KR200343820Y1 - Tilting Substrate Holder Cooled by Liquid Nitrogen - Google Patents
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Abstract
본 고안은 진공장비 또는 측정 장비의 기판 홀더에 관한 것으로, 액체질소 온도로 기판을 냉각하면서 동시에 기판의 각도를 조절하는 수단을 제공한다. 본 고안에 의한 액체질소로 냉각되는 각도조절 기판 홀더는, 기판 홀더의 각도를 조절하기 위한 선형이동 기구부, 선형이동 기구부의 직선운동을 회전운동으로 변환하는 링크부, 기판 홀더로부터 링크부로의 열전달을 억제하는 열부도체, 고정된 액체질소 용기, 기판 홀더로부터 액체질소 저장용기로 열전달 경로를 제공함으로써 기판 홀더를 액체질소 온도로 냉각하기 위한 유연한 구리 브레이드로 구성된 것을 특징으로 한다The present invention relates to a substrate holder of a vacuum device or a measurement device, and provides a means for simultaneously adjusting the angle of the substrate while cooling the substrate with the liquid nitrogen temperature. The angle adjusting substrate holder cooled by liquid nitrogen according to the present invention includes a linear movement mechanism portion for adjusting the angle of the substrate holder, a link portion for converting linear movement of the linear movement mechanism portion into a rotational movement, heat transfer from the substrate holder to the link portion. Heat suppressor, fixed liquid nitrogen container, flexible copper braid for cooling the substrate holder to liquid nitrogen temperature by providing a heat transfer path from the substrate holder to the liquid nitrogen reservoir.
Description
물질을 액체 질소 온도로 냉각하는 저온 기술은 다양한 산업의 물질 제조 및 측정 분야에 적용된다. 특히 진공 증착 (Vacuum Evaporation)이나 스퍼터 증착(Sputter Deposition)등의 물리 기상 증착 (Physical Vapor Deposition) 공정에서는 피증착 모재인 기판을 액체질소 온도로 냉각함으로써 비정질의 박막을 제조할 수 있다. 비정질(Amorphous) 박막은 일반적으로 전기적 , 자기적, 광학적 특성등의 여러 물리적 특성이 결정질(Crystalline) 박막과는 다르다고 알려지고 있다. 한 층 또는 여러 층의 비정질 박막 제조 기술은 스핀전자 소자 (Spintronic Device) 또는 나노전자 소자(Nanoelectronic Device)등의 전자 소자 제작에 사용된다.Low temperature techniques for cooling materials to liquid nitrogen temperatures are applied in the field of material manufacture and measurement in various industries. In particular, in a physical vapor deposition process such as vacuum evaporation or sputter deposition, an amorphous thin film may be manufactured by cooling a substrate, which is a substrate to be deposited, to a liquid nitrogen temperature. Amorphous thin films are generally known to have different physical properties, such as electrical, magnetic, and optical properties, from crystalline thin films. One or more layers of amorphous thin film manufacturing techniques are used to fabricate electronic devices such as spintronic devices or nanoelectronic devices.
물리 기상 증착에서는 진공에서의 라인 오브 사이트(Line-of-Sight) 경로로 증착하고자 하는 물질의 원자 또는 분자 물질이 이동되어 기판에 증착된다. 따라서 증착원과 기판은 대면하여야 한다. 도 1 에 종래의 기술을 도시하였다. 진공 증착기의 진공 챔버(1)에 기판 홀더(7)와 기판 홀더의 아래에서 기판(6)과 대면하고 있는 제 1 물리기상 증착원(2), 기판과 엇비슷하게 대면하고 있는 제 2 물리 기상 증착원(3)을 도시하였다.In physical vapor deposition, atomic or molecular materials of a material to be deposited are moved and deposited on a substrate by a line-of-sight path in a vacuum. Therefore, the deposition source and the substrate must face each other. 1 shows a conventional technique. The first physical vapor deposition source 2 facing the substrate holder 7 and the substrate 6 under the substrate holder in the vacuum chamber 1 of the vacuum evaporator, and the second physical vapor deposition similarly facing the substrate. Circle 3 is shown.
액체질소 저장용기에 액체 질소 주입구(17)를 통하여 액체 질소(24)를 충전하면 기판 홀더는 액체질소 온도로 냉각된다. 기화되는 액체질소는 액체질소 배출구(18)를 통하여 배출된다. 액체 질소 저장용기(19)의 외벽의 일부분을 기판 홀더(7)로 사용한다. 기판은 기판홀더에 나사 또는 클램프를 사용하여 부착한다. 나사 또는 클램프를 사용하여 기판을 기판홀더에 부착하는 방식은 본 고안과 관련하여 통상적인 지식을 가지고 있는 자가 쉽게 알 수 있는 것으로 본 도면에는 표시하지 않는다.When the liquid nitrogen storage container is filled with the liquid nitrogen 24 through the liquid nitrogen inlet 17, the substrate holder is cooled to the liquid nitrogen temperature. The liquid nitrogen to be vaporized is discharged through the liquid nitrogen outlet 18. A portion of the outer wall of the liquid nitrogen reservoir 19 is used as the substrate holder 7. The substrate is attached to the substrate holder using screws or clamps. The method of attaching the substrate to the substrate holder using a screw or a clamp is easily illustrated by a person having ordinary knowledge in relation to the present invention and is not shown in the drawing.
물리기상 증착원은 진공 증발원(Evaporation Source) 또는 스퍼터 건(Sputter Gun)이 사용된다. 진공 증발원은 텅스텐 보트(Tungsten Boat) 또는 전자빔 도가니(E-Beam Crucible)등이 사용될 수 있다. 텅스텐 보트는 직류 전압 또는 교류 전압을 인가함으로써 증착 물질을 증발할 수 있는 온도로 가열된다. 직류 전압 또는 교류 전압을 인가하여 텅스텐 보트를 가열하는 기술은 본 고안과 관련하여 통상적인 지식을 가지고 있는 자가 쉽게 알 수 있는 것으로 본 도면에는 표시하지 않는다.As the physical vapor deposition source, a vacuum evaporation source or a sputter gun is used. As the vacuum evaporation source, a tungsten boat or an electron beam crucible may be used. The tungsten boat is heated to a temperature capable of evaporating the deposition material by applying a direct current or alternating voltage. The technique of heating a tungsten boat by applying a direct current voltage or an alternating voltage is easily shown to those skilled in the art, and is not shown in this drawing.
기판 홀더는 고정되어 있어서, 기판 홀더에 부착된 기판은 제 1 물리 기상 증착원과 정면으로 대면한다. 제 1 물리기상 증착원에서 가열되어 증발되는 제 1 증착물질(4)은 기판에 수직으로 입사되어 효율적으로 증착된다. 하지만 기판과 엇비스듬하게 대면하고 있는 제 2 물리기상 증착원에서 가열되어 증발되는 제 2 증착물질(5)은 기판에 비스듬한 방향으로 입사되어 증착 효율이 좋지 않다. 따라서 일반적으로 고정된 기판 홀더의 경우에는 여러 개의 물리기상 증착원을 적용하는 것은 바람직하지 않으며 어느 일정한 각도를 유지하면서 증착될 기판의 측면 또는 각진 면의 증착을 균일하게 하고자 할 때 적용하기가 용이하지 않다.The substrate holder is fixed so that the substrate attached to the substrate holder faces the first physical vapor deposition source in front. The first deposition material 4 which is heated and evaporated in the first physical vapor deposition source is incident on the substrate perpendicularly and is deposited efficiently. However, the second deposition material 5 that is heated and evaporated in the second physical vapor deposition source facing the substrate diagonally is incident on the substrate in an oblique direction and thus the deposition efficiency is not good. Therefore, it is generally not preferable to apply multiple physical vapor deposition sources in the case of a fixed substrate holder, and it is not easy to apply when uniformizing the side or angular surface of the substrate to be deposited while maintaining a certain angle. not.
액체질소로 냉각되는 각도조절 기판 홀더는 액체질소 온도로 기판을 냉각하면서 동시에 기판의 각도를 조절하는 수단을 제공함으로써, 2개 이상의 물리기상 증착원에서 방출되는 증착물질을 효과적으로 질소온도로 냉각된 기판에 증착하는 수단과 어느 일정한 각도를 유지하면서 증착될 기판의 측면 또는 각진 면의 증착을 균일하게 할 수 있는 수단을 제공한다. 다시 말하면 비정질 박막이 포함된 2개 이상의 박막으로 구성된 다층 박막의 제작 공정을 하나의 기판홀더를 이용하여 가능하게 한다.The liquid nitrogen-cooled substrate holder provides a means for cooling the substrate at the liquid nitrogen temperature and at the same time adjusting the angle of the substrate, thereby effectively depositing the vapor deposition material released from two or more physical vapor deposition sources to the nitrogen temperature. Means for depositing on the substrate and means for uniformly depositing the side or angular surface of the substrate to be deposited while maintaining a certain angle. In other words, a manufacturing process of a multilayer thin film composed of two or more thin films including an amorphous thin film is enabled using a single substrate holder.
도 1 은 종래의 액체질소로 냉각되는 기판 홀더1 is a substrate holder cooled with a conventional liquid nitrogen
도 2 은 본 고안의 한 예인 진공 증착기에 장착된 각도조절 기판 홀더의 개략도Figure 2 is a schematic diagram of the angle control substrate holder mounted to an example vacuum evaporator of the present invention
도 3 는 본 고안의 기판 홀더의 시계 방향 각도조절의 예Figure 3 is an example of the clockwise angle adjustment of the substrate holder of the present invention
도 4 는 본 고안의 기판 홀더의 반시계 방향 각도조절의 예Figure 4 is an example of counterclockwise angle adjustment of the substrate holder of the present invention
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞<Description of the code | symbol about the principal part of drawing>
1. 진공 챔버 2. 제 1 물리 기상 증착원1. Vacuum chamber 2. First physical vapor deposition source
3. 제 2 물리 기상 증착원 4. 제 1 증착 물질3. Second Physical Vapor Deposition Source 4. First Deposition Material
5. 제 2 증착 물질 6. 기판5. Second Deposition Material 6. Substrate
7. 기판 홀더 8. 기판 홀더 회전판7. Board Holder 8. Board Holder Carousel
9. 선형이동 기구부 10. 선형운동 실린더9. Linear movement mechanism 10. Linear motion cylinder
11. 선형운동 축 12. 선형운동 미끄럼 축11. Linear motion axis 12. Linear motion slide axis
13. 선형 미끄럼 부시 14. 조인트13. Linear sliding bush 14. Joint
15. 링크부 16. 링크15. Link section 16. Link
17. 액체질소 주입구 18. 액체질소 배출구17. Liquid nitrogen inlet 18. Liquid nitrogen outlet
19. 액체질소 용기 20. 구리 브레이드19. Liquid nitrogen container 20. Copper braid
21. 링크 회전축 22. 홀더 회전축21. Link rotating shaft 22. Holder rotating shaft
23. 열 부도체 24. 액체 질소23. Thermal insulator 24. Liquid nitrogen
본 고안의 액체질소로 냉각되는 각도조절 기판 홀더의 구성 및 작용은 물리기상 증착기를 이용한 비정질 적층 박막의 제조 공정과 연관하여 설명함으로써 명확해진다. 물리 기상 증착기는 일반적으로 진공 챔버, 진공 펌프, 물리 기상 증착원, 기판홀더로 구성된다. 물리 기상 증착원으로는 텅스텐 보트나 전자빔 소스등의 진공 증착원이나 스퍼터 건을 사용할 수 있다. 본 고안에서는 물리 기상 증착원의 일 실시예로 텅스텐 보트를 이용한 증착원으로 설명하나, 이것이 본 고안의 물리기상 증착원으로 텅스텐 보트를 한정 하지는 않는다.The construction and operation of the angle-controlled substrate holder cooled with liquid nitrogen of the present invention will be clarified by explaining the manufacturing process of the amorphous laminated thin film using a physical vapor deposition machine. Physical vapor deposition machine is generally composed of a vacuum chamber, a vacuum pump, a physical vapor deposition source, a substrate holder. As the physical vapor deposition source, a vacuum deposition source such as a tungsten boat or an electron beam source, or a sputter gun can be used. In the present invention, an embodiment of a physical vapor deposition source is described as a deposition source using tungsten boat, but this does not limit the tungsten boat to the physical vapor deposition source of the present invention.
본 고안에서 제안하는 액체질소로 냉각되는 각도조절 기판 홀더를 물리기상증착기에 적용한 한 예를 도 2에 도시 하였다. 진공 증착기의 진공 챔버(1)에 기판 홀더(7)와 기판 홀더의 아래에서 기판(6)과 엇비스듬하게 대면하고 있는 제 1 물리기상 증착원(2), 제 2 물리 기상 증착원(3)을 도시하였다.An example in which the angle control substrate holder cooled by the liquid nitrogen proposed by the present invention is applied to a physical vapor deposition machine is illustrated in FIG. 2. The first physical vapor deposition source 2 and the second physical vapor deposition source 3 facing the substrate holder 7 and the substrate 6 under the substrate holder in an oblique manner to the vacuum chamber 1 of the vacuum evaporator 1 Shown.
물리기상 증착원은 진공 증발원(Evaporation Source) 또는 스퍼터 건(Sputter Gun)이 사용된다. 진공 증발원은 텅스텐 보트(Tungsten Boat) 또는 전자빔 도가니(E-Beam Crucible)등이 사용될 수 있다. 텅스텐 보트는 직류 전압 또는 교류 전압을 인가함으로써 증착 물질을 증발할 수 있는 온도로 가열된다. 직류 전압 또는 교류 전압을 인가하여 텅스텐 보트를 가열하는 기술은 본 고안과 관련하여 통상적인 지식을 가지고 있는 자가 쉽게 알 수 있는 것으로 본 도면에는 표시하지 않는다.As the physical vapor deposition source, a vacuum evaporation source or a sputter gun is used. As the vacuum evaporation source, a tungsten boat or an electron beam crucible may be used. The tungsten boat is heated to a temperature capable of evaporating the deposition material by applying a direct current or alternating voltage. The technique of heating a tungsten boat by applying a direct current voltage or an alternating voltage is easily shown to those skilled in the art, and is not shown in this drawing.
본 고안에 의한 액체질소(24)로 냉각되는 각도조절 기판 홀더는, 기판 홀더(7)의 각도를 조절하기 위한 선형이동 기구부(9), 선형이동 기구부의 직선운동을 회전운동으로 변환하는 링크부(15), 기판 홀더로부터 링크부로의 열전달을 억제하는 열부도체(23), 고정된 액체질소 용기(19), 기판 홀더로부터 액체질소 저장용기로 열전달 경로를 제공함으로써 기판 홀더를 액체질소 온도로 냉각하기 위한 유연한 구리 브레이드(20)로 구성된 것을 특징으로 한다.The angle adjusting substrate holder cooled by the liquid nitrogen 24 according to the present invention includes a linear movement mechanism 9 for adjusting the angle of the substrate holder 7 and a link portion for converting linear movement of the linear movement mechanism into rotational movement. (15) cooling the substrate holder to liquid nitrogen temperature by providing a heat transfer path from the substrate holder to the heat transfer from the substrate holder to the link portion 23, a fixed liquid nitrogen container 19, and a heat transfer path from the substrate holder to the liquid nitrogen storage vessel. It is characterized by consisting of a flexible copper braid 20 to.
기판(6)은 기판홀더에 나사 또는 클램프를 사용하여 부착한다. 나사 또는 클램프를 사용하여 기판을 기판홀더에 부착하는 방식은 본 고안과 관련하여 통상적인 지식을 가지고 있는 자가 쉽게 알 수 있는 것으로 본 도면에는 표시하지 않는다.The substrate 6 is attached to the substrate holder using screws or clamps. The method of attaching the substrate to the substrate holder using a screw or a clamp is easily illustrated by a person having ordinary knowledge in relation to the present invention and is not shown in the drawing.
기판을 제 1 물리기상 증착원, 제 2 증착원과 대면하는 방향으로 각도조절을하기 위하여는 기판이 부착된 기판 홀더의 각도를 조절하여야 한다.In order to angle the substrate in a direction facing the first physical vapor deposition source and the second deposition source, the angle of the substrate holder to which the substrate is attached must be adjusted.
기판홀더는 선형이동 기구부와 링크부에 의하여 각도 조절이 된다. 선형 이동 기구부는 선형이동 실린더(10), 선형이동 축(11), 조인터(14), 선형운동 미끄럼 축(12), 선형 미끄럼 부시(13)로 구성된다. 링크부는 링크 회전축(22), 링크(16), 홀더 회전축(22)과 홀더 회전판(8)으로 구성된다.The substrate holder is angle-adjusted by the linear moving mechanism part and the link part. The linear moving mechanism portion is composed of a linear moving cylinder 10, a linear moving axis 11, a jointer 14, a linear motion sliding axis 12, and a linear sliding bush 13. The link portion is composed of a link rotating shaft 22, a link 16, a holder rotating shaft 22, and a holder rotating plate 8.
선형이동 실린더에 의해 선형이동 축은 상하방향으로 이동한다. 선형이동 미끄럼 축에 부착된 선형 미끄럼 부시는 조인터에 의해 선형이동 축과 연결된다. 따라서 선형이동축의 운동은 선형 미끄럼 부시에 전달된다.The linear axis moves in the vertical direction by the linear cylinder. The linear sliding bush attached to the linear sliding slide axis is connected to the linear moving axis by a jointer. Therefore, the movement of the linear movement axis is transmitted to the linear sliding bush.
선형 미끄럼 부시의 선형운동은 링크부에 의하여 회전 운동으로 변환된다. 선형 운동 미끄럼축의 하단에 홀더 회전축을 통하여 홀더 회전판이 연결된다. 홀더 회전판은 또한 두개의 링크축과 링크에 의하여 미끄럼 부시에 연결된다. 미끄럼 부시가 상승하면 도 3에서와 같이 홀더 회전판은 시계 방향으로 회전한다. 미끄럼 부시가 상승하면 제 1 물리기상 증착원은 기판과 정면으로 대면한다. 따라서 제 1 물리기상 증착원에서 가열되어 증발되는 제 1 증착 물질(4)은 기판에 수직으로 입사되어 효율적으로 증착된다. 반대로 미끄럼 부시가 하강하면 도 4에서와 같이 홀더 회전판은 반시계 방향으로 회전한다. 미끄럼 부시가 하강하면 제 2 물리기상 증착원은 기판과 정면으로 대면한다. 따라서 제 2 물리기상 증착원에서 가열되어 증발되는 제 2 증착 물질(5)은 기판에 수직으로 입사되어 효율적으로 증착된다.The linear motion of the linear sliding bush is converted into rotational motion by the link portion. The holder rotating plate is connected to the lower end of the linear motion sliding shaft through the holder rotating shaft. The holder turntable is also connected to the sliding bush by two link axes and links. When the sliding bush is raised, the holder rotating plate rotates clockwise as shown in FIG. When the sliding bush is raised, the first physical vapor deposition source faces the substrate. Therefore, the first deposition material 4 which is heated and evaporated in the first physical vapor deposition source is incident on the substrate perpendicularly and is deposited efficiently. On the contrary, when the sliding bush descends, the holder rotating plate rotates counterclockwise as shown in FIG. 4. When the sliding bush descends, the second physical vapor deposition source faces the substrate. Accordingly, the second deposition material 5 which is heated and evaporated in the second physical vapor deposition source is incident on the substrate perpendicularly and is deposited efficiently.
미끄럼 부시의 상 하 방향으로의 이동거리는 선형이동 실린더의 이동거리에 의해 결정된다. 따라서 홀더 회전판의 회전각은 선형이동 기구에 의해 조절된다.The moving distance of the sliding bush in the vertical direction is determined by the moving distance of the linear moving cylinder. Therefore, the rotation angle of the holder rotating plate is adjusted by the linear movement mechanism.
기판 홀더는 홀더 회전판에 열부도체로 연결되어 있다. 열 부도체는 석영 또는 알루미나 재질로 제작될 수 있다. 따라서 기판 홀더는 홀더 회전판으로의 열전달을 억제하면서 선형이동기구에 의해 회전 각도가 조절된다.The substrate holder is connected to the holder rotating plate by thermal conductors. The thermal insulator may be made of quartz or alumina material. Therefore, the substrate holder is adjusted by the linear movement mechanism while suppressing heat transfer to the holder rotating plate.
액체질소는 액체질소 주입구(17)를 통하여 액체질소 용기에 주입된다. 액체질소는 액체질소 저장용기를 액체질소의 온도로 냉각시킨다. 이때 기화되는 질소는 액체질소 배출구(18)를 통하여 배출된다.Liquid nitrogen is injected into the liquid nitrogen container through the liquid nitrogen injection port 17. Liquid nitrogen cools the liquid nitrogen reservoir to the temperature of liquid nitrogen. At this time, the vaporized nitrogen is discharged through the liquid nitrogen outlet (18).
기판 홀더는 액체질소 용기에 구리 브레이드로 연결되어 있어 액체질소 온도로 냉각된다. 기판 홀더는 홀더 회전판(8)에 열 부도체로 연결되어 있어 기판홀더 회전판으로의 열전달은 억제된다.The substrate holder is connected to the liquid nitrogen container by copper braid and cooled to liquid nitrogen temperature. The substrate holder is connected to the holder rotating plate 8 by a thermal insulator so that heat transfer to the substrate holder rotating plate is suppressed.
액체 질소 저장용기로부터 구리 브레이드를 통한 경로는 기판홀더를 액체 질소 온도로 냉각하는 수단을 제공하고, 선형이동기구부와 링크부를 통한 경로는 기판홀더의 회전각을 조절하는 수단을 제공한다. 열 절연체를 통하여 선형 이동 기구부와 링크부는 상온 근처에서 동작하기 때문에 저온 파괴(Low Temperature Fracture)가 문제가 되지 않는다. 구리 브레이드는 액체질소 온도의 저온에서도 유연성(Flexibility)을 유지하기 때문에 기판홀더의 회전에 따라 유연하게 모양이 변형된다.The path through the copper braid from the liquid nitrogen reservoir provides a means for cooling the substrate holder to liquid nitrogen temperature, and the path through the linear transfer mechanism portion and the link portion provides a means for adjusting the rotation angle of the substrate holder. Low temperature fracture is not a problem because the linear moving mechanism part and the link part operate near room temperature through the heat insulator. The copper braid maintains flexibility even at low temperatures of liquid nitrogen, so the shape changes flexibly as the substrate holder rotates.
구리 브레이드는 기판 홀더의 회전에 따라 유연하게 변형되면서 기판온도를 액체 질소 온도로 냉각할 수 있는 열전달 경로를 제공한다.The copper braid provides a heat transfer path that cools the substrate temperature to the liquid nitrogen temperature while flexibly deforming as the substrate holder rotates.
본 고안에 따른 기판홀더는 액체 질소 온도의 저온에서 기판홀더의 각도를조절할 수 있다. 진공 증착 장비에 부착되는 사용 예에서는 기판을 액체질소 온도로 냉각하면서 다수의 물리기상 증착원과 기판이 정면으로 대면하도록 각도를 조절함으로써, 비정질 박막을 적층할 수 있는 수단과 어느 일정한 각도를 유지함녀서 증착될 기판의 측면 또는 각진 면의 증착을 균일하게 할 수 있는 수단을 제공한다.The substrate holder according to the present invention can adjust the angle of the substrate holder at a low temperature of the liquid nitrogen temperature. In the use example attached to the vacuum deposition equipment, the substrate is cooled to liquid nitrogen temperature and the angles of the physical vapor deposition sources and the substrate are face-to-face, thereby maintaining a certain angle and a means for stacking the amorphous thin film. Means are provided that allow uniform deposition of the side or angular side of the substrate to be deposited.
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| KR20-2003-0036729U KR200343820Y1 (en) | 2003-11-21 | 2003-11-21 | Tilting Substrate Holder Cooled by Liquid Nitrogen |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109826979A (en) * | 2019-03-28 | 2019-05-31 | 郑州科锐真空设备有限公司 | A kind of multifunctional composite vacuum valve and the vacuum equipment using the vacuum valve |
-
2003
- 2003-11-21 KR KR20-2003-0036729U patent/KR200343820Y1/en not_active IP Right Cessation
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| CN109826979B (en) * | 2019-03-28 | 2023-09-08 | 河南晶珂锐真空科技有限公司 | Multifunctional combined type vacuum valve and vacuum equipment using same |
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