은 막이 요구된다.The microstructure of the palladium alloy hydrogen separation membrane has a considerable influence on the hydrogen permeability and hydrogen selectivity of the hydrogen separation membrane, and a very dense and thin membrane is required in order to satisfy the high hydrogen selectivity and hydrogen permeability requirements.

본 발명의 일 실시 예에 따른 스퍼터 장비에 의한 수소 분리막은 종래에 비하여 수소 선택도와 수소 투과도를 동시에 향상시킬 수 있다.The hydrogen separation membrane by the sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention can improve the hydrogen selectivity and the hydrogen permeability at the same time.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 스퍼터 장치의 구조 및 동작 원리 및 이를 이용한 수소 분리막 제조방법에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, the structure and operation principle of a sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention and the method for manufacturing a hydrogen separation membrane using the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스퍼터 장치를 개략적으로 나타내는 구조도이다.1 is a schematic view showing a sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스퍼터 장치의 배부 구조를 설명하기 위하여 챔버 측면의 벽을 제거한 단면도 형태의 내부 구조를 간략하게 도시한 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a sputter apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG.

도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 스퍼터 장치(1)는 챔버(10), 상기 챔버(10)의 상부면 측에 방사상으로 형성되며 다수의 타겟건 모듈(111, 112, 113)을 포함하는 타켓건 모듈 장치(100), 상기 챔버(10) 내부에 장착되는 기판홀더(30), 상기 기판홀더(30)의 하부에 장착되어 기판의 온도를 제어하는 기판 급속가열 모듈(40), 상기 챔버(10) 내부에 가스를 주입하기 위한 가스주입부(21), 상기 챔버(10)의 하부 측에 설치되며 상기 기판홀더(30)의 회전을 제어하는 기판홀더 회전 조절장치(90), 상기 기판홀더(30)의 상, 하 이동을 제어하는 기판홀더 높이 조절장치(50)를 포함한다.1, a sputtering apparatus 1 according to the present invention includes a chamber 10, a plurality of target gun modules 111, 112, and 113 radially formed on an upper surface side of the chamber 10, A substrate holder 30 mounted in the chamber 10, a substrate rapid heating module 40 mounted on a lower portion of the substrate holder 30 to control the temperature of the substrate, A gas injection unit 21 for injecting gas into the chamber 10, a substrate holder rotation control unit 90 installed at a lower side of the chamber 10 for controlling rotation of the substrate holder 30, And a substrate holder height adjusting device 50 for controlling the upward and downward movement of the substrate holder 30.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스퍼터 장치(1)는 상기 챔버의 배기를 효율적으로 제어하고 기판의 밀착배기를 제어하는 배기조절장치(60)를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the sputtering apparatus 1 according to an embodiment of the present invention includes an exhaust control device 60 for efficiently controlling the exhaust of the chamber and controlling the close exhaust of the substrate.

상기 배기조절장치(60)는 상기 챔버(10)의 측면 벽에 형성되며 제1 진공 펌프(71)의 배기량을 제어하는 주배기 밸브(61)와 연결되어 상기 챔버 내의 주배기 분위기를 유지시키는 제1주 배기구(61-1)와, 상기 제1주 배기구(61-1)의 하부에 장착되며 제2 진공 펌프(72)의 배기량을 제어하는 제2 배기밸브(63)에 연결되어 상기 챔버(10) 내의 초기 배기 기능을 수행하는 제2 보조 배기구(63-1)와, 상기 제2 진공 펌프(72)와 밀착 배기밸브(64)를 통하여 연결되며 상기 기판홀더(30)의 하부 측과 연결되어 상기 기판의 밀착배기를 수행하는 밀착배기관(68)을 포함한다.The exhaust control device 60 is connected to a main exhaust valve 61 which is formed on a side wall of the chamber 10 and controls the amount of exhaust of the first vacuum pump 71, A main exhaust port 61-1 and a second exhaust valve 63 connected to the lower portion of the first main exhaust port 61-1 and controlling the amount of exhaust of the second vacuum pump 72, A second auxiliary exhaust port 63-1 for performing an initial exhaust function in the substrate holder 30 and a second exhaust port 63-1 connected to the lower side of the substrate holder 30 via the second vacuum pump 72 and the close exhaust valve 64, And a close exhaust pipe (68) for performing close contact and exhaust of the substrate.

본 발명의 일 실시 예에서 상기 제1 진공 펌프(71)는 상기 제2 진공 펌프(72) 보다 용량이 크며 고진공 펌프로 이루어 진다.In an embodiment of the present invention, the first vacuum pump 71 has a larger capacity than the second vacuum pump 72 and is made of a high vacuum pump.

즉, 상기 제2 진공 펌프(72)는 상기 제1 진공 펌프(71)에 비하여 용량이 작고 저진공 펌프로 구성됨으로써, 초기 진공 분위기를 형성하는 데 상기 제1 진공 펌프(71)를 구동하는 것에 비하여 경제적이고 효율적으로 진공분위기를 형성할 수 있게 된다.That is, since the second vacuum pump 72 has a smaller capacity than the first vacuum pump 71 and is formed of a low vacuum pump, the first vacuum pump 71 is driven to form an initial vacuum atmosphere So that a vacuum atmosphere can be formed economically and efficiently.

또한, 제2 진공 펌프(72)는 본 발명의 특징인 기판홀더(30)에 밀착배기를 수행하여 국부진공을 형성하는 기능을 수행하게 된다.In addition, the second vacuum pump 72 performs a function of forming a local vacuum by performing close contact with the substrate holder 30, which is a feature of the present invention.

본 발명의 일 실시 예에 따른 스퍼터 장치(1)는 제어부를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 스퍼터 공정 프로세스에 따라 상기 각 구성부를 제어하여 안정적으로 기판에 목표된 증착막이 형성되도록 제어를 수행한다.The sputtering apparatus 1 according to an embodiment of the present invention further includes a control unit that controls each of the components in accordance with the sputtering process so as to stably form a desired deposited layer on the substrate.

상기 기판홀더(30)의 하부는 육면체의 기판홀더 하우징(33)이 형성되며 그 내부에는 기판 급속가열 모듈(40)이 장착되고 기판홀더(30)의 상부에 기판(31)이 배치된다.A substrate holder housing 33 having a hexahedron is formed at a lower portion of the substrate holder 30. A substrate rapid heating module 40 is mounted in the substrate holder housing 30 and a substrate 31 is disposed at an upper portion of the substrate holder 30.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 기판(31)은 다공성 지지체가 적용될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the substrate 31 may be a porous substrate.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 스퍼터 공정의 피처리물인 다공성 지지체인 기판(31)은 챔버(10)에 의해 외부와 격리되며, 스퍼터 공정이 수행되는 동안 챔버(10)는 저압의 밀폐공간을 제공한다. According to one embodiment of the present invention, the substrate 31, which is the porous support, which is the subject of the sputtering process, is isolated from the outside by the chamber 10, and the chamber 10, during the sputtering process, to provide.

여기서 챔버(10)에는 상기 기판(31)이 챔버(10) 내부로 유입 및 반출되기 위한 도어(미 도시됨)가 마련될 수 있다.Here, the chamber 10 may be provided with a door (not shown) for allowing the substrate 31 to flow in and out of the chamber 10.

도 2는 본 발명에 따른 스퍼터 장치(1)의 기판홀더의 회전 조절장치 및 높이 조절장치를 도시한 것이다.2 shows a rotation adjusting device and a height adjusting device of the substrate holder of the sputtering apparatus 1 according to the present invention.

도 2를 참조하면, 기판홀더(30)의 기판홀더 하우징(33)의 하부면은 상기 챔버(10)의 하부면을 관통하는 기판홀더 지지축관(47)과 연결된다.2, the lower surface of the substrate holder housing 33 of the substrate holder 30 is connected to a substrate holder support shaft tube 47 passing through the lower surface of the chamber 10. [

즉, 기판홀더 지지축관(47)은 그 내부가 밀착 배기관(68) 기능을 포함하게 된다.That is, the inside of the substrate holder support shaft tube 47 includes the function of the close exhaust pipe 68.

상기 기판홀더 지지축관(47)의 움직임에 따라 상기 기판홀더(30)가 회전 및 상하로 위치가 제어된다.The substrate holder 30 is rotated and vertically controlled according to the movement of the substrate holder support shaft tube 47.

상기 기판홀더 지지축관(47)은 상기 챔버(10)의 하부면을 관통하여 장착되며, 상기 기판홀더 지지축관(47)의 외주면에 기어 또는 벨트 풀리(95)가 장착되며, 이동 베이스판(55)에 장착된 기판홀더 회전제어모터(96)의 회전축 풀리와 기어 또는 벨트로서 연결된다.The substrate holder support shaft tube 47 is mounted through the lower surface of the chamber 10 and a gear or belt pulley 95 is mounted on the outer circumferential surface of the substrate holder support shaft tube 47. The movable base plate 55 And is connected to the rotary shaft pulley of the substrate holder rotation control motor 96 as a gear or belt.

따라서 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어부(미도시됨)는 회전제어신호를 상기 회전제어모터(96)에 전송하여 회전을 제어하여 상기 기판홀더 지지축관(47)을 회전시킴으로써, 상기 기판홀더(30)에 장착된 기판의 회전 및 회전 위치를 제어할 수 있다.Therefore, the control unit (not shown) according to the embodiment of the present invention transmits the rotation control signal to the rotation control motor 96 to control the rotation to rotate the substrate holder supporting shaft tube 47, 30 can be controlled.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 회전제어모터(96)는 정밀 회전 위치제어를 위하여 회전용 감속기가 부착된 서브모터가 적용될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the rotation control motor 96 may be a sub motor having a rotary speed reducer for precise rotational position control.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 기판홀더 지지축관(47)의 움직임에 따른 챔버(10) 내부의 진공 기밀을 유지하기 위하여 상기 기판홀더 지지축관(47)이 관통되는 상기 챔버의 하부면은 벨로우즈 튜브(91)로 연결되며, 벨로우즈 튜브(19)의 하부는 자기장에 의해 기판홀더 지지축관(47)의 회전 및 상하 움직임에 따른 기밀이 유지되는 마그네트형 피드스루 실(92: Manetic feed through Seal)이 장착된다.According to an embodiment of the present invention, the lower surface of the chamber through which the substrate holder support shaft tube 47 penetrates is held to maintain the vacuum hermeticity inside the chamber 10 due to the movement of the substrate holder support shaft tube 47 And a lower portion of the bellows tube 19 is connected to a bellows tube 91. The lower portion of the bellows tube 19 is connected to a magnetizable feed through seal 92 which keeps the airtightness due to the rotation and vertical movement of the substrate holder supporting shaft tube 47 by a magnetic field. ).

벨로우즈 튜브(91)는 기판홀더 지지축관(47)의 움직임에 따라 수축과 확장으로 기밀을 유지하면서 타겟과 기판홀더(30)의 정밀한 거리조절을 수행할 수 있도록 한다.The bellows tube 91 makes it possible to precisely control the distance between the target and the substrate holder 30 while maintaining airtightness by contraction and expansion as the substrate holder support shaft tube 47 moves.

또한, 상기 이동 베이스판(55)의 일측에는 스크루형 플랜지 베어링(52)이 장착되며, 상기 스크루형 플랜지 베어링(52)은 수직으로 형성된 리니어 스크루축(53)과 나사 결합하여 이동되며, 상기 스크루형 플랜지 베어링(52)은 상기 이동 베이스판의 하부에 장착되는 높이제어 모터(51)와 연결되어 상기 기판홀더 높이제어모터(51)의 회전에 의하여 회전을 하면서 상하로 이동된다.A screw type flange bearing 52 is mounted on one side of the moving base plate 55. The screw type flange bearing 52 is moved by screwing with a vertically formed linear screw shaft 53, Shaped flange bearing 52 is connected to a height control motor 51 mounted on the lower part of the moving base plate and is moved up and down while being rotated by the rotation of the substrate holder height control motor 51.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 높이제어 모터(96)는 정밀한 상, 하 위치제어를 위하여 펄스에 따라 회전이 제어되는 스태핑모터가 적용될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the height control motor 96 may be a stepping motor whose rotation is controlled according to pulses for precise upper and lower position control.

한편, 상기 이동 베이스판(55)은 중앙부에 설치된 슬라이딩 부싱(58)이 슬라이딩 고정축(57)과 슬라이딩 결합되도록 장착되어 상기 이동 베이스판(55) 전체가 상기 슬라이딩 고정축(57)을 따라 수평을 유지하며 안정적으로 상하 이동이 된다.The movable base plate 55 is mounted such that the sliding bushing 58 installed at the center thereof is slidably engaged with the sliding fixed shaft 57 so that the entire movable base plate 55 is horizontally And is moved up and down stably.

즉, 상기 슬라이딩 부싱(58)은 상기 이동 베이스판(55)의 일측이 상기 스크루축(53)에 의해 상하로 움직임 동작에 따라 상기 이동 베이스판(55) 전체가 수평을 유지하며 안정적으로 상하로 움직이는 역할을 수행한다.In other words, the sliding bushing 58 is configured such that one side of the movable base plate 55 is vertically moved in the up and down direction by the screw shaft 53, It plays a role of moving.

본 발명의 일 실시 예에 따른 제어부(미도시됨)는 높이제어신호를 상기 높이제어 모터(96)에 전송하여 회전방향 및 회전량을 제어하며, 상기 이동 베이스판(55)은 상기 슬라이딩 고정축(57)을 따라 상하 이동됨으로써, 상기 기판홀더(30)의 높이 위치를 조절하여 기판의 균일하면서 치밀한 증착층 제조를 위한 최적 TS(타켓건의 타켓 중심에서 기판의 표면까지의 거리)조절을 세밀하게 제어할 수 있다.A control unit (not shown) according to an embodiment of the present invention transmits a height control signal to the height control motor 96 to control the rotation direction and the rotation amount, (The distance from the center of the target of the target gun to the surface of the substrate) for the uniform and dense deposition layer of the substrate by adjusting the height position of the substrate holder 30 Can be controlled.

본 발명의 일 실시 예에 따른 도 1 내지 2에서 설명된 고 기능성을 가진 스퍼터 장치(1)는 상기와 같은 기판홀더(30)의 회전량 및 회전위치제어를 수행하는 회전조절장치 및 높이조절장치에 의해 최적의 공정조건을 위한 타겟과 기판의 정밀한 거리 조절이 가능하고, 또한 기판 급속가열 모듈(40) 및 밀착 배기장치와 더불어 스퍼터 공정의 진행시 스퍼터링된 타겟 입자들이 기판홀더에서 회전 이동하는 기판과 반응하게 되어 다공성 기판의 단차 피복률을 향상시킴으로써 기판상에 형성되는 박막의 균일성을 개선시킬 수 있게 된다.The sputtering apparatus 1 having the high functionality described in FIGS. 1 and 2 according to an embodiment of the present invention includes a rotation adjusting device and a height adjusting device for performing the rotation amount and rotation position control of the substrate holder 30, The substrate rapid heating module 40 and the coherent exhaust device are used together with a substrate on which the sputtered target particles are rotated in the substrate holder in the course of the sputtering process, So that the uniformity of the thin film formed on the substrate can be improved by improving the step coverage of the porous substrate.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배기조절장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining a structure of an exhaust control device according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배기조절장치(60)는 상기 챔버(10)의 측면 벽에 장착되며 챔버(10) 내부의 제1주 배기구(61-1)에 연결되어 주배기를 제어하는 주배기 밸브(61), 상기 챔버(10)의 측면 벽에 장착되되, 상기 제1주 배기구(61-1)의 하부에 장착되는 제2 진공 배기구(63-1)에 연결되어 상기 챔버(10) 내의 1차 배기 기능을 수행하는 제2 배기밸브(63), 상기 기판홀더(30)의 하부에 밀착배기관(68)으로 연결되며, 챔버(10)의 하부 외측으로 연결되어 기판 하부의 밀착배기 기능을 수행하는 밀착 배기밸브(64)를 포함하는 배기조절장치(60)를 포함한다.3, an exhaust control device 60 according to an embodiment of the present invention is mounted on a side wall of the chamber 10 and is connected to a first main exhaust port 61-1 inside the chamber 10 A main exhaust valve 61 for controlling main exhaust and a second exhaust port 63-1 mounted on a side wall of the chamber 10 and mounted on a lower portion of the first main exhaust 61-1 A second exhaust valve 63 that performs a primary evacuation function in the chamber 10 and is connected to the lower portion of the chamber 10 by a close exhaust pipe 68 at a lower portion of the substrate holder 30, And an exhaust control device 60 including a close exhaust valve 64 performing a close exhaust function of the lower portion of the substrate.

상기 고진공 배기구(61-1)는 제1 진공 펌프(71)와 주배기 밸브(61)에 의해 연결되며, 유체의 흐름을 고려하여 챔버(10) 내부에서 기판홀더(30)의 상부 면에 근접한 수평선상에 배치된다.The high vacuum exhaust port 61-1 is connected by a first vacuum pump 71 and a main exhaust valve 61 and is disposed inside the chamber 10 in close proximity to the upper surface of the substrate holder 30 And is placed on the horizontal line.

상기 제1주 배기구(61-1)와 상기 주배기 밸브(61) 사이에는 유동 컨덕턴스 조절용 스로틀밸브(65)가 더 포함된다.A throttle valve 65 for controlling the flow conductance is further included between the first main exhaust port 61-1 and the main exhaust valve 61. [

상기 제1 진공 펌프(71)는 상기 스로틀밸브(65)와 연결되는 주배기밸브(61) 및 제1 진공 펌프(71)의 내부의 배기를 위한 제1 자체 배기밸브(62)가 장착되며, 상기 제1 자체 배기밸브(62)는 제2 진공 펌프(72)와 연결된다.The first vacuum pump 71 is equipped with a main exhaust valve 61 connected to the throttle valve 65 and a first self exhaust valve 62 for exhausting the inside of the first vacuum pump 71, The first self-discharge valve (62) is connected to the second vacuum pump (72).

이와 같이 제1주 배기구(61-1)를 기판홀더(30)에 근접한 수평선상에 배치하여 공정 시 챔버(10) 내에서 국부적으로 발생할 수 있는 압력 구배를 최소화할 수 있다.Thus, the first main exhaust port 61-1 can be disposed on a horizontal line close to the substrate holder 30 to minimize the pressure gradient that may occur locally in the chamber 10 during the process.

제2 보조 배기구(63-1)는 상기 제2 진공 펌프(72)와 제2 배기밸브(63)에 의해 연결된다.The second auxiliary exhaust port 63-1 is connected by the second vacuum pump 72 and the second exhaust valve 63. [

또한, 상기 밀착 배기관(68)은 상기 제2 진공 펌프(72)와 밀착 배기밸브(64)에 의해 연결된다.The close exhaust pipe (68) is connected to the second vacuum pump (72) by a close exhaust valve (64).

상기 밀착배기관(68)은 상기 이동이 가능한 플렉시블관(66) 및 상기 기판홀더 지지축관(47)의 회전에 영향을 받지 않고 연결되도록 회전형 플랜지(7)가 장착되어 상기 기판홀더 지지축관(47)과 연결된다.The close exhaust pipe 68 is attached to the substrate holder supporting shaft tube 47 so that the rotatable flange 7 is connected to the flexible tube 66 and the substrate holder supporting shaft tube 47 without being affected by the rotation of the movable tube 66 ).

또한, 다공성 기판으로 이루어진 기판에서 다공성 지지체의 특성을 활용하여, 기판홀더(30)에 다수의 배기공을 형성하고 밀착배기관(68)과 연결된 기판홀더 지지축관(47)을 기판홀더(30)의 하우징 하부에 연결되도록 구성함으로써, 이러한 밀착형 배기관(68)에 의해 기판 근처에 플라즈마의 집속을 유도하여 다공성 기판에서의 균일한 증착이 이루어지도록 할 수 있다.A plurality of exhaust holes are formed in the substrate holder 30 and a substrate holder supporting shaft tube 47 connected to the close exhaust pipe 68 is mounted on the substrate holder 30 using the characteristics of the porous substrate in the substrate made of the porous substrate. And is connected to the lower portion of the housing, it is possible to induce plasma condensation in the vicinity of the substrate by such a close-coupled exhaust pipe (68) to achieve uniform deposition on the porous substrate.

즉, 밀칙배기관(68)은 상기 기판홀더 지지축관(47)을 통하여 연결됨으로써, 상기 기판홀더(30)의 상부에 배치된 기판에 대하여 수직 하방으로 밀착 배기를 수행할 수 있다.In other words, the constraint exhaust pipe 68 is connected through the substrate holder support shaft pipe 47, so that it is possible to perform close-contact exhaustion downwardly with respect to the substrate disposed above the substrate holder 30.

제어부가 본 발명의 일 실시 예에 따른 스퍼터 장치(1)의 초기 진공 분위기를 형성하도록 제어하는 과정은 다음과 같다.The process of controlling the control unit to form the initial vacuum atmosphere of the sputtering apparatus 1 according to an embodiment of the present invention is as follows.

먼저, 제2 진공 펌프(72)를 작동한 상태에서 제2 배기밸브(63)를 열어, 제1 진공 펌프를 작동할 수준의 제1 진공상태(5×10- 3torr)까지 챔버(10) 내부의 1차 진공배기를 수행한다. First, the second opening the second exhaust valve 63 in a state of operating the vacuum pump 72, a first vacuum pump, a first vacuum (5 × 10 - 3 torr) of the level to operate the chamber 10 to the Thereby performing the primary vacuum evacuation.

다음은, 챔버(10) 내의 모든 배기 밸브는 잠근 상태에서 제1 자체 배기밸브(62)를 열고 제2 진공펌프(72)를 일정시간 작동시켜 자체 진공배기 및 제1 진공 펌프(71) 내부에 진공 배기를 수행한다.Next, all of the exhaust valves in the chamber 10 are closed, and the first self-evacuating valve 62 is opened and the second vacuum pump 72 is operated for a predetermined time, so that the self-evacuation and the first vacuum pump 71 Vacuum exhaust is performed.

다음으로, 저진공 배기용으로 작동한 제2 배기밸브(63)를 닫고, 제1 진공 펌프(71) 와 연결된 주배기 밸브(61)를 열어 설정된 2차 진공도(5×10-6 torr)에 도달할 때까지 2차 고진공 배기를 수행한다. Next, the second exhaust valve 63 operated for the low vacuum exhaust is closed and the main exhaust valve 61 connected to the first vacuum pump 71 is opened to set the secondary vacuum degree (5 × 10 -6 torr) And the second high vacuum exhaust is performed until it reaches.

다음은 가스주입부(21)를 이용하여 일정량의 가스를 도입하고, 유동 컨덕턴스 조절용 스로틀밸브(65)를 제어하여 설정한 챔버 공정압력을 유지시킨다.Next, a certain amount of gas is introduced using the gas injection unit 21, and the flow conductance controlling throttle valve 65 is controlled to maintain the set chamber process pressure.

이후, 플라즈마 전원을 타겟건에 인가하고, 타겟건 모듈(111, 112, 113)을 작동시킴과 동시에 기판홀더(30) 하부와 연결된 밀착 배기관(68)의 밀착 배기밸브(68)를 개방하여 밀착 배기를 병행한다.Thereafter, a plasma power source is applied to the target gun, and the target gun modules 111, 112, and 113 are operated and the close exhaust valve 68 of the close exhaust pipe 68 connected to the lower portion of the substrate holder 30 is opened, Exhaust.

본 발명의 일 실시 예에 따른 도 1 내지 3에서 설명된 스퍼터 장치(1)에 의하면, 상기와 같은 배기조절장치(60)의 시스템 구성에 따라 다공성 지지체 표면상에 증착되는 증착막의 단차피복률 특성이 향상되어 균일한 수소분리막을 형성할 수 있으며, 제1, 2차 진공배기 공정에 따라 배기 공정 에너지 소비를 경제적으로 운용할 수 있다. According to the sputter apparatus 1 described in FIGS. 1 to 3 according to an embodiment of the present invention, the step coverage ratio characteristic of the deposited film deposited on the surface of the porous support, The uniform hydrogen separation membrane can be formed, and the exhaust process energy consumption can be economically operated according to the first and second vacuum exhaust processes.

도 4 는 본 발명에 따른 스퍼터 장치의 타겟건 모듈 장치(100)를 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining a target gun module apparatus 100 of a sputtering apparatus according to the present invention.

도 4를 참조하면, 타겟건 모듈 장치(100)는 다수의 타겟건 모듈(111, 112, 113)이 챔버(10)의 상부면 내부 측에 방사상으로 장착된다.Referring to FIG. 4, the target gun module device 100 is radially mounted on the inside of the upper surface of the chamber 10 by a plurality of target gun modules 111, 112, and 113.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다수의 타겟건 모듈(111, 112, 113)의 배치 각을 도시한 것이다.FIG. 5 illustrates an arrangement angle of a plurality of target gun modules 111, 112, and 113 according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시 에에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이, 타겟건 모듈 장치(100)는 3개의 타겟건 모듈(111, 112, 113)이 챔버(10)의 상부면에서 120° 간격을 가지며, 방사형 방향으로 기판홀더(30)와 일정한 대면각을 이루도록 배치된다. 5, the target gun module device 100 includes three target gun modules 111, 112, and 113 spaced 120 degrees from the top surface of the chamber 10 , And arranged to face the substrate holder 30 in a radial direction at a constant facing angle.

타겟 건 모듈(112)은 영구자석이 배열된 요크 어레이(Yoke Array, 115), 타겟이 부착된 후판(116), 냉각수가 공급되는 냉각수 공급부(118), 타켓의 표면에 방전 전력을 공급하는 전력 공급부(119)을 포함한다.The target gun module 112 includes a yoke array 115 in which permanent magnets are arranged, a thick plate 116 to which a target is attached, a cooling water supply portion 118 to which cooling water is supplied, electric power And a supply unit 119.

또한, 타겟건 모듈 장치(100)는 타켓에 부착될 이물질을 제거하고, 이종의 타겟 물질 간에 혼입을 방지하기 위하여 제어로드(102)에 의해 타켓건의 전방을 차단 및 개방시키는 타켓건 전방셔터(101)를 포함한다.The target gun module device 100 further includes a target gun front shutter 101 (not shown) for blocking and opening the front of the target gun by the control rod 102 to remove foreign substances to be adhered to the target, ).

본 발명의 일 실시 예에서는 타겟건 모듈 장치(100)에 3개의 타겟건 모듈(111, 112, 113)로 구성되나, 상기 타켓건 모듈은 필요에 따라 5개 또는 더 많은 개수로 설치될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the target gun module 100 may include three target gun modules 111, 112, and 113, but the target gun modules may be installed in five or more as needed .

상기 타겟건 모듈(112)은 타켓 표면에 제공되는 방전 전력에 의해 기판홀더 상의 기판과 플라즈마 방전을 유도하여 타겟 물질의 스퍼터링이 수행되어 기판에 타켓 물질을 증착시키게 된다.The target gun module 112 induces a plasma discharge with the substrate on the substrate holder by the discharge power provided on the target surface, thereby sputtering the target material to deposit the target material on the substrate.

상기 타겟 물질을 타겟건 모듈별로 서로 다른 이종의 물질로 장착될 수 있다.The target material may be mounted as a different material for each target gun module.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 타겟건 모듈 장치(100)의 타켓에 팔라듐을 장착하거나, 또는 제1 타겟건 모듈(111)의 제1타켓에 팔라듐을 장착하고, 제2 타겟건 모듈(112)의 제2 타겟에는 합금용 물질을 장착하여 치밀한 구조의 팔라듐 분리층 단일막 및 팔라듐 합금용 금속 적층막을 인-시투 방식으로 연속적 또는 동시에 성막(Co-sputtering)할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, palladium may be mounted on the target of the target gun module device 100, or palladium may be mounted on the first target of the first target gun module 111, 112 can be continuously or simultaneously co-sputtered in an in-situ manner by attaching a material for alloying to the palladium separation layer single layer and the metal lamination layer for a palladium alloy having a dense structure.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 급속가열 모듈을 설명하기 위한 도면이다.6 is a view for explaining a substrate rapid heating module according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 기판 급속가열 모듈(40)은 급속 가열을 극대화하기 위한 구조로 형성된다.According to one embodiment of the present invention, the substrate rapid heating module 40 is formed in a structure for maximizing rapid heating.

기판 급속가열 모듈(40)은 기판홀더(30) 하부의 기판홀더 하우징(33) 내에 설치된다.The substrate rapid heating module 40 is installed in the substrate holder housing 33 under the substrate holder 30.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 기판 급속가열 모듈(40)은 열원을 발생시키는 점 형태로 다수 배열된 할로겐램프(41), 금(Au) 도금되어 다수의 할로겐램프 각각의 하부에 장착되는 반원형의 반사판(42), 기판홀더의 하부 온도 및 기판온도 하우징 내의 온도를 센싱하는 온도센서(46-1), 램프하우징(43)을 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the substrate rapid heating module 40 includes a plurality of halogen lamps 41 arranged in a dot pattern for generating a heat source, a semicircular A temperature sensor 46-1 that senses the temperature of the substrate holder in the lower portion of the substrate holder and the temperature in the substrate temperature housing, and a lamp housing 43. [

또한, 기판홀더 지지축관(47)의 내부에 전선관을 더 포함하며, 상기 전선관을 이용하여 할로겐램프(41)와 연결되는 할로겐램프 전원공급 리드선(45) 및 온도센서(46-1)와 연결되어 상기 램프하우징(43) 내의 온도를 센싱하는 온도센싱 제어선(46)을 포함한다.The substrate holder support shaft 47 further includes a conduit and is connected to a halogen lamp power supply lead 45 and a temperature sensor 46-1 connected to the halogen lamp 41 using the conduit And a temperature sensing control line 46 for sensing the temperature in the lamp housing 43.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 기판 급속가열 모듈(40)에는 기판 가열용으로 다른 열원에 비하여 고속온도조절이 가능하고, 비접촉 가열들이 가능한 할로겐램프(41)를 채택한다.According to an embodiment of the present invention, the substrate rapid heating module 40 employs a halogen lamp 41 capable of rapid temperature control and non-contact heating as compared with other heat sources for heating a substrate.

또한, 기판 급속가열 모듈(40)에는 방사율이 높은 800~1200nm 파장 대역의 할로겐램프(41)를 점 형태로 다수 치밀하게 배열하여 신속하고 균일한 가열이 이루어지도록 구성된다. In addition, the substrate rapid heating module 40 is configured to rapidly and uniformly heat the halogen lamps 41 having a high emissivity in a wavelength band of 800 to 1200 nm by densely arranging them in a dot pattern.

또한, 할로겐램프(41) 및 반사판(42)의 특성에 따라 초점거리(f=20mm)와 집광초점 위치까지의 거리를 감안하여 주변장치를 배치하여, 주변장치로의 열전달을 최소화하였고 집광에너지가 가장 높은 위치에 기판홀더를 위치시켜 가열효율의 극대화를 특징으로 한다. Further, peripheral devices are disposed in consideration of the focal distance (f = 20 mm) and the distance to the condensing focus position according to the characteristics of the halogen lamp 41 and the reflection plate 42 to minimize heat transfer to peripheral devices, The substrate holder is positioned at the highest position to maximize heating efficiency.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 할로겐램프 반사판(42)의 바닥면은 금(Au)도금을 하고, 반원형의 구조로 전반사를 유도할 수 있다.Also, according to an embodiment of the present invention, the bottom surface of the halogen lamp reflector 42 may be plated with gold (Au) to induce total reflection in a semi-circular structure.

또한, 특히 공정 초기 나노 핵 생성에 중요 인자인 온도를 낮추기 위해 기판홀더 하우징(33) 또는 램프하우징(43) 본체에 냉각 통로를 형성하여 냉매를 순환시켜 기판을 냉각할 수 있도록 하는 구성이 더 포함될 수 있다.Further, in order to lower the temperature, which is an important factor in the early stage of nano-nucleation in the process, a cooling passage is formed in the substrate holder housing 33 or the lamp housing 43 to cool the substrate by circulating the coolant .

또한, 기판홀더(30)는 스퍼터 증착 동안에 발생할 수 있는 도금면의 2차 오염 방지 및 할로겐 광원의 광 투과성 유지를 위해서는 석영유리 또는 파이렉스 유리가 채택된다.In addition, the substrate holder 30 is made of quartz glass or pyrex glass for preventing secondary contamination of the plating surface that may occur during sputter deposition and for maintaining the light transmittance of the halogen light source.

상기 기판홀더(30)는 다공성 기판이 위치한 다수의 밀착 배기공(39)을 제외하고는 기판홀더 하우징(33)과 기밀을 유지하도록 형성된다.The substrate holder 30 is formed so as to be hermetic with the substrate holder housing 33 except for a plurality of closely-coupled exhaust holes 39 in which the porous substrate is located.

본 발명의 일 실시 예에 따른 도 1 내지 6에서 설명된 고 기능성을 가진 스퍼터 장치(1)에 의하면, 챔버(10) 내의 고진공 상태에서 상기 기판 급속가열 모듈(40)의 기판의 급속 가열에 의해 팔라듐 나노 입자 핵들의 수평성장이 생성되며 균일한 팔라듐 나노 시드층이 형성될 수 있다.According to the sputter apparatus 1 having high functionality described in Figs. 1 to 6 according to an embodiment of the present invention, by the rapid heating of the substrate of the substrate rapid heating module 40 in a high vacuum state in the chamber 10 The horizontal growth of the palladium nanoparticle nuclei is generated and a uniform palladium nanoside layer can be formed.

다음은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스퍼터 장치를 이용한 수소분리막 제조방법에 대하여 설명한다.Next, a method of manufacturing a hydrogen separation membrane using the sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.

일반적으로 스퍼터 공정의 기본은 진공상태에서의 플라즈마 발생 및 타겟의 스퍼터링 현상들이다. In general, sputtering processes are basically plasma generation in a vacuum state and sputtering phenomena of a target.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 우선적으로 스퍼터 증착 이전에 중요한 플라즈마 발생을 관찰하기 위해 플라즈마 조건에 대한 예비 시험을 다음과 같이 진행하였다. TS(Target to Substrate) 거리를 50mm로 일정하게 유지하며, 아르곤 가스 유량 변화에 따른 플라즈마 형성 및 진공도를 측정하였다. In accordance with one embodiment of the present invention, a preliminary test for plasma conditions was conducted as follows to primarily observe significant plasma generation prior to sputter deposition. The TS (Target to Substrate) distance was kept constant at 50 mm, and the plasma formation and the degree of vacuum were measured according to the argon gas flow rate change.

표 1은 아르곤 가스 유량 변화에 따른 플라즈마 형성 및 진공도 측정결과를 나타낸 것이다.Table 1 shows the plasma formation and the degree of vacuum measurement according to the argon gas flow rate change.

타겟target : 팔라듐 : Palladium 변수variable 방전 유무Presence or absence of discharge T-S 거리 : 50mmT-S distance: 50mm 압력(Torr)Pressure (Torr) ArAr (( sccmsccm )) 1One 6.0x106.0x10 -1-One 500500 22 2.5x102.5x10 -1-One 420420 33 9.0x109.0x10 -2-2 260260 44 6.0x106.0x10 -2-2 215215 55 3.0x103.0x10 -2-2 170170 66 2.0x102.0x10 -2-2 2020 77 9.5x109.5x10 -3-3 2020 88 7.5x107.5x10 -3-3 2020 99 5.5x105.5x10 -3-3 2020 1010 3.5x103.5x10 -3-3 2020 1111 1.5x101.5x10 -3-3 2020 1212 8.5x108.5x10 -3-3 2020 1313 7.0x107.0x10 -4-4 2020 1414 5.0x105.0x10 -4-4 2020 1515 4.9x104.9x10 -4-4 1919 1616 4.5x104.5x10 -4-4 1818 1717 4.2x104.2x10 -4-4 1717 1212 3.7x103.7x10 -4-4 1515 1313 3.3x103.3x10 -4-4 1414 1414 2.9x102.9x10 -4-4 1313 1515 2.3x102.3x10 -4-4 1212 1616 1.8x101.8x10 -4-4 1111 ××

표 1을 참조하면, 아르곤 가스의 유량을 500sccm(cm3/min.)에서 20sccm으로 변화함에 따라서 챔버 내의 진공도는 6.0×10-1 torr에서 2.0×10-2 torr로 낮아진다. 진공도 1.0×10-3 torr에서는 플라즈마가 형성되지 않지만, 아르곤 유량 20sccm 및 진공도 2.0×10-2 torr에서 형성된 플라즈마는 5.0×10-4 torr까지 진공도를 낮추어도 플라즈마가 유지된다. Referring to Table 1, as the flow rate of argon gas is changed from 500 sccm (cm 3 / min) to 20 sccm, the degree of vacuum in the chamber is reduced from 6.0 × 10 -1 torr to 2.0 × 10 -2 torr. The vacuum degree 1.0 × 10 -3 torr, but plasma is not formed, the argon flow rate in the plasma formed 20sccm, and a degree of vacuum 2.0 × 10 -2 torr is maintained the plasma even by lowering the degree of vacuum to 5.0 × 10 -4 torr.

이후 아르곤 유량을 20sccm 이하로 낮추면 진공도가 더욱 낮아지며, 아르곤 유량 12sccm에서 2.3×10- 4torr의 고진공에서 플라즈마가 유지된다. After lowering the argon flow rate to less than 20sccm degree of vacuum it is lowered and further, 2.3 × 10 in an argon flow rate of 12sccm - plasma is maintained at a high vacuum of 4 torr.

아르곤 유량 11sccm에서 1.8×10- 4torr의 고진공이 형성되지만 플라즈마는 발생되지 않는 것으로 나타난다.1.8 × 10 in an argon flow rate of 11sccm - 4 torr in a vacuum to form a plasma, but does not appear to occur.

따라서 본 발명의 일 실시 예에 따른 스퍼터 장치(1)의 밀착형 배기 장치와 기판홀더 상·하 이동조절 장치 장치에 의해 2.0×10-4 torr의 고진공 하에서도 플라즈마 유지가 가능한 것으로 나타난다. Therefore, it is shown that the plasma can be maintained even under a high vacuum of 2.0 x 10 -4 torr by the close-coupled exhaust apparatus of the sputter apparatus 1 according to the embodiment of the present invention and the substrate holder up and down movement regulating apparatus.

본 발명의 일 실시 예에 따른 스퍼터 장치(1)는 2.0×10-4 torr의 고진공 조건에서 타겟에서 방출된 입자들의 평균자유행정이 증가됨으로써 다공성 기판상에서 균일하면서도 미세한 나노입자의 핵을 형성시킬 수 있다.The sputter apparatus 1 according to an embodiment of the present invention can increase the mean free path of the particles emitted from the target under a high vacuum of 2.0 × 10 -4 torr to form uniform and fine nanoparticle nuclei on the porous substrate have.

본 발명의 일 실시 예에 따른 스퍼터 장치(1)를 이용하여 초박막 수소분리막을 제조하는 방법은 팔라듐 미세 균일 핵 생성이 극대화되어 팔라듐 나노 시드층이 형성되는 단계와 나노 시드층 상부에 연속적으로 팔라듐이 균일하고 치밀하게 증착되는 치밀화 층 형성 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method of manufacturing an ultra thin film hydrogen separation membrane using the sputter apparatus 1 according to an embodiment of the present invention includes steps of forming a palladium nanoside layer by maximizing palladium fine uniform nucleation and forming palladium on the nanoside layer continuously And a densified layer forming step of uniformly and densely depositing the layer.

본 발명의 일 실시 예에 따라 팔라듐 나노 시드층을 형성하기 위한 고기능성 스퍼터의 공정 조건은 다음과 같다. The process conditions of the high-performance sputter for forming the palladium nanoside layer according to an embodiment of the present invention are as follows.

스퍼터 타겟과 기판 사이의 거리는 50(±5%)mm 이내로 하며, 직류전원은 160 ~ 200W의 직류전원, 아르곤 가스 공급량은 15sccm ~ 20sccm으로 조절된다. 또한, 1.0(±5%)×10-2 torr 챔버 압력에서 플라즈마를 작동한 후 1.0(±5%)×10- 3torr 정도로 챔버 압력을 낮게 유지하면서 7.0(±5%)×10-4 torr의 공정 압력으로 밀착형 배기 장치를 작동시킨다. The distance between the sputter target and the substrate is set to 50 (± 5%) mm or less. The direct current power is controlled to 160 to 200 W, and the argon gas supply amount is controlled to 15 to 20 sccm. In addition, 1.0 (± 5%) × 10 -2 torr and then operate the plasma at a chamber pressure 1.0 (± 5%) × 10 - 3 torr so while maintaining a low chamber pressure of 7.0 (± 5%) × 10 -4 torr The exhausting device is operated by the process pressure of.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상온(Room Temperature)으로 설정된 조건하에서 팔라듐 스퍼터 증착하는 공정을 통해, 다공성 금속 지지체의 상부에 수에서 수십 나노 크기의 팔라듐 입자 핵 생성을 유도한다.According to one embodiment of the present invention, palladium sputter deposition under conditions set at room temperature induces nucleation of palladium particles in the number of tens to nano-size on the top of the porous metal support.

또한, 연속적으로 주 챔버의 진공도를 설정한 상태에서 기판 하부에 국부적 고진공을 부가적으로 유지하면서 할로겐램프 기판 급속가열 모듈(40)을 이용하여 기판을 급속 가열하면 이미 균일하게 핵 생성된 수십 나노 크기의 팔라듐 입자들이 수평성장에 의해 균일하면서 표면의 단차피복률이 우수한 팔라듐 나노 시드층이 형성될 수 있다. Further, when the substrate is rapidly heated by using the halogen lamp substrate rapid heating module 40 while keeping the local high vacuum at the bottom of the substrate while continuously setting the degree of vacuum of the main chamber, the uniformly nucleated tens of nano- Of palladium particles are uniformly formed by horizontal growth, and a palladium nanoside layer having an excellent step coverage can be formed.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 할로겐램프를 포함하는 기판 급속가열 모듈을 이용하여 기판을 급속 가열하면 기판이 순간적으로 300 ~ 400℃ 정도로 가열되어 균일하게 형성된 팔라듐 핵 입자들의 수평성장이 발생되면서 팔라듐 나노 시드층이 형성된다.According to an embodiment of the present invention, when a substrate is rapidly heated using a substrate rapid heating module including a halogen lamp, the substrate is instantaneously heated to about 300 to 400 ° C., and horizontal growth of uniformly formed palladium nuclei occurs, A nano seed layer is formed.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 급속 가열된 기판과 고파워 및 고진공에 의해 타겟에서 방출된 팔라듐 입자들의 평균자유행정이 증가할 뿐만 아니라 급속 가열과 고속으로 기판 충돌 효과에 의한 온도 상승으로 팔라듐 ad atom 들의 표면 확산, 팔라듐 입자 수평성장 현상이 발생할 뿐만 아니라 나노 입자의 반응성 증진으로 팔라듐 클러스터의 수평성장들이 발생된다. According to one embodiment of the present invention, the mean free path of the palladium particles emitted from the target by rapid heating and high power and high vacuum is increased, and the palladium ad surface diffusion of atoms, horizontal growth of palladium particles, as well as horizontal growth of palladium clusters due to increased reactivity of nanoparticles.

또한, 연속적으로 극 미세입자 증착 및 성장을 반복하면서 수십 나노급의 치밀한 팔라듐 박막의 나노 시드층이 형성 된다. In addition, a nano seed layer of a dense palladium thin film of several tens of nanometers is formed continuously by repeating very fine particle deposition and growth.

또한, 다공성 니켈 지지체 표면상에 치밀한 팔라듐 박막의 나노 시드층이 형성되면 팔라듐 나노 시드층 위에는 동종 기판 효과에 의해 연속적으로 치밀한 팔라듐 박막의 증착이 용이해진다. In addition, when a dense palladium nanoside layer is formed on the surface of the porous nickel substrate, deposition of a dense palladium thin film on the palladium nanoside layer is facilitated by the same substrate effect.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 다공성 니켈 지지체 표면에 팔라듐 나노 시드층이 형성되면 연속적으로 80(±5%)mm의 TS 거리, 상온의 기판온도, 1.0(±5%)×10-3 torr의 공정압력, 120W의 직류전원 및 20(±5%)sccm의 아르곤 유량들의 스퍼터 공정 조건으로 도 6(a)와 같은 치밀한 팔라듐 박막이 형성된다.According to an embodiment of the present invention, when a palladium nanoside layer is formed on the surface of a porous nickel support, a TS distance of 80 (± 5%) mm, a substrate temperature of room temperature, 1.0 (± 5%) × 10 -3 torr , A dense palladium thin film as shown in FIG. 6 (a) is formed under the sputtering conditions of a process pressure of 120 W, a direct current power of 120 W and an argon flow rate of 20 (± 5%) sccm.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 수소분리막에 대한 주사전자현미경 및 투과전자현미경 이미지를 도시한 것이다.7 is a scanning electron microscope and a transmission electron microscope image of a hydrogen separation membrane manufactured according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 치밀하고 균일하게 형성된 수소분리막의 구조를 알 수 있다.Referring to FIG. 7, the structure of the dense and uniformly formed hydrogen separation membrane can be seen.

도 8은 종래의 스퍼터 장치를 이용하여 제조된 수소분리막에 대한 주사 전자현미경 및 투과전자현미경 이미지를 도시한 것이다.FIG. 8 shows a scanning electron microscope and a transmission electron microscope image of a hydrogen separation membrane manufactured using a conventional sputtering apparatus.

본 발명의 일 실시 예에 따른 고기능성을 가진 스퍼터 장치(1)는 종래의 스퍼터 장치에 비하여 밀착 배기를 포함하는 배기조절장치(60), 기판 급속가열 모듈(40) 및 높이와 회전을 미세하게 조절하는 기판홀더 회전 및 높이조절장치 구성에 대한 고 기능성을 가진 구성이 개선된 것을 특징으로 한다.The sputtering apparatus 1 having high functionality according to an embodiment of the present invention has an exhaust control device 60 including a close exhaust, a substrate rapid heating module 40, And a high-functionality configuration for the substrate holder rotation and height adjustment arrangement to be adjusted.

종래 스퍼터 장치를 사용하여 동일 조건인 80mm의 TS 거리, 상온의 기판온도, 1.0×10-2 torr의 공정압력, 80W의 직류전원 및 30sccm의 아르곤 유량들의 공정 조건으로 다공성 니켈 지지체 표면상에 증착을 한 결과, 도 8과 같이 조대한 주상정 형태의 팔라듐 층으로 성장한 형태를 얻을 수 있었다. Using conventional sputtering equipment, deposition was carried out on the surface of a porous nickel support with process conditions of the same conditions: a TS distance of 80 mm, a substrate temperature of room temperature, a process pressure of 1.0 × 10 -2 torr, a direct current power of 80 W and an argon flow rate of 30 sccm As a result, as shown in FIG. 8, it was possible to obtain a form grown as a rough columnar-shaped palladium layer.

상기와 같이 성장한 팔라듐 분리층은 주상정 골짜기에 의해 형성된 거대 기공들과 표면거칠음 때문에 치밀한 표면 미세 구조를 나타내지 못하여 표면에 다수의 기공들이 존재하는 것으로 나타난다. 이로 인해 수소분리막의 선택도가 본 발명의 일 실시 예 따른 도2에 비하여 낮아지게 된다. The palladium separation layer grown as described above does not exhibit dense surface microstructure due to macropores formed by the columnar valley and surface roughness, and thus a large number of pores are present on the surface. As a result, the selectivity of the hydrogen separation membrane is lower than that of the hydrogen separation membrane according to the embodiment of the present invention.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 수소분리막의 주 상정구조, 치밀막구조 및 하이브리드 구조의 특징을 도시한 것이다.FIG. 9 is a graph showing the characteristics of the main structure, the dense membrane structure, and the hybrid structure of the hydrogen separation membrane manufactured according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시 예에 따른 스퍼터 장치(10)는 도 1 내지 6에서 상술한 특징적인 구성요소들에 의해 기판온도, 공정압력, 직류전원, TS 거리의 공정변수들을 미세하면서 정확하게 조절함으로써, 도 9에서 나타나 바와 같이 주상정 구조, 치밀막 구조 및 하이브리드(치밀막 구조와 주상적 구조의 복합막) 구조의 분리막들을 제품의 용도에 따라 맞춤형으로 제조가 가능하게 된다. The sputtering apparatus 10 according to an embodiment of the present invention can finely and precisely adjust the process parameters of the substrate temperature, the process pressure, the DC power source, and the TS distance by the characteristic elements described in Figs. 1 to 6, 9, separation membranes of columnar structure, dense membrane structure, and hybrid membrane (composite membrane of dense membrane structure and columnar structure) can be customized according to the use of the product.

따라서 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 1 내지 6에서 설명된 고 기능성을 가진 스퍼터 장치(1) 및 이를 이용한 제조방법으로 제조된 수소분리막을 적용하면, 고수소선택성의 정제용, 고수소투과성의 분리용 및 고투과, 선택성을 겸비한 범용성의 수소제조가 용이하여 수소의 응용성을 극대화할 수 있다.Therefore, by applying the hydrogen separation membrane manufactured by the sputtering apparatus 1 having the high functionality described in FIGS. 1 to 6 according to an embodiment of the present invention and the manufacturing method using the same, it is possible to provide a high hydrogen permeability, It is easy to manufacture hydrogen for separation, high permeability and selectivity, so that the applicability of hydrogen can be maximized.

본 발명의 일 실시 예에 따른 고 기능성을 가진 스퍼터 장치(1)에 의하여 제조되는 수소분리막은 수소의 선택적 분리기능이 우수한 팔라듐 합금막으로 제조되며, 수소투과도와 선택도의 기능성이 동시에 향상될 수 있도록 얇고 치밀한 미세구조를 갖는다.The hydrogen separation membrane manufactured by the sputtering apparatus 1 having high functionality according to an embodiment of the present invention is made of a palladium alloy film excellent in selective separation function of hydrogen and the hydrogen permeability and selectivity can be improved simultaneously So that it has a thin and dense microstructure.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스퍼터 장치를 이용한 수소분리막 제조방법의 단계를 도시한 것이다.FIG. 10 shows steps of a hydrogen separation membrane production method using a sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 먼저 기판으로 사용되는 다공성 니켈 지지체 준비단계(210)가 수행된다.Referring to FIG. 10, a porous nickel support preparation step 210 is first performed as a substrate.

본 발명의 일 실시 예에 따른 팔라듐 또는 팔라듐 합금 수소분리막의 다공성 금속 지지체는 직경 1인치 또는 2인치 크기의 디스크 형태인 다공성 니켈 지지체가 채택된다. The porous metal support of the palladium or palladium alloy hydrogen separation membrane according to an embodiment of the present invention employs a porous nickel support in the form of a disc having a diameter of 1 inch or 2 inches.

다공성 니켈 지지체 상에 수 마이크론 두께의 매우 얇은 수소 분리층을 증착하기 위해서는 상기 준비된 다공성 금속 지지체에 표면개질 단계(220)가 수행된다.In order to deposit a very thin hydrogen separation layer of a few microns thick on the porous nickel support, a surface modification step 220 is performed on the prepared porous metal support.

도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표면개질 단계에 대한 공정 예를 도시한 것이다.11 illustrates a process example for a surface modification step according to an embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, 다공성 금속 지지체의 표면개질 단계에서는 먼저 1차적으로 표면 연마단계(221)가 수행된다.Referring to FIG. 11, in the surface modification step of the porous metal support, a surface polishing step 221 is first performed.

불균일한 표면 조도와 평탄도 및 거대 기공들의 크기를 제어하기 위해서 1차적으로 표면 연마단계(221)를 실시하여 다공성 니켈 지지체 표면의 거대 기공들의 크기와 불균일한 표면 조도 및 평탄도를 매끄럽게 유지시킨다.In order to control the uneven surface roughness and flatness and the size of the macropores, the surface polishing step 221 is first performed to smoothly maintain the size and uneven surface roughness and flatness of the macropores on the surface of the porous nickel support.

상기 표면연마 단계(221)는 다공성 니켈 지지체를 일정한 압력조절과 균일한 회전이 가능한 자동연마기의 기판홀더에 고정시킨 후 지지체의 연마부분과 연마패드가 항상 평행하고 일정한 연마가 이루어지도록 하였으며 연마 시 발생하는 편마모의 영향을 최소화한다.The surface polishing step 221 is performed such that the porous nickel support is fixed to the substrate holder of the automatic polishing machine capable of uniformly controlling the pressure and uniform rotation, and then the polishing part of the support and the polishing pad are always parallel and uniformly polished. Thereby minimizing the influence of the irregular wear.

표면연마 단계(221)에서 발생하는 편마모는 상대적으로 큰 입자의 연마를 발생시켜 지지체 표면에 흠을 발생시키거나 표면의 균일도를 낮게 만드는 원인으로 작용하게 된다. 이러한 편마모는 치밀하고 균일한 수소분리층의 형성을 방해하거나 수소분리층의 두께가 얇은 분리막 제조 시 표면의 기공들을 발생시키는 원인이 될 수 있다. The irregular waviness generated in the surface polishing step 221 causes polishing of relatively large particles, which causes scratches on the surface of the support or lowers the uniformity of the surface. Such irregularities may cause formation of dense and uniform hydrogen separation layers, or surface pores in the production of thin separation membranes of hydrogen separation layers.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 연마지는 SiC Paper #400~#4,000을 이용하였고 압력, RPM, 연마 시간 등의 공정변수들을 조절하여 연마를 실시하고 다공성 니켈 지지체의 표면의 이물질들을 제거하고 표면 기공 크기, 조도 및 평탄도를 설정치에 도달하도록 수행된다.According to an embodiment of the present invention, the abrasive paper is made of SiC Paper # 400 to # 4,000, and polishing is performed by adjusting process parameters such as pressure, RPM, and polishing time to remove foreign substances from the surface of the porous nickel substrate, The size, roughness and flatness are performed to reach the set point.

표면연마 단계(221) 이후에는 2차적으로 진공 매립 단계(222)가 수행된다.After the surface polishing step 221, a vacuum embedding step 222 is performed secondarily.

본 발명의 일 실시 예에 따른 진공 매립 단계(222)에서는, 상기 연마된 다공성 니켈 지지체 표면에 연마된 표면과 기공의 단차를 감소시키기 위해 기공들에 선택적으로 YSZ 5㎛, submicron, 100㎚ 입도의 세라믹 분말을 DI water(DeIonize water)에 희석하여 제조한 슬러리를 연마된 지지체 표면에 도포하여 매립을 수행한다.In a vacuum embedding step 222 according to an embodiment of the present invention, pores are selectively formed on the surface of the polished porous nickel substrate to reduce the stepped surface of the pores with YSZ 5 mu m, submicron, The slurry prepared by diluting the ceramic powder with DI water (DeIonize water) is applied to the surface of the polished support to perform embedding.

상기 진공매립 단계(222)는 연마 후 잔존하는 표면의 거대 기공들에 선택적으로 세라믹 분말을 균일하게 매립하기 위해 진공펌프를 연결한 모듈에 다공성 니켈 지지체를 장착하였으며, 이후 상기 YSZ 파우더를 이용하여 입도 별로 제조한 슬러리를 큰 입도 순으로 수차례 표면에 도포한 후 진공펌프로 흡입하여 균일한 매립을 실시함으로써 연마된 표면과 기공의 단차를 Ra=0.05㎛으로 최소화한다.In the vacuum embedding step 222, a porous nickel support is mounted on a module connected to a vacuum pump to selectively uniformly fill ceramic pores in the macropores of the surface remaining after polishing, and then, using the YSZ powder, The slurry prepared separately is applied to the surface several times in order of large particle size, and then sucked into a vacuum pump and uniformly buried, thereby minimizing the step difference between the polished surface and the pores to Ra = 0.05 μm.

또한, 상기 진공 매립 단계(222)를 수행함으로써, 매립된 파우더가 압력 흐름에 의해 기공들 내에 순차적으로 매립되므로 종래의 파우더 매립 방식보다 간편하고 재현성이 우수한 효과를 가진다.Further, since the buried powder is buried in the pores sequentially by the pressure flow by performing the vacuum embedding step (222), it is easier and more reproducible than the conventional powder embedding method.

진공매립 단계 이후에는 세정 단계(223) 및 건조 단계(224)가 수행된다.After the vacuum embedding step, a cleaning step 223 and a drying step 224 are performed.

세정 단계(223)에서는, 상기 진공 매립 단계에 의해 생길 수 있는 불순물 및 이물질들을 세정하기 위해 폴리비닐알코올액을 브러시를 이용하여 세정한다.In the cleaning step 223, the polyvinyl alcohol solution is cleaned with a brush to clean impurities and foreign substances that may be generated by the vacuum embedding step.

세정 단계(223) 후에는 70(±5%)℃의 온도에서 진공 건조기를 이용하여 2(±5%)시간 동안 건조 시키는 건조단계(224)가 수행된다.After the cleaning step 223, a drying step 224 is carried out using a vacuum dryer at a temperature of 70 (± 5%) ° C for 2 (± 5%) hours.

건조단계(224) 이후에는 플라즈마 표면처리 단계(225)가 수행된다.After the drying step 224, a plasma surface treatment step 225 is performed.

플라즈마 표면처리 단계(225)는, 다공성 니켈 지지체 표면에 불순물 제거 및 표면 활성화를 위해 수행된다.The plasma surface treatment step 225 is performed for impurity removal and surface activation on the porous nickel support surface.

본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 표면처리 단계(225) 에서는 질소 퍼지를 실시한 후, 1.0(±5%)×10- 3torr의 초기 압력과 1.0(±5%)×10- 1torr의 공정압력에서 40(±5%)sccm의 수소가스를 흘려주며, 상온에서 약 13.56(±5%)MHz의 방전 교류 전원 주파수, 약 100W의 교류 전원에서 20(±5%)분 동안 상기의 다공성 니켈 지지체의 표면을 플라즈마로 표면을 처리한다.One implementation step the plasma surface treatment according to an embodiment of the present invention 225. In After being subjected to nitrogen purging, 1.0 (± 5%) × 10 - 3 torr initial pressure and 1.0 (± 5%) × 10 in-process 1 torr (± 5%) sccm of hydrogen gas at a pressure of about 13.56 (± 5%) MHz at room temperature and 20 (± 5%) minutes of AC power source of about 100 W at room temperature, The surface of the support is treated with a plasma.

다공성 금속지체의 표면개질 단계(220) 이후에는 상기 다공성 금속지체 상에 팔라듐 입자 핵형성 단계가 수행된다.After the surface modification step (220) of the porous metal support, a palladium particle nucleation step is performed on the porous metal support.

본 발명의 일 실시 예에 따른 수소분리막 제조방법은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고 기능성을 가진 스퍼터 장치(1)를 이용하여 상기 표면처리된 다공성 지지체의 상부에 팔라듐과 합금 금속으로 사용될 금, 은, 구리, 니켈 중 어느 하나 이상이 선택되는 금속을 합금 금속으로 이용하여 연속적으로 다중 코팅하여 팔라듐 합금 수소 분리층을 제조하는 방법이 포함된다.The method for producing a hydrogen separation membrane according to an embodiment of the present invention is a method for manufacturing a hydrogen separation membrane according to an embodiment of the present invention, which uses a sputtering apparatus 1 having high functionality according to an embodiment of the present invention, Silver, copper, and nickel is used as an alloy metal to continuously produce a palladium alloy hydrogen separation layer.

본 발명의 일 실시 예에 따른 팔라듐 합금 수소 분리층 제조는 먼저 팔라듐 입자 핵 생성 단계(230)와 팔라듐 나노 시드층을 형성하는 단계(240)가 수행되고 이후 나노 시드층 상부에 팔라듐 합금으로 연속적으로 치밀층을 형성하는 팔라듐 합금 치밀층 형성단계(250)을 포함한다.The palladium alloy hydrogen separation layer according to an exemplary embodiment of the present invention may be prepared by first performing a nucleation step 230 of a palladium particle and a step 240 of forming a palladium nanoside layer and then continuously forming a palladium alloy on the nanoside layer And a dense layer forming step 250 of palladium alloy forming a dense layer.

먼저, 팔라듐 입자 핵 생성 단계(230)에서는 본 발명의 일 실시 예에 다른 고 기능성의 스퍼터장치(1)의 제어부는 기판홀더 높이 조절장치(50)를 제어하여 TS(Target to Substrate) 거리를 30 ~50mm 범위 내에서 고정하고 기판홀더(30)에 표면개질된 다공성 지지체를 배치한다. First, in the palladium nucleation step 230, the control unit of the high-performance sputtering apparatus 1 according to an embodiment of the present invention controls the substrate holder height adjusting unit 50 to adjust the TS (Target to Substrate) distance to 30 And the surface-modified porous substrate is placed on the substrate holder 30. The substrate holder 30 is provided with a porous support.

먼저, 제1 진공펌프를 구동하여 챔버(10) 내에 설정된 공정 압력을 형성하며, 제2 진공펌프(72)를 구동하고 밀착 배기밸브(64)를 개방하여 다공성 지지체에 밀착배기를 수행하여 국부 진공을 형성하고, 타겟건 모듈 장치(100)를 작동시켜서 팔라듐의 스퍼터링을 수행한다.First, the first vacuum pump is driven to form the process pressure set in the chamber 10, the second vacuum pump 72 is driven, and the close exhaust valve 64 is opened to perform close exhaust to the porous support, And the target gun module device 100 is operated to perform sputtering of palladium.

팔라듐 입자 핵 생성 단계(230)에서의 공정조건은 160~ 200W의 직류전력, 15 ~ 20sccm의 아르곤 가스, 1.0(±5%)×10-2 torr 챔버 압력에서 플라즈마를 작동한 후 1.0(±5%)×10-3torr 정도로 챔버 압력을 유지하면서, 밀착배기압력은 3.0×10-4 ~ 8.0×10-4 torr 범위 중의 일정 공정압력을 유지하며, 상온(Room Temperature)의 기판 온도로 설정된 조건하에 20~ 40초 동안 표면 개질된 다공성 지지체 상부에 직경 20 ~ 50nm 크기의 팔라듐 입자 핵을 생성한다.The process conditions in the palladium nucleation step 230 were as follows: a plasma was operated at a DC power of 160 to 200 W, an argon gas of 15 to 20 sccm, a 1.0 (± 5%) × 10 -2 torr chamber pressure, %) × 10 -3 torr, while maintaining a constant process pressure in the range of 3.0 × 10 -4 to 8.0 × 10 -4 torr at the close contact exhaust pressure and under a condition set at a substrate temperature of room temperature To produce 20 to 50 nm diameter palladium particle nuclei on top of the surface-modified porous support for 20 to 40 seconds.

팔라듐 입자 핵 생성 단계(230)에서 바람직한 공정 조건은 20(±5%)sccm의 아르곤 가스, 1.0(±5%)×10-2 torr 챔버 압력에서 플라즈마를 작동한 후 1.0(±5%)×10-3torr 정도로 챔버 압력을 유지하면서 밀착배기압력은 7.0(±5%)×10-4 torr로 설정하고, 상온(Room Temperature)의 기판 온도로 설정된 조건하에 30(±5%)초 동안에서 수행되는 것을 적용할 수 있다.The preferred process conditions in the palladium nucleation step 230 are 1.0 (± 5%) sccm of argon gas, 1.0 (± 5%) × 10 -2 torr chamber pressure and 1.0 The chamber pressure is maintained at 10-3 torr while the tight exhaust pressure is set to 7.0 (± 5%) × 10 -4 torr and the chamber temperature is set to 30 (± 5%) seconds under the condition set at the room temperature Can be applied.

즉, 제1 진공펌프에 의한 일정 압력의 챔버 진공도를 유지한 상태에서 다공성의 지지체가 놓여진 기판 하부에 제2 진공펌프에 의한 밀착배기를 작동시켜서 국부 진공(7.0(±5%)×10-4 torr)을 유지하여 다공성 지지체 표면에 팔라듐 입자가 집속되게 하는 것을 특징으로 한다.That is, in a state in which the chamber vacuum degree of the constant pressure by the first vacuum pump is maintained, the close vacuum by the second vacuum pump is operated on the lower part of the substrate on which the porous support is placed so that the local vacuum (7.0 (± 5%) × 10 -4 torr to keep the palladium particles concentrated on the surface of the porous support.

이에 따라 본 발명의 일 실시 예에서는 상기의 진공도 조건에서 종래의 스퍼터장치(1)를 활용한 일반적인 스퍼터 공정압력보다 타겟에서 스퍼터된 입자들의 평균 자유행정이 증가됨으로써 균일하면서도 미세한 나노 입자의 핵을 형성시킬 수 있는 효과를 가진다. Accordingly, in one embodiment of the present invention, the mean free path of the sputtered particles in the target is higher than the general sputtering process pressure using the conventional sputtering apparatus 1 under the above vacuum condition, thereby uniformly forming fine nuclei of nanoparticles .

팔라듐 입자 핵 생성 단계(230)에 이어서 팔라듐 나노 시드층을 형성하는 단계(240)가 수행된다.Following the palladium nucleation step 230, a step 240 of forming a palladium nanoside layer is performed.

팔라듐 나노 시드층을 형성하는 단계(240)에서는 팔라듐 입자 핵 생성 단계(230)의 동일한 공정조건에 이어서 기판 급속가열 모듈(40)을 동작시키는 공정이 더 포함된다.The step 240 of forming a palladium nanoside layer further includes the step of operating the substrate rapid heating module 40 following the same process conditions of the palladium particle nucleation step 230.

본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 급속가열 모듈(40)에서 800 ~ 1200nm 파장 대역 에너지를 가지며, 초점거리(f=20mm)의 할로겐램프를 사용하며, 상기 팔라듐 입자의 핵이 생성된 다공성 니켈 지지체 온도를 200 ~ 400℃ 범위에서 일정 온도로 가열시켜서 200 ~ 300 nm의 팔라듐 나노 시드층이 형성된다.In the substrate rapid heating module 40 according to an exemplary embodiment of the present invention, a halogen lamp having a wavelength band energy of 800 to 1200 nm and a focal length (f = 20 mm) is used, and the core of the palladium particles, The palladium nanoside layer having a thickness of 200 to 300 nm is formed by heating at a temperature ranging from 200 to 400 ° C to a constant temperature.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 집광초점 위치까지의 거리를 고려한 주변장치를 설계하여 집광에너지가 가장 높은 위치에 다공성 니켈 지지체를 위치시킨다.According to an embodiment of the present invention, a peripheral device considering the distance to the condensing focus position is designed, and the porous nickel support is positioned at the position where the condensing energy is highest.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 팔라듐 나노 입자의 핵이 형성되면 기판홀더(30) 하단에 설치된 기판 급속가열 모듈(40)을 동작시켜서 다공성 니켈 지지체가 놓여진 기판을 급속 가열하여 다공성 지지체 상에 생성된 팔라듐 나노 핵입자들이 수평 성장을 생성하게 되며, 이에 따라 표면의 단차피복률이 우수한 팔라듐 나노 시드층이 형성된다. According to an embodiment of the present invention, when nuclei of palladium nanoparticles are formed, the substrate rapid heating module 40 installed at the lower end of the substrate holder 30 is operated to quickly heat the substrate on which the porous nickel substrate is placed, The palladium nanocrystals are formed in a horizontal growth direction, thereby forming a palladium nanoside layer having excellent step coverage of the surface.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 표면개질 후에도 남아있는 다공성 니켈 지지체의 미세한 기공 및 단차들과 타겟건 모듈의 타겟에서 스퍼터된 입자들의 직진성에 의해 단차피복률이 저하될 수 있는데, 기판 급속가열 모듈(40)을 통해 팔라?? 나노 핵 입자들의 수평 성장에 의한 조밀한 나노시드층을 형성함으로써 단차피복률 특성이 향상될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, step coverage can be reduced due to the fine pores and steps of the remaining porous nickel support and the linearity of the sputtered particles in the target of the target gun module even after surface modification, (40)? The step coverage characteristic can be improved by forming a dense nano seed layer by horizontal growth of nanocrystal particles.

팔라듐 나노 시드층을 형성하는 단계(240)에 이어서 팔라듐 합금 치밀층 형성단계(250)가 수행된다.A step 240 of forming a palladium nanoside layer followed by a step 250 of forming a palladium alloy dense layer is performed.

팔라듐 합금 치밀층 형성단계(250)의 공정 조건은 TS 거리를 50mm ~ 100mm 범위 내에서 일정 거리로 설정하고, 챔버(10) 내의 공정압력을 1.0×10-3 ~1.0×10-2 torr, 범위 중 일정 압력을 유지한 상태에서 제2 진공펌프(72)를 구동하고 밀착 배기밸브(64)를 개방하여 팔라듐 나노 시드층이 형성된 다공성 니켈 지지체에 밀착배기(3.0×10-4 ~ 8.0×10-4 torr 범위 중의 일정 공정압력)를 수행하여 국부 진공을 형성하고, 타겟건 모듈 장치(100)를 작동시켜서 팔라듐 합금의 스퍼터링을 수행한다.The process conditions of the palladium alloy dense layer forming step 250 are set such that the TS distance is set within a range of 50 mm to 100 mm and the process pressure in the chamber 10 is set to 1.0 × 10 -3 to 1.0 × 10 -2 torr, while maintaining a constant pressure of the second driving the vacuum pump 72 and close to opening the exhaust valve 64, the exhaust in close contact with the porous nickel support, the palladium nano-oxide layer is formed (3.0 × 10 -4 ~ 8.0 × 10 - A constant process pressure in the range of 4 torr) to form a local vacuum, and the target gun module device 100 is operated to perform sputtering of the palladium alloy.

이때, 타겟건 모듈 장치(100)의 직류전력은 100 ~ 120W, 아르곤 가스 유량은 20sccm ~ 30sccm 범위 중 일정량, 기판홀더의 온도는 상온으로 설정된 조건하에 팔라듐 나노 시드층 상부에 팔라듐과 금, 은, 구리, 니켈 등의 합금 금속 중에서 선택되는 하나 이상의 합금용 금속층들이 증착된다.At this time, palladium and gold, silver, and silver are deposited on the palladium nano-seed layer under the conditions that the DC power of the target gun module 100 is 100 to 120 W, the argon gas flow rate is 20 sccm to 30 sccm and the temperature of the substrate holder is room temperature. At least one metal layer for alloying selected from alloy metals such as copper, nickel and the like is deposited.

본 발명의 바람직한 실시 예에서는, 팔라듐 나노 시드층을 형성하는 단계(240)에 이어서 팔라듐 합금 치밀층 형성단계(250)에서 TS(Target to Substrate)거리 80(±5%)mm, 120(±5%)W의 타겟건 모듈 장치(100)의 직류전력, 챔버 압력 1.0(±5%)×10-3 torr 정도의 공정압력, 기판 온도는 상온(Room Temperature), 약 20sccm의 아르곤가스로 설정된 공정 조건하에 밀착배기를 수행하고 15(±5%)분 간 스퍼터링 공정을 진행하여 총 6(±5%)㎛ 두께의 매우 얇고 치밀한 수소 분리막을 제조할 수 있었다.In a preferred embodiment of the present invention, following step 240 of forming a palladium nanoside layer, a target to substrate distance 80 (± 5%) mm, 120 (± 5%) mm in the palladium alloy dense layer formation step 250, %) W of the target gun module device 100, a process pressure of about 1.0 (± 5%) × 10 -3 torr of chamber pressure, and a substrate temperature of room temperature of about 20 sccm (5%) ㎛ thin film and dense hydrogen separation membranes were fabricated by the sputtering process under the condition of 15 (± 5%) minute.

본 발명의 일 실시 예에 따른 팔라듐 합금 분리층은 도 1 내지 6에서 상술한 본 장치의 상기 구성요소들에 의한 스퍼터 공정변수들의 정확한 미세조절에 의해 조밀질 구조, 다공질 구조 또는 하이브리드(치밀질+다공질)의 복합 구조들 중 선택되는 하나의 구조로 제조된다.The palladium alloy separation layer according to one embodiment of the present invention can be formed by precise fine adjustment of the sputtering process parameters by the above-described components of the apparatus described in Figures 1 to 6 to provide a compact structure, a porous structure or a hybrid (dense quality + Porous). ≪ / RTI >

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기의 표면개질된 다공성 니켈 지지체 상부에 나노 시드층이 형성되면 후속의 나노 시드층 제조 공정 조건보다 상대적으로 완화된 스퍼터 공정인 치밀막 스퍼터 공정 조건에서도 동종 기판 효과에 의해 연속적으로 치밀한 팔라듐 박막의 증착이 용이해 질 수 있다.According to one embodiment of the present invention, when the nano-seed layer is formed on the surface-modified porous nickel substrate, even if the nano-seed layer is relatively sputtered, The deposition of a continuous dense palladium thin film can be facilitated.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 팔라듐 나노 시드층 위에 치밀막 스퍼터 제조 공정을 실시하여 총 6㎛ 두께의 팔라듐과 금, 은, 구리, 니켈 등의 선택되는 하나의 합금 금속을 이용하여 연속적으로 다중 코팅층이 형성된다.According to an embodiment of the present invention, a dense-film sputtering process is performed on the palladium nanoside layer, and a total of 6 탆 thick palladium and one alloy metal selected from gold, silver, copper, Multiple coatings are formed.

상기와 같은 나노 시드층 제조 공정 및 치밀막 제조 공정은 초기 나노 시드층의 동종 기판 효과에 의해 상대적으로 완화된 치밀막 스퍼터 제조 공정에 의해서도 치밀한 박막 성장을 유도함으로써 치밀질의 수소분리층 형성이 가능하고 단차피복률 특성이 우수하여 수소 분리층 표면에 기공이 없는 치밀질의 분리층이 형성될 수 있다.The nano seed layer manufacturing process and the dense membrane manufacturing process can produce a dense hydrogen separation layer by inducing dense thin film growth even by a dense film sputtering process relatively relaxed by the effect of the same kind of substrate of the initial nano seed layer The step coverage characteristic is excellent and a dense separation layer having no pores on the surface of the hydrogen separation layer can be formed.

팔라듐 합금 치밀층 형성단계(250) 후에는 열처리 단계(260)가 수행된다.After the palladium alloy dense layer formation step 250, a heat treatment step 260 is performed.

상기 수소분리막의 스퍼터 코팅 공정들이 완료된 후, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 급속가열 모듈(40)을 작동시켜서 챔버(10) 내에서 인-시투로 챔버 내 압력 5.0(±5%)×10-6 torr의 고진공 분위기에서 팔라듐 합금 치밀층 형성단계(250)에서 형성된 수소분리막의 표면 조밀화를 위해 500 ~ 700℃의 온도에서 5 ~ 20분 동안 열처리 공정을 실시한다.After the sputter coating processes of the hydrogen separation membrane are completed, the substrate rapid heating module 40 according to an embodiment of the present invention is operated to set the pressure in the chamber 10 in the chamber 10 to 5.0 (± 5%) × 10 In order to densify the surface of the hydrogen separation membrane formed in the dense layer formation step 250 of the palladium alloy in a high vacuum of -6 torr, a heat treatment process is performed at a temperature of 500 to 700 ° C for 5 to 20 minutes.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 열처리 단계(260)를 거치면서 표면 조밀화 및 증착층과 다공성 지지체 간 계면 접착력이 향상된다.According to one embodiment of the present invention, the surface densification and the interfacial adhesion between the deposition layer and the porous support are improved through the heat treatment step (260).

1; 스퍼터 장치
10: 챔버
21: 가스주입부
30: 기판홀더
33: 기판홀더 하우징
39: 배기공
40: 급속가열 모듈
41: 할로겐램프
42: 반사판
43: 램프 하우징
46-1; 온도센서
47: 기판홀더 지지축관
50: 기판홀더 높이조절장치
60: 배기조절장치
61: 주배기 밸브
61-1 제1 주 배기구
62: 제1 자체 배기밸브
63-1: 제2 보조 배기구
63: 제2 배기밸브
64: 밀착 배기밸브
65: 스로틀밸브
68: 밀착배기관
71: 제1 진공 펌프
72: 제2 진공 펌프
100: 타켓건 모듈 장치
101: 타켓건 전방셔터
102: 제어로드
111, 112, 113: 타겟건 모듈
One; Sputtering device
10: chamber
21:
30: substrate holder
33: substrate holder housing
39: Exhaust ball
40: Rapid heating module
41: Halogen lamp
42: reflector
43: Lamp housing
46-1; temperature Senser
47: substrate holder support shaft tube
50: substrate holder height adjustment device
60: Exhaust control device
61: Main exhaust valve
61-1 1st main exhaust port
62: first self-discharge valve
63-1: Second auxiliary exhaust
63: Second exhaust valve
64: close exhaust valve
65: Throttle valve
68: close exhaust pipe
71: first vacuum pump
72: Second vacuum pump
100: Targeted modular unit
101: Target gun forward shutter
102: Control Load
111, 112, 113: target gun module

Claims (15)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 챔버 내에서 증착용 금속이 포함된 타켓과 기판 사이에서 플라즈마를 발생시켜서 기판에 상기 증착용 금속을 증착시키는 스퍼터 장치를 이용한 수소분리막 제조방법에 있어서,
상기 스퍼터장치는,
상기 챔버의 상부면 측에 방사상으로 형성되며 다수의 타겟건 모듈을 포함하는 타켓건 모듈 장치;
상기 챔버의 내부에 형성된 기판홀더;
상기 기판홀더의 하부에 장착되어 상기 기판의 온도를 제어하는 기판 급속가열 모듈;
상기 챔버의 하부 측에 설치되며 상기 기판홀더의 회전을 제어하는 기판홀더 회전 조절장치;
상기 기판홀더의 상, 하 이동을 제어하는 기판홀더 높이 조절장치;
상기 챔버의 측면 벽에 형성되며, 제1 진공 펌프의 배기량을 제어하는 주배기 밸브와 연결되어 상기 챔버 내의 주배기 분위기를 유지시키는 제1 주 배기구;
상기 제1 주 배기구의 하부에 장착되며, 제2 진공 펌프의 배기량을 제어하는 제2 배기밸브에 연결되어 상기 챔버 내의 초기 배기 기능을 수행하는 제2 보조 배기구;
상기 제2 진공 펌프와 밀착 배기밸브를 통하여 연결되며 상기 기판홀더의 하부 측과 연결되어 상기 기판의 밀착배기를 수행하는 밀착배기관; 및
상기 스퍼터 장치의 각 구성부를 제어하여 스퍼터링 공정제어를 수행하는 제어부; 를 포함하되,
상기 기판 급속가열 모듈은,
열원을 발생시키는 점 형태로 다수 배열된 800 ~ 1200nm 파장 대역의 할로겐램프;
금 도금되어 다수의 할로겐램프의 각각의 하부에 장착되는 반원형의 반사판; 및
상기 기판홀더의 하부의 온도를 센싱하는 온도센서; 를 포함하며,
상기 기판홀더는 상기 반사판의 집광초점위치에 배치되는 것을 특징으로 하며,
상기 수소분리막 제조방법은,
상기 기판으로 사용되는 다공성 니켈 지지체 준비단계;
상기 다공성 니켈 지지체의 표면을 처리하는 표면개질 단계;
상기 다공성 니켈 지지체에 팔라듐 나노 입자의 핵을 생성시키는 팔라듐 핵 생성 단계;
상기 기판 급속가열 모듈을 이용하여 상기 다공성 니켈 지지체에 팔라듐 나노 시드층을 형성하는 단계; 및
상기 팔라듐 나노 시드층 상부에 팔라듐과 금, 은, 구리, 니켈의 합금 금속 중에서 선택되는 하나 이상의 합금용 금속층들이 증착되는 팔라듐 합금 치밀층 형성 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소분리막 제조방법.
A method for manufacturing a hydrogen separation membrane using a sputtering apparatus for generating a plasma between a target containing a metal for vapor deposition in a chamber and a substrate to deposit the metal on the substrate,
The sputtering apparatus includes:
A target gun module device radially formed on an upper surface side of the chamber and including a plurality of target gun modules;
A substrate holder formed inside the chamber;
A substrate rapid heating module mounted on a lower portion of the substrate holder to control a temperature of the substrate;
A substrate holder rotation adjusting device installed on a lower side of the chamber and controlling rotation of the substrate holder;
A substrate holder height adjusting device for controlling the upward and downward movement of the substrate holder;
A first main exhaust port formed in a side wall of the chamber and connected to a main exhaust valve for controlling the exhaust amount of the first vacuum pump to maintain the main exhaust atmosphere in the chamber;
A second auxiliary exhaust port attached to a lower portion of the first main exhaust port and connected to a second exhaust valve for controlling the exhaust amount of the second vacuum pump to perform an initial exhaust function in the chamber;
A close exhaust pipe connected to the second vacuum pump through a close exhaust valve and connected to a lower side of the substrate holder to perform close exhaust of the substrate; And
A control unit controlling each component of the sputtering apparatus to perform a sputtering process control; , ≪ / RTI &
The substrate rapid heating module includes:
A halogen lamp having a wavelength band of 800 to 1200 nm arranged in a plurality of dots generating a heat source;
A semicircular reflector plated with gold and mounted on a lower portion of each of the plurality of halogen lamps; And
A temperature sensor for sensing the temperature of the lower portion of the substrate holder; / RTI >
Wherein the substrate holder is disposed at a converging focus position of the reflection plate,
In the hydrogen separation membrane production method,
Preparing a porous nickel substrate for use as the substrate;
A surface modification step of treating the surface of the porous nickel support;
A palladium nucleation step of forming nuclei of the palladium nanoparticles on the porous nickel support;
Forming a palladium nanoside layer on the porous nickel support using the substrate rapid heating module; And
Forming a palladium alloy dense layer on which at least one metal layer for alloying selected from among palladium, gold, silver, copper and nickel alloys is deposited on the palladium nano-seed layer; Wherein the hydrogen permeable membrane is a membrane membrane.
제11항에 있어서,
상기 표면개질 단계는,
상기 다공성 니켈 지지체의 표면의 거대 기공들의 크기와 불균일한 표면 조도 및 평탄도를 매끄럽게 연마시키는 표면연마 단계;
상기 연마된 다공성 니켈 지지체의 연마된 표면과 기공의 단차를 감소시키기 위해 기공들에 YSZ 5㎛ 분말 또는 100㎚ 입도의 세라믹 분말을 물에 희석하여 제조한 슬러리를 연마된 지지체 표면에 도포하여 매립을 수행하는 진공 매립 단계;
상기 진공 매립 단계 이후에 매립이 수행된 다공성 니켈 지지체를 브러시를 이용하여 폴리비닐알코올로 세정하는 단계;
상기 세정된 다공성 니켈 지지체를 70(±5%)℃의 온도에서 진공 건조기를 이용하여 2(±5%)시간 동안 건조 시키는 건조단계; 및
질소 퍼지를 실시한 후, 1.0(±5%)×10-3torr의 초기 압력과 1.0(±5%)×10-1torr의 공정압력에서 40(±5%)sccm의 수소가스를 흘려주며, 상온에서 13.56(±5%)MHz의 방전 교류 전원 주파수, 100(±5%)W의 교류 전원에서 20(±5%)분 동안 상기 다공성 니켈 지지체를 플라즈마로 표면을 처리하는 플라즈마 표면처리 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소분리막 제조방법.
12. The method of claim 11,
In the surface modification step,
A surface polishing step of smoothly polishing the size and uneven surface roughness and flatness of the macropores on the surface of the porous nickel support;
To reduce the step difference between the polished surface and the polished surface of the polished porous nickel substrate, a slurry prepared by diluting YSZ 5 탆 powder or 100 nm particle size ceramic powder in water was applied to the surface of the polished support, A vacuum embedding step performed;
Cleaning the buried porous nickel support with polyvinyl alcohol using a brush after the vacuum embedding step;
Drying the cleaned porous nickel support at a temperature of 70 (賊 5%) 캜 for 2 (賊 5%) hours using a vacuum drier; And
After being subjected to nitrogen purging, 1.0 (± 5%) × 10 -3 torr initial pressure and 1.0 (± 5%) gives flowing a hydrogen gas of 40 (± 5%) sccm at process pressures of × 10 -1 torr, A plasma surface treatment step of treating the porous nickel substrate with a plasma for 20 (± 5%) minutes at a discharge AC power source frequency of 13.56 (± 5%) MHz at room temperature and an AC power source of 100 (± 5%) W; Wherein the hydrogen permeable membrane is a membrane membrane.
제11항에 있어서,
상기 팔라듐 핵 생성 단계는,
상기 제1 진공펌프를 구동하여 상기 챔버 내에 설정된 공정 압력을 형성하며, 상기 제2 진공펌프를 구동하고 상기 밀착 배기밸브를 개방하며 상기 다공성 니켈 지지체에 밀착배기를 수행하여 국부 진공을 형성하고, 상기 타겟건 모듈 장치를 작동시켜서 팔라듐의 스퍼터링을 수행하되,
상기 타켓과 상기 다공성 니켈 지지체의 거리를 30 ~ 50mm 범위 내에서 고정하고, 160 ~ 200W의 직류전력, 15 ~ 20 sccm의 아르곤 가스, 1.0(±5%)×10-2 torr 챔버 압력에서 플라즈마를 작동한 후 1.0(±5%)×10- 3torr 의 챔버 압력을 유지하면서, 상기 밀착배기의 밀착배기압력은 3.0×10-4 ~ 8.0×10-4 torr 범위 중의 일정 공정압력을 유지하며, 상온의 기판 온도로 설정된 공정조건하에 20 ~ 40초 동안 상기 다공성 니켈 지지체 상부에 직경 20 ~ 50nm 크기의 팔라듐 입자 핵을 생성하는 것을 특징으로 하는 수소분리막 제조방법.
12. The method of claim 11,
The palladium nucleation step comprises:
Driving the first vacuum pump to form a set process pressure in the chamber, driving the second vacuum pump, opening the close exhaust valve and venting the porous nickel support to form a local vacuum, The target gun module device is operated to perform sputtering of palladium,
The distance between the target and the porous nickel substrate was fixed within a range of 30 to 50 mm and a plasma was generated at a DC power of 160 to 200 W, an argon gas of 15 to 20 sccm, and a chamber pressure of 1.0 (± 5%) × 10 -2 torr after operating 1.0 (± 5%) × 10 - while maintaining a chamber pressure of 3 torr, close the exhaust pressure of the exhaust in close contact maintains a constant process pressure of 3.0 × 10 -4 ~ 8.0 × 10 -4 torr range, Wherein the palladium particle nuclei having a diameter of 20 to 50 nm are formed on the porous nickel support for 20 to 40 seconds under a process condition set at a substrate temperature of room temperature.
제13항에 있어서,
상기 팔라듐 나노 시드층을 형성하는 단계는,
상기 팔라듐 입자 핵 생성 단계와 동일한 공정조건에 이어서 상기 기판 급속가열 모듈을 동작시켜서 상기 다공성 니켈 지지체의 온도를 200 ~ 400℃ 범위에서 일정 온도로 가열시키는 급속가열 공정이 더 포함하여 상기 팔라듐 나노 시드층을 형성하는 것을 특징으로 하는 수소분리막 제조방법.
14. The method of claim 13,
The step of forming the palladium nanoside layer comprises:
Further comprising a rapid heating step of operating the substrate rapid heating module following the same process conditions as the nucleation of the palladium particles to heat the temperature of the porous nickel support to a constant temperature in the range of 200 to 400 ° C., Is formed on the surface of the substrate (1).
제11항에 있어서,
상기 팔라듐 합금 치밀층 형성단계에서는,
상기 타켓과 상기 다공성 니켈 지지체의 거리를 50mm ~ 100mm 범위 내에서 고정하고, 상기 챔버 내의 압력을 1.0×10-3 ~ 1.0×10-2 torr, 범위 중 일정 압력을 유지한 상태에서 상기 밀착배기 압력을 3.0×10-4 ~ 8.0×10-4 torr 범위 중의 일정 공정압력으로 국부 진공을 형성하고, 상기 타겟건 모듈 장치를 작동시켜서 팔라듐 합금의 스퍼터링을 수행하되,
상기 타겟건 모듈 장치의 직류전력은 100 ~ 120W, 아르곤 가스 유량은 20 ~ 30 sccm 범위 중 일정량, 상기 기판홀더의 온도는 상온으로 설정된 조건하에 치밀층이 형성되는 것을 특징으로 하는 수소분리막 제조방법.
12. The method of claim 11,
In the palladium alloy dense layer forming step,
Wherein a distance between the target and the porous nickel support is fixed within a range of 50 mm to 100 mm and the pressure in the chamber is maintained at a constant pressure in the range of 1.0 × 10 -3 to 1.0 × 10 -2 torr, Forming a local vacuum at a predetermined process pressure in the range of 3.0 × 10 -4 to 8.0 × 10 -4 torr and operating the target gun module device to perform sputtering of the palladium alloy,
Wherein the dense layer is formed under a condition that a DC power of the target gun module device is in a range of 100 to 120 W, a flow rate of an argon gas is in a range of 20 to 30 sccm, and a temperature of the substrate holder is set to a room temperature.
KR1020160121639A 2016-09-22 2016-09-22 Sputter equipment and method of manufacturing hydrogen separation membranes using the same KR101861701B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160121639A KR101861701B1 (en) 2016-09-22 2016-09-22 Sputter equipment and method of manufacturing hydrogen separation membranes using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160121639A KR101861701B1 (en) 2016-09-22 2016-09-22 Sputter equipment and method of manufacturing hydrogen separation membranes using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180032423A KR20180032423A (en) 2018-03-30
KR101861701B1 true KR101861701B1 (en) 2018-05-28

Family

ID=61900320

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160121639A KR101861701B1 (en) 2016-09-22 2016-09-22 Sputter equipment and method of manufacturing hydrogen separation membranes using the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101861701B1 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102666445B1 (en) * 2018-11-07 2024-05-16 (주)코미코 Apparatus and method for monitoring chamber
CN110131537B (en) * 2019-05-28 2021-04-02 南京托尔真空科技有限公司 Vacuum high-bias rotating stand
KR102100097B1 (en) * 2019-11-21 2020-04-13 황병대 Heating type humidifier apparatus
KR102100098B1 (en) * 2019-11-21 2020-05-27 주식회사 윤진이엔씨 Setting method of Heating type humidifier apparatus
KR102468549B1 (en) * 2020-11-10 2022-11-22 한국에너지기술연구원 Cylindrical or tubular hydrogen separation membrane exhibiting anchor effect at the interlayer interface and its manufacturing method

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180032423A (en) 2018-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101861701B1 (en) Sputter equipment and method of manufacturing hydrogen separation membranes using the same
WO2006085635A1 (en) Tantalum carbide-covered carbon material and process for producing the same
KR100963229B1 (en) Method for the production of coated substrates
US20050236268A1 (en) Substrate processing apparatus
CN105177468B (en) A kind of Cu Ag amorphous alloy films and preparation method thereof
CN108611613B (en) Preparation method of nano multilayer structure carbon-based film
CN114956825A (en) Method for growing TaC coating on surface of graphite-based material
CN102409291B (en) Method and device for preparing diamond film doped with ultrafine nano-structural metal particles
KR101284760B1 (en) Rapid thermal process apparatus for solar cell and processing method using thereof
KR101775025B1 (en) Manufacturing method for dense hydrogen separation membrane by sputter system
WO2014174133A1 (en) Method for the controlled production of graphene under very low pressure and device for carrying out said method
CN100366786C (en) Novel metallic film preparation technology on liquid phase substrate surface
US20050016445A1 (en) Method for producing diamond film
CN104561906A (en) Gradient boron carbide film and preparation method thereof
CN102491777A (en) Method for continuously precisely adjusting bore diameter of ceramic film
KR101183021B1 (en) Manufacturing method of plasma resistant member
KR101715875B1 (en) Support Integrated Hydrogen Separation Membrane and Method for Manufacturing the Same
CN111378928B (en) Nanocrystalline MoS2Solid lubricating film and preparation method and application thereof
KR20150076467A (en) Aluminum coating layer with controllable structure and the method thereof
KR101323106B1 (en) Manufacturing method of hydrogen filtering membrane having pipe-shaped structure
CN113072043A (en) Preparation method of lead-catalyzed PbSe nanowire
JP2005307274A (en) Substrate treatment device
KR101166911B1 (en) Method for producing hydrogen separation membrane having improved selectivity and hydrogen separation membrane produced thereby
KR101261802B1 (en) Apparatus for deposition
CN113336576A (en) Preparation method of SiC nanowire toughened HfC-SiC complex phase coating by chemical vapor codeposition

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant