KR101245193B1 - 자동적인 이온 코팅 전류조절이 가능한 이온 스퍼터 코팅장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 부도체 시료를 전자현미경에서 관찰할 때, 시료 전하 축적에 의한 방전을 방지하기 위해 도체막 형성을 하기 위해 이온 코팅에 관한 것으로서, 더 상세하게는 부도체 시료를 전자현미경에서 관찰할 때 자동적으로 이온 코팅 전류를 조절하여 코팅 작업을 한 번에 간편하게 할 수 있는 이온 스퍼터 코팅장치에 대한 것이다.

Description

자동적인 이온 코팅 전류조절이 가능한 이온 스퍼터 코팅장치{Apparatus for Ion Sputter Coating with Auto Control of Ion Current}
본 발명은 부도체 시료를 전자현미경에서 관찰할 때, 시료 전하 축적에 의한 방전을 방지하기 위해 도체막 형성을 하기 위해 이온 코팅에 관한 것으로서, 더 상세하게는 부도체 시료를 전자현미경에서 관찰할 때 자동적으로 이온 코팅 전류를 조절하여 코팅 작업을 한 번에 간편하게 할 수 있는 이온 스퍼터 코팅장치에 대한 것이다.
전자현미경으로 시료를 관찰하는 경우, 가속된 전자가 시편에 주사될 때 전자는 중성의 상태에 있는 이 시편에 과다한 전자를 공급하게 된다.
만일 관찰하는 시편이 도체라면 과다하게 공급된 전자는 이 시편을 통하여 접지로 방출되나 부도체의 경우 과잉의 전자가 시편에 남아 대전현상이 발생하게 된다. 이러한 현상을 방지하기 위해 시료표면에 얇은 도체 박막을 코팅함으로써 해결할 수 있다.
즉, 부도체의 시료인 경우, Pt, Au 또는 Pt-Pd로 부도체 시료의 표면을 이온증착 또는 이온 코팅의 전처리 과정으로 수행해야 한다.
이온 스퍼터링 코팅기(Ion-sputtering Coater)는 저진공 상태에서 금속 타깃(Target)과 시편 사이에 1kV에서 2kV 사이의 DC 고전압을 가함으로써 양극에서 전하가 방출되고 방출된 전하와 가스가 반응하여 다시 추가적인 방전현상이 일어나 두 극 사이에 글로우 방전(Glow Discharge) 상태를 유지한다.
이 과정에서 +전하를 갖는 또는 중성의 가속된 가스가 타깃과 충돌하여 타깃의 원소가 분리되고, 분리된 원소가 충분한 에너지를 가질 경우 모든 방향으로 가속되어 전진하고, 일부는 시편에 도달하게 되어, 증착된 박막을 형성하게 된다.
종래의 이온 스퍼터링 코팅기(Ion-sputtering Coater)는 진공도를 일정하게 유지하기 위해 니들 밸브(Needle Valve)를 이용하여 진공도를 조절하여 코팅을 위한 이온화 전류를 일정한 값에 맞추는 방법으로 사용하고 있다.
그런데, 이러한 종래 방식에 의하면 사용자가 코팅(Coating) 작업이 완료될 때까지 Needle Valve을 조절해야만 하는 단점이 있다.
부연하면, 종래의 이온 스퍼터링 코팅기는 코팅하기 위한 이온화 전류를 설정하고 일정한 DC 고압을 인가한다. 작업시간이 경과함에 따라 로터리 펌프(Rotary Pump)에 의한 진공도가 낮아지게 되므로 이온화 코팅(Coating) 전류는 계속 감소하게 된다.
따라서 이온화 전류를 증가시켜 설정된 값으로 맞추기 위해 사용자가 직접 니들 밸브(Needle Valve)를 열어 진공도를 올리게 된다.
본 발명은 이온 스퍼터링 코팅기의 동작중 진공도가 낮아져 이온화 코팅(Coating) 전류가 감소하게 될 경우, 이온화 코팅(Coating) 전류를 피드백(Feedback) 받아, DC 고압을 상승시켜 한 번의 시작 버튼으로 작업이 완료될 수 있도록 자동으로 설정된 이온화 Coating 전류를 유지하도록 하는 자동적인 이온 코팅 전류조절이 가능한 이온 스퍼터 코팅장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제기된 과제를 달성하기 위해 자동적인 이온 코팅 전류 조절이 가능한 이온 스퍼터 코팅장치를 제공한다.
이 이온 스퍼터 코팅장치는, 자동적인 이온 코팅(Ion Coating) 전류조절이 가능한 이온 코팅장치에 있어서, 이온 스퍼터링 코팅기(Ion-sputtering Coater)의 내부에 놓인 시료에 도전피막을 입히는 이온화 코팅(Coating) 전류를 설정하기 위한 D/A(Digital/Analog) 변환기; 설정된 이온화 코팅 전류에 해당하는 고전압 생성을 위한 FET(Field Effect Transistor)부; 상기 FET부에 의해 AC(Alternating Current) 고전압을 생성하는 고압 변압기; 상기 AC 고전압을 정류하여 DC(Direct Current) 고전압을 발생시키는 풀 브릿지(Full Bridge) 정류회로; 상기 DC 고전압에 해당하는 이온화 코팅 전류를 감지하는 전류 감지부; 상기 이온화 전류와 상기 설정된 이온화 전류를 비교하여 차이값을 생성하는 비교기; 및 상기 차이값에 따른 펄스를 발생시켜 상기 FET부에 전송하는 펄스폭 변조기를 포함한다.
여기서, 상기 전류 감지부는 이온 스퍼터링 코팅기(Ion-sputtering Coater)의 진공도가 낮아져 이온화 Coating 전류가 감소하게 될 경우, 상기 풀 브릿지 정류 회로에 생성된 이온화 Coating 전류를 피드백(Feedback)받아 상기 비교기에 전송하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전류 감지부는 포토 트랜지스터(Photo Transistor)와 포토 다이오드(Photo Diode)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 이온 스퍼터 코팅장치는, 코팅 공정 완료후 상기 시료를 제거하도록 상기 시료의 내부에 자동으로 에어(Air)를 주입하는 에어 주입 수단을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 설정된 이온화 전류를 유지하기 위해, 이온화 전류를 피드백(Feedback)받아 인가되는 고압을 자동으로 변화시키는 방법을 사용하므로 시작 버튼만 누르면, 사용자가 설정한 코팅 이온 전류값과 작업시간에 따라 자동으로 작업을 완료할 수 있게 되는 편리한 장점이 있다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 고진공이 유지된 상태에서 이온화 코팅이 세밀하게 이루어지므로 전자 현미경의 고분해능 관찰시 유리하다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 이온화 전류를 피드백(Feedback)받아 인가되는 고압을 자동으로 변화시키는 방법을 사용하므로 진공도에 무관하게 이온화 코팅(Coating) 전류를 일정하게 출력시킬 수 있어 균일한 두께로 시료의 코팅(Coating)이 가능하다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 이온화 코팅 전류와 작업 시간을 설정한 후, 한 번의 시작 버튼으로 작업이 완료될 때까지 모든 과정이 자동으로 이루어지므로 전문 교육을 받지 않은 사용자라도 간편하게 쉽게 사용할 수 있다는 점을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자동적인 이온 코팅(Ion Coating) 전류 조절이 가능한 이온 스퍼터 코팅장치에 관한 회로 블록도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 자동적인 이온 코팅 전류조절이 가능한 이온 스퍼터 코팅장치를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자동적인 이온 코팅(Ion Coating) 전류 조절이 가능한 이온 스퍼터 코팅장치에 관한 회로 블록도이다. 도 1을 참조하면, 이온 스퍼터 코팅 장치는 시료에 도전피막을 입히는 이온화 전류를 감지하는 전류 감지부(170), 이온화 코팅(Coating) 전류를 설정하기 위한 D/A(Digital/Analog) 변환기(130), 이온화 전류와 이온화 전류 설정값을 비교하는 비교기(120), 그 차이값에 따른 펄스를 발생시키는 펄스폭 변조기(110), 고전력 발생을 위한 FET(Field Effect Transistor)부(140), 고전압 발생을 이한 고압 변압기(150), AC 고전압을 정류하여 DC 고전압을 발생시키는 풀 브릿지(Full Bridge) 정류회로(160) 등을 포함한다.
먼저, 사용자가 이온화 Coating 전류를 설정하면, DA 변환기(130)가 이에 해당하는 값을 디지털 정보로부터 아날로그 정보로 변환하여 비교기(120)에 입력시킨다.
물론, 이를 위해서는 숫자, 문자를 입력하기 위한 디지트 버튼이 배열된 입력 수단(미도시)이 구비된다. 입력 수단은 물리적 버튼이 될 수도 있고, 터치 패널 또는 컴퓨터 등이 될 수도 있다.
즉, D/A 변환기(130)는 이온 스퍼터링 코팅기(Ion-sputtering Coater)(미도시)의 내부에 놓인 시료(미도시)에 도전피막을 입히는 이온화 코팅(Coating) 전류를 설정하는 기능을 한다.
이후, 비교기(120)와 펄스폭 변조기(110)는 출력되는 이온화 Coating 전류가 설정값 보다 작으면 펄스폭을 넓게 하여 전압을 더 높게 출력시키고, 이와 반대로 크면 펄스폭을 좁게 출력시킨다.
부연하면, 사용자에 의해 설정된 이온화 코팅(Coating) 전류값과 풀 브릿지 정류 회로(160)에 의해 실제 출력되고 있는 이온화 Coating 전류를 전류 감지부(170)가 감지하여 이를 비교기(120)에 입력한다. 이에 따라, 비교기(120)는 이온화 전류와 설정된 이온화 전류를 비교하여 차이값을 생성하며, 이 차이값 정보를 펄스폭 변조기(110)에 전달하게 된다.
이 차이값에 의해 출력되는 이온화 Coating 전류가 설정값 보다 작으면 펄스폭을 넓게 하여 전압을 더 높게 출력시키고, 이와 반대로 크면 펄스폭을 좁게 하여 전압을 더 낮게 출력시키도록 구성하였다. 이를 위해, 설정된 이온화 코팅 전류에 해당하는 고전압 생성을 위한 FET(Field Effect Transistor)부(140)와 이 FET부(140)에 의해 AC(Alternating Current) 고전압을 생성하는 고압 변압기(150)가 구성된다. 이에 따라 FET부(140)에 의해 고압 발생용 고압 변압기(150)는 AC 스위칭 전압을 더 낮게 또는 더 높게 출력시키게 된다.
이후, 다음 단의 풀 브릿지(Full Bridge) 회로(160)에서는 AC를 DC로 정류하여 이온화 Coating을 위한 고전압을 발생시킨다. 이 고전압에 의해 시료(미도시)에 진공 증착 방식에 의한 이온화 코팅 과정이 수행된다.
진공증착이란 물리증착 기술의 일종으로, 여기서 물리증착이란 진공이나 플라즈마 분위기에서 물질을 가열하거나, 운동량 전달을 이용하여 피막 물질을 증발시켜서, 코팅하고자 하는 기판에 피막을 제조하는 방법을 총칭한다. 물리증착법은 일반적으로 순도가 높고 표면이 평활한 금속피막을 손쉽게 제조가 가능한 것으로 잘 알려져 있다.
물리증착에는 크게 진공증착, 스퍼터링 그리고 이온플레이팅이 있으며, 금속 피막을 제조할 경우, 특수한 경우를 제외하고는 진공증착법이 많이 이용되고 있다.
이는 진공증착법이 비교적 공정이 간단하고, 증발율이 다른 방법에 비해 높기 때문이다. 진공증착법은 가열원의 형태 및 가열방법에 따라, 저항가열식 진공증착, 전자빔 가열식 진공증착 그리고 유도가열식 진공증착으로 구분하는데, 산업용 대형 플렌트 등 특수한 경우를 제외하면, 저항가열식과 전자빔 가열식 진공증착법이 많이 사용되고 있다.
이러한 진공증착 방식에 대한 기술은 이미 널리 알려져 있으므로 본 발명의 용이한 이해를 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.
풀 브릿지(Full Bridge) 정류회로(160)는 AC 고전압을 정류하여 DC(Direct Current) 고전압을 발생시키며, 이 발생된 DC 고전압에 해당하는 이온화 코팅 전류를 전류 감지부(170)를 통하여 비교기(120)에 피드백(feedback)한다.
물론, 이러한 피드백을 위해 전류 감지부(170)는 포토 트랜지스터(Photo Transistor)와 포토 다이오드(Photo Diode)의 조합으로 구성된다.
따라서, 전류 감지부(170)는 이온 스퍼터링 코팅기(Ion-sputtering Coater)(미도시)의 진공도가 낮아져 이온화 Coating 전류가 감소하게 될 경우, 풀 브릿지 정류 회로(160)에서 생성된 이온화 Coating 전류를 피드백(Feedback)받아 이를 비교기(120)에 전송하는 것이 가능하다.
또한, 고압 발생 영역인 고압 변압기(150), 풀 브릿지 정류 회로(160), 및 전류 감지부(170)는 절연 분리부(200)가 된다. 따라서, 고압 발생 영역과 제어 영역이 전기적으로 분리되어 안정적인 회로 동작이 가능하게 된다.
또한, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 코팅 공정 완료후 시료(미도시)를 제거하도록 시료의 내부에 자동으로 에어(Air)를 주입하는 에어 주입 수단(미도시)을 더 포함한다.
따라서, 사용자는 이온화 코팅 전류값과 작업 시간만 입력 수단(미도시)을 이용하여 입력하면 본 발명에 따른 이온 코팅장치에 의해 모든 작업(공정)이 처음부터 끝까지 자동으로 이루어질 수 있게 된다.
110 : 펄스폭 변조기
130 : D/A 변환기
120 : 비교기
140 : FET(Field Effect Transistor)부
150 : 고압 변압기
160 : 풀 브릿지(Full Bridge) 정류회로
170 : 전류 감지부
200 : 절연 분리부

Claims (4)

  1. 자동적인 이온 코팅(Ion Coating) 전류조절이 가능한 이온 코팅장치에 있어서,
    이온 스퍼터링 코팅기(Ion-sputtering Coater)의 내부에 놓인 시료에 도전피막을 입히는 이온화 코팅(Coating) 전류를 설정하기 위한 D/A(Digital/Analog) 변환기;
    설정된 이온화 코팅 전류에 해당하는 고전압 생성을 위한 FET(Field Effect Transistor)부;
    상기 FET부에 의해 AC(Alternating Current) 고전압을 생성하는 고압 변압기;
    상기 AC 고전압을 정류하여 DC(Direct Current) 고전압을 발생시키는 풀 브릿지(Full Bridge) 정류회로;
    상기 DC 고전압에 해당하는 이온화 코팅 전류를 감지하는 전류 감지부;
    상기 이온화 전류와 상기 설정된 이온화 전류를 비교하여 차이값을 생성하는 비교기; 및
    상기 차이값에 따른 펄스를 발생시켜 상기 FET부에 전송하는 펄스폭 변조기
    를 포함하여 구성되되, 상기 전류 감지부는 이온 스퍼터링 코팅기(Ion-sputtering Coater)의 진공도가 낮아져 이온화 Coating 전류가 감소하게 될 경우, 상기 풀 브릿지 정류 회로에서 생성된 이온화 Coating 전류를 피드백(Feedback)받아 상기 비교기에 전송하는 것을 특징으로 하는 자동적인 이온 코팅(Ion Coating) 전류 조절이 가능한 이온 코팅장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류 감지부는 포토 트랜지스터(Photo Transistor)와 포토 다이오드(Photo Diode)로 구성되는 것을 특징으로 하는 이온 스퍼터 코팅장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    코팅 공정 완료후 상기 시료를 제거하도록 상기 시료의 내부에 자동으로 에어(Air)를 주입하는 에어 주입 수단을 더 포함하는 이온 스퍼터 코팅장치.
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