KR102661051B1 - High Speed Diamond-Like Carbon Thin Film Deposition Method Using Xylene Precursor-Based Medium Frequency Plasma Chemical Vapor Deposition Device And Diamond-Like Carbon Thin Film Manufactured By The Method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 중주파 플라즈마 화학기상증착 장치를 이용한 유사 다이아몬드 박막 증착방법 및 이에 의해 제조된 유사 다이아몬드 박막에 대한 것으로, 중주파 플라즈마 화학기상증착 장치를 사용하여 유사 다이아몬드 박막을 증착하는 방법으로서, (ⅰ) 임의의 소재로 된 기판 위에 규소와 플라즈마 가스를 이용하여 제1 버퍼층을 증착하는 단계와, (ⅱ) 상기 제1 버퍼층 위에 자일렌 액체 전구체를 기화시켜 사용하여 고속으로 유사 다이아몬드 박막을 증착하는 기술이다. 중주파 전원 공급기 기반 플라즈마 화학기상증착 장치에 밀착력 강화를 위한 버퍼 층 형성 기술과 액체 자일렌 기반 전구체를 기화하여 유사 다이아몬드 증착에 사용함으로서 상온에서 유리, 스테인레스, 플라스틱 등 다양한 종류의 기판 표면에 내마모 특성의 유사 다이아몬드 박막을, 종래의 메탄이나 에틸렌을 사용한 증착 방법보다, 고속으로 증착할 수 있어 산업적 파급력이 매우 크다. The present invention relates to a method for depositing a pseudo-diamond thin film using a mid-frequency plasma chemical vapor deposition device and a pseudo-diamond thin film produced thereby. A method for depositing a pseudo-diamond thin film using a mid-frequency plasma chemical vapor deposition device includes (i) any (ii) depositing a first buffer layer using silicon and plasma gas on a substrate made of a material, and (ii) vaporizing a xylene liquid precursor on the first buffer layer to deposit a diamond-like thin film at high speed. Wear-resistant properties on the surfaces of various types of substrates such as glass, stainless steel, and plastic at room temperature by using buffer layer formation technology to strengthen adhesion to mid-frequency power supply-based plasma chemical vapor deposition devices and vaporizing liquid xylene-based precursors for pseudo-diamond deposition. It has a very large industrial impact because it can deposit a pseudo-diamond thin film at a higher speed than the conventional deposition method using methane or ethylene.

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Figure 112023094346702-pat00001

Description

중주파 플라즈마 화학기상증착 장치와 Xylene 전구체 기반 고속 유사 다이아몬드 박막 증착방법 및 이에 의해 제조된 유사 다이아몬드 박막 {High Speed Diamond-Like Carbon Thin Film Deposition Method Using Xylene Precursor-Based Medium Frequency Plasma Chemical Vapor Deposition Device And Diamond-Like Carbon Thin Film Manufactured By The Method}High Speed Diamond-Like Carbon Thin Film Deposition Method Using Xylene Precursor-Based Medium Frequency Plasma Chemical Vapor Deposition Device And Diamond- Like Carbon Thin Film Manufactured By The Method}

본 발명은 중주파 플라즈마 화학기상증착 장치를 이용한 유사 다이아몬드 박막 증착방법 및 이에 의해 제조된 유사 다이아몬드 박막에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 중주파 전원 공급기 기반 플라즈마 화학기상증착 장치와 탄소를 증착하는 가스 전구체로 액체 Xylene을 기화 시키는 기술에 기반한 플라즈마 증착 방법 개발과 이를 이용하여 유리, 스테인레스, 플라스틱 등 다양한 종류의 기판 표면에 내마모 특성의 유사 다이아몬드 박막을 고속으로 증착하는 증착방법 및 이에 의해 제조된 유사 다이아몬드 박막에 대한 것이다.The present invention relates to a pseudo-diamond thin film deposition method using a mid-frequency plasma chemical vapor deposition device and a pseudo-diamond thin film produced thereby, and more specifically, to a mid-frequency power supply-based plasma chemical vapor deposition device and a liquid gas precursor for depositing carbon. Development of a plasma deposition method based on the technology of vaporizing xylene, a deposition method using this to deposit a pseudo-diamond thin film with wear-resistant properties on the surface of various types of substrates such as glass, stainless steel, and plastic, and a deposition method for the pseudo-diamond thin film produced thereby. It is about.

소재 표면에 내마모 특성을 강화하는 방법은 크게 습식 처리법과 건식 처리법이 있다. 습식 처리법은 도금법이 일반적이며, 건식 처리법은 대기압 코팅, 진공 코팅, 열 처리, 플라즈마 코팅 등의 기술이 있다. 이 중에 유사 다이아몬드 증착은 탄소가 함유된 가스를 주입하여 플라즈마 분위기에서 증착하는 플라즈마 화학기상증착기술을 주로 사용한다.There are two main ways to enhance wear resistance on the surface of a material: wet treatment and dry treatment. The most common wet treatment method is plating, and dry treatment methods include atmospheric pressure coating, vacuum coating, heat treatment, and plasma coating. Among these, pseudo-diamond deposition mainly uses plasma chemical vapor deposition technology, which involves injecting carbon-containing gas and depositing it in a plasma atmosphere.

플라즈마 화학기상증착기술은 플라즈마 발생 전원 소스를 기반으로 명명된다. 고주파를 사용하는 고주파 플라즈마, 펄스 직류 플라즈마, 마이크로웨이브 플라즈마, 고밀도 유도결합 플라즈마, 전자 회절 공명 플라즈마, 아크 플라즈마 등이 플라즈마 증착 장치의 전원 소스로 많이 이용되어 왔다. 최근 들어 중주파 전원 소스를 이용한 중주파 플라즈마 장치에 관한 특허들이 출원되고 있다.Plasma chemical vapor deposition technology is named based on the plasma generating power source. High-frequency plasma, pulsed direct current plasma, microwave plasma, high-density inductively coupled plasma, electron diffraction resonance plasma, and arc plasma using high frequencies have been widely used as power sources for plasma deposition devices. Recently, patents related to mid-frequency plasma devices using mid-frequency power sources have been applied for.

본 발명은 출원인이 기 출원한 특허출원(특허 출원번호: 10-2020-0010244, 중주파 전원을 이용한 진공 플라즈마 처리 장치, 출원인: 인제대학교 산학협력단)을 활용한 유사 다이아몬드 박막 제조 기술 개발로서, 임의의 소재의 표면에서 빛의 반사를 최소화할 수 있는 검은 색 코팅 조건을 만족시키며 해당 소재의 내마모 특성을 강화하는 유사 다이아몬드 박막 제조 기술에 대한 것이다.The present invention is the development of a similar diamond thin film manufacturing technology using a patent application previously filed by the applicant (patent application number: 10-2020-0010244, vacuum plasma processing device using mid-frequency power, applicant: Inje University Industry-Academic Cooperation Foundation), It is about a pseudo-diamond thin film manufacturing technology that satisfies the black coating conditions that can minimize light reflection on the surface of the material and strengthens the wear resistance characteristics of the material.

특히 종래에 메탄, 에틸렌 등 가스 기반의 탄소 전구체 사용과 구별되어, 액체인 Xylene을 기화시켜 사용하는 기술 개발에 관한 것이다. 그 결과에 의해 유사 다이아몬드의 증착 속도가 메탄이나 에틸렌 가스 전구체를 사용하였을 때 보다 최소 2-4배이상 높아, 중주파 플라즈마를 사용하며 고속증착이 가능하여 유사 다이아몬드 증착 기술로서 매우 경제적이다.In particular, it concerns the development of technology to vaporize and use liquid Xylene, as distinguished from the conventional use of gas-based carbon precursors such as methane and ethylene. As a result, the deposition rate of pseudo-diamond is at least 2-4 times higher than when methane or ethylene gas precursors are used, and high-speed deposition is possible using mid-frequency plasma, making it very economical as a pseudo-diamond deposition technology.

KR 10-2218167(2021.02.16 등록)KR 10-2218167 (registered on 2021.02.16)

본 발명을 통해 해결하고자 하는 과제는 첫째, 임의의 소재 표면에서 빛의 반사를 최소화하는 검은색 유사 다이아몬드 박막 제조를 새롭게 개발한 중주파 전원 소스 기반의 플라즈마 화학기상증착 장치를 이용하여 편리하고 안정적으로 구현하는 것이다. The problems to be solved through the present invention are: first, the production of a black-like diamond thin film that minimizes light reflection on the surface of any material is conveniently and stably implemented using a newly developed plasma chemical vapor deposition device based on a mid-frequency power source; It is done.

중주파 플라즈마 전원 공급기는 기존의 대표적인 플라즈마 전원 공급기인 고주파 플라즈마 전원 공급기 보다 경제적이며 플라즈마 발생이 안정적이다. 특히 고주파 전원 공급기에 비해 1) 별도의 매칭 박스가 필요없어 전원 장치 설계가 단순하고, 2) 이에 따라 사용하는 부품 수도 적으며 비용도 상당히 절약할 수 있어 경제적이다. 3) 주파수를 비교하면 고주파는 메가헤르츠 범위를 사용하지만 이 발명에서 사용하는 중주파는 10,000 - 100,000 Hz 범위로서 그 범위를 구별할 수 있다. 단점으로는 열 방출이 상대적으로 많을 수 있지만, 그것은 개별적 공정에 있어 경우에 따라 장단점이 될 수 있다. 특히 본 발명자들이 량뮤어 프로브를 이용하여 실험한 결과에 따르면, 중주파 플라즈마는 고주파 플라즈마보다 전자 온도가 상대적으로 높고, 그에 따라 전자 에너지가 커서 플라즈마 화학기상증착시 박막의 밀착도를 높일 수 있다는 결론을 얻었다. 이 특징은 유사 다이아몬드 증착 등 박막 증착시 박막의 내마모성을 크게 강화시킬 수 있어 매우 의미있는 현상으로 판단된다. The mid-frequency plasma power supply is more economical and generates more stable plasma than the high-frequency plasma power supply, which is a representative existing plasma power supply. In particular, compared to high-frequency power supplies, 1) the design of the power device is simple as there is no need for a separate matching box, and 2) the number of parts used is small, and costs can be significantly reduced, making it economical. 3) Comparing frequencies, the high frequency uses the megahertz range, but the mid-frequency used in this invention can be distinguished as the 10,000 - 100,000 Hz range. The downside is that heat release can be relatively high, but that can be a trade-off depending on the individual process. In particular, according to the results of an experiment conducted by the present inventors using a Yangmuir probe, the electron temperature of mid-frequency plasma is relatively higher than that of high-frequency plasma, and the electron energy is accordingly large, leading to the conclusion that the adhesion of thin films can be increased during plasma chemical vapor deposition. . This feature is considered to be a very meaningful phenomenon because it can greatly enhance the wear resistance of thin films when depositing thin films, such as pseudo-diamond deposition.

둘째, 본 발명을 통해 해결하고자 하는 과제는 일정 두께 이상(예를 들어 >1 μm)의 유사 다이아몬드 박막의 증착을 위해서는 소재 기판과 유사 다이아몬드 박막 증착막 사이에는 스트레스를 감소시킬 수 있는 버퍼층이 필요하다. 일반적으로 이 버퍼층이 없으면, 스테인레스 소재의 기판에서는 유사 다이아몬드 박막의 접착력이 매우 좋지 않아, 결국 박리현상이 일어나게 된다. 따라서 이 버퍼층의 개발 조건은 매우 중요하다. 기 출원한 중주파 플라즈마 화학기상증착 장치로 이 버퍼층을 개발하고 연속적으로 비교적 두꺼운 유사 다이아몬드 박막을 증착하는 기술을 개발하는 것은 기술의 실용화 입장에서 매우 중요하다. Second, the problem to be solved through the present invention is that in order to deposit a diamond-like thin film of a certain thickness or more (for example, >1 μm), a buffer layer that can reduce stress is required between the material substrate and the diamond-like thin film deposited film. In general, without this buffer layer, the adhesion of the diamond-like thin film on a stainless steel substrate is very poor, eventually leading to peeling. Therefore, the development conditions for this buffer layer are very important. Developing this buffer layer with a previously applied mid-frequency plasma chemical vapor deposition device and developing a technology to continuously deposit a relatively thick diamond-like thin film is very important from the perspective of commercialization of the technology.

이 발명에서 구별되어 해결하고자 하는 문제점은 유사 다이아몬드의 증착 속도의 고속화이다. 종래의 메탄 (CH4)이나 에틸렌 (C2H4)을 사용하면 메탄보다는 에틸렌을 사용하였을 때 상대적으로 증착속도가 높은 것을 알 수 있었다. 이 기술 개발에 대한 관련한 특허는 별도로 기 출원되었다 (출원번호:10-2021-0045283호 ). 여기서 메탄이나 에틸렌을 사용하면 중주파 플라즈마를 사용하여 유사 다이아몬드의 증착속도가 약 0.1 um/min 정도로 3 um 정도의 비교적 후막을 증착하고자 하면 상당한 시간이 필요하다는 것이다. 실제로 실험 결과를 보면 약 90분 정도의 증착 시간을 사용하였을 때 에틸렌과 아르곤 혼합 가스로 약 3 um의 증착 두께를 얻을 수 있었다.A distinct problem to be solved in this invention is to increase the deposition rate of pseudo-diamond. When using conventional methane (CH 4 ) or ethylene (C 2 H 4 ), it was found that the deposition rate was relatively higher when ethylene was used than methane. A patent related to the development of this technology has already been applied for separately (application number: 10-2021-0045283). Here, if methane or ethylene is used, the deposition rate of similar diamond is about 0.1 um/min using mid-frequency plasma, so if you want to deposit a relatively thick film of about 3 um, a considerable amount of time is required. In fact, the experimental results show that when a deposition time of about 90 minutes was used, a deposition thickness of about 3 um was obtained with a mixed gas of ethylene and argon.

이에 이 발명은 유사 다이아몬드 증착 속도를 높여 생산성을 향상시키는 문제를 해결하고자 개발된 것이다. 핵심 내용은 본 출원인이 출원한 중주파 플라즈마 장치를 사용하여 기존의 메탄이나 에틸렌을 사용하지 않고 새로운 액체 전구체인 자일렌 (Xylene)에 기반하여 유사 다이아몬드를 고속으로 증착하며, 후막 증착시에 문제가 되는 기판과의 박리 현상을 없애, 안정적인 유사 다이아몬드 박막과 후막을 증착하는 기술 개발을 목적으로 한다.Accordingly, this invention was developed to solve the problem of improving productivity by increasing the speed of pseudo-diamond deposition. The key point is that, using the mid-frequency plasma device applied for by the present applicant, pseudo-diamond is deposited at high speed based on xylene, a new liquid precursor, without using existing methane or ethylene, and eliminates the problems that arise when depositing a thick film. The purpose is to develop technology to deposit stable pseudo-diamond thin films and thick films by eliminating delamination from the substrate.

중주파 플라즈마 화학기상증착 장치를 사용하여 유사 다이아몬드 박막을 증착하는 방법이 소개된다.A method of depositing a pseudo-diamond thin film using a mid-frequency plasma chemical vapor deposition device is introduced.

이를 위해 본 발명은 (ⅰ) 임의의 소재로 된 기판 위에 규소와 플라즈마 가스를 이용하여 제1 버퍼층을 증착하는 단계; 및 (ⅱ) 상기 제1 버퍼층 위에 자일렌(Xylene)을 액체 전구체로 사용하여 유사 다이아몬드 박막을 증착하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.To this end, the present invention includes the steps of (i) depositing a first buffer layer using silicon and plasma gas on a substrate made of any material; and (ii) depositing a diamond-like thin film on the first buffer layer using xylene as a liquid precursor; It is characterized by including.

상기 제1 버퍼층은 실란(SiH4)과 아르곤(Ar) 가스를 사용하여 일정한 두께의 비정질 실리콘 박막을 증착하여 형성하고, 상기 유사 다이아몬드 박막은 자일렌에 아르곤(Ar) 가스를 혼합하여 중주파 플라즈마화학기상증착으로 형성하는 것을 특징으로 한다.The first buffer layer is formed by depositing an amorphous silicon thin film of a certain thickness using silane (SiH 4 ) and argon (Ar) gas, and the pseudo-diamond thin film is formed by mixing xylene with argon (Ar) gas to produce mid-frequency plasma chemistry. It is characterized by being formed by vapor deposition.

상기 제2 버퍼층은 자일렌(Xylene)에 아르곤(Ar) 가스가 혼합된 플라즈마에 실란(SiH4) 가스를 추가로 혼합하여 화학적으로 탄화규소(SiC)를 증착하여 형성될 수 있다. The second buffer layer may be formed by chemically depositing silicon carbide (SiC) by additionally mixing silane (SiH 4 ) gas with a plasma containing xylene and argon (Ar) gas.

이 경우, 상기 중주파 자일렌 전구체에 아르곤(Ar) 가스가 혼합된 플라즈마에 실란(SiH4) 가스를 추가로 혼합하여 화학적으로 탄화규소(SiC)를 3분 내지 10분의 공정시간 동안 수행한 후, 자일렌 전구체에 아르곤(Ar) 가스가 혼합된 중주파 플라즈마 증착을 실시하는 것이 바람직하다. In this case, silane (SiH 4 ) gas is additionally mixed with the plasma mixed with the mid-frequency xylene precursor and argon (Ar) gas to chemically form silicon carbide (SiC) for a process time of 3 to 10 minutes. , it is preferable to perform mid-frequency plasma deposition in which argon (Ar) gas is mixed with the xylene precursor.

상기 중주파 플라즈마 화학기상증착 장치는, 외부와 독립되어 소정의 밀폐된 공간을 제공하는 반응챔버; 액체 전구체를 증기화하여 반응챔버에 소정의 압력으로 공급하는 기화기; 반응가스를 상기 반응챔버에 소정의 압력으로 공급하는 반응가스 공급부; 상기 반응챔버에서 반응이 완료된 반응가스를 배출하는 반응가스 배출부; 상기 반응챔버 내에 중주파 전원을 공급하기 위한 중주파 전원 장치; 및 상기 중주파 전원 장치와 각각 연결되며, 상기 반응챔버 내부에서 서로 대향되도록 설치되는 2개의 전극; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.The mid-frequency plasma chemical vapor deposition apparatus includes a reaction chamber that is independent from the outside and provides a predetermined sealed space; A vaporizer that vaporizes the liquid precursor and supplies it to the reaction chamber at a predetermined pressure; a reaction gas supply unit that supplies reaction gas to the reaction chamber at a predetermined pressure; a reaction gas discharge unit that discharges a reaction gas in which the reaction has been completed in the reaction chamber; a mid-frequency power supply device for supplying mid-frequency power within the reaction chamber; and two electrodes respectively connected to the mid-frequency power supply and installed to face each other inside the reaction chamber. It is characterized by including.

상기 전극에 인가되는 출력 주파수는 20~100 KHz의 주파수를 사용하여 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 한다.The output frequency applied to the electrode is characterized in that plasma is generated using a frequency of 20 to 100 KHz.

상기 중주파 전원 장치를 구성하는 회로는 50~60 Hz, 100~220 V 교류 입력 전원과 전력 전달을 위해 하프 브릿지 회로 설계를 사용하며, 중주파 전원의 크기는 입력되는 주파수 변조 후 트랜스포머를 통해 승압되어 출력 단자에서 20~100 kHz의 주파수를 발생시키는 것을 특징으로 한다.The circuit that constitutes the mid-frequency power supply uses a half-bridge circuit design to transmit 50-60 Hz, 100-220 V alternating current input power, and the size of the mid-frequency power is determined by modulating the input frequency and boosting it through a transformer for output. It is characterized by generating a frequency of 20 to 100 kHz at the terminal.

상기 기화기는 질소 가스를 포함한 비반응성 가스를 버블러에 주입하여 기포를 발생시켜 반응기로 주입하여 증착하는 것을 특징으로 한다.The vaporizer is characterized in that non-reactive gas including nitrogen gas is injected into a bubbler to generate bubbles, which are then injected into the reactor for deposition.

상기 기화기는 주입되는 액체량을 시간당 액체 질량의 조절이 가능한 액체 유량 조절기를 사용하여 액체 전구체를 증기로 기화하여 반응기로 주입하여 증착하는 것을 특징으로 한다.The vaporizer is characterized by vaporizing the liquid precursor into vapor and injecting it into the reactor for deposition using a liquid flow rate controller capable of controlling the liquid mass per hour.

상기 유사 다이아몬드 박막 증착방법에 따라 제조된 유사 다이아몬드 박막이 개시된다.A pseudo-diamond thin film manufactured according to the pseudo-diamond thin film deposition method is disclosed.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 중주파 플라즈마 화학기상증착 장치를 사용하여 유사 다이아몬드 박막을 증착하는 방법으로서, (ⅰ) 임의의 소재로 된 기판 위에 규소와 플라즈마 가스를 이용하여 제1 버퍼층을 증착하는 단계와, (ⅱ) 상기 제1 버퍼층 위에 자일렌 (Xylene) 기반 액체 전구체를 사용하여 유사 다이아몬드 박막을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 중주파 플라즈마 화학기상증착 장치를 이용한 유사 다이아몬드 박막 증착방법이 제공된다.In order to achieve the object of the present invention as described above, a method of depositing a pseudo-diamond thin film using a mid-frequency plasma chemical vapor deposition device includes: (i) forming a first buffer layer using silicon and plasma gas on a substrate made of any material; (ii) depositing a diamond-like thin film using a xylene-based liquid precursor on the first buffer layer; A deposition method is provided.

본 발명에 있어서, 상기 (ⅰ) 단계 이후, 상기 제1 버퍼층 위에 탄화규소를 증착하여 제2 버퍼층을 증착하는 단계를 더 추가적으로 수행하고, 상기 제2 버퍼층 위에 액체인 자일렌을 기화시켜 전구체 사용하여 유사 다이아몬드 박막을 고속으로 증착할 수 있다. In the present invention, after step (i), the step of depositing a second buffer layer by depositing silicon carbide on the first buffer layer is further performed, and liquid xylene is vaporized on the second buffer layer using a precursor. A pseudo-diamond thin film can be deposited at high speed.

여기서, 상기 제1 버퍼층은 실란(SiH4)과 아르곤(Ar) 가스를 사용하여 일정한 두께의 비정질 실리콘 박막을 증착하여 형성하고, 상기 유사 다이아몬드 박막은 자일렌(Xylene)에 아르곤(Ar) 가스를 혼합하여 중주파 플라즈마화학기상증착으로 형성할 수 있다. Here, the first buffer layer is formed by depositing an amorphous silicon thin film of a certain thickness using silane (SiH 4 ) and argon (Ar) gas, and the pseudo-diamond thin film is formed by depositing argon (Ar) gas on xylene. It can be mixed and formed by mid-frequency plasma chemical vapor deposition.

한편, 상기 제2 버퍼층은 자일렌(Xylene)에 아르곤(Ar) 가스가 혼합된 플라즈마에 실란(SiH4) 가스를 추가로 혼합하여 화학적으로 탄화규소(SiC)를 증착하여 형성될 수 있다. Meanwhile, the second buffer layer may be formed by chemically depositing silicon carbide (SiC) by additionally mixing silane (SiH 4 ) gas with a plasma containing xylene and argon (Ar) gas.

이 경우, 상기 중주파 자일렌 전구체에 아르곤(Ar) 가스가 혼합된 플라즈마에 실란(SiH4) 가스를 추가로 혼합하여 화학적으로 탄화규소(SiC)를 3분 내지 10분의 공정시간 동안 수행한 후, 자일렌 전구체에 아르곤(Ar) 가스가 혼합된 중주파 플라즈마 증착을 실시하는 것이 바람직하다. In this case, silane (SiH 4 ) gas is additionally mixed with the plasma mixed with the mid-frequency xylene precursor and argon (Ar) gas to chemically form silicon carbide (SiC) for a process time of 3 to 10 minutes. , it is preferable to perform mid-frequency plasma deposition in which argon (Ar) gas is mixed with the xylene precursor.

본 발명에 따른 상기 중주파 플라즈마 화학기상증착 장치는, 외부와 독립되어 소정의 밀폐된 공간을 제공하는 반응챔버와, 액체 전구체인 자일렌을 안정적으로 기화시켜 반응기로 공급하는 기화기와, 아르곤 가스 등 혼합용 가스를 상기 반응챔버에 소정의 압력으로 공급하는 가스 공급부와, 상기 반응챔버에서 반응이 완료된 반응가스를 배출하는 반응가스 배출부와, 상기 반응챔버 내에 중주파 전원을 공급하기 위한 중주파 전원 장치와, 상기 중주파 전원 장치와 각각 연결되며, 상기 반응챔버 내부에서 서로 대향되도록 설치되는 2개의 전극을 포함하여 구성된다. The mid-frequency plasma chemical vapor deposition device according to the present invention includes a reaction chamber that is independent from the outside and provides a predetermined sealed space, a vaporizer that stably vaporizes xylene, a liquid precursor, and supplies it to the reactor, and a mixture of argon gas, etc. A gas supply unit for supplying the gas to the reaction chamber at a predetermined pressure, a reaction gas discharge unit for discharging reaction gas for which the reaction has been completed in the reaction chamber, a mid-frequency power supply device for supplying mid-frequency power within the reaction chamber, They are each connected to the mid-frequency power supply device and include two electrodes installed to face each other inside the reaction chamber.

상기 전극에 인가되는 출력 주파수는 20~100 KHz의 주파수를 사용하여 플라즈마를 발생시킨다. The output frequency applied to the electrode generates plasma using a frequency of 20 to 100 KHz.

또한, 상기 중주파 전원 장치를 구성하는 회로는 50~60 Hz, 100~220 V 교류 입력 전원과 전력 전달을 위해 하프 브릿지 회로 설계를 사용하며, 중주파 전원의 크기는 입력되는 주파수 변조 후 트랜스포머를 통해 승압되어 출력 단자에서 20~100 kHz의 주파수를 발생시킬 수 있다. In addition, the circuit that constitutes the mid-frequency power supply uses a half-bridge circuit design to transmit 50-60 Hz, 100-220 V alternating current input power, and the size of the mid-frequency power is boosted through a transformer after modulating the input frequency. It is possible to generate a frequency of 20 to 100 kHz at the output terminal.

도 1 내지 도 3은 본 발명에서 사용한 자일렌 액체 전구체를 기화시키는 기화기를 사용하여 유사 다이아몬드를 증착하는 중주파 플라즈마 화학기상증착 장치 구성도이고, 본 발명에서 사용한 자일렌 액체 전구체의 또 다른 형태의 기화기를 사용하여 유사 다이아몬드를 증착하는 중주파 플라즈마 화학기상증착 장치 구성도이다.
도 4는 버퍼 층의 유무에 따른 자일렌 전구체 기반 중주파 플라즈마 화학기상증착 장치를 사용하여 증착한 유사 다이아몬드 증착 결과 사진들이다 ( 버퍼층의 유무에 따라 자일렌 전구체 사용한 유사 다이아몬드의 증착시 박리 현상의 차이를 이해할 수 있다).
도 5는 중주파 플라즈마 화학기상증착 장치를 사용하여 자일렌 증착 전 SiH4+Ar 플라즈마 가스를 사용하여 비정질 실리콘 (amorphous Si) 버퍼 층 증착시 플라즈마 발광 측정기로 얻은 파장에 따른 발광 특성 그래프이다.
도 6은 중주파 플라즈마 화학기상증착 장치를 사용하여 자일렌 증기와 아르곤 혼합 가스 (상) 및 자일렌(하)의 플라즈마 증착시 플라즈마 발광 측정기로 얻은 파장에 따른 발광 특성 그래프이다.
도 7은 자일렌 중주파 플라즈마 화학기상증착 기술로 증착된 유사 다이아몬드 박막의 X-ray Diffraction (XRD) 표면 성분 분석 그래프이다.
도 8은 자일렌 중주파 플라즈마 화학기상증착 기술로 증착된 유사 다이아몬드의 성분을 측정한 에너지 분산 X-선 분광기(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) 분석 그래프 결과이다.
1 to 3 are diagrams of a mid-frequency plasma chemical vapor deposition device for depositing pseudo-diamond using a vaporizer that vaporizes the xylene liquid precursor used in the present invention, and shows another type of vaporizer for the xylene liquid precursor used in the present invention. This is a diagram of a mid-frequency plasma chemical vapor deposition device that deposits pseudo-diamond using .
Figure 4 shows photos of pseudo-diamond deposition results using a xylene precursor-based mid-frequency plasma chemical vapor deposition device depending on the presence or absence of a buffer layer (the difference in peeling phenomenon when depositing pseudo-diamond using a xylene precursor depending on the presence or absence of a buffer layer) understandable).
Figure 5 is a graph of luminescence characteristics according to wavelength obtained with a plasma luminescence meter when depositing an amorphous silicon (amorphous Si) buffer layer using SiH 4 +Ar plasma gas before xylene deposition using a mid-frequency plasma chemical vapor deposition apparatus.
Figure 6 is a graph of luminescence characteristics according to wavelength obtained with a plasma luminescence meter during plasma deposition of xylene vapor and argon mixed gas (top) and xylene (bottom) using a mid-frequency plasma chemical vapor deposition device.
Figure 7 is an X-ray Diffraction (XRD) surface component analysis graph of a diamond-like thin film deposited using xylene mid-frequency plasma chemical vapor deposition technology.
Figure 8 is a graph showing the results of Energy Dispersive

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and will be implemented in various different forms, but the present embodiments only serve to ensure that the disclosure of the present invention is complete and to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. This is provided to inform you.

도 1는 본 발명에서 사용한 중주파 플라즈마 화학기상증착 장치 구성도이다. 본 발명에 따른 중주파 플라즈마 화학기상증착 장치(100)는 외부와 독립되어 소정의 밀폐된 공간을 제공하는 반응챔버(110)와, 상기 반응챔버(110) 내에 중주파 전원을 공급하기 위한 중주파 전원 장치(120)와, 상기 중주파 전원 장치(120)와 각각 연결되며, 상기 반응챔버(110) 내부에서 서로 대향되도록 설치되는 2개의 전극(130)(140)을 포함한다. Figure 1 is a configuration diagram of a mid-frequency plasma chemical vapor deposition device used in the present invention. The mid-frequency plasma chemical vapor deposition apparatus 100 according to the present invention includes a reaction chamber 110 that is independent from the outside and provides a predetermined sealed space, and a mid-frequency power supply device for supplying mid-frequency power within the reaction chamber 110 ( 120) and two electrodes 130 and 140 respectively connected to the mid-frequency power supply device 120 and installed to face each other inside the reaction chamber 110.

여기서, 상기 반응챔버(110) 내에 반응가스를 주입, 배출시키기 위해 상기 반응챔버(110)에는 반응가스를 소정의 압력으로 공급하는 반응가스 공급부(112)와, 상기 반응챔버(110)에서 반응이 완료된 반응가스를 배출하는 반응가스 배출부(114)가 형성된다. Here, in order to inject and discharge the reaction gas into the reaction chamber 110, the reaction chamber 110 includes a reaction gas supply unit 112 that supplies the reaction gas at a predetermined pressure, and a reaction gas supply unit 112 that supplies the reaction gas at a predetermined pressure to the reaction chamber 110. A reaction gas discharge unit 114 is formed to discharge the completed reaction gas.

상기 반응가스 공급부(112)와 반응가스 배출부(114)는 외부의 가스 주입 및 배기 시스템과 연결되어 반응가스의 유출입이 가능하게 된다. The reaction gas supply unit 112 and the reaction gas discharge unit 114 are connected to an external gas injection and exhaust system to allow the inflow and outflow of reaction gas.

또한, 상기 반응챔버(110)의 내부에는 상부와 하부에 서로 대향하는 2개의 전극(110)(120)이 구비되는데, 상기 전극(110)(120)은 서로 대향하는 판형상의 전극으로 이루어질 수 있다. In addition, inside the reaction chamber 110, two opposing electrodes 110 and 120 are provided at the top and bottom, and the electrodes 110 and 120 may be formed of plate-shaped electrodes facing each other. .

통상, 대기압 중주파 플라즈마 장치에 비해 진공 중주파 플라즈마 장치는 그 사용 예가 거의 없다. 진공 중주파 플라즈마 장치의 개발에서, 안정적인 플라즈마 발생을 위한 임피던스 매칭이 가장 중요하다. 임피던스 매칭은 중주파 전원 장치의 트랜스포머의 인덕턴스와 이에 연결된 반응기와 그 내부의 전극 상태에 따라 결정된다. In general, compared to the atmospheric pressure mid-frequency plasma device, there are almost no examples of use of the vacuum mid-frequency plasma device. In the development of vacuum mid-frequency plasma devices, impedance matching for stable plasma generation is most important. Impedance matching is determined by the inductance of the transformer of the mid-frequency power supply, the reactor connected to it, and the state of the electrodes therein.

따라서, 중주파 전원 장치를 가지고 있다 하더라도 진공 시스템을 구성해서 플라즈마를 발생시키는 것은 기술적으로 차원이 다른 전혀 별개의 문제이다. 결국 중주파 전원 장치(120), 진공 시스템, 전극 구성에 대한 깊은 이해와 경험이 필수적이다. Therefore, even if you have a mid-frequency power supply, configuring a vacuum system to generate plasma is a completely separate problem of a different technological level. Ultimately, a deep understanding and experience with the mid-frequency power device 120, vacuum system, and electrode configuration is essential.

본 발명에서, 중주파 전원 장치(120)에서 공급하는 전기가 진공 반응챔버(110)의 전극(130)(140)에 임피던스 매칭을 통해 적절히 인가되어 플라즈마를 발생하게 하는 것이 가장 핵심이 된다. 만약 조건이 맞지 않으면 중주파 전원 장치(120)의 과부하로 전기적 고장이 일어날 수 있으며, 이외에도 시스템에 다양한 문제를 일으킬 수 있다.In the present invention, the key point is to properly apply the electricity supplied from the mid-frequency power supply device 120 to the electrodes 130 and 140 of the vacuum reaction chamber 110 through impedance matching to generate plasma. If the conditions are not met, electrical failure may occur due to overload of the mid-frequency power supply device 120, and various other problems may occur in the system.

따라서, 중주파 전원 공급기의 트랜스포머의 임피던스와 진공 시스템 부하의 전기적 특성을 일치시키는 것이 중요하다.Therefore, it is important to match the impedance of the transformer of the mid-frequency power supply and the electrical characteristics of the vacuum system load.

본 출원인의 실험 결과, 상기 전극(110)(120)에 인가되는 출력 주파수는 20~100 KHz의 주파수를 사용하여 플라즈마를 발생시키는 것이 가장 바람직한 것으로 나타났다. 상기 전극(110)(120)에 인가되는 출력 주파수가 20 KHz 이하 또는 100 KHz 이상으로 되면 플라즈마 발생에 안정적이지 못하거나 플라즈마 발생이 원활하지 못하므로, 상기 전극(110)(120)에 인가되는 출력 주파수는 20~100 KHz의 주파수를 사용하는 것이 가장 바람직하다.As a result of the present applicant's experiment, it was found that it was most desirable to generate plasma using an output frequency of 20 to 100 KHz applied to the electrodes 110 and 120. If the output frequency applied to the electrodes 110 and 120 is less than 20 KHz or more than 100 KHz, plasma generation is not stable or smooth, so the output applied to the electrodes 110 and 120 It is most desirable to use a frequency of 20 to 100 KHz.

또한, 상기 중주파 전원 장치를 구성하는 회로는 50~60 Hz, 100~220 V 교류 입력 전원과 전력 전달을 위해 하프 브릿지 회로 설계를 사용하며, 중주파 전원의 크기는 입력되는 주파수 변조 후 트랜스포머를 통해 승압되어 출력 단자에서 20~100 kHz의 주파수를 발생시킬 수 있다. In addition, the circuit that constitutes the mid-frequency power supply uses a half-bridge circuit design to transmit 50-60 Hz, 100-220 V alternating current input power, and the size of the mid-frequency power is boosted through a transformer after modulating the input frequency. It is possible to generate a frequency of 20 to 100 kHz at the output terminal.

[실시예][Example]

1) 중주파 플라즈마 화학기상증착 장치1) Mid-frequency plasma chemical vapor deposition device

본 출원인이 기 출원한 중주파 플라즈마 화학기상증착 장치를 참고로 간단히 설명한다(도 1 참조). 본 발명에서 중주파 전원 장치는 555 타이머를 사용하여 주파수를 발생시켰다. 220 V 전원을 인가하며, 전체적으로 15 V로 감압하여, 커패시터에 충전한 후 내전압 파워 트랜지스터를 하프 브릿지 전기 회로 구성으로 전원을 공급하였다. 하프 브릿지에서 공급된 1차 전압을 승압 트랜스포머를 이용하여 고전압 이차 전원으로 증가시켜 플라즈마 전원 전극에 전압과 전류를 공급하였다.This will be briefly described with reference to the mid-frequency plasma chemical vapor deposition device previously filed by the present applicant (see Figure 1). In the present invention, the mid-frequency power supply used a 555 timer to generate frequency. 220 V power was applied, the overall pressure was reduced to 15 V, the capacitor was charged, and power was supplied to the withstand voltage power transistor in a half-bridge electric circuit configuration. The primary voltage supplied from the half bridge was increased to high voltage secondary power using a step-up transformer to supply voltage and current to the plasma power electrode.

중주파 플라즈마 전극은 두 개의 전극을 진공 반응기 내부에 서로 마주보고 평행하게 하여 설치하였다. 두 전극 사이의 거리는 약 7 cm로 고정하였다.The mid-frequency plasma electrode was installed with two electrodes facing each other and parallel to each other inside the vacuum reactor. The distance between the two electrodes was fixed at approximately 7 cm.

샘플을 올리는 척으로 사용한 전극은 직경 150 mm의 실리더 형태의 스테인레스 소재를 사용하였으며, 두 전극과 반응기 시스템은 전기적으로 절연하였고 반응기 시스템은 안전을 위해 접지하였다.The electrode used as a chuck to lift the sample was made of stainless steel in the form of a cylinder with a diameter of 150 mm. The two electrodes and the reactor system were electrically insulated, and the reactor system was grounded for safety.

2) 자일렌 액체 전구체 기화 장치 2) Xylene liquid precursor vaporization device

도 2는 상온, 대기압에서 액체 상태로 존재하는 자일렌을 기화시킬 수 있는 기화기를 중주파 플라즈마 화학기상증착장치에 연결한 그림이다. 이 첫 번째 방식의 자일렌 기화 기술을 사용하면 자일렌을 기화시키고 그 양을 조절하는 방법으로는 자일렌 액체가 들어 있는 밀폐용기 (Bubbler)에 질소 가스를 주입하여 기포를 발생시킨 후 질소 가스와 자일렌 증기량을 조절할 수 있는 가스질량유속조절기 (Mass Flow Controller, MFC)로 분당 가스유량 (standard cubic centimeter per minute, ((sccm), cm3/min)을 조절하는 것이다.Figure 2 is a diagram showing a vaporizer capable of vaporizing xylene in a liquid state at room temperature and atmospheric pressure connected to a mid-frequency plasma chemical vapor deposition device. Using this first type of xylene vaporization technology, the method of vaporizing xylene and controlling the amount is to inject nitrogen gas into a sealed container (bubbler) containing xylene liquid to generate bubbles, and then The gas flow rate per minute (standard cubic centimeter per minute, ((sccm), cm 3 /min) is controlled using a gas mass flow controller (MFC) that can control the amount of xylene vapor.

도 3은 또 다른 방식으로 액체 상태의 자일렌을 기화시킬 수 있는 기화기를 중주파 플라즈마 화학기상증착장치에 연결한 그림이다. 이 두 번째 방식의 자일렌 기화 기술을 사용하면, 먼저 자일렌 액체를 밀폐 용기에 넣고, 액체 유속 조절기 (Liquid Flow Meter, LFM)를 사용하여 액체 자일렌의 양 조절을 시간 당 질량 (g/hour)의 방법으로 할 수 있다. 이렇게 방출된 액체 자일렌을 가스질량유속조절기로 쉽게 조절할 수 있는 질소 가스와 혼합하여 중주파 플라즈마 화학기상증착장치 반응기 내부로 유입하여 플라즈마 증착 공정을 실시할 수 있다.Figure 3 is another diagram showing a vaporizer capable of vaporizing liquid xylene connected to a mid-frequency plasma chemical vapor deposition device. Using this second method of xylene vaporization technology, first put the xylene liquid into a closed container, and then use a Liquid Flow Meter (LFM) to control the amount of liquid xylene by mass per hour (g/hour). ) can be done in this way. The liquid xylene released in this way can be mixed with nitrogen gas, which can be easily controlled by a gas mass flow controller, and flowed into the mid-frequency plasma chemical vapor deposition reactor to perform a plasma deposition process.

상온, 대기압에서 액체 상태로 존재하는 자일렌을 기화시킬 수 있는 방법은 크게 도 2와 도 3에 설명한 대로 두 가지 방법이 있으며, 이 실험에서는 두 방법을 모두 사용하여 각각의 자일렌 액체 전구체를 사용하여 유사 다이아몬드 박막을 증착할 수 있었다.There are two main methods for vaporizing xylene that exists in a liquid state at room temperature and atmospheric pressure, as described in Figures 2 and 3. In this experiment, both methods were used and each xylene liquid precursor was used. As a result, a pseudo-diamond thin film could be deposited.

3) 버퍼층인 실리콘 증착 및 자일렌을 이용한 유사 다이아몬드 증착중 실시간 플라즈마 발광 그래프 분석3) Real-time plasma luminescence graph analysis during silicon deposition as a buffer layer and pseudo-diamond deposition using xylene

도 4는 자일렌을 이용하여 유사 다이아몬드 증착 전에 SiH4+Ar을 사용하여 비정질 실리콘 박막을 증착할 때 실시간으로 플라즈마에서 발광된 빛을 분석한 그래프이다. 이 때 증착한 실리콘 박막은 자일렌으로 유사 다이아몬드 박막을 증착하기 전에 기판 위의 버퍼층으로 사용될 수 있다. 이 버퍼층은 기판과 유사다이아몬드 박막 사이의 밀착시 응력을 감소시키는 효과가 있어, 유사 다이아몬드 박막의 박리를 예방할 수 있다.Figure 4 is a graph analyzing the light emitted from the plasma in real time when depositing an amorphous silicon thin film using SiH4+Ar before depositing a pseudo-diamond using xylene. The silicon thin film deposited at this time can be used as a buffer layer on the substrate before depositing a similar diamond thin film with xylene. This buffer layer has the effect of reducing stress during close contact between the substrate and the diamond-like thin film, thereby preventing peeling of the pseudo-diamond thin film.

도 4를 보면 SiH4 (20% SiH4 in N2) 과 Ar의 혼합가스를 사용하였을 때, 중주파 플라즈마 화학기상증착장치 반응기 내부에서 비정질 실리콘 박막의 증착 중에 중주파 플라즈마 가스 종으로 Si (390.55 nm), H (656.289 nm), Ar (750.40 nm), N (828.27 nm) 등의 원자 피크들을 관찰할 수 있었다.Referring to Figure 4, when a mixed gas of SiH 4 (20% SiH 4 in N 2 ) and Ar is used, Si (390.55 nm) is used as a mid-frequency plasma gas species during deposition of an amorphous silicon thin film inside the mid-frequency plasma chemical vapor deposition reactor. Atomic peaks such as , H (656.289 nm), Ar (750.40 nm), and N (828.27 nm) could be observed.

도 5를 보면 자일렌 (p-Xylene)과 아르곤 혼합 가스 (도5, 상) 또는 자일렌 만을 기화시켜 (도5, 하) 중주파 플라즈마 화학기상증착장치 반응기에 주입하여 유사 다이아몬드를 증착할 때 실시간으로 플라즈마에서 방출되는 발광 피크를 분석한 그래프이다. 자일렌과 아르곤 가스가 혼합된 플라즈마 (상)에는 Ar (750.386 nm), H (656.289 nm), CH (431 nm) 등의 플라즈마 종들이 존재한다는 것을 알 수 있었다. 중주파 자일렌 플라즈마의 경우(하)에는 역시 H (656.289 nm), CH (431 nm) 등의 플라즈마 종들의 원자 피크들을 확인할 수 있었다. 이 각각의 플라즈마 발광 피크를 활용하면 단계별 플라즈마 증착 공정의 실시간 상태 분석을 정확히 할 수 있어 공정 관리를 보다 효율적으로 할 수 있다.Looking at Figure 5, when a mixed gas of xylene (p- This is a graph analyzing the emission peak emitted from the plasma. It was found that plasma species such as Ar (750.386 nm), H (656.289 nm), and CH (431 nm) existed in the plasma (phase) where xylene and argon gas were mixed. In the case of mid-frequency xylene plasma (bottom), atomic peaks of plasma species such as H (656.289 nm) and CH (431 nm) could be confirmed. By utilizing each of these plasma emission peaks, it is possible to accurately analyze the real-time status of the step-by-step plasma deposition process, allowing for more efficient process management.

4) 중주파 플라즈마 화학기상증착 유사 다이아몬드 박막 증착을 위한 버퍼층 증착 기술 개발 4) Development of buffer layer deposition technology for mid-frequency plasma chemical vapor deposition-like diamond thin film deposition

중주파 플라즈마 화학기상증착 장치를 이용하여 유사 다이아몬드 박막 증착을 위한 버퍼층은 중주파 실란(SiH4)과 아르곤(Argon) 플라즈마 가스를 이용하여 실리콘 박막을 버퍼층으로 먼저 증착하였다.The buffer layer for depositing a diamond-like thin film using a mid-frequency plasma chemical vapor deposition device was first deposited as a buffer layer using mid-frequency silane (SiH 4 ) and argon plasma gas.

이때의 증착 조건은 100 W 중주파 전원 전력, 10 sccm SiH4 (20 % SiH4 in SiH4+N2 혼합 가스), 5 sccm Ar, 100 mTorr 공정 압력 및 10 분의 증착 시간 조건이 사용되었다. The deposition conditions at this time were 100 W mid-frequency power source power, 10 sccm SiH 4 (20% SiH 4 in SiH 4 + N 2 mixed gas), 5 sccm Ar, 100 mTorr process pressure, and 10 minutes of deposition time.

유리(Glass)와 실리콘 기판의 경우 이 버퍼층이 없어도 자일렌으로 유사 다이아몬드를 증착해도 밀착도가 좋아 박막의 박리 현상이 거의 일어나지 않았다. 그러나 스테인레스 기판에 자일렌으로 유사 다이아몬드를 증착했을 때에는 버퍼층이 없으면 박막의 박리현상을 피할 수 없었다 (도 6 참조). In the case of glass and silicon substrates, even without this buffer layer, even when pseudo-diamond was deposited with xylene, adhesion was good and peeling of the thin film hardly occurred. However, when pseudo-diamond was deposited with xylene on a stainless steel substrate, peeling of the thin film could not be avoided without a buffer layer (see Figure 6).

그러나 유리, 실리콘 기판, 스테인레스 실리콘 모두에 버퍼층으로 실리콘 박막을 먼저 증착하고 자일렌으로 유사 다이아몬드를 증착한 경우 박리 현상이 일어나지 않았으며 밀착력이 안정되어 있었다 (도 6, 샘플 번호 201205-1, 201205-2 참조). 따라서 실란을 이용한 실리콘 버퍼층 증착 후에 액체 전구체인 자일렌을 이용하여 중주파 플라즈마 화학기상증착장치를 사용하여 증착하면 메탄과 에틸렌의 가스 전구체를 사용할 때보다 약 2-3배의 고속으로 유사 다이아몬드 박막을 증착할 수 있다는 사실을 알 수 있었다.However, when a silicon thin film was first deposited as a buffer layer on all of glass, silicon substrate, and stainless silicon, and then diamond-like was deposited with xylene, peeling did not occur and adhesion was stable (Figure 6, Sample No. 201205-1, 201205- 2). Therefore, if the silicon buffer layer is deposited using silane and then deposited using a mid-frequency plasma chemical vapor deposition device using xylene, a liquid precursor, a diamond-like thin film is deposited at a speed approximately 2-3 times faster than when using gas precursors of methane and ethylene. I knew I could do it.

도 7은 자일렌 전구체를 사용하여 증착된 유사 다이아몬드의 성분을 측정하기 위하여 EDS 분석을 한 그래프이다. EDS는 방출되는 원소들의 X-ray 특성을 분석하는 것으로 유사 다이아몬드의 박막 두께가 얇을 경우 기판이나 버퍼층의 성분도 방출되어 동시에 측정될 수 있다. 그런 조건을 감안하였을 때 유사 다이아몬드의 성분은 거의 대부분 탄소임을 알 수 있었다. Figure 7 is a graph of EDS analysis to measure the components of pseudo-diamond deposited using a xylene precursor. EDS analyzes the X-ray characteristics of the emitted elements, and when the thickness of the pseudo-diamond film is thin, the components of the substrate or buffer layer are also emitted and can be measured at the same time. Considering such conditions, it was found that almost all of the components of pseudo-diamonds were carbon.

도 8은 자일렌 전구체를 사용하여 증착된 유사 다이아몬드의 결정성을 분석하기 위하여 XRD 분석을 한 그래프이다. 그래프를 보면 비정질 그라파이트 곡선이 넓게 분포한 가운데 (110), (111), (220)의 결정성 다이아몬드 피크들이 보임을 알 수 있다.Figure 8 is a graph of XRD analysis to analyze the crystallinity of pseudo-diamond deposited using a xylene precursor. Looking at the graph, you can see that crystalline diamond peaks at (110), (111), and (220) are visible while the amorphous graphite curve is widely distributed.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.The rights of the present invention are not limited to the embodiments described above but are defined by the claims, and those skilled in the art can make various changes and modifications within the scope of the claims. This is self-evident.

100: 중주파 플라즈마 화학기상증착 장치 110: 반응챔버
112: 반응가스 공급부 114: 반응가스 배출부
120: 중주파 전원 장치 130, 140: 전극
100: mid-frequency plasma chemical vapor deposition device 110: reaction chamber
112: reaction gas supply unit 114: reaction gas discharge unit
120: mid-frequency power device 130, 140: electrode

Claims (10)

중주파 플라즈마 화학기상증착 장치를 사용하여 유사 다이아몬드 박막을 증착하는 방법으로서,
(ⅰ) 임의의 소재로 된 기판 위에 규소와 플라즈마 가스를 이용하여 제1 버퍼층을 증착하는 단계;
(ⅱ) 상기 (ⅰ) 단계 이후, 상기 제1 버퍼층 위에 탄화규소를 증착하여 제2 버퍼층을 증착하는 단계;
(ⅲ) 상기 제2 버퍼층 위에 액체 전구체인 자일렌(Xylene)을 기화시켜서 제공하여 유사 다이아몬드 박막을 증착하는 단계;를 포함하고,
상기 제1 버퍼층은 실란(SiH4)과 아르곤(Ar) 가스를 사용하여 일정한 두께의 비정질 실리콘 박막을 증착하여 형성하고,
상기 제2 버퍼층은 중주파 자일렌(Xylene) 전구체에 아르곤(Ar) 가스가 혼합된 플라즈마에 실란(SiH4) 가스를 추가로 혼합하여 화학적으로 탄화규소(SiC)를 증착하여 형성하되, 상기 중주파 자일렌 전구체에 아르곤(Ar) 가스가 혼합된 플라즈마에 실란(SiH4)가스를 추가로 혼합하여 화학적으로 탄화규소(SiC)를 3분 내지 10분의 공정시간 동안 수행한 후, 자일렌 전구체에 아르곤(Ar) 가스가 혼합된 중주파 플라즈마 증착을 수행하며,
상기 유사 다이아몬드 박막은 자일렌에 아르곤(Ar) 가스를 혼합하여 중주파 플라즈마화학기상증착으로 형성하는 것을 특징으로 하는 중주파 플라즈마 화학기상증착 장치를 이용한 유사 다이아몬드 박막 증착방법.
A method of depositing a pseudo-diamond thin film using a mid-frequency plasma chemical vapor deposition device,
(i) depositing a first buffer layer using silicon and plasma gas on a substrate made of an arbitrary material;
(ii) after step (i), depositing a second buffer layer by depositing silicon carbide on the first buffer layer;
(iii) depositing a diamond-like thin film by vaporizing xylene, a liquid precursor, on the second buffer layer;
The first buffer layer is formed by depositing an amorphous silicon thin film of a certain thickness using silane (SiH 4 ) and argon (Ar) gas,
The second buffer layer is formed by chemically depositing silicon carbide (SiC) by additionally mixing silane (SiH 4 ) gas with a plasma in which argon (Ar) gas is mixed with a mid-frequency xylene precursor. Silane (SiH 4 ) gas is additionally mixed with the plasma mixed with the ren precursor and argon (Ar) gas to chemically produce silicon carbide (SiC) for a process time of 3 to 10 minutes, and then argon is added to the xylene precursor. Performs mid-frequency plasma deposition mixed with (Ar) gas,
A pseudo-diamond thin film deposition method using a mid-frequency plasma chemical vapor deposition apparatus, characterized in that the pseudo-diamond thin film is formed by mid-frequency plasma chemical vapor deposition by mixing xylene with argon (Ar) gas.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 중주파 플라즈마 화학기상증착 장치는,
외부와 독립되어 소정의 밀폐된 공간을 제공하는 반응챔버;
액체 전구체를 증기화하여 반응챔버에 소정의 압력으로 공급하는 기화기;
반응가스를 상기 반응챔버에 소정의 압력으로 공급하는 반응가스 공급부;
상기 반응챔버에서 반응이 완료된 반응가스를 배출하는 반응가스 배출부;
상기 반응챔버 내에 중주파 전원을 공급하기 위한 중주파 전원 장치; 및
상기 중주파 전원 장치와 각각 연결되며, 상기 반응챔버 내부에서 서로 대향되도록 설치되는 2개의 전극;
을 포함하는 중주파 플라즈마 화학기상증착 장치를 이용한 유사 다이아몬드 박막 증착방법.
In claim 1,
The mid-frequency plasma chemical vapor deposition device,
A reaction chamber that is independent from the outside and provides a predetermined sealed space;
A vaporizer that vaporizes the liquid precursor and supplies it to the reaction chamber at a predetermined pressure;
a reaction gas supply unit that supplies reaction gas to the reaction chamber at a predetermined pressure;
a reaction gas discharge unit discharging a reaction gas in which the reaction has been completed in the reaction chamber;
a mid-frequency power supply device for supplying mid-frequency power within the reaction chamber; and
Two electrodes each connected to the mid-frequency power supply and installed to face each other inside the reaction chamber;
A pseudo-diamond thin film deposition method using a mid-frequency plasma chemical vapor deposition device including.
청구항 5에 있어서,
상기 전극에 인가되는 출력 주파수는 20~100 KHz의 주파수를 사용하여 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 하는 중주파 플라즈마 화학기상증착 장치를 이용한 유사 다이아몬드 박막 증착방법.
In claim 5,
A pseudo-diamond thin film deposition method using a mid-frequency plasma chemical vapor deposition device, characterized in that the output frequency applied to the electrode generates plasma using a frequency of 20 to 100 KHz.
청구항 5에 있어서,
상기 중주파 전원 장치를 구성하는 회로는 50~60Hz, 100~220V 교류 입력 전원과 전력 전달을 위해 하프 브릿지 회로 설계를 사용하며,
중주파 전원의 크기는 입력되는 주파수 변조 후 트랜스포머를 통해 승압되어 출력 단자에서 20~100 kHz의 주파수를 발생시키는 것을 특징으로 하는 중주파 플라즈마 화학기상증착 장치를 이용한 유사 다이아몬드 박막 증착방법.
In claim 5,
The circuit that constitutes the mid-frequency power supply uses a half-bridge circuit design for 50-60Hz, 100-220V alternating current input power and power transmission,
A pseudo-diamond thin film deposition method using a mid-frequency plasma chemical vapor deposition device, characterized in that the size of the mid-frequency power is boosted through a transformer after modulating the input frequency to generate a frequency of 20 to 100 kHz at the output terminal.
청구항 5에 있어서,
상기 기화기는 질소 가스를 포함한 비반응성 가스를 버블러에 주입하여 기포를 발생시켜 반응기로 주입하여 증착하는 것을 특징으로 하는, 중주파 플라즈마 화학기상증착 장치를 이용한 유사 다이아몬드 박막 증착방법.
In claim 5,
A pseudo-diamond thin film deposition method using a mid-frequency plasma chemical vapor deposition device, characterized in that the vaporizer injects a non-reactive gas including nitrogen gas into a bubbler to generate bubbles and injects them into a reactor for deposition.
청구항 5에 있어서
상기 기화기는 주입되는 액체량을 시간당 액체 질량의 조절이 가능한 액체 유량 조절기를 사용하여 액체 전구체를 증기로 기화하여 반응기로 주입하여 증착하는 것을 특징으로 하는, 중주파 플라즈마 화학기상증착 장치를 이용한 유사 다이아몬드 박막 증착방법.
In claim 5
The vaporizer vaporizes the liquid precursor into vapor using a liquid flow rate controller capable of controlling the liquid mass per hour and injects it into the reactor to deposit a pseudo-diamond thin film using a mid-frequency plasma chemical vapor deposition device. Deposition method.
청구항 1, 청구항 5 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 따른 유사 다이아몬드 박막 증착방법에 따라 제조된 유사 다이아몬드 박막.





A pseudo-diamond thin film manufactured according to the pseudo-diamond thin film deposition method according to any one of claims 1, 5 to 9.





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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012518089A (en) * 2009-02-18 2012-08-09 カウンシル・オブ・サイエンティフィック・アンド・インダストリアル・リサーチ Method for depositing diamond-like carbon as a protective coating on the inner surface of a molded object
KR101195859B1 (en) * 2010-05-06 2012-10-30 인제대학교 산학협력단 Plasma processing equipment using pulse dc power
CN111593321A (en) * 2018-01-23 2020-08-28 温州职业技术学院 Method for depositing DLC coating by twinning load medium-frequency alternating current PECVD

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