KR101184210B1

KR101184210B1 - 반구형 공진기의 금속박막 증착방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR101184210B1
Application number: KR20100055030A
Authority: KR
Inventors: 안준은; 임재욱
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2010-06-10
Filing date: 2010-06-10
Publication date: 2012-09-20
Also published as: KR20110135234A

Abstract

반구형 공진 자이로를 구성하는 반구형 공진기에 박막을 형성하는 방법이 개시된다. 본 발명과 관련된 반구형 공진기의 박막 증착방법은 반구형 공진기를 박막소스에 대하여 일정 위치로 배치하는 단계; 반구형 공진기와 상기 박막 소스 사이에 조리개를 배치하는 단계; 상기 조리개의 개도를 제1개도로 유지하여 상기 스템에 박막을 증착하는 단계; 상기 조리개의 개도를 상기 제1개도로부터 점진적으로 증대시키는 단계; 및 상기 조리개의 개도를 제2개도로 변화시켜 상기 공진기 전체에 박막을 증착하는 단계를 포함한다.

Description

반구형 공진기의 금속박막 증착방법 및 그 장치{METHOD AND APPARATUS FOR THIN METAL FILM DEPOSITION ON A HEMISPERICAL RESONATOR}

본 발명은 반구형 공진 자이로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 반구형 공 진기에 박막을 형성하는 방법에 관한 것이다.

반구형 공진 자이로(Hemispherical Resonator Gyro; HRG)는 1890년에 그 동작원리가 밝혀진 이후 1980년대 실용품이 최초로 개발되었으며 현재까지 지속적으로 발전해오고 있다.

반구형 공진 자이로는 반구형 쉘에 발진된 탄성 정상파(elastic standing wave)의 회전에 의한 세차운동을 이용하는 것으로, 온도 민감도와 손실이 공통적으로 작은 고순도의 재료를 사용한다. 이러한 반구형 공진 자이로는 단순한 소형 구조, 우수한 재료특성, 고체형의 특징을 가진 제3세대 자이로로서, 성능뿐만 아니라 신뢰성, 경제성 측면에서 월등한 장점을 제공한다. 또한, 각도 막걷기(Angular Random Walk; ARW) 성분이 매우 작기 때문에, 우주 및 전략무기체계에 광범위하게 적용될 수 있다.

반구형 공진 자이로를 구성하는 반구형 공진기(10)는 높은 양질계수(Qfactor)를 갖는 구조체로서, 도 1과 같이, 스템(12)과 반구 쉘(11)로 구성된다.

반구형 공진기(10)를 가진(excite)하거나 감지(sense)하기 위해서는 반구형 공진기(10)의 표면에 금속과 같은 박막(thin film)을 증착하는 공정이 필요하다.

여기서, 반구 쉘(11)은 높은 양질계수를 위하여 얇은 두께의 박막 증착이 요구되는 반면, 스템(12)은 낮은 전기저항 등을 위해 반구 부위와는 달리 두꺼운 박막 증착이 요구된다. 이를 위하여, 반구형 공진기 박막 증착에 있어서는 단계적 증착법이 사용되었다. 단계적 증착법은 반구형 공진기 전면에 얇은 두께의 박막을 먼저 증착한 후에, 스템을 제외한 반구를 마스크(mask)로 보호하고, 스템에 박막을 재증착하는 방법이다.

그런데, 단계적 증착법은 공정중 진공을 파기하여 마스크를 설치하는 과정에서 반구형 공진기가 오염될 가능성이 있고, 마스크로 인하여 반구형 공진기에 급격한 두께 편차가 남는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 안출된 것으로, 반구형 공진기를 구성하는 반구쉘은 얇은 두께의 박막증착을 하고 스템은 두꺼운 박막증착을 하되, 반구쉘의 박막과 스템의 박막 사이의 급격한 두께 단차 발생을 방지하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 그러한 증착 과정에서 공진기의 오염 가능성을 최소화하는데 있다.

상기한 점을 해결하기 위하여, 본 발명과 관련된 반구형 공진기의 박막 증착방법은 반구형 공진기를 박막 소스에 대하여 일정 위치로 배치하는 단계; 반구형 공진기와 상기 박막 소스 사이에 조리개를 배치하는 단계; 상기 조리개의 개도를 제1개도로 유지하여 상기 스템에 박막을 증착하는 단계; 상기 조리개의 개도를 상기 제1개도로부터 점진적으로 증대시키는 단계; 및 상기 조리개의 개도를 제2개도로 변화시켜 상기 공진기 전체에 박막을 증착하는 단계를 포함한다.

상기 조리개의 개방 속도를 조절할 수 있도록 상기 조리개는 제어 가능한 조리개 구동부에 의하여 구동되도록 할 수 있다.

상기 제1개도로부터 변화하는 순간에 상기 박막의 급격한 두께 단차가 형성되지 않도록 상기 조리개를 완속으로 구동시킬 수 있다.

본 발명은 또한, 반구 쉘 및, 상기 반구 쉘의 중심부에 반경 방향으로 세워진 스템을 포함하는 반구형 공진기의 박막 증착 장치에 있어서, 상기 박막 증착 장치는 상기 반구형 공진기와 박막 소스 사이에 배치되며, 제1개도에 의하여 일차적으로 상기 스템을 박막 증착하도록 하고, 상기 제1개도보다 큰 제2개도에 의하여 이차적으로 상기 공진기를 전체적으로 박막 증착하도록 구성되는 조리개를 포함하고, 상기 조리개는 개도를 조절할 수 있도록 제어 가능한 조리개 구동부를 포함하는 반구형 공진기의 박막 증착 장치를 제시한다.

본 발명과 관련된 반구형 공진기의 박막 증착방법에 의하면, 조리개의 개도의 조절을 통하여 박막의 두께를 조절하는 것이므로 박막 두께의 급격한 편차를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 공진기의 양질계수(Q-factor)를 현저히 개선시킬 수 있다.

또한, 진공 중간에 마스크의 장착해야 하는 단계적 증착법과 달리, 진공 상태로 설치되어 있는 조리개의 개도만을 조절하여 증착 두께를 조절하는 것이므로,증착 중에 공진기가 오염될 여지를 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명과 관련된 반구형 공진기의 개략적인 구성도
도 2는 본 발명과 관련된 반구형 공진기의 박막 증착 장치를 구성하는 조리개의 개념적인 평면도
도 3은 본 발명과 관련되어 조리개를 이용하여 박막을 증착시키는 모습을 보인 개념도
도 4는 시간에 따른 조리개의 개도의 상관관계를 보이기 위한 도표

이하, 본 발명과 관련된 반구형 공진기의 금속박막 증착방법 및 그 장치를 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다.

도 1과 같이, 본 발명과 관련되어 반구형 공진 자이로를 구성하는 반구형 공진기(10)는 반구 쉘(11)과, 반구 쉘(11)의 중심부에 반경 방향으로 세워진 스템(12)을 포함한다. 앞의 배경 설명과 같이 반구형 공진기(10)는 높은 양질계수(Qfactor)를 갖는 구조체로서, 반구형 공진기(10)를 가진(excite)하거나 감지(sense)하기 위해서는 반구형 공진기(10)의 표면에 금속과 같은 박막(thin film)을 증착하게 된다. 반구 쉘(11)은 높은 양질계수를 위하여 얇은 두께의 박막 증착이 요구되며, 스템(12)은 낮은 전기저항 등을 위해 반구 부위와는 달리 두꺼운 박막 증착이 요구된다. 박막(thin film) 증착은 산업현장에서 널리 보편화된 기술로서, 이베퍼레이션(evaporation)과 스퍼터링(sputtering) 등을 포함할 수 있으며, 이러한 물리적 증기증착법은 진공 중에서 열 또는 운동에너지를 이용하여 피증착 대상물에 박막 재료를 부착시킨다.

도 2와 같이, 본 발명과 관련된 금속 박막 증착장치는 반구형 공진기(10)와 박막 소스(40) 사이에 배치되는 조리개(30)를 포함한다. 이러한 조리개(30)는 개구(31)를 가지고 있으며, 개구(31)는 박막 소스(40)로부터 발산된 금속입자(41)가 통과될 개도를 조절한다. 조리개(30)의 개도는 반경(r)으로 표현될 수 있다.

금속 박막 증착을 위하여 반구형 공진기(10)는 금속 소스(40)에 대하여 일정한 위치에 배치되며, 반구형 공진기(10)와 금속 소스(40) 사이에는 위에서 설명한 조리개(30)가 배치된다. 조리개(30)의 개도(r)는 금속 소스(40)로부터 발산된 금속입자(41)가 증착될 면적을 한정하게 된다. 조리개(30)의 개도(r)를 줄이면 금속 입자는 반구형 공진기(10)의 국부적인 영역만을 증착하게 되며, 반대로 조리개(30)의 개도(r)를 증가시키면 금속 입자(41)는 반구형 공진기(10)의 전체 영역을 증착하게 된다.

본 발명에서는, 우선 조리개(30)의 개구(31)의 반경(r)을 반구형 공진기(10)의 스템(12)의 반경보다 같거나 약간 넓게 개구하여(r1) 박막 증착을 진행시킨다. 스템(12)에 박막의 두께는 증착 시간으로 조절이 가능하다.

스템(12)에 원하는 두께의 박막이 증착되면 조리개(30)를 더욱 개구하여 박막 증착이 반구형 공진기(10)의 전면에서 이루어지도록 한다. 이때 조리개(30)의 개구 속도를 조절하여 반구형 공진기(10)에 박막의 급격한 단차가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 반구 쉘(11)에 증착되는 박막의 두께 또한 증착 시간으로 조절이 가능하다.

조리개(30)의 개도를 조절하기 위하여 조리개(30)에는 조리개 구동부(33)가 구비될 수 있다. 이러한 조리개 구동부(33)는 개도를 조절할 수 있도록 서보 제어수단 등에 의하여 구현될 수 있다.

반구형 공진기(10)의 증착 방법의 일 예를 도 4를 이용하여 보다 상세히 설명하면, 우선, 제1개도(r1)에 의하여 1차적으로 스템(12)을 박막 증착하도록 하고, 제1개도(r1)보다 큰 제2개도(r2)에 의하여 2차적으로 공진기(10)를 전체적으로 박막 증착한다.

조리개(30)의 개방 속도는 조리개 구동부(33)에 의하여 조절할 수 있으며, 제1개도(r1)로부터 변화하는 순간 또는 제2개도(r2)에 이르는 순간 등과 같이 조리개(30)의 개도가 변화하는 순간에 박막의 두께의 단차가 형성되지 않도록 조리개(30)는 완속으로 개방된다.

이와 같은 조리개(30)를 이용한 박막 증착 방법은 조리개(30)에 의한 노출시간의 차이로 인하여 공진기(10)에 형성되는 금속 박막의 두께를 달리하게 된다. 또한 반구형 공진기(10)의 표면에 박막의 급격한 두께 편차가 존재하지 않으면서도 스템(12)보다 얇은 두께의 박막 증착이 이루어진 반구 쉘(11)로 인하여 높은 Qfactor특성을 보이는 반구형 공진기(10)의 제작이 가능하다.

이상에서 설명한 반구형 공진기의 금속박막 증착방법 및 그 장치는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되지 않는다. 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims

반구 쉘 및, 상기 반구 쉘의 중심부에 반경 방향으로 세워진 스템을 포함하는 반구형 공진기의 박막 증착방법에 있어서, 상기 방법은,
상기 반구형 공진기를 박막 소스에 대하여 일정 위치로 배치하는 단계;
상기 반구형 공진기와 상기 박막 소스 사이에 조리개를 배치하는 단계;
상기 조리개의 개도를 제1개도로 유지하여 상기 스템에 박막을 증착하는 단계;
상기 조리개의 개도를 상기 제1개도로부터 점진적으로 증대시키는 단계; 및
상기 조리개의 개도를 제2개도로 변화시켜 상기 공진기 전체에 박막을 증착하는 단계를 포함하고,
상기 조리개의 개방 속도를 조절할 수 있도록 상기 조리개는 제어 가능한 조리개 구동부에 의하여 구동되도록 반구형 공진기의 박막 증착방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1개도로부터 변화하는 순간에 상기 박막의 급격한 두께 단차가 형성되지 않도록 상기 조리개를 완속으로 구동시키는 것을 특징으로 하는 반구형 공진기의 박막 증착방법.
반구 쉘 및, 상기 반구 쉘의 중심부에 반경 방향으로 세워진 스템을 포함하는 반구형 공진기의 박막 증착 장치에 있어서,
상기 박막 증착 장치는 상기 반구형 공진기와 박막 소스 사이에 배치되며, 제1개도에 의하여 일차적으로 상기 스템을 박막 증착하도록 하고, 상기 제1개도보다 큰 제2개도에 의하여 이차적으로 상기 공진기를 전체적으로 박막 증착하도록 구성되는 조리개를 포함하고,
상기 조리개는 상기 조리개의 개도 및 상기 조리개의 개방속도를 조절할 수 있도록 제어 가능한 조리개 구동부를 포함한 것을 특징으로 하는 반구형 공진기의 박막 증착 장치.