KR101921139B1 - Ion beam generating apparatus - Google Patents
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Abstract
이온 빔 발생 장치가 개시되며, 상기 이온 빔 발생 장치는 이온 빔 발생 장치는, 자기장 형성 공간이 폐 루프 형상으로 형성되도록, 폐 루프의 내부 둘레를 따라 복수의 내부자석이 배열되는 내부자석부; 상기 내부자석부와의 사이의 상기 자기장 형성 공간에 자기장이 형성되도록 상기 폐 루프의 외부 둘레를 따라 복수의 외부자석이 배열되는 외부자석부; 및 상기 내부자석부와 상기 외부자석부 사이에 전기장을 형성시키는 플라즈마 전극부를 포함하되, 상기 외부자석과 상기 내부자석은, 상기 자기장의 형성을 위해 상기 외부자석의 일단 자극이 향하는 방향과 상기 내부자석의 일단 자극이 향하는 방향 각각의 연장선이 상호 교차되도록 배치된다.There is provided an ion beam generator comprising: an inner magnet portion in which a plurality of inner magnets are arranged along an inner periphery of a closed loop such that a space for forming a magnetic field is formed in a closed loop shape; An outer magnet portion in which a plurality of outer magnets are arranged along an outer periphery of the closed loop so that a magnetic field is formed in the magnetic field forming space between the inner magnet portion and the inner magnet portion; And a plasma electrode portion for forming an electric field between the inner magnet portion and the outer magnet portion, wherein the outer magnet and the inner magnet are arranged such that a direction in which the one-end magnetic pole of the outer magnet faces, The extension lines of each of the directions in which the stimulation is directed are mutually intersected.
Description
본원은 이온 빔 발생 장치에 관한 것으로서, 특히 높은 플라즈마 에너지를 필요로 하는 공정에 적합한 이온 빔 발생 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an ion beam generator, and more particularly, to an ion beam generator suitable for a process requiring high plasma energy.
초기에 이온건은 우주공간에서 인공위성 등의 추진력을 만들어 방향을 전환하고 궤도를 유지하기 위한 수단으로 개발되었다. 그 후 이온건은 전처리, 에칭(etching), 이온건 스퍼터링 등의 다양한 용도로 각종 진공설비, 증착설비에 사용되어 왔다.Initially, the ion gun was developed as a means to change the direction and maintain the orbit by creating momentum such as satellite in space. Thereafter, the ion gun has been used in various vacuum equipment and vapor deposition equipment for various purposes such as pretreatment, etching, ion gun sputtering and the like.
또한, 이온건의 종류는 가속방식에 따라 Kaufman 타입과 엔드홀 타입으로 나눌 수 있다. 이 중에서, Kaufman 타입은 저이온 밀도 고이온 에너지를 사용하는 방식으로 표면 에칭, 표면 개질 처리를 목적으로 사용될 수 있다. 또한, 엔드홀 타입은 자계와 전계를 이용하여 전자가 발생되어 고속 회전되는 폐 루프(closed drift loop)를 형성하고, 이렇게 고속회전되는 전자로 인입가스를 가격하여 이온화시키며, 이온화된 가스가 양극의 척력과 음극의 인력에 의해 가속되어 에너지를 가진 이온소스로 공급되는 방식으로서, 고이온 밀도 저가속 에너지를 사용해 시료의 전처리, 대면적 크리닝 등의 분야에 사용될 수 있다.The types of ion guns can be classified into Kaufman type and end hole type according to the acceleration method. Among them, Kaufman type can be used for surface etching and surface modification treatment by using low ion density high ion energy. In the end-hole type, electrons are generated using a magnetic field and an electric field to form a closed drift loop at a high speed. The thus charged electrons are charged at a high rate to ionize the incoming gas. It is accelerated by the repulsive force and the attracting force of the negative electrode and supplied to the ion source having energy. It can be used in the fields of pretreatment of the sample and cleaning of the large area by using high ion density and low energy.
또한, 종래에는, 기존의 Diffusion mode로 사용 되던 이온건의 변형으로 인해, 자기장 발생을 담당하는 영구자석의 배치에 있어서, 냉각채널을 포함해야 하는 공간적 제약을 이유로, 하나의 영구자석이 션트(자기장 유도장치)에 의해 두 개의 극으로 작용하게 하는 방식이 주로 사용되어 왔다. 또한, 종래에는 두개의 영구자석을 마그넷 홀더를 이용하여 평면상에 N극과 S극으로 배치하여 사용하는 방법이 사용되었다.In addition, conventionally, due to the deformation of the ion gun used in the conventional diffusion mode, in the arrangement of the permanent magnet responsible for the generation of the magnetic field, one permanent magnet shunts the magnetic field Device) to act as two poles has been used mainly. In addition, conventionally, a method of using two permanent magnets arranged on the plane by N and S poles using a magnet holder was used.
예를 들어, 이온건에 대한 기술은 한국등록특허공보 제10-1667642호, 한국등록특허공보 제10-1557341호 등에 개시되어 있다.For example, techniques for ion guns are disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1667642 and Korean Patent Registration No. 10-1557341.
그런데, 상기 한국등록특허공보 제10-1667642호에 따르면, 플라즈마 발생 전극의 표면이 피코팅체와 수평하게 구비되며 피코팅체를 향하게 되는데, 이에 따라, 플라즈마가 공정에 기여하는 효율이 향상될 수는 있으나, 화학 기상 증착 공정의 코팅 물질인 전구체로 인해 플라즈마 발생 전극에 오염이 초래될 수 있었다.However, according to Korean Patent Registration No. 10-1667642, the surface of the plasma generating electrode is provided horizontally with the coating body and is directed to the coating body. Thus, the efficiency with which the plasma contributes to the process can be improved However, the precursor, which is a coating material of the chemical vapor deposition process, may cause contamination of the plasma generating electrode.
또한, 상기 한국등록특허공보 제10-1557341호에 따르면, 플라즈마 발생 전극이 피코팅체의 하측에서 피코팅체를 향하지 않고 피코팅체가 배치된 방향과 수직하게 구비되는데, 이에 따르면, 코팅 물질인 전구체의 유입으로 인한 플라즈마 발생 전극의 오염 가능성은 감소시킬 수 있으나, 플라즈마가 공정에 기여하는 효율이 낮을 수밖에 없었다.According to the Korean Patent Publication No. 10-1557341, the plasma generating electrode is provided perpendicularly to the direction in which the coating material is disposed without being directed toward the coating material from below the coating material. According to this, The possibility of the contamination of the plasma generating electrode due to the inflow of the plasma can be reduced, but the efficiency with which the plasma contributes to the process is inevitably low.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 플라즈마의 공정 기여도를 향상시키면서 플라즈마 발생 전극의 오염을 최소화할 수 있는 이온 빔 발생 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an ion beam generator capable of minimizing contamination of a plasma generating electrode while improving process contribution of the plasma.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 실시예에 따른 이온 빔 발생 장치는, 자기장 형성 공간이 폐 루프 형상으로 형성되도록, 폐 루프의 내부 둘레를 따라 복수의 내부자석이 배열되는 내부자석부; 상기 내부자석부와의 사이의 상기 자기장 형성 공간에 자기장이 형성되도록 상기 폐 루프의 외부 둘레를 따라 복수의 외부자석이 배열되는 외부자석부; 및 상기 내부자석부와 상기 외부자석부 사이에 전기장을 형성시키는 플라즈마 전극부를 포함하되, 상기 외부자석과 상기 내부자석은, 상기 자기장의 형성을 위해 상기 외부자석의 일단 자극이 향하는 방향과 상기 내부자석의 일단 자극이 향하는 방향 각각의 연장선이 상호 교차되도록 배치될 수 있다.As a technical means for achieving the above technical object, an ion beam generator according to an embodiment of the present invention includes a plurality of inner magnets arranged along an inner circumference of a closed loop such that a space for forming a magnetic field is formed in a closed loop shape Insider stone; An outer magnet portion in which a plurality of outer magnets are arranged along an outer periphery of the closed loop so that a magnetic field is formed in the magnetic field forming space between the inner magnet portion and the inner magnet portion; And a plasma electrode portion for forming an electric field between the inner magnet portion and the outer magnet portion, wherein the outer magnet and the inner magnet are arranged such that a direction in which the one-end magnetic pole of the outer magnet faces, The extension lines of each of the directions in which the stimulation is directed can be arranged to cross each other.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.The above-described task solution is merely exemplary and should not be construed as limiting the present disclosure. In addition to the exemplary embodiments described above, there may be additional embodiments in the drawings and the detailed description of the invention.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 내부자석의 일단 자극이 향하는 방향과 외부자석의 일단 자극이 향하는 방향 각각의 연장선이 상호 교차되게 내부자석과 외부자석이 배치됨으로써, 외부자석의 일단 자극과 내부자석의 일단 자극 사이의 간격을 줄어들 수 있어, 하나의 영구 자석의 N극 및 S극에 자력의 집중을 유도하는 자극캡, 션트 등이 사용되지 않고도 자기력의 세기가 향상될 수 있다. 이에 따라, 저전압으로도 플라즈마 이온화 밀도가 높아질 수 있 고, 이를 통해, 플라즈마의 공정 기여도가 향상될 수 있으며, 저전압-고전류 공정이 가능하다.According to the present invention, the inner magnet and the outer magnet are arranged such that the extending direction of the direction of the one-end magnetic pole of the inner magnet and the extending direction of the one-end magnetic pole of the outer magnet cross each other, The interval between the magnetic poles of the permanent magnets can be reduced so that the intensity of the magnetic force can be improved without using a magnetic pole cap or a shunt which induces the concentration of the magnetic force to the N pole and the S pole of one permanent magnet. As a result, the plasma ionization density can be increased even at low voltages, thereby improving the process contribution of the plasma and enabling a low-voltage-high current process.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 이온 빔 발생 장치의 개략적인 개념도이다.
도 2 및 도 3은 본원의 일 실시예에 따른 이온 빔 발생 장치에 있어서, 내부자석이 다양한 구현예에 따라 폐 루프의 내부 둘레를 따라 배열되는 것을 설명하기 위해 내부자석부와 외부자석부를 상측에서 바라보고 도시한 개략적인 개념도이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 이온 빔 발생 장치가 기상 증착 장치에 적용되는 예를 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
도 5 내지 도 7 각각은 본원의 일 실시예에 따른 이온 빔 발생 장치에 있어서, 외부자석의 일단 자극이 향하는 방향과 내부자석의 일단 자극이 향하는 방향이 이루는 각도가 90˚, 45˚ 및 135˚인 예를 도시한 개략적인 개념도이다.
도 8은 펄스직류(DC)와 교류(AC)의 효율성 차이를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
도 9는 본원의 일 실시예에 따른 이온 빔 발생 장치에서 공정부산물 등 이물질에 대한 배출 라인을 설명하기 위한 개략적인 개념도로서, 본 이온 빔 발생 장치가 수직으로 배치되는 예를 도시한 개략적인 개념도이다.
도 10은 도 9의 A의 확대도이다.
도 11은 본원의 일 실시예에 따른 이온 빔 발생 장치의 배출 라인을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 12는 본원의 일 실시예에 따른 이온 빔 발생 장치의 가스 매니폴더를 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
도 13은 도 12의 B의 확대도이다.
도 14는 본원의 일 실시예에 따른 이온 빔 발생 장치의 마그넷 포커스 가이드부를 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
도 15 내지 도 17은 본원의 일 실시예에 따른 이온 빔 발생 장치에 있어서, 내부자석이 독립적인 션트로 구비되는 것을 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.1 is a schematic conception diagram of an ion beam generator according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2 and 3 illustrate an ion beam generator according to an embodiment of the present invention in which the inner magnet is arranged along the inner circumference of the closed loop according to various embodiments, and the inner magnet portion and the outer magnet portion are viewed from above It is a schematic conceptual diagram of the reporting map.
4 is a schematic diagram for explaining an example in which the ion beam generator according to the embodiment of the present invention is applied to a vapor deposition apparatus.
Each of Figs. 5 to 7 is an ion beam generator according to an embodiment of the present invention, wherein the angle formed by the direction of one end magnetic pole of the outer magnet and the direction of one end magnetic pole of the inner magnet is 90 deg., 45 deg., And 135 deg. Is a schematic conceptual diagram showing an example in which
FIG. 8 is a graph exemplarily showing the difference in efficiency between pulsed direct current (DC) and alternating current (AC).
FIG. 9 is a schematic conceptual view for explaining a discharge line for a foreign substance such as a process by-product in the ion beam generator according to an embodiment of the present invention, and is a schematic diagram showing an example in which the present ion beam generator is vertically arranged .
10 is an enlarged view of FIG. 9A.
11 is a schematic perspective view for explaining a discharge line of an ion beam generator according to an embodiment of the present invention;
12 is a schematic diagram for explaining a gas manifold of an ion beam generator according to an embodiment of the present invention.
13 is an enlarged view of B in Fig.
FIG. 14 is a schematic diagram for explaining a magnet focus guide unit of an ion beam generator according to an embodiment of the present invention; FIG.
15 to 17 are schematic conceptual diagrams for explaining that the inner magnet is provided as an independent shunt in the ion beam generator according to the embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, the same reference numbers are used throughout the specification to refer to the same or like parts.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it is not limited to a case where it is "directly connected" but also includes the case where it is "electrically connected" do.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.It will be appreciated that throughout the specification it will be understood that when a member is located on another member "top", "top", "under", "bottom" But also the case where there is another member between the two members as well as the case where they are in contact with each other.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when an element is referred to as " including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.
또한, 본원의 실시예에 관한 설명 중 방향이나 위치와 관련된 용어(전방, 후방 등)는 피코팅체가 배치되는 방향, 다시 말해, 이온 빔이 조사되는 방향을 전방으로 하여 설정한 것이다. 도면에 피코팅체가 도시되지는 않았지만, 예를 들면, 도 1, 도 4 내지 도 7을 보았을 때 전반적으로 12시 방향이 전방, 전반적으로 6시 방향이 후방 등이 될 수 있다. 다른 예로, 도 9 및 도 10을 보았을 때 전반적으로 9시 방향이 전방, 전반적으로 3시 방향이 후방 등이 될 수 있다.In the description of the embodiments of the present invention, terms relating to directions and positions (front, back, and the like) are set in the direction in which the coating material is arranged, that is, the direction in which the ion beam is irradiated. Although the coating material is not shown in the drawing, for example, when viewed from Figs. 1 and 4 to 7, the 12 o'clock direction may be generally forward, and the 6 o'clock direction may be rearward. 9 and 10, the 9 o'clock direction may be generally forward, and the 3 o'clock direction generally may be rearward.
본원은 이온 빔 발생 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an ion beam generator.
이하에서는, 본원의 일 실시예에 따른 이온 빔 발생 장치(이하 '본 이온 빔 발생 장치'라 함)에 대하여 설명한다.Hereinafter, an ion beam generator (hereinafter referred to as a "present ion beam generator") according to an embodiment of the present invention will be described.
도 1은 본 이온 빔 발생 장치의 개략적인 개념도이고, 도 2 및 도 3은 본 이온 빔 발생 장치에 있어서, 내부자석이 다양한 구현예에 따라 폐 루프의 내부 둘레를 따라 배열되는 것을 설명하기 위해 본 이온 빔 발생 장치의 내부자석부와 외부자석부를 상측에서 바라보고 도시한 개략적인 개념도이다.FIG. 1 is a schematic conceptual view of the present ion beam generating apparatus. FIG. 2 and FIG. 3 are views for explaining that in the present ion beam generating apparatus, the inner magnets are arranged along the inner circumference of the closed loop according to various embodiments. FIG. 8 is a schematic view showing the inner magnet portion and the outer magnet portion of the ion beam generator viewed from above; FIG.
도 1을 참조하면, 본 이온 빔 발생 장치는 내부자석부(1)를 포함한다. 도 2를 참조하면, 내부자석부(1)는 복수의 내부자석(11)을 포함한다. 복수의 내부자석(11)은 자기장 형성 공간이 폐 루프 형상으로 형성되도록, 폐 루프의 내부 둘레를 따라 배열된다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 내부자석(11)이 폐 루프의 둘레를 따라 배열된다는 것은, 내부자석(11)이 부분적으로 2열을 갖는 폐루프 형상으로 배열되어 자기장 형성 공간을 이루는 폐 루프의 내부 둘레를 이루는 것(도 2 참조) 또는 내부자석(11)이 1열로 배열되어 폐 루프의 내부 둘레를 이루는 것(도 3 참조)을 포함하는 의미일 수 있다.Referring to Fig. 1, the present ion beam generating apparatus includes an
또한, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 이온 빔 발생 장치는 외부자석부(2)를 포함한다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 외부자석부(2)는 내부자석부(1)와의 사이의 자기장 형성 공간에 자기장이 형성되도록, 폐 루프의 외부 둘레를 따라 배열되는 복수의 외부자석(21)을 포함한다.1 and 2, the present ion beam generating apparatus includes an
도 1을 참조하면, 외부자석(21)과 내부자석(11) 사이에 자기장이 형성되기 위해, 외부자석(21)의 일단 자극(211)과 내부자석(11)의 일단 자극(111)은 서로 극성이 반대일 수 있다. 예시적으로, 도 1을 참조하면, 외부자석(21)은 일단 자극(211)이 S극이고 타단 자극(212)이 N극일 수 있다. 이러한 경우, 내부자석(11)은 일단 자극(111)이 N극이고 타단 자극(112)이 S극일 수 있다. 예시적으로, 외부자석(21)및 내부자석(11) 각각은 영구 자석일 수 있다.1, a
참고로, 도 2 및 도 3을 참조하면, 폐 루프는 트랙(track) 형상일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 폐 루프는 원형, 타원형 등의 폐쇄된 곡선 루프 형상 또는 각형 루프 형상일 수 있다.For reference, referring to FIGS. 2 and 3, the closed loop may be in the form of a track, but is not limited thereto. As another example, the closed loop may be a closed curved loop shape such as a circle, an ellipse, or the like, or a rectangular loop shape.
이하에서 설명하겠지만, 내부자석부(1)와 외부자석부(2) 사이(자기장 형성 공간)에 플라즈마 이온 및 플라즈마 전자가 발생될 수 있다. 또한, 내부자석부(1)와 외부자석부(2)는 플라즈마 전극부(3)에 의해 형성되는 전기장과의 연계를 통해 전자를 포집하여 가속시킴으로써, 가스의 이온화율을 증대시킬 수 있다.Plasma ions and plasma electrons can be generated between the inner magnetizing
도 1을 참조하면, 본 이온 빔 발생 장치는 내부자석부(1)와 외부자석부(2) 사이에 전기장을 형성시키는 플라즈마 전극부(3)를 포함한다. 플라즈마 전극부(3)에 고전압을 공급하고 외부자석부(2)와 내부자석부(1)의 자기장의 도움으로 효과적으로 공정가스를 이온화시킬 수 있다. 이에 따라, 내부자석(11)과 외부자석(21)이 1차전자에 회전에너지를 주어 폐 루프 내에 존재하는 공정가스의 이온화율을 높이면서 플라즈마 이온 및 플라즈마 전자가 생성될 수 있다. 이 중에서, 플라즈마 이온을 포함하는 양전하는 플라즈마 전극부(3)에 의하여 형성된 전기장에 의해 전방으로 튕겨져 조사(이온 빔 조사)되고, 플라즈마 전자를 포함하는 음전하는 로렌츠 힘의 작용에 의해 상술한 폐 루프를 따라 고속의 사이클로트론 운동을 하게 된다. 이러한 플라즈마 전자의 고속 회전 운동에 의해 폐 루프 내의 공정가스가 높은 밀도로 이온화될 수 있다.1, the present ion beam generator includes a
즉, 내부자석부(1)와 외부자석부(2)에 의한 자기장과 플라즈마 전극부(3)에 의한 전기장에 의해 전자가 포집되어 공정가스가 이온화될 수 있고, 이에 따라, 내부자석부(1)와 외부자석부(2) 사이에 플라즈마 이온 및 플라즈마 전자가 발생될 수 있다.That is, electrons are trapped by the magnetic field generated by the
다시 말해, 본 이온 빔 조사 장치에 의하면, 외부로부터 공급된 전원의 포텐셜에 의해 발생한 플라즈마 전자가 폐 루프를 고속으로 이동하면서 공정가스를 이온화시키고, 이온화된 양 전하는 양극의 플라즈마 전극부(3)의 척력에 의해 전방으로 조사(이온 빔 조사)되는 구조를 갖는다.In other words, according to the present ion beam irradiating apparatus, plasma electrons generated by the potential of a power source supplied from the outside ionize the process gas while moving the closed loop at a high speed, and ionized positive charges are generated in the
본 이온 빔 조사 장치가 기상 증착 장치에 적용되는 경우, 본 이온 빔 조사 장치는 이하와 같이 작용할 수 있다.When the present ion beam irradiating apparatus is applied to a vapor deposition apparatus, the present ion beam irradiating apparatus can act as follows.
도 4는 본 이온 빔 조사 장치가 기상 증착 장치에 적용되는 예를 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.4 is a schematic diagram for explaining an example in which the present ion beam irradiating apparatus is applied to a vapor deposition apparatus.
도 4를 참조하면, 본 이온 빔 조사 장치가 기상 증착 장치에 적용되는 경우, 초기 고진공 상태에서 가스 유입 라인(61)에 의해 공정가스(예를 들면, O2, N2, Ar, C, N2O, CH4 등)가 공급될 수 있고, 공정가스가 공급되면, 플라즈마 전극부(3)에 교류 또는 펄스파직류가 인가되어 플라즈마가 형성될 수 있다. 또한, 선구체 공급장치(4)를 통해 선구체(HMDSO, TMDSO, TiCl4, TMA, TTIP 등)가 공급될 수 있고, 선구체가 공급되면, 플라즈마를 통해 선구체가 해리, 분해, 재결합 등을 통해 박막의 형태로 피코팅체에 증착될 수 있다. 이때, 선구체 공급장치(4)를 중심으로 양측의 플라즈마 전극부(3)에는 교류 또는 펄스직류가 +와 -를 교번되며, 극성 변화에 따라 인력과 척력이 교대로 작용됨에 의해 왕복하는 이온, 전자가 화학기상증착이 일어나는 부분을 통과하면서 반응에 기여하게 된다. 이때, 플라즈마 밀도, 발생부위, 교번방향에 의해 증착에 기여하는 이온의 밀도에는 변화가 발생하는데, 이에 따라 박막조성의 변화, 미분해 잔류 물질의 존재 등의 현상이 발생하게 된다. 참고로, 후술하겠지만, 플라즈마 전극부(3)에는 펄스 직류가 공급됨이 바람직하다.Referring to FIG. 4, when the present ion beam irradiating apparatus is applied to a vapor deposition apparatus, a process gas (for example, O 2 , N 2 , Ar, C, N 2 O, CH 4, and the like) may be supplied to the
도 5는 본 이온 빔 발생 장치에 있어서, 외부자석(21)의 일단 자극(211)이 향하는 방향과 내부자석(11)의 일단 자극(111)이 향하는 방향이 이루는 각도(θ)가 90˚인 예를 도시한 개략적인 개념도이고, 도 6은 본 이온 빔 발생 장치에 있어서, 외부자석(21)의 일단 자극(211)이 향하는 방향과 내부자석(11)의 일단 자극(111)이 향하는 방향이 이루는 각도(θ)가 45˚인 예를 도시한 개략적인 개념도이며, 도 7은 본 이온 빔 발생 장치에 있어서, 외부자석(21)의 일단 자극(211)이 향하는 방향과 내부자석(11)의 일단 자극(111)이 향하는 방향이 이루는 각도(θ)가 135˚인 예를 도시한 개략적인 개념도이다.5 shows that the ion beam generator according to the present embodiment is configured such that the angle θ formed by the direction of the one end
외부자석(21)과 내부자석(11)은 자기장의 형성을 위해 외부자석(21)의 일단 자극(211)(일단 자극의 중심)이 향하는 방향과 내부자석(11)의 일단 자극(111)(일단 자극의 중심)이 향하는 방향 각각의 연장선이 상호 교차되도록 배치된다.The
여기서, 각각의 연장선이 상호 교차된다는 것은 두 연장선이 나란하지 않게, 그리고 서로 동일한 선 상에 겹쳐지지 않게 연장되어 교차점이 발생한다는 것을 의미할 수 있다. 예시적으로, 도 5 내지 도 7을 참조하면, 내부자석(11) 및 외부자석(21)은 외부자석(21)의 일단 자극(211)이 향하는 방향(외부자석(21)의 일단 자극(211)이 향하는 방향의 연장선)과 내부자석(11)의 일단 자극(111)이 향하는 방향(내부자석(11)의 일단 자극(111)이 향하는 방향의 연장선)이 이루는 각도(θ)가 0˚ 초과 180˚ 미만으로 형성되도록 배치될 수 있다. 다만, 바람직하게는, 외부자석(21)의 일단 자극(211)이 향하는 방향과 내부자석(11)의 일단 자극(111)이 향하는 방향이 이루는 각도(θ)는 45˚ 내지 135˚일 수 있다.Here, the mutual intersection of the extension lines means that the two extension lines are not juxtaposed, and that they extend so as not to overlap each other on the same line, so that an intersection occurs. 5 to 7, the
이에 따라, 종래에 비해 본 이온 빔 발생 장치의 외부자석(21)과 내부자석(11) 사이의 자기력선의 밀도는 높아질 수 있고, 자기장의 세기는 향상될 수 있다.Accordingly, the density of the magnetic field lines between the
쿨롱 법칙()에 의하면 자기력의 크기는 두 개의 자석 각각의 자극의 세기의 곱에 비례하고 두 개의 자석 각각의 자극간의 거리의 제곱에 반비례하게 되어 있다.Coulomb's Law ), The magnitude of the magnetic force is proportional to the product of the intensity of the stimulus of each of the two magnets and is inversely proportional to the square of the distance between the stimuli of the two magnets.
이는 다시 말해, 두 개의 자석 각각의 자극의 직선 거리가 1/2로 줄어들 경우, 자기장의 세기는 4 배로 강해짐을 의미하고, 두 개의 자석 각각의 자극이 서로 마주보는 각도가 되었을 때 자기장의 세기가 더 강해짐을 의미할 수 있다.This means that when the linear distance of the magnetic poles of each of the two magnets is reduced to 1/2, the intensity of the magnetic field becomes four times stronger, and when the magnetic poles of the two magnets face each other, It can mean that it is stronger.
이러한 점을 근거로, 본 이온 빔 발생 장치는 자장 쉴드의 끝단 각각에 내부자석(11) 및 외부자석(21)을 배치하고 외부자석(21)의 일단 자극(211)이 향하는 방향과 내부자석(11)의 일단 자극(111)이 향하는 방향 각각의 연장선이 상호 교차되게 배치하는 공간 최적화를 함으로써, 종래와 달리 하나의 영구 자석의 N극 및 S극에 자력의 집중을 유도하는 자극캡, 션트 등을 사용하지 않고도 외부자석(21)의 일단 자극(211)과 내부자석(11)의 일단 자극(111) 사이의 간격(거리)을 크게 줄일 수 있고, 이를 통해, 자기력의 세기를 대폭 향상시킬 수 있다.In this ion beam generator, the
이와 같이, 본 이온 빔 발생 장치에 의하면 자기장의 세기가 향상되므로 저전압 고전류의 공정이 가능하다.As described above, according to the ion beam generator of the present invention, since the strength of the magnetic field is improved, a process of a low-voltage high current is possible.
일반적으로, 플라즈마 보조 화학기상 증착법의 경우 플라즈마 이온화 밀도가 낮거나, 플라즈마 에너지 적용도가 낮을 경우, 박막의 고유 지수인 굴절률이 낮아지거나 박막의 밀도, 경도 등이 낮아질 수 있다.Generally, in the case of the plasma-assisted chemical vapor deposition method, when the plasma ionization density is low or the plasma energy application is low, the refractive index, which is the intrinsic index of the thin film, may be lowered or the density and hardness of the thin film may be lowered.
이에 따라, 플라즈마 이온화 밀도는 높을 필요가 있는데, 플라즈마 이온화 밀도를 높이기 위해서는 power를 높여 전류의 양을 높이는 방법 밖에는 없는데 이런 경우 전압도 함께 높아져 Arc위험도 높고 power supply가 감당해야 할 부하가 커지며 또한 power supply의 사양이 고전압 용으로 높아져야 하는 문제들이 발생할 수 있다. 그런데, 플라즈마 이온화 밀도를 높이기 위해 가장 범용으로 사용되고 있는 power supply의 일반적인 사양은 800V가 최대이고, 그 이상의 사양은 특별 주문으로 제작해야한다. 즉, 종래에는 플라즈마 이온화 밀도를 높이기 위해서는 고전류-고전압 공정이 이루어져야 했는데, 고전류-고전압 공정을 위해서는 특별 주문으로 제작된 power supply가 필요했다.Therefore, in order to increase the plasma ionization density, the plasma ionization density needs to be increased. In order to increase the plasma ionization density, there is no way to increase the amount of current by increasing the power. In this case, May require high-voltage specifications. However, the general specification of the power supply which is most commonly used to increase the plasma ionization density is the maximum of 800V, and the specification of the power supply should be made on special order. Conventionally, a high current-to-high voltage process was required to increase the plasma ionization density, and a special order power supply was required for the high current-high voltage process.
반면에, 상술한 바와 같이, 본 이온 빔 발생 장치에 의하면, 외부자석(21)의 일단 자극(211)이 향하는 방향과 내부자석(11)의 일단 자극(111)이 향하는 방향 각각의 연장선이 상호 교차되게 배치됨으로써, 자기장의 세기가 향상되므로, 저전압으로도 고전류의 공정이 가능하다.As described above, according to the present ion beam generator, the extension line of the direction in which the one end
예를 들어, 일반적으로 자기장의 세기가 약할 경우 전압의 세기 700~800볼트에서 플라즈마가 형성되고 어떤 경우 power supply에서 초기 공급하는 ignition voltage 이상에서도 플라즈마가 발생하지 않는 경우도 있다. 이러한 경우 10kW를 인가 했을 때 12.5A의 전류가 흐르게 된다. 반면에, 본 이온 빔 발생 장치에 의하면, 자기장 세기가 높아지므로, 플라즈마 형성을 위한 전압의 세기를 400볼트까지 낮출 수 있고, 10kW를 인가 했을 때 25A의 전류가 인가 되어 플라즈마 밀도가 높아질 수 있다.For example, in general, if the magnetic field strength is weak, the plasma is formed at a voltage of 700 to 800 volts, and in some cases, the plasma may not be generated beyond the ignition voltage initially supplied by the power supply. In this case, a current of 12.5 A flows when 10 kW is applied. On the other hand, according to the present ion beam generator, since the intensity of the magnetic field is increased, the intensity of the voltage for plasma formation can be lowered to 400 volts, and the plasma density can be increased by applying a current of 25 A when 10 kW is applied.
전술한 바에 따르면, 본 이온 빔 발생 장치는 종래의 이온건(이온 빔 발생 장치)의 개량형으로서, 1500V 이상의 고전압 - 3A이하의 저전력에서 동작하는 종래의 이온건의 단점을 보완하여 500V 내외 - 40A 이상의 저전압 고전력 공정이 가능하며, 종래 이온건 대비 높은 플라즈마 밀도를 실현할 수 있다.As described above, the ion beam generator of the present invention is an improvement of the conventional ion gun (ion beam generator), and it compensates for the disadvantages of the conventional ion gun operating at a high voltage of not less than 1500V and a low power of not more than 3A, A high-power process is possible, and a plasma density higher than that of a conventional ion gun can be realized.
도 8은 직류(DC)와 교류(AC)의 효율성 차이를 예시적으로 보여주는 그래프이다.FIG. 8 is a graph illustrating an exemplary difference in efficiency between direct current (DC) and alternating current (AC).
본 이온 빔 발생 장치는, 양극형 펄스 직류(DC)를 사용할 수 있다. 일반적으로 플라즈마 보조 화학기상 증착법의 파워는 교류(AC)를 사용하게 되어 있다. 그런데, 도 8을 참조하여 직류 및 교류 각각의 면적비를 비교해보면, +, -의 공급이 sine wave 형태인 교류파장보다 +, -의 공급이 직사각형 형태인 직류파장이 높음을 확인할 수 있다. 이 점에 근거하여, 본 이온 빔 발생 장치는 양극형 펄스 직류를 사용함으로써, 이온화 밀도를 높일 수 있다.The present ion beam generating apparatus can use a bipolar pulse direct current (DC). Generally, the power of the plasma assisted chemical vapor deposition method is to use alternating current (AC). Referring to FIG. 8, it can be seen that the supply of + and - is higher than that of sine wave, and the supply of + and - is higher than that of rectangle. Based on this point, the present ion beam generating apparatus can increase the ionization density by using a bipolar pulse direct current.
이러한 본 이온 빔 발생 장치는, 전처리, 표면에칭 등과 같은 종래의 이온빔 소스가 적용되던 분야와 달리, 플라즈마 밀도가 높아야 하고 고 파워용 이온건이 적용되던 분야인 플라즈마 보조 화학기상 증착 등에 효과적으로 사용될 수 있다. 즉, 본 이온 빔 발생 장치는 고 이온화율을 구현할 필요가 있는 분야(대상) 및 고 증착 에너지의 공급이 필요한 분야(대상)에 대해 효과적으로 적용될 수 있다.Unlike conventional ion beam sources such as pretreatment, surface etching, etc., the present ion beam generator can be effectively used for plasma assisted chemical vapor deposition, which is a field where high plasma density and high power ion gun are applied. That is, the present ion beam generating apparatus can be effectively applied to a field (object) in which a high ionization rate needs to be realized and a field (object) in which a high vapor deposition energy is required to be supplied.
예를 들어, 진공상태에서 금속 및 비금속 박막을 형성하는 방법으로 용융 증발법, 전자빔 증착법, 진공스퍼터링법, 아크증착법, 화학기상 증착법 등이 있는데, 본 이온 빔 발생 장치는 용융 증발법, 전자빔 증착법, 진공스퍼터링법, 아크증착법, 화학기상 증착법 등에 적용될 수 있다. 또한, 최근 산업용 화학기상 증착법 중 ICP, CCP type 이 아닌 이온빔 플라즈마를 이용한 화학기상 증착을 이용하여 연속적인 공정으로 진행하기 위한 기술이 있는데, 본 이온 빔 발생 장치는 이온빔 플라즈마를 이용한 화학기상 증착에 적용될 수 있다.For example, there are a melt evaporation method, an electron beam evaporation method, a vacuum sputtering method, an arc evaporation method, a chemical vapor deposition method, and the like as a method of forming a metal and a non-metal thin film in a vacuum state. Vacuum sputtering method, arc vapor deposition method, chemical vapor deposition method, and the like. In addition, there is a technology for progressing to a continuous process by using chemical vapor deposition using an ion beam plasma instead of ICP and CCP type among industrial chemical vapor deposition methods recently. The present ion beam generating apparatus is applied to chemical vapor deposition using ion beam plasma .
또한, 플라즈마 보조 화학 기상 증착과 같이 이온화 밀도가 많을수록 좋은 경우에는 같은 전력에서 공정 전압이 낮고 플라즈마 밀도를 좌우하는 전류의 양이 높아야 공정이 유리할 수 있다. 이에 따라, 본 이온 빔 발생 장치가 플라즈마 보조 화학 기상 증착에 적용되면 보다 공정이 유리해질 수 있다.Also, if the ionization density is higher, such as plasma-assisted chemical vapor deposition, the process may be advantageous if the process voltage is lower and the amount of the current depending on the plasma density is higher at the same power. Accordingly, when the present ion beam generator is applied to the plasma assisted chemical vapor deposition, the process can be more advantageous.
도 1을 참조하면, 플라즈마 전극부(3)는 자기장 형성 공간의 후방에 구비될 수 있다. 또한, 플라즈마 전극부(3)는 전극면(31)이 자기장 형성 공간을 향하도록 전방(피코팅체가 놓인 방향, 즉 이온 빔이 조사되는 방향)에 대해 비스듬하게 형성될 수 있다. 예시적으로, 전극면(31)의 면 형성 방향이 전방과 이루는 각도는 10˚ 이상, 80˚ 이하일 수 있다. 바람직하게는 전극면(31)의 면 형성 방향이 전방과 이루는 각도는 15˚ 내지 75˚일 수 있다. 이에 따라, 전극면(31)은 자기장의 형성 방향 중 적어도 일부 방향과 대략적으로 평행할 수 있다. 특히, 전극면(31)의 면 형성 방향이 전방과 이루는 각도가 45˚인 경우, 전극면(31)은 자기력선 형성 방향 중 적어도 일부 방향과 보다 평행하게 형성될 수 있다.Referring to FIG. 1, the
이처럼 전극면(21)이 전방에 대해 비스듬하게 형성됨으로써, 플라즈마 전극부(3)의 오염이 저감될 수 있다.As described above, the
본원의 배경기술에서 언급한 종래의 이온건의 경우, 플라즈마 발생 전극의 표면이 피코팅체와 수평하게 구비되며 피코팅체를 향하게 되므로, 코팅 물질인 전구체로 인해 플라즈마 발생 전극에 오염이 초래될 수 있었다. 또한, 본원의 배경기술에서 언급한 종래의 다른 이온건의 경우, 플라즈마 발생 전극이 피코팅체의 하측에서 피코팅체를 향하지 않고 피코팅체가 배치된 방향과 수직하게 구비되므로, 플라즈마가 공정에 기여하는 효율이 낮을 수밖에 없었다.In the case of the conventional ion gun mentioned in the background of the present invention, since the surface of the plasma generating electrode is horizontally provided with the coating body and is directed to the coating body, contamination of the plasma generating electrode may be caused by the precursor which is a coating material . Further, in the case of other conventional ion guns mentioned in the Background of the Invention, since the plasma generating electrode is provided perpendicularly to the direction in which the coating material is disposed without being directed to the coating material from below the coating material, The efficiency was low.
반면에, 본 이온 빔 발생 장치에 의하면, 플라즈마 전극부(3)의 전극면(31)이 피코팅체가 놓인 방향(이온 빔이 조사되는 방향), 즉 전방에 대해 비스듬하게 형성되므로, 선구체의 플라즈마 전극부(3)로의 유입이 감소될 수 있어, 플라즈마 전극부(3)의 오염 가능성을 낮출 수 있다. 또한, 본 이온 빔 발생 장치에 의하면, 외부자석(21)의 일단 자극(211)이 향하는 방향과 내부자석(11)의 일단 자극(111)이 향하는 방향 각각의 연장선이 상호 교차되도록 배치되므로, 외부자석(21)과 내부자석(11) 사이의 자기력선의 밀도는 종래 대비 훨씬 높아질 수 있고, 자기장의 세기가 향상되어 플라즈마가 공정에 기여하는 효율이 향상될 수 있다.On the other hand, according to the present ion beam generator, since the
즉, 본 이온 빔 발생 장치는 내부자석(11) 및 외부자석(21)의 배치를 각각의 일단 자극이 바라보는 방향의 연장선 상에 교차점이 형성되도록 입체적으로 구성하여 종래 대비 강한 자기력선을 형성함과 동시에 플라즈마 전극부(3)의 전극면(31)을 전방에 대해 소정의 각도를 가지도록 비스듬하게 형성시켜 플라즈마 전극부(3)에 대한 오염 가능성을 낮출 수 있고, 플라즈마 이동 방향에서도 유리하며, 저전압- 고전류 공정이 가능한 이온 빔 발생 장치라 할 수 있을 것이다.That is, in the present ion beam generator, the arrangement of the
이와 같은 본 이온 빔 발생 장치는 높은 플라즈마 에너지를 필요로 하는 공정(이를테면, 진공 코팅 공정)에 높은 적합성을 가질 수 있다.Such a typical ion beam generator may have high suitability for processes requiring high plasma energy (such as a vacuum coating process).
참고로, 플라즈마 전극부(3)는 플라즈마 전극부 냉각 채널(39)을 포함할 수 있다.For reference, the
또한, 본 이온 빔 발생 장치에 의하면, 내부자석부(1) 및 외부자석부(2) 각각에 대한 냉각 채널 형성 공간이 확보될 수 있다. 예를 들어, 도 1을 참조하면, 내부자석(11)이 폐루프 형태로 배열되는 경우, 2 열로 배치되는 내부자석(11) 사이에 내부자석 냉각 채널(19)이 구비될 수 있다. 또한, 외부자석(21)의 전방 측(도 1 기준 12시 방향)에 외부자석 냉각 채널(29)이 구비될 수 있다. 내부자석부(1) 및 외부자석부(2) 각각에 대한 냉각 채널(19, 29)에 의해 고전류의 인가로 인한 고밀도 및 고에너지의 발열로부터 내부자석(11) 및 외부자석(21)이 보호될 수 있다. 이에 따라, 내부자석 냉각 채널(19) 및 외부자석 냉각 채널(29)에 의해 의해 플라즈마 에너지로 인해 발생되는 열로부터 내부자석(11) 및 외부자석(21)의 탈자가 방지될 수 있다. 참고로, 냉각 채널(19, 29)은 내부자석부(1) 및 외부자석부(2)에 냉각수를 공급할 수 있다. 이를 위해 냉각 채널(19, 29)에는 냉각수 공급 라인이 연결될 수 있다.Further, according to the ion beam generator of the present invention, a cooling channel forming space for each of the
또한, 본 이온 빔 발생 장치는 플라즈마 가이드(7)를 포함할 수 있다. 예시적으로 도 1 및 도 11을 함께 참조하면, 플라즈마 가이드(7)는 폐 루프 형태로 형성되는 내부자석부(1)의 내부자석(11) 사이, 즉 내부 자석(11)의 폐 루프 내측을 따라 전방으로 돌출되게 구비될 수 있다. 이러한 플라즈마 가이드(7)는 자기장 방향에 의해 회전하면서 서로 역방향으로 주행하는 전자의 이동 운동에 대한 가이드 역할을 함은 물론, 전기장의 변화에 따라 교번하는 플라즈마 이온의 가속성을 향상시키고 전극의 오염을 줄이는 역할을 할 수 있다.In addition, the present ion beam generator may include a
도 9는 본 이온 빔 발생 장치에서 공정부산물 등 이물질에 대한 배출 라인을 설명하기 위한 개략적인 개념도로서, 본 이온 빔 발생 장치가 수직으로 배치되는 예를 도시한 개략적인 개념도이고, 도 10은 도 9의 A의 확대도이며, 도 11은 본 이온 빔 발생 장치의 배출 라인을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다. 9 is a schematic conceptual view for explaining a discharge line for foreign substances such as process by-products in the present ion beam generator, and is a schematic conceptual view showing an example in which the present ion beam generator is vertically arranged. Fig. 11 is a schematic perspective view for explaining a discharge line of the present ion beam generator. Fig.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 외부자석부(2)와 플라즈마 전극부(3) 사이에는 배출 라인(5)이 형성될 수 있다. 예시적으로, 배출 라인(5)은 전방(도 9 및 도 10 기준 9시 방향)과 직교하는 방향으로 형성될 수 있다. 이러한 배출 라인(5)을 통해 공정부산물을 포함하는 이물질이 드레인될 수 있다. 부산물은 플라즈마 전극부(3)의 변형, 아크 발생 요인 플라즈마 전극부(3)의 편마모, 제품 불량 등의 원인이 될 수 있으며, 특히, 금속성 부산물은 절연 파괴의 원인으로도 작용해 공정 진행을 불가능하게 할 수 있다. 본 이온 빔 발생 장치는 이물질이 드레인되는 배출 라인(5)을 포함함으로써, 상기 문제들의 발생을 최소화할 수 있다.9 to 11, a
예시적으로, 도 9를 참조하면, 본 이온 빔 발생 장치가 수직 방향으로(전방이 수평 방향을 향하도록) 세워져 배치되는 경우(이를 테면, Vertical type CVD 공정에 적용되는 경우), 배출 라인(5)은 부산물이 모일 수 있는 하부로 연장되는 형태(도 9 기준 9시를 향하는 전방과 직교하는 6시 방향)에 형성됨이 바람직하다. 이를테면, 배출 라인(5)은 외부자석부(2)와 플라즈마 전극부(3) 사이를 따라 하부로 연장되는 형태로 형성될 수 있다. 다만, 배출 라인(5)의 스펙, 위치 등은 자기장에 대한 영향이 최소화되고 플라즈마의 누설이 발생되지 않도록 설정될 수 있다.9, when the present ion beam generating apparatus is disposed upright in the vertical direction (such that the front is directed to the horizontal direction) (for example, when applied to a vertical type CVD process), the
도 12는 본 이온 빔 발생 장치의 가스 매니폴더를 설명하기 위한 개략적인 개념도이고, 도 13은 도 12의 B의 확대도이다.Fig. 12 is a schematic conceptual view for explaining the gas manifold of the present ion beam generator, and Fig. 13 is an enlarged view of Fig. 12B.
도 12를 참조하면, 본 이온 빔 발생 장치는 플라즈마 전극부(3)의 전극면(31) 상으로 가스를 공급하는 가스 매니폴더(6)를 포함할 수 있다. 도 12 및 도 13을 참조하면, 가스 매니폴더(6)는 가스를 공급하는 가스 유입 라인(61)을 포함할 수 있다. 가스는 플러싱용 가스(기체)일 수 있다.12, the present ion beam generator may include a
예시적으로, 가스 매니폴더(6)는 플라즈마 전극부(3)의 전극면(31) 상의 이물질(부산물)에 대한 플러싱(flushing)이 이루어지도록 플러싱용 가스를 소정 시간 동안 공급할 수 있다. 플러싱용 가스는 반응성이 없는 기체일 수 있는데, 예를 들어, N2일 수 있다.Illustratively, the
피코팅체가 수평으로 배치되어 공정이 진행되는 Horizontal type CVD 공정의 경우, 공정 부산물과 같은 이물질이 플라즈마 전극부(3) 상에 떨어져 산포될 수 있다. 이러한 이물질을 제거하기 위해 가스 매니폴더(6)는 전극면(31) 상으로 플러싱용 가스를 공급할 수 있다. 특히, 진공 상태인 챔버 내에 배치된 플라즈마 전극부(3)에서는 정전기 등이 발생되지 않으므로, 약간의 외력이 가해지면 이물질이 전극면(31)으로부터 이탈될 수 있다. 본 이온 빔 발생 장치는 이를 이용해 플러싱용 가스를 공급함으로써, 이물질을 용이하게 전극면(31)으로부터 제거할 수 있다.In the case of the horizontal type CVD process in which the coating process is performed horizontally, a foreign substance such as a process by-product can be scattered on the
도 13을 참조하면, 가스 유입 라인(61)은 내부자석부(1)와 플라즈마 전극부(3) 사이에 형성될 수 있다. 즉, 본 이온 빔 발생 장치는 내부자석부(1)와 플라즈마 전극부(3) 사이에 가스 유입 라인(61)을 형성함으로써, 플라즈마 전극부(3)의 가까운 위치에서 가스를 블로윙(blowing)함으로써, 이물질을 제거할 수 있다.13, a
또한, 도 13을 참조하면, 본 이온 빔 발생 장치는 가스 유입 라인(61)의 전방 끝단(도 13 기준 9시 방향 끝단)에서 배출되는 가스의 흐름이 플라즈마 전극부(3)를 향하게 하는 가스 흐름 유도 부재(8)를 포함할 수 있다. 가스 흐름 유도 부재(8)는 가스의 흐름을 물리적으로 가이드할 뿐, 자기장에 영향을 주어서는 안되므로, 가스 흐름 유도 부재(8)는 자성을 띄지 않는 재질로 이루어짐이 바람직하다. 예시적으로 도 13을 참조하면, 가스 흐름 유도 부재(8)는 가스 유입 라인(61)의 전방 끝단에 대하여 내측(내부자석(11) 측)으로 이웃하게 위치할 수 있다. 또한, 가스 흐름 유도 부재(8)는 가스 유입 라인(61)의 전방 끝단에서 배출되는 가스의 흐름이 내측(도 13 기준 12시 방향)을 향하는 것을 방지하도록 전방으로 또는 전방에서 외측(도 13 기준 6시 방향)을 향해 비스듬하게 연장 형성될 수 있다. 또한, 가스 흐름 유도 부재(8)는 가스 유입 라인(61)의 전방 끝단에서 배출되는 가스의 흐름을 전극면(31)을 향해 유도하도록 그 외측면 중 적어도 일부가 전극면(31)을 향해 비스듬히 구부러지게 구비될 수 있다. 또한, 가스 흐름 유도 부재(8)는 내부자석부(1)의 전방 상에서 자기장 형상 공간 내측을 따라 형성되는 폐 루프 형태로 연장되게 구비될 수 있다. 또한, 가스 흐름 유도 부재(8)에 의해, 전극면(31)을 향해 흐름이 유도된 가스는 전극면(31)을 지나 배출 라인(5)을 통해 배출될 수 있다. 이때, 가스는 플러싱용 가스(기체)일 수 있다.13, the present ion beam generating apparatus includes a gas flow path for directing a flow of gas discharged from a front end (a
또한, 가스 매니폴더(6)는 밸브 제어를 통해 공정가스와 플러싱용 가스를 선택적으로 공급할 수 있다.Further, the
도 12를 참조하여 설명하면, 예를 들어, 가스 매니폴더(6)는 플라즈마 공정시에는 GV1과 GV2를 열고 공정가스 MFC를 통해 가스가 공급하며 증착 공정이 진행되게 할 수 있다. 파티클 등에 의한 오염에 의해 플라즈마 전극부(3)에 대한 플러싱이 필요한 경우, 가스 매니폴더(6)는 GV1과 GV2를 잠그고 NV2를 열어 일정량의 플러싱용 가스를 플러싱용 가스 탱크에 채우고 NV2를 닫을 수 있다. 이후, 가스 매니폴더(6)가 NV1을 열어주면 진공과 플러싱 기체의 압력의 차에 의해 아주 빠른 속도로 플러싱 기체가 진공 챔버 내부(본 이온 빔 발생 장치 내부)로 들어가게 될 수 있다. 상술한 바와 같이, 가스 유입 라인(61)이 플라즈마 전극부(3) 가까기에 위치하므로, 플라즈마 전극부(3) 전체적으로 이물질이 플러싱될 수 있다.Referring to FIG. 12, for example, the
또한, 플러싱된 이물질은 배출 라인으로 유입되어 외부로 토출될 수 있다. 플러싱된 이물질이 배출되는 배출 라인은 전술한 외부자석부(2)와 플라즈마 전극부(3) 사이에 형성되는 배출 라인(5)일 수 있다.Further, the flushed foreign matter may flow into the discharge line and be discharged to the outside. The discharge line through which the flushed foreign matter is discharged may be a
또한, 가스 유입 라인(61)은 플라즈마 전극부(3)의 후면(도 13 기준 3시 방향의 면) 및 외측면(도 13 기준 6시 방향의 면)을 따라 연장 형성되는 분기 라인(5a)과 연결될 수 있다. 이러한 분기 라인(5a)은 플라즈마 전극부(3)를 그 후방(도 13 기준 3시 방향)의 션트 및 그 외측(도 13 기준 6시 방향)의 션트로부터 이격되게 배치하여, 그 이격된 간격만큼의 폭을 갖는 경로 형태로 형성될 수 있다. 도 13을 참조하면, 가스 유입 라인(61)으로부터 분기된 분기 라인(5a)은 전술한 배출 라인(5)의 중간 부분과 연결될 수 있다. 이처럼 분기 라인(5a)이 형성됨으로써, 플러싱용 가스가 가스 유입 라인(61)으로 유입되면, 유입된 플러싱용 가스 중 일부는 분기 라인(5a)을 통해 이동된 다음 배출 라인(5)에 합류하는 형태로 배출될 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 전극부(3)와 션트 사이에 미세하게 형성될 수 있는 틈(gap) 부분에 누적되는 이물질 또한 플러싱을 통해 제거할 수 있다.The
도 14는 본 이온 빔 발생 장치의 마그넷 포커스 가이드부를 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.14 is a schematic diagram for explaining the magnet focus guide unit of the present ion beam generator.
도 14를 참조하면, 본 이온 빔 발생 장치는 자기장의 분산이 감소되도록, 외부자석(21)의 전방 및 내부자석(11)의 내측 중 하나 이상에 구비되는 마그넷 포커스 가이드부(9)를 포함할 수 있다. 마그넷 포커스 가이드부(9)는 자기장을 차폐 또는 우회시킴으로써, 자기장의 분산을 감소시킬 수 있다. 상술한 바와 같이, 자기장의 세기를 강하게 하기 위해서는 외부자석(21)과 내부자석(11)의 거리가 가까운 것이 중요하다. 이에 더해, 동일 거리에서 자기장의 세기를 강하게 하기 위해서는 자력의 분산을 막을 필요가 있는데, 본 이온 빔 발생 장치는 마그넷 포커스 가이드부(9)를 포함함으로써, 자력의 분산을 막고 방향성을 제시해줄 수 있다. 예를 들어, 내부자석부(1)가 폐 루프 형태(도 2 참조)로 구비되는 경우, 마그넷 포커스 가이드부(9)는 내부자석(11)에 의해 형성되는 폐 루프의 내측에서 내부자석(11)의 일단 자극(111)보다 전방(도 14 기준 12시 방향)으로 돌출되게 구비될 수 있다. 또한, 외부자석(21)의 전방에 구비되는 마그넷 포커스 가이드부(9)는 외부자석(21)의 전방에서 외부자석(21)의 일단 자극(211)보다 내측으로 돌출되게 구비될 수 있다. 또한, 도 14를 참조하면, 마그넷 포커스 가이드부(9)는 자기장 형성 공간 측을 향해 비스듬하게 기울어진 면을 가지도록 구비될 수 있다. 이에 따라, 자기장의 강도가 약해지는 것이 줄어들 수 있다. 예시적으로, 마그넷 포커스 가이드부(9)는 강자성체 재질로 이루어질 수 있는데, 보다 구체적으로, Ni, Steel, SUS440 등 중 하나 이상이 마그넷 포커스 가이드부(9)를 이루는 물질에 포함될 수 있다.14, the present ion beam generator includes a magnet
도 15 내지 도 17은 본 이온 빔 발생 장치에 있어서, 내부자석이 독립적인 션트로 구비되는 것을 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.15 to 17 are schematic conceptual diagrams for explaining that the inner magnet is provided as an independent shunt in the present ion beam generator.
또한, 본 이온 빔 발생 장치에 있어서, 도 2에 나타난 바와 같이 폐 루프 형태를 이루는 내부자석부(1)가 하나의 션트 내에 배치되는 것보다, 도 15 내지 도 17에 나타난 바와 같이 폐 루프에 의해 형성되는 2열의 내부자석(11)이 서로 독립적으로 배치되도록 션트를 분리(구분)하여 구비하는 것이 자력의 세기를 보다 높일 수 있다. 즉, 도 15 내지 도 17을 참조하면, 그 사이에 자기장을 형성하는 한 쌍의 내부자석(11)과 외부자석(21)이 폐 루프의 중심을 사이에 두고 대칭적으로 배치되는 다른 한 쌍의 내부자석(11)과 외부자석(21)과 션트가 서로 연결되지 않도록 마그넷 션트를 독립적으로 구비하는 것이 자력 세기 확보 측면에서 보다 바람직할 수 있다.Further, in the present ion beam generator, as shown in Fig. 15 to Fig. 17, it is preferable that the
또한, 종래에 자석 하나를 이용해 중앙부에는 N극(또는 S극)을 형성하고, 측부에는 션트를 통해 S극(또는 N극)을 형성하는 이온건이 개시된 바 있다. 그런데, 개시된 이온건에 따르면, 션트에 홀 등이 가공되면 자력 누설이 발생되어 자력의 세기가 급격히 떨어질 수 있었다. 반면에, 본 이온 빔 발생 장치에 의하면, 내부자석(11) 및 외부자석(21) 각각이 일단 자극(111, 211) 및 타단 자극(112, 212)을 가지므로, 션트에 필요에 따라 홀 등의 가공이 이루어지더라도(예를 들어, 도 15 내지 도 17에 도시된 바와 같이 내부자석부(11) 측 션트를 독립적, 단락적으로 분리 가공하더라도), 자력의 세기가 감소되지 않을 수 있다.In addition, conventionally, an ion gun has been disclosed in which an N pole (or S pole) is formed at the center portion using one magnet and an S pole (or N pole) is formed at the side portion through a shunt. However, according to the disclosed ion gun, when a hole or the like is machined in the shunt, magnetic force leakage occurs, and the strength of the magnetic force can be rapidly lowered. On the other hand, according to the present ion beam generator, since the
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those of ordinary skill in the art that the foregoing description of the embodiments is for illustrative purposes and that those skilled in the art can easily modify the invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.
1: 내부자석부
11: 내부자석
111: 일단 자극
112: 타단 자극
19: 내부자석 냉각 채널
2: 외부자석부
21: 외부자석
211: 일단 자극
212: 타단 자극
29: 외부자석 냉각 채널
3: 플라즈마 전극부
31: 전극면
39: 플라즈마 전극부 냉각 채널
4: 선구체 공급 장치
5: 배출 라인
5a: 분기 라인
6: 가스 매니폴더
61: 가스 유입 라인
7: 플라즈마 가이드
8: 가스 흐름 유도 부재
9: 마그넷 포커스 가이드부1: insulator
11: Inner magnet
111: Once stimulated
112: Other stimulus
19: Inner magnet cooling channel
2: outer magnet portion
21: External magnet
211: Stimulus once
212: Other stimulus
29: External magnet cooling channel
3: Plasma electrode part
31: electrode face
39: Plasma electrode part cooling channel
4: Precision Feeder
5: Discharge line
5a: branch line
6: Gas Manifold
61: gas inflow line
7: Plasma guide
8: Gas flow inducing member
9: Magnet focus guide section
Claims (10)
자기장 형성 공간이 폐 루프 형상으로 형성되도록, 폐 루프의 내부 둘레를 따라 복수의 내부자석이 폐 루프의 형태로 배열되는 내부자석부;
상기 내부자석부와의 사이의 상기 자기장 형성 공간에 자기장이 형성되도록 상기 폐 루프의 외부 둘레를 따라 복수의 외부자석이 배열되는 외부자석부;
상기 내부자석부와 상기 외부자석부 사이에 전기장을 형성시키고, 플라즈마 전극부 냉각 채널을 포함하는 플라즈마 전극부;
상기 복수의 내부자석이 형성하는 폐 루프의 내측을 따라 상기 복수의 내부자석이 형성하는 폐 루프보다 전방으로 돌출되게 구비되는 플라즈마 가이드;
플라즈마 에너지로 인해 발생되는 열로부터 상기 내부자석의 탈자가 방지되도록 상기 복수의 내부자석이 형성하는 폐 루프의 내측에 확보되는 냉각 채널 형성 공간에 구비되는 내부자석 냉각채널; 및
플라즈마 에너지로 인해 발생되는 열로부터 상기 외부자석의 탈자가 방지되도록 상기 외부자석의 전방 측에 확보되는 냉각 채널 형성 공간에 구비되는 외부자석 냉각채널을 포함하되,
상기 외부자석과 상기 내부자석은, 상기 자기장의 형성을 위해 상기 외부자석의 일단 자극이 향하는 방향과 상기 내부자석의 일단 자극이 향하는 방향 각각의 연장선이 상호 교차되도록 배치되고,
상기 플라즈마 전극부는, 상기 자기장 형성 공간의 후방에 구비되고 전극면이 상기 자기장 형성 공간을 향하도록 전방에 대해 비스듬하게 형성되는 것인, 이온 빔 발생 장치.In the ion beam generator,
An inner magnet portion in which a plurality of inner magnets are arranged in the form of a closed loop along the inner periphery of the closed loop so that the magnetic field forming space is formed in a closed loop shape;
An outer magnet portion in which a plurality of outer magnets are arranged along an outer periphery of the closed loop so that a magnetic field is formed in the magnetic field forming space between the inner magnet portion and the inner magnet portion;
A plasma electrode part forming an electric field between the inner magnet part and the outer magnet part and including a plasma electrode cooling channel;
A plasma guide protruding forward from a closed loop formed by the plurality of inner magnets along an inner side of a closed loop formed by the plurality of inner magnets;
An inner magnet cooling channel provided in a cooling channel forming space secured inside a closed loop formed by the plurality of inner magnets to prevent demagnetization of the inner magnet from heat generated by plasma energy; And
And an outer magnet cooling channel provided in a cooling channel forming space secured to the front side of the outer magnet so that the outer magnet is prevented from being demagnetized from heat generated by plasma energy,
Wherein the outer magnet and the inner magnet are disposed so that an extension line of a direction in which the one end magnetic pole of the outer magnet faces and an extension line of the one end magnetic pole of the inner magnet cross each other,
Wherein the plasma electrode portion is provided behind the magnetic field forming space and is formed obliquely to the front so that the electrode surface faces the magnetic field forming space.
상기 외부자석의 일단 자극이 향하는 방향과 상기 내부자석의 일단 자극이 향하는 방향이 이루는 각도는 45˚ 내지 135˚인 것인, 이온 빔 발생 장치.The method according to claim 1,
Wherein an angle formed between a direction in which the one-end magnetic pole of the outer magnet faces and a direction in which the one-end magnetic pole of the inner magnet faces is 45 ° to 135 °.
상기 외부자석부와 상기 플라즈마 전극부 사이에는 배출 라인이 형성되는 것인, 이온 빔 발생 장치.The method according to claim 1,
And a discharge line is formed between the outer magnet portion and the plasma electrode portion.
상기 배출 라인을 통해 부산물을 포함하는 이물질이 드레인되는 것인, 이온 빔 발생 장치.6. The method of claim 5,
And the foreign matter including the by-product is drained through the discharge line.
상기 플라즈마 전극부의 전극면 상으로 가스를 공급하는 가스 유입 라인을 갖는 가스 매니폴더를 더 포함하며,
상기 가스 유입 라인은 상기 내부자석부와 상기 플라즈마 전극부 사이에 형성되고,
상기 가스는 플러싱용 가스인 것인, 이온 빔 발생 장치.6. The method of claim 5,
And a gas inlet line for supplying a gas onto the electrode surface of the plasma electrode portion,
Wherein the gas inlet line is formed between the inner magnet portion and the plasma electrode portion,
Wherein the gas is a gas for flushing.
상기 가스 매니폴더는 밸브 제어를 통해 공정가스 와 상기 플러싱용 가스 중 하나를 선택적으로 공급하는 것인, 이온 빔 발생 장치.8. The method of claim 7,
Wherein the gas manifold selectively supplies one of the process gas and the flushing gas via valve control.
상기 가스 유입 라인의 전방 끝단에서 배출되는 가스의 흐름이 상기 플라즈마 전극부의 전극면을 향하게 하는 가스 흐름 유도 부재를 더 포함하고,
상기 가스 흐름 유도 부재는 자성을 띄지 않는 재질로 이루어지고, 상기 가스 유입 라인의 전방 끝단에 대하여 내측으로 이웃하게 위치하며, 상기 가스 유입 라인의 전방 끝단에서 배출되는가스의 흐름을 상기 전극면을 향해 유도하도록 구비되고,
상기 전극면을 향해 흐름이 유도된 가스는 상기 전극면을 지나 상기 배출 라인을 통해 배출되는 것인, 이온 빔 발생 장치.8. The method of claim 7,
And a gas flow guide member for directing a flow of gas discharged from a front end of the gas inlet line to an electrode surface of the plasma electrode portion,
Wherein the gas flow inducing member is made of a non-magnetic material and is positioned adjacent to a front end of the gas inflow line inwardly, the flow of gas discharged from the front end of the gas inflow line toward the electrode surface Respectively,
And a gas flow-induced toward the electrode surface is discharged through the discharge line through the electrode surface.
상기 자기장의 분산이 감소되도록, 상기 외부자석의 전방 및 상기 내부자석의 내측 중 하나 이상에 구비되는 마그넷 포커스 가이드부를 더 포함하는, 이온 빔 발생 장치.
The method according to claim 1,
Further comprising a magnet focus guide portion provided on at least one of the front of the outer magnet and the inner side of the inner magnet so that the dispersion of the magnetic field is reduced.
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