KR20160037670A - Apparatus for film deposition and method for preparing thermoelctric device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 막 증착장치 및 이를 이용한 소자 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에어로졸 증착(aerosol deposition)을 이용한 막 증착장치 및 이를 이용한 열전소자 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a film deposition apparatus and a device manufacturing method using the same, and more particularly, to a film deposition apparatus using aerosol deposition and a method of manufacturing a thermoelectric device using the same.
고체 상태인 소재의 양단에 존재하는 온도차에 의해 열 의존성을 갖는 전자(혹은 홀)는 양단에서 농도 차이가 발생하고 이것은 열기전력이라는 전기적인 현상, 즉 열전현상으로 나타난다. 이러한 열전현상은 전기적 에너지를 생산하는 열전발전과, 반대로 전기 공급에 의해 양단의 온도차를 유발하는 열전냉각/가열로 구분할 수 있다. 열전현상을 보이는 열전재료는 발전과 냉각 과정에서 오염 물질의 배출이 없어 친환경적이고 지속가능한 장점이 있어서 많은 연구가 이루어지고 있다. The difference in the concentration of electrons (or holes) having heat dependence due to the temperature difference at both ends of the solid material occurs at both ends, and this is caused by an electric phenomenon, that is, a thermoelectric phenomenon. Such a thermoelectric phenomenon can be classified into a thermoelectric power generating electric energy and a thermoelectric cooling / heating which causes a temperature difference at both ends by electric power supply. Thermoelectric materials exhibiting thermoelectric properties have many advantages because they do not emit pollutants during power generation and cooling and are environmentally friendly and sustainable.
열전재료의 제벡계수는 일반적으로 200 μV/K이며, 원하는 전력을 위해서는 p형과 n형 열전재료를 여러 개 직렬로 접속할 필요가 있다. 이와 같이 집적도가 높은 열전소자 모듈을 효율적으로 제작하기 위하여, 스퍼터링, 이온빔 증착법, 스크린 프린팅 등의 방법이 제안되어 있다. 그러나, 종래의 스퍼터링이나 이온빔 증착법에서는 성막 속도가 낮고 생산 효율이 나쁘다. The heat transfer coefficient of the thermoelectric material is generally 200 μV / K, and it is necessary to connect several p-type and n-type thermoelectric materials in series for the desired power. In order to efficiently manufacture a thermoelectric module having a high degree of integration, methods such as sputtering, ion beam deposition, and screen printing have been proposed. However, in the conventional sputtering or ion beam deposition method, the deposition rate is low and the production efficiency is poor.
막 두께가 얇은 경우 발전량이 작고 소형 전자기기의 전원으로는 불충분하다. 충분한 막 두께를 확보하기 위해서는 슬러리를 만들어 스크린 프린팅한 후 탈지, 소결하는 방법이 있지만 p형과 n형 아일랜드상 또는 스트라이프상의 막을 동일 기판에 형성하는 것이 곤란하다. 이 때문에 별도의 패턴 형성 공정을 필요로 하는 문제가 있다. 또한, 탈지가 충분하지 않으면 불순물이 잔류하는 등 성능이 저하되는 문제도 있다. When the film thickness is thin, the power generation amount is small and is insufficient as a power source for small electronic apparatuses. In order to ensure a sufficient film thickness, there is a method of slurry formation and screen printing followed by degreasing and sintering, but it is difficult to form a p-type and n-type island or stripe film on the same substrate. Therefore, there is a problem that a separate pattern forming step is required. Further, if the degreasing is insufficient, there is a problem that the impurities remain and deteriorate the performance.
열전소자 제조 분야에서는 에어로졸 증착장치를 이용하는 것에 대한 시도가 있다. 일반적으로 에어로졸 증착장치는, 전자부품 또는 기계부품에 미세 세라믹 분말을 박막으로 코팅 또는 증착할 수 있는 것이다. 에어로졸 증착은 캐리어 가스(carrier gas)가 세라믹 분말이 담긴 에어로졸 발생기(aerosol chamber)로 유입되어 에어로졸 발생기 내에 부유하는 미세 세라믹 분말들을 싣고 진공 상태의 증착실 내로 운반하여 미세 세라믹 분말들을 노즐을 통해 증착실 내에 있는 기판과 같은 타깃(target)에 분사함으로써 타깃에 세라믹 코팅층을 형성하는 것이다. In the field of thermoelectric device manufacturing, there is an attempt to use an aerosol deposition apparatus. Generally, an aerosol deposition apparatus is capable of coating or depositing a thin film of a micro-ceramic powder on an electronic part or a mechanical part. In the aerosol deposition, the carrier gas flows into the aerosol chamber containing the ceramic powder, the micro-ceramic powder floating in the aerosol generator is transported into the vacuum chamber, and the micro-ceramic powder is transported through the nozzle to the deposition chamber To form a ceramic coating layer on the target.
에어로졸 증착법은 상온에서 치밀한 세라믹 코팅을 할 수 있고, 이로 인해 플라스틱이나 금속 등의 타깃에서도 연화나 산화를 방지할 수 있다. 아울러 에어로졸 증착법은 원료인 세라믹 분말을 분사하여 코팅하는데, 그 과정에서 세라믹 분말에서 화학적 변화가 거의 일어나지 않기 때문에 원료의 화학적 조성이 그대로 코팅층에 유지된다.The aerosol deposition method is capable of dense ceramic coating at room temperature, thereby preventing softening and oxidation of targets such as plastics and metals. In addition, the aerosol deposition method is applied by spraying a ceramic powder as a raw material. Since the chemical change rarely occurs in the ceramic powder during the process, the chemical composition of the raw material is directly maintained in the coating layer.
이러한 종래의 에어로졸 증착장치는 노즐을 이용한 연속적인 주사 방식의 증착으로서, 기판과 같은 타깃 위에 전면적으로 세라믹 분말 코팅층을 형성할 뿐 국부적인 영역에의 선택적인 증착이 힘들다. 뿐만 아니라, 노즐의 폭을 줄이는 등의 방법으로 패턴을 가지는 막을 증착하게 될 경우, 증착된 막의 가장자리 부분이 매끄럽지 못한 낮은 해상도의 패턴이 형성되는 단점이 있다. 이에 따라, p형과 n형 아일랜드상 또는 스트라이프상의 막을 동일 기판에 형성하여야 하는 열전소자 모듈과 같이 선택적 증착이 필요한 열전소자 분야에 바로 적용하는 것이 쉽지 않은 문제점이 있다. 따라서, 성막 속도가 높고 생산 효율이 좋은 에어로졸 증착을 이용해 열전소자를 제조할 수 있도록 하는 장치 및 방법에 대한 필요성이 높다.Such a conventional aerosol deposition apparatus is a continuous scanning type deposition using a nozzle, which forms a ceramic powder coating layer on the entire surface on a target such as a substrate, but is difficult to selectively deposit in a localized region. In addition, when a film having a pattern is deposited by reducing the width of a nozzle or the like, there is a disadvantage in that a low-resolution pattern in which the edge portion of the deposited film is not smooth is formed. Accordingly, it is difficult to apply the present invention directly to a thermoelectric device requiring selective deposition such as a thermoelectric module in which a p-type and an n-type island or stripe film is formed on the same substrate. Therefore, there is a high need for an apparatus and a method for manufacturing a thermoelectric device using aerosol deposition with high deposition rate and high production efficiency.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 에어로졸 증착을 이용해 선택적 증착이 필요한 열전소자와 같은 소자를 제조할 수 있는 막 증착장치 및 이를 이용한 열전소자 제조방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a film deposition apparatus capable of manufacturing a device such as a thermoelectric device requiring selective deposition using aerosol deposition, and a method of manufacturing a thermoelectric device using the film deposition apparatus.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 막 증착장치는, 타깃을 지지한 상태로 이동할 수 있는 스테이지가 구비된 프로세스 챔버, 상기 프로세스 챔버와 연통 결합되어 진공을 형성하는 진공 펌프, 분말이 수용되는 에어로졸 발생기, 캐리어 가스가 저장되는 캐리어 가스 저장용기, 상기 캐리어 가스 저장용기와 상기 에어로졸 발생기 내부를 연통시켜 상기 캐리어 가스가 상기 에어로졸 발생기 내부로 유입되도록 하는 캐리어 가스 공급관, 상기 캐리어 가스와 혼합된 상기 분말로 이루어지는 에어로졸을 상기 프로세스 챔버 내부로 안내하는 에어로졸 이송관, 상기 에어로졸 이송관 일단에 구비되어 상기 에어로졸을 상기 타깃에 분사하는 노즐, 및 상기 노즐과 타깃 사이에 배치되는 선택적 증착용 차폐물을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a film deposition apparatus including: a process chamber having a stage capable of moving in a state in which a target is supported; a vacuum pump communicating with the process chamber to form a vacuum; A carrier gas supply pipe connected to the carrier gas storage container and the aerosol generator to allow the carrier gas to flow into the aerosol generator, An aerosol transfer tube for guiding the aerosol into the process chamber, a nozzle disposed at one end of the aerosol transfer tube for spraying the aerosol onto the target, and a selective vapor deposition shield disposed between the nozzle and the target.
상기 에어로졸 이송관에 설치되어 에어로졸 공급량을 조절하는 컨트롤 밸브를 더 포함할 수 있다. And a control valve installed in the aerosol transfer pipe to adjust an aerosol supply amount.
상기 스테이지는 구동원에 의해 3축으로 이동되는 3축 이동 스테이지로 이루어지며, 상기 타깃을 고정하는 고정수단이 제공되는 것일 수 있다. 추가적으로, 상기 스테이지는 증착되어지는 막질의 향상을 위해 온도제어가 가능하게 제공되어지는 것일 수 있다. 이를 위해, 상기 스테이지는 온도제어가 가능한 가열부 및 냉각부를 포함할 수 있다. The stage may be a three-axis moving stage that is moved in three axes by a driving source, and a fixing means for fixing the target may be provided. Additionally, the stage may be provided with temperature control to improve the quality of the deposited film. To this end, the stage may include a heating unit and a cooling unit capable of temperature control.
상기 차폐물은 상기 노즐에서 분사되는 에어로졸이 상기 타깃으로 전달되는 것을 일부 또는 일시적으로 차단하여 원하는 영역에만 증착이 되도록 하거나 및/또는 방향성을 부여하는 것이 바람직하다.Preferably, the shield may partially or temporarily block the delivery of the aerosol sprayed from the nozzle to the target to deposit and / or impart directionality only to a desired area.
상기 차폐물은 상기 노즐에서 분사된 에어로졸이 상기 타깃 상의 일부 영역에만 도달하여 패턴 모양 막을 형성하도록 하는 개구부가 형성된 마스크일 수 있다. 이 때, 상기 마스크와 상기 에어로졸 안의 분말이 등전하로 하전되어 서로간의 반발력에 의해 상기 마스크 상에 상기 분말의 퇴적이 방지되는 것일 수 있다. 상기 마스크는 상기 개구부를 한정하는 측벽이 경사지게 형성되어 있는 것일 수도 있다. 상기 마스크는 상기 개구부를 한정하는 측벽에 칸막이가 하측으로 돌출되도록 형성되어 있는 것일 수도 있다.The shield may be a mask in which an opening is formed to allow the aerosol ejected from the nozzle to reach only a partial area on the target to form a patterned film. At this time, the powder in the mask and the aerosol may be charged with equal charge, and the deposition of the powder on the mask may be prevented by the repulsive force between each other. The mask may be formed such that a side wall defining the opening is inclined. The mask may be formed such that a partition protrudes downward on a side wall defining the opening.
상기 차폐물은 상기 에어로졸에 직진성을 주어 성장되는 막의 균일성을 향상시키는 콜리메이터(collimater)일 수 있다. 상기 콜리메이터는 상기 타깃에 수직하게 접근하는 경로로 이동하는 에어로졸을 통과시키는 다수의 통로를 구비하는 것일 수 있다. The shield may be a collimator that imparts straightness to the aerosol to improve the uniformity of the film being grown. The collimator may include a plurality of passageways through which the aerosol moves to a path that is perpendicular to the target.
상기 노즐은 상기 에어로졸이 통과하는 내관의 관벽에 나선상의 홈이 설치되고, 상기 내관을 통과하는 에어로졸 안의 상기 분말은 상기 홈을 따라서 회전하면서 전송되는 것일 수 있다.The nozzle may be provided with a spiral groove on a pipe wall of the inner pipe through which the aerosol passes and the powder in the aerosol passing through the inner pipe is transmitted while rotating along the groove.
본 발명에 따른 열전소자 제조방법은 열전재료 분말을 에어로졸 발생기에 장입하고, 타깃을 스테이지에 고정하는 재료 준비 단계, 상기 에어로졸 발생기 내부에 캐리어 가스를 공급하여 열전재료 분말과 캐리어 가스를 혼합하여 에어로졸을 발생시키는 가스 공급 단계, 상기 에어로졸 발생기 내부에서 발생된 에어로졸을 이송시켜 노즐을 이용해 상기 타깃에 분사하되, 상기 에어로졸이 상기 노즐에서 분사된 후 선택적 증착용 차폐물을 지나 상기 타깃에 도달하도록 하는 분말 분사 단계, 및 상기 타깃에 열전재료의 막을 형성하는 막 형성 단계를 포함한다. A method of manufacturing a thermoelectric device according to the present invention includes: preparing a material for charging a thermoelectric material powder into an aerosol generator, fixing a target to a stage, supplying a carrier gas into the aerosol generator, mixing the thermoelectric material powder and a carrier gas, A spraying step of spraying an aerosol generated inside the aerosol generator to the target using a nozzle, wherein the aerosol is sprayed from the nozzle and then reaches a target through a selective vapor deposition shield; And a film forming step of forming a film of thermoelectric material on the target.
이러한 본 발명에 따른 열전소자 제조방법은 본 발명에 따른 막 증착장치를 이용해 수행할 수 있다. The method of manufacturing a thermoelectric device according to the present invention can be performed by using the film deposition apparatus according to the present invention.
상기 막 형성 단계시 상기 타깃 또는 노즐을 이동시켜 패턴 모양 막을 형성할 수 있다. In the film formation step, the target or the nozzle may be moved to form a patterned film.
본 발명에 따른 막 증착장치는 선택적 증착용 차폐물을 포함함으로써 리소그라피 및 식각 공정 등을 이용하지 않아도 패터닝된 막을 형성하기가 용이하다. 따라서, 반도체소자, 압전소자, 열전소자 등, 선택적인 막 형성이 필요한 분야에 활용될 수 있다.The film deposition apparatus according to the present invention includes the selective vapor deposition shielding, so that it is easy to form a patterned film without using a lithography and etching process or the like. Therefore, the present invention can be applied to fields requiring selective film formation such as semiconductor devices, piezoelectric devices, and thermoelectric devices.
특히 본 발명에 따른 막 증착장치는 선택적 증착이 필요한 열전소자의 제조를 용이하게 한다. p형과 n형 아일랜드상 또는 스트라이프상의 막을 동일 기판에 형성하는 것이 수월해지며, 이에 따라, 별도의 패턴 형성 공정이 필요없다. 따라서, 성막 속도가 높고 생산 효율이 좋은 에어로졸 증착을 열전소자 제조에 이용할 수 있게 된다. In particular, the film deposition apparatus according to the present invention facilitates the fabrication of thermoelectric elements requiring selective deposition. it becomes easier to form a p-type and n-type island-shaped or stripe-like film on the same substrate, and thus a separate pattern formation step is not required. Therefore, aerosol deposition with high deposition rate and high production efficiency can be used for the manufacture of thermoelectric elements.
본 발명에 따른 열전소자 제조방법에 따르면 열전재료의 막 두께를 두껍게 형성하는 것이 가능해 발전량이 크고 소형 전자기기의 전원으로도 충분하다. According to the method for manufacturing a thermoelectric element according to the present invention, it is possible to form a thick film of a thermoelectric material, and thus a large amount of power is generated and a power source of a small electronic apparatus is sufficient.
도 1은 본 발명에 따른 막 증착장치의 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 막 증착장치에 포함되는 노즐의 예들을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 막 증착장치에 포함되는 스테이지의 일 실시예이다.
도 4는 본 발명에 따른 막 증착장치에 제공되는 차폐물로 가능한 마스크의 일 실시예의 단면도이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 마스크의 단면도이다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 마스크의 단면도이다.
도 7 내지 도 9는 실시예에 따른 마스크의 평면도들이다.
도 10은 본 발명에 따른 막 증착장치에 제공되는 차폐물로 가능한 콜리메이터의 단면도이고, 도 11은 평면도이다.
도 12는 본 발명에 따른 막 증착장치에 포함되는 노즐의 일 실시예의 단면도이다.
도 13은 본 발명에 따른 막 증착장치를 이용한 열전소자 제조방법의 순서도이다.
도 14와 도 15는 본 발명에 따른 막 증착장치를 이용해 아일랜드상 또는 스트라이프상 패턴을 형성하는 경우의 모식도들이다. 1 is a schematic view of a film deposition apparatus according to the present invention.
Fig. 2 shows examples of nozzles included in the film deposition apparatus according to the present invention.
3 is an embodiment of a stage included in the film deposition apparatus according to the present invention.
4 is a cross-sectional view of an embodiment of a mask capable of being provided with a shielding apparatus provided in a film deposition apparatus according to the present invention.
5 is a cross-sectional view of a mask according to another embodiment.
6 is a cross-sectional view of a mask according to another embodiment.
7 to 9 are plan views of a mask according to an embodiment.
Fig. 10 is a cross-sectional view of a collimator capable of being provided with a shield provided in a film deposition apparatus according to the present invention, and Fig. 11 is a plan view.
12 is a cross-sectional view of one embodiment of a nozzle included in the film deposition apparatus according to the present invention.
13 is a flowchart of a method of manufacturing a thermoelectric device using a film deposition apparatus according to the present invention.
FIGS. 14 and 15 are schematic diagrams for forming an island-shaped or stripe-like pattern using the film deposition apparatus according to the present invention.
이하에서 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. 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. It is provided to let you know. It should be noted that the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention so that various equivalents And variations are possible.
도 1은 본 발명에 따른 막 증착장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 1 is a view schematically showing a film deposition apparatus according to the present invention.
본 발명에 따른 막 증착장치 (100)는 캐리어 가스 저장용기(10), 에어로졸 발생기(30), 프로세스 챔버(40), 노즐(50) 및 스테이지(70) 등을 포함하여 구성된다. The
구체적으로, 막 증착장치(100)는, 타깃(60)을 지지한 상태로 이동할 수 있는 스테이지(70)가 구비된 프로세스 챔버(40)와, 상기 프로세스 챔버(40)와 연통 결합되어 프로세스 챔버(40) 내부에 진공을 형성하는 진공 펌프(80)와, 분말이 수용되는 에어로졸 발생기(30)와, 캐리어 가스가 저장 및 분사되는 캐리어 가스 저장용기(10)를 포함한다. 그리고, 상기 캐리어 가스 저장용기(10)와 에어로졸 발생기(30) 내부를 연통시켜 상기 캐리어 가스가 에어로졸 발생기(30) 내부로 유입되도록 안내하는 캐리어 가스 공급관(20)과, 상기 캐리어 가스와 혼합된 분말로 이루어지는 에어로졸을 프로세스 챔버(40) 내부로 안내하는 에어로졸 이송관(25)과, 상기 에어로졸 이송관(25) 일단에 구비되어 에어로졸 이송관(25)을 경유한 에어로졸을 타깃(60)에 분사되도록 하는 노즐(50)을 포함하여 구성된다. 도면에서 스테이지(70) 상면에 타깃(60)이 고정되는 것을 예로 들었으나, 프로세스 챔버(40) 구성에 따라서는 이것과 반전된 형태, 즉 스테이지(70) 하면에 타깃(60)이 고정되도록 구성할 수도 있다.Specifically, the
캐리어 가스 저장용기(10)는 가스를 내장하는 가스 봄베와 같은 수단일 수 있다. 캐리어 가스 저장용기(10)는 캐리어 가스 공급관(20)을 통해 에어로졸 발생기(30)에 연결되어 있다. 캐리어 가스 저장용기(10) 내부에는 캐리어 가스가 저장된다. 캐리어 가스는 공기, 산소(O2), 질소(N2), 헬륨(He), 아르곤(Ar) 등이 사용될 수 있다.The carrier
에어로졸 발생기(30)는 캐리어 가스 공급관(20)을 통해 캐리어 가스를 공급받아, 내부에 담겨진 분말을 비산시킴과 동시에 에어로졸 이송관(25)으로 분말 및 캐리어 가스로 구성되는 에어로졸을 안내하는 역할을 수행한다. 에어로졸 발생기(30)는 진동 인가에 의해 분말의 부유를 최대화할 수 있다. 에어로졸 발생기(30)의 형상 및 구조는 장비의 구조에 따라 다양하게 변경 적용이 가능하다. 예를 들어 에어로졸 발생기(30)는 복수개가 구비되고 그 안에 저장되는 분말의 종류를 에어로졸 발생기(30)마다 다르게 구성할 수도 있다. 그러할 경우 에어로졸 발생기(30) 각각에는 에어로졸 이송관(25)이 각각 구비될 수 있다. 이러한 에어로졸 이송관(25)은 각각 노즐(50)에 연결이 되거나 하나의 이송관으로 연결된 후 노즐에 연결될 수 있다. 예를 들어, 종류가 다른 열전재료를 이용해 동일 평면상에 각각 분리되어 아일랜드상 또는 스트라이프상으로 배열되는 다종막 혹은 수직으로 적층된 다층막을 구성하는 경우, 또는 2 종류 이상의 열전재료를 혼합하여 막을 형성하는 경우에 이러한 장치 구성이 유용할 수 있다. The
캐리어 가스 저장용기(10)에서 캐리어 가스 공급관(20)을 통해 에어로졸 발생기(30) 내부로 유입된 캐리어 가스는 비산되는 분말을 유체 흐름에 실어 에어로졸로 만들고 에어로졸은 유일한 배출구인 에어로졸 이송관(25)을 통해 노즐(50)로 안내된다. 캐리어 가스 저장용기(10)로부터 에어로졸 발생기(30) 내부로 유입 가능한 캐리어 가스의 유입유량은 1 L/min 이상의 범위 내에서 조절 가능하나, 유입유량은 노즐(50)의 크기에 따라 변경 가능하다. The carrier gas introduced into the
프로세스 챔버(40)는 폐공간을 형성하고 진공 펌프(80)와 내부가 연통되어 진공 펌프(80)가 작동시 진공 상태가 되며, 성막 분위기에 적합한 진공 상태, 예컨대 저진공 또는 중진공 상태를 구현하도록 한다. 예를 들어, 프로세스 챔버(40)의 진공도는 100 kPa ~ 3 kPa 정도의 저진공, 또는 3 kPa ~ 100 mPa 정도의 중진공이 되도록 한다. 진공 펌프(80)는 진공을 발생시키는 로터리 펌프와 진공배력장치를 포함할 수 있다. The
프로세스 챔버(40) 내에는 개구를 가진 노즐(50)이 설치되어 있다. 노즐(50)은 에어로졸 이송관(25)과 연통 결합된다. 에어로졸 이송관(25)은 에어로졸 발생기(30) 내부의 분말을 포함하는 에어로졸을 노즐(50)로 안내되도록 하는 것으로, 에어로졸 이송관(25)의 양단부는 에어로졸 발생기(30)와 노즐(50)에 각각 연결된다. 에어로졸 이송관(25)에는 에어로졸의 배출량을 조절할 수 있도록 배출량 컨트롤 밸브가 제공될 수 있다. 배출량 컨트롤 밸브는 유량을 조절하는 유량조절밸브(MFC)가 사용될 수 있다. 이러한 배출량 컨트롤 밸브는 작업자의 세팅에 의해 정해진 유량을 통과시키는 역할을 할 수 있다. 노즐(50)은 스테이지(70)에서 상측으로 이격된 곳에 구비된다. 노즐(50)은 이와 같이 프로세스 챔버(40) 내부에서 일정 위치에 놓은 상태로 고정되어 에어로졸의 분사 방향을 안내하고 가속시키는 역할을 수행한다. 노즐(50)의 개구 폭은 예를 들어 0.1 ~ 5 mm가 되도록 하고 노즐(50)의 개구 길이는 5 ~ 300 mm가 되도록 할 수 있다. 필요에 따라 개구의 길이는 더 길어질 수 있다. 노즐(50)의 개구는 폭과 길이가 상대적으로 작은 점 형태(이 때 점은 원형 또는 장방형일 수 있음), 또는 폭에 비해 길이가 긴 선 형태(예를 들어 슬릿), 또는 폭과 길이가 상대적으로 긴 면 형태를 가질 수 있다. 일 예로 노즐(50)의 개구는 2 ㎜×5 ㎜의 장방형 점 타입일 수 있다. 다른 예로 노즐(50)의 개구는 2 ㎜×60 ㎜의 장방형 선 타입일 수 있다. 또 다른 예로 노즐(50)의 개구는 60 ㎜×60 ㎜의 정방형 면 타입일 수 있다. 이러한 노즐(50) 개구의 단면 형상과 폭 및 길이는 분말의 성분 및 증착하려는 막 두께, 패턴 모양에 따라 다양하게 변경 적용이 가능하다.In the
노즐(50) 몸체 자체는 직육면체와 같은 박스타입, 원기둥 또는 타원기둥과 같은 곡면을 가진 타입일 수 있다. 도 2는 본 발명에 따른 막 증착장치에 포함되는 노즐의 예들을 도시한 것으로 몸체가 직육면체와 같은 박스타입인 경우들이다. 도 2를 참조하면, (a)는 노즐(50)이 장방형 관(51a)을 포함하는 경우이다. (b)는 노즐(50)이 다수의 원통형 관(51b)을 포함하는 경우이다. (c)는 노즐(50)이 타원형 관(51c)을 포함하는 경우이다. 장방형 관(51a), 원통형 관(51b), 타원형 관(51c)은 그 모양 그대로 노즐 개구부까지 이어질 수 있거나 중간에 모양이 변형되어 다른 모양의 노즐 개구부를 형성하는 것일 수 있다. The
스테이지(70)는 상하(Z), 전후좌우(XY)와 같이 3축 방향으로 이동 가능하도록 구성되고 구동 제어되며, 대략 0 ~ 50 mm/sec의 속도로 이동 가능한 것으로, 대략 평판 형상의 기판과 같은 타깃(60)이 노즐(50)에 대향하여 대략 1 ~ 100 ㎜의 간격을 갖도록 배치할 수 있다. 이러한 스테이지(70)의 3축 구조는 리니어 모터(linear motor)들의 조합으로 이루어지거나 통상의 로봇 암(robot arm)에 적용되는 구조 등이 적용될 수 있다. 또한, 스테이지(70)에는 타깃(60)을 고정할 수 있는 고정수단이 제공될 수 있다. 타깃(60)을 고정하는 고정수단은 에어 척(air chuck) 또는 클램핑 장치가 가능하다. 따라서, 노즐(50)을 통해 분말이 하방으로 분사되고 타깃(60)이 스테이지(70)의 움직임에 의해 이동하게 되면, 타깃(60) 상면에는 스테이지(70)의 움직임 방향에 따라 다양한 형상의 열전재료의 막 형성이 가능하게 된다. The
도 3은 본 발명에 따른 막 증착장치에 포함되는 스테이지의 일 실시예이다. 스테이지(70)는 증착되어지는 막질의 향상을 위해 온도제어가 가능하게 제공되어지는 것일 수 있다. 스테이지(70)는 가열부(72)를 포함함으로써, 필요에 따라 막질을 높이기 위해 막 증착시 가열을 하는 것이 가능해진다. 또한, 막 증착과 동시에 열처리하여 결정화시키는 인시튜 어닐링(in-situ annealing)을 할 수도 있다. 또한, 추가적으로 막 증착 후 타깃(60)을 막 증착장치(100)의 프로세스 챔버(40) 외부로 반출하기 전에 어닐링을 하는 후열처리(post-annealing)을 할 수도 있다. 냉각부(74)는 정확한 온도 제어를 돕고 스테이지(70) 하부로 열이 전달되는 것을 방지하는 기능을 한다. 따라서, 가열부(72)와 냉각부(74)의 제어를 통하여 항온 가열을 하여 막질을 향상시키거나 인시튜 어닐링이나 후열처리를 통하여 결정화시키는 등의 조작이 가능하다. 3 is an embodiment of a stage included in the film deposition apparatus according to the present invention. The
한편, 프로세스 챔버(40) 안에는 마스크 또는 콜리메이터와 같은 선택적 증착용 차폐물(90)이 더 설치된다. 차폐물(90)은 노즐(50)에서 분사되는 에어로졸이 타깃(60)으로 전달되는 것을 일부 또는 일시적으로 차단하여 원하는 영역에만 증착이 되도록 하거나 및/또는 방향성을 부여하는 것이다. 예를 들면, 노즐(50)에서 분사된 에어로졸이 타깃(60) 상의 소정 영역에만 도달하여 막을 형성하도록 원하는 형상의 개구부가 형성된 마스크 또는 에어로졸에 직진성을 주어 성장되는 막의 균일성을 향상시키는 콜리메이터가 가능하다. 차폐물(90)은 노즐(50)과 타깃(60) 사이에 배치되어 고정되는 것이 바람직하다. On the other hand, in the
도 4는 본 발명에 따른 막 증착장치에 제공되는 차폐물로 가능한 마스크의 단면도이다. 4 is a cross-sectional view of a mask capable of being provided with a shield provided in a film deposition apparatus according to the present invention.
도 4에 도시한 마스크(91)는 소정 위치에 개구부(A)를 가진 대략 평판 형상의 부재이다. 노즐(50)로부터 분사된 에어로졸 중 마스크(91)의 개구부(A)를 통과하는 에어로졸만 타깃(60) 상에 증착이 되고 개구부(A) 이외의 마스크(91)면에 오는 에어로졸은 타깃(60) 상으로 증착되지 못한다. 이에 따라 타깃(60) 상에는 개구부(A)에 대응되는 위치에 개구부(A)와 대응되는 모양으로 막이 형성될 수 있다. 예를 들어 아일랜드 혹은 스트라이프상의 열전재료의 패턴을 형성하여야 하는 경우라면 아일랜드 혹은 스트라이프 모양의 개구부(A)를 가진 마스크(91)를 준비하고, 노즐(50)의 개구 크기가 마스크(91) 개구부(A) 크기보다 작다면 마스크(91) 개구부(A)의 신장 방향을 따라 스테이지(70)를 이동시킴으로써 타깃(60) 상에 스트라이프상의 열전재료 막을 형성할 수 있다. 또한 노즐(50)의 개구 크기가 마스크(91) 개구부(A) 크기보다 크면, 스테이지 이동과 같은 주사 방식 또는 주사 방식 없이 선택적인 재료 막을 형성할 수 있다. The
마스크(91)가 없는 경우, 노즐(50)에 의해 형성되는 막의 폭은 노즐(50) 개구의 크기와 거의 같거나 약간 커지며 노즐(50)과 타깃(60)의 거리를 조정함으로써 다소의 제어가 가능하다. 그러나, 해상도가 좋지 못하여 막의 측벽 경계가 뚜렷하지 못한 문제가 있고, 노즐(50) 개구 크기보다 작은 막은 형성하기 어려운 한계가 있으며, 다양한 크기를 가지는 패턴을 형성하기 위해서는 그에 맞는 크기의 개구를 가진 노즐로 수시로 교체해야 하는 번거로움이 있을 수 있다. 본 발명에서는 마스크(91)와 같은 차폐물을 도입함으로써 원하는 크기와 모양의 패턴 형성이 더욱 용이해진다. 마스크(91)는 다양한 크기의 개구부를 갖도록 제작할 수 있으며, 쉽게 교체할 수 있는 부분이므로 다양한 크기의 패턴 형성에 보다 효율적이다. 예를 들어, 소형 열전발전소자를 제작하기 위해서는 폭이 수십 ~ 수백 μm의 막이 필요하기 때문에 mm 단위 크기의 노즐(50)을 이용하더라도 마스크(91)의 개구부(A) 크기를 이것과 같은 정도의 크기로 구성함으로써 손쉽게 대응할 수 있다. In the absence of the
장기간에 걸쳐 마스크(91)를 반복사용할 경우 마스크(91)의 개구부(A) 주위에 분말이 증착되어 막을 형성한다. 이렇게 되면 개구부(A) 입구측에 부착되는 분말에 의해 개구부(A) 출구측으로 나가는 분말이 줄어들어 균일한 증착율을 유지하기 어렵다. 그리고, 시간이 지남에 따라 개구부(A)의 크기를 작게 만들거나 해상도를 저하시키는 원인이 될 수 있다. 따라서 일정시간이 지나면 분말이 증착되어 두꺼워진 마스크(91)에서 표면에 부착된 물질을 제거하는 재생 공정을 거쳐 사용하거나 폐기하여야 한다. 마스크(91)와 에어로졸 안의 분말을 등전하로 하전하면 서로간의 반발력에 의해 마스크(91) 상에 분말이 퇴적되는 것을 방지할 수 있어 마스크(91) 재생 주기를 늘릴 수 있다. When the
도 5은 다른 마스크의 단면도이다. 5 is a cross-sectional view of another mask.
도 5의 마스크(92)는 개구부(A)를 한정하는 측벽(B)이 경사지게 형성되어 있다. 이러한 형상은 에어로졸 안의 분말이 마스크(92) 상에 퇴적되는 것을 방지하는 효과가 있다. 이러한 형상의 마스크(92)를 채용하는 것에 의해서도 마스크(92) 재생 주기를 늘릴 수 있다. The
도 6은 또 다른 마스크의 단면도이다. 6 is a cross-sectional view of another mask.
도 6을 참조하면, 마스크(93) 개구부(A)를 한정하는 측벽에 칸막이(C)가 하측으로 돌출되도록 형성되어 있다. 칸막이(C)는 개구부(A)를 통과하는 에어로졸에 직진성을 더 부여한다. 이에 따라 원하는 패턴 모양을 더욱 정확하게 형성할 수 있는 효과가 있다. Referring to FIG. 6, a partition C is formed on the side wall defining the opening A of the
도 7 내지 도 9는 실시예에 따른 마스크의 평면도들이다.7 to 9 are plan views of a mask according to an embodiment.
도 7은 아일랜드상 패턴 형성에 적합한 것으로, (a)는 마스크의 개구부(A)가 사각형인 경우, (b)는 마스크의 개구부(A)가 원형인 경우이다. 필요한 경우 개구부(A)의 너비 혹은 지름(d)과 개구부(A) 사이의 간격(p)을 제어할 수 있는데, 개구부 사이의 간격(p)/ 너비 혹은 지름(d)의 비율이 0.1 ~2가 되도록 디자인 룰을 정할 수도 있다. 이러한 비율은 인접한 패턴과의 간섭없이 다종막을 형성하는 데 적합한 비율이다. Fig. 7 shows a case where the opening portion A of the mask is rectangular, and Fig. 7 (b) shows a case where the opening portion A of the mask is circular. The width p of the opening A or the distance p between the diameter d and the opening A can be controlled if necessary so that the ratio of the distance p / width or diameter d between the openings is 0.1 to 2 The design rule may be determined. This ratio is a suitable ratio for forming a multi-layer film without interference with adjacent patterns.
도 8은 스트라이프상 패턴 형성에 적합한 경우이다.Fig. 8 is a case suitable for forming a stripe pattern.
도 9는 동일 평면상에 각각 분리되어 아일랜드상 또는 스트라이프상으로 배열되는 다종막을 형성하는 경우에 더욱 적합한 것으로, 두 마스크의 개구부(A)가 상보적인 관계에 있는 조합을 교대로 이용하게 된다. (a)는 다종막이 사각형 아일랜드상 패턴인 경우로서 도 7의 (a)에 도시한 마스크의 변형예, (b)는 다종막이 원형 아일랜드상 패턴인 경우로서 도 7의 (b)에 도시한 마스크의 변형예, 그리고 (c)는 다종막이 스트라이프상 패턴인 경우로서 도 8에 도시한 마스크의 변형예이기도 하다. 도 9의 마스크 조합 중 좌측 첫번째 마스크를 이용하여 제1 물질의 패턴을 형성한 후 두번째 우측 마스크로 교체하여 제2 물질의 패턴을 형성하면 타깃(60)의 동일 평면 상에 배열되는 제1 물질과 제2 물질의 교번적인 패턴으로 구성되는 다종막을 형성할 수 있다. Fig. 9 is more suitable for forming a multi-layer film which is separated on the same plane and arranged in an island shape or a stripe shape, and alternately uses a combination in which the openings A of the two masks are in a complementary relationship. 7A is a modification of the mask shown in FIG. 7A, FIG. 7B is a case where the multiple film is a circular island pattern, and FIG. 7B is a cross- (C) is a modified example of the mask shown in Fig. 8 in the case where the multi-layered film is a stripe-shaped pattern. When a pattern of the first material is formed using the first mask on the left side of the mask combination shown in FIG. 9, and then a pattern of the second material is formed by replacing the second mask with the second mask on the right side, It is possible to form a multi-layer film composed of an alternate pattern of the second material.
이와 같이 마스크의 개구부(A)는 필요한 패턴 모양에 따라 여러가지 형상을 가질 수 있고, 다종막의 형성을 위해 변경될 수 있는 융통성이 있어 반도체소자, 압전소자, 열전소자와 같이 다종막의 형성이 필요한 분야에서의 활용가능성이 크다. As described above, the opening A of the mask can have various shapes according to the required pattern shape, has flexibility that can be changed for the formation of the multilayer film, and it is necessary to form a multilayer film such as a semiconductor element, a piezoelectric element, and a thermoelectric element It is very likely to be used in the field.
도 10은 본 발명에 따른 막 증착장치에 제공되는 차폐물로 가능한 콜리메이터의 단면도이고, 도 11은 평면도이다. 도 10은 도 11의 X-X' 단면에 해당한다. Fig. 10 is a cross-sectional view of a collimator capable of being provided with a shield provided in a film deposition apparatus according to the present invention, and Fig. 11 is a plan view. 10 corresponds to a cross section taken along the line X-X 'in FIG.
콜리메이터(94)는 타깃(60)과 노즐(50) 사이에 위치하는 일종의 필터링 플레이트(filtering plate)이다. 콜리메이터(94)는 대체적으로 두께가 균일하며, 이러한 두께를 통해 형성되는 다수의 통로(D)를 구비한다. 콜리메이터(94)는 요구되는 각도를 넘는 에어로졸을 필터링한다. 주어진 콜리메이터(94)에 의해 이루어지는 필터링의 실제 양은 콜리메이터(94)를 통한 통로(D)의 종횡비에 따른다. 이와 같이 하여, 타깃(60)에 수직하게 접근하는 경로로 이동하는 분말들은 콜리메이터(94)를 통과하여 타깃(60) 상에 증착된다. The
에어로졸은 다수개의 통로(D)를 가지는 콜리메이터(94)에 의하여 입사각이 일정하게 유지되어 타깃(60) 상면에 증착된다. 콜리메이터(94)는 균일한 증착이 되도록 하며 에어로졸의 양을 조정하고 일정하게 하는 기능을 가진다. 콜리메이터(94)는 도 11에서 보는 바와 같이 대략 원반 형상의 몸체에 직경이 동일한 다수개의 구멍들이 형성되어 통로(D)를 구성한다. 구멍을 통과하는 분말은 직진성이 부여된다. 구멍은 격자를 이루기도 하며, 벌집 모양 또는 원 모양 등 다양한 모양을 가질 수 있다. The aerosol is deposited on the upper surface of the
이상 설명한 마스크와 콜리메이터는 서로 선택적으로 혹은 함께 본 발명에 따른 막 증착장치에 구비될 수 있다. The mask and the collimator described above may be provided separately or together in the film deposition apparatus according to the present invention.
도 12는 본 발명에 따른 막 증착장치에 포함되는 노즐의 일 실시예의 단면도이다. 12 is a cross-sectional view of one embodiment of a nozzle included in the film deposition apparatus according to the present invention.
분말의 직진성 부여는 콜리메이터 구성 이외에 노즐(50) 구성을 변경함으로써 가능하다. 예를 들어, 도 12에 도시한 바와 같이 노즐(50) 안에 분말이 통과하는 내관(52)의 관벽에 나선상의 홈(54)을 파서, 분말이 분사되면서 회전하도록 설계할 수 있다. 홈(54)은 나선 형상을 이루어 내관(52) 속에 연신하도록 설치되고, 홈(54) 가공을 거친 후에는 내관(52)을 통과하는 분말이 홈(54)을 따라서 회전하면서 균일하게 전송될 수 있다. 이 홈(54)은 그 수가 많을수록 회전수가 높아지면서 직진성이 높아진다. 이는 분말의 회전력이 진행 방향과 반대인 공기 저항을 여러 방향으로 분산시켜 궤적이 변경되는 것을 방지하기 때문이다. 따라서, 이러한 구성은 중진공 분위기보다는 저진공 분위기일 때 더욱 효과가 나타날 수 있다. The directing of the powder is possible by changing the configuration of the
다음으로, 이상의 구성으로 된 막 증착장치(100)의 작용을 설명한다. 캐리어 가스 저장용기(10)를 열어 헬륨 가스를 예컨대 2.5 ℓ/min의 유량으로 캐리어 가스 공급관(20)을 통해 에어로졸 발생기(30)로 도입하여 에어로졸을 발생시킨다. 이 때, 분말은 진동기와 같은 장치의 도움으로 비산할 수 있게 하면 에어로졸이 안정적으로 발생할 수 있다. 에어로졸 중의 분말 중, 응집되어 2차 분말을 형성하고 있는 것은 그의 중량이 비교적 크기 때문에 위로 높게 이동할 수 없다. 대조적으로, 중량이 작은 1차 분말 또는 1차 분말에 가까운 비교적 작은 분말은 에어로졸 발생기(30) 내의 상부까지 위로 이동할 수 있다. 따라서, 소망의 입경의 분말을 선택하여 도출시킬 수 있다. Next, the operation of the
도출된 에어로졸은 에어로졸 이송관(25)을 통해 노즐(50)로부터 타깃(60)을 향해 고속으로 분사된다. 에어로졸의 분사 속도는 노즐(50)의 형상, 캐리어 가스 공급관(20)과 에어로졸 이송관(25)의 길이 및 내경, 캐리어 가스 저장용기(10)의 가스 압력, 진공 펌프(80)의 배기량 등에 의해 제어된다. 이들의 제어에 의해, 예를 들어, 에어로졸 발생기(30)의 내부 압력을 수만 Pa로 하고, 프로세스 챔버(40)의 내부 압력을 수백 Pa로 하여 이들 사이에 차압을 제공하면, 분사 속도는 아음속으로부터 초음속 영역까지 가속될 수 있다. 충분히 가속되어 운동 에너지를 얻은 에어로졸 중의 분말은 타깃(60)에 충돌하여 막을 형성하게 된다. 이 때, 충격 에너지에 의해 분말이 미세하게 파쇄되어 이들 미세한 단편(斷片) 분말이 타깃(60)에 부착하거나 또는 서로 접착 접합하여 치밀한 막을 형성할 수도 있다. The derived aerosol is injected at high speed from the
차폐물(90)은 노즐(50)에서 분사되는 에어로졸이 타깃(60)으로 전달되는 것을 일부 또는 일시적으로 차단하여 원하는 영역에만 증착이 되도록 하거나 및/또는 방향성을 부여한다. 타깃(60)은 예컨대 성막 조작 중에 스테이지(70)에 의해 전후 왕복 운동을 하도록 할 수 있다. 이러한 제어에 의해, 퇴적 두께가 1~100 μm인 막, 예컨대 50 μm 열전재료의 막을 형성하는 것이 가능하다. 스테이지(70)의 이동 속도는 막 성막 속도 및 표면 상태 제어를 위하여 다양하게 변경 적용이 가능하다. 또한, 성막 시간을 연장시키면, 그것에 비례하여 퇴적 두께를 증가시킬 수 있다. 필요에 따라 성막시 가열 조작 등을 추가해 막질을 향상시키거나 증착과 동시에 소성하거나 성막 후 가열 조작 등을 추가해 소성할 수도 있거나 이를 생략할 수도 있다. The
이하에서는 상기와 같이 구성되는 막 증착장치(100)를 이용하여 열전재료의 막을 형성하여 열전소자를 제조하는 방법을 첨부된 도 13을 참조하여 설명한다. 도 13에는 본 발명에 따른 막 증착장치를 이용한 열전소자 제조방법의 순서도가 도시되어 있다.Hereinafter, a method of manufacturing a thermoelectric device by forming a film of a thermoelectric material using the
먼저, 열전재료 분말을 에어로졸 발생기(도 1의 30)에 장입하고, 타깃(60)을 스테이지(70)에 고정한다(단계 s1). 열전재료는 Bi2Te3계, PbTe, Si-Ge, FeSi2, CoSb3계 등이 있어, 불순물을 도핑함으로써 p형과 n형을 제작할 수 있다. 벌크 재료 또는 급냉법 등으로 얻은 분말을 미분쇄함으로써 입경이 서브마이크론 레벨인 미립자를 제조해 사용할 수 있다. 그런 다음, 에어로졸 발생기(30) 내부에 캐리어 가스를 공급하여 열전재료 분말과 캐리어 가스를 혼합하여 에어로졸을 발생시킨다(단계 s2). First, the thermoelectric material powder is charged into an aerosol generator (30 in FIG. 1), and the
에어로졸 발생기(30) 내부에서 발생된 에어로졸을 이송시켜 노즐(50)을 이용해 타깃(60)에 분사한다(단계 s3). 이 때 에어로졸은 노즐(50)에서 분사된 후 차폐물(90)을 지나 타깃(60)에 도달하게 된다. The aerosol generated in the
이로써, 타깃(60)에 열전재료의 막을 형성한다(단계 s4). Thereby, a film of thermoelectric material is formed on the target 60 (step s4).
단계 s4에서는 타깃(60)을 이동시켜 패턴을 형성할 수 있다. 이것을 도 14를 참조하여 설명한다. 도 14는 본 발명에 따른 막 증착장치를 이용해 아일랜드상 혹은 스트라이프 패턴을 형성하는 경우의 모식도이다. In step s4, the
먼저 도 14의 (a)와 같이 노즐(50)을 통한 에어로졸 분사로 타깃(60) 상에 제1 패턴(62)을 먼저 형성한다. 노즐(50) 크기와 마스크(90) 개구부 크기가 제1 패턴(62) 크기보다 큰 경우에는 제1 패턴(62) 형성시 스테이지(70)는 고정 상태이다. 노즐(50) 크기가 마스크(90) 개구부보다 작은 경우에는 노즐(50)이 마스크(90) 개구부 신장 방향을 따라 스캔할 수 있도록 스테이지(70)를 이동시키며 제1 패턴(62)을 형성한다. 제1 패턴(62) 형성 완료 후에는 도시한 바와 같이 옆으로 스테이지(70)를 이동시켜 제1 패턴(62) 옆에 제2 패턴(64)을 형성할 수가 있다. 이러한 작업을 반복적으로 수행하면 필요한 수의 여러 개의 아일랜드상 혹은 스트라이프상의 패턴을 쉽게 얻을 수 있다.First, the
또한, 다른 예로 도 15와 같이 길이가 긴 장방형 노즐(50)의 스캔방식 및 선택성을 가진 마스크(90)를 통해 원하는 아일랜드상 혹은 스트라이프상의 여러 개의 패턴을 노즐(50)의 스캔을 통하여 동시에 형성할 수 있다.15, several desired patterns on the island or stripe may be simultaneously formed through the scanning of the
이와 같이 스테이지(70)가 3축 방향으로 이동 가능하도록 구성하고 마스크(90)를 제공함으로써 타깃(60) 상에 원하는 패턴 모양을 손쉽게 형성할 수 있게 된다. 미세 패턴을 동일 타깃 상에 용이하게 형성할 수가 있으므로 열전소자를 고집적화할 수 있다. 타깃(60)이 스테이지(70)의 움직임에 의해 이동하게 되면, 타깃(60) 상면에는 스테이지(70)의 움직임 방향에 따라 다양한 형상의 열전재료의 막 형성이 가능하게 된다. In this way, the
이와 같이 본 발명에 따르면, 리소그라피 및 식각 공정 등을 이용하지 않아도 패터닝된 막을 형성하기가 용이하다. 따라서, 반도체소자, 압전소자, 열전소자와 같이 다종막의 분야에서 이용될 수 있다.As described above, according to the present invention, it is easy to form a patterned film without using a lithography and etching process or the like. Therefore, it can be used in the field of multi-layer films such as semiconductor devices, piezoelectric devices, and thermoelectric devices.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but many variations and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and detail may be made therein without departing from the scope of the appended claims.
10...캐리어 가스 저장용기
20...캐리어 가스 공급관
25...에어로졸 이송관
30...에어로졸 발생기
40...프로세스 챔버
50...노즐
60...타깃
70...스테이지
80...진공 펌프
90...차폐물
100...막 증착장치10 ... Carrier
25 ...
40 ...
60 ...
80 ...
100 ... film deposition apparatus
Claims (19)
상기 프로세스 챔버와 연통 결합되어 진공을 형성하는 진공 펌프;
분말이 수용되는 에어로졸 발생기;
캐리어 가스가 저장되는 캐리어 가스 저장용기;
상기 캐리어 가스 저장용기와 상기 에어로졸 발생기 내부를 연통시켜 상기 캐리어 가스가 상기 에어로졸 발생기 내부로 유입되도록 하는 캐리어 가스 공급관;
상기 캐리어 가스와 혼합된 상기 분말로 이루어지는 에어로졸을 상기 프로세스 챔버 내부로 안내하는 에어로졸 이송관;
상기 에어로졸 이송관 일단에 구비되어 상기 에어로졸을 상기 타깃에 분사하는 노즐; 및
상기 노즐과 타깃 사이에 배치되는 선택적 증착용 차폐물을 포함하는 막 증착장치. A process chamber having a stage capable of moving in a state supporting the target;
A vacuum pump communicating with the process chamber to form a vacuum;
An aerosol generator in which the powder is received;
A carrier gas storage container in which a carrier gas is stored;
A carrier gas supply pipe communicating the carrier gas storage container and the inside of the aerosol generator to allow the carrier gas to flow into the aerosol generator;
An aerosol delivery pipe for guiding an aerosol composed of the powder mixed with the carrier gas into the process chamber;
A nozzle provided at one end of the aerosol transfer tube for spraying the aerosol onto the target; And
And a selective vapor deposition shield disposed between the nozzle and the target.
상기 에어로졸 발생기 내부에 캐리어 가스를 공급하여 상기 열전재료 분말과 캐리어 가스를 혼합하여 에어로졸을 발생시키는 가스 공급 단계;
상기 에어로졸 발생기 내부에서 발생된 에어로졸을 이송시켜 노즐을 이용해 상기 타깃에 분사하되, 상기 에어로졸이 상기 노즐에서 분사된 후 선택적 증착용 차폐물을 지나 상기 타깃에 도달하도록 하는 분말 분사 단계; 및
상기 타깃에 열전재료의 막을 형성하는 막 형성 단계를 포함하는 열전소자 제조방법. A material preparation step of charging the thermoelectric material powder into the aerosol generator and fixing the target to the stage;
A gas supplying step of supplying a carrier gas into the aerosol generator to mix the thermoelectric material powder and the carrier gas to generate an aerosol;
Spraying the aerosol generated in the aerosol generator to the target using a nozzle, spraying the aerosol from the nozzle and reaching the target through the selective vapor deposition shield; And
And a film forming step of forming a film of a thermoelectric material on the target.
열전재료 분말을 에어로졸 발생기에 장입하고, 타깃을 스테이지에 고정하는 재료 준비 단계;
상기 에어로졸 발생기 내부에 캐리어 가스를 공급하여 상기 열전재료 분말과 캐리어 가스를 혼합하여 에어로졸을 발생시키는 가스 공급 단계;
상기 에어로졸 발생기 내부에서 발생된 에어로졸을 이송시켜 노즐을 이용해 상기 타깃에 분사하되, 상기 에어로졸이 상기 노즐에서 분사된 후 선택적 증착용 차폐물을 지나 상기 타깃에 도달하도록 하는 분말 분사 단계; 및
상기 타깃에 열전재료의 막을 형성하는 막 형성 단계를 포함하고,
상기 스테이지의 가열부와 냉각부의 제어를 통하여 항온 가열을 하여 막질을 향상시키거나 인시튜 어닐링하거나 후열처리를 통하여 결정화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자 제조방법.Using the film deposition apparatus according to claim 4,
A material preparation step of charging the thermoelectric material powder into the aerosol generator and fixing the target to the stage;
A gas supplying step of supplying a carrier gas into the aerosol generator to mix the thermoelectric material powder and the carrier gas to generate an aerosol;
Spraying the aerosol generated in the aerosol generator to the target using a nozzle, spraying the aerosol from the nozzle and reaching the target through the selective vapor deposition shield; And
And a film forming step of forming a film of a thermoelectric material on the target,
Further comprising the step of heating at a constant temperature through the control of the heating unit and the cooling unit of the stage to improve the quality of the film or to crystallize the film by in-situ annealing or post-heat treatment.
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