KR20150057978A - 3차원 나노 스케일 구조물 제작 장치 및 이를 이용한 3차원 나노 스케일 구조물 제조방법 - Google Patents

3차원 나노 스케일 구조물 제작 장치 및 이를 이용한 3차원 나노 스케일 구조물 제조방법 Download PDF

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이경수
강명구
홍기표
이상조
박지황
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연세대학교 산학협력단
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Abstract

3차원 나노 스케일의 구조물 제작 장치 및 이를 이용한 3차원 나노 스케일 구조물 제조방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 나노 구조물 제작장치는, 소스부재(110), 소스부재 고정부(120) 및 플라즈마 발생부(130)를 구비하고, 상기 소스부재(110)는 플라즈마 발생부(130)로부터 발생한 플라즈마(190)에 의해 스퍼터링되어 나노 입자를 발생하는 스퍼터링 소스부(100); 상기 스퍼터링 소스부(100)에 인접하여 장착되고, 스퍼터링된 나노 입자들(111)이 양전하를 띠도록 스퍼터링된 나노 입자들(111)에 플라즈마 또는 레이저를 조사하는 이온화 장치부(200); 상기 스퍼터링 소스부(100) 및 이온화 장치부(200)를 내부에 장착하고, 이온화 입자 배출구(411)를 구비하며, 상기 이온화 장치부(200)로부터 생성된 양전하를 띤 나노 입자들(112)을 상기 이온화 입자 배출구(411)로 배출시키는 스퍼터링 챔버(sputtering chamber, 410); 상기 이온화 입자 배출구(411)에 인접하여 연통되어 장착되고, 집속 입자 배출구(421)를 구비하며, 이온화된 입자들(112)을 이온 집속 렌즈(320)를 통해 집속하고, 상기 집속 입자 배출구(421)를 통해 집속된 입자(113)를 배출시키는 이온 제어 렌즈부(300); 및 상기 집속 입자 배출구(421)에 인접하여 위치하고, 집속된 입자들(113)을 끌어 당기는 음극판(520)을 구비하며, 집속된 입자들(113)을 기판(510)에 증착시키는 기판 증착부(500);를 포함한다.

Description

3차원 나노 스케일 구조물 제작 장치 및 이를 이용한 3차원 나노 스케일 구조물 제조방법 {Apparatus for Fabricating 3D Nano Structure and Method of Construction Using the Same}
본 발명은 나노스케일 구조 제작 장치 및 공정 방법에 관한 것으로, 특히 3차원 복합 나노구조물의 제작 장치 및 그 적층 공정 방법에 관한 것이다.
현재 마이크로 혹은 나노 스케일의 구조물을 제작하기 위해 다양한 기술이 활용되고 있다. 그 대표적인 예로서, 스테레오 리소그래피(stereo lithography) 공법, 나노 입자 적층 시스템(nano particle deposition) 공법 및 집속이온빔(focused ion beam)을 이용한 공법 등을 들 수 있다.
구체적으로, 스테레오 리소그래피 공법은 3D-CAD 데이터를 바탕으로 빠르게 프로토타입을 생성할 수 있는 기술이고, 나노 입자 적층 시스템 공법은 상온 상태에서 초음속 노즐을 이용하여 마이크로 및 나노 사이즈의 입자를 분사하고 이러한 입자를 이용하여 다양한 고체 박막을 적층하는 기술이다. 또한, 집속이온빔을 이용한 공법은 고정밀도 특성을 가지고 있는 기술이다.
스테레오 리소그래피 공법은, 열에 의한 재료의 손상이 발생할 수 있고, 재료의 종류에 제한을 가진다.
나노 입자 적층 시스템 공법은 번거로운 후속 공정 및 고가의 나노/마이크로 입자가 필요하다. 또한, 나노 입자 적층 시스템 공법은 노즐에서 분사되는 공기압 때문에 낮은 강성을 갖는 구조물에는 부적합하다.
집속이온빔을 이용한 공법은 갈륨과 같은 인체에 유해한 물질을 사용한다. 또한, 갈륨과 또 다른 가스와의 화학적 반응을 이용하여 구조물을 제작하므로 증착물의 순도가 높지 않다는 문제가 있다. 또한, 집속이온빔을 이용한 공법은 고진공을 요한다는 어려움이 있다.
한국공개특허공보 제10-1989-0013819호 (1989년 09월 26일)
본 발명의 목적은, 마이크로 또는 나노 스케일의 구조물 제작에 있어서, 구조물의 정밀도가 높고, 다양한 소스의 사용이 가능하여 다양한 소재로 구성된 구조물을 제조할 수 있고, 상압 또는 저진공, 상온 또는 낮은 온도에서도 제조 공정이 가능하여 재료 특성의 변화가 적은 3차원 나노 스케일 구조물의 제작을 위한 장치 및 공정 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 3차원 나노구조 제작 장치는,
소스부재, 소스부재 고정부 및 플라즈마 발생부를 구비하고, 상기 소스부재는 플라즈마 발생부로부터 발생한 플라즈마에 의해 스퍼터링되어 나노 입자를 발생하는 스퍼터링 소스부;
상기 스퍼터링 소스부에 인접하여 장착되고, 스퍼터링된 나노 입자들이 양전하를 띠도록 스퍼터링된 나노 입자들에 플라즈마 또는 레이저를 조사하는 이온화 장치부;
상기 스퍼터링 소스부 및 이온화 장치부를 내부에 장착하고, 이온화 입자 배출구를 구비하며, 상기 이온화 장치부로부터 생성된 양전하를 띤 나노 입자들을 상기 이온화 입자 배출구로 배출시키는 스퍼터링 챔버(sputtering chamber);
상기 이온화 입자 배출구에 인접하여 연통되어 장착되고, 집속 입자 배출구를 구비하며, 이온화된 입자들을 이온 집속 렌즈를 통해 집속하고, 상기 집속 입자 배출구를 통해 집속된 입자를 배출시키는 이온 제어 렌즈부; 및
상기 집속 입자 배출구에 인접하여 위치하고, 집속된 입자들을 끌어 당기는 음극판을 구비하며, 집속된 입자들을 기판에 증착시키는 기판 증착부;를 포함하는 구성일 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 이온 제어 렌즈부는, 이온 제어 렌즈부 챔버 내부에 장착될 수 있다.
또한, 상기 스퍼터링 챔버 및 이온 제어 렌즈부 챔버의 내부 압력은, 상압 또는 10-3 Torr 까지의 저진공 일 수 있다.
한편, 상기 소스부재는, 초경합금을 비롯한 금속 소재, 세라믹 소재, 폴리머 소재 및 비정질 소재로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되는 것일 수 있으며, 원통형 형상으로 형성된 것일 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 소스부재 고정부는, 소스부재 고정부로부터 발생하는 열을 제거하도록, 냉각 장치를 더 장착할 수 있으며, 상기 냉각 장치는, 공냉식 또는 수냉식 냉각 장치일 수 있다.
또한, 상기 소스부재 고정부는, 플라즈마에 의해 스퍼터링되는 나노 입자의 생성률을 증가시키도록, 자전관(<磁電管, magnetron)이 더 장착될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 이온 제어 렌즈부는,
상기 이온화 입자 배출구로부터 배출된 양전하를 띤 나노 입자들을 이온 제어 렌즈부 내부로 끌어당기도록 음극성을 띠고, 이온 제어 렌즈부 내부 쪽으로 구경이 좁아지는 깔때기 형상인 이온 포집부;를 더 포함하는 구성일 수 있다.
또한, 상기 이온 집속 렌즈는,
양전하를 띤 나노 입자들을 집속시키도록, 정전식 렌즈 또는 자기 렌즈로 구성될 수 있다.
한편, 상기 기판 증착부는,
기판을 고정하는 고정부재를 구비하고, 상기 기판에 집속된 입자들이 증착되도록 음극을 띠는 음극판; 및
상기 음극판에 인접하여 위치하고, 음극판의 위치를 변경시키는 스테이지(stage);를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 기판 증착부는, 스테이지의 위치를 변경시키는 스테이지 구동부 및 스테이지 제어부를 더 장착할 수 있다.
본 발명은 또한 상기 박막 증착 장치를 이용하여 나노 스케일 구조물을 제조하는 방법을 제공하는 바, 본 발명의 일 측면에 따른 나노 스케일 구조물 제조 방법은,
(a) 스퍼터링 소스부에 가스를 유입시킨 후 플라즈마 발생부에 고전압을 걸어 플라즈마를 발생하는 과정;
(b) 발생된 플라즈마에 의해 소스부재로부터 중성 또는 일부가 양전하를 띠는 나노 입자들이 스퍼터링 되는 과정;
(c) 스퍼터링된 나노 입자들이 이온화 장치부의 플라즈마 또는 레이저에 의해 이온화 되어 양전하를 띠게 되는 과정;
(d) 양전하를 띠게 된 나노 입자들이 이온 제어 렌즈부의 이온 포집부에 의해 끌려 이동하는 과정;
(e) 양전하를 띠게 된 나노 입자들이 이온 집속 렌즈를 지나면서 집속되는 과정; 및
(f) 집속된 나노 입자들이 기판 증착부의 음극판에 의해 끌려 기판에 증착되는 과정;
을 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 (a) 과정에서의 가스는, 불활성 가스 (Ar, He 등) 일 수 있으며, 스퍼터링 되는 나노 입자의 기능을 위해 활성 기체 (O2, CF4 및 H2N2 등)로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되는 것일 수 있다.
본 발명은 또한 상기 박막 증착 장치를 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하여 복합적인 나노 스케일 구조물 제조 장치를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 3차원 나노 스케일 구조물 제작 장치 및 공정 방법에 따르면, 특정 구조의 스퍼터링 소스부, 이온화 장치부, 스퍼터링 챔버, 이온 제어 렌즈부 및 기판 증착부를 구비함으로써, 마이크로 또는 나노 스케일의 구조물 제작에 있어서, 구조물의 정밀도를 높이고, 다양한 소스의 사용이 가능하여 다양한 소재로 구성된 구조물을 제조할 수 있고, 상압 또는 저진공, 상온 또는 낮은 온도에서도 제조 공정이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 3차원 나노 스케일 구조물 제작 장치 및 공정 방법에 의하면, 저진공 및 상압 환경에서의 공정으로 인한 공정 비용과 진공환경을 조성하는 시간을 절약할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 3차원 나노 스케일 구조물 제작 장치 및 공정 방법은, 무작위 방향으로 퍼져나가는 스퍼터링된 나노 입자를 적절히 포집 및 집속시켜 증착함으로써 챔버 벽면에 증착되어 낭비되는 입자를 줄일 수 있고, 증착시 무작위 방향으로 입사되는 나노 입자들을 한 방향을 갖도록 정렬하고, 이 정렬된 입자들의 증착방향을 제어하여 증착 품질과 나노 구조물의 제조를 더욱 용이하게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 3차원 나노 스케일 구조물 제작 장치 및 공정 방법은, 정전식 렌즈 또는 자기 렌즈를 통해 나노 입자를 집속함으로써 선택적 증착이 가능하여, 마스킹 또는 에칭 등의 후속 처리가 필요하지 않으며, 증착되는 나노 입자의 속도와 전해반응, 가스와의 반응 등에 의해 증착 박막의 점착이 강하게 유지될 수 있다.
본 발명에 따른 3차원 나노 스케일 나노 스케일 구조물 제작 장치 및 공정 방법은에 의하면, 물리 증착법을 사용하여 증착하는 재료의 종류에 제한이 없으며, 증착물의 순도 역시 높게 유지하는 효과를 가져올 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 박막 증착 장치의 측면 모식도이다.
도 2는 도 1에 도시된 스퍼터링 소스부의 측면 모식도이다.
도 3은 FIB장치 개념도이다.
도 4는 이온빔 조사 상태를 나타내는 개념도이다.
도 5는 도 1에 도시된 이온화 장치부의 측면 모식도이다.
도 6은 도 1에 도시된 이온 제어 렌즈부의 측면 모식도이다.
도 7은 도 1에 도시된 기판 증착부의 측면 모식도이다.
도 8은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 나노 스케일 구조물 제조 방법의 흐름도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하지만 본 발명의 범주가 그것에 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성에 대해서는 그 상세한 설명을 생략하며, 또한 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 소지가 있는 구성에 대해서도 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 박막 증착 장치의 측면 모식도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 박막 증착 장치(600)는, 스퍼터링 소스부(100), 이온화 장치부(200), 스퍼터링 챔버(410), 이온 제어 렌즈부(300) 및 기판 증착부(500)를 포함하는 구성일 수 있다.
소스부재(110)는 스퍼터링 소스부(100)에 의해 스퍼터링되어 나노 입자들(111)을 생성하고, 스퍼터링 된 나노 입자들(111)은 이온화 장치부(200)에 의해 양전하를 띠게 되며, 양전하를 띠게 된 나노 입자들(112)은 이온 제어 렌즈부(300)에 의해 집속되고, 집속된 나노 입자들(113)은 기판 증착부(500)에 증착되어 나노 스케일 구조물(10)을 형성할 수 있다.
도 1에서 보는 바와 같이, 이온 제어 렌즈부(300)는, 이온 제어 렌즈부 챔버(420) 내부에 장착될 수 있다. 또한, 스퍼터링 챔버(410)와 이온 제어 렌즈부 챔버(420)는 서로 연통되어 양전하를 띤 나노 입자들(112)이 이동할 수 있는 이동 통로를 구비하는 구조일 수 있다.
또한, 스퍼터링 챔버(410) 및 이온 제어 렌즈부 챔버(420)의 내부에는 불활성 가스로서 아르곤 가스 또는 헬륨 가스 등이 주입될 수 있으며, 활성 가스로서 O2, CF4 및 H2N2 등으로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되는 또 다른 가스로 대체될 수 있다. 스퍼터링 챔버(410) 및 이온 제어 렌즈부 챔버(420)의 내부에 주입되는 가스는, 플라즈마의 밀도를 향상시키거나, 반응에 에너지를 전달하는 역할을 수행할 수 있다.
이때, 스퍼터링 소스부(100) 내부의 가스는 반응에너지를 전달할 수 있는 가스라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, Ar, He, O2, CF4 및 H2N2 로 이루어진 군에서 하나 선택되는 것이거나, 둘 이상 선택되어 혼합된 가스일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 불활성 가스와 활성 가스가 혼합된 가스일 수 있다. 상기 언급한 불활성 가스의 예로서 inert gas 또는 noble gas를 들 수 있다.
상기 언급한 불활성 가스에 대한 더욱 구체적인 설명은, 'Noble gas temperature control of metal clusters: A molecular dynamics study' (Westergren, J., Grㆆnbeck, H., Kim, S. G., & Tomㅱnek, D. (1997). The Journal of chemical physics, 107(8), 3071-3079) 문헌에 언급되어 있는 바, 당업자라면, 상기 선행 기술 문헌에 게시된 기술을 바탕으로 본원발명에 교시된 기술을 어려움 없이 실시할 수 있을 것이다.
한편, 스퍼터링 챔버(410) 및 이온 제어 렌즈부 챔버(420)의 내부 압력은, 상압 또는 10-3 Torr 까지의 저진공 또는 상압 수준의 내부 압력일 수 있다.
더욱 구체적으로, 상압 또는 저진공 환경에서는 공기분자들의 개수에 따라서 플라즈마를 형성하는 에너지가 달라지게 된다. 즉, 상압 또는 10-3 Torr 까지의 저진공 상태에서는 많은 양의 에너지가 필요하므로, 본 실시예에 따른 스퍼터링 소스부(100) 내부의 부피는, 1cc 이하로 구성함이 바람직하다.
상기 언급한 내용에 대한 더욱 구체적인 설명은, 'Atmospheric pressure plasmas: A review' (Tendero, C., Tixier, C., Tristant, P., Desmaison, J., & Leprince, P. (2006). Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, 61(1), 2-30) 문헌에 언급되어 있는 바, 당업자라면, 상기 선행 기술 문헌에 게시된 기술을 바탕으로 본원발명에 교시된 기술을 어려움 없이 실시할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 박막 증착 장치(600)는, 저진공 또는 상압 환경에서 스퍼터링된 나노 입자(111)를 생성시키고 이온화 장치부(200) 및 이온 제어 렌즈부(300)를 통해 나노 입자들(113)을 제어할 수 있다.
결과적으로, 본 발명에 따른 박막 증착 장치(600)는, 저진공 또는 상압, 상온 또는 낮은온도 환경에서 3차원 나노 프린팅이 가능하다. 따라서, 이러한 기술적 이점을 토대로 다양한 재료의 이온화된 나노 입자들을 생성하고 집속하여 선택적인 부분에 나노 스케일의 3차원 나노 스케일 구조물을 직접 형성할 수 있다.
도 2에는 도 1에 도시된 스퍼터링 소스부의 측면 모식도가 도시되어 있다. 또한, 도 3에는 FIB장치 개념도가 도시되어 있고, 도 4에는 이온빔 조사 상태를 나타내는 개념도가 도시되어 있다.
우선, 도 2를 도 1과 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 스퍼터링 소스부(100)는, 소스부재(110), 소스부재 고정부(120) 및 플라즈마 발생부(130)를 포함하는 구성일 수 있다.
구체적으로, 소스부재(110)는 플라즈마 발생부(130)로부터 발생한 플라즈마(190)에 의해 스퍼터링되어 나노 입자(111)를 발생할 수 있다.
더욱 구체적으로, 도 3 및 도 4와 함께 설명하면, 플라즈마(190)에 의해 스퍼터링 소스부(100) 내부 가스(불활성 가스 및 활성 가스)의 기체 분자전자들은 고에너지 상태로 이온화된다. 이때 고에너지 상태로 이온화된 기체분자전자들에 의해 소스부재로부터 중성 또는 양전하 또는 음전하를 띠는 나노 입자들이 발생될 수 있다.
이때, 스퍼터링 소스부(100) 내부의 가스는 반응에너지를 전달할 수 있는 가스라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, Ar, He, O2, CF4 및 H2N2 로 이루어진 군에서 하나 선택되는 것이거나, 둘 이상 선택되어 혼합된 가스일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 불활성 가스와 활성 가스가 혼합된 가스일 수 있다. 상기 언급한 불활성 가스의 예로서 inert gas 또는 noble gas를 들 수 있다.
이온은 기체를 고온으로 하거나 전기방전 또는 자외선과 같이 짧은 파장의 빛에 의해서 발생한다. 이러한 이온은 전기장에 의해서 가속되는데 이렇게 가속된 이온은 고 에너지 상태가 된다. 보통은 1 내지 0.01Pa 정도의 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논 (Xe)과 같은 불활성기체를 방전을 통해 고 에너지 상태로 이온화 하고 이 이온을 재료에 충돌시켜 재료표면을 제거 또는 퇴적가공을 할 수 있다.
이러한 이온빔가공은 반도체가공과 같은 정밀/미세가공이 필요한 프로세스에서 제거가공(sputtering), 이온 플레이팅(implanting), 퇴적가공(deposition), 리액티브 이온가공(chemical reaction) 등 여러 방법이 실용화되고 있다.
이온발생을 집속하여 발생시키는 집속이온빔(focused ion beam, FIB)장치는 근래 고도의 정밀도를 요구하는 반도체를 비롯하여 전자/통신/의료/바이오 등 여러 분야의 고ㅇ초정밀ㅇ미세가공 수요를 대상으로 빠른 성장을 보여 왔다.
액체금속이온 소스(Liquid Metal Ion Source, LMIS)로부터 발생하는 이온빔을 이용하여 FIB장치를 최초로 개발한 것은 1977년경 반도체의 마이
크로디바이스를 목표로 한 미국 Hughes연구소의 R. L. Seliger이다. 당초 마스크 없는 이온주입을 할 목적으로 Duo-plasmatron형 이온 원으로부터
이온빔을 집속하여 시료의 미소영역에 선택적으로 조사했다. 반도체를 국가산업으로 추진할 전략을 가지고 있던 일본도 1981년부터 일본전자(주)에서 마스크 없는 이온주입용 FIB장치개발에 착수하고, 정부의 대형프로젝트로 추진하였다(1981~1986).
FIB장치는 주로 매우 가늘게 집속한 이온빔을 재료표면에 주사(scanning)하여 발생한 전자/원자를 검출하여 현미경상을 관찰하거나 재료표면을 가공하는 용도로 쓰인다. 이 장치는 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM))과 유사한 구조와 기능을 가지고 있다.
우선 광원에서 발생한 광을 애퍼처(aperture, 開口)와 집속렌즈(condenser lens)로 집속시켜 빔을 만든다. 다음에 대물렌즈(objective lens : OL)로 재료표면에 초점을 맞추고, 집속되어 재료 표면에 초점이 맞춰진 빔은 편향기로 재료표면을 주사한다. 빔 조사(照射)에 따라 표면에서 발생하는 2차 신호를 센서로 검출하고, 2차 신호에 대응한 데이터를 빔 조사위치좌표에 대응한 화상데이터 메모리에 기억시킨다. 이 데이터를 컴퓨터 화면에 표시하여 빔을 조사한 영역의 현미경상을 관찰할 수 있다.
끝부분의 예리한 금속첨단부분과 접촉되는 전극 사이에 전계를 걸어 하전입자를 끌어낸다. 이 하전입자는 가속전원에 의한 전압을 가속시켜 시료에 충돌한다. 이온의 경우는 예리한 금속첨단부분에 액체금속갈륨을 흐르게 하고 전계의 힘으로 이를 방사시킨다. 이 때 가해지는 전압은 보통 5kV에서 30kV이다. 가속전압이 높으면 빔을 가늘게 만들 수 있다. 그러나 동시에 시료에 대한 대미지가 크기 때문에 보통은 30kV가 적절한 가공전압으로 이용하고 있다.
전자현미경에서는 전자석에서 발생하는 자계를 이용하여 제어하는 것이 일반적이지만 집속이온빔에서는 중량이 다른 이온이 존재하기 때문에 자계를 쓰지 않고 전계를 이용한다. 전계를 쓸 경우, 우선 진공 중에 설치된 전극에 고전압을 인가해야 한다. 전압회로는 전류회로와 비교하여 노이즈 영향을 받기 쉽기 때문에 노이즈대책이 필요하며, 고성능을 실현하기 위해 미크론 단위의 정밀도로 부품을 조립한다.
FIB장치가 갈륨이온빔을 시료표면에 조사하면 2차 전자가 발생한다. 또한 갈륨이온은 전자보다 무겁기 때문에 시료를 구성하는 원자를 튕겨내는
스퍼터링(sputtering)현상이 발생한다. 이 원자는 2차 이온이 되어 시료에서 떨어져 날아간다. 2차 이온을 센서로 검출하고 2차원분포를 구하여 시료 표면의 현미경상을 관찰할 수 있고, 스퍼터링 현상을 가공에 응용한다.
이온빔조사로 스퍼터링된 원자의 양을 증가시켜 재료표면을 에칭 가공할 수 있다. 이온빔 조사된 부분만을 선택적으로 에칭하는 마스크 없는(maskless) 가공이 가능한 것이다. 이 기술을 응용하여 재료의 일정한 위치에 에칭을 하고, 단면을 노출시켜 단면가공을 관찰한다든가 TEM제작가공을 할 수도 있다.
또한, 화합물가스를 시료표면의 이온빔조사영역 근처에 불어넣어 국소적으로 퇴적(deposition)을 할 수가 있다. 1차 이온을 시료에 조사하면 2차 전자가 발생한다. 이 2차 전자가 화합물가스의 분해에 기여하고, 화합물가스가 기체성분과 고체성분으로 분리한다. 기체성분은 진공 배기되지만, 고체성분은 재료표면에 퇴적한다.
이에 따라 이온빔조사 영역에 선택적으로 마스크 없이 퇴적할 수 있는 것이다. 일본의 Seiko Instruments사는 퇴적원료인 화합물가스를 이온빔조사영역 주변에 효율적으로 공급하기 위한 화합물공급 장치를 개발하고 특허출원하고 있다(일본특허 JP1,866,266). 퇴적제품은 탄소, 텅스텐,
백금, 실리콘산화물 등이다.
퇴적은 전자빔조사방식으로도 가능하지만, 전자빔퇴적은 이온빔과 비교할 때 빔 조사에 따른 스퍼터링 작용이 없기 때문에 재료표면에 손상을 억제할 수 있지만, 퇴적 막의 형성속도(deposition rate)가 낮다.
상기 언급한 내용은 '집속이온빔(FIB) 가공기술'(저자: 박장선, 2007년7월) 문헌에 언급되어 있는 바, 당업자라면, 상기 선행 기술 문헌에 게시된 기술을 바탕으로 본원발명에 교시된 기술을 어려움 없이 실시할 수 있을 것이다.
소스부재(110)는, 플라즈마 발생부(130)로부터 발생한 플라즈마(190)에 의해 스퍼터링되어 나노 입자(111)를 생성할 수 있는 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어, 초경 합금을 비롯한 금속소재, 세라믹 소재 및 폴리머 소재, 비정질 소재로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되는 것일 수 있다. 또한, 소스부재(110)는 스퍼터링되어 나노 입자(111)를 발생할 수 있도록 소정의 강도를 가지며, 원통형 형상으로 형성된 것일 수 있다.
더욱 구체적으로, 나노 파티클이 존재하는 플라즈마 상태를 더스티 플라즈마(dusty plasma) 상태라고 한다. 이러한 경우에는 조건에 따라서, 나노 파티클이 양전하(positive charge)를 띠거나, 음전하(negative charge)를 띨 수 있다. 더스티 플라즈마(dusty plasma)는 일반적인 플라즈마와 달리, 밀리미터 크기에서 나노미터 사이즈의 입자를 포함하는 플라즈마로서, 더스티 플라즈마에 포함된 더스트(dust) 입자들은 하전되어 플라즈마와 같이 거동한다. 따라서, 플라즈마는 나노파티클에 극성을 띠게 할 수 있다.
상기 언급한 내용은 'Fundamentals of Dusty Plasmas' (Melzer, A., & Goree, J. (2008)) 문헌, 'Charging of particles in a plasma' (Goree, J. (1994). Plasma Sources Science and Technology, 3(3), 400) 문헌, 및 'Positively charged particles in dusty plasmas'(Samarian, A. A., Vaulina, O. S., Nefedov, A. P., Fortov, V. E., James, B. W., & Petrov, O. F. (2001). Physical Review E, 64(5), 056407) 문헌에 언급되어 있는 바, 당업자라면, 상기 선행 기술 문헌에 게시된 기술을 바탕으로 본원발명에 교시된 기술을 어려움 없이 실시할 수 있을 것이다.
한편, 스퍼터링에 의해 방출되어 나오는 원자들이 클러스터(cluster)를 형성하여 수 나노의 크기이거나 크게는 수십 나노의 지름을 형성할 수 있다, 스퍼터된 파티클의 크기를 측정하면 수 나노로 형성되는 것을 알 수 있다.
즉, 스퍼터링에 의해 방출되어 나오는 입자들은 클러스터(cluster)를 형성하여 수나노의 크기이거나 크게는 수십나노의 지름을 형성할 수 있다.
상기 언급한 내용은 'Size distribution of sputtered particles from Au nanoislands due to MeV self-ion bombardmen't (Satpati, B., Ghatak, J., Satyam, P. V., & Dev, B. N. (2005). Journal of applied physics, 98(6), 064904.) 문헌에 언급되어 있는 바, 당업자라면, 상기 선행 기술 문헌에 게시된 기술을 바탕으로 본원발명에 교시된 기술을 어려움 없이 실시할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 박막 증착 장치는, 물리 증착법을 사용하므로 증착하는 재료의 종류에 제한이 없으며, 증착물의 순도 역시 높게 유지할 수 있다. 결과적으로, 다양한 소스의 사용이 가능하여 다양한 소재로 구성된 구조물을 제조할 수 있다.
한편, 소스부재 고정부(120)는, 플라즈마(190)에 의해 스퍼터링되는 나노 입자(111)의 생성률을 증가시키도록, 자전관(磁電管, magnetron, 150)을 추가로 장착할 수도 있다. 또한, 소스부재 고정부(120)로부터 발생하는 열을 제거하도록, 냉각 장치(140)를 더 장착할 수 있으며, 냉각 장치(140)는, 공냉식 또는 수냉식 냉각 장치일 수 있다.
또한, 스퍼터링 챔버(410) 내부에는 가스 봄베(161) 및 가스 공급 배관(162)으로 구성된 가스 공급부(160)에 의해 아르곤 가스가 주입될 수 있으며, 아르곤 가스는, He, O2, CF4 및 H2N2 로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되는 또 다른 가스로 대체될 수 있다.
도 5에는 도 1에 도시된 이온화 장치부의 측면 모식도가 도시되어 있다.
도 5를 도 1과 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 이온화 장치부(200)는, 스퍼터링 소스부(100)에 인접하여 장착되고, 스퍼터링된 나노 입자들(111)이 양전하를 띠도록 스퍼터링된 나노 입자들(111)에 플라즈마를 조사하는 플라즈마 소스부(210)를 포함하는 구성일 수 있다.
플라즈마 소스부(210)는 레이저를 발생할 수 있는 레이저 소스부(도시하지 않음)로 대체될 수 있다. 상기 언급한 플라즈마 소스부(210) 및 레이저 소스부(도시하지 않음)는 스퍼터링된 나노 입자들(111)에 양전하를 띠도록 플라즈마 또는 레이저를 가할 수 있는 장치로 대체될 수 있음은 물론이다.
도 6에는 도 1에 도시된 이온 제어 렌즈부의 측면 모식도가 도시되어 있다.
도 6을 도 1과 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 이온 제어 렌즈부(300)는, 이온화 입자 배출구(411)에 인접하여 연통되어 장착되고, 집속 입자 배출구(421)를 구비하며, 이온화된 입자들(112)을 통해 집속하고, 집속 입자 배출구(421)를 통해 집속된 입자(113)를 배출시키는 이온 집속 렌즈(320)를 포함하는 구성일 수 있다.
구체적으로, 이온 집속 렌즈(320)는, 양전하를 띤 나노 입자들(112)을 집속시키도록, 정전식 렌즈 또는 자기 렌즈로 구성된 것일 수 있다.
더욱 구체적으로, 정전식 렌즈는 Einzel lens라 하여, 세 개의 렌즈로 구성되어 있다. 또한, Einzel lens는 전하를 띤 입자를 집속 시킬 수 있다. 일반적으로 동축의 전극이나 그 조합에 따라 여러 종류의 정전식 렌즈가 있는데, 하전 입자의 가속이나 감속에 필요한 침지 렌즈, 원통 전극 렌즈, 3개 전극 단일 렌즈 등이 있다. 하전입자의 집속을 위한 정전렌즈(electrostatic lens)란 적절하게 전압이 인가된 2개 또는 3개의 전극으로 구성되며 이 중 첫 전극과 마지막 전극의 전압이 동일하게(일반적으로 접지전위) 인가되는 구성을 등전위 정전렌즈(einzel lens)라 한다.
상기 언급한 내용은 'Ion optics with electrostatic lenses' (Hinterberger, F. (2006).) 문헌에 언급되어 있는 바, 당업자라면, 상기 선행 기술 문헌에 게시된 기술을 바탕으로 본원발명에 교시된 기술을 어려움 없이 실시할 수 있을 것이다.
또한, 이온 제어 렌즈부(300)는, 상기 이온화 입자 배출구(411)로부터 배출된 양전하를 띤 나노 입자들(112)을 이온 제어 렌즈부(300) 내부로 끌어당기도록 음극성을 띠고, 이온 제어 렌즈부(300) 내부 쪽으로 구경이 좁아지는 깔때기 형상인 이온 포집부(310);를 더 포함하는 구성일 수 있다.
더욱 구체적으로 상기 언급한, 이온 제어 렌즈부(300)는, 정전식 렌즈(Einzel lens)일 수 있다. 정전식 렌즈(Einzel lens)는 일반적으로 이온을 집속하는 방법으로 음극성을 띠는 형태로 되어있으며, FIB에 사용되는 Ga+ 이온을 집속할 때, 음극의 극성의 정도를 조절한다. 또한, 전자기식 렌즈는 일반적으로 이온을 집속하는 방법으로 음극성을 띠게 할 수 있다.
상기 언급한 정전식 렌즈(Einzel lens)에 관한 내용은 'Ion optics with electrostatic lenses' (Hinterberger, F. (2006).) 문헌에 언급되어 있는 바, 당업자라면, 상기 선행 기술 문헌에 게시된 기술을 바탕으로 본원발명에 교시된 기술을 어려움 없이 실시할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 3차원 나노 스케일 박막 증착 장치는, 무작위 방향으로 퍼져나가는 스퍼터링된 나노 입자(111)를 적절히 포집 및 집속시켜 증착함으로써 챔버 벽면에 증착되어 낭비되는 입자를 줄일 수 있고, 증착시 무작위로 입사되는 나노 입자(113)들을 한 방향을 갖도록 정렬하고, 이 정렬된 입자들의 증착방향을 제어하여 증착 품질과 나노 구조물의 제조를 더욱 용이하게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 3차원 나노 스케일 박막 증착 장치는, 이온 제어 렌즈부(300)를 통해 나노 입자를 집속함으로써 선택적 증착이 가능하여, 마스킹 또는 에칭 등의 후속 처리가 필요하지 않으며, 증착되는 나노 입자의 속도에 의해 증착 박막의 점착이 강하게 유지될 수 있다.
도 7에는 도 1에 도시된 기판 증착부의 측면 모식도가 도시되어 있다.
도 7을 도 1과 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 기판 증착부(500)는, 집속 입자 배출구(421)에 인접하여 위치하고, 집속된 입자들(113)을 끌어 당기는 음극판(520)을 구비하며, 집속된 입자들(113)을 기판(510)에 증착시키는 구성일 수 있다.
구체적으로, 기판 증착부(500)는, 기판(510)을 고정하는 고정부재(511)를 구비하고, 상기 기판(510)에 집속된 입자들(113)이 증착되도록 음극을 띠는 음극판(520); 및 상기 음극판(520)에 인접하여 위치하고, 음극판(520)의 위치를 변경시키는 스테이지(stage, 530);를 포함하는 구성일 수 있다.
또한, 기판 증착부(500)는, 스테이지(530)의 위치를 변경시키는 스테이지 구동부(540) 및 스테이지 제어부(550)를 더 장착하는 구성일 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 3차원 나노 스케일 구조물 제작 장치는, 마이크로 또는 나노 스케일의 구조물 제작에 있어서, 구조물의 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있으며, 안정적으로 구조물을 제작할 수 있다.
도 8에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 나노 스케일 구조물 제조 방법의 흐름도가 도시되어 있다.
도 8을 도 1과 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 나노 스케일 구조물 제조 방법(S100)은, 상기 박막 증착 장치(600)를 이용하여 나노 스케일 구조물(10)을 제조하는 방법으로서,
스퍼터링 소스부(100)에 가스를 유입시킨 후 플라즈마 발생부에 고전압을 걸어 플라즈마(190)를 발생하는 과정(S110), 및 발생된 플라즈마(190)에 의해 소스부재(110)로부터 중성을 띠는 나노 입자들(111)이 스퍼터링 되는 과정(S110)을 포함하는 구성일 수 있다.
구체적으로, 소스부재(110)는 플라즈마 발생부(130)로부터 발생한 플라즈마(190)에 의해 스퍼터링되어 나노 입자(111)를 발생할 수 있다.
더욱 구체적으로, 플라즈마(190)에 의해 스퍼터링 소스부(100) 내부의 가스(불활성 가스 및 활성 가스)의 기체 분자전자들은 고에너지 상태로 이온화된다. 이때 고에너지 상태로 이온화된 기체분자전자들에 의해 소스부재로부터 중성 또는 양전하 또는 음전하를 띠는 나노 입자들이 발생될 수 있다.
이때, 플라즈마(190)에 의해 스퍼터링 소스부(100) 내부의 가스(불활성 가스 및 활성 가스)의 기체 분자전자들은 고에너지 상태로 이온화된다. 이때 고에너지 상태로 이온화된 기체분자전자들에 의해 소스부재로부터 중성 또는 양전하 또는 음전하를 띠는 나노 입자들이 발생될 수 있다.
이때, 스퍼터링 소스부(100) 내부의 가스는 반응에너지를 전달할 수 있는 가스라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, Ar, He, O2, CF4 및 H2N2 로 이루어진 군에서 하나 선택되는 것이거나, 둘 이상 선택되어 혼합된 가스일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 불활성 가스와 활성 가스가 혼합된 가스일 수 있다. 상기 언급한 불활성 가스의 예로서 inert gas 또는 noble gas를 들 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 나노 스케일 구조물 제조 방법(S100)은, 스퍼터링된 나노 입자들(111)이 이온화 장치부(200)의 플라즈마 또는 레이저에 의해 이온화 되어 양전하를 띠게 되는 과정(S130)을 포함하는 구성일 수 있다.
구체적으로, 나노 파티클이 존재하는 플라즈마 상태를 더스티 플라즈마(dusty plasma) 상태라고 한다. 이러한 경우에는 조건에 따라서, 나노 파티클이 양전하(positive charge)를 띠거나, 음전하(negative charge)를 띨 수 있다. 따라서, 플라즈마는 나노파티클에 극성을 띠게 할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 나노 스케일 구조물 제조 방법(S100)은, 양전하를 띠게 된 나노 입자들(112)이 이온 제어 렌즈부(300)의 이온 포집부(310)에 의해 끌려 이동하는 과정(S140) 및 양전하를 띠게 된 나노 입자들(112)이 이온 집속 렌즈(320)를 지나면서 집속되는 과정(S150)을 포함하는 구성일 수 있다.
스퍼터링에 의해 방출되어 나오는 원자들이 클러스터(cluster)를 형성하여 수 나노의 크기이거나 크게는 수십 나노의 지름을 형성할 수 있다, 스퍼터된 파티클의 크기를 측정하면 수 나노로 형성되는 것을 알 수 있다.
즉, 스퍼터링에 의해 방출되어 나오는 입자들은 클러스터(cluster)를 형성하여 수나노의 크기이거나 크게는 수십나노의 지름을 형성할 수 있다.
본 실시예에 따른 이온 제어 렌즈부(300)는, 이온화 입자 배출구(411)에 인접하여 연통되어 장착되고, 집속 입자 배출구(421)를 구비하며, 이온화된 입자들(112)을 통해 집속하고, 집속 입자 배출구(421)를 통해 집속된 입자(113)를 배출시키는 이온 집속 렌즈(320)를 포함하는 구성일 수 있다.
구체적으로, 이온 집속 렌즈(320)는, 양전하를 띤 나노 입자들(112)을 집속시키도록, 정전식 렌즈 또는 자기 렌즈로 구성된 것일 수 있다.
더욱 구체적으로, 정전식 렌즈는 Einzel lens라 하여, 세 개의 렌즈로 구성되어 있다. 또한, Einzel lens는 전하를 띤 입자를 집속 시킬 수 있다. 일반적으로 동축의 전극이나 그 조합에 따라 여러 종류의 정전식 렌즈가 있는데, 하전 입자의 가속이나 감속에 필요한 침지 렌즈, 원통 전극 렌즈, 3개 전극 단일 렌즈 등이 있다. 하전입자의 집속을 위한 정전렌즈(electrostatic lens)란 적절하게 전압이 인가된 2개 또는 3개의 전극으로 구성되며 이 중 첫 전극과 마지막 전극의 전압이 동일하게(일반적으로 접지전위) 인가되는 구성을 등전위 정전렌즈(einzel lens)라 한다.
이온 제어 렌즈부(300)는, 정전식 렌즈(Einzel lens)일 수 있다. 정전식 렌즈(Einzel lens)는 일반적으로 이온을 집속하는 방법으로 음극성을 띠는 형태로 되어있으며, FIB에 사용되는 Ga+ 이온을 집속할 때, 음극의 극성의 정도를 조절한다. 또한, 전자기식 렌즈는 일반적으로 이온을 집속하는 방법으로 음극성을 띠게 할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 나노 스케일 구조물 제조 방법(S100)은, 집속된 나노 입자들(113)이 기판 증착부(500)의 음극판(520)에 의해 끌려 기판(510)에 증착되는 과정(S160)을 포함하는 구성일 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 3차원 나노 스케일 구조물 제작 장치 및 공정 방법은, 특정 구조의 스퍼터링 소스부, 이온화 장치부, 스퍼터링 챔버, 이온 제어 렌즈부 및 기판 증착부를 구비함으로써, 마이크로 또는 나노 스케일의 구조물 제작에 있어서, 구조물의 정밀도가 높고, 다양한 소스의 사용이 가능하여 다양한 소재로 구성된 구조물을 제조할 수 있고, 상압, 또는 저진공, 상온 또는 낮은 온도에서도 제조 공정이 가능하다. 또한, 본 발명에 따른 3차원 나노 스케일 박막 증착 장치 및 증착 방법은, 저진공 및 상압 환경에서의 공정으로 인한 공정 비용과 진공환경을 조성하는 시간을 절약할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 3차원 나노 스케일 박막 증착 장치 및 증착 방법은, 무작위 방향으로 퍼져나가는 스퍼터링된 나노 입자를 적절히 포집 및 집속시켜 증착함으로써 챔버 벽면에 증착되어 낭비되는 입자를 줄일 수 있고, 증착시 무작위 방향으로 입사되는 나노 입자들을 한 방향을 갖도록 정렬하고, 이 정렬된 입자들의 증착방향을 제어하여 나노구조물의 제조를 더욱 용이하게 할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 3차원 나노 스케일 박막 증착 장치 및 증착 방법은, 정전식 렌즈 또는 자기 렌즈를 통해 나노 입자를 집속함으로써 선택적 증착이 가능하여, 마스크 또는 에칭 등의 후속 처리가 필요하지 않으며, 증착되는 나노 입자의 속도에 의해 증착 박막의 점착이 강하게 유지될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 3차원 나노 스케일 구조물 제작 장치 및 공정 방법은, 물리 증착법을 사용하여 증착하는 재료의 종류에 제한이 없으며, 증착물의 순도 역시 높게 유지할 수 있는 기술적 이점을 가지게 된다.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10: 나노 스케일 구조물
100: 스퍼터링 소스부
110: 소스부재
111: 스퍼터링된 나노 입자
112: 양전하를 띤 나노 입자
113: 집속된 나노 입자
120: 소스부재 고정부
130: 플라즈마 발생부
140: 냉각 장치
141: 냉매 유입구
142: 냉매 배출구
150: 자전관(<磁電管, magnetron)
160: 가스 공급부
161: 가스 봄베(bomb)
162: 가스 공급 배관
170: 자석
180: 마이크로 웨이브 공급부
190: 플라즈마
200: 이온화 장치부
210: 플라즈마 소스부
220: 플라즈마 형성 영역
300: 이온 제어 렌즈부
310: 이온 포집부
320: 이온 집속 렌즈
410: 스퍼터링 챔버
411: 이온화 입자 배출구
420: 이온 제어 렌즈부 챔버
421: 집속 입자 배출구
430: 압력 게이지
500: 기판 증착부
510: 기판
511: 고정부재
520: 음극판
530: 스테이지
540: 스테이지 구동부
550: 스테이지 제어부

Claims (15)

  1. 소스부재(110), 소스부재 고정부(120) 및 플라즈마 발생부(130)를 구비하고, 상기 소스부재(110)는 플라즈마 발생부(130)로부터 발생한 플라즈마(190)에 의해 소스부재로부터 중성 또는 양전하 또는 음전하를 띠는 나노 입자를 발생하는 스퍼터링 소스부(100);
    상기 스퍼터링 소스부(100)에 인접하여 장착되고, 스퍼터링된 나노 입자들(111)이 양전하를 띠도록 스퍼터링된 나노 입자들(111)에 플라즈마 또는 레이저를 조사하는 이온화 장치부(200);
    상기 스퍼터링 소스부(100) 및 이온화 장치부(200)를 내부에 장착하고, 이온화 입자 배출구(411)를 구비하며, 상기 이온화 장치부(200)로부터 생성된 양전하를 띤 나노 입자들(112)을 상기 이온화 입자 배출구(411)로 배출시키는 스퍼터링 챔버(sputtering chamber, 410);
    상기 이온화 입자 배출구(411)에 인접하여 연통되어 장착되고, 집속 입자 배출구(421)를 구비하며, 이온화된 입자들(112)을 이온 집속 렌즈(320)를 통해 집속하고, 상기 집속 입자 배출구(421)를 통해 집속된 입자(113)를 배출시키는 이온 제어 렌즈부(300); 및
    상기 집속 입자 배출구(421)에 인접하여 위치하고, 집속된 입자들(113)을 끌어 당기는 음극판(520)을 구비하며, 집속된 입자들(113)을 기판(510)에 증착시키는 기판 증착부(500);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 구조물 제작 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온 제어 렌즈부(300)는, 스퍼터링 챔버(420) 내부에 장착되는 것을 특징으로 하는 나노 구조물 제작 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스퍼터링 챔버(410, 420)의 내부 압력은, 상압 또는 10-3 Torr 의 저진공인 것을 특징으로 하는 나노 구조물 제작 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 소스부재(110)는, 초경합금 및 금속 소재 및 폴리머 소재로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 나노 구조물 제작 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 소스부재(110)는, 원통형 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 나노 구조물 제작 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 소스부재 고정부(120)는, 소스부재 고정부(120)로부터 발생하는 열을 제거하도록, 냉각 장치(140)를 더 장착하고 있는 것을 특징으로 하는 나노 구조물 제작 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 냉각 장치(140)는, 공냉식 또는 수냉식 냉각 장치인 것을 특징으로 하는 나노 구조물 제작 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 소스부재 고정부(120)는, 플라즈마(190)에 의해 스퍼터링되는 나노 입자(111)의 생성률을 증가시키도록, 자전관(<磁電管, magnetron, 150)을 더 장착하고 있는 것을 특징으로 하는 나노 구조물 제작 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온 제어 렌즈부(300)는,
    상기 이온화 입자 배출구(411)로부터 배출된 양전하를 띤 나노 입자들(112)을 이온 제어 렌즈부(300) 내부로 끌어당기도록 음극성을 띠고, 이온 제어 렌즈부(300) 내부 쪽으로 구경이 좁아지는 깔때기 형상인 이온 포집부(310);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 구조물 제작 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온 집속 렌즈(320)는,
    양전하를 띤 나노 입자들(112)을 집속시키도록, 정전식 렌즈 또는 자기 렌즈로 구성된 것을 특징으로 하는 나노 구조물 제작 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 증착부(500)는,
    기판(510)을 고정하는 고정부재(511)를 구비하고, 상기 기판(510)에 집속된 입자들(113)이 증착되도록 음극을 띠는 음극판(520); 및
    상기 음극판(520)에 인접하여 위치하고, 음극판(520)의 위치를 변경시키는 스테이지(stage, 530);를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 구조물 제작 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 기판 증착부(500)는, 스테이지(530)의 위치를 변경시키는 스테이지 구동부(540) 및 스테이지 제어부(550)를 더 장착하는 것을 특징으로 하는 나노 구조물 제작 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 나노 구조물 제작 장치를 이용하여 나노 스케일 구조물을 제조하는 방법으로서,
    (a) 스퍼터링 소스부(100)에 가스를 유입시킨 후 플라즈마 발생부에 고전압을 걸어 플라즈마(190)를 발생하는 과정(S110);
    (b) 발생된 플라즈마(190)에 의해 소스부재(110)로부터 중성을 띠는 나노 입자들(111)이 스퍼터링 되는 과정(S110);
    (c) 스퍼터링된 나노 입자들(111)이 이온화 장치부(200)의 플라즈마 또는 레이저에 의해 이온화 되어 양전하를 띠게 되는 과정(S130);
    (d) 양전하를 띠게 된 나노 입자들(112)이 이온 제어 렌즈부(300)의 이온 포집부(310)에 의해 끌려 이동하는 과정(S140);
    (e) 양전하를 띠게 된 나노 입자들(112)이 이온 집속 렌즈(320)를 지나면서 집속되는 과정(S150); 및
    (f) 집속된 나노 입자들(113)이 기판 증착부(500)의 음극판(520)에 의해 끌려 기판(510)에 증착되는 과정(S160);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 스케일 구조물 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 (a) 과정에서 가스는, 불활성 가스로서, Ar, He 활성 가스로서 O2, CF4 및 H2N2 로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 나노 스케일 구조물 제조 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 박막 증착 장치(600)를 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 스케일 구조물 제조 장치.
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