KR20080064597A

KR20080064597A - 플라즈마 건의 양극 절연관

Info

Publication number: KR20080064597A
Application number: KR1020070001682A
Authority: KR
Inventors: 이강일; 최용섭; 김진필
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2007-01-05
Filing date: 2007-01-05
Publication date: 2008-07-09

Abstract

본 발명에 관한 플라즈마건의 양극 절연관은 플라즈마 건에서 분출되는 플라즈마 빔을 안내하며 양극을 보호하는 절연관으로서, 플라즈마 건의 배출구의 둘레에 배치되는 양극의 내측에 배치되고 절연성 소재를 포함하며 플라즈마 빔을 안내하는 통로가 형성되는 중공 형상의 본체와, 플라즈마 빔에 의한 열 부하를 분산시키도록 통로의 내벽에 형성되는 적어도 하나의 홈을 포함한다.

Description

플라즈마 건의 양극 절연관{Insulator for anode of plasma gun}

도 1은 본 발명의 실시예 1에 관한 양극 절연관을 구비하는 플라즈마 빔 증착장치의 개략도이다.

도 2는 도 1에 도시된 증착장치에 구비된 플라즈마 건의 개략도이다.

도 3은 도 2에 도시된 플라즈마 건에 구비된 본 발명의 실시예 1에 관한 양극 절연관의 사시도이다.

도 4는 도 3에 도시된 양극 절연관의 평면도이다.

도 5는 본 발명의 실시예 2에 관한 양극 절연관의 평면도이다.

도 6은 본 발명의 실시예 3에 관한 양극 절연관의 평면도이다.

도 7은 본 발명의 실시예 4에 관한 양극 절연관의 평면도이다.

도 8은 본 발명의 실시예 5에 관한 양극 절연관의 부분 단면 사시도이다.

도 9는 도 8에 도시된 양극 절연관의 측면 단면도이다.

도 10은 본 발명의 실시예 6에 관한 양극 절연관의 측면 단면도이다.

도 11은 본 발명의 실시예 7에 관한 양극 절연관의 사시도이다.

도 12는 본 발명의 실시예 8에 관한 양극 절연관의 측면 단면도이다.

도 13은 도 12에 도시된 양극 절연관의 사시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 진공챔버 25: 배출구

11: 기판 31, 81: 본체

12: 허스 32, 82, 92, 102: 통로

14, 15: 공급라인 35, 45, 55, 65, 75, 85: 홈

20: 플라즈마 건 39: 플랜지

21: 음극 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100: 양극 절연관

22: 제1 중간전극 56: 모서리

23: 제2 중간전극 95, 105: 돌기들

24: 양극

본 발명은 플라즈마 건에서 분출되는 플라즈마 빔을 안내하며 양극을 보호하는 플라즈마 건의 양극 절연관에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마 빔에 의해 양극 절연관에 전달되는 열 부하를 분산시키므로 쉽게 마모되지 않는 양극 절연관에 관한 것이다.

기판 상에 물질의 박막을 형성하는 방법 가운데 플라즈마 빔을 이용하는 증착 방법이 있다. 플라즈마 빔을 이용하는 증착 방법은 진공챔버 내에 플라즈마 빔을 생성시키고, 플라즈마 빔에 의해 증착 원료를 증발시킴으로써 기판 상에 박막을 형성한다. 이와 같은 물리적 증착방법 이외에도, 진공챔버 내로 공급된 원료가스와 반응가스를 플라즈마 빔에 의해 분리 결합시킴으로써 기판 위에 증착시키는 화학적 증착 방법도 사용되고 있다.

플라즈마 빔을 이용하여 증착을 수행하는 증착 장치에는 플라즈마 건이 장착된다. 플라즈마 건은 플라즈마 빔을 발생시켜 진공챔버 내로 유입시키는 장치이다. 플라즈마 건에는 발생된 플라즈마 빔이 진공챔버 내로 유입될 때 양극과 접촉하지 않도록 하는 양극 절연관이 사용된다. 양극 절연관은 플라즈마 빔과 양극(anode)을 서로 절연시킴으로써 플라즈마 빔이 진공챔버를 향하여 전진할 수 있도록 안내하는 기능을 수행한다.

그런데 종래의 플라즈마 건의 양극 절연관은 그 수명이 짧은 문제점이 있었다. 플라즈마 빔을 이용한 증착 공정에서는 플라즈마 건이 연속적으로 작동되는데, 양극 절연관은 고온의 플라즈마 빔에 장시간 동안 노출되므로 플라즈마 빔의 열에 의해 쉽게 마모된다. 플라즈마 빔이 양극 절연관을 통과하여 진공챔버로 분출되는 중에 플라즈마 빔의 일부가 양극으로 향하며 절연관을 마모시킨다. 절연관의 마모는 높은 에너지를 갖는 플라즈마 하전 입자에 의해 절연관이 손상되는 현상이다.

절연관의 마모가 계속 진행되면, 진공챔버로 분출되는 플라즈마 빔의 양이 현저히 감소하고, 플라즈마 건의 소비 전력이 증가하여 플라즈마 건의 수명이 단축된다.

절연관의 마모를 억제하기 위해 플라즈마 빔이 통과하는 절연관의 홀(hole)의 크기를 확장시키는 것을 고려해볼 수 있지만, 진공챔버로 분출되는 플라즈마 빔의 양을 안정적으로 유지할 수 있어야 하므로 절연관의 홀의 크기를 증가시키는 것 도 제한될 수밖에 없다. 그러므로 장시간 동안 사용되어도 플라즈마 빔에 의해 쉽게 마모되지 않는 양극 절연관을 갖는 플라즈마 건의 기술의 개발이 절실히 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 플라즈마 건에서 분출되는 플라즈마 빔을 안내하며 양극을 보호하는 플라즈마 건의 양극 절연관을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 플라즈마 빔에 의해 양극 절연관이 쉽게 마모되지 않도록 함으로써 플라즈마 건의 수명을 증가시키는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 플라즈마 빔에 의해 양극 절연관에 전달되는 열 부하를 분산시키는 데 있다.

본 발명은 플라즈마 빔이 통과하는 통로에 열 부하를 분산시키기 위한 적어도 하나의 홈이나 돌기가 형성되는 플라즈마건의 양극 절연관을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 관한 플라즈마 건의 양극 절연관은 플라즈마 건에서 분출되는 플라즈마 빔을 안내하며 양극을 보호하는 절연관으로서, 플라즈마 건의 배출구의 둘레에 배치되는 양극의 내측에 배치되고 절연성 소재를 포함하며 플라즈마 빔을 안내하는 통로가 형성되는 중공 형상의 본체와, 플라즈마 빔에 의한 열 부하를 분산시키도록 통로의 내벽에 형성되는 적어도 하나의 홈을 포함한다.

본 발명에 있어서, 본체는 중공의 원통형상으로 이루어질 수 있다. 통로는 그 단면이 원형으로 이루어질 수 있다.

본 발명에 있어서, 홈은 본체의 축 방향으로 연장될 수 있다.

본 발명에 있어서, 홈은 본체의 원주 방향으로 연장될 수 있다.

본 발명에 있어서, 홈은 본체의 축 방향을 따라 통로의 내벽 면에서 나선모양으로 연장될 수 있다.

본 발명에 있어서, 홈은 그 단면이 삼각형을 이루도록 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 홈은 그 단면이 다각형을 이루도록 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 홈은 통로의 내벽의 단면 상에서 원호를 이루도록 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 홈은 그 단면의 모서리가 라운딩 처리될 수 있다.

본 발명에 있어서, 홈은 복수 개가 형성될 수 있으며, 통로의 원주 방향을 따라 연이어 배치될 수 있다.

본 발명에 있어서, 플라즈마 건에 대하여 본체를 지지하도록 본체의 외부 표면에서 적어도 일부 영역이 외측으로 연장되는 플랜지가 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 관한 플라즈마 건의 양극 절연관은 플라즈마 건에서 분출되는 플라즈마 빔을 안내하며 양극을 보호하는 절연관으로서, 플라즈마 건의 배출구의 둘레에 배치되는 양극의 내측에 배치되고 절연성 소재를 포함하며 플라즈마 빔을 안내하는 통로가 형성되는 중공 형상의 본체와, 플라즈마 빔에 의한 열 부하를 분산시키도록 통로의 내벽에 형성되는 복수 개의 돌기들을 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 있어서, 돌기들은 그 단면 모양이 원형으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 있어서, 돌기들은 그 단면 모양이 다각형으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 있어서, 돌기들은 통로의 내벽 면에서 서로 연이어 배치됨으로써 전체적으로 격자 모양을 형성할 수 있다.

이하, 첨부 도면의 실시예들을 통하여, 본 발명에 관한 플라즈마건의 양극 절연관의 구성과 작용을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 관한 양극 절연관을 구비하는 플라즈마 빔 증착장치의 개략도이고, 도 2는 도 1에 도시된 증착장치에 구비된 플라즈마 건의 개략도이고, 도 3은 도 2에 도시된 플라즈마 건에 구비된 본 발명의 실시예 1에 관한 양극 절연관의 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 양극 절연관의 평면도이다.

도 1 및 도 2에는 도 3에 나타난 실시예에 관한 양극 절연관이 설치된 플라즈마 빔 증착장치와 플라즈마 건이 도시되었다.

도 1에 도시된 플라즈마 빔 증착장치는 플라즈마를 이용한 물리적 증착장치의 일 예이며, 진공챔버(10)와, 진공챔버(10)의 일측에 장착되는 플라즈마 건(20)을 포함한다. 진공챔버(10)의 내에는 증착의 대상이 되는 기판(11)과, 증착 원료를 수용한 허스(12, hearth)가 배치된다. 플라즈마 건(20)으로부터 방출되는 플라즈마 빔은 진공챔버(10)로 유입된 후, 증착 원료를 가열하여 증발시킨다. 이에 의해 증발된 증착 원료가 기판(11)에 부착됨으로써 증착이 이루어진다. 이 때 진공챔버(10)는 진공펌프(미도시)와 연결되어 있으므로, 그 내부가 감압된 상태로 유지된다. 진공챔버(10)에는 방전기체 공급라인(14, 15)이 연결되어, 외부로부터 진공챔 버(10)의 내부로 방전기체를 공급한다.

진공챔버(10)의 일측에는 플라즈마 건(20)이 장착된다. 플라즈마 건(20)은 음극(21)과 중간전극들(22, 23)과 양극(24)을 포함한다. 음극(21) 측으로부터 방전가스가 공급되면, 플라즈마 건(20)은 방전가스를 플라즈마 빔 상태로 변환하여 양극(24)을 관통시켜 진공챔버(10) 내로 플라즈마 빔을 주입한다.

양극(24)은 플라즈마 빔이 배출되는 플라즈마 건(20)의 배출구(25)의 둘레에 배치된다. 양극(24)의 내측에는 양극 절연관(30)이 배치되어 플라즈마 빔을 안내하며, 양극(24)을 보호하는 기능을 수행한다. 양극 절연관(30)은 중간전극들(22,23)을 통과한 플라즈마 빔이 양극(24)으로 직접 흡수되는 것을 방지한다. 양극 절연관(30)은 높은 열을 견딜 수 있어야 하며 동시에 전기적으로 절연되어야 하므로, 세라믹 계열과 같은 절연성 소재를 포함할 수 있다.

음극(21)과 제1 중간전극(22)의 사이에서는 방전이 일어나고, 제1 중간전극(22)과 제2 중간전극(23)의 사이에서 1차 가속이 이루어진다. 제2 중간전극(23)과 양극(24)을 향하여 가속된 플라즈마 빔은 양극 절연관(30)을 통과하여 진공챔버(10)로 방출된다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 플라즈마 건(20)의 양극 절연관(30)은 양극(24)의 내측에 배치되는 본체(31)와, 본체(31)의 통로(32)의 내벽에 형성되는 적어도 하나의 홈(35)을 포함한다. 본체(31)는 절연성 소재를 포함하며, 플라즈마 빔을 안내하는 통로(32)가 형성된다. 통로(32)의 내벽에 형성되는 홈들(35)은 플라즈마 빔에 의해 전달되는 열을 분산시키는 기능을 한다. 본체(31)는 중공의 원통형상으로 이 루어지므로, 플라즈마 빔을 안내하는 통로(32)는 그 단면이 원형으로 이루어진다.

플라즈마 빔이 진공챔버(10)로 분출될 때에 플라즈마 빔은 양극 절연관(30)의 통로(32)를 통과하므로, 양극 절연관(30)의 통로(32)는 플라즈마 빔의 열에 의해 손상될 수 있다. 따라서 실시예 1에 관한 양극 절연관(30)의 통로(32)의 내벽에는 플라즈마 빔에 의한 열 부하를 분산시키기 위해 복수 개의 홈들(35)이 형성된다.

홈(35)은 본체(31)의 축 방향으로 연장되는데, 그 단면이 사각형으로 이루어진다. 복수 개의 홈들(35)이 통로(32)의 내벽의 원주 방향을 따라 연이어 배치되므로, 도 4에 도시된 바와 같이 양극 절연관(30)의 단면 형상에서 통로(32)의 내벽은 톱니 모양으로 이루어진다. 이와 같은 통로(32)의 내벽에서의 홈(35)의 배치로 인해, 양극 절연관(30)의 통로(32)의 내벽이 플라즈마 빔과 접촉하는 면적은 종래의 홈이 없는 절연관에 비해 현저히 증가한다. 따라서 플라즈마 빔에 의해 양극 절연관(30)에 전달되는 열 부하가 분산되므로, 플라즈마 빔에 의해 양극 절연관(30)이 마모되는 현상이 최소화될 수 있다.

본체(31)의 외측에는 양극 절연관(30)이 양극(24)의 내측에 고정될 수 있도록 하는 플랜지(39)가 형성될 수 있다. 즉 플랜지(39)는 본체(31)의 외부 표면에서 외측으로 연장되어 형성됨으로써 플라즈마 건(20)에 대하여 본체(31)를 지지하는 기능을 한다.

실시예 2에 관한 양극 절연관(40)은 통로 내벽에 형성되는 홈(45)의 모양이 변형되었다. 홈(45)은 그 단면이 삼각형으로 이루어지며 양극 절연관(40)의 축방향으로 연장 형성된다. 그리고 복수 개의 홈들(35)이 통로 내벽의 원주 방향을 따라 연이어 배치된다. 따라서 통로 내벽은 삼각형의 톱니 모양으로 이루어진다. 본 실시예의 양극 절연관(40)의 통로 내벽에 형성되는 홈들(45)도 통로 내벽의 면적을 확대하는 역할을 하므로, 플라즈마 빔에 의해 양극 절연관(40)에 전달되는 열 부하가 효과적으로 분산될 수 있다.

실시예 3에 관한 양극 절연관(50)은 도 5에 나타난 실시예를 변형한 것으로, 통로 내벽에 형성된 홈(55)의 모서리(56)가 라운딩 처리되었다. 이와 같은 구조로 인해 플라즈마 빔이 양극 절연관(50)을 통과할 때에 통로 내벽의 홈과 플라즈마 빔의 사이에 발생하는 마찰을 최소화할 수 있으므로, 양극 절연관(50)은 플라즈마 빔의 흐름을 진공챔버를 향해 원활히 안내할 수 있다.

실시예 4에 관한 양극 절연관(60)은 통로 내벽에 형성되는 홈(65)의 모양이 변형되었다. 홈(65)은 양극 절연관(60)의 통로 내벽의 단면에서 원호를 이루도록 형성되며, 양극 절연관(60)의 축방향으로 연장된다. 도 7에 도시된 통로 내벽에서 홈(65)에 의해 형성되는 원호는 대략 반원 모양이 된다. 복수 개의 홈들(65)은 통로 내벽의 원주 방향을 따라 연이어 배치된다. 본 실시예의 양극 절연관(60)의 통로 내벽에 형성되는 홈들(65)도 통로 내벽의 면적을 확대하는 기능을 하므로, 플라즈마 빔에 의해 절연관에 전달되는 열 부하가 효율적으로 분산된다.

도 8는 본 발명의 실시예 5에 관한 양극 절연관의 부분 단면 사시도이고, 도 9는 도 8에 도시된 양극 절연관의 측면 단면도이다.

실시예 5에 관한 양극 절연관(70)은 통로 내벽에 형성되는 홈들(75)이 본체의 원주 방향을 따라 연장된다. 그러므로 홈들(75)은 양극 절연관(70)의 축을 중심으로 링 모양을 이룬다. 도 8에 도시된 바와 같이 복수 개의 홈들(75)이 양극 절연관(70)의 축 방향으로 소정 간격 이격되며 배치된다. 이와 같은 구조로 인해, 양극 절연관(70)의 통로 내벽은 복수 개의 홈들(75)에 의해 그 단면이 증가된다. 따라서 플라즈마 빔이 양극 절연관(70)을 통과하는 동안 플라즈마 빔에 의해 양극 절연관(70)에 가해지는 열 부하가 분산될 수 있다.

실시예 6에 관한 양극 절연관(80)에서는 홈(85)이 본체(81)의 축 방향을 따라 통로(82)의 내벽 면에서 나선 모양을 이루며 연장된다. 나선 모양을 이루며 연장되는 홈(85)은 하나일 수도 있고, 복수 개의 홈들이 번갈아 배치되어 나선 모양을 형성할 수 있다. 나선 모양으로 연장되는 홈(85)은 양극 절연관(80)의 통로(82)의 내벽의 면적을 확대하는 기능을 하므로, 플라즈마 빔에 의한 열 부하가 효과적으로 분산된다. 또한 홈(85)이 플라즈마 빔이 진행되는 방향으로 나선 모양을 이루며 연장되므로, 플라즈마 빔과 홈의 사이에 존재할 수 있는 마찰을 감소시킬 수 있다.

실시예 7에 관한 양극 절연관(90)에서는, 통로(92)의 내벽에 복수 개의 돌기 들(95)이 형성된다. 돌기들(95)은 상술한 실시예들의 홈과 유사하게 플라즈마 빔에 의한 열 부하를 분산시키는 기능을 한다. 도시된 돌기들(95)은 단면 모양이 사각형으로 이루어지며, 통로(92)의 내벽을 따라 서로 연이어 배치된다. 따라서 통로(92)의 내벽의 모양이 전체적으로 격자 형상이 된다. 통로(92)의 내벽에 돌기들(95)이 형성됨으로 인해 양극 절연관(90)의 통로(92)의 내벽의 면적이 확대되며, 이로 인해 플라즈마 빔에 의한 열 부하가 효과적으로 분산될 수 있다.

도 12는 본 발명의 실시예 8에 관한 양극 절연관의 측면 단면도이고, 도 13은 도 12에 도시된 양극 절연관의 사시도이다.

실시예 8에 관한 양극 절연관(100)에서도, 실시예 7과 유사하게 양극 절연관(100)의 통로(102)의 내벽에 돌기들(105)이 형성된다. 돌기들(105)의 단면 모양은 도 11에 나타난 실시예와는 달리 원형으로 이루어진다. 상술한 실시예들과 마찬가지로 원형 단면을 갖는 돌기들(105)도 양극 절연관(100)의 통로(102)의 내벽의 면적을 확장함으로써 플라즈마 빔에 의해 양극 절연관에 전달되는 열 부하를 효율적으로 분산시킬 수 있다.

본 발명은 상술한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명의 플라즈마건의 양극 절연관은, 플라즈마 건의 배 출구 상에 배치되어 플라즈마 빔을 안내함과 아울러 플라즈마 빔으로부터 양극을 보호할 수 있다.

또한 양극 절연관의 통로 내벽에는 적어도 하나의 홈이나 돌기가 형성되어 통로 내벽의 면적이 확장되므로, 양극 절연관에 전달되는 플라즈마 빔의 열 부하가 효율적으로 분산된다. 이로 인해 양극 절연관이 장시간 사용되어도 플라즈마 빔에 의한 양극 절연관의 마모가 최소화되어, 플라즈마 건의 수명이 현저히 증가된다.

Claims

플라즈마 건에서 분출되는 플라즈마 빔을 안내하며, 양극을 보호하는 절연관으로서:

상기 플라즈마 건의 배출구의 둘레에 배치되는 상기 양극의 내측에 배치되고, 절연성 소재를 포함하며, 플라즈마 빔을 안내하는 통로가 형성되는 중공 형상의 본체; 및

플라즈마 빔에 의한 열 부하를 분산시키도록 상기 통로의 내벽에 형성되는 적어도 하나의 홈을 포함하는 플라즈마 건의 양극 절연관.
제1항에 있어서,

상기 본체는 중공의 원통형상으로 이루어지는 플라즈마 건의 양극 절연관.
제1항에 있어서,

상기 통로는 그 단면이 원형으로 이루어지는 플라즈마 건의 양극 절연관.
제1항에 있어서,

상기 홈은 상기 본체의 축 방향으로 연장되는 플라즈마 건의 양극 절연관.
제1항에 있어서,

상기 홈은 상기 본체의 원주 방향으로 연장되는 플라즈마 건의 양극 절연관.
제1항에 있어서,

상기 홈은 상기 본체의 축 방향을 따라 상기 통로의 내벽 면에서 나선모양으로 연장되는 플라즈마 건의 양극 절연관.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 홈은 그 단면이 삼각형을 이루도록 형성되는 플라즈마 건의 양극 절연관.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 홈은 그 단면이 다각형을 이루도록 형성되는 플라즈마 건의 양극 절연관.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 홈은 상기 통로의 내벽의 단면 상에서 원호를 이루도록 형성되는 플라즈마 건의 양극 절연관.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 홈은 그 단면의 모서리가 라운딩 처리된 플라즈마 건의 양극 절연관.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 홈은 복수 개가 형성되며, 상기 통로의 원주 방향을 따라 연이어 배치되는 플라즈마 건의 양극 절연관.
제1항에 있어서,

상기 플라즈마 건에 대하여 상기 본체를 지지하도록 상기 본체의 외부 표면에서 적어도 일부 영역이 외측으로 연장되는 플랜지가 형성되는 플라즈마 건의 양극 절연관.
플라즈마 건에서 분출되는 플라즈마 빔을 안내하며, 양극을 보호하는 절연관으로서:

상기 플라즈마 건의 배출구의 둘레에 배치되는 상기 양극의 내측에 배치되고, 절연성 소재를 포함하며, 플라즈마 빔을 안내하는 통로가 형성되는 중공 형상의 본체; 및

플라즈마 빔에 의한 열 부하를 분산시키도록 상기 통로의 내벽에 형성되는 복수 개의 돌기들을 포함하는 플라즈마 건의 양극 절연관.
제13항에 있어서,

상기 돌기들은 그 단면 모양이 원형으로 이루어지는 플라즈마 건의 양극 절 연관.
제13항에 있어서,

상기 돌기들은 그 단면 모양이 다각형으로 이루어지는 플라즈마 건의 양극 절연관.
제15항에 있어서,

상기 돌기들은 상기 통로의 내벽 면에서 서로 연이어 배치됨으로써 전체적으로 격자 모양을 형성하는 플라즈마 건의 양극 절연관.