KR101188604B1 - Ion beam generating device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이온빔 발생장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 anode layer 방식의 이온빔 발생 장치의 일 구성인 음극의 형상을 특정하여 이온빔의 밀도 및 집속이 향상되도록 한 이온빔 발생장치에 관한 것이다.The present invention relates to an ion beam generator, and more particularly, to an ion beam generator to improve the density and focus of the ion beam by specifying the shape of the cathode which is one component of the anode layer type ion beam generator.
중성 기체를 전기방전(electrical discharge)시켜 발생한 이온은 전기장으로 가속되어 이온빔(ion beam)을 형성하게 된다.The ions generated by electric discharge of the neutral gas are accelerated into the electric field to form an ion beam.
이러한 이온빔은 방향성(directionality)을 가질 수 있으며, 고 에너지 상태(high energy state)일 수 있다.Such an ion beam may have directionality and may be in a high energy state.
그리고, 이온빔은 집속(focusing) 여부에 따라, 집속 이온 빔(focused ion beam)와 이온 샤워(ionshower)의 형태로 구분될 수 있으며, 가속된 이온의 에너지 범위에 따라 스퍼터링(sputtering), 임플란팅(implanting), 증착(deposition), 식각(reactive ion etching), 측정 및 표면처리 등에 이용될 수 있다.In addition, the ion beam may be classified into a focused ion beam and an ion shower according to focusing, sputtering and implanting according to the energy range of the accelerated ions. (implanting), deposition, reactive ion etching, measurement and surface treatment.
즉, 이러한 이온의 에너지를 이용한 이온빔 장치는 양성자, 헬륨, 질소, 아르곤, 제논 등의 이온을 대량으로 발생시킨 뒤 이를 수십 keV 이상으로 가속해서 물질 내에 주입하거나 표면에 조사하는 장치다.That is, the ion beam device using the energy of the ion is a device that generates a large amount of ions such as protons, helium, nitrogen, argon, xenon and the like and accelerates them to several tens of keV or more to inject into the material or irradiate the surface.
이에 따라 이온빔은 금속 표면의 경도, 내마모성 및 내부식성 향상, 고분자 표면의 전기 전도도 향상, 자외선 차단, 광투과율 조절 등 물질의 표면 개질과 미세가공에 널리 이용되고 있다.Accordingly, ion beams are widely used for surface modification and micromachining of materials such as improving the hardness, wear resistance and corrosion resistance of metal surfaces, improving electrical conductivity of polymer surfaces, blocking UV rays, and controlling light transmittance.
한편, Anode layer 방식의 이온빔 발생 장치는 전극 사이에 형성되는 자기장과 전기장에 의해 전자의 closed loop 내 회전운동을 유도하며, 이를 통해 효과적으로 이온화된 이온을 500eV 이상의 높은 에너지로 방출하게 된다.On the other hand, the Anode layer type ion beam generating device induces the rotational movement in the closed loop of the electrons by the magnetic field and the electric field formed between the electrodes, thereby effectively emitting ionized ions with high energy of 500eV or more.
이때 전극의 구조, 자기장의 세기 및 구조, 이온 소스 내 가스 분포 등에 의해 인출되는 이온빔의 전류 밀도, 에너지 및 빔 퍼짐 특성이 결정되며, 이에 따라 다양한 용도에 맞는 이온빔 발생 장치를 개발하기 위해 다양한 구조 개선이 시도되어 왔다.At this time, the current density, energy, and beam spreading characteristics of the ion beam drawn out are determined by the structure of the electrode, the strength and structure of the magnetic field, and the gas distribution in the ion source. Accordingly, various structural improvements are made to develop an ion beam generator suitable for various applications. This has been tried.
또한, anode layer 방식의 이온빔 발생 장치는 운전 압력 범위에 따라 collimated beam 과 diffused beam 형태로 나뉘어 운전된다. Collimated beam 형태의 운전 조건의 경우 고에너지이온빔을 저전류로 인출 가능하며, 표면 식각 및 형상 제어에 사용할 수 있다. In addition, the anode layer type ion beam generator is operated in the form of collimated beam and diffused beam according to the operating pressure range. In the case of the collimated beam type, the high energy ion beam can be drawn out at a low current and used for surface etching and shape control.
한편, diffused beam 형태의 운전 조건의 경우 저에너지이온빔을 고전류로 인출 가능하여 주로 증착공정에 사용된다.On the other hand, in the case of the diffused beam type operating conditions, low energy ion beams can be drawn at a high current and are mainly used for the deposition process.
다양한 표면 처리 공정시, 인출되는 이온빔의 전류밀도가 높아야 빠른 식각 및 증착 공정이 가능하므로 인출되는 이온빔 전류 밀도 향상이 필요하며, 대면적에서 장시간 운전 시에도 안정적인 이온빔 인출을 위한 고 내구성 이온빔 발생 장치의 개발이 요구된다.In various surface treatment processes, the high ion density of the extracted ion beam is required to enable rapid etching and deposition processes, and thus, the ion beam current density needs to be improved, and a high durability ion beam generator for stable ion beam extraction even in a large area for a long time operation is required. Development is required.
첨부된 도 1은 종래 기술에 의한 anode layer 방식의 이온빔 발생장치에서 일 구성인 음극의 형상을 보인 부분 확대도로서, 좌측과 우측 사진은 전자와 이온의 거동을 전산모사이다.1 is a partially enlarged view showing the shape of a cathode, which is one component of an anode layer type ion beam generator according to the prior art, and left and right photographs are computer simulations of electron and ion behavior.
도면과 같이, 종래 기술에 의한 음극(1)은 서로 마주보는 면에서 가장 근접한 곳의 형상이 서로 평행하게 구성되어 있다.As shown in the figure, the cathode 1 according to the prior art is configured in parallel with each other in the shape of the nearest place in the surface facing each other.
따라서, 전자의 분포가 이온을 가속시키는 인출 전기장 왜곡에 영향을 주게 되어 인출되는 이온빔의 집속도 및 인출 에너지를 저하시키게 되는 문제점이 있다.Therefore, there is a problem that the distribution of electrons affects the extraction electric field distortion that accelerates the ions, thereby lowering the collecting speed and the extraction energy of the extracted ion beam.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, anode layer 방식의 이온빔 발생 장치의 일 구성인 음극의 형상을 특정하여 이온빔의 밀도 및 집속이 향상되도록 한 이온빔 발생장치를 제공하는 것에 있다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide an ion beam generating device to improve the density and focus of the ion beam by specifying the shape of the cathode, which is one configuration of the anode layer type ion beam generating device.
본 발명의 다른 목적은, 음극의 형상을 특정하여 음극 사이의 공간에 존재하는 자기장의 세기 분포를 제어하고, 음극과 전자의 충돌을 최소화함으로써 이온빔의 퍼짐 현상의 감소 및 밀도 향상이 가능하도록 한 이온빔 발생장치를 제공하는 것에 있다.Another object of the present invention is to specify the shape of the cathode to control the intensity distribution of the magnetic field present in the space between the cathode, and to minimize the collision between the cathode and the electron ion beam to reduce the spread of the ion beam and improve the density The present invention provides a generator.
본 발명에 의한 이온빔 발생장치는, 자기장을 발생하는 자성체와, 상기 자성체를 내부에 수용하고 상기 자성체와 접지된 몸체와, 상기 몸체 내부의 방전 공간에 고전압을 인가하는 양극과, 상기 몸체 내부를 개방하는 이온인출유로를 형성하여 몸체 외부로 이온빔의 인출을 가능하게 하는 유로형성부를 구비하는 음극을 포함하여 구성되며, 상기 유로형성부는 높이방향으로 갈수록 횡단면적이 변화하는 것을 특징으로 한다.An ion beam generating apparatus according to the present invention includes a magnetic body generating a magnetic field, a body accommodating the magnetic body therein, a body grounded with the magnetic body, an anode for applying a high voltage to a discharge space inside the body, and an opening inside the body. And a cathode including a flow path forming portion that enables the extraction of the ion beam to the outside of the body by forming an ion extracting flow path. The flow path forming portion is characterized in that the cross-sectional area is changed toward the height direction.
상기 유로형성부 일측에는, 종단면 형상이 예각을 갖는 집속부가 구비됨을 특징으로 한다.One side of the flow path forming portion, characterized in that the focusing portion having an acute longitudinal section shape.
상기 유로형성부의 표면은 서로 교차하는 직선으로 이루어짐을 특징으로 한다.The surface of the flow path forming portion is characterized in that made of a straight line crossing each other.
상기 집속부는 이온빔 인출 방향에 대하여 직교하는 방향으로 자기장을 형성하는 것을 특징으로 한다.The focusing unit may form a magnetic field in a direction orthogonal to the ion beam extraction direction.
상기 집속부는 유로형성부의 높이 방향으로 다수 구비됨을 특징으로 한다.The focusing part may be provided in plural in the height direction of the flow path forming part.
상기 다수 집속부는 서로 다른 이격 거리를 갖는 것을 특징으로 한다.The plurality of focusing parts may have different separation distances.
상기 유로형성부는 중앙을 기준으로 대칭 또는 비대칭되는 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.The flow path forming unit may have a symmetrical or asymmetrical shape with respect to the center.
상기 다수 집속부는 1 내지 5㎜의 이격 거리를 갖는 것을 특징으로 한다.The plurality of focusing portion is characterized by having a separation distance of 1 to 5mm.
본 발명에 이온빔 발생장치에서는, 음극 일측에 이온빔의 인출을 가능하게 하는 유로형성부를 구비하되 높이 방향으로 갈수록 횡단면적이 변화하도록 구성하였다.In the present invention, the ion beam generating device is provided with a flow path forming portion that enables the extraction of the ion beam on one side of the cathode, but is configured such that the cross sectional area changes in the height direction.
즉, 그리고 유로형성부에는 종단면 형상이 예각을 갖는 집속부를 구비하였다.That is, and the flow path forming section was provided with a focusing section having an acute angle of longitudinal section shape.
이에 따라 이온빔 인출 방향에 대하여 직교하는 자기장을 형성하며, 형성된 자기장 구조에 의해 이온의 집속 및 밀도를 향상시킬 수 있어 인출 성능이 향상되는 이점이 있다.As a result, a magnetic field orthogonal to the ion beam extraction direction is formed, and the concentration and density of ions can be improved by the formed magnetic field structure, and thus the extraction performance is improved.
또한, 이온의 집속 및 밀도 향상으로 인하여 식각률이 향상되며, 아크 발생을 야기하지 않고 높은 방전 전압까지 안정적으로 인가할 수 있는 이점이 있다.In addition, the etching rate is improved due to the focusing and the density of the ions, and there is an advantage that can be stably applied to a high discharge voltage without causing arc generation.
도 1 은 종래 기술에 의한 anode layer 방식의 이온빔 발생장치에서 일 구성인 음극의 형상을 보인 부분 확대도.
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예1이 채택된 이온빔 발생장치의 구성을 보인 개요도.
도 3 은 본 발명의 바람직한 실시예1이 채택된 이온빔 발생장치의 방전거동 특성을 전산모사를 통해 계산한 결과.
도 4 는 본 발명의 바람직한 실시예2가 채택된 이온빔 발생장치의 구성을 보인 부분 개요도.
도 5 는 본 발명의 바람직한 실시예2가 채택된 이온빔 발생장치의 방전거동 특성을 전산모사를 통해 계산한 결과.
도 6 은 본 발명의 바람직한 실시예3이 채택된 이온빔 발생장치의 구성을 보인 부분 개요도.
도 7 은 본 발명의 바람직한 실시예3이 채택된 이온빔 발생장치의 방전거동특성을 전산모사를 통해 계산한 결과.
도 8 은 본 발명의 바람직한 실시예와 비교예의 이온빔 인출 성능 평가를 위해 측정한 이온빔의 전류 밀도를 비교한 그래프.
도 9 는 본 발명의 바람직한 실시예와 비교예의 이온빔 인출 성능 평가를 위해 측정한 식각률을 비교한 그래프.1 is a partially enlarged view showing the shape of a cathode as one configuration in the anode layer type ion beam generator according to the prior art.
Fig. 2 is a schematic diagram showing the configuration of an ion beam generator in which preferred embodiment 1 of the present invention is adopted.
Figure 3 is a result of calculating the discharge behavior characteristics of the ion beam generator adopting a preferred embodiment 1 of the present invention through computer simulation.
Fig. 4 is a partial schematic diagram showing the construction of an ion beam generator in which
5 is a result of calculating the discharge behavior characteristics of the ion beam generator adopting a
Fig. 6 is a partial schematic view showing the construction of an ion beam generator in which
7 is a result of calculating the discharge behavior characteristics of the ion beam generator adopting a
8 is a graph comparing current densities of ion beams measured for ion beam extraction performance evaluation of preferred examples and comparative examples of the present invention.
9 is a graph comparing the etching rate measured for the evaluation of the ion beam extraction performance of the preferred embodiment and the comparative example of the present invention.
이하 첨부된 도 2를 참조하여 본 발명에 의한 이온빔 발생장치의 구성을 설명한다.Hereinafter, a configuration of an ion beam generator according to the present invention will be described with reference to FIG. 2.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed in a conventional and dictionary sense, and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to describe its invention in the best possible way It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely preferred embodiments of the present invention, and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention. Therefore, various equivalents It should be understood that water and variations may be present.
도 2에는 본 발명의 바람직한 실시예1이 채택된 이온빔 발생장치의 구성을 보인 개요도가 도시되어 있다.2 is a schematic diagram showing the configuration of an ion beam generator in which preferred embodiment 1 of the present invention is adopted.
도면과 같이 이온빔 발생장치(100)는 전기장으로 이온을 가속시켜 이온빔(ion beam)을 형성하는 장치로서, 자기장을 발생하는 자성체(110)와, 상기 자성체(110)를 내부에 수용하고 상기 자성체(110)와 접지된 몸체(120)와, 상기 몸체(120) 내부에서 방전가스에 고전압을 인가하는 양극(130)과, 상기 몸체(120) 내부를 개방하는 이온인출유로(142)를 형성하여 몸체(120) 외부로 이온빔의 인출을 가능하게 하는 유로형성부(144)를 구비하는 음극(140)을 포함하여 구성된다.As shown in the drawing, the ion
상기 자성체(110)와 몸체(120)는 자성체(110)로 이루어져 0V로 접지되어 있으며, 상기 양극(130)은 비자성체 물질로 이루어져 상기 몸체(120) 내부에 수용된다.The
그리고, 상기 몸체(120) 일측에는 방전가스가 유입될 수 있도록 가스유입로(도시되지 않음)이 형성된다.In addition, a gas inflow path (not shown) is formed at one side of the
상기 자성체(110)와 몸체(120) 및 양극(130)은 다양한 형상 및 위치로 변경 실시가 가능하며, 상기 이온빔 발생장치(100)는 음극(140)의 형상을 특정함으로써 이온빔의 밀도 조절이 가능하게 된다.The
즉, 상기 음극(140)은 몸체(120) 내부가 외부로 개구되도록 이온인출유로(142)가 형성되어 이온빔의 인출이 가능하며, 상기 이온인출유로(142)의 형상을 제한함으로써 이온의 집속률 및 밀도를 높일 수 있도록 구성된다.That is, the
보다 상세하게 살펴보면, 상기 음극(140)은 유로형성부(144)에 의해 이온인출유로(142)를 형성하게 되며, 상기 유로형성부(144)는 이온인출유로(142)의 중앙을 기준으로 대칭되는 형상을 가진다.In more detail, the
따라서, 상기 이온인출유로(142)는 다수의 동심원을 적층하여 형성된 형상을 가지며, 상기 음극(140)의 높이 방향으로 갈수록 이격 거리가 변화하도록 구성된다.Therefore, the ion extracting
상기 유로형성부(144)는 필요에 따라서는 중앙을 기준으로 비대칭 형상을 갖도록 구성될 수도 있다.The flow
즉, 상기 이온인출유로(142)의 형상을 다양하게 변경하여 이온빔의 인출 양상을 가변할 수도 있을 것이다.That is, the extraction pattern of the ion beam may be varied by variously changing the shape of the
그리고, 상기 유로형성부(144)는 음극(140)의 두께 방향으로 갈수록 횡단면적이 변화하게 된다. 즉, 상기 유로형성부(144)의 표면은 이온인출유로(142)를 형성하게 되므로, 상기 유로형성부(144)의 외면에 해당하는 형상은 이온인출유로(142)의 내부 벽면과 대응되는 형상을 가지게 된다.In addition, the cross-sectional area of the flow
상기 음극(140)은 다수의 조각을 몸체(120)에 체결하여 이온인출유로(142)를 형성할 수도 있으며, 단일의 부품 이온인출유로(142)가 천공되도록 가공하여 형성할 수도 있을 것이다.The
상기 유로형성부(144)에는 집속부(146)가 구비된다. 상기 집속부(146)는 이온인출유로(142)의 내측 방향으로 경사지게 형성된 유로형성부(144)의 표면에서 서로 교차하는 직선으로 이루어져 횡단면 형상이 예각을 갖도록 형성된 구성이다.The flow
즉, 서로 인접한 집속부(146)는 이온빔의 인출 방향에 대하여 직교하는 방향 즉, 수평방향의 자기장을 형성하여 이온의 집속률을 높이게 된다.That is, the focusing
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예1이 채택된 이온빔 발생장치의 방전거동 특성을 전산모사를 통해 계산한 결과로서, Object Oriented Particle in Cell (OOPIC) 전산모사이며, 계산 조건은 압력 1 mTorr, 방전전압 3kV이다.Figure 3 is a result of calculating the discharge behavior characteristics of the ion beam generator adopting a preferred embodiment 1 of the present invention by computer simulation, the object simulation Oriented Particle in Cell (OOPIC) computer simulation, the calculation conditions are pressure 1 mTorr, discharge Voltage is 3kV.
도 3의 실시예와 도 1의 비교예를 비교하여 살펴보면, 본 발명의 바람직한 실시예가 채택된 도 3의 경우 이온빔 집속도 및 발생 이온 밀도 면에서 우수한 것을 알 수 있다.Looking at comparing the embodiment of FIG. 3 and the comparative example of FIG. 1, it can be seen that in the case of FIG. 3, in which the preferred embodiment of the present invention is adopted, the ion beam focusing speed and the generated ion density are excellent.
이런 결과로, 자기장에 의한 전자 구속 시 자기력선 분포가 전자 구속 효율을 결정하며, 이를 이온빔 발생장치(100)에 적용할 경우 음극(140)과 음극(140) 사이 공간의 자기장 분포가 전자 구속 효율을 결정하는 것을 확인할 수 있다.As a result, the magnetic force line distribution determines the electron confinement efficiency when the electron is constrained by the magnetic field, and when applied to the
특히, 음극(140) 사이 공간에 존재하는 자기장의 세기 분포가 음극(140) 근처에서는 강하고 음극(140)과 음극(140) 중간에서는 약한 경우, 음극(140)과 전자의 충돌을 최소화하여 전자의 구속이 효과적인 것을 알 수 있으며, 전자의 구속 위치 제어를 통하여 인출되는 이온 빔의 퍼짐 현상의 조절이 가능함을 의미한다.In particular, when the intensity distribution of the magnetic field existing in the space between the
이에 따라 상기 음극(140)의 형상을 실시예와 같이 실시한 경우 전자의 구속 위치가 양극(130)과 음극(140) 사이에 분포하였으며, 이것은 전자 분포가 이온을 가속시키는 인출 전기장 왜곡에 영향을 적게 주게 되어 이온빔 집속도를 향상시킬 수 있음을 의미한다.Accordingly, when the shape of the
한편, 상기 음극(140)은 이온의 집속도를 높이기 위한 방안으로 다양한 형상을 갖도록 변경 실시가 가능하다.On the other hand, the
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예2가 채택된 이온빔 발생장치의 구성을 보인 부분 개요도이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예2가 채택된 이온빔 발생장치의 방전거동 특성을 전산모사를 통해 계산한 결과로서, 첨부된 도면과 같이 실시예2의 경우 집속부(146)가 각각의 음극(140)에 2개씩 형성되어 있다.4 is a partial schematic view showing the configuration of an ion beam generator adopting a
따라서, 상기 이온인출유로(142)는 지그재그(ZIGZAG) 형상을 가지며, 도 5와 같이 음극(140)과 양극(130) 사이에 발생된 이온들이 유로형성부(144)를 지나면서 이온빔의 퍼짐 정도가 감소함을 알 수 있다.Therefore, the
즉, 상기 집속부(146)를 다수로 구비함에 따라 집속부(146) 사이의 이온인출유로(142)에 존재하는 전자에 의해 추가적인 이온화가 발생 가능하며, 양극(130)과 음극(140)간 방전 공간에 과도한 전자 밀집을 억제하여 전기장의 비효율적인 이온 가속 및 아킹 발생이 방지될 수 있다.That is, as the plurality of focusing
상기 다수 집속부(146) 중에서 상측에 위치한 집속부(146)는 가로 방향으로 이격된 거리가 2㎜이고, 하측에 위치한 집속부(146)는 4㎜가 이격되도록 구성하였다. Among the plurality of focusing
그리고, 실시예2의 음극(140)은 실시예1의 음극(140)과 비교할 때 이온빔의 밀도가 조금 더 향상됨을 확인하였으며, 밀도가 균일한 이온빔의 발생이 가능하였다.In addition, it was confirmed that the
한편, 상기 음극(140)은 도 6 및 도 7과 같이 다수로 구비하되 이격 거리가 실시예2와 상이하게 구성할 수도 있다.Meanwhile, the
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예3이 채택된 이온빔 발생장치의 구성을 보인 부분 개요도이고, 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예3이 채택된 이온빔 발생장치의 방전거동 특성을 전산모사를 통해 계산한 결과로서, 실시예3의 음극(140)은 상측에 위치한 집속부(146)의 이격거리가 하측에 위치한 집속부(146)의 이격거리보다 가깝게 형성된다.6 is a partial schematic view showing the configuration of an ion beam generator adopting a
즉, 상기 다수 집속부(146) 중에서 상측에 위치하는 집속부(146)의 가로방향 이격거리는 4㎜가 되도록 하고, 상대적으로 하측에 위치하는 집속부(146)의 가로방향 이격거리는 2㎜가 되도록 구성하였다.That is, the horizontal separation distance of the focusing
그 결과, 상기 집속부(146)의 이격 거리에 있어서 하측이 좁은 간격을 갖도록 형성하더라도 이온빔 집속 특성이 우수함과 동시에 균일한 밀도의 이온빔 발생이 가능하였다.As a result, even when the lower side is formed to have a narrow distance in the separation distance of the focusing
상기와 같은 결과와 같이 음극(140)의 형상과 집속부(146)의 이격 거리를 제어함으로써 자기장 구조 및 세기 조절이 가능하며 이를 이용하여 이온빔의 퍼짐 특성 제어가 가능할 것으로 판단된다.As described above, the magnetic field structure and intensity can be controlled by controlling the shape of the
이하 첨부된 도 8을 참조하여 실시예와 비교예의 전류밀도를 비교하여 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying Figure 8 will be described by comparing the current density of the Example and Comparative Example.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예와 비교예의 이온빔 인출 성능 평가를 위해 측정한 이온빔의 전류 밀도를 비교한 그래프이다.FIG. 8 is a graph comparing current densities of ion beams measured for ion beam extraction performance evaluation of preferred embodiments of the present invention and comparative examples. FIG.
도 8과 같이 전자(좌측 사진)와 이온(우측사진)에 대한 전산모사 결과를 볼 때 상기 다수 집속부(146) 중에서 상측에 위치한 집속부(146)는 가로 방향으로 이격된 거리가 2㎜이고, 하측에 위치한 집속부(146)는 4㎜가 이격되도록 구성하였다.As shown in FIG. 8, when the simulation results of electrons (left photo) and ions (right photo) are viewed, the focusing
그리고, 실시예2의 음극(140)은 실시예1의 음극(140)과 비교할 때 이온빔의 밀도가 조금 더 향상됨을 확인하였으며, 밀도가 균일한 이온빔의 발생이 가능하였다.In addition, it was confirmed that the
본 발명의 실시예는 음극(140) 간 방전 공간의 자장 최적화를 통해 플라즈마를 효과적으로 구속할 수 있으며, 이온빔 인출 성능이 비교예와 비교할 때 향상된 것을 확인하였다.According to the embodiment of the present invention, the plasma can be effectively constrained by optimizing the magnetic field of the discharge space between the
보다 구체적으로 살펴보면, 이온빔 인출 성능 평가는 인출되는 이온빔의 전류 밀도 측정을 통해 가능하며, 실시예와 비교예 모두 운전 압력은 1.3±0.1 mTorr, 방전 가스는 아르곤(Ar)으로 25 sccm이 주입되었다.In more detail, the ion beam extraction performance can be evaluated by measuring the current density of the ion beam being drawn out, and the working pressure is 1.3 ± 0.1 mTorr, and the discharge gas is 25 sccm injected with argon (Ar) in both the examples and the comparative examples.
그리고, 상기 음극(140)으로부터 이온빔 전류밀도 측정 장치 사이 거리는 100㎜로 동일하며, 이온빔 전류 밀도 측정은 직경 3.5㎜의 Faraday cup으로 입사하는 이온 전류를 통해 이루어졌다.The distance between the
그 결과, 동일 방전 전압에서 인출되는 이온빔 전류 밀도가 실시예의 경우 비교예보다 약 2.5배 높음을 알 수 있다.As a result, it can be seen that the ion beam current density drawn at the same discharge voltage is about 2.5 times higher than that of the comparative example.
이것은 실시예의 음극(140)이 전자 구속에 최적화된 구조를 가지고 있어 음극(140) 사이 방전 공간에서 전자 밀도가 높음에 따라 비교예의 음극에 비해 이온을 활발히 발생시킴을 의미한다.This means that the
또한 음극(140) 사이 공간에 전자를 효과적으로 구속함에 따라 아크 발생없이 방전 전압을 약 3kV까지 안정적으로 인가할 수 있으며, 이는 비교예의 음극에 비해 장치 안정성이 향상된 결과이다.In addition, by effectively constraining the electrons in the space between the
이하 첨부된 도 9를 참조하여 식각률을 비교하였다.Hereinafter, the etch rate was compared with reference to FIG. 9.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예와 비교예의 이온빔 인출 성능 평가를 위해 측정한 식각률을 비교한 그래프로서, 실리콘(Si) 기판에 대한 식각률을 측정한 결과이다.9 is a graph comparing the etching rate measured for the evaluation of the ion beam extraction performance of the preferred embodiment and the comparative example of the present invention, the result of measuring the etching rate for the silicon (Si) substrate.
압력은 1.3±0.1 mTorr, 방전 가스는 아르곤(Ar)을 25 sccm 동일하게 주입하였으며, 비교예와 실시예 모두 음극과 식각시편 사이 거리를 50㎜로 설정하였다.The pressure was 1.3 ± 0.1 mTorr, the discharge gas was injected in the same amount of argon (Ar) 25 sccm, the distance between the cathode and the etching specimen in both Comparative Examples and Examples was set to 50mm.
그리고, 이온인출유로(142)의 개구 방향에 대하여 직교하도록 식각시편을 위치시킨 다음 5분간 이온빔 식각 후 식각률을 측정하였다.Then, the etching specimen was positioned to be orthogonal to the opening direction of the
이때 방전 전압은 비교예와 실시예의 음극에 대하여 인가 가능한 최대 인가 전압을 적용하였다.At this time, as the discharge voltage, the maximum applied voltage to the cathode of the comparative example and the example was applied.
즉, 비교예의 음극에는 2.5㎸를 인가하고 실시예의 음극(140)에는 3.0㎸를 인가하였다.That is, 2.5 kV was applied to the negative electrode of the comparative example and 3.0 kV was applied to the
그 결과, 실시예의 식각률은 비교예의 식각률과 비교할 때 약 4배 이상의 식각률을 보였으며, 이런 결과로 실시예에 따른 음극(140)을 통한 이온빔의 집속도가 비교예보다 향상된 전류 밀도를 나타내는 것으로 볼 수 있다.As a result, the etching rate of the embodiment showed an etching rate of about 4 times or more compared with the etching rate of the comparative example, and as a result, the focusing rate of the ion beam through the
이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정하지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and many other modifications based on the present invention will be possible to those skilled in the art within the scope of the present invention.
100. 이온빔 발생장치 110. 자성체
120. 몸체 130. 양극
140. 음극 142. 이온인출유로
144. 유로형성부 146. 집속부100.
120.Body 130.Anode
140.
144. Flow
Claims (8)
상기 자성체를 내부에 수용하고 상기 자성체와 접지된 몸체와,
상기 몸체 내부에서 방전가스에 고전압을 인가하는 양극과,
상기 몸체 내부를 개방하는 이온인출유로를 형성하여 몸체 외부로 이온빔의 인출을 가능하게 하는 유로형성부를 구비하는 음극을 포함하여 구성되며,
상기 유로형성부는 이온빔의 인출방향으로 갈수록 횡단면적이 변화하는 것을 특징으로 하는 이온빔 발생장치.Magnetic material generating a magnetic field,
A body which accommodates the magnetic material therein and is grounded with the magnetic material;
An anode for applying a high voltage to the discharge gas inside the body;
It comprises a cathode having a flow path forming portion for forming the ion extracting passage to open the inside of the body to enable the extraction of the ion beam to the outside of the body,
The flow path forming unit is an ion beam generator, characterized in that the cross-sectional area is changed toward the extraction direction of the ion beam.
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