KR102365679B1

KR102365679B1 - Ion source with adjustable gap

Info

Publication number: KR102365679B1
Application number: KR1020210069118A
Authority: KR
Inventors: 김두한
Original assignee: 김두한
Priority date: 2021-05-28
Filing date: 2021-05-28
Publication date: 2022-02-18

Abstract

The present invention relates to a technology capable of changing an emission angle of an ion source, wherein the ion source having the variable gap may comprise: a magnetic core in which an electric field is formed on one surface to which an electric discharge space is formed, wherein a magnet is disposed at a center of the electric discharge space; a center stimulation coupled to the magnet capable of being elevated/lowered by an elevating member penetrating the magnet; and a surrounding stimulation formed to be spaced apart from the center stimulation on a circumferential surface of the magnetic core.

Description

ION SOURCE WITH ADJUSTABLE GAP

본 발명은 이온 소스에서 이온이 방출되는 각도를 변경할 수 있는 기술 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자극 간의 간극을 용이하게 조절하여 이온의 방출각을 다양하게 변경함으로써 표면 처리나 박막 공정의 효율성을 높일 수 있는 가변 간극을 가지는 이온 소스에 관한 것이다.The present invention relates to a technology capable of changing the angle at which ions are emitted from an ion source, and more particularly, it is possible to increase the efficiency of surface treatment or thin film process by variously changing the emission angle of ions by easily adjusting the gap between the stimuli. It relates to an ion source having a variable gap in the

일반적으로 반도체를 제조함에 있어서 반도체에 불순물을 첨가하여 필요한 전도형과 비저항을 갖는 반도체를 얻기 위한 공정을 행하게 되는데, 이때 침투시킬 불순물을 이온화하고 이것에 고전계(50-50Kev)를 걸어서 웨이퍼에 두들겨 넣는 방법을 이온주입법이라 하며, 이와 같은 이온주입공정에 사용되는 장비가 이온주입장치이다.In general, in manufacturing a semiconductor, a process is performed to obtain a semiconductor having the required conductivity type and specific resistance by adding impurities to the semiconductor. The implantation method is called an ion implantation method, and the equipment used in such an ion implantation process is an ion implantation device.

이러한 이온주입장치는 이온빔을 만드는 이온 소스(ion source)부와, 이온 소스부에서 형성된 이온빔을 가속하여 필요한 이온을 걸러내는 빔라인(beam line)부와, 웨이퍼를 핸드링(handling)하여 웨이퍼에 이온을 주입할 수 있도록 하는 엔드 스테이션(End station)으로 크게 나뉘어진다.Such an ion implantation apparatus includes an ion source unit that creates an ion beam, a beam line unit that filters out necessary ions by accelerating the ion beam formed in the ion source unit, and handles the wafer to inject ions into the wafer. It is largely divided into end stations that allow injection.

여기서, 이온 소스는 박막 공정을 위한 기판 개질(표면 처리)이나 박막 증착에 유용하게 이용되고 있는 주요 요소 기술 중의 하나이다. 외부로부터 이온 소스 내부로 아르곤과 같은 이온화 가스를 공급받아 플라즈마를 생성하는 이온 소스는 생성 이온을 외부로 가속하여 방출시키는 그리드를 포함하는가에 따라 그리드 타입(grid type)과 비그리드 타입(grid-less type)으로 분류된다.Here, the ion source is one of the major element technologies that are usefully used for substrate modification (surface treatment) or thin film deposition for a thin film process. The ion source that generates plasma by receiving an ionizing gas such as argon from the outside is a grid type and a grid-less type depending on whether it includes a grid that accelerates and discharges the generated ions to the outside. type).

이온 소스는 대부분 전기장과 자기장을 이용하여 음전하에 대한 폐쇄 루프를 형성하고, 이 루프를 따라 전자를 고속 이동시키는 구조로 되어 있으며, 이온 소스에서 생성된 이온은 이온 소스 내/외부 압력차에 의한 확산 현상으로 외부로 방출된다.Most ion sources use electric and magnetic fields to form a closed loop for negative charges, and have a structure that moves electrons along the loop at high speed. It is emitted to the outside as a phenomenon.

예컨대, 이온 소스에서 방출되는 이온의 방출각은 루프의 개방된 방향에 구비된 자극 간의 간극에 의해 결정된다. 그러나 종래의 이온 소스는 일체로 형성되거나 자극간의 간극의 조절이 불가능하여 이온의 방출각을 변경하려면 다른 이온 소스를 사용해야 하는 불편함이 있다.For example, the emission angle of ions emitted from the ion source is determined by the gap between the magnetic poles provided in the open direction of the loop. However, since the conventional ion source is integrally formed or it is impossible to control the gap between the magnetic poles, it is inconvenient to use a different ion source to change the ion emission angle.

이와 같이 방출각의 변경이 어려운 이온 소스는 다양한 방출각을 가지는 이온 소스들을 구비해야 하기 때문에 이온 소스의 제조 비용 또는 구입 비용이 상승되는 문제점이 있다. As described above, since the ion source having difficulty in changing the emission angle must be provided with ion sources having various emission angles, there is a problem in that the manufacturing cost or purchase cost of the ion source is increased.

대한민국 등록특허공보 제10-2004-0021774호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2004-0021774

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명은 자극 간의 간극을 용이하게 조절하여 이온이 방출되는 각도를 다양하게 변경함으로써 표면 처리나 박막 공정의 효율성을 높일 수 있는 가변 간극을 가지는 이온 소스를 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention has been derived to solve the above problems, and the present invention is a variable gap that can increase the efficiency of surface treatment or thin film process by variously changing the angle at which ions are emitted by easily controlling the gap between the magnetic poles. An object of the present invention is to provide an ion source having

본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 실시예를 통하여 더욱 명확해질 것이다.Other objects of the present invention will become clearer through the examples described below.

본 발명의 제1 측면에 따른 가변 간극을 가지는 이온 소스는 일면에 전기장이 형성되는 방전 공간이 형성되고, 상기 방전 공간의 중심에 자석이 배치되는 자심과, 상기 자석을 관통하는 승강부재에 의해 승하강 가능하게 상기 자석에 결합되는 중앙 자극 및 상기 자심의 둘레면에서 상기 중앙 자극과 이격되게 형성된 주변 자극을 포함할 수 있다.The ion source having a variable gap according to the first aspect of the present invention has a discharge space in which an electric field is formed on one surface, and is lifted by a magnetic core having a magnet disposed at the center of the discharge space, and an elevating member penetrating the magnet. It may include a central magnetic pole coupled to the magnet in a descending manner and a peripheral magnetic pole formed to be spaced apart from the central magnetic pole on a circumferential surface of the magnetic core.

상기 승강부재는, 상기 자석의 중심을 관통하여 배치되고, 내주면에 암나나산이 형성된 지지부재 및 외주면에 숫나사산이 형성된 원 기둥 형태로 형성되고, 일단이 상기 지지부재의 내부에 위치되며 타단이 상기 중앙 자극에 연결되는 회전부재를 포함한다. 그리고 상기 회전부재는 상기 지지부재의 내부에서 회전하면서 상기 중앙 자극을 승강 및 하강시킨다. The lifting member is disposed through the center of the magnet, is formed in the form of a support member having a female thread on an inner peripheral surface and a cylindrical column having a male thread on an outer peripheral surface, one end is located inside the support member and the other end is the center It includes a rotating member connected to the magnetic pole. And the rotating member raises and lowers the central magnetic pole while rotating inside the support member.

제1 측면에 따른 가변 간극을 가지는 이온 소스는 상기 주변 자극의 일면에 원주 방향으로 등간격 배치된 복수의 핀과, 일단이 상기 복수의 핀 각각을 회전축으로 회전하는 복수의 블레이드로 이루어진 가변 자극을 더 포함하고, 상기 복수의 블레이드는 끝단이 이웃하는 블레이드의 상부에 중첩되게 상기 중앙 자극을 향해 회전하여 상기 중앙 자극과 상기 주변 자극의 간극을 조절한다.The ion source having a variable gap according to the first aspect includes a variable magnetic pole comprising a plurality of pins arranged at equal intervals in the circumferential direction on one surface of the peripheral magnetic pole, and a plurality of blades having one end rotating each of the plurality of pins about a rotation axis. Further comprising, the plurality of blades are rotated toward the central magnetic pole so that the ends overlap the top of the neighboring blades to adjust the gap between the central magnetic pole and the peripheral magnetic pole.

상기 복수의 블레이드는, 상면에 돌출 형성되어 상기 이웃하는 블레이드의 회전 각도를 제한하는 스토퍼를 더 포함한다.The plurality of blades further include a stopper protruding from the upper surface to limit the rotation angle of the neighboring blades.

상기 중앙 자극의 승강 및 상기 가변 자극의 회전에 중 적어도 하나에 의해 변화된 간극을 통해 상기 전기장에 의해 이온화된 플라즈마의 방출각도가 가변될 수 있다. The emission angle of the plasma ionized by the electric field may be varied through the gap changed by at least one of the elevation of the central magnetic pole and the rotation of the variable magnetic pole.

본 발명에 따른 가변 간극을 가지는 이온 소스는 다음과 같은 효과를 제공한다.The ion source having a variable gap according to the present invention provides the following effects.

본 발명은 중앙 자극의 승하강 및 주변 자극의 회전을 통해 자극 간의 간극을 용이하게 조절하여 이온이 방출되는 각도를 다양하게 변경함으로써 표면 처리나 박막 공정의 효율성을 높일 수 있는 효과가 있다.The present invention has the effect of increasing the efficiency of surface treatment or thin film process by changing the angle at which ions are emitted by easily adjusting the gap between the magnetic poles through the elevation of the central magnetic pole and the rotation of the peripheral magnetic pole.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 간극을 가지는 이온 소스를 예시한 사시도.
도 2는 도 1에 예시된 이온 소스의 중앙 자극이 상승한 모습을 도시한 단면도.
도 3은 도 1에 예시된 이온 소스의 중앙 자극이 하강한 모습을 도시한 단면도.
도 4는 도 2에 예시된 승강부재를 모습을 확대한 확대도.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 간극을 가지는 이온 소스를 예시한 사시도.
도 6은 도 5에 도시된 이온 소스의 내부 모습을 도시한 단면도.
도 7 및 도 8을 제2 실시예의 블레이드의 회전 동작을 도시한 도면.1 is a perspective view illustrating an ion source having a variable gap according to a first embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a state in which a central magnetic pole of the ion source illustrated in FIG. 1 is raised.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a state in which a central magnetic pole of the ion source illustrated in FIG. 1 is lowered; FIG.
Figure 4 is an enlarged view of an enlarged view of the lifting member illustrated in Figure 2;
5 is a perspective view illustrating an ion source having a variable gap according to a second embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating an internal view of the ion source shown in FIG. 5;
7 and 8 are views showing the rotational operation of the blade of the second embodiment.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Since the present invention can apply various transformations and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

본 출원에서 사용한 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, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

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 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

본 명세서에서 기재한 모듈(MODULE)이란 용어는 특정한 기능이나 동작을 처리하는 하나의 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합을 의미할 수 있다.The term "MODULE" as used herein means a unit that processes a specific function or operation, which may mean hardware or software or a combination of hardware and software.

또한 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. Also, terms such as first and second may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and in the description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components, regardless of reference numerals, are given the same reference numbers and overlapped therewith. A description will be omitted.

[제1 실시예][First embodiment]

이하 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 간극을 가지는 이온 소스(100)에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the ion source 100 having a variable gap according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 간극을 가지는 이온 소스(100)를 예시한 사시도이다.1 is a perspective view illustrating an ion source 100 having a variable gap according to a first embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 이온 소스(100)는 내부에 일면이 개방된 폐쇄 루프(방전 공간(111))이 형성되는데, 그 폐쇄 루프의 일면은 서로 이격된 중앙 자극(120)과 주변 자극(130)의 간극에 의해 개방된다. 그리고 이온 소스(100)는 외부로부터 인가되는 구동 전원과 연동하여 방전 공간(111)에 전기장을 형성하고, 그 전기장에 의해 방전 공간(111)에 공급된 이온화 가스가 이온화되며 이온 소스(100)의 내/외부 압력차에 의한 확산 현상으로 이온이 방출된다.Referring to FIG. 1 , the ion source 100 has a closed loop (discharge space 111 ) having an open surface therein. One surface of the closed loop has a central magnetic pole 120 and a peripheral magnetic pole 130 spaced apart from each other. ) is opened by the gap. In addition, the ion source 100 forms an electric field in the discharge space 111 in association with the driving power applied from the outside, and the ionized gas supplied to the discharge space 111 is ionized by the electric field. Ions are emitted by diffusion by the internal/external pressure difference.

예컨대, 이온 소스(100)에 전압을 인가하여 방전 공간(111)에 전기장이 형성되면 방전 공간(111)으로 공급된 가스의 입자들이 방전 공간(111) 내 전기장에 의해 가속된 자유 전자에 의해 이온화되어 플라즈마가 발생한다. 이 상태에서 자석(112)이 방전 공간(111)에 자기장을 형성하면, 전자와 이온들은 전기장 및 자기장이 인가된 방전 공간(111)에서 전자와 이온들의 운동방향이 자기방향과 직각으로 원 운동한다. 이때 질량이 매우 작은 전자는 약 1000 가우스(Gauss) 정도 세기의 자기장에 의해 방전 공간(111)의 크기보다 작은 회전반경을 가진다. 따라서, 전자는 방전 공간(111)에 쉽게 구속되고, 이를 통해 전자 밀도를 원하는 곳인 방전 공간(111)에 집중시킬 수 있게 된다. 방전 공간(111) 내 형성된 이온은 양극층의 전기장에 의해 가속되어 이온 소스(100)의 밖으로 가속 인출되어 타 물체(예를 들면, 기판)에 에너지를 전가하거나 타 물체의 표면을 개질하는 등의 작용을 하게 된다.For example, when an electric field is formed in the discharge space 111 by applying a voltage to the ion source 100 , particles of the gas supplied to the discharge space 111 are ionized by free electrons accelerated by the electric field in the discharge space 111 . and plasma is generated. In this state, when the magnet 112 forms a magnetic field in the discharge space 111, the electrons and ions move in a circular motion in the discharge space 111 to which the electric field and the magnetic field are applied. . At this time, the electrons having a very small mass have a rotation radius smaller than the size of the discharge space 111 by the magnetic field of about 1000 Gauss. Accordingly, electrons are easily confined to the discharge space 111 , and through this, the electron density can be concentrated in the discharge space 111 , which is a desired place. The ions formed in the discharge space 111 are accelerated by the electric field of the anode layer and are accelerated and drawn out of the ion source 100 to transfer energy to another object (eg, a substrate) or to modify the surface of another object. it will work

도 2는 도 1에 예시된 이온 소스(100)의 중앙 자극(120)이 상승한 모습을 도시한 단면도이고, 도 3은 도 1에 예시된 이온 소스(100)의 중앙 자극(120)이 하강한 모습을 도시한 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a state in which the central magnetic pole 120 of the ion source 100 illustrated in FIG. 1 is raised, and FIG. 3 is a lowered central magnetic pole 120 of the ion source 100 illustrated in FIG. 1 . It is a cross-sectional view showing the appearance.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1 실시예의 이온 소스(100)는 자심(110), 중앙 자극(120) 및 주변 자극(130)을 포함한다.1 to 3 , the ion source 100 of the first embodiment includes a magnetic core 110 , a central magnetic pole 120 , and a peripheral magnetic pole 130 .

이하에서는 설명의 편의를 위해 도 2를 기준으로 자심(110) 쪽 방향을 이온 소스(100)의 하부로 정의하여 설명하고, 중앙 자극(120) 및 주변 자극(130) 쪽을 이온 소스(100)의 상부로 정의하여 설명한다.Hereinafter, for convenience of explanation, the direction toward the magnetic core 110 is defined as the lower portion of the ion source 100 with reference to FIG. It is defined and described as the upper part of

자심(110)은 원형의 판 형태로 형성되고 이온 소스(100)의 하부에 위치된다. 자심(110)은 상부에 배치된 중앙 자극(120) 및 주변 자극(130)을 지지하고, 중심에 구비된 자석(112)을 통해 중앙 자극(120) 및 주변 자극(130)을 연결한다. 자심(110)은 자석(112)의 자기력선이 통과하는 통로로서 투자율(magnetic permeability)이 높은 물질로 구성될 수 있다.The magnetic core 110 is formed in a circular plate shape and is located under the ion source 100 . The magnetic core 110 supports the central magnetic pole 120 and the peripheral magnetic pole 130 disposed thereon, and connects the central magnetic pole 120 and the peripheral magnetic pole 130 through the magnet 112 provided in the center. The magnetic core 110 is a passage through which the magnetic force line of the magnet 112 passes, and may be made of a material having high magnetic permeability.

예컨대, 자석(112)의 일면과 접하는 중앙 자극(120)은 N극을 띄고, 자석(112)의 타면과 접하는 자심(110)은 S극을 띈다. 그리고 자심(110)과 연결된 주변 자극(130)은 자심(110)과 동일한 S극을 띈다.For example, the central magnetic pole 120 in contact with one surface of the magnet 112 has an N pole, and the magnetic core 110 in contact with the other surface of the magnet 112 has an S pole. In addition, the peripheral magnetic pole 130 connected to the magnetic core 110 has the same S pole as the magnetic core 110 .

본 실시예에서 자심(110)의 중심에 구비된 자석(112)은 영구자석(112) 또는 전자석(112) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.In this embodiment, the magnet 112 provided at the center of the magnetic core 110 may include either a permanent magnet 112 or an electromagnet 112 .

자심(110)의 상부에 중앙 자극(120) 및 주변 자극(130)이 결합되면 자심(110)의 상부에는 방전 공간(111)이 폐 루프 형태로 형성된다. 그리고 방전 공간(111)은 상호 이격된 중앙 자극(120) 및 주변 자극(130)의 간극에 의해 일방향이 개방된다.When the central magnetic pole 120 and the peripheral magnetic pole 130 are coupled to the upper portion of the magnetic core 110 , the discharge space 111 is formed in a closed loop shape in the upper portion of the magnetic core 110 . And the discharge space 111 is opened in one direction by a gap between the central magnetic pole 120 and the peripheral magnetic pole 130 spaced apart from each other.

자심(110)은 둘레면이 격벽 형태로 상향 돌출되고, 자심(110)의 둘레면 상부에는 주변 자극(130)이 연결된다. The magnetic core 110 has a peripheral surface that protrudes upward in the form of a partition wall, and a peripheral magnetic pole 130 is connected to the upper portion of the peripheral surface of the magnetic core 110 .

주변 자극(130)은 끝 단이 중앙 자극(120)을 향해 절곡된다. 그리고 주변 자극(130)은 중앙 자극(120)과 마주하는 면에 경사면(131)이 형성된다. 그 경사면(131)의 경사각에 따라 이온의 방출각이 달라질 수 있다.The peripheral pole 130 is bent toward the central pole 120 at the distal end. And the peripheral magnetic pole 130 is formed with an inclined surface 131 on the surface facing the central magnetic pole (120). The ion emission angle may vary according to the inclination angle of the inclined surface 131 .

중앙 자극(120)은 단면이 원형의 형태로 형성되고, 주변 자극(130)과 소정 간격으로 이격된 상태에서 승강부재(141, 142)를 통해 자석(112)의 상부에 결합된다. 중앙 자극(120)은 외측면 즉, 주변 자극(130)과 마주하는 면에 경사면(121)이 형성된다. 주변 자극(130)의 경사면(131)과 중앙 자극(120)의 경사면(121)의 경사각에 따라 이온의 방출각이 달라질 수 있다. The central magnetic pole 120 is formed in a circular cross-section, and is coupled to the upper portion of the magnet 112 through the lifting members 141 and 142 in a state spaced apart from the peripheral magnetic pole 130 by a predetermined interval. The central magnetic pole 120 has an outer surface, that is, an inclined surface 121 is formed on the surface facing the peripheral magnetic pole 130 . The ion emission angle may vary according to the inclination angle of the inclined surface 131 of the peripheral magnetic pole 130 and the inclined surface 121 of the central magnetic pole 120 .

중앙 자극(120)은 승강부재(141, 142)에 의해 자석(112)으로부터 승강하거나 하강한다.The central magnetic pole 120 is raised or lowered from the magnet 112 by the lifting members 141 and 142 .

승강부재(141, 142)는 지지부재(141) 및 회전부재(142)로 이루어진다.The lifting members 141 and 142 include a support member 141 and a rotating member 142 .

지지부재(141)는 상부가 개방되고 내부가 빈 공간으로 형성된 원 기둥 형태로 형성된다. 그리고 지지부재(141)는 내주면에 암나사산이 형성된다. 이와 같이 형성된 지지부재(141)는 전체가 자석(112)의 중심에 관통되어 삽입된다. 이때 지지부재(141)의 개방된 상부는 외부로 노출된다.The support member 141 is formed in the shape of a column with an open top and an empty space inside. And the support member 141 is formed with a female thread on the inner peripheral surface. The entire support member 141 formed in this way is inserted through the center of the magnet 112 . At this time, the open upper portion of the support member 141 is exposed to the outside.

회전부재(142)는 지지부재(141)의 내부 직경에 대응하는 직경을 가지고 외주면에 숫나사산이 형성된 원 기둥 형태로 형성된다. 그리고 회전부재(142)는 일단이 중앙 자극(120)의 하부 중심에 연결되고 타단이 지지부재(141)의 내부에 삽입된다. 회전부재(142)에 연결된 중앙 자극(120)이 회전하면 회전부재(142) 및 지지부재(141)의 암수 나사산에 의해 하강 및 상승한다(도 4 참조).The rotating member 142 has a diameter corresponding to the inner diameter of the support member 141 and is formed in a cylindrical shape having a male thread formed on an outer circumferential surface thereof. And the rotating member 142 has one end connected to the lower center of the central magnetic pole 120 and the other end is inserted into the support member 141 . When the central magnetic pole 120 connected to the rotating member 142 rotates, it descends and rises by the male and female threads of the rotating member 142 and the support member 141 (see FIG. 4 ).

본 실시예에서 중앙 자극(120)은 수동 조작에 의해 승하강 하거나 또는 자동 조작에 의해 승하강 할 수 있다. 예를 들면, 도면에는 도시되지 않았지만, 회전부재(142)에는 구동모터(미도시)가 연결되고 구동모터의 동작에 의해 회전하면서 중앙 자극(120)을 승강 및 하강시킬 수 있다. 다른 예를 들면, 도면에는 도시되지 않았지만 지지부재(141)는 내주면에 암나사산이 형성되지 않은 실린더 형태로 형성되고, 회전부재(142)는 외주면에 수나사산이 형성되지 않은 피스톤 형태로 형성되며, 회전부재(142)가 지지부재(141)로부터 돌출/삽입되면서 중앙 자극(120)을 승강 및 하강시킬 수 있다.In this embodiment, the central magnetic pole 120 can be raised and lowered by manual operation or by automatic operation. For example, although not shown in the drawings, a driving motor (not shown) is connected to the rotating member 142 and the central magnetic pole 120 can be raised and lowered while rotating by the operation of the driving motor. For another example, although not shown in the drawings, the support member 141 is formed in the form of a cylinder with no female threads formed on the inner circumferential surface, and the rotating member 142 is formed in the form of a piston with no male threads formed on the outer circumferential surface, and rotates As the member 142 is protruded/inserted from the support member 141 , the central magnetic pole 120 may be raised and lowered.

상기와 같이 형성된 중앙 자극(120)은 승강부재(141, 142)에 의해 자석(112)으로부터 승강 및 하강하면서 주변 자극(130)과의 간극을 조절함으로써 방전 공간(111)에 생성된 이온의 방출 각도를 변경할 수 있다. 예를 들면, 도 2에서처럼 중앙 자극(120)이 자석(112)으로부터 상승하면 이온의 방출각도가 넓어져 이온이 발산되고, 도 3에서처럼 중앙 자극(120)이 자석(112)을 향해 하강하면 이온의 방출각도가 좁아져 이온을 일정 지점에 집속시킬 수 있다.The central magnetic pole 120 formed as described above is elevating and descending from the magnet 112 by the lifting members 141 and 142 and adjusting the gap with the peripheral magnetic pole 130, thereby emitting ions generated in the discharge space 111. You can change the angle. For example, as in FIG. 2 , when the central magnetic pole 120 rises from the magnet 112 , the emission angle of ions is widened to emit ions, and as in FIG. 3 , when the central magnetic pole 120 descends toward the magnet 112 , ions The emission angle of the ions is narrowed, so that the ions can be focused at a certain point.

[제2 실시예][Second embodiment]

제2 실시예는 제1 실시예에서 가변 자극(240, 241)을 통해 중앙 자극(220)간의 간극을 조절하는 기술에 관한 것이다.The second embodiment relates to a technique for adjusting the gap between the central poles 220 through the variable stimuli 240 and 241 in the first embodiment.

이하 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 간극을 가지는 이온 소스(200)에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an ion source 200 having a variable gap according to a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 간극을 가지는 이온 소스(200)를 예시한 사시도이고, 도 6은 도 5에 도시된 이온 소스(200)의 내부 모습을 도시한 단면도이다.FIG. 5 is a perspective view illustrating an ion source 200 having a variable gap according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating an internal view of the ion source 200 shown in FIG. 5 .

도 5 및 도 6을 참조하면 제2 실시예의 이온 소스(200)는 이온 소스(200)는 자심(210), 중앙 자극(220), 주변 자극(230) 및 가변 자극(240, 241)을 포함한다.5 and 6, the ion source 200 of the second embodiment includes a magnetic core 210, a central magnetic pole 220, a peripheral magnetic pole 230, and variable magnetic poles 240 and 241. do.

자심(210)은 원형의 판 형태로 형성되고 이온 소스(200)의 하부에 위치된다. 자심(210)은 상부에 배치된 중앙 자극(220) 및 주변 자극(230)을 지지하고, 중심에 구비된 자석(212)을 통해 중앙 자극(220) 및 주변 자극(230)을 연결한다. 자심(210)은 자석(212)의 자기력선이 통과하는 통로로서 투자율(magnetic permeability)이 높은 물질로 구성될 수 있다.The magnetic core 210 is formed in a circular plate shape and is located under the ion source 200 . The magnetic core 210 supports the central magnetic pole 220 and the peripheral magnetic pole 230 disposed thereon, and connects the central magnetic pole 220 and the peripheral magnetic pole 230 through a magnet 212 provided in the center. The magnetic core 210 is a passage through which the magnetic force line of the magnet 212 passes, and may be made of a material having high magnetic permeability.

예컨대, 자석(212)의 일면과 접하는 중앙 자극(220)은 N극을 띄고, 자석(212)의 타면과 접하는 자심(210)은 S극을 띈다. 이로 인해 자심(210)과 연결된 주변 자극(230)은 자심(210)에 의해 S극을 띈다.For example, the central magnetic pole 220 in contact with one surface of the magnet 212 has an N pole, and the magnetic core 210 in contact with the other surface of the magnet 212 has an S pole. Due to this, the magnetic core 210 and the peripheral magnetic pole 230 connected to the magnetic core 210 has an S pole.

본 실시예에서 자심(210)의 중심에 구비된 자석(212)은 영구자석(212) 또는 전자석(212) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.In this embodiment, the magnet 212 provided at the center of the magnetic core 210 may include either a permanent magnet 212 or an electromagnet 212 .

자심(210)의 상부에 중앙 자극(220) 및 주변 자극(230)이 결합되면 자심(210)의 상부에는 방전 공간(211)이 폐 루프 형태로 형성된다. 그리고 그 방정 공간은 상호 이격된 중앙 자극(220) 및 주변 자극(230)에 의해 일 방향이 개방된다.When the central magnetic pole 220 and the peripheral magnetic pole 230 are coupled to the upper portion of the magnetic core 210 , the discharge space 211 is formed in a closed loop shape at the upper portion of the magnetic core 210 . And the square space is opened in one direction by the central magnetic pole 220 and the peripheral magnetic pole 230 spaced apart from each other.

자심(210)은 둘레면이 격벽 형태로 상향 돌출되고, 자심(210)의 둘레면의 상부에는 주변 자극(230)이 연결된다.The magnetic core 210 has a peripheral surface that protrudes upward in the form of a partition wall, and a peripheral magnetic pole 230 is connected to the upper portion of the peripheral surface of the magnetic core 210 .

중앙 자극(220)은 단면이 원형의 형태로 형성되고, 주변 자극(230)과 소정 간격으로 이격된 상태에서 승강부재(251, 252)를 통해 자석(212)의 상부에 결합된다. 중앙 자극(220)은 외측면 즉, 주변 자극(230)과 마주하는 면에 경사면(221)이 형성된다. 중앙 자극(220)의 경사면(221)의 경사각에 따라 이온의 방출각이 달라질 수 있다. The central magnetic pole 220 is formed in a circular cross section, and is coupled to the upper portion of the magnet 212 through the lifting members 251 and 252 in a state spaced apart from the peripheral magnetic pole 230 by a predetermined interval. The central magnetic pole 220 has an outer surface, that is, an inclined surface 221 is formed on the surface facing the peripheral magnetic pole 230 . The ion emission angle may vary according to the inclination angle of the inclined surface 221 of the central magnetic pole 220 .

중앙 자극(220)은 승강부재(251, 252)에 의해 자석(212)으로부터 승강하거나 하강한다.The central magnetic pole 220 is raised or lowered from the magnet 212 by the lifting members 251 and 252.

승강부재(251, 252)는 지지부재(251) 및 회전부재(252)로 이루어진다.The lifting members 251 and 252 include a support member 251 and a rotation member 252 .

지지부재(251)는 상부가 개방되고 내부가 빈 공간으로 형성된 원 기둥 형태로 형성된다. 그리고 지지부재(251)는 내주면에 암나사산이 형성된다. 이와 같이 형성된 지지부재(251)는 전체가 자석(212)의 중심에 관통되어 삽입된다. 이때 지지부재(251)의 개방된 상부는 외부로 노출된다.The support member 251 is formed in the shape of a column with an open top and an empty space inside. And the support member 251 is formed with a female thread on the inner peripheral surface. The entire support member 251 formed as described above is inserted through the center of the magnet 212 . At this time, the open upper portion of the support member 251 is exposed to the outside.

회전부재(252)는 지지부재(251)의 내부 직경에 대응하는 직경을 가지고 외주면에 숫나사산이 형성된 원 기둥 형태로 형성된다. 그리고 회전부재(252)는 일단이 중앙 자극(220)의 하부 중심에 연결되고 타단이 지지부재(251)의 내부에 삽입된다. 회전부재(252)에 연결된 중앙 자극(220)이 회전하면 회전부재(252) 및 지지부재(251)의 암수 나사산에 의해 하강 및 상승한다.The rotating member 252 has a diameter corresponding to the inner diameter of the support member 251 and is formed in a cylindrical shape having a male thread formed on an outer circumferential surface thereof. And one end of the rotating member 252 is connected to the lower center of the central magnetic pole 220 and the other end is inserted into the support member 251 . When the central magnetic pole 220 connected to the rotating member 252 rotates, it descends and rises by the male and female threads of the rotating member 252 and the support member 251 .

주변 자극(230)은 자심(210)의 둘레면의 상부에 연결된다. 주변 자극(230)은 자심(210)과 동일한 자심(210)은 S극을 띈다.The peripheral magnetic pole 230 is connected to the upper portion of the circumferential surface of the magnetic core 210 . The peripheral magnetic pole 230 has the same magnetic core 210 as the magnetic core 210 and has an S pole.

주변 자극(230)의 상부에는 가변 자극(240, 241)이 형성된다. 가변 자극(240, 241)은 주변 자극(230)과 중앙 자극(220) 간의 간극을 조절하기 위한 것으로서, 자심(210) 및 주변 자극(230)과 동일한 S극을 띈다.Variable magnetic poles 240 and 241 are formed above the peripheral magnetic poles 230 . The variable poles 240 and 241 are for adjusting the gap between the peripheral pole 230 and the central pole 220 and have the same S pole as the magnetic core 210 and the peripheral pole 230 .

가변 자극(240, 241)은 복수의 핀(241)과 복수의 블레이드(240)로 이루어진다.The variable magnetic poles 240 and 241 include a plurality of pins 241 and a plurality of blades 240 .

복수의 핀(241)은 주변 자극(230)의 일면(즉, 상면)에서 원주 방향으로 등간격 배치된다. 도 5에서 복수의 핀(241)은 주변 자극(230)의 일면에 5개 구비된 것으로 도시하였으나 복수의 핀(241)의 개수는 어느 하나로 한정하지 않는다.The plurality of pins 241 are arranged at equal intervals in the circumferential direction on one surface (ie, the upper surface) of the peripheral magnetic pole 230 . In FIG. 5 , five pins 241 are provided on one surface of the peripheral magnetic pole 230 , but the number of the plurality of pins 241 is not limited to any one.

복수의 핀(241) 각각에는 블레이드(240)가 연결된다. 블레이드(240)는 외측면(즉, 주변 자극(230)의 원주 바깥을 향하는 면)과 내측면(즉, 중앙 자극(220)을 향하는 면)이 주변 자극(230)의 곡률과 유사한 곡선의 형태로 형성된다. 블레이드(240) 각각의 길이는 끝 단이 이웃하는 블레이드(240)에 중첩되는 길이로 형성된다. 그리고 블레이드(240) 각각은 핀(241)을 회전축으로 하여 회전한다.A blade 240 is connected to each of the plurality of pins 241 . The blade 240 has an outer surface (ie, a surface facing out of the circumference of the peripheral magnetic pole 230 ) and an inner surface (ie, a surface facing the central magnetic pole 220 ) in the form of a curve similar to the curvature of the peripheral magnetic pole 230 . is formed with The length of each of the blades 240 is formed so that the end is overlapped with the neighboring blade 240 . And each of the blades 240 rotates with the pin 241 as a rotation axis.

블레이드(240)의 내면 즉, 중앙 자극(220)과 마주하는 면은 경사면(241)이 형성된다. 블레이드(240)의 경사면(241)에 따라 이온의 방출 각도가 달라질 수 있다.An inclined surface 241 is formed on the inner surface of the blade 240 , that is, the surface facing the central magnetic pole 220 . An ion emission angle may vary according to the inclined surface 241 of the blade 240 .

복수의 블레이드(240) 각각의 상면에는 이웃하는 블레이드(240)의 회전 각도를 제한하는 스토퍼(242)가 돌출 형성된다.On the upper surface of each of the plurality of blades 240 , a stopper 242 for limiting the rotation angle of the neighboring blade 240 is formed to protrude.

도 7 및 도 8을 제2 실시예의 블레이드(240)의 회전 동작을 도시한 도면이다.7 and 8 are views showing the rotational operation of the blade 240 of the second embodiment.

도 7을 참조하면, 주변 자극(230)과 중앙 자극(220)의 간극을 넓힐 경우 블레이드(240)들은 끝 단이 주변 자극(230) 상에 위치되게 외향 회전한다. 이와 같이 블레이드(240)들이 외향 회전하면 주변 자극(230) 전체의 직경이 증가함에 따라 주변 자극(230)과 중앙 자극(220) 간의 간격이 증가하게 된다.Referring to FIG. 7 , when the gap between the peripheral magnetic pole 230 and the central magnetic pole 220 is widened, the blades 240 rotate outwardly so that the tip is positioned on the peripheral magnetic pole 230 . As such, when the blades 240 are rotated outwardly, the distance between the peripheral magnetic poles 230 and the central magnetic pole 220 increases as the overall diameter of the peripheral magnetic pole 230 increases.

도 8을 참조하면, 주변 자극(230)과 중앙 자극(220)의 간극을 좁힐 경우 블레이드(240)들은 끝 단이 중앙 자극(220)을 향해 내향 회전한다. 블레이드(240)들은 이웃하는 블레이드(240)의 상부에 중첩된 상태를 유지하면서 중앙 자극(220)을 향해 회전한다. 이와 같이 블레이드(240)들이 내향 회전하면 주변 자극(230) 전체의 직경이 감소함에 따라 주변 자극(230)과 중앙 자극(220) 간의 간격이 감소하게 된다.Referring to FIG. 8 , when the gap between the peripheral magnetic pole 230 and the central magnetic pole 220 is narrowed, the ends of the blades 240 rotate inward toward the central magnetic pole 220 . The blades 240 rotate toward the central magnetic pole 220 while maintaining an overlapping state on top of the neighboring blades 240 . As such, when the blades 240 are rotated inwardly, the distance between the peripheral magnetic poles 230 and the central magnetic pole 220 is reduced as the overall diameter of the peripheral magnetic pole 230 is reduced.

한편, 스토퍼(242)는 블레이드(240)가 이웃하는 블레이드(240)에 중첩된 상태로 일정 각도 이상 회전하면 이웃하는 블레이드(240)와 접촉되어 이웃하는 블레이드(240)가 더 이상 회전하지 못하도록 한다. 스토퍼(242)에 의해서 블레이드(240)으 끝 단이 중앙 자극(220)에 밀착되는 것을 방지할 수 있다.On the other hand, the stopper 242 makes contact with the neighboring blade 240 when the blade 240 rotates at a predetermined angle or more while overlapping the neighboring blade 240 to prevent the neighboring blade 240 from rotating any more. . It is possible to prevent the end of the blade 240 from being in close contact with the central magnetic pole 220 by the stopper 242 .

상기와 같이 형성된 가변 자극(240, 241)은 주변 자극(230) 전체의 직경을 조절하여 주변 자극(230)과의 간극을 조절함으로써 방전 공간(211)에 생성된 플라즈마의 방출 각도를 변경할 수 있다. 예를 들면, 중앙 자극(220)이 자석(212)으로부터 상승한 상태에서 블레이드(240)가 외향 회전하여 주변 자극(230) 전체의 직경을 넓히면 이온의 방출각도가 넓어져 플라즈마가 발산되고, 도 3에서처럼 중앙 자극(220)이 자석(212)을 향해 하강한 상태에서 블레이드(240)가 내향 회전하여 주변 자극(230) 전체의 직경을 좁히면 이온화된 플라즈마의 방출각도가 좁아져 플라즈마를 일정 지점에 집속시킬 수 있다.The variable magnetic poles 240 and 241 formed as described above can change the emission angle of the plasma generated in the discharge space 211 by adjusting the diameter of the entire peripheral magnetic pole 230 to adjust the gap with the peripheral magnetic pole 230 . . For example, when the central magnetic pole 220 is raised from the magnet 212 and the blade 240 rotates outward to widen the diameter of the entire peripheral magnetic pole 230, the ion emission angle is widened, and plasma is emitted, FIG. In a state where the central magnetic pole 220 descends toward the magnet 212, the blade 240 rotates inward to narrow the overall diameter of the peripheral magnetic pole 230, the ionized plasma emission angle is narrowed, and the plasma is directed to a certain point. can be focused

이상에서는 본 발명에 관한 몇 가지 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to several embodiments of the present invention, those of ordinary skill in the art can use the present invention within the scope not departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. It will be understood that various modifications and variations are possible.

100: 이온 소스
110: 자심
120: 중앙 자극
130: 주변 자극100: ion source
110: magnetic core
120: central stimulus
130: peripheral stimulus

Claims

a magnetic core having a discharge space in which an electric field is formed on one surface and having a magnet disposed at the center of the discharge space;
a central magnetic pole coupled to the magnet so as to be elevated by the elevating member penetrating the magnet; and
Peripheral magnetic pole formed to be spaced apart from the central magnetic pole on the circumferential surface of the magnetic core
An ion source having a variable gap comprising a.

According to claim 1,
The lifting member is
a support member disposed through the center of the magnet and having a female nana mountain on an inner circumferential surface; and
It is formed in the form of a column with a male thread formed on the outer circumferential surface, and includes a rotating member having one end positioned inside the support member and the other end connected to the central magnetic pole,
The ion source having a variable gap, characterized in that the rotating member raises and lowers the central magnetic pole while rotating inside the support member.

According to claim 1,
A variable magnetic pole comprising a plurality of pins arranged at equal intervals in the circumferential direction on one surface of the peripheral magnetic pole, and a plurality of blades having one end rotating each of the plurality of pins as a rotation axis,
The plurality of blades rotate toward the central magnetic pole so that the ends overlap the upper part of the neighboring blade to adjust the gap between the central magnetic pole and the peripheral magnetic pole
An ion source with a variable gap.

4. The method of claim 3,
The plurality of blades,
The ion source having a variable gap, further comprising a stopper protruding from the upper surface to limit the rotation angle of the neighboring blade.

4. The method of claim 3,
The ion source having a variable gap, characterized in that the emission angle of the plasma ionized by the electric field is changed through the gap changed by at least one of elevation of the central magnetic pole and rotation of the variable magnetic pole.