KR101320491B1 - 스퍼터링용 실린더 캐소드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 캐소드의 내부 구비된 냉각구조를 개선하여 냉각효율을 증대시킴으로써, 용량을 증가시키지 않아도 냉각이 원활하게 이루어져 안정적인 작업을 수행할 수 있도록 스퍼터링장치를 구성하며 내부에 외부로부터 냉각수를 공급받도록 고정된 냉각관(4)이 비 회전되도록 고정되고 회전하며 일단에 배수관로(5)가 마련된 원통 형상의 몸체(6)를 가지는 실린더 캐소드를 구성함에 있어, 상기한 몸체(6)의 내부 위치된 냉각관(4)은 냉각수가 배출되는 단부가 상기 배수관로(5)가 위치된 부위와 대향되는 타측 부위에 위치되고 냉각수가 배출될 때 와류형태로 분사되도록 된 다수의 배출공(7)이 구비되어, 내부를 순환하는 냉각수가 냉각관의 단부에서 와류형태로 공급되고 내주면의 나선홈에 의해 와류형태로 순환하여 배수관로를 통해 배출되도록 되어 있어, 내부를 순환하는 냉각수와 몸체의 내주면의 접촉시간 및 접촉면적이 증대되어 동일 냉각수 유입량에 대한 냉각효율이 증대되어 별도의 냉각시스템을 증대시키지 않고도 경제적으로 냉각효율이 증진되는 효과를 가져, 장시간 안정적으로 사용할 수 있도록 된 스퍼터링용 실린더 캐소드에 관한 것이다.

Description

스퍼터링용 실린더 캐소드{A cylinder cathode of sputtering}

본 발명은 실린더 캐소드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 캐소드의 내부 구비된 냉각구조를 개선하여 냉각효율을 증대시킴으로써, 용량을 증가시키지 않아도 냉각이 원활하게 이루어져 안정적인 작업을 수행할 수 있도록 된 스퍼터링용 실린더 캐소드에 관한 것이다.

일반적으로 물체의 표면에 박막을 형성하는 장치들 중 하나인 스퍼터링 장치는 진공조(챔버) 내를 희박한 스퍼터 가스(아르곤, Ar)로 채우고, 그 진공조 내에서 타깃 재료(캐소드, Cathode: source material)를 한쪽의 전극으로 하여 글로 방전을 행하고, 그 글로 방전에서 발생되는 플라즈마의 양이온을 타깃 재료에 충돌시켜 타깃 재료로부터 부딪쳐 나온 원자(스퍼터 입자)를 물체의 표면에 퇴적시켜서 박막을 형성하도록 된 것이다.

이러한 스퍼터링 장치는 크게 내부에 가스가 충진된 진공챔버와, 전원을 인가받아 이온입자을 방출하도록 된 건(Gun)과, 상기 건에서 방출되어 자기장에 의해 가속된 이온입자와 충돌하여 스퍼터링 원자를 방출하도록 캐소드와, 상기 캐소드에서 방출된 스퍼터링 원자가 퇴적되어 박막이 형성되는 기판이 고정된 고정플레이트로 이루어진다.

상기에서 캐소드는 고압의 전원이 인가되는 플레이트 형태의 건에 고정되어 냉각과 동시에 전원이 공급되도록 되는 것이 일반적이다.

최근에는 박막을 형성하고자하는 물체의 대형화에 따라, 상기 캐소드를 회전하는 실린더 형태로 구성하여 스퍼터링하는 스퍼터링장치들에 제안되어 사용되고 있는 실정이다.

도 1은 기존의 스퍼터링용 실린더 캐소드가 적용된 스퍼터링 장치를 보인 개략 예시도이다.

이와 같은 실린더 형태의 캐소드(1)는 도면 및 한국특허제173132호(명칭: 대면적 피복용 회전 원통형 마그네트론 구조물)에 게재된 바와 같이 표면에 외주면에 타깃 재료가 권취되며 회전가능하도록 챔버(2)에 축(3)결합된 실린더 캐소드(1)가 구비된다.

이러한 실린더 캐소드(1)의 내부에는 외부에서 냉각수가 공급되어 캐소드의 배부로 순환시키도록 된 냉각관(4)이 구비되고, 상기 냉각관(4)에는 자석이 구비된다.

상기에서 냉각관(4)은 캐소드(1)의 내부에서 비회전되게 고정되어 있으며, 상기 캐소드(1)의 일단에는 캐소드(1)의 내부를 순환한 냉각수가 배수되는 배수관로(5)가 구비된다.

따라서 외부에서 공급되는 냉각수는 상기 냉각관(4)을 통해 캐소드(1)의 내부에 주입되어 캐소드(1)를 냉각한 후 배수관로(5)를 통해 외부로 배출되는 냉각수 순환시스템이 적용된다.

그러나 상기와 같은 종래의 스퍼터링용 실린더 캐소드는 내부를 순환하는 냉각수가 단순히 냉각관을 통해 공급되어 배수관로로 배출되는 단순 이동경로를 가짐에 따라 냉각효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

특히 근자에 캐소드의 크기가 증가되는 추세에 따라 냉각효율을 증대시켜야만 하고, 이를 위하여 냉각시스템의 용량을 증대시켜야 하기 때문에 경제적인 비용이 가중되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명은 냉각시스템의 용량을 증대시키지 않고도 냉각효율을 증대시켜 경제적이고 안정적으로 사용될 수 있도록 된 스퍼터링용 실린더 캐소드를 제공하는 것에 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스퍼터링용 실린더 캐소드는, 스퍼터링장치를 구성하며 내부에 외부로부터 냉각수를 공급받도록 고정된 냉각관이 비회전되도록 고정되고 회전하며 일단에 배수관로가 마련된 원통 형상의 몸체를 가지는 실린더 캐소드를 구성함에 있어, 상기한 몸체의 내부 위치된 냉각관은 냉각수가 배출되는 단부가 상기 배수관로가 위치된 부위와 대향되는 타측 부위에 위치되고 냉각수가 배출될 때 와류형태로 분사되도록 된 다수의 배출공이 구비된 것을 특징으로 한다.

여기서, 배출공은 냉각관에서 단면상 외주면에 대하여 접선방향으로 접하는 방향으로 형성되어 배출되는 냉각수가 몸체의 내부에서 외류형상으로 회전되게 배출되이 바람직하다.

또한, 상기한 몸체의 내주면에는 나선형태의 나선홈이 형성되어 내부를 이동하는 냉각수가 나선홈에 의해 가이드되어 와류를 형성하는 것이 용이하도록 된 것이 바람직하다.

상기와 같은 본 발명은 내부를 순환하는 냉각수가 냉각관의 단부에서 와류형태로 공급되고 내주면의 나선홈에 의해 와류형태로 순환하여 배수관로를 통해 배출되도록 되어 있어, 내부를 순환하는 냉각수와 몸체의 내주면의 접촉시간 및 접촉면적이 증대되어 동일 냉각수 유입량에 대한 냉각효율이 증대되어 별도의 냉각시스템을 증대시키지 않고도 경제적으로 냉각효율이 증진되는 효과를 가져, 장시간 안정적으로 사용할 수 있다.

도 1은 종래의 스퍼터링용 실린더 캐소드가 적용된 스퍼터링 장치를 보인 개략 예시도,
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예의 스퍼터링용 실린더 캐소드가 적용된 스퍼터링장치를 보인 개략 예시도,
도 3은 본 실시예의 스퍼터링용 실린더 캐소드의 단면 구조를 보인 개략 단면 예시도,
도 4 및 도 5는 본 실시예의 스퍼터링 실린더 캐소드를 구성하는 몸체를 보인 개략 단면 예시도이다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다. 또한 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 일 실시예의 스퍼터링용 실린더 캐소드를 보인 도면으로, 본 실시예의 스퍼터링용 실린더 캐소드(1)는 스퍼터링장치를 구성하며 내부에 외부로부터 냉각수를 공급받도록 고정된 냉각관(4)이 비회전되도록 고정되고, 일단에 배수관로(5)가 마련된 원통 형상의 몸체(6)를 가진다.

여기서, 몸체(6)는 회전되게 구성된다.

이에 따라, 상기 몸체(6)는 스퍼터링방치를 구성하는 챔버(2)의 내부에 회전되게 축(3)결합되며, 별도의 동력원으로부터 동력을 전달받아 회전하도록 되어 있다.

그리고, 몸체(6)의 외주면은 타깃 재료로 이루어지거나 권취되어 있어, 스퍼터링 입자를 방출하게 된다.

상기에서 냉각관(4)에는 미 도시된 자석이 구비되어 자기장을 형성하도록 되어 있으며, 회전하는 몸체(6)에 대하여 몸체(6)의 내부에 고정된 냉각관(4)은 비 회전되도록 마련된다.

이에 따라 냉각관(4)은 몸체(6)와 비 접촉되며 챔버(2)에 고정되어 마련되는 것이 일반적으로, 별도의 고정수단에 의해 몸체의 내부에 고정될 수도 있다.

상기와 같이 챔버(2)의 내부에서 회전하는 몸체(6)로부터 스퍼터링 입자가 방출되기 때문에 대면적을 가지는 물체에 원활하게 박막을 형성할 수 있다.

이와 같은 본 실시예의 스퍼터리용 실린더 캐소드(1)에서 상기한 몸체(6)의 내부 위치된 냉각관(4)은 냉각수가 배출되는 단부가 상기 배수관로(5)가 위치된 부위와 대향되는 타측 부위에 위치되고 냉각수가 배출될 때 와류형태로 분사되도록 된 다수의 배출공(7)이 구비된다.

따라서, 배출공(7)을 통해 배출되는 냉각수는 몸체(6)의 내부를 와류형태로 순환하여 몸체(6)를 냉각함으로써, 냉각수의 냉각효율이 증대된다.

이에 따라, 별도의 냉각시스템의 증가가 없이도 보다 안정적으로 몸체를 냉각할 수 있다.

상기에서 상기한 배출공(7)은 냉각관(4)에서 단면상 외주면에 대하여 접선방향으로 접하는 방향으로 형성되어 배출되는 냉각수가 몸체(6)의 내부에서 와류형상으로 회전되게 배출되다.

그리고, 본 실시예의 스퍼터링용 실린더 캐소드(1)에서 상기한 몸체(6)의 내주면에는 나선형태의 나선홈(8)이 형성되어 내부를 이동하는 냉각수가 나선홈(8)에 의해 가이드 되어 와류를 형성한다.

즉, 냉각관(4)을 통해 공급된 냉각수가 배수관로(5)로 이동하여 배출되는 과정에서 냉각수의 이동시 나선홈(8)에 의해 나선상으로 가이드 되어 와류를 형성함으로써, 냉각수의 냉각효율을 증대할 수 있다.

미설명 부호 "9"는 스퍼터링입자가 퇴적되어 박막이 형성되는 "기판"이고, "10"은 전원을 공급받아 이온입자를 방출하는 "건"이며, "11"은 동력을 전달받아 몸체를 회전시키도록 된 "풀리"이다.

상기와 같이 이루어진 본 실시예의 실린더 캐소드(1)는 풀리(11)를 통해 외부의 동력을 전달받아 챔버(2)의 내부에서 회전을 하게 된다.

이때, 몸체(6)의 내부에 위치되는 냉각관(4)은 몸체(6)와 접촉된 상태가 아니기 때문에 회전되지 않는다.

이와 같이 몸체(6)가 회전하는 중에 건(10)에서 이온입자가 방출되어 몸체(6)의 외주면에 구비된 타깃 재료와 충돌하여 타깃 재료에서 스퍼터링 입자가 방출되어 기판(9)의 표면에 박막이 형성된다.

상기와 같이 본 실시예의 실린더 캐소드(1)가 스퍼터링하는 중에 냉각관(4)을 통해 외부에서 냉각된 냉각수가 유입되면, 냉각수는 냉각관(4)의 단부에 구비된 배출공(7)을 통해 몸체(6)의 내부로 배출된다.

이때, 상기 배출공(7)이 냉각수를 와류형태로 분사함에 따라 몸체(6)의 내부에서 와류상으로 순환된다.

더불어, 몸체(6)의 내부로 와류형상을 가지며 공급된 냉각수는 상기 나선홈(8)에 의해 더욱 나선상으로 안내되어 와류를 더욱 안정적으로 형성하게 된다.

따라서, 내부를 순환하는 냉각수와 몸체(6)의 내주면의 접촉시간 및 접촉면적이 증대되어 동일 냉각수 유입량에 대한 냉각효율이 증대되어 별도의 냉각시스템을 증대시키지 않고도 경제적으로 냉각효율이 증진되는 효과를 가져, 장시간 안정적으로 사용할 수 있다.

이상과 같은 예로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 예들에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1 : 몸체 2 : 챔버
3 : 축 4 : 냉각관
5 : 배수관로 6 : 몸체
7 : 배출공 8 : 나선홈
9 : 기판 10 : 건
11 : 풀리

Claims (3)

1. 스퍼터링장치를 구성하며 내부에 외부로부터 냉각수를 공급받도록 고정된 냉각관이 비 회전되도록 고정되고 회전하며 일단에 배수관로가 마련된 원통 형상의 몸체를 가지는 실린더 캐소드를 구성함에 있어;
   상기한 몸체의 내부 위치된 냉각관은 냉각수가 배출되는 단부가 상기 배수관로가 위치된 부위와 대향되는 타측 부위에 위치되고 냉각수가 배출될 때 와류형태로 분사되도록 된 다수의 배출공이 구비되고,
   상기한 배출공은 냉각관에서 단면상 외주면에 대하여 접선방향으로 접하는 방향으로 형성되어 배출되는 냉각수가 몸체의 내부에서 와류형상으로 회전되게 배출되며,
   상기한 몸체의 내주면에는 나선형태의 나선홈이 형성되어 내부를 이동하는 냉각수가 나선홈에 의해 가이드 되어 와류를 형성하는 것이 용이하도록 된 것을 특징으로 하는 스퍼터링용 실린더 캐소드.
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