KR101516721B1 - 수명 및 사용 효율이 우수한 전자빔 증착용 잉곳 - Google Patents

Abstract

수명 및 사용 효율이 우수한 전자빔 증착용 잉곳에 대하여 개시한다.
본 발명의 실시예에 따른 전자빔 증착용 잉곳은 전자빔 증착 대상이 되는 물질로 형성되는 잉곳을 포함하되, 상기 잉곳은 내부가 비어 있는 튜브 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전자빔 증착용 잉곳은 전자빔 증착 대상이 되는 물질로 형성되는 잉곳을 포함하되, 상기 잉곳은 내부가 비어 있는 튜브 형상을 가지며, 상부면이 경사면으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

수명 및 사용 효율이 우수한 전자빔 증착용 잉곳 {INGOT FOR ELECTRON BEAM EVAPORATION WITH ECELLENT LIFE PROPERTY AND USING EFFICIENCY}

본 발명은 전자빔 증착용 잉곳에 관한 것으로, 보다 상세하게는 잉곳의 구조 및 형상 개선을 통하여, 수명 및 사용 효율을 향상시킬 수 있는 전자빔 증착용 잉곳에 관한 것이다.

전자빔 증착법(E-beam evaporation)은 물리적 기상 증착법(Physical Vapor Deposion)의 일종으로, 전자빔으로 잉곳을 휘발시켜서 기판에 증착하는 방식이다.

이러한 전자빔 증착법은 고품질의 박막이나 나노 구조층을 형성하는 데 많이 이용되고 있다.

전자빔 증착에 사용되는 잉곳은 통상 원기둥 혹은 각기둥 형태의 것이 이용된다.

도 1 및 도 2는 종래의 전자빔 증착용 잉곳에 전자빔이 조사되는 예를 나타낸 것이다.

도 1에 도시된 예의 경우, 전자빔이 잉곳에 90°로 조사되는 예를 나타낸 것이고, 도 2에 도시된 예의 경우, 전자빔이 잉곳에 270°로 조사되는 예를 나타낸 것이다. 90° 조사는 다이렉트 방식이라 볼 수 있고, 270° 조사는 전자기장에 의해 편향되는 방식이라 볼 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 전자빔 증착용 잉곳(110)은 전자빔 조사에 의하여 상부면에 있는 입자들부터 휘발된다. 그리고, 이러한 휘발이 계속되면서 잉곳(110)의 높이가 점차 감소한다.

그런데, 실제 전자빔 증착시에는 90° 조사 방식 및 270° 조사 방식 모두에서 잉곳의 상부면에 수직으로 전자빔이 조사되는 것이 아니라, 잉곳의 상부면에 대하여 예각 혹은 둔각을 이루면서 한쪽에 전자빔 조사가 집중되고, 반대쪽에는 전자빔 조사량이 감소한다. 그 결과, 잉곳 역시 전자빔이 조사가 집중되는 쪽은 휘발에 의한 높이 감소가 크고, 반대쪽은 높이 감소가 작게 된다. 이에 따라, 잉곳은 도 3에 도시된 바와 같이, 상부면이 경사면(120)을 이루게 되고, 점차 경사가 커지는 형태로 높이가 감소한다.

따라서, 잉곳의 많은 부분을 사용하지 못하게 되는 바, 종래의 전자빔 증착용 잉곳은 사용 효율이 높지 못하였다.

또한, 전자빔 증착 공정에서 잉곳에 열 충격이 가해진다. 일반적인 잉곳은 원기둥형이나 사각기둥형으로서, 이러한 열 충격을 잘 흡수하지 못하여 균열이 발생하고, 이러한 균열이 빠르게 전파되면서 잉곳의 일부분이 떨어져 나가는 현상이 발생한다. 따라서, 종래의 전자빔 증착용 잉곳은 수명이 길지 못하였다.

본 발명에 관련된 배경 기술로는 대한민국 특허공개공보 제10-2007-0033943호(2007.03.27. 공개)에 개시된 진공증착용 산화물 소결체 타블렛(tablet) 및 산화물 투명전도막이 있다.

본 발명의 목적은 전자빔 증착 과정 중 열 충격에 의한 잉곳의 수명 저하 문제를 해결하여, 잉곳의 수명을 향상시킬 수 있는 전자빔 증착용 잉곳을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기의 수명 향상과 더불어, 전자빔 증착 과정 중 잉곳에 경사가 발생하여 사용 효율이 낮은 문제를 해결하여, 사용 효율까지 향상시킬 수 있는 전자빔 증착용 잉곳을 제공하는 것이다.

상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전자빔 증착용 잉곳은 전자빔 증착 대상이 되는 물질로 형성되는 잉곳을 포함하되, 상기 잉곳은 내부가 비어 있는 튜브 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자빔 증착용 잉곳은 전자빔 증착 대상이 되는 물질로 형성되는 잉곳을 포함하되, 상기 잉곳은 서로 다른 내경을 갖는 튜브 형상의 복수개의 단위 잉곳들이 적층되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전자빔 증착용 잉곳은 전자빔 증착 대상이 되는 물질로 형성되는 잉곳을 포함하되, 상기 잉곳은 내부가 비어 있는 튜브 형상을 가지며, 상부면이 경사면으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자빔 증착용 잉곳은 전자빔 증착 대상이 되는 물질로 형성되는 잉곳을 포함하되, 상기 잉곳은 서로 다른 내경을 갖는 튜브 형상의 복수개의 단위 잉곳들이 적층되어 있으며, 상부면이 경사면으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전자빔 증착용 잉곳은 내부가 비어 있는 1 이상의 튜브 형태의 잉곳을 포함한다.

따라서, 전자빔 증착 도중 열 충격이 하나의 잉곳에 가해질 때, 다른 잉곳 혹은 잉곳 내부의 빈 공간으로 열 전달이 용이하여, 잉곳의 수명을 향상시킬 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 전자빔 증착용 잉곳이 서로 다른 내경을 갖는 복수의 단위 잉곳들이 지름 방향으로 적층된 형태를 갖는 경우, 하나의 단위 잉곳이 열 충격을 받더라도 해당 잉곳과 인접한 단위 잉곳 사이의 틈에서 열 충격이 흡수될 수 있다.

따라서, 열 충격에 의해 하나의 단위 잉곳에 균열이 발생하더라도 인접한 단위 잉곳에 열 충격이 전달되지 않아, 전자빔 증착시 잉곳이 떨어져 나가는 현상을 최소화할 수 있으며, 이에 따라 잉곳의 수명을 보다 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전자빔 증착용 잉곳은 상부면이 경사면, 보다 구체적으로는 실제의 전자빔 조사 방향에 대하여 수직하는 면으로 형성되어, 실질적인 잉곳 사용면적을 확대할 수 있다. 이에 따라, 전자빔 증착시 잉곳의 사용 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1 및 도 2는 종래의 전자빔 증착용 잉곳에 전자빔이 조사되는 예를 나타낸 것이다.
도 3은 불균일한 전자빔 조사에 의하여 잉곳에 경사면이 형성되는 예를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전자빔 증착용 잉곳을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자빔 증착용 잉곳을 나타낸 것으로, 튜브 형태의 2개의 단위 잉곳이 적층되어 있는 예를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전자빔 증착용 잉곳을 나타낸 것으로, 튜브 형태이면서 상부면이 경사면으로 형성된 예를 나타낸 것이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 수명 및 사용 효율이 우수한 전자빔 증착용 잉곳에 관하여 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전자빔 증착용 잉곳을 나타낸 것이다.

도 4를 참조하면, 도시된 전자빔 증착용 잉곳은 전자빔 증착 대상이 되는 물질로 형성되는 잉곳(410)을 포함한다. 전자빔 증착 대상이 되는 물질은 금속, 합금, 금속 산화물, 금속 질화물, 기타 금속 화합물 등이 될 수 있다.

이때, 잉곳(410)은 내부가 비어 있는 튜브 형상을 갖는다.

전술한 바와 같이, 잉곳이 단순한 원기둥 혹은 사각기둥 형으로만 되어 있을 경우, 열충격에 의해 잉곳에 균열이 발생하면서, 잉곳의 일부분이 탈락하는 문제점이 발생한다. 그러나, 잉곳이 튜브 형태로 되어 있는 경우, 열충격에 의해 균열은 발생할 수는 있으나, 탈락하는 현상은 나타나지 않는다. 이는 잉곳에 가해진 열이 잉곳의 내측으로 전달됨으로써, 열충격이 한곳에 집중되지 않았기 때문으로 볼 수 있다.

한편, 잉곳(410)은 20~50vol%의 기공을 포함하는 저밀도 잉곳인 것이 열충격 분산 특성에서 보다 바람직하다. 잉곳(410)에 기공이 20vol%미만의 기공이 존재할 때, 그 향상 효과는 그리 높지 않았다. 또한, 잉곳(410)에 기공이 50vol%를 초과하여 존재할 때는 잉곳 형상 유지가 어려웠다.

튜브 형상의 잉곳(410) 내부는 비어 있을 수 있고, 또한, 도 4에 도시된 예와 같이, 코어(420)가 위치할 수 있다.

이때, 코어(420)는 잉곳과 동일한 재질, 즉 전자빔 증착 대상이 되는 물질로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 전자빔 조사시 휘발이 가능한 면적이 원기둥형 등의 형태와 거의 동일할 수 있어, 튜브 형상에 따라 휘발 면적이 감소하는 것을 억제할 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자빔 증착용 잉곳을 나타낸 것으로, 튜브 형태의 2개의 단위 잉곳이 적층되어 있는 예를 나타낸 것이다.

도 5를 참조하면, 잉곳(410)은 서로 다른 내경을 갖는 튜브 형상의 복수개의 단위 잉곳들(410a, 410b, 410c)이 지름 방향으로 적층되어 있는 형태를 갖는다.

도 5에 도시된 잉곳의 경우, 단위 잉곳들 사이에 계면이 존재하며, 상기 계면에서는 미세한 틈이 존재한다. 이러한 계면의 미세한 틈에서 전자빔 증착시 가해지는 열충격 흡수가 이루어질 수 있으므로, 도 4에 도시된 잉곳에 비하여 수명 향상에 보다 효과적이다.

도 5에 도시된 잉곳의 경우에도, 전체적으로 20~50vol%의 기공을 포함할 수 있다.

또한, 도 5에 도시된 잉곳의 경우에도, 잉곳(410) 내부에 위치하는 코어(420)를 더 포함할 수 있다. 이때, 코어(420)는 잉곳과 동일한 재질로 형성될 수 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전자빔 증착용 잉곳을 나타낸 것으로, 튜브 형태이면서 상부면이 경사면으로 형성된 예를 나타낸 것이다.

도 6을 참조하면, 도시된 전지빔 증착용 잉곳은 전자빔 증착 대상이 되는 물질로 형성되는 잉곳(410)을 포함한다.

이때, 잉곳(410)은 도 4 및 도 5에 도시된 예들과 마찬가지로 내부가 비어 있는 튜브 형상으로 형성된다.

그리고, 잉곳(410) 내부에는 코어(420)가 더 포함될 수 있다. 이때, 코어(420)는 잉곳(410)과 동일한 재질로 형성될 수 있다.

또한, 잉곳(410)은 20~50vol%의 기공을 포함할 수 있다.

또한, 잉곳(410)은 서로 다른 내경을 갖는 튜브 형상의 복수개의 단위 잉곳들이 지름 방향으로 적층되어 있을 수 있다.

특히, 도 6에 도시된 잉곳(410)은 상부면(430)이 경사면으로 형성되어 있다.

전술한 바와 같이, 잉곳의 상부면이 수평면으로 되어 있을 경우, 실제 전자빔 증착 공정에서, 90° 전자빔 조사 방식 및 270° 전자빔 조사 방식 모두에 대하여, 전자빔이 잉곳에 수직으로 조사되지 못하고, 약간 경사지게, 즉 잉곳 상부면에 대하여, 예각 혹은 둔각으로 조사된다. 그 결과, 잉곳의 어느 한쪽에서는 전자빔 조사량이 더 많게 되고, 반대쪽에서는 상대적으로 전자빔 조사량이 적게 된다. 이에 따라 전자빔 조사에 의한 잉곳의 휘발량도 위치에 따라 차이가 난다.

이에, 도 6에 도시된 실시예에서는 미리 잉곳에 경사면을 부여하였다. 즉, 전자빔 증착 공정에서 실제 전자빔이 조사량이 더 많은 쪽의 높이를 높게 하고, 반대쪽의 높이를 낮게 하였다.

그 결과, 처음에는 경사면으로 존재하던 잉곳의 상부면이 점차 수평면으로 바뀌게 되고, 그 결과, 전자빔 증착 공정에서의 잉곳의 사용량이 상대적으로 증가하였다. 따라서, 도 6에 도시된 실시예의 경우, 잉곳의 사용 효율을 높일 수 있는 구조에 해당한다.

상기 잉곳 상부면(430)은 수평면을 기준으로 5~40°의 경사를 갖는 경사면으로 형성되는 것이 바람직하고, 5~20°의 경사를 갖는 경사면으로 형성된 것이 보다 바람직하다. 잉곳 상부면(430)의 경사가 5° 미만으로 수평에 가까울 경우, 전자빔 조사가 상대적으로 적은 쪽(잉곳에서 높이가 낮은 쪽)의 전자빔 증착 공정 후 잔존량이 다소 많아질 수 있다. 반대로, 잉곳 상부면(430)의 경사가 40°를 초과할 경우, 전자빔 조사가 상대적으로 적은 쪽(잉곳에서 높이가 낮은 쪽)에서는 잉곳량이 부족하게 되므로, 적어 전자빔 조사에도 휘발될 수 있는 양이 불충분할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 전자빔 증착용 잉곳은 주로 잉곳 상부면에 전체적으로 전자빔이 조사되는 스프레트 타입의 전자빔 증착이 이루어지는 공정에 이루어질 수 있다.

이때, 전자빔 조사에 의하여 잉곳 표면이 급격히 가열되는데, 잉곳 내부에 유기물, 수분, 그리고 산소, 질소, 아르곤 등의 가스 성분이 포함되어 있는 경우 증착 공정 도중 표면이 끓는 현상(gas split)이 심하게 발생할 수 있다. 따라서, 이를 억제할 필요성이 있다.

이를 위하여, 본 발명에 따른 전자빔 증착용 잉곳은 1600~1900℃의 고온에서 열처리되어 내부에 유기물, 수분 및 가스 성분이 제거될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 전자빔 증착용 잉곳은 진공에서 열처리되어, 내부에 유기물, 수분 및 가스 성분이 제거될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전자빔 증착용 잉곳은 내부가 비어 있는 1 이상의 튜브 형태의 잉곳을 포함함으로써, 전자빔 증착 공정에서 발생하는 열충격에 대하여 전달 및 흡수가 용이하여 우수한 수명을 갖는다.

또한, 본 발명에 따른 전자빔 증착용 잉곳은 미리 잉곳에 경사를 부여함으로써, 전자빔 증착 공정에서 잉곳의 사용량을 증대시킴으로써, 사용 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전자빔 증착용 잉곳은 고온 열처리 또는 진공 열처리를 통하여 잉곳 내에 존재하는 가스 성분 등을 제거할 수 있어, 증착 공정시 장애로 작용하는 가스 스플릿(gas split) 현상을 억제할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 이하에 기재되는 특허청구범위에 의해서 판단되어야 할 것이다.

110 : 잉곳
120 : 경사면
410, 410a, 420b, 420c : 튜브 형상 잉곳
420 : 코어
430 : 경사면

Claims (18)

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13. 전자빔 증착 대상이 되는 물질로 형성되며, 내부가 비어 있는 튜브 형상을 갖는 잉곳; 및
    상기 잉곳 내부에 위치하며, 상기 상기 잉곳과 동일한 재질로 형성되는 코어를 포함하며,
    상기 잉곳은 20~50vol%의 기공을 포함하고, 또한, 상기 잉곳은 서로 다른 내경을 갖는 튜브 형상의 복수개의 단위 잉곳들이 지름 방향으로 적층되어 있어 상기 단위 잉곳들 사이에 계면이 존재하며,
    상기 잉곳 및 코어의 상부면은 경사면으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전자빔 증착용 잉곳.
    
14. 제13항에 있어서,
    상기 잉곳 상부면은
    수평면을 기준으로 5~40°의 경사를 갖는 경사면으로 형성된 것을 특징으로 하는 전자빔 증착용 잉곳.
    
15. 삭제
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17. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 잉곳은 1600~1900℃에서 열처리되어, 잉곳 내부에 유기물, 수분 및 가스 성분이 제거된 것을 특징으로 하는 전자빔 증착용 잉곳.
    
18. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 잉곳은 진공에서 열처리되어, 잉곳 내부에 유기물, 수분 및 가스 성분이 제거된 것을 특징으로 하는 전자빔 증착용 잉곳.

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