KR20090086298A - 카본나노튜브형성장치 및 카본나노튜브형성방법 - Google Patents

카본나노튜브형성장치 및 카본나노튜브형성방법 Download PDF

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키미츠구 사이토
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다이닛뽕스크린 세이조오 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 고품질의 카본나노튜브를 높은 스루풋으로 형성할 수 있는 카본나노튜브형성 기술을 제공하는 것을 과제로 한다.
이 해결수단으로서, 진공챔버(10)에는, 라디칼빔조사부(50) 및 나노입자빔조사부(70)가 설치되어 있다. 기판(W)은 기판지지부(30)에 의해 지지되어 있다. 나노입자빔조사부(70)로부터 촉매로 되는 금속의 나노입자의 빔을 기판(W)에 조사하여 촉매 형성을 행한다. 그 후, 라디칼빔조사부(50)에서 원료가스로부터 플라즈마를 발생시켜, 생성된 중성 라디칼종의 빔을 기판(W)에 조사하여 카본나노튜브를 성장시킨다. 라디칼빔조사부(50)에는, 애퍼츄어(59)가 설치되어 있기 때문에, 플라즈마 발생에 따라 압력이 높았더라도, 진공챔버(10) 안을 10-5 Torr∼10-3 Torr의 비교적 높은 진공도로 계속하여 유지할 수 있다.
카본나노튜브, 스루풋, 나노입자, 진공챔버, 진공도

Description

카본나노튜브형성장치 및 카본나노튜브형성방법{CARBON NANOTUBE FORMING APPARATUS AND CARBON NANOTUBE FORMING METHOD}
본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 기판 위에 배선재로서 카본나노튜브를 성장시키는 카본나노튜브형성장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, LSI의 BEOL(Back-End-of-Line) 배선재로서 카본나노튜브를 사용하려고 하는 시도로 급속히 관심이 높아지고 있다. 종래의 배선재에는, 구리(Cu)가 일반적으로 사용되어 왔지만, 고성능화를 위한 패턴 미세화에 따라 배선부의 전류밀도가 증대하고 있어, 가까운 장래, 구리로는, 견딜 수 없을 만큼의 큰 전류밀도가 요구될 것이라고 예측된다.
카본나노튜브는 그래파이트의 시트(그라펜 시트)를 원통모양으로 감은 형상을 갖고 있고, 그 직경은 수nm∼수십nm이다. 카본나노튜브는 전기적으로도 기계적으로도 매우 우수한 특성을 갖는다는 것이 발견되어 있고, 구리와 비교하여 1000배 가까운 큰 전류밀도를 견디어낼 수 있는 전위(電位)를 갖는 재료이다. 그 때문에, 배선재로서의 카본나노튜브에 관심이 높아지고 있는 것이다.
기판 위에 카본나노튜브를 형성하는 프로세스로서는, 먼저 하지(下地)로 되 는 기판 위에 촉매로 되는 코발트(Co), 니켈(Ni), 철(Fe) 등의 나노입자를 형성한다. 다음으로, 나노입자의 금속촉매 위에 카본나노튜브를 성장시킨다. LSI 용도의 카본나노튜브의 성장방법으로서는, 비교적 양산에 적합한 화학기상증착(CVD)법이 주로 검토되고 있고, 열 CVD, 열 필라멘트 CVD, 플라즈마 CVD 등의 각종 CVD법에 의한 시도가 이루어지고 있다. 그들 중에서도 특히 플라즈마 CVD법이 주목받고 있다. 그 이유는, BEOL 배선재로서 카본나노튜브를 형성하는 경우, 형성 프로세스의 온도가 낮은 쪽이 바람직하고, 플라즈마 CVD가 프로세스의 저온화(低溫化)에 가장 유망하기 때문이다.
플라즈마 CVD에 있어서는, 탄화수소 등을 함유하는 원료가스로부터 플라즈마를 발생시킨다. 플라즈마 중에는, 각종의 중성(中性) 라디칼종(種)이나 이온종(種)이 생성되지만, 그 중의 이온종이 기판에 접촉하는 것을 극력 억제하면서, 중성 라디칼종을 카본나노튜브성장의 활성종으로서 적극적으로 이용하는 것이 양질(良質)의 카본나노튜브를 형성하는데도 유용하다는 것이 판명되어 있다. 예를 들면, 특허문헌1에는, 기판이 플라즈마에 노출되지 않도록, 기판으로부터 떨어진 영역에 플라즈마를 발생시킴(리모트 플라즈마)과 아울러, 플라즈마 발생 영역과 기판 사이에 메쉬그리드를 설치하여 이온종이 기판으로 날라오는 것을 방지하는 기술이 개시되어 있다.
[특허문헌1] 일본특허공개 2005-350342호 공보
그러나, 종래부터 시도되어 온 플라즈마 CVD법에서는, BEOL배선재로서 충분한 품질의 카본나노튜브를 형성하는 것은 가능하지 않았다. 또한, 산업이용이라는 관점에서는, 종래의 플라즈마 CVD법은 카본나노튜브의 성장속도가 늦고, 스루풋이 낮기 때문에 실용적인 것이 아니었다.
또한, 상술한 바와 같이, 기판 위에 카본나노튜브를 형성할 때에는, 먼저 기판에 나노입자 촉매를 형성한 후, 플라즈마 CVD에 의해 카본나노튜브를 성장시킨다는 2단(段) 단계를 거친다. 그러나, 종래의 방법에 있어서는, 먼저 플라즈마 CVD장치와는 다른 설비로 나노입자의 금속촉매를 기판 위에 형성하고, 그 후 그 설비로부터 기판을 꺼내서 외부분위기에 폭로한 후에 플라즈마 CVD장치에 기판을 반입하고나서 카본나노튜브를 성장시킨다는 순서를 밟고 있었다.
이러한 2단 단계를 거칠 경우, 나노입자의 금속촉매가 형성된 기판을 일단 대기(大氣)에 폭로하고나서 플라즈마 CVD장치에 반입하기 때문에 표면이 활성인 나노입자 촉매가 대기에 폭로되어 사활(死活)되어, 카본나노튜브형성을 위한 촉매로서 기능하지 않게 된다는 중대한 문제가 생긴다. 또한, 기판의 반출입에 따라 스루풋이 저하됨과 아울러, 생산설비 전체로서의 풋프린트가 증대된다는 문제도 생긴다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 고품질의 카본나노튜브를 높은 스루풋으로 형성할 수 있는 카본나노튜브형성 기술을 제공하는 것을 제1 목적 으로 한다.
또한, 본 발명은 기판 위에 형성한 나노입자를 사활시키지 않고 카본나노튜브를 형성할 수 있는 카본나노튜브 형성 기술을 제공하는 것을 제2 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 청구항 1의 발명은 기판 위에 카본나노튜브를 성장시키는 카본나노튜브형성장치에 있어서, 기판을 수용하는 진공챔버와, 상기 진공챔버 안을 소정의 진공도로 유지하는 진공배기수단과, 상기 진공챔버 안에서 기판을 지지하는 지지수단과, 탄소를 함유하는 원료가스로부터 플라즈마를 발생시켜, 그 플라즈마로부터 중성의 라디칼종을 상기 지지수단에 지지된 기판에 조사하는 라디칼빔조사수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 2의 발명은, 청구항 1의 발명에 의한 카본나노튜브형성장치에 있어서, 상기 라디칼빔조사수단은, 상기 원료가스를 도입하여 플라즈마를 발생시키는 플라즈마발생실과, 상기 플라즈마발생실의 선단(先端)에 설치되어, 애퍼츄어가 형성된 애퍼츄어판을 구비하고, 상기 애퍼츄어를 통하여 중성의 라디칼종을 조사하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 3의 발명은, 청구항 1의 발명에 의한 카본나노튜브형성장치에 있어서, 상기 라디칼빔조사수단으로부터 기판에의 라디칼종의 조사를 차단하는 라디칼셔터부재를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 4의 발명은, 청구항 1의 발명에 의한 카본나노튜브형성장치에 있어서, 코발트, 니켈 및 철로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 금속을 함유하는 나노입자를 상기 지지수단에 지지된 기판에 조사하는 나노입자빔조사수단을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 5의 발명은, 청구항 4의 발명에 의한 카본나노튜브형성장치에 있어서, 상기 나노입자빔조사수단으로부터 기판에의 나노입자의 조사를 차단하는 나노입자셔터부재를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 6의 발명은, 청구항 1의 발명에 의한 카본나노튜브형성장치에 있어서, 상기 라디칼빔조사수단으로부터 누출한 이온종이 상기 지지수단에 지지된 기판에 도달되는 것을 저해하는 이온도달저해수단을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 7의 발명은, 청구항 1의 발명에 의한 카본나노튜브형성장치에 있어서, 상기 지지수단은 지지하는 기판을 소정온도로 가열하는 가열수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 8의 발명은, 청구항 1의 발명에 의한 카본나노튜브형성장치에 있어서, 상기 지지수단을, 지지하는 기판의 주면(主面)과 평행한 평면을 따라 이동시키는 이동수단과, 상기 지지수단을, 지지하는 기판의 중심축을 회전축으로 하여 회전시키는 회전수단을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 9의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 하나의 발명에 의한 카본나노튜브형성장치에 있어서, 상기 라디칼빔조사수단은 원료가스로부터 유도(誘導)결합 플라즈마를 발생시키는 ICP장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 10의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 하나의 발명에 의한 카본나노튜브형성장치에 있어서, 상기 라디칼빔조사수단은 원료가스로부터 전자사이클로트론 공명 플라즈마를 발생시키는 ECR장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 11의 발명은, 진공챔버 안에 수용된 기판 위에 카본나노튜브를 성장시키는 카본나노튜브형성방법에 있어서, 상기 진공챔버 안을 소정의 진공도로 유지하는 진공배기공정과, 라디칼빔조사수단에 탄소를 함유하는 원료가스를 도입하여 플라즈마를 발생시키는 플라즈마발생공정과, 발생한 플라즈마로부터 중성의 라디칼종을 상기 라디칼빔조사수단으로부터 상기 진공챔버 안에 지지되는 기판에 조사하는 라디칼빔조사공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 12의 발명은, 청구항 11의 발명에 의한 카본나노튜브형성방법에 있어서, 상기 라디칼빔조사수단으로부터 애퍼츄어를 통하여 중성의 라디칼종을 조사하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 13의 발명은, 청구항 11의 발명에 의한 카본나노튜브형성방법에 있어서, 상기 라디칼빔조사공정보다 전에, 코발트, 니켈 및 철로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 금속을 함유하는 나노입자를 상기 진공챔버 안에 지지되는 기판에 조사하는 나노입자빔조사공정을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 14의 발명은, 청구항 11 내지 청구항 13 중 어느 하나의 발명에 의한 카본나노튜브형성방법에 있어서, 상기 라디칼빔조사공정은 기판을 소정온도로 가열하는 가열공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 기판을 수용하는 진공챔버를 소정의 진공도로 유지하면서, 라디칼빔조사수단이 탄소를 함유하는 원료가스로부터 플라즈마를 발생시켜, 그 플라즈마로부터 중성 라디칼종을 기판에 조사하기 때문에, 고품질의 카본나노튜브를 높은 스루풋으로 형성할 수 있다.
특히, 청구항 2의 발명에 의하면, 플라즈마발생실의 선단에 애퍼츄어를 설치하고, 라디칼빔조사수단이 애퍼츄어를 통하여 중성의 라디칼종을 조사하기 때문에, 라디칼빔조사수단에서 플라즈마를 발생시키면서도 확실하게 진공챔버 안을 소정의 진공도로 유지할 수 있다.
특히, 청구항 4의 발명에 의하면, 코발트, 니켈 및 철로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 금속을 함유하는 나노입자를 기판에 조사하는 나노입자빔조사수단을 구비하기 때문에, 기판 위에 형성한 나노입자가 대기 중에 폭로되는 일이 없어져, 나노입자를 사활시키지 않고 카본나노튜브를 형성할 수 있다.
특히, 청구항 6의 발명에 의하면, 라디칼빔조사수단으로부터 누출한 이온종이 지지수단에 지지된 기판에 도달되는 것을 저해하는 이온도달저해수단을 구비하기 때문에, 보다 고품질의 카본나노튜브를 형성할 수 있다.
특히, 청구항 8의 발명에 의하면, 지지수단을 기판의 주면과 평행한 평면을 따라 이동시키는 이동수단과, 지지수단을 기판의 중심축을 회전축으로 하여 회전시키는 회전수단을 구비하기 때문에, 라디칼빔조사수단으로부터 기판의 전면(全面)에 중성의 라디칼종을 조사할 수 있다.
특히, 청구항 12의 발명에 의하면, 라디칼빔조사수단으로부터 애퍼츄어를 통 하여 중성의 라디칼종을 조사하기 때문에, 라디칼빔조사수단에서 플라즈마를 발생시키면서도 확실하게 진공챔버 안을 소정의 진공도로 유지할 수 있다.
특히, 청구항 13의 발명에 의하면, 코발트, 니켈 및 철로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 금속을 함유하는 나노입자를 기판에 조사한 후, 중성의 라디칼종을 기판에 조사하기 때문에, 기판 위에 형성한 나노입자가 대기 중에 폭로되는 일이 없어져, 나노입자를 사활시키지 않고 카본나노튜브를 형성할 수 있다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 카본나노튜브형성장치(1)의 전체 구성을 나타내는 도면이다. 본 발명에 의한 카본나노튜브형성장치(1)는 반도체 웨이퍼나 액정용 유리기판의 표면에 예를 들면, 실리콘막을 형성한 기판 등의 기판 위에 배선재로서 카본나노튜브를 성장시키는 장치이다. 카본나노튜브형성장치(1)는 진공챔버(10)에, 진공배기기구(20), 기판지지부(30), 라디칼빔조사부(50) 및 나노입자빔조사부(70)를 부설(付設)하여 구성되어 있다. 또한, 카본나노튜브형성장치(1)는 장치에 설치된 각 동작기구를 제어하여 카본나노튜브의 형성 처리를 실행시키는 제어부(90)를 구비한다.
진공챔버(10)는 금속제(예를 들면, 스테인레스스틸제)의 하우징체(體)이며, 그 내부는 외부공간으로부터 완전히 씰링된 밀폐공간으로 이루어져 있다. 진공배기기구(20)는 진공밸브(22), 터보분자펌프(TMP)(23) 및 로터리펌프(RP)(24)를 구비하여 구성된다. 진공챔버(10)에는, 배기관(21)이 연통(連通) 접속되어 있다. 배 기관(21)은 터보분자펌프(23) 및 로터리펌프(24)에 접속되어 있고, 그 경로 도중에는, 진공밸브(22)가 개재되어 있다.
로터리펌프(24)는 진공챔버(10) 안이 대기압이라도 작동시키는 것이 가능하고, 진공배기행정(行程)(도 5의 단계 S2)에서의 초기의 배기에 사용된다. 터보분자펌프(23)는 터빈날개를 고속회전시킴으로써 기체분자를 강제적으로 압축하여 배출하는 진공펌프이다. 터보분자펌프(23)는 로터리펌프(24)만으로는 도달 불가능한 비교적 높은 진공도로 진공챔버(10) 안을 유지할 수 있다. 본 실시형태에서는, 터보분자펌프(23)를 구비하는 진공배기기구(20)에 의해 처리 중의 진공챔버(10) 안을 10-5 Torr∼10-3 Torr로 유지한다. 다만, 터보분자펌프는 대기압에 가까운 저(低)진공에서는, 작동시킬 수 없고, 또한 기체분자를 대기압까지 압축할 수는 없기 때문에, 터보분자펌프(23)의 배후(背後)측에 로터리펌프(24)를 설치하고 있다.
기판지지부(30)는 진공챔버(10)의 내부에서 처리대상으로 되는 반도체 웨이퍼(이후, 기판(W)이라고 칭함)를 지지하는 지지대이다. 기판지지부(30)는 도시를 생략하는 복수의 파지 갈고리에 의해 기판(W)의 단연부(端緣部)를 파지함으로써 기판(W)을 지지한다. 기판지지부(30) 중 지지하는 기판(W)의 이면(裏面)과 접촉하는 부위는 오염이 적은 세라믹스로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 기판지지부(30)에는, 지지하는 기판(W)을 가열하는 히터(35)가 내장되어 있다.
기판지지부(30)는 구동부 상자(40)에 의해 축지지되어 있다. 즉, 진공챔버(10)의 내부공간에 설치된 구동부 상자(40)의 내측에는, 모터(42)가 고정 설치되 어 있고, 그 모터(42)의 모터축(44)에 의해 기판지지부(30)가 축지지되어 있다. 모터축(44)은 축받이부(43)를 통하여 구동부 상자(40)에 축받이 되어 있다. 축받이부(43)는 구동부 상자(40)의 내측공간과 외측공간(즉, 진공챔버(10)의 내부공간)을 씰링한다. 모터(42)는 기판지지부(30)에 지지되어 있는 기판(W)의 주면(主面)에 수직한 중심축을 회전축으로 하여, 그 회전축의 둘레로 기판지지부(30) 및 기판(W)을 회전시킨다.
또한, 모터(42)를 포함하는 구동부 상자(40)의 전체는 승강구동부(41)에 의한 상하 이동(도 1 지면 중 상하)에 의해 위치 이동된다. 승강구동부(41)는 진공챔버(10)의 외부에 설치되어 있다. 승강구동부(41)의 샤프트(46)가 진공챔버(10)의 벽면에 형성된 개구부 및 구동부 상자(40)에 형성된 개구부를 삽입 통과하여 모터(42)에 연결되어 있다. 승강구동부(41)가 샤프트(46)를 구동시킴으로써 모터(42)를 포함하는 구동부 상자(40)의 전체가 진공챔버(10)의 내부에서 상하 이동 한다. 그리고, 승강구동부(41)가 구동부 상자(40)를 상하 이동시킴에 따라, 기판지지부(30) 및 그것에 지지되는 기판(W)이 진공챔버(10)의 내부에서 해당 기판(W)의 주면과 평행한 평면을 따라 상하로 이동하여, 위치를 가변(可變)으로 한다. 또한, 승강구동부(41)로서는, 볼나사를 사용한 나사이송기구나 벨트와 풀리를 사용한 벨트이송기구 등의 공지의 여러 가지의 직동기구(直動機構)를 채용할 수 있다.
구동부 상자(40)의 개구부와 진공챔버(10)의 개구부는 신축가능한 자바라(45)에 의해 연통되어 있다. 승강구동부(41)의 샤프트(46)는 자바라(45)의 내측을 통과한다. 승강구동부(41)가 구동부 상자(40)를 상승시켰을 때에는, 자바 라(45)가 신장되고, 하강시켰을 때에는, 자바라(45)가 수축된다. 이 자바라(45) 및 축받이부(43)에 의해 구동부 상자(40)의 내측공간과 진공챔버(10)의 내부공간은 완전히 분위기 분리되어 있다. 또한, 구동부 상자(40)의 내측공간과 진공챔버(10)의 외부는 연통된다. 따라서, 구동부인 모터(42) 및 승강구동부(41)로부터 파티클이 발진(發塵)되었더라도, 그것이 진공챔버(10)의 내부공간에 혼입되는 것은 방지된다. 또한, 기판지지부(30) 및 기판(W)을 회전 및 이동시키는 기구는 상기 도 1의 구성에 한정되는 것은 아니며, 기판(W)을 중심축 둘레로 회전시켜, 주면과 평행하게 이동시키는 구성이면 좋고, 예를 들면 승강구동부(41)를 진공챔버(10)의 내부에 설치하도록 해도 좋다. 다만, 모터(42) 및 승강구동부(41)와 진공챔버(10)의 내부공간과는 완전히 분위기 분리하여 두는 것이 바람직하다. 또한, 모터(42) 및 승강구동부(41) 대신에, 기판지지부(30)을 2축 방향으로 수평 이동시키는 기구를 사용해도 좋다.
라디칼빔조사부(50)은 진공챔버(10)의 벽면을 관통하여 설치되어 있다. 도 2는 라디칼빔조사부(50)의 구성을 나타내는 도면이다. 라디칼빔조사부(50)는 유도결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma)을 발생시키는 RF-ICP장치를 구비하고 있고, 케이싱(51)의 내부에 절연성의 방전관(52) 및 유도코일(53)을 구비한다. 방전관(52)의 기단부(基端部)측으로부터는, 도시를 생략하는 원료가스공급원으로부터 원료가스가 공급된다. 원료가스로서는, 아세틸렌(C2H2), 에틸렌(C2H4), 메탄(CH4) 등의 탄화수소 가스 또는 기화시킨 알콜을 사용한다. 즉, 원료가스는 탄소(C)를 함유하는 기체이다. 원료가스에는, 희석제로서 수소(H2), 아르곤(Ar), 기화시킨 물 등을 첨가하도록 해도 좋다.
방전관(52)의 선단부(先端部)의 주위를 둘러싸도록 유도코일(53)이 배치되어 있다. 유도코일(53)에는, 고주파의 투입에 대한 반사의 비율을 작게 하는 것으로서의 RF매칭장치(57)를 통하여 고주파전원(54)이 접속되어 있다. 유도코일(53)에 의해 둘러싸여지는 방전관(52)의 내측공간이 플라즈마발생실(55)이 된다. 즉, 방전관(52)의 기단부측으로부터 원료가스를 송급(送級)하면서, 고주파전원(54)이 유도코일(53)에 고주파의 대전류를 흐르게 하면, 플라즈마발생실(55)에 플라즈마가 발생한다.
또한, 방전관(52)의 선단 개구부를 덮도록 애퍼츄어판(58)이 설치되어 있다. 애퍼츄어판(58)의 중앙부에는, 애퍼츄어(59)가 관통하여 형성되어 있다. 애퍼츄어(59)는 φ1mm∼φ10mm인 원형의 작은 구멍이다. 플라즈마발생실(55)에 플라즈마를 발생시켰을 때에, 애퍼츄어(59)로부터는 중성 라디칼종이 방사된다.
라디칼빔조사부(50)는, 애퍼츄어(59)가 기판지지부(30)에 지지된 기판(W)에 대향하도록 설치되어 있다. 즉, 애퍼츄어(59)의 천설(穿設)방향은 기판지지부(30)에 지지된 기판(W)의 주면(主面)과 수직하고, 또한 그 천설방향의 연장선상에 기판(W)이 위치된다. 따라서, 애퍼츄어(59)로부터 방출되어 직진하는 중성 라디칼종의 빔은 기판지지부(30)에 지지된 기판(W)에 조사된다. 또한, 라디칼빔조사부(50)는 기판(W)의 주면과 거의 수직하여도 좋고, 기울어진 조사라도 좋다.
나노입자빔조사부(70)도 진공챔버(10)의 벽면을 관통하여 설치되어 있다. 도 3은 나노입자빔조사부(70)의 구성을 나타내는 도면이다. 나노입자빔조사부(70)는 카본나노튜브형성의 촉매로서 기능하는 금속(코발트, 니켈, 철 등을 주성분으로서 함유하고, 미량의 첨가제로서 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti), 질화티탄(TiN), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 알루미나(Al203)을 함유하는 금속)의 나노입자를 생성하여 조사한다. 나노입자빔조사부(70)는 나노입자생성챔버(71)에 중간챔버(77)를 접속하여 구성된다. 또한, 나노입자빔조사부(70)는 첨가제를 사용하지 않고, 코발트, 니켈, 철로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 금속으로부터 나노입자를 생성해도 좋다.
나노입자생성챔버(71)는 K셀(Knudsen cell: 크누센셀)(72) 및 임팩터(73)를 구비한다. K셀(72) 중에는, 원료가 되는 금속(본 실시형태에서는, 코발트)이 설치되어 있다. K셀(72)의 가열에 의해 코발트의 증기가 K셀(72)의 위쪽을 향하여 방출된다. 또한, 나노입자생성챔버(71)에는, K셀(72)의 위쪽 공간을 향하여 도시를 생략하는 가스공급원으로부터 예를 들면, 헬륨(He)가스가 공급된다. 공급된 헬륨가스는 나노입자생성챔버(71) 안에서 도 3의 지면 왼쪽에서 오른쪽으로 향하도록 한 흐름을 형성한다. 이 헬륨 가스의 흐름에 의해, K셀(72)로부터 증발한 코발트 원자가 충돌·클러스터링을 반복하여 기상(氣相) 중에 코발트의 나노입자를 형성한다.
형성된 코발트의 나노입자는 헬륨가스의 흐름에 의해 운반되어, 임팩터(73) 에 의해 사이즈 분급(分級)되어, 소정 사이즈 이상의 큰 나노입자가 제거된다. 임팩터(73)를 통과한 소정 사이즈 이하의 나노입자는 나노입자생성챔버(71)와 중간챔버(77)와의 접속 개구부분인 제1 애퍼츄어(75)로부터 중간챔버(77) 안에 도입된다.
중간챔버(77)는 제1 애퍼츄어(75)와 제2 애퍼츄어(79)로 둘러싸여진 공간을 진공배기기구(20)와는 별개인 배기수단인 차동(差動)배기부(78)에 의해 배기함으로써 단계적으로 압력을 내리는 차동배기실이다. 중간챔버(77)에 도입된 코발트의 나노입자는 제2 애퍼츄어(79)로부터 진공챔버(10) 안으로 방사된다. 나노입자생성챔버(71)에서는, 공급되는 헬륨가스 및 코발트의 증기에 의해 내부의 압력이 수10mTorr∼수100mTorr로 되고, 진공챔버(10) 안과 비교하여 현저하게 진공도가 낮아지지만, 차동배기실로서 기능하는 중간챔버(77)를 구비함으로써, 진공챔버(10) 안의 진공도를 유지할 수 있다.
나노입자빔조사부(70)는, 제2 애퍼츄어(79)가 기판지지부(30)에 지지된 기판(W)에 대향하도록 설치되어 있다. 즉, 제2 애퍼츄어(79)의 천설방향은 기판지지부(30)에 지지된 기판(W)의 주면과 수직하고, 또한 그 천설방향의 연장선상에 기판(W)이 위치된다. 따라서, 제2 애퍼츄어(79)로부터 방출되어 직진하는 나노입자 빔은 기판지지부(30)에 지지된 기판(W)에 조사된다. 또한, 나노입자빔조사부(70)는 기판(W)의 주면과 거의 수직하여도 좋고, 기울어진 조사라도 좋다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 라디칼빔조사부(50)의 전방은 셔터(61)에 의해 차폐 가능하게 되어 있다. 셔터구동부(62)가 셔터(61)를 도 1 중의 이점쇄선 위치로 이동시킴으로써, 라디칼빔조사부(50)로부터 기판지지부(30)에 지지된 기판(W)으 로 향하는 중성 라디칼종의 빔이 차단된다. 셔터구동부(62)가 셔터(61)를 도 1 중의 실선 위치로 이동시키고 있을 때는, 라디칼빔조사부(50)로부터 기판(W)에 중성 라디칼종의 빔을 조사할 수 있다.
마찬가지로, 나노입자빔조사부(70)의 전방은 셔터(81)에 의해 차폐 가능하게 되어 있다. 셔터구동부(82)가 셔터(81)를 도 1 중 이점쇄선 위치로 이동시킴으로써, 나노입자빔조사부(70)로부터 기판지지부(30)에 지지된 기판(W)으로 향하는 나노입자의 빔이 차단된다. 셔터구동부(82)가 셔터(81)를 도 1 중의 실선 위치로 이동시키고 있을 때는, 나노입자빔조사부(70)로부터 기판(W)에 나노입자 빔을 조사할 수 있다.
또한, 카본나노튜브형성장치(1)는 라디칼빔조사부(50)와 기판지지부(30) 사이에, 이온종이 기판(W)에 도달되는 것을 방지하는 도 4에 예시하는 바와 같은 수단을 설치하고 있다(도 1에서는, 도시 생략). 도 4(a)에 나타내는 예에서는, 라디칼빔조사부(50)와 기판지지부(30)에 지지되는 기판(W) 사이에 금속제의 메쉬그리드(65)를 배치하고 있다. 메쉬그리드(65)에는, 바이어스 전원(66)에 의해 소정 전압의 바이어스 전압이 인가(印加)되어 있다. 이에 의해, 라디칼빔조사부(50)로부터 방출된 이온종이 메쉬그리드(65)를 통과하는 것은 불가능하게 되어, 이온종이 기판(W)에 도달되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 도 4(b)에 나타내는 예에서는, 라디칼빔조사부(50)로부터 기판지지부(30)에 지지되는 기판(W)으로 향하는 경로를 끼워 넣도록 2매의 금속판(67, 68)을 배치하고 있다. 금속판(67)은 접지되어 있다. 한쪽의 금속판(68)에는, 바이어 스 전원(66)에 의해 소정 전압의 바이어스 전압이 인가되어 있다. 이에 의해, 2매의 금속판(67, 68)의 사이에는, 전계(電界)가 형성되고, 라디칼빔조사부(50)로부터 방출된 이온종의 진로는 그 전계에 의해 크게 구부려져, 이온종이 기판(W)에 도달되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제어부(90)는 카본나노튜브형성장치(1)에 설치된 각종의 동작기구를 제어한다. 제어부(90)의 하드웨어로서의 구성은 일반적인 컴퓨터와 같다. 즉, 제어부(90)는 각종 연산처리를 행하는 CPU, 기본 프로그램을 기억하는 읽기 전용의 메모리인 ROM, 각종 정보를 기억하는 읽고 쓰기 가능한 메모리인 RAM 및 제어용 소프트웨어나 데이터 등을 기억해 두는 자기디스크를 구비하고 있다.
상술한 구성 이외에도, 카본나노튜브형성장치(1)에는, 진공장치로서의 공지의 각종의 기구가 설치되어 있다. 예를 들면, 진공챔버(10)에는, 기판(W)을 반출입 하기 위한 반송개구부, 내부공간의 진공도를 측량하기 위한 진공계, 히터(35)로부터 발생하는 열에 의한 온도 상승을 방지하기 위한 냉각기구 및 내부공간을 대기 개방하기 위한 리크밸브(모두 도시 생략) 등이 설치되어 있다.
다음으로, 상기 구성을 갖는 카본나노튜브형성장치(1)에서의 카본나노튜브형성처리에 대하여 설명한다. 도 5는 카본나노튜브형성장치(1)에서의 카본나노튜브형성처리의 순서를 나타내는 플로우챠트이다. 이하에 나타내는 카본나노튜브의 형성처리의 순서는, 제어부(90)가 카본나노튜브형성장치(1)의 각 동작기구를 제어함으로써 실행된다.
먼저, 처리대상이 되는 기판(W)이 진공챔버(10)에 반입되어 기판지지부(30) 에 지지된다(단계 S1). 진공챔버(10) 안의 진공도 유지를 위해, 진공챔버(10)에 로드로크챔버를 부설(付設)하고, 그 로드로크챔버를 통하여 기판(W)의 반출입를 행하도록 해도 좋다.
계속하여, 진공챔버(10) 안의 진공배기가 행하여진다(단계 S2). 진공챔버(10) 안의 진공배기는 진공배기기구(20)에 의해 실행된다. 진공챔버(10) 안이 대기압의 상태로부터 진공배기를 행할 경우에는, 진공밸브(22)를 개방하면서 로터리펌프(24)에 의해 배기를 행한 후, 소정의 진공도가 되고나서 터보분자펌프(23)를 작동시켜, 처리를 시작하기 전의 상태로서 진공챔버(10) 안의 진공도를 10-7Torr∼10-4Torr에 도달시킨다. 상술한 로드로크챔버를 통하여 기판(W)의 반출입를 행할 경우에는, 진공챔버(10) 안이 어느 정도의 진공도로 되어 있기 때문에, 단계 S2의 초기 단계부터 로터리펌프(24) 및 터보분자펌프(23)의 양쪽을 작동시켜 진공챔버(10) 안의 진공도를 10-7Torr∼10-4Torr로 하여도 좋다.
진공챔버(10) 안의 진공도가 10-7Torr∼10-4Torr에 도달한 후, 나노입자빔조사부(70)로부터 기판(W)을 향하여 코발트의 나노입자 빔을 조사한다(단계 S3). 나노입자빔조사부(70)에서의 코발트의 나노입자의 생성에 대하여는 상술한 바와 같다. 나노입자빔조사부(70)는 중간챔버(77)의 제2 애퍼츄어(79)로부터 코발트의 나노입자 빔을 방사하고, 그 나노입자는 기판지지부(30)에 지지된 기판(W)의 표면에 도달한다. 나노입자를 생성할 때에, 나노입자빔조사부(70)의 나노입자생성챔 버(71) 안의 압력은 진공챔버(10)보다 상당히 높아지지만, 중간챔버(77)에 의해 차동배기를 행하고 있기 때문에, 진공챔버(10) 안의 진공도는 10-5Torr∼1O-3Torr 정도로 유지된다.
처리중의 진공챔버(10) 안은 10-5Torr∼10-3Torr의 비교적 높은 진공도로 유지되어 있기 때문에, 나노입자빔조사부(70)로부터 방사된 코발트의 나노입자 빔은 거의 감쇠하지 않고 직진하여 기판(W)의 표면에 조사된다. 다만, 나노입자 빔의 조사 영역은 기판(W)의 면적과 비교하여 현저하게 작다. 예를 들면, 기판(W)이 φ300mm의 반도체 웨이퍼이었다 하여도, 나노입자 빔의 조사 영역은 직경이 수cm 정도이다. 이 때문에, 모터(42)에 의해 기판(W)을 회전시킴과 아울러, 승강구동부(41)에 의해 기판(W)을 상하 이동시킴으로써, 나노입자빔조사부(70)에 대하여 기판(W)을 평행하게 상대 이동시켜서 기판(W)의 전면(全面)에 나노입자 빔이 조사되도록 하고 있다.
코발트의 나노입자 빔이 조사됨으로써, 기판(W)의 표면에는, 카본나노튜브를 성장시키기 위한 촉매가 형성된다. 또한, 나노입자 빔 조사시에는, 히터(35)는 작동하지 않아, 상온에서 촉매 형성이 행해진다.
기판(W)의 전면에 코발트의 나노입자 빔을 조사하여 촉매를 형성한 후, 나노입자빔조사부(70)로부터의 나노입자 빔 조사를 정지함과 아울러, 히터(35)를 작동시켜 기판(W)을 가열한다(단계 S4). 본 실시형태에서는, 카본나노튜브의 성장에 필요한 프로세스 온도인 350℃∼400℃로 기판(W)을 가열한다. 또한, 기판지지 부(30)에는, 도시 생략한 온도측정부(예를 들면, 열전대(熱電對))가 설치되어 있어, 그 온도측정부에 의해 기판(W)의 온도가 감시된다.
기판(W)의 온도가 소정의 프로세스 온도에 도달한 후, 라디칼빔조사부(50)로부터 기판(W)을 향하여 중성 라디칼종의 빔을 조사한다(단계 S5). 구체적으로는, 방전관(52)에 원료가스를 공급하면서, 유도코일(53)에 고주파의 대전류를 흐르게 함으로써 방전관(52) 선단의 플라즈마발생실(55)에 유도결합 플라즈마를 발생시킨다. 플라즈마발생실(55)에 발생한 플라즈마 중에는, 각종의 중성 라디칼종이나 이온종이 생성된다. 이들 중 하전(荷電)입자인 대부분의 이온종은 플라즈마 중에 가두어지고, 전기적으로 중성의 라디칼종은 플라즈마발생실(55)의 선단에 설치된 애퍼츄어(59)로부터 방사된다. 이렇게 하여, 라디칼빔조사부(50)는 애퍼츄어(59)로부터 중성 라디칼종의 빔을 방사하고, 그 중성 라디칼종은 기판지지부(30)에 지지된 기판(W)의 표면에 도달한다.
플라즈마를 발생시킬 때에, 방전관(52)에는, 원료가스가 송급되어 플라즈마발생실(55)에서 방전이 되기 때문에, 방전관(52)내부의 가스압은 수mTorr∼수10mTorr에 달한다. 본 실시형태의 라디칼빔조사부(50)는 플라즈마발생실(55)의 선단에 애퍼츄어(59)을 형성하고 있기 때문에, 이 애퍼츄어(59)가 방전관(52)으로부터 진공챔버(10)로의 기체 이동의 저항이 된다. 이 때문에, 어떤 종류의 차동배기와 마찬가지로, 진공배기기구(20)가 충분한 배기 능력을 갖고 있으면, 방전관(52)의 내부에서는, 가스압은 수mTorr∼수10mTorr에 도달하는 한편, 진공챔버(10) 안은 10-5Torr∼10-3Torr의 진공도를 유지할 수 있다.
진공챔버(10) 안은 비교적 높은 진공도로 유지되어 있기 때문에, 라디칼빔조사부(50)로부터 방사된 중성 라디칼종의 빔은 거의 감쇠하지 않고 직진하여 기판(W)의 표면에 조사된다. 다만, 상기 나노입자 빔과 마찬가지로, 중성 라디칼종 빔의 조사 영역은 기판(W)의 면적과 비교하여 현저하게 작다. 이 때문에, 모터(42)에 의해 기판(W)을 회전시킴과 아울러, 승강구동부(41)에 의해 기판(W)을 상하 이동시킴으로써, 라디칼빔조사부(50)에 대하여 기판(W)을 평행하게 상대 이동시켜 기판(W)의 전면에 중성 라디칼종의 빔이 조사되도록 하고 있다.
350℃∼400℃로 가열된 기판(W)에 중성 라디칼종의 빔이 조사됨으로써, 기판(W) 표면의 촉매 위에 카본나노튜브가 성장한다(단계 S6). 또한, 플라즈마 중의 이온종이 애퍼츄어(59)로부터 약간 누출하는 경우도 있지만, 이러한 누출 이온종이 기판(W)의 표면에 도달하는 것은 라디칼빔조사부(50)와 기판지지부(30) 사이에 설치된 도 4에 나타내는 기구에 의해 저해된다.
기판(W)의 전면에 중성 라디칼종의 빔을 소정시간 조사하여 카본나노튜브를 성장시킨 후, 라디칼빔조사부(50)에서의 중성 라디칼종의 빔 조사 및 히터(35)에 의한 가열을 정지한다. 그리고, 처리 후의 기판(W)을 진공챔버(10)로 반출하여 카본나노튜브의 형성 처리가 완료된다(단계 S7).
본 실시형태의 카본나노튜브형성장치(1)는 나노입자빔조사부(70)에 차동배기실인 중간챔버(77)을 구비함과 아울러, 라디칼빔조사부(50)에 애퍼츄어(59)를 형성 하고 있다. 이 때문에, 라디칼빔조사부(50) 및 나노입자빔조사부(70) 양쪽에서, 일종의 차동배기시스템이 형성되는 것으로 되어, 진공배기기구(20)가 충분한 배기 능력을 갖고 있으면, 진공챔버(10) 안을 10-5Torr∼10-3Torr의 비교적 높은 진공도로 유지할 수 있다.
이미 설명한 바와 같이, BEOL배선재로서 카본나노튜브를 형성하는 경우, 형성 프로세스의 온도가 낮은 쪽이 바람직하다. 본 실시형태에 있어서는, 프로세스 온도를 350℃∼400℃라고 하는 비교적 낮은 온도로 하고 있다. 이러한 비교적 낮은 프로세스 온도에서 카본나노튜브의 품질 및 성장속도를 향상시키기 위해서는, 프로세스 압력도 상응하여 저하시키지 않으면 안되고, 프로세스 온도가 350℃∼400℃인 경우의 적절한 프로세스 압력은 대략 1mTorr 이하라는 지견(知見)이 얻어져 있다. 본 실시형태의 카본나노튜브형성장치(1)는 진공챔버(10) 안을 10-5Torr∼10-3Torr의 비교적 높은 진공도로 유지하고 있기 때문에, 기판(W)의 가열 온도(프로세스 온도)가 350℃∼400℃의 비교적 저온이라도 카본나노튜브의 품질 및 성장속도를 높일 수 있다. 그 결과, 카본나노튜브형성장치(1)는 고품질의 카본나노튜브를 높은 스루풋으로 형성할 수 있는 것이다.
한편, 10-5Torr∼10-3Torr라고 하는 비교적 높은 진공도의 분위기하에서는, 통상 플라즈마를 발생시키는 것이 곤란하다. 본 실시형태의 카본나노튜브형성장치(1)는 라디칼빔조사부(50)에 애퍼츄어(59)를 형성하여 일종의 차동배기를 행함으 로써, 방전관(52)의 내부에서는, 가스압을 수mTorr∼수10mTorr로 하는 것이 가능하여, 플라즈마발생실(55)에 유도결합 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태의 카본나노튜브형성장치(1)는 1개의 진공챔버(10)에 라디칼빔조사부(50) 및 나노입자빔조사부(70) 양쪽을 구비하고 있다. 이 때문에, 기판(W)에 나노입자의 촉매를 형성한 후에 카본나노튜브를 성장시킨다는 2단 단계의 프로세스 처리를 진공챔버(10)로부터 기판(W)을 반출하지 않고 진공 중에서 일관되게 실행하는 것이 가능해 진다. 따라서, 나노입자의 촉매를 형성한 기판(W)이 대기 중에 폭로되는 일이 없기 때문, 나노입자를 사활시키지 않고 촉매로서 유효하게 기능시켜 카본나노튜브를 형성할 수 있다. 또한, 기판(W)의 이송에 따르는 스루풋의 저하를 방지할 수 있음과 아울러, 장치 전체로서의 풋프린트를 저감할 수도 있다.
더구나, 진공챔버(10) 안은 10-5Torr∼10-3Torr의 비교적 높은 진공도로 유지되어 있기 때문에, 나노입자의 촉매형성도 카본나노튜브의 성장도 거의 분자류(分子流) 영역에 가까운 압력조건에서 실행되는 것으로 되어, 라디칼빔조사부(50)로부터의 중성 라디칼종의 빔 조사와 나노입자빔조사부(70)로부터의 나노입자 빔 조사의 상호간섭을 최소한으로 억제할 수 있다. 즉, 가령, 진공챔버(10) 안의 진공도가 낮고 점성류(粘性流) 영역의 압력조건에서 프로세스 처리가 행해진 경우, 라디칼빔조사부(50)로부터 방사된 중성 라디칼종이 확산에 의해 나노입자빔조사부(70)에 침입하거나, 반대로 나노입자빔조사부(70)로부터 방사된 나노입자가 라디칼빔조 사부(50)에 침입할 위험성이 있다. 본 실시형태에서는, 분자류 영역에 가까운 압력조건에서 중성 라디칼종의 빔 조사 및 나노입자 빔 조사가 행하여지기 때문에, 그러한 상호간섭의 위험성이 거의 없다.
또한, 라디칼빔조사부(50)의 애퍼츄어(59)로부터는 주로 중성의 라디칼종이 방사되지만, 약간 이온종도 누출된다. 이러한 이온종은 고품질의 카본나노튜브를 형성하는데 방해가 되는 경우도 있지만, 본 실시형태의 카본나노튜브형성장치(1)는 라디칼빔조사부(50)와 기판지지부(30) 사이에 도 4에 나타내는 바와 같은 기구를 설치하고 있어, 이온종이 기판(W)의 표면에 도달되는 것을 방지하여 고품질의 카본나노튜브를 형성할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 그 취지를 벗어나지 않는 한도에서 상술한 것 이외에 각종의 변경을 행하는 것이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시형태에서는, 라디칼 빔 조사원으로서, 유도코일(53)에 고주파의 대전류를 흐르게 하여 원료가스로부터 유도결합 플라즈마를 발생시키는 RF-ICP방식의 라디칼빔조사부(50)를 채용하고 있었지만, 이것을 도 6에 나타내는 바와 같은 것으로 하여도 좋다. 도 6의 라디칼빔조사부(150)는 전자사이클로트론 공명(Electron Cyclotron Resonance) 플라즈마를 발생시키는 ECR장치를 구비하고 있다.
라디칼빔조사부(150)는 케이싱(151)의 내부에 플라즈마발생실(155)을 구비하고, 그 플라즈마발생실(155)의 내측에는, 안테나(152), 영구자석(153) 및 이온제거 자석(154)이 설치되어 있다. 플라즈마발생실(155)의 내부공간에는, 도시를 생략하 는 원료가스공급원으로부터 가스송급관(157)을 통하여 원료가스가 공급된다. 원료가스는 상기 실시형태와 마찬가지의 것이며, 적어도 탄소를 함유하는 기체이다. 또한, 안테나(152)에는, ECR전원(156)이 접속되어 있다.
플라즈마발생실(155) 안에는, 영구자석(153)에 의해 자장이 인가되어 있다. 이 상태에서 원료가스를 공급하면서, 안테나(152)에 ECR전원(156)으로부터 마이크로파(예를 들면, 2.45GHz)를 보내면, 전자사이클로트론 공명의 효과에 의해 플라즈마발생실(155) 안에 플라즈마가 발생한다. 이러한 ECR방식은 상기 실시형태의 RF-ICP방식과 비교하여 훨씬 높은 밀도의 플라즈마를 보다 저압하(10-4Torr 정도)에서 발생시킬 수 있다는 특징을 갖는다.
플라즈마발생실(155)의 선단에는, 애퍼츄어판(158)이 설치되어 있다. 애퍼츄어판(158)의 중앙부에는, 애퍼츄어(159)가 형성되어 있다. 또한, 이온제거자석(154)은 플라즈마발생실(155)에 발생한 플라즈마로부터 이온종을 제거하기 위하여 설치된 것이다.
플라즈마발생실(155) 안에서 전자사이클로트론 공명의 효과에 의해 발생한 플라즈마 중에도 각종의 중성 라디칼종이나 이온종이 생성된다. 이들 중 이온종은 이온제거자석(154)에 의해 제거되어, 전기적으로 중성의 라디칼종은 플라즈마발생실(155)의 선단에 설치된 애퍼츄어(159)로부터 방사된다. 이렇게 하여, 라디칼빔조사부(150)는 애퍼츄어(159)로부터 중성 라디칼종의 빔을 방사하고, 그 중성 라디칼종은 기판지지부(30)에 지지된 기판(W)의 표면에 도달한다.
이러한 전자사이클로트론 공명의 효과에 의해 플라즈마를 발생시키는 ECR방식의 라디칼빔조사부(150)를 라디칼 빔 조사원으로서 채용한 경우에도 중성 라디칼종 빔의 조사 영역은 기판(W)의 면적과 비교하여 현저하게 작기 때문에, 모터(42)에 의해 기판(W)을 회전시킴과 아울러, 승강구동부(41)에 의해 기판(W)을 상하 이동시킴으로써, 기판(W)의 전면에 중성 라디칼종의 빔이 조사되도록 한다. ECR방식의 라디칼빔조사부(150)를 사용해도, 상기 실시형태와 같은 처리 순서를 실행함으로써, 상기 실시형태와 같은 효과를 얻을 수 있다.
또한, ECR방식의 라디칼빔조사부(150)는 진공챔버(10) 안과 같은 정도의 진공도로 플라즈마를 발생시킬 수 있기 때문에, 반드시 애퍼츄어(159)를 형성할 필요는 없다. 한편, ECR방식의 플라즈마는 비교적 다수의 이온종을 생성하기 때문에, 중성 라디칼종에 의해 고품질의 카본나노튜브를 성장시키기 위해서는 이온제거자석(154)이 필수로 된다. 또한, 라디칼빔조사부(150)와 기판지지부(30) 사이에 도 4에 나타내는 바와 같은 기구를 설치하여 이온종이 기판(W)의 표면에 도달되는 것을 확실하게 방지하도록 한 쪽이 바람직하다.
또한, 상기 실시형태의 나노입자빔조사부(70)는 K셀(72)의 가열에 의해 코발트의 증기를 발생시켰지만, 이를 대신하여, 타겟에 코발트를 사용하여, 레이저 애브레이션에 의해 코발트의 증기를 발생시켜도 좋다. 또한, 이들에 한정되지 않고, 코발트 타겟의 DC스퍼터링에 의해 코발트의 증기를 발생시키도록 해도 좋다. 또한, DC스퍼터링(sputtering)을 사용하는 경우에는, 임팩터(73) 대신에 쿼드루폴 매스 필터(Quadrupole Mass Filter)에 의해 사이즈 분급을 행하도록 해도 좋다.
또한, 상기 실시형태의 나노입자빔조사부(70)는 차동배기를 위한 중간챔버(77)를 구비하고 있었지만, 진공배기기구(20)가 충분히 높은 배기 능력을 갖고 있는 경우에는, 중간챔버(77)를 설치하지 않아도 좋다. 이 경우, 제2 애퍼츄어(79)로부터 진공챔버(10)에 코발트의 나노입자 빔이 방사된다.
또한, 카본나노튜브성장을 위한 촉매의 원료가 되는 금속은 코발트에 한정되는 것은 아니며, 니켈이나 철이어도 좋다. 또한, 코발트, 니켈, 철 중 적어도 1종을 함유하는 합금이어도 좋다.
또한, 상기 실시형태에 있어서는, 진공배기기구(20)를 터보분자펌프(23) 및 로터리 펌프(24)의 조합에 의해 구성하고 있었지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 진공챔버(10) 안을 10-5Torr∼10-3Torr의 진공도로 유지할 수 있는 것라이면, 예를 들면 확산 펌프(DP)와 로터리 펌프와의 조합에 의해 구성하도록 해도 좋다.
또한, 상기 실시형태에 있어서는, 라디칼빔조사부(50) 및 나노입자빔조사부(70)의 근방에 셔터(61, 81)를 배치하고 있었지만, 이를 대신하여 또는 이에 더하여 기판지지부(30)에 지지된 기판(W)의 바로 앞에 셔터를 설치하도록 해도 좋다. 기판(W)의 바로 앞에 셔터를 설치하는 경우, 라디칼 빔용 및 나노입자 빔용의 각각에 개별의 셔터를 설치해도 좋고, 1개의 셔터로 공용하도록 해도 좋다.
또한, 터보분자펌프(TMP)(23)의 배기 능력이 충분히 큰 경우는 도 3에 나타내는 나노입자빔조사부(70)에서의 중간챔버(77), 차동배기부(78), 제2 애퍼츄어(79)를 생략할 수도 있다.
도 1은 본 발명에 의한 카본나노튜브형성장치의 전체 구성을 나타내는 도면.
도 2는 라디칼빔조사부의 구성을 나타내는 도면.
도 3은 나노입자빔조사부의 구성을 나타내는 도면.
도 4는 이온도달저해수단의 구성예를 나타내는 도면.
도 5는 도 1의 장치에서의 카본나노튜브형성 처리의 순서를 나타내는 플로우챠트.
도 6은 라디칼빔조사부의 구성의 다른 예를 나타내는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 카본나노튜브형성장치
10 : 진공챔버
20 : 진공배기기구
23 : 터보분자펌프
24 : 로터리펌프
30 : 기판지지부
41 : 승강구동부
42 : 모터
50, 150 : 라디칼빔조사부
52 : 방전관
53 : 유도코일
54 : 고주파전원
55, 155 : 플라즈마발생실
57 : RF매칭장치
58, 158 : 애퍼츄어판
59, 159 : 애퍼츄어
61, 81 : 셔터
65 : 메쉬그리드
66 : 바이어스 전원
67, 68 : 금속판
70 : 나노입자빔조사부
71 : 나노입자생성챔버
72 : K셀
73 : 임팩터
75 : 제1 애퍼츄어
77 : 중간챔버
79 : 제2 애퍼츄어
90 : 제어부
154 : 이온제거자석
W : 기판

Claims (14)

  1. 기판 위에 카본나노튜브를 성장시키는 카본나노튜브형성장치로서,
    기판을 수용하는 진공챔버와,
    상기 진공챔버 안을 소정의 진공도로 유지하는 진공배기수단과,
    상기 진공챔버 안에서 기판을 지지하는 지지수단과,
    탄소를 함유하는 원료가스로부터 플라즈마를 발생시켜, 그 플라즈마로부터 중성의 라디칼종을 상기 지지수단에 지지된 기판에 조사(照射)하는 라디칼빔조사수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브형성장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 라디칼빔조사수단은, 상기 원료가스를 도입하여 플라즈마를 발생시키는 플라즈마발생실과, 상기 플라즈마발생실의 선단(先端)에 설치되어, 애퍼츄어가 형성된 애퍼츄어판을 구비하고, 상기 애퍼츄어를 통하여 중성의 라디칼종을 조사하는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브형성장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 라디칼빔조사수단으로부터 기판에의 라디칼종의 조사를 차단하는 라디칼셔터부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브형성장치.
  4. 제1항에 있어서,
    코발트, 니켈 및 철로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 금속을 함유하는 나노입자를 상기 지지수단에 지지된 기판에 조사하는 나노입자빔조사수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브형성장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 나노입자빔조사수단으로부터 기판에의 나노입자의 조사를 차단하는 나노입자셔터부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브형성장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 라디칼빔조사수단으로부터 누출한 이온종이 상기 지지수단에 지지된 기판에 도달되는 것을 저해하는 이온도달저해수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브형성장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 지지수단은 지지하는 기판을 소정온도로 가열하는 가열수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브형성장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 지지수단을, 지지하는 기판의 주면(主面)과 평행한 평면을 따라 이동시 키는 이동수단과, 상기 지지수단을, 지지하는 기판의 중심축을 회전축으로 하여 회전시키는 회전수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브형성장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 라디칼빔조사수단은 원료가스로부터 유도(誘導)결합 플라즈마를 발생시키는 ICP장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브형성장치.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 라디칼빔조사수단은 원료가스로부터 전자사이클로트론 공명 플라즈마를 발생시키는 ECR장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브형성장치.
  11. 진공챔버 안에 수용된 기판 위에 카본나노튜브를 성장시키는 카본나노튜브형성방법으로서,
    상기 진공챔버 안을 소정의 진공도로 유지하는 진공배기공정과,
    라디칼빔조사수단에 탄소를 함유하는 원료가스를 도입하여 플라즈마를 발생시키는 플라즈마발생공정과,
    발생한 플라즈마로부터 중성의 라디칼종을 상기 라디칼빔조사수단으로부터 상기 진공챔버 안에 지지되는 기판에 조사하는 라디칼빔조사공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브형성방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 라디칼빔조사수단으로부터 애퍼츄어를 통하여 중성의 라디칼종을 조사하는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브형성방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 라디칼빔조사공정보다 전에, 코발트, 니켈 및 철로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 금속을 함유하는 나노입자를 상기 진공챔버 안에 지지되는 기판에 조사하는 나노입자빔조사공정을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브형성방법.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서
    상기 라디칼빔조사공정은 기판을 소정온도로 가열하는 가열공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브형성방법.
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