KR102577080B1 - 체결 시스템 및 추출 플레이트 어셈블리 - Google Patents

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Abstract

스프링 힘을 가지고 2개의 컴포넌트들을 부착하기 위한 체결 시스템이 개시된다. 구체적으로, 체결 시스템 및 추출 플레이트 어셈블리가 개시된다. 체결 시스템은 스프링 힘을 제공하기 위하여 O-링들을 사용하며, 이는 임의의 금속 컴포넌트들에 대한 필요성을 제거한다. O-링은 복수의 스포크(spoke)들을 갖는 O-링 홀더 내에 배치될 수 있다. 압축될 때, 스포크들에 의해 O-링 내에 만입부(indentation)들이 생성된다. 스코프들의 수 및 그들의 크기와 형상이 체결 시스템의 스프링 힘을 결정한다. 다른 실시예에 있어서, 수직으로 배향된 O-링들이 사용된다. 체결 시스템은 이온 소스의 다양한 컴포넌트들을 체결하기 위해 사용될 수 있다.

Description

체결 시스템 및 추출 플레이트 어셈블리
본 출원은 2018년 05월 29일자로 출원된 미국 특허 출원 일련번호 제15/991,328호에 대한 우선권을 주장하며, 이러한 출원의 개시내용은 그 전체가 본원에 참조로서 통합된다.
본 개시의 실시예들은 스프링 힘을 가지고 2개의 컴포넌트들을 함께 홀딩하기 위한 체결 시스템들에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 금속 스프링들 또는 와셔(washer)들의 사용 없이 2개의 컴포넌트들을 홀딩하기 위한 체결 시스템들에 관한 것이다.
이온 소스들은 희망되는 종의 이온들을 포함하는 플라즈마를 생성하기 위해 사용된다. 이러한 이온들은 전형적으로 추출 개구를 통해 추출되어 작업물을 향해 보내진다. 유사하게, 플라즈마 챔버들이 또한 플라즈마를 생성하기 위해 사용되지만, 그러나, 작업물이 플라즈마 챔버 내에 배치된다.
이러한 이온 소스들 및 플라즈마 챔버들은 전형적으로 함께 체결된 다수의 컴포넌트들로 구성된다. 그러나, 이러한 이온 소스들 및 플라즈마 챔버들이 경험하는 온도에 기인하여, 이러한 컴포넌트들은 열 팽창을 겪는다. 결과적으로, 체결구들은 어느 정도의 상대적인 움직임이 허용된다. 이는 전형적으로 희망되는 스프링 힘을 갖는 스프링들에 의해 달성된다.
그러나, 새로운 에칭 및 프로세스 방법들은, 금속성 컴포넌트들을 공격적으로 공격하는 매우 반응성의 프로세스 가스들을 사용한다. 이러한 금속 컴포넌트들이 프로세스 가스에 의해 공격을 받을 때, 해방된 재료들이 이온 소스 또는 플라즈마 챔버의 표면들을 코팅한다. 해방된 재료들은 또한 오염물질들 및 입자들로서 작업물의 표면으로 이동할 수 있다.
따라서, 작업물의 오염을 초래하지 않는, 스프링 힘을 가지고 2개의 컴포넌트들을 홀딩하기 위한 체결 시스템이 존재하는 경우 유익할 것이다. 이러한 시스템은, 금속 스프링의 사용이 오염을 초래할 수 있는 임의의 애플리케이션에서 사용될 수 있다.
스프링 힘을 가지고 2개의 컴포넌트들을 부착하기 위한 체결 시스템이 개시된다. 체결 시스템은 스프링 힘을 제공하기 위하여 O-링들을 사용하며, 이는 임의의 금속 컴포넌트들에 대한 필요성을 제거한다. O-링은 복수의 스포크(spoke)들을 갖는 O-링 홀더 내에 배치될 수 있다. 압축될 때, 스포크들에 의해 O-링 내에 만입부(indentation)들이 생성된다. 스코프들의 수 및 그들의 크기와 형상이 체결 시스템의 스프링 힘을 결정한다. 다른 실시예에 있어서, 수직으로 배향된 O-링들이 사용된다. 체결 시스템은 이온 소스의 다양한 컴포넌트들을 체결하기 위해 사용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제 1 컴포넌트를 제 2 컴포넌트에 체결하기 위한 체결 시스템이 개시된다. 체결 시스템은, 헤드(head) 및 몸체를 갖는 핀; 핀의 몸체가 이를 통과하도록 치수가 결정된 중심 개구부를 갖는 래치(latch); 하단, 내부 측벽 및 외부 측벽을 갖는 원형 리세스(recess)를 갖는 O-링 홀더; 및 O-링을 포함하며, 여기에서 O-링은 원형 리세스 내에 배치되고 그리고 O-링 홀더 및 래치의 밑면 사이에 배치된다. 특정 실시예들에 있어서, 핀은 몸체를 따라 배치되는 홈을 포함하며, 여기에서 중심 개구부는, 1/4 턴(turn)만큼 회전될 때 래치가 홈 내에 잠기도록 치수가 결정된다. 특정 실시예들에 있어서, O-링은, 래치가 홈 내에 잠길 때 압축된다. 특정 실시예들에 있어서, O-링 홀더는 원형 리세스의 하단으로부터 위쪽으로 연장하는 복수의 스포크들을 포함하며, 복수의 스포크들은 O-링의 하단 표면과 접촉한다. 일부 실시예들에 있어서, 복수의 스포크들의 각각은 내부 측벽 및 외부 측벽에 부착된다. 일부 실시예들에 있어서, 복수의 스포크들의 각각은 하단으로부터 원위에 자유 단부를 포함하며, 여기에서 복수의 스포크들의 각각의 자유 단부는 테이퍼(taper)진다. 다른 실시예들에 있어서, 자유 단부는 평평하다. 특정 실시예들에 있어서, 복수의 스포크들의 각각은 360°/N의 각도만큼 인접한 스포크로부터 이격되며, 여기에서 N은 스포크들의 수이다. 일부 실시예들에 있어서, N은 3 내지 8 사이일 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 제 1 컴포넌트를 제 2 컴포넌트에 체결하기 위한 체결 시스템이 개시된다. 체결 시스템은, 헤드 및 몸체를 갖는 핀; 핀의 몸체가 이를 통과하도록 치수가 결정된 중심 개구부를 갖는 래치; 복수의 수직 슬롯들을 갖는 O-링 홀더; 및 복수의 O-링들을 포함하며, 여기에서 복수의 O-링들의 각각은 개별적인 수직 슬롯 내에 배치되고, 래치의 밑면과 접촉한다. 특정 실시예들에 있어서, 복수의 수직 슬롯들의 각각은 360°/N의 각도만큼 인접한 수직 슬롯으로부터 이격되며, 여기에서 N은 수직 슬롯들의 수이다. 특정 실시예들에 있어서, N은 3 내지 8 사이이다.
다른 실시예에 따르면, 이온 소스와 함께 사용하기 위한 추출 플레이트 어셈블리가 개시된다. 추출 플레이트 어셈블리는, 추출 개구; 및 추출 개구에 근접한 홀(hole)을 갖는 추출 플레이트; 개구부를 갖는 차단기; 및 체결 시스템을 포함하며, 체결 시스템은: 홀 및 개구부를 통과하는, 헤드 및 몸체를 갖는 핀; 핀의 몸체가 이를 통과하도록 치수가 결정된 중심 개구부를 갖는 래치; O-링 홀더; 및 O-링을 포함하고, 여기에서 O-링은 O-링 홀더 내에 배치되고 래치의 밑면에 대하여 눌린다. 특정 실시예들에 있어서, O-링 홀더는 차단기에 대하여(against) 배치된다. 특정 실시예들에 있어서, O-링 홀더는 하단, 내부 측벽 및 외부 측벽을 갖는 원형 리세스를 포함하며; O-링은 원형 리세스 내에 배치된다. 추가적인 특정 실시예들에 있어서, O-링 홀더는 원형 리세스의 하단으로부터 위쪽으로 연장하는 복수의 스포크들을 포함하며, 복수의 스포크들은 O-링의 하단 표면과 접촉한다. 특정 실시예들에 있어서, O-링 홀더는 복수의 수직 슬롯들; 및 복수의 O-링들을 포함하며, 여기에서 복수의 O-링들의 각각은 개별적인 수직 슬롯 내에 배치된다.
본 개시의 더 양호한 이해를 위하여, 본원에 참조로서 포함되는 첨부된 도면들에 대한 참조가 이루어진다.
도 1은 일 실시예에 따른 체결 시스템의 도면이다.
도 2a는 도 1의 체결 시스템의 핀 및 래치의 상면도를 도시한다.
도 2b는 다른 실시예에 따른 핀을 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 도 1의 O-링 및 O-링 홀더를 도시한다.
도 4a 내지 도 4f는 도 1의 실시예에서 사용하기 위한 O-링 홀더의 다양한 실시예들을 도시한다.
도 5는 일 실시예에 따른 조립된 핀, O-링 홀더 및 O-링을 도시한다.
도 6은 제 2 실시예에 따른 체결 시스템의 도면이다.
도 7은 래치를 갖는 도 6의 체결 시스템을 도시한다.
도 8은 도 6 및 도 7의 체결 시스템과 함께 사용되는 O-링 홀더를 도시한다.
도 9는 O-링들이 설치된 상태의 도 8의 O-링 홀더를 도시한다.
도 10은 본원에서 설명되는 체결 시스템을 사용하는 이온 소스를 도시한다.
이상에서 설명된 바와 같이, 특정 실시예들에 있어서, 이온 소스들 또는 플라즈마 챔버들은, 열 팽창을 수용하기 위한 어떤 양의 스프링 힘을 포함하는 체결 시스템들을 사용하여 함께 홀딩된다.
본 개시는, 임의의 금속성 컴포넌트들을 사용하지 않고 이러한 목적을 달성하는 몇몇 체결 시스템들을 설명한다. 이는, 금속성 컴포넌트들이 부식성 가스들 또는 그들의 품질 저하를 초래하거나 또는 그들의 동작을 손상시키는 다른 조건들을 겪을 수 있는 임의의 환경에서 특히 유익하다.
도 10은 하나의 이런 실시예를 도시한다. 시스템(370)은 복수의 챔버 벽들(301)로 구성된 이온 소스 챔버(300)를 포함한다. 특정 실시예들에 있어서, 이러한 챔버 벽들(301) 중 하나 이상은 석영과 같은 유전체 재료로 구성될 수 있다. RF 안테나(310)는 제 1 유전체 벽(302)의 외부 표면 상에 배치될 수 있다. RF 안테나(310)는 RF 전원 공급장치(320)에 의해 전력이 공급될 수 있다. RF 안테나(310)로 전달되는 에너지는, 가스 주입구(330)를 통해 도입되는 공급 가스를 이온화하기 위하여 이온 소스 챔버(300) 내에서 방사된다. 다른 실시예들에 있어서, 가스는 상이한 방식으로, 예컨대, 간접 가열식 캐소드(indirectly heated cathode; IHC), 용량 결합 플라즈마 소스, 유도 결합 플라즈마 소스, 버나스(Bernas) 소스 또는 임의의 다른 플라즈마 생성기의 사용을 통해 이온화된다.
추출 플레이트(340)로 지칭되는 하나의 챔버 벽은, 이온들이 이를 통해 이온 소스 챔버(300)를 빠져나갈 수 있는 추출 개구(345)를 포함한다. 추출 플레이트(340)는 티타늄, 탄탈럼 또는 다른 금속과 같은 전기 전도성 재료로 구성될 수 있다. 추출 플레이트(340)는 폭이 300 밀리미터를 초과할 수 있다. 추가로, 추출 플레이트(345)는 작업물(399)의 직경보다 더 넓을 수 있다.
플래튼(360)은 추출 개구(345) 근처에서 이온 소스 챔버(300) 외부에 배치된다. 작업물(399)이 플래튼(360) 상에 배치된다.
이온 소스 챔버(300) 내에 차단기(350)가 배치될 수 있다. 차단기(350)는, 추출 개구(345) 근방에서 플라즈마 쉬스에 영향을 주기 위해 사용되는 유전체 재료일 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 차단기(350)는 세라믹 재료와 같은 유전체 재료로 코팅된 금속일 수 있다. 예를 들어, 특정 실시예들에 있어서, 차단기(350)는, 이온들이 작업물(399)에 수직이 아닌 추출 각도로 추출 개구(345)를 빠져나오도록 배치된다. 특정 실시예들에 있어서, 이온들은, 도 10에 도시된 바와 같이 2개의 상이한 추출 각도들로 추출될 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 제 1 빔렛(beamlet)(390) 및 제 2 빔렛(391)이 작업물(399)을 향해 보내진다. 다른 실시예들에 있어서, 이온들은 단일 추출 각도로 추출된다. 추출 개구(345)에 대한 이온 소스 챔버(300) 내에서의 차단기(350)의 배치는, 이온들이 이온 소스 챔버(300)를 빠져나와서 작업물(399)에 충돌하는 각도를 정의한다. 차단기(350)는 본원에서 설명되는 체결 시스템들 중 임의의 체결 시스템을 사용하여 추출 플레이트(340)에 부착될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 체결 시스템(100)을 도시한다. 체결 시스템(100)은 제 1 컴포넌트(10) 및 제 2 컴포넌트(20)를 함께 홀딩하기 위해 사용된다. 예를 들어, 제 1 컴포넌트(10)는 도 10의 추출 플레이트(340)일 수 있으며, 한편 제 2 컴포넌트(20)는 차단기(350)일 수 있다.
체결 시스템(100)은, 제 1 컴포넌트(10) 및 제 2 컴포넌트(20) 내의 홀들 또는 개구부들을 통과하는 핀(110)을 포함한다. 핀(110)은, 에칭에 대해 저항성인 고 성능 재료(high performance material; HPM), 석영, 또는 알루미나로 만들어질 수 있다. 물론, 다른 적절한 재료들이 또한 사용될 수 있다. 핀(110)은, 헤드(111)가 제 1 컴포넌트(10) 내의 홀들 또는 개구부들을 통과할 수 없도록 몸체(112)보다 더 큰 헤드(111)를 가질 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 제 1 컴포넌트(10)는, 헤드(111)가 제 1 컴포넌트(10) 내의 리세스 내에 안착하도록 카운터싱크(countersink)될 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 핀(110)의 헤드(111)는, 0.5 내지 1.0 인치 사이의 직경을 갖는 원형일 수 있다. 핀(110)의 몸체(112)의 적어도 일 부분은 계란형 형상일 수 있으며, 0.4 내지 0.6 인치 사이의 그것의 장축을 따른 길이 및 0.2 내지 0.4 인치 사이의 그것의 단축을 따른 길이를 가질 수 있다. 물론, 이러한 치수들은 단지 예시적이다. 다른 치수들이 또한 사용될 수 있다.
이상에서 언급된 바와 같이, 일부 실시예들에 있어서, 핀(110)의 몸체(112)의 일 부분은, 도 2a에서 가장 잘 보이는 바와 같이 타원형 또는 계란형 단면을 가질 수 있다. 추가로, 도 1에서 보이는 바와 같이, 홈(113)이 래치(120)의 부착을 가능하게 하기 위하여 몸체(112) 상에 배치될 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 핀(110)의 전체 몸체(112)는 타원형 단면을 가질 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 핀(110)의 몸체(112)는, 도 2b에 도시된 바와 같이, 헤드(111)로부터 홈(113)까지 원형 단면을 가질 수 있으며, 홈(113) 이후에 타원형 단면을 가질 수 있다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 래치(120)는, 계란형 또는 타원형인 개구부(121)를 갖는 원형일 수 있다. 래치(120)는, HPM, 알루미나, 석영 또는 임의의 다른 적절한 재료로 만들어질 수 있다. 개구부(121)는 몸체(112)의 단면보다 약간 더 크도록 크기가 결정될 수 있다. 이러한 방식으로, 래치(120)는, 개구부(121) 및 몸체(112)가 유사하게 정렬되도록 핀(110) 위에 위치될 수 있다. 그러면, 래치(120)는 핀(110) 상으로 하강될 수 있다. 래치(120)가 홈(113)의 레벨에 도달할 때, 래치(120)는, 래치(120)가 이제 홈(113)에 의해 유지되도록 1/4 턴(즉, 90°)만큼 회전될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 래치(120)는 C-클립 형상을 가질 수 있으며, 연속적인 O-링 대신에 O-링의 일 섹션만을 사용할 수 있다. C-클립은 테이퍼진 표면, 예컨대 램프(ramp)를 가질 수 있으며, 이는 C-클립이 먼저 용이하게 슬라이딩되는 것을 가능하게 하고, 그런 다음 C-클립이 완전히 삽입됨에 따라 스프링 힘을 인가한다.
도시되지는 않았지만, 다른 실시예들에 있어서, 핀(110)의 몸체(112)는 둥근 단면을 가질 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 핀(110)은, 계란형 또는 타원형 단면을 갖는 헤드를 가질 수 있다. 일단 래치(120)가 핀(110)의 헤드를 통과하면, 이것은 이것을 제 위치에 고정하기 위하여 1/4 턴만큼 회전될 수 있다.
특정 실시예들에 있어서, 래치(120)는, 그것의 외부 에지로부터 아래쪽으로 연장하는 플랜지(flange)(122)를 갖는다. 플랜지(122)는, 이하에서 설명되는 바와 같이, O-링(140) 및 O-링 홀더(130)의 부분을 커버할 수 있다.
O-링 홀더(130)는 제 2 컴포넌트(20) 상에 배치될 수 있으며, 래치(120) 아래에 안착한다. O-링 홀더(130)는 HPM, 알루미나, 석영 또는 임의의 다른 적절한 재료로 만들어질 수 있다. 도 1 및 도 3에서 보이는 바와 같이, O-링 홀더(130)는 내부 직경 및 외부 직경을 갖는 환형 링일 수 있다. 내부 직경은, 핀(110)이 O-링 홀더(130)의 중심의 홀을 통과하는 것을 가능하게 하기 위하여 적어도 핀(110)의 몸체(112)의 장축만큼 클 수 있다. 내부 직경은 특정 실시예들에서 0.4 내지 0.6 인치일 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, O-링 홀더(130)는 환형 링이 아닐 수 있다. 오히려, O-링 홀더(130)는 원형 외부 에지를 가질 수 있지만, 내부 에지는 핀(110)의 몸체(112)와 동일한 형상을 가질 수 있다. 모든 실시예들에 있어서, 핀(110)의 몸체(112)는 O-링 홀더(130)의 중심의 홀을 통과하는 것이 가능하다. O-링 홀더(130)는 또한 그 내부에 O-링(140)이 배치되는 원형 리세스(131)를 가질 수 있다.
O-링(140)은 O-링 홀더(130) 내에 배치된다. O-링(140)은, 핀(110)이 O-링(140) 내의 중심 홀을 통과하도록 배향된다. 다시 말해서, O-링(140)은 핀(110)에 대하여 수형으로 배향된다. 일부 실시예에 있어서, O-링(140)의 내부 직경은 0.6 내지 0.8 인치 사이일 수 있으며, 한편 외부 직경은 0.8 내지 1.2 인치 사이이다. O-링(140)의 폭은 0.1 내지 0.2 인치 사이일 수 있다. 물론, 다른 치수들이 사용될 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, O-링(140)은 퍼플루오로 탄성중합체(perfluoroelastomer)로 구성될 수 있다. O-링(140)은 그것의 하단 표면 상의 O-링 홀더(130) 및 그것의 상부 표면 상의 래치(120)와 물리적으로 접촉한다. 특정 실시예들에 있어서, O-링(140)은 O-링 홀더(130)와 래치(120) 사이에서 압축된다. O-링(140)은 합성 고무, 플루오로 탄성중합체들 또는 다른 유형들의 탄성중합체들과 같은 임의의 적절한 재료로 구성될 수 있다. O-링(140)은, 전형적으로 경도계에 의해 측정되는 만입에 대한 특정 저항을 갖는다. 더 높은 값들은 더 적은 가요성을 나타낸다.
도 1에서 보이는 바와 같이, 래치(120)의 직경은 O-링(140) 및 O-링 홀더(130)보다 더 클 수 있으며, 그 결과 플랜지(122)는 O-링(140) 및 O-링 홀더(130)의 적어도 일 부분을 커버할 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 플랜지(122)는 제 2 컴포넌트(20)의 상단 표면까지 완전히 연장할 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 플랜지(122)와 제 2 컴포넌트(20)의 상단 표면 사이에 간극이 존재할 수 있다.
원형 리세스(131)는 다양하고 상이한 단면들을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 1은, 수평일 수 있는 하단(133) 및 2개의 수직 측벽들(132)을 갖는 것으로서 원형 리세스(131)의 단면을 도시한다. 대조적으로, 도 3은, 수평일 수 있는 하단(133) 및 2개의 안쪽으로 경사진 측벽들(134)을 갖는 단면을 도시한다. 측벽들 및 하단의 구성은 O-링(140)의 스프링 힘에 영향을 줄 수 있다. 다시 말해서, 도 1에서, O-링의 하단 표면의 전체가 하단(133) 상에 직접적으로 배치되기 때문에, O-링(140)의 임의의 압축이 상향 힘을 가한다. 대조적으로, 도 3에 도시된 구성에 있어서, 안쪽으로 경사진 측벽들(134)이 O-링(140)을 지지한다. 따라서, O-링(140)의 압축은 O-링(140)을 변형시키고 이것을 하단(133)을 향해 리세스(131) 내로 더 깊게 푸시할 수 있다. 이는, 이러한 구성에서 O-링(140)에 대한 더 낮은 스프링 힘을 야기할 수 있다. 달리 말하면, 하단(133)을 향해 O-링(140)이 변형될 수 있는 양은 O-링(140)의 스프링 힘에 결정적일 수 있다.
이를 고려하여, 복수의 상이한 O-링 홀더들이 설계될 수 있다. 도 4a 내지 도 4f는 6개의 상이한 실시예들을 도시하며, 여기에서 각각의 O-링(130)은 수평일 수 있는 하단(133), 내부 측벽 및, 수직 측벽들(132)을 포함할 수 있는 외부 측벽을 포함한다. 물론, 안쪽으로 경사진 측벽들(134)이 대안적으로 사용될 수 있다. 각각의 O-링 홀더(130)는 또한, 수평 하단(133)으로부터 위쪽으로 연장하는 적어도 하나의 스포크(135)를 포함한다. 스포크(135)는 O-링 홀더(130)의 하단(133)으로부터의 상향 돌출부이다. 각각의 스포크(135)는 내부 측벽으로부터 외부 측벽까지 연장할 수 있으며, 이러한 2개의 측벽들에 부착되거나 또는 몰딩될 수 있다. 스포크들(135)은 수직 측벽들(132)의 상단까지 연장하지 않을 수 있다. 수평 하단(133)으로부터 스포크(135)의 자유 단부의 상단까지의 거리는 스포크(135)의 높이로서 지칭될 수 있다. 스포크의 폭은, 방사상 방향에 수직인 방향에서 스포크(135)의 치수를 나타낸다. 스포크(135)는 도 4e 내지 도 4f에 도시된 바와 같은 테이퍼진 자유 단부를 가질 수 있거나, 또는, 도 4b 및 오 4d에 도시된 바와 같은 평평한 자유 단부를 가질 수 있다. 테이퍼진 자유 단부는, 스포크(135)가 그것의 자유 단부에서보다 하단(133) 근처에서 더 넓다는 것을 나타낸다. 이는, 자유 단부가 날카로운 에지 또는 무딘 에지에서 끝날 수 있는 실시예들을 포함한다. 평평한 자유 단부는, 스포크(135)가 하단(133) 근처에서 그것의 자유 단부에서와 동일한 두께를 갖는다는 것을 나타낸다. 추가로, 스포크들(135)의 폭이 변화할 수 있다. 예를 들어, 도 4b의 스포크들은 도 4c의 스포크들보다 더 얇다. 추가적으로, 스포크들의 수가 변화할 수 있다. 예를 들어, 도 4e는 2개의 스포크들을 도시하며, 도 4b 내지 도 4d는 3개의 스포크들을 도시하고, 반면 도 4a 및 도 4f는 4개의 스포크들을 도시한다. 물론, 임의의 수의 스포크들이 사용될 수 있다. O-링(140)이 O-링 홀더(130) 상에 평평하게 놓이는 것을 가능하게 하기 위하여, 스포크들(135)은 균등하게 이격될 수 있다. 따라서, 인접한 스포크들 사이의 각도는 360°/N로서 정의될 수 있으며, 여기에서 N은 스포크들의 수이다. 특정 실시예들에 있어서, 스포크들의 수는 3 내지 8 사이일 수 있다.
동작 시에, 핀(110)은 제 1 컴포넌트(10) 및 제 2 컴포넌트(20) 내의 홀들 또는 개구부들을 관통해 위치된다. O-링 홀더(130)는 핀(110) 위로 미끄러진다. 그런 다음, O-링(140)은 O-링 홀더(130) 상에 배치되며, 구체적으로, O-링 홀더(130)의 스포크들(135) 상에 안착된다. 이는 도 5에서 보일 수 있다. 그런 다음, 래치(120)는 핀(110) 위에 위치되고 1/4 턴에 의해 홈(113)에 고정된다. O-링(140)은 래치(120) 및 스포크들(135) 둘 모두와 물리적으로 접촉하며, 디폴트 상태에서 약간 압축될 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 스프링 힘의 디폴트 양은 3 내지 9 파운드 사이일 수 있지만, 다른 값들이 사용될 수 있다. 체결 시스템(100)이 열을 겪는 경우, 열 팽창이 제 1 컴포넌트(10) 및/또는 제 2 컴포넌트(20)가 팽창하게끔 할 수 있다. 래치(120)와 핀의 헤드(111) 사이의 거리가 고정되기 때문에, 이러한 팽창은 O-링(140)의 압축에 의해 수용된다. 구체적으로, O-링(140)은 스포크들(135) 내로 눌리며, 그 결과 O-링(140)이 각각의 스포크(135)에 의해 만입된다. 스포크들(135)의 수, 높이 및 형상은, 만입부들을 생성하기 위하여 소비되는 힘의 양을 결정한다. 테이퍼진 자유 단부들을 갖는 더 적은 스포크들(135)을 갖는 O-링(130)은 더 많은 스포크들을 갖는 O-링 또는 비-테이퍼진 스포크들(135)을 갖는 O-링보다 더 낮은 스프링 힘을 야기할 것이다.
스포크들(135)의 수, 각각의 스포크(135)의 폭 및 높이, 및 스포크들이 테이퍼진 자유 단부들을 갖는지 여부의 결정은, O-링(140)이 제공하도록 의도되는 희망되는 스프링 힘에 기초한 설계 선택들이다. 스포크들의 수, 스포크들의 폭 및 스포크들의 깊이가 스프링 힘에 크게 영향을 줄 수 있다.
도 4a 내지 도 4f가 O-링 홀더(130) 상에 배치된 스포크들(135)을 도시하지만, 다른 실시예들이 또한 가능하다. 예를 들어, 대안적인 실시예에 있어서, 스포크들은 또한 래치(120)의 밑면 상에 배치될 수 있다. 래치(120) 상의 스포크들 및 O-링 홀더(130) 상의 스포크들(135)이 정렬될 수 있으며, 그 결과 O-링(140)은 그것의 상부 표면 및 그것의 하부 표면 상의 동일한 지점들에서 접촉된다. 예를 들어, 각각이 3개의 스포크들을 갖는 것으로 가정한다. 그러면, 조립될 때, O-링 홀더(130)의 스포크들(135)는 0°, 120° 및 240°의 임의적인 각도들로 배치될 수 있다. 그러면, 래치(120)의 스포크들이 또한 각도들 0°, 120° 및 240°로 배치될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, O-링 홀더(130)의 스포크들(135)은, 체결 시스템(100)이 조립될 때 래치(120)의 스포크들과 정렬되지 않는다. 하나의 특정 실시예에 있어서, 래치(120)의 스포크들은 O-링 홀더(130)의 스포크들(135) 사이에 배치되도록 구성될 수 있다. 조립될 때, O-링 홀더(130)의 스포크들(135)은 0°, 120° 및 240°의 임의적인 각도들로 배치될 수 있다. 그러면, 래치(120)의 스포크들은 각도들 60°, 180° 및 300°로 배치될 수 있다.
또 다른 실시예에 있어서, O-링 홀더(130)는 원형 리세스(131)를 가질 수 있지만, 스포크들(135)이 결여될 수 있다. 오히려, 스포크들은 래치(120)의 밑면에만 배치될 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, O-링 홀더(130)는, 래치(120)의 밑면이 스포크들 및 원형 리세스들을 포함하는 경우에 이용되지 않을 수 있다.
O-링(140)이 수평으로 배향될 수 있지만, 다른 실시예들에 또한 가능하다. 도 6 내지 도 9는, O-링들이 수직으로 배향되는 체결 시스템(200)의 다른 실시예를 도시한다. O-링을 구성하기 위해 사용되는 재료를 압축하거나 또는 만입시키기 위한 능력에 의존하는 것이 아니라, 이러한 실시예는 스프링 힘을 달성하기 위하여 O-링의 원형 형상을 찌그러뜨리기 위한 능력에 의존한다.
이상의 실시예들과 마찬가지로, 이러한 체결 시스템(200)은 제 1 컴포넌트(10)를 제 2 컴포넌트(20)에 고정하기 위하여 핀(110) 및 래치(120)를 사용한다.
도 8 및 도 9에서 가장 잘 보이는 바와 같이, O-링 홀더(230)는 내부 직경 및 외부 직경을 갖는 환형 링일 수 있다. 내부 직경은, 핀(110)의 몸체(112)가 O-링 홀더(230)의 중심 홀을 통과하는 것을 가능하게 하기 위하여 적어도 핀(110)의 몸체(112)의 장축만큼 클 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, O-링 홀더(230)는 환형 링이 아닐 수 있다. 오히려, O-링 홀더(230)는 원형 외부 에지를 가질 수 있지만, 내부 에지는 핀(110)의 몸체(112)와 동일한 형상을 가질 수 있다. 모든 실시예들에 있어서, 핀(110)의 몸체(112)는 O-링 홀더(230)의 중심 홀을 통과하는 것이 가능하다. O-링 홀더(230)는 HPM, 알루미나, 석영 또는 임의의 다른 적절한 재료로 만들어질 수 있다. 이전의 실시예들과는 달리, O-링 홀더(230)는, 도 6 및 도 8에서 가장 잘 보이는 바와 같이, 복수의 수직 슬롯들(231)을 포함한다. 수직 슬롯들(231)의 수가 변화할 수 있으며, 1보다 더 큰 임의의 수일 수 있다. 수직 슬롯들(231)은 O-링 홀더(230)에 대하여 균등하게 이격된다. 예를 들어, 도 8 및 도 9는 4개의 수직 슬롯들(231)을 도시하며, 여기에서 각각의 수직 슬롯(231)의 중간점은 인접한 수직 슬롯들의 중간점으로부터 90°만큼 이격된다. 일반적으로, 각각의 수직 슬롯(231)의 중간점은 2개의 인접한 수직 슬롯들(231)의 중간점으로부터 360°/N만큼 이격되며, 여기에서 N은 수직 슬롯들(231)의 수이다. 특정 실시예들에 있어서, N은 3 내지 8 사이이다.
도 6 및 도 9는 개별적인 수직 슬롯(231) 내에 각기 배치된 복수의 O-링들(240)을 도시한다. O-링(240)은 외부 직경, 내부 직경 및 폭을 갖는다. 특정 실시예들에 있어서, 외부 직경은 0.2 내지 0.3 인치 사이일 수 있으며, 내부 직경은 0.05 내지 0.150 사이일 수 있고, 폭은 0.05 내지 0.1 인치 사이일 수 있다. 물론, 다른 치수들이 또한 사용될 수 있다. 수직 슬롯들(231)은 각기 깊이, 길이 및 폭을 갖는다. 특정 실시예들에 있어서, 깊이는 0.1 내지 0.3 인치 사이일 수 있으며, 길이는 0.1 내지 0.3 사이일 수 있고, 폭은 0.05 내지 0.1 인치 사이일 수 있다. 물론, 다른 치수들이 또한 사용될 수 있다. 수직 슬롯들(231)이 O-링 홀더(230)를 통해 완전히 연장하지 않을 수 있음을 유의해야 한다. 수직 슬롯들(231)의 폭은 O-링들(240)의 폭과 동일하거나 또는 이보다 약간 더 클 수 있다. 수직 슬롯들(231)의 길이는 O-링들(240)의 외부 직경과 동일하거나 또는 이보다 약간 더 크다. 마지막으로, 수직 슬롯들(231)의 깊이는 O-링들(240)의 외부 직경보다 약간 더 작으며, 그 결과, 수직 슬롯들(231) 내에 배치될 때, O-링들(240)은, 도 9에 도시된 바와 같이, 수직 슬롯들(231)의 상단으로부터 돌출한다. 특정 실시예들에 있어서, 수직 슬롯(231)이 좁을 수록, O-링(240)이 압축되는 것을 더 많이 제한하며, 이는 더 높은 스프링 힘들을 야기한다. 반대로, O-링(240)에 비해 수직 슬롯(231)이 넓어질 수록, 스프링 힘이 더 작아진다.
도 7에서 보이는 바와 같이, 래치(120)가 핀(110)에 부착될 때, 래치(120)의 밑면이 O-링들(240)과 접촉하며, 이는 스프링 힘을 생성한다. 스프링 힘의 양은 O-링들(240)의 폭, O-링들(240)이 O-링 홀더(230) 위로 연장하는 거리, 압축되는 O-링 표면의 면적, 및 O-링들(240)을 구성하기 위해 사용된 재료와 관련된다. 이상에서 설명된 바와 같이, 열 팽창에 의해 초래된 치수에서의 변화들이 O-링들(240) 내의 스프링 힘에 의해 수용될 수 있다. 추가적으로, 래치(120)의 플랜지(122)는 O-링 홀더(230)의 부분 또는 전부 및 O-링들(240)을 커버하기 위해 아래쪽으로 연장할 수 있다.
따라서, 도 10을 참조하면, 추출 플레이트 어셈블리는 본원에서 설명되는 체결 시스템들을 사용하여 구성될 수 있다. 추출 플레이트 어셈블리는 추출 플레이트(340), 차단기(350), 및 체결 시스템을 포함한다. 체결 시스템은, 핀(110), 래치(120), 적어도 하나의 O-링 및 O-링 홀더를 포함한다. 추출 플레이트(340)는 추출 개구 및 체결 시스템으로부터의 핀을 수용하기 위한 적어도 하나의 홀을 갖는다. 마찬가지로, 차단기(350)는 체결 시스템으로부터의 핀을 수용하기 위한 적어도 하나의 개구부를 가질 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, O-링 홀더는 도 3 내지 도 5의 O-링 홀더(130)일 수 있으며, 하나의 O-링이 사용될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, O-링 홀더는 도 6 내지 도 9의 O-링 홀더(230)일 수 있으며, 이는 복수의 O-링들(240)을 이용한다.
본원에서 설명된 시스템 및 방법은 다수의 장점들을 가질 수 있다. 먼저, 어떠한 금속 부품들도 사용되지 않는다. 이는, 이온 소스 또는 플라즈마 챔버 내로 도입되는 오염물질들의 양을 감소시키며, 또한 작업물들 상에 배치되는 오염물질들을 감소시킨다. 추가적으로, 제 1 실시예에 있어서, 스포크들의 신규한 사용은 체결 시스템의 스프링 힘이 특정 애플리케이션에 대하여 조정되는 것을 가능하게 한다. 다시 말해서, 스포크들의 수 및 이러한 스포크들의 크기 및 형상의 선택에 의해, 체결 시스템의 스프링 힘이 맞춤화될 수 있다. 유사하게, 제 2 실시예에 있어서, O-링들의 수, 및 수직 슬롯들의 치수들이 스프링 힘이 조정되는 것을 가능하게 한다.
추가적으로, 본원에서 설명되는 체결 시스템들은, 금속 스프링들의 사용이 권장되지 않거나 또는 불가능한 임의의 환경에서의 애플리케이션을 갖는다.
본 개시는 본원에서 설명된 특정 실시예에 의해 범위가 제한되지 않는다. 오히려, 본원에서 설명된 실시예들에 더하여, 본 개시의 다른 다양한 실시예들 및 이에 대한 수정예들이 이상의 설명 및 첨부된 도면들로부터 당업자들에게 자명해질 것이다. 따라서, 이러한 다른 실시예들 및 수정예들이 본 개시의 범위 내에 속하도록 의도된다. 추가로, 본 개시가 본원에서 특정 목적을 위한 특정 환경에서의 특정 구현예의 맥락에서 설명되었지만, 당업자들은 이의 유용함이 이에 한정되지 않으며, 본 개시가 임의의 수의 목적들을 위한 임의의 수의 환경들에서 유익하게 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 이하에서 기술되는 청구항들은 본원에서 설명된 바와 같은 본 개시의 완전한 폭과 사상의 관점에서 해석되어야만 한다.

Claims (15)

  1. 제 1 컴포넌트를 제 2 컴포넌트에 체결하기 위한 체결 시스템으로서,
    헤드(head) 및 몸체를 갖는 핀;
    플랜지 및 상기 핀의 상기 몸체가 통과하도록 치수가 결정된 중심 개구부를 갖는 래치(latch);
    하단, 내부 측벽 및 외부 측벽을 갖는 원형 리세스(recess)를 갖는 O-링 홀더로서, 상기 O-링 홀더는 상기 제 2 컴포넌트와 별개이고 상기 제 2 컴포넌트 상에 배치되는, 상기 O-링 홀더; 및
    O-링으로서, 상기 O-링은 상기 원형 리세스 내에 배치되며 상기 래치의 밑면및 상기 O-링 홀더와 접촉하고, 상기 플랜지는 아래쪽으로 연장하며 상기 O-링 및 상기 O-링 홀더의 상기 외부 측벽의 적어도 일 부분을 커버하는, 상기 O-링을 포함하는, 체결 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 핀은 상기 몸체를 따라 배치되는 홈을 포함하며, 상기 중심 개구부는, 1/4 턴(turn)만큼 회전될 때 상기 래치가 상기 홈 내에 잠기도록 치수가 결정되는, 체결 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 O-링 홀더는 상기 원형 리세스의 상기 하단으로부터 위쪽으로 연장하는 복수의 스포크(spoke)들을 포함하며, 상기 복수의 스포크들은 상기 O-링의 하단 표면과 접촉하는, 체결 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 복수의 스포크들의 각각은 상기 내부 측벽 및 상기 외부 측벽에 부착되는, 체결 시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 복수의 스포크들의 각각은 상기 하단으로부터 원위에 자유 단부를 포함하며, 상기 복수의 스포크들의 각각의 상기 자유 단부는 테이퍼(taper)지는, 체결 시스템.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 복수의 스포크들의 각각은 상기 하단으로부터 원위에 자유 단부를 포함하며, 상기 복수의 스포크들의 각각의 상기 자유 단부는 평평한, 체결 시스템.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 복수의 스포크들의 각각은 360°/N의 각도만큼 인접한 스포크로부터 이격되며, N은 스포크들의 수인, 체결 시스템.
  8. 제 1 컴포넌트를 제 2 컴포넌트에 체결하기 위한 체결 시스템으로서,
    헤드 및 몸체를 갖는 핀;
    플랜지 및 상기 핀의 상기 몸체가 통과하도록 치수가 결정된 중심 개구부를 갖는 래치;
    복수의 수직 슬롯들을 갖는 O-링 홀더; 및
    복수의 O-링들로서, 상기 복수의 O-링들의 각각은 개별적인 수직 슬롯 내에 배치되며, 상기 래치의 밑면과 접촉하고, 상기 플랜지는 아래쪽으로 연장하며 상기 복수의 O-링들 및 상기 O-링 홀더의 외부 측벽의 적어도 일 부분을 커버하는, 상기 복수의 O-링들을 포함하는, 체결 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 핀은 상기 몸체를 따라 배치되는 홈을 포함하며, 상기 중심 개구부는, 1/4 턴만큼 회전될 때 상기 래치가 상기 홈 내에 잠기도록 치수가 결정되는, 체결 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 복수의 O-링들의 각각은, 상기 래치가 상기 홈 내에 잠길 때 압축되는, 체결 시스템.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 복수의 수직 슬롯들의 각각은 360°/N의 각도만큼 인접한 수직 슬롯으로부터 이격되며, N은 수직 슬롯들의 수인, 체결 시스템.
  12. 이온 소스와 함께 사용하기 위한 추출 플레이트 어셈블리로서,
    추출 개구; 및 상기 추출 개구에 근접한 홀(hole)을 갖는 추출 플레이트;
    개구부를 갖는 차단기; 및
    체결 시스템을 포함하며, 상기 체결 시스템은,
    상기 홀 및 상기 개구부를 통과하는, 헤드 및 몸체를 갖는 핀;
    플랜지 및 상기 핀의 상기 몸체가 통과하도록 치수가 결정된 중심 개구부를 갖는 래치;
    O-링 홀더; 및
    O-링으로서, 상기 O-링은 상기 O-링 홀더 내에 배치되며 상기 래치의 밑면과 접촉하고, 상기 플랜지는 아래쪽으로 연장하며 상기 O-링 및 상기 O-링 홀더의 외부 측벽의 적어도 일 부분을 커버하는, 상기 O-링을 포함하는, 추출 플레이트 어셈블리.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 O-링 홀더는 하단, 내부 측벽 및 외부 측벽을 갖는 원형 리세스를 포함하며, 상기 O-링은 상기 원형 리세스 내에 배치되는, 추출 플레이트 어셈블리.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 O-링 홀더는 상기 원형 리세스의 상기 하단으로부터 위쪽으로 연장하는 복수의 스포크들을 포함하며, 상기 복수의 스포크들은 상기 O-링의 하단 표면과 접촉하는, 추출 플레이트 어셈블리.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 O-링 홀더는 복수의 수직 슬롯들; 및 복수의 O-링들을 포함하며, 상기 복수의 O-링들의 각각은 개별적인 수직 슬롯 내에 배치되는, 추출 플레이트 어셈블리.
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