KR101526120B1

KR101526120B1 - 이온빔 소스

Info

Publication number: KR101526120B1
Application number: KR1020140073489A
Authority: KR
Inventors: 김종국; 이승훈; 김기택; 홍성준; 강용진
Original assignee: 한국기계연구원; 제이케이테크(주)
Priority date: 2014-06-17
Filing date: 2014-06-17
Publication date: 2015-06-09

Abstract

이온빔 소스는 상면에 일정 깊이로 형성되는 링 형상의 내부 공간을 갖는 몸체와, 상기 몸체 상면에 구비되며, 상기 몸체의 내부 공간과 연통되어 이온빔을 인출하기 위한 개구를 갖는 음극과, 상기 몸체의 하부면으로부터 상기 내부 공간에 의해 구분되는 중앙 부위와 가장자리 중 상기 가장자리 부위를 관통하여 상기 내부 공간의 외측에서 상기 내부 공간으로 가스를 공급하기 위한 가스 공급 라인 및 상기 몸체의 내부 공간에 상기 음극과 이격되도록 구비되며, 외부로부터 인가되는 전원과 연동하여 상기 음극과 사이에서 전기장을 형성하여 상기 가스를 이온화하는 양극을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 이온빔 소스는 상기 가스를 전체적으로 균일하게 공급할 수 있어 상기 이온빔 소스의 유효 처리폭을 확장할 수 있다.

Description

이온빔 소스{Ion beam source}

본 발명은 진공 표면처리에 사용되는 이온빔 소스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마의 방전 공간에서 균일하게 이온빔을 생성할 수 있는 이온빔 소스에 관한 것이다.

일반적으로, 이온빔 소스는 일정 간격으로 이격되어 배치된 양극과 음극에 전압을 인가하고 상기 이격된 공간에 가스를 주입하여 이온을 발생시키고, 상기 이온을 전기장으로 가속하여 빔 형태로 인출한다. 상기 이온빔 기술은 필라멘트 혹은 RF 주파수를 활용하여 이온을 발생시킨 후 별도의 가속 전극을 통해 이온을 가속 인출하는 방식과 이온의 발생과 가속이 동시에 가능한 구조의 인출 방식으로 크게 나뉜다.

상기 이온의 발생과 가속이 동시에 가능한 구조의 인출방식의 경우, 폐회로 운동을 하는 전자를 이용한 폐회로 운동(Closed Drift) 형태의 이온 소스를 주로 활용한다. 상기 폐회로 운동 형태의 이온빔 소스는 이온 발생 영역을 선형으로 쉽게 확장할 수 있으며, 구조가 간단하여 다양한 표면처리 산업 분야에 사용되고 있다. 예를 들면, 상기 선형의 이온빔 소스는 인라인 혹은 롤투롤 방식의 표면처리에 용이하게 사용될 수 있다.

이때, 상기 선형 이온빔 소스가 상기 표면 처리를 균일하게 수행하기 위해서는 길이방향으로의 균일한 이온빔 인출이 요구된다. 균일한 이온빔 인출을 위해서는 방전 공간에서 이온이 균일하게 발생되어야 한다. 상기 이온의 균일한 발생을 위해서는 상기 방전 공간에 존재하는 방전 가스, 즉 이온화되는 물질이 고르게 분포하는 것이 중요하다. 따라서, 상기 이온빔 소스에서 균일한 이온빔 전류밀도 혹은 표면처리 성능을 얻기 위해서는 상기 방전 가스의 균일한 공급이 필요하다.

상기 방전 가스를 상기 이온빔 소스로 균일하게 공급하기 위한 다양한 종래 기술들이 개발되었고, 상기 종래 기술이 개시된 특허의 예로는 한국공개특허 2014-0032194호, 한국공개특허 2007-0119455호 등을 들 수 있다.

또한, 광폭 선형 이온빔 소스를 제작하기 위한 구조에 관련된 특허로는 미국등록특허 제6984942호, 제7425709호 등을 들 수 있다. 하지만 상기 특허들은 가스 분배구조보다는 전극의 광폭 연장시 정렬 및 냉각 구조 배열에 관련된 기술들로 본 기술과는 다른 범주에 속한다.

상기 종래 기술에 따르면, 상기 방전 가스가 상기 이온빔 소스의 내부 중앙에서 외측을 향해 분사되어 상기 방전 공간으로 공급된다. 이 경우, 상기 선형 이온빔에서 길이 방향 양쪽 단부의 폭이 좁아 상기 방전 가스가 상대적으로 적게 공급될 수 있다. 따라서, 상기 선형 이온빔 소스에서 양단부의 이온빔 발생이 다른 부위보다 적어 상기 이온빔이 불균일하게 인출될 수 있다.

또한, 상기 종래 기술에 따르면, 2중 혹은 3중으로 가스 유로가 형성된 튜브 및 가스 흐름판을 적용하여 상기 방전 가스를 상기 방전 공간에 균일하게 공급한다. 그러나, 상기 튜브 또는 흐름판으로 인해 상기 이온빔 소스의 구조가 복잡해질 수 있다.

그러므로, 상기 선형 이온빔의 효율적 사용을 위해 가스 공급 라인의 형태 및 위치에 대한 개선이 필요하다.

한국공개특허 2014-0032194호(2014.03.14. 공개) 한국공개특허 2007-0119455호(2007.12.20. 공개) 미국등록특허 6984942호(2006.01.10. 등록) 미국등록특허 7425709호(2008.09.16. 등록)

본 발명은 인출 이온빔의 사용 균일도를 높이기 위하여 방전 가스를 균일하게 공급할 수 있는 이온빔 소스를 제공한다.

본 발명에 따른 이온빔 소스는 상면에 일정 깊이로 형성되는 링 형상의 내부 공간을 갖는 몸체와, 상기 몸체 상면에 구비되며, 상기 몸체의 내부 공간과 연통되어 이온빔을 인출하기 위한 개구를 갖는 음극과, 상기 몸체의 하부면으로부터 상기 내부 공간에 의해 구분되는 중앙 부위와 가장자리 중 상기 가장자리 부위를 관통하여 상기 내부 공간의 외측에서 상기 내부 공간으로 가스를 공급하기 위한 가스 공급 라인 및 상기 몸체의 내부 공간에 상기 음극과 이격되도록 구비되며, 외부로부터 인가되는 전원과 연동하여 상기 음극과 사이에서 전기장을 형성하여 상기 가스를 이온화하는 양극을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 몸체는, 상면에 일정 깊이로 링 형상의 홈을 가지며, 상기 음극을 지지하는 제1 부재와, 링 형상을 가지며 상기 홈에 삽입되고, 상기 제1 부재와 같이 상기 음극을 지지하며 상기 내부 공간을 갖는 제2 부재 및 상기 제1 부재의 하부면에 구비되며, 평판 형태를 갖는 제3 부재를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 가스 공급 라인은, 상기 제3 부재를 상하로 관통하는 가스 투입구와, 상기 제3 부재의 상면에 상기 가스 투입구에서부터 다단으로 분기되어 상기 제3 부재의 가장자리까지 연장하는 제1 슬릿과, 상기 홈과 연결되도록 상기 제1 부재의 상하를 관통하여 구비되며, 상기 제3 부재의 가장자리까지 연장된 제1 슬릿과 각각 연통하는 제1 관통홀들과, 상기 제2 부재의 하부면 가장자리를 따라 형성되며, 상기 제1 관통홀들과 연통하는 제2 슬릿과, 상기 제2 부재의 가장자리를 따라 상하를 관통하도록 구비되며, 상기 제2 슬릿과 연통하는 제2 관통홀들 및 상기 제2 부재의 상부면 가장자리를 따라 형성되며, 상기 제2 관통홀들 및 상기 내부 공간과 연통하는 제3 슬릿을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 제1 관통홀들과 상기 제2 슬릿은 서로 어긋나도록 배치되어 상기 제2 슬릿이 상기 제1 관통홀들과 부분적으로 연통할 수 있다.

본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 제1 관통홀들과 상기 제2 관통홀들은 서로 엇갈리도록 배치될 수 있다.

본 발명에 따른 이온빔 소스는 가스 공급 라인이 몸체의 가장자리 부위를 관통하여 구비된다. 상기 몸체의 가장자리의 부위의 길이가 내부 공간의 길이보다 더 길어 상기 몸체에서 상기 가장자리 부위의 길이 방향 양단에 상기 가스 공급 라인을 충분히 배치할 수 있다. 상기 가스 공급 라인이 상기 내부 공간의 상기 길이 방향 양단 부위에도 나머지 부위와 마찬가지로 방전 가스를 균일하게 공급할 수 있으므로, 상기 가스가 상기 내부 공간 전체에 걸쳐 균일하게 공급될 수 있다.

또한, 상기 몸체가 제1 부재, 제2 부재 및 제3 부재로 이루어지며, 상기 제1 부재, 제2 부재 및 제3 부재에 구비된 가스 투입구, 제1 슬릿, 제1 관통홀들, 제2 슬릿, 제2 관통홀들 및 제3 슬릿이 상기 가스 공급 라인을 형성한다. 그러므로, 상기 가스 공급 라인을 통해 상기 가스를 상기 내부 공간으로 균일하게 공급할 수 있다.

상기 이온빔 소스는 상기 가스를 내부 공간 전체에 걸쳐 균일하게 공급할 수 있으므로, 상기 이온빔 소스의 유효 처리폭을 확장할 수 있다. 따라서, 상기 이온빔 소스의 사용 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온빔 소스를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 이온빔 소스를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 몸체의 제1 부재를 설명하기 위한 평면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 몸체의 제2 부재를 설명하기 위한 평면도이다.
도 5는 도 4의 A 부분을 확대한 확대도이다.
도 6은 도 2에 도시된 몸체의 제3 부재를 설명하기 위한 평면도이다.
도 7은 이온빔 소스의 위치에 따른 증착 두께를 표시한 그래프이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 이온빔 소스에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 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 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 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 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온빔 소스를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 이온빔 소스를 설명하기 위한 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 이온빔 소스(100)는 가스 방전을 이용하여 증착 또는 식각 등의 표면 처리 공정을 수행하기 위한 것으로, 몸체(110), 음극(150), 양극(160) 및 자성체(170)를 포함한다.

몸체(110)는 대략 직육면체 형상을 가지며, 상면에 일정한 깊이로 형성되는 내부 공간(112)을 갖는다. 일 예로, 내부 공간(112)은 몸체(110)의 길이 방향을 따라 연장된 링 형상을 가질 수 있다. 따라서, 몸체(110)의 상면은 내부 공간(112)에 의해 가장자리 부위와 중앙 부위로 구분될 수 있다. 몸체(110)는 자성체(170)의 금속 재질로 이루어진다.

몸체(110)는 가스 공급 라인(114)을 갖는다. 가스 공급 라인(114)은 몸체(110)의 하부면에서부터 몸체(110)를 관통하여 구비되며, 몸체(110)의 내부 공간(112)으로 방전 가스를 공급한다.

이때, 가스 공급 라인(114)은 몸체(110)의 가장자리 부위를 관통하여 구비될 수 있다. 따라서, 상기 가스가 내부 공간(112)의 외측에서부터 내부 공간(112)을 향해 공급된다. 몸체(110)의 가장자리의 부위의 길이가 내부 공간(112)의 길이보다 더 길어 몸체(110)에서 상기 가장자리 부위의 길이 방향 양단에도 가스 공급 라인(114)이 충분히 배치될 수 있다. 그러므로, 상기 가스가 내부 공간(112)의 상기 길이 방향 양단 부위에서도 나머지 부위와 마찬가지로 균일하게 공급될 수 있다. 즉, 상기 가스가 내부 공간(112) 전체에 걸쳐 균일하게 공급될 수 있다.

한편, 가스 공급 라인(114)은 몸체(110)의 중앙 부위를 관통하여 구비되는 경우, 상기 가스가 내부 공간(112)의 내측에서부터 내부 공간(112)을 향해 공급된다. 몸체(110)의 중앙 부위의 길이가 내부 공간(112)의 길이보다 더 짧으므로 몸체(110)에서 상기 중앙 부위의 길이 방향 양단에 가스 공급 라인(114)이 충분히 배치되기 어렵다. 그러므로, 상기 가스가 내부 공간(112)의 상기 길이 방향 양단 부위로 공급되는 가스의 양이 나머지 부위로 공급되는 가스의 양보다 적을 수 있다. 즉, 상기 가스가 내부 공간(112)으로 불균일하게 공급될 수 있다.

음극(150)은 몸체(110)의 상면에 내부 공간(112)을 노출하도록 구비되며, 제1 음극(152) 및 제2 음극(154)을 포함한다.

제1 음극(152)은 몸체(110)의 상면 가장자리 부위를 따라 구비된다. 예를 들면, 제1 음극(152)은 링(ring) 형상을 갖는다.

제2 음극(154)은 몸체(110)의 상면 중앙 부위에 구비된다. 예를 들면, 제2 음극(154)은 바(bar) 형상을 갖는다.

제1 음극(152)과 제2 음극(154)은 서로 일정한 간격만큼 이격되어 배치되며 개구(156)를 형성한다. 제1 음극(152)과 제2 음극(154) 사이의 개구(156)를 통해 몸체(110)의 내부 공간이 노출된다. 개구(156)를 통해 이온화된 가스가 이온빔 형태로 인출될 수 있다. 이때, 개구(156)는 상기 일 방향으로 연장된 링 형상을 갖는다.

제1 음극(152)과 제2 음극(154)의 저면에는 몸체(110)와의 결합을 위한 제1 체결홈(152a) 및 제2 체결홈(154a)이 구비된다. 제1 체결홈(152a) 및 제2 체결홈(154a)은 각각 한 개의 홈이 연장된 형태를 가질 수 있다. 구체적으로, 제1 체결홈(152a)은 링 형상을 가지며, 제2 체결홈(154a)은 바 형상을 갖는다.

다른 예로, 제1 체결홈(152a) 및 제2 체결홈(154a)은 각각 다수 개의 홈이 일정 간격으로 배열된 형태를 가질 수 있다. 구체적으로, 제1 체결홈(152a)은 다수개의 홈들이 링 형상을 가지도록 배열되며, 제2 체결홈(154a)은 다수개의 홈들이 바 형상을 갖도록 배열된다. 이 경우, 몸체(110)의 상면도 제1 체결홈(152a) 및 제2 체결홈(154a)의 형태와 대응하는 형상을 갖는다.

제1 체결홈(152a) 및 제2 체결홈(154a)은 몸체(110)의 상면을 수용한다. 제1 체결홈(152a) 및 제2 체결홈(154a)의 공차는 약 0.3 mm 이하인 것이 바람직하다. 제1 체결홈(152a) 및 제2 체결홈(154a)을 이용하여 제1 음극(152)과 제2 음극(154)을 몸체(110)의 상면에 정확하게 위치시킬 수 있다. 제1 음극(152) 및 제2 음극(154)의 길이가 약 2000 mm 이상으로 길더라도 제1 체결홈(152a) 및 제2 체결홈(154a)이 몸체(110)의 상면을 수용함으로써 음극(150)을 몸체(110)에 정확하게 위치시킬 수 있다.

또한, 몸체(110)에 자성체(170)가 내장되는 경우, 자성체(170)의 자력으로 인해 금속 재질의 제1 음극(152)과 제2 음극(154)을 몸체(110)의 상면에 정확하게 위치시키기 어렵다. 그러나, 제1 체결홈(152a) 및 제2 체결홈(154a)을 이용하면 몸체(110)에 자성체(170)가 내장되더라도 제1 음극(152)과 제2 음극(154)을 몸체(110)의 상면에 정확하게 위치시킬 수 있다.

제1 음극(152)과 제2 음극(154)을 몸체(110)의 상면에 정확하게 위치시킬 수 있으므로, 제1 음극(152)과 제2 음극(154) 사이의 간격을 일정하게 유지할 수 있다. 또한, 음극(150)과 양극 사이의 간격도 일정하게 유지할 수 있다.

한편, 음극(150)은 외부로부터 전원과 연결되지 않고, 접지되지도 않은 부유(floating) 상태를 유지한다. 몸체(110)는 음극(150)과 결합되므로 몸체(110)도 음극(150)으로 작용한다. 따라서, 음극(150)과 연결된 몸체(150)도 마찬가지로 부유 상태를 유지한다.

양극(130)은 몸체(110)의 내부 공간(112)에 구비된다. 양극(130)은 몸체(110) 및 음극(150)과 이격되도록 배치된다. 이때, 양극(130)과 몸체(110) 사이의 간격과 양극(130)과 음극(150) 사이의 간격은 동일할 수 있다. 양극(130)은 몸체(110)의 길이 방향과 동일한 방향으로 연장된 링 형상을 갖는다.

한편, 양극(130)은 별도의 지지부재에 의해 몸체(110) 및 음극(150)과 이격되도록 지지될 수 있다.

양극(130)은 외부의 전원과 연결된다. 따라서, 양극(130)은 외부로부터 인가되는 구동 전원과 연동하여 음극(150)과 양극(130) 사이의 공간에서 전기장을 발생한다. 상기 전기장에 의해 가스 공급 라인(114)을 통해 공급된 가스가 플라즈마 상태의 이온빔으로 여기된다.

음극(150)이 부유 상태이므로 양극(130)에 구동 전원이 인가되더라도 음극(150)과 양극(130)은 부위 전위 상태를 유지한다. 따라서, 이온빔 소스(100)의 표면, 예를 들면 몸체(110), 음극(150) 및 양극(130)의 표면에 도전성 물질이 부착되어 상기 이온빔에 의해 상기 도전성 물질에 전하가 축적되더라도 상기 이온빔 소스(100)와 상기 도전성 물질 사이의 전위차가 크지 않아 아킹 발생을 줄일 수 있다.

자성체(170)는 몸체(110) 내부에 몸체(110)의 길이 방향을 따라 구비된다. 자성체(170)는 다수개의 영구 자석이 상기 길이 방향을 따라 접합될 수 있다. 다른 예로, 자성체(170)는 상기 길이 방향을 따라 연장된 하나의 영구 자석일 수 있다.

플라즈마 상태에 있는 전자와 이온빔들에 자기장이 인가되면 전자와 이온빔들의 운동방향이 자기방향과 직각으로 원 운동하게 되어 전자의 구속으로 플라즈마를 일부분에 형성되게 할 수 있고, 이를 통해 플라즈마의 밀도를 원하는 곳에 집중시킬 수 있게 된다. 따라서, 자성체(170)를 통해 몸체(110)의 내부 공간(112)으로 공급된 가스의 입자들이 폐회로 운동(closed drift)에 의해 효과적으로 방전될 수 있도록 자기장을 형성함으로써 플라즈마의 밀도를 원하는 곳으로 집중시킬 수 있게 되며, 이를 통해 플라즈마가 의도되지 않은 영역에서 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도 3은 도 2에 도시된 몸체의 제1 부재를 설명하기 위한 평면도이고, 도 4는 도 2에 도시된 몸체의 제2 부재를 설명하기 위한 평면도이고, 도 5는 도 4의 A 부분을 확대한 확대도이고, 도 6은 도 2에 도시된 몸체의 제3 부재를 설명하기 위한 평면도이다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 몸체(110)는 제1 부재(120), 제2 부재(130) 및 제3 부재(140)로 이루어질 수 있다.

제1 부재(120)는 대략 직육면체 형상을 가지며, 상면에 일정 깊이로 링 형상의 홈(122)을 갖는다. 제1 부재(120)의 상면은 홈(122)에 의해 가장자리 부위와 중앙 부위로 구분될 수 있다. 제1 부재(120)의 가장자리 부위는 몸체(110)의 가장자리 부위 중 일부를 형성하고, 제1 부재(120)의 중앙 부위는 몸체(110)의 중앙 부위 중 일부를 형성한다.

따라서, 제1 부재(120)는 음극(150)을 지지할 수 있다. 구체적으로, 제1 부재(120)의 가장자리 부위는 제1 음극(152)을 지지하고, 제1 부재(120)의 중앙 부위는 제2 음극(154)을 지지한다. 이때, 제1 부재(120)의 가장자리 부위는 제1 체결홈(152a)에 삽입되며, 제1 부재(120)의 중앙 부위는 제2 체결홈(154a)에 삽입될 수 있다.

홈(122)은 몸체(110)의 내부 공간(112)보다 크기가 클 수 있다. 따라서, 제1 부재(120)의 홈(122)에 제2 부재(130)가 수용될 수 있다.

제2 부재(130)는 링 형상을 가지며, 제1 부재(120)의 홈(122)에 삽입된다. 또한, 제2 부재(130)는 내부 공간(112)을 갖는다. 내부 공간(112)에 의해 제2 부재(130)도 가장자리 부위와 중앙 부위로 구분될 수 있다.

제2 부재(130)의 가장자리 부위는 제1 부재(120)의 가장자리 부위와 함께 몸체(110)의 가장자리 부위를 형성하고, 제2 부재(130)의 중앙 부위는 제1 부재(120)의 중앙 부위와 함께 몸체(110)의 중앙 부위를 형성한다. 따라서, 제2 부재(130)는 제1 부재(120)와 함께 음극(150)을 지지할 수 있다.

제3 부재(140)는 제1 부재(120)의 하부면에 구비되고, 평판 형태를 갖는다.

가스 공급 라인(114)은 가스 투입구(142), 제1 슬릿(144), 제1 관통홀(124)들, 제2 슬릿(132), 제2 관통홀(134)들 및 제3 슬릿(136)으로 이루어질 수 있다.

가스 투입구(142) 및 제1 슬릿(144)은 제3 부재(140)에 구비되고, 제1 관통홀(124)들은 제1 부재(120)에 구비되고, 제2 슬릿(132), 제2 관통홀(134)들 및 제3 슬릿(136)은 제2 부재(130)에 구비된다.

구체적으로, 가스 투입구(142)는 제3 부재(140)를 상하로 관통한다. 예를 들면, 가스 투입구(142)는 제3 부재(140)의 중앙 부위에 배치될 수 있다. 가스 투입구(142)를 통해 상기 가스가 투입될 수 있다.

제1 슬릿(144)은 제3 부재(140)의 상부면에 구비된다. 제1 슬릿(144)은 가스 투입구(142)에서 제3 부재(140)의 가장자리까지 연장한다. 이때, 제1 슬릿(144)은 가스 투입구(142)에서 제3 부재(140)의 가장자리까지 연장하면서 다단으로 분기된다. 제3 부재(140)가 제1 부재(120)의 하부면에 구비되므로, 제1 슬릿(144)은 제1 부재(120)의 하부면에 의해 한정되어 상기 가스가 지나는 유로를 형성한다. 따라서, 상기 가스가 제1 슬릿(144)을 지나면서 균일하게 분배될 수 있다.

한편, 제1 슬릿(144)에서 제3 부재(140)의 길이 방향 양단으로 연장하는 부위에 조절 부재(146)가 구비될 수 있다. 조절 부재(146)는 제1 슬릿(144)의 개방 정도를 조절할 수 있다. 따라서, 제1 슬릿(144)의 길이 방향 양단으로 공급되는 상기 가스의 유량을 조절할 수 있다. 그러므로, 내부 공간(112)의 상기 길이 방향 양단 부위를 통해 공급되는 상기 가스의 유량도 조절할 수 있다.

일 예로, 조절 부재(146)는 제3 부재(140)의 하부면으로부터 제1 슬릿(144)까지 관통하여 체결되는 볼트일 수 있다. 상기 볼트의 체결 정도를 조절함으로써 상기 가스의 유량을 조절할 수 있다. 다른 예로, 조절 부재(146)는 제3 부재(140)에 구비되어 제1 슬릿(144)을 개폐하는 밸브일 수 있다. 상기 밸브의 개폐 정도를 조절하여 상기 가스의 유량을 조절할 수 있다.

제1 관통홀(124)들은 제1 부재(120)의 상하를 관통한다. 이때, 제1 관통홀(124)들은 제1 부재(120)의 하부면과 홈(122)을 연결한다. 또한, 제1 관통홀(124)들은 제3 부재(140)의 가장자리까지 연장된 제1 슬릿(144)과 각각 연통한다. 따라서, 상기 가스가 제1 슬릿(144)에서 제1 관통홀(124)들로 공급될 수 있다.

제2 슬릿(132)은 제2 부재(130)의 하부면 가장자리를 따라 형성된다. 예를 들면, 제2 슬릿(132)은 대략 링 형상을 갖는다. 제2 부재(130)가 제1 부재(120)의 홈(122)에 삽입되므로, 제2 슬릿(132)은 제1 부재(120)의 내측면에 의해 한정되어 상기 가스가 지나는 유로를 형성한다. 따라서, 상기 가스가 제1 관통홀(124)들에서 제2 슬릿(132)으로 공급될 수 있다.

한편, 제1 관통홀(124)들과 제2 슬릿(132)은 서로 어긋나도록 배치되므로, 제2 슬릿(132)이 제1 관통홀(124)들과 완전히 연결되는 것이 아니라 부분적으로 연결된다. 따라서, 제1 관통홀(124)들과 제2 슬릿(132)의 연결 부위의 유로가 상대적으로 좁다. 상기 가스가 제1 관통홀(124)들에서 상대적으로 좁은 연결 부위를 지나 상대적으로 넓은 제2 슬릿(132)으로 공급되므로, 상기 가스가 보다 균일하게 확산될 수 있다.

제2 관통홀(134)들은 제2 부재(130)의 가장자리를 따라 상하를 관통하도록 구비되며, 제2 슬릿(132)과 연통한다. 따라서, 상기 가스가 제2 슬릿(132)에서 제2 관통홀(134)들로 공급될 수 있다.

한편, 제2 관통홀(134)들과 제1 관통홀(124)들은 서로 엇갈리도록 배치될 수 있다. 즉, 제1 관통홀(124)들 사이에 제2 관통홀(134)들이 배치될 수 있다. 따라서, 제1 관통홀(124)들에서 제2 슬릿(132)으로 공급된 가스가 바로 제2 관통홀(134)들로 공급되지 않고 제2 슬릿(132)을 따라 이동한 후 제2 관통홀(134)들로 공급된다. 그러므로, 상기 가스가 보다 균일하게 확산될 수 있다.

제3 슬릿(136)은 제2 부재(130)의 상부면 가장자리를 따라 형성된다. 예를 들면, 제3 슬릿(136)은 대략 링 형상을 갖는다. 제2 부재(130)가 음극(150)을 지지하므로, 제3 슬릿(136)은 음극(150)의 하부면에 의해 한정되어 상기 가스가 지나는 유로를 형성한다.

제3 슬릿(136)은 제2 관통홀(134)들 및 내부 공간(112)과 연통한다. 따라서, 상기 가스가 제2 관통홀(134)들에서 제3 슬릿(136)을 지나 내부 공간(112)으로 공급될 수 있다.

제3 슬릿(136)의 폭은 제2 관통홀(134)들의 지름보다 크다. 따라서, 상기 가스가 제2 관통홀(134)들에서 제3 슬릿(136)으로 공급되면서 확산될 수 있다. 따라서, 상기 가스의 균일도를 높일 수 있다.

몸체(110)는 제1 부재(120), 제2 부재(130) 및 제3 부재(140)로 이루어지며, 제1 부재(120), 제2 부재(130) 및 제3 부재(140)에 구비된 가스 투입구(142), 제1 슬릿(144), 제1 관통홀(124)들, 제2 슬릿(132), 제2 관통홀(134)들 및 제3 슬릿(136)이 가스 공급 라인(114)을 형성한다. 그러므로, 가스 공급 라인(114)을 통해 상기 가스를 내부 공간(112)으로 균일하게 공급할 수 있다.

도 7은 이온빔 소스의 위치에 따른 증착 두께를 표시한 그래프이다.

도 7에서 1번 그래프는 가스 공급 라인이 몸체의 중앙 부위를 따라 구비되어 내부 공간의 내측에서 상기 내부 공간으로 가스를 공급하는 이온빔 소스의 위치에 따른 증착 두께를 표시한 그래프이다. 상기 이온빔 소스의 구조는 한국공개특허 2014-0032194호에 개시되어 있다.

2번 그래프는 가스 공급 라인이 몸체의 중앙 부위를 따라 구비되어 내부 공간의 내측에서 상기 내부 공간으로 가스를 공급하는 이온빔 소스의 위치에 따른 증착 두께를 표시한 그래프이다. 상기 이온빔 소스의 구조는 한국공개특허 2007-0119455호에 개시되어 있다.

3번 그래프는 본 발명에 따른 이온빔 소스의 위치에 따른 증착 두께를 표시한 그래프이다.

상기 이온빔 소스들은 가스 공급 라인을 제외한 나머지 조건이 동일한 상태에서 증착 공정을 수행하였다. 구체적으로, 400mm 의 길이를 갖는 이온빔 소스들에 1.5 m Torr의 압력, 1.2kV의 방전 전압 조건에서 아세틸렌(C2H2) 가스를 40 sccm의 유량으로 10분 동안 공급하였다.

도 7을 참조하면, 1번 그래프에서 증착 두께가 균일한 유효 처리폭은 약 300 mm이고, 2번 그래프에서 유효 처리폭은 약 320mm이고, 3번 그래프에서 유효 처리폭은 약 380mm 임을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 이온빔 소스의 유효 처리폭이 가장 길어, 가스 공급 라인이 몸체의 가장자리 부위를 따라 구비되어 내부 공간의 외측에서 상기 내부 공간으로 가스를 공급하는 구조가 방전 가스를 균일하게 공급하여 이온빔 소스의 유효 처리폭을 늘리는데 효과적임을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 이온빔 소스는 내부 공간 전체에 걸쳐 방전 가스를 균일하게 공급할 수 있으므로, 상기 이온빔 소스의 유효 처리폭을 확장할 수 있다. 따라서, 상기 이온빔 소스의 사용 효율을 향상시킬 수 있으며, 상기 이온빔 소스를 이용한 표면 처리 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 이온빔 소스 110 : 몸체
120 : 제1 부재 130 : 제2 부재
140 : 제3 부재 150 : 음극
160 : 양극 170 : 자성체

Claims

상면에 일정 깊이로 형성되는 링 형상의 내부 공간을 갖는 몸체;
상기 몸체 상면에 구비되며, 상기 몸체의 내부 공간과 연통되어 이온빔을 인출하기 위한 개구를 갖는 음극;
상기 몸체의 하부면으로부터 상기 내부 공간에 의해 구분되는 중앙 부위와 가장자리 중 상기 가장자리 부위를 관통하여 상기 내부 공간의 외측에서 상기 내부 공간으로 가스를 공급하기 위한 가스 공급 라인; 및
상기 몸체의 내부 공간에 상기 음극과 이격되도록 구비되며, 외부로부터 인가되는 전원과 연동하여 상기 음극과 사이에서 전기장을 형성하여 상기 가스를 이온화하는 양극을 포함하고,
상기 몸체는,
상면에 일정 깊이로 링 형상의 홈을 가지며, 상기 음극을 지지하는 제1 부재;
링 형상을 가지며 상기 홈에 삽입되고, 상기 제1 부재와 같이 상기 음극을 지지하며 상기 내부 공간을 갖는 제2 부재; 및
상기 제1 부재의 하부면에 구비되며, 평판 형태를 갖는 제3 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온빔 소스.
삭제
제1항에 있어서, 상기 가스 공급 라인은,
상기 제3 부재를 상하로 관통하는 가스 투입구;
상기 제3 부재의 상면에 상기 가스 투입구에서부터 다단으로 분기되어 상기 제3 부재의 가장자리까지 연장하는 제1 슬릿;
상기 홈과 연결되도록 상기 제1 부재의 상하를 관통하여 구비되며, 상기 제3 부재의 가장자리까지 연장된 제1 슬릿과 각각 연통하는 제1 관통홀들;
상기 제2 부재의 하부면 가장자리를 따라 형성되며, 상기 제1 관통홀들과 연통하는 제2 슬릿;
상기 제2 부재의 가장자리를 따라 상하를 관통하도록 구비되며, 상기 제2 슬릿과 연통하는 제2 관통홀들; 및
상기 제2 부재의 상부면 가장자리를 따라 형성되며, 상기 제2 관통홀들 및 상기 내부 공간과 연통하는 제3 슬릿을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온빔 소스.
제3항에 있어서, 상기 제1 관통홀들과 상기 제2 슬릿은 서로 어긋나도록 배치되어 상기 제2 슬릿이 상기 제1 관통홀들과 부분적으로 연통하는 것을 특징으로 하는 이온빔 소스.
제3항에 있어서, 상기 제1 관통홀들과 상기 제2 관통홀들은 서로 엇갈리도록 배치되는 것을 특징으로 하는 이온빔 소스.
제3항에 있어서, 상기 제1 슬릿에서 상기 제3 부재의 길이 방향 양단으로 연장하는 부위에 구비되며, 상기 제1 슬릿의 개방 정도를 조절하여 상기 제1 슬릿의 길이 방향 양단으로 공급되는 상기 가스의 유량을 조절하는 조절 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온빔 소스.