KR20090005445U - 냉각캐소드 - Google Patents

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이재호
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Abstract

본 고안에 의한 냉각캐소드(100)는, 하방에 형성되어 지지기능을 하는 베이스플레이트(110)와 상기 베이스플레이트(110)의 상면에 로딩되는 판상의 절연재 (120)와 상기 절연재(120) 상면에 로딩되며 상방으로 개방된 홈(135)이 형성되고 전기적으로 음극에 연결되어 접지되는 블럭인 바디(130)와 상기 바디(130)의 홈 (135)에 수용되어 자석(150)을 받치는 자석플레이트(140)와 상기 자석플레이트 (140)의 상면에 부착되는 자석(150)과 상기 바디(130)의 상면에 로딩되며 내부에 냉각수의 유로(163)가 형성된 백플레이트(160)와 상기 백플레이트(160)의 상면에 로딩되어 증착물질을 발생시키는 판상의 타겟(170)과 상기 베이스플레이트(110)의 상면에 부착되어 상기 바디(130)와 백플레이트(160)와 타겟(170)을 둘러싸며 전기적으로 양극으로 연결되는 애노드실드(180)와 상기 베이스플레이트(110)의 하방에서 백플레이트(160)까지 관통하여 유로(163)에 연결되어 냉각수가 유입, 배출되는 유입관(193) 및 배출관(195)으로 구성되는 냉각캐소드(100)에 있어서;
상기 애노드실드(180)와 바디(130) 사이에 냉각수가 안내되는 개재된 쿨링배관(210)이 개재되도록 하고, 상기 백플레이트(160)의 유로(163)는 상방으로 개방되도록 형성하여 타겟(170)에 직접적으로 냉각수가 접하게 하고, 상기 애노드실드(180), 바디(130) 내부에 형성되어 냉각수가 안내되는 쿨링홀(220)이 형성되도록 하여 온도 상승을 방지하도록 한 고안에 관한 것이다.
캐소드, 냉각, 쿨링배관, 쿨링홀

Description

냉각캐소드{Cooling cathode}
본 고안은 냉각캐소드에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 타겟에 냉각수가 직접 접하게 하며, 쿨링배관을 내부에 개재하고, 애노드실드와 바디에 쿨링홀을 형성하여 온도상승이 억제되도록 한 냉각캐소드에 관한 것이다.
일반적으로 캐소드는 스퍼터링 장치에 사용되는 것으로서, 스퍼터링 장치에 구성되는 진공챔버 내에서 필름이나 유리판 내지는 합성수지판 등의 피착재에 금속물질을 증착시키는 장치이다.
도 1은 종래의 기술이 적용된 캐소드를 도시한 단면도로서로서 종래 기술을 살펴보면 다음과 같다.
하방에 형성되어 지지기능을 하는 베이스플레이트(10)와 상기 베이스플레이트(10)의 상면에 로딩되어 베이스플레이트(10)로의 전기 도통을 차단하는 판상의 절연재(20)와 상기 절연재(20) 상면에 로딩되며 상방으로 개방된 홈(35)이 형성되고 전기적으로 음극에 연결되어 접지되는 블럭인 바디(30)와 상기 바디(30)의 홈(35)에 수용되어 자석(50)을 받치는 자석플레이트(40)와 상기 자석플레이트(40)의 상면에 부착되어 자속을 발생시켜 플라즈마를 균일하게 하여 균일한 박막이 형 성되도록 하는 자석(50)과 상기 바디(30)의 상면에 로딩되며 내부에 냉각수의 유로(63)가 형성된 백플레이트(60)와 상기 백플레이트(60)의 상면에 로딩되어 증착물질을 발생시키는 것으로서 금, 은, 구리, 알루미늄 등으로 구성되는 판상의 타겟(70)과 상기 베이스플레이트(10)의 상면에 부착되어 상기 바디(30)와 백플레이트(60)와 타겟(70)을 둘러싸며 전기적으로 양극으로 연결되는 애노드실드(80)와 상기 베이스플레이트(10)의 하방에서 백플레이트(60)까지 관통하여 유로(63)에 연결되어 냉각수가 유입, 배출되는 유입관(93) 및 배출관(95)으로 구성된다. 상기 바디(30), 백플레이트(60), 타겟(70)은 애노드실드(80)와 3∼5mm의 간극이 형성되어 아크 발생을 억제하도록 구성된다.
상기 캐소드(1)를 스퍼터링 장치의 진공챔버 내에 장착한 후, 상기 스퍼터링의 타겟(70)에 대향하도록 필름이나 유리판 내지는 합성수지판 등의 피착재(M)가 이송되도록 한다. 그리고 불활성 가스인 아르곤을 주입한 후, 전원을 인가하게 되면 타겟(70) 주위에 플라즈마가 발생하게 되고, 이때, 아르곤 원자에서 전자가 방출되면서 형성된 아르곤 양이온(P)은 음극을 띠는 타겟(70)에 충돌하여 타겟(70)의 원자(S)가 피착재(M)에 증착되도록 하여 피착재(M) 표면에 박막이 형성되도록 한다. 그리고 상기 유입관(93)을 통해 백플레이트(60)의 유로(63)를 거쳐 배출관 (95)으로 냉각수가 흐르도록 함으로써 타겟(70)의 온도상승을 억제하도록 한다.
상기 종래 기술에 의한 캐소드에 의하면, 백플레이트 내부에 유로가 형성됨으로써 백플레이트를 거쳐서 타겟을 냉각시키게 되는데, 보통 스퍼터링 장치에 의해 작동되는 캐소드는 작동시간이 최대 30분 이내의 공정으로 이루어지지만, 그 이상 장시간 작동이 이루어지면 플라즈마 온도에 의해, 챔버 내부의 온도를 상승시킬 뿐만 아니라 타겟의 온도도 상승시켜, 상기 구성으로는 효율적인 냉각이 되지 못하고 있는 실정이다.
이렇게 상기 타겟 및 챔버 내부의 온도가 상승하게 되면, 타겟 주위의 부품으로 열전달되어 캐소드의 온도를 상승시키게 되고, 특히, 전기가 도통되는 애노드실드와 블럭은 전기 저항열 뿐만 아니라, 장시간 작동된 캐소드의 플라즈마 온도에 의한 잠열이 더해져서 더욱 온도를 상승시키게 되어 역으로 타겟의 온도를 상승시키게 된다.
따라서, 타겟이 효율적으로 냉각되지 못함으로써, 피착재를 변형시켜 불량을 발생시키는 경우가 비일비재하다. 일례로 피착재가 필름일 경우 주름이 발생하거나 연신되어 사용할 수 없게 된다.
또한, 타겟의 온도가 상승하게 되면 박막의 밀도 변형이 발생하여 박막의 특성이 달라진다.
아울러, 바디, 백플레이트, 타겟 등의 주변에 구성된 애노드실드가 열팽창하게 되어 기구적인 변형으로 인해, 서로 인접하게 됨으로써, 간극이 상실되어 아크 가 발생하게 되며, 이로 인해서 아크 현상이 발생하거나 플라즈마가 발생하지 않게 된다. 따라서, 증착 공정을 제대로 실현할 수 없게 된다.
본 고안에서는 상기 문제점을 해결하기 위한 냉각캐소드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 냉각캐소드는 하방에 형성되어 지지기능을 하는 베이스플레이트와 상기 베이스플레이트의 상면에 로딩되는 판상의 절연재와 상기 절연재 상면에 로딩되며 상방으로 개방된 홈이 형성되고 전기적으로 음극에 연결되어 접지되는 블럭인 바디와 상기 바디의 홈에 수용되어 자석을 받치는 자석플레이트와 상기 자석플레이트의 상면에 부착되는 자석과 상기 바디의 상면에 로딩되며 내부에 냉각수의 유로가 형성된 백플레이트와 상기 백플레이트의 상면에 로딩되어 증착물질을 발생시키는 판상의 타겟과 상기 베이스플레이트의 상면에 부착되어 상기 바디와 백플레이트와 타겟을 둘러싸며 전기적으로 양극으로 연결되는 애노드실드와 상기 베이스플레이트의 하방에서 백플레이트까지 관통하여 유로에 연결되어 냉각수가 유입, 배출되는 유입관 및 배출관으로 구성되는 냉각캐소드에 있어서;
상기 애노드실드와 바디 사이에 냉각수가 안내되는 개재된 쿨링배관이 개재되도록 하고, 상기 백플레이트의 유로는 상방으로 개방되도록 형성하여 타겟에 직접적으로 냉각수가 접하게 하고, 상기 애노드실드, 블럭 내부에 형성되어 냉각수가 안내되는 쿨링홀이 형성되도록 한다.
본 고안에 의한 냉각캐소드에 의하면, 타겟의 하면에 직접적으로 냉각수가 접하여 냉각하도록 구성되어 있으므로 보다 효율적으로 타겟을 냉각시킬 수 있고, 애노드실드와 블럭 사이에 쿨링배관이 개재되고, 애노드실드와 바디의 내부에 쿨링홀이 형성됨으로써 역으로 타겟의 온도상승을 효율적으로 억제할 수 있다.
따라서, 증착되는 피착재를 열변형시켜 불량이 발생하는 현상을 방지할 수 있고, 타겟의 온도상승이 효율적으로 저지됨으로써, 피착재 표면에 일정한 밀도의 박막을 조성시킬 수 있으며, 애노드실드 및 바디, 백플레이트, 타겟이 열팽창하게 되어 서로 인접하게 됨으로써, 간극이 상실되는 현상이 방지되어 아크 발생으로 인한 플라즈마가 중단되지 않는 효과가 있다.
이하, 첨부되는 도면과 관련하여 상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구성과 작동례를 살펴보면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 기술이 적용된 냉각캐소드를 도시한 단면도로서 함께 설명한다.
일반적으로 캐소드(100)는 스퍼터링 장치에 사용되는 것으로서, 스퍼터링 장치에 구성되는 진공챔버 내에서 필름이나 유리판 내지는 합성수지판 등의 피착재(미도시)에 금속물질을 증착시키는 장치이다.
상기 캐소드(100)는 하방에 형성되어 지지기능을 하는 베이스플레이트(110)와 상기 베이스플레이트(110)의 상면에 로딩되어 베이스플레이트(110)로의 전기 도통을 차단하는 판상의 절연재(120)와 상기 절연재(120) 상면에 로딩되며 상방으로 개방된 홈(135)이 형성되고 전기적으로 음극에 연결되어 접지되는 블럭인 바디(130)와 상기 바디(130)의 홈(135)에 수용되어 자석(150)을 받치는 자석플레이트(140)와 상기 자석플레이트(140)의 상면에 부착되어 자속을 발생시켜 플라즈마를 균일하게 하여 균일한 박막이 형성되도록 하는 자석(150)과 상기 바디(130)의 상면에 로딩되며 내부에 냉각수의 유로(163)가 형성된 백플레이트(160)와 상기 백플레이트(160)의 상면에 로딩되어 증착물질을 발생시키는 것으로서 금, 은, 구리, 알루미늄 등으로 구성되는 판상의 타겟(170)과 상기 베이스플레이트(110)의 상면에 부착되어 상기 바디(130)와 백플레이트(160)와 타겟(170)을 둘러싸며 전기적으로 양극으로 연결되는 애노드실드(180)와 상기 베이스플레이트(110)의 하방에서 백플레이트(160)까지 관통하여 유로(163)에 연결되어 냉각수가 유입, 배출되는 유입관(193) 및 배출관(195)으로 구성되며, 상기 바디(130), 백플레이트(160), 타겟(170)은 애노드실드(180)와 3∼5mm의 간극이 형성되어 아크 발생을 억제하도록 구성된다.
본 발명에서는 플라즈마 발생 시, 상기 캐소드(100)의 온도 상승이 억제되어 피착재 및 캐소드(100) 자체의 열변형이 방지되도록 한 것을 특징으로 한다.
이를 위하여 본 고안에서는 다음과 같이 구성한다.
상기 애노드실드(180)와 바디(130) 사이에 냉각수가 안내되는 쿨링배관(210)이 개재되도록 하며, 상기 쿨링배관(210)에는 애노드실드(180)를 관통하여 연통됨으로써 냉각수가 유입배출되는 유입관(211) 및 배출관(213)이 구성된다.
또한, 상기 백플레이트(160)에 형성된 냉각수의 유로(163)는 상방으로 개방 되도록 형성됨으로써, 상면에 타겟(170)이 로딩되면, 상기 유로(163)를 통해 유입된 냉각수가 직접적으로 타겟(170)에 접하게 하여 냉각이 되도록 한다.
아울러, 상기 애노드실드(180)와 바디(130)는 전기가 도통 될 뿐만 아니라, 플라즈마로 인해서 열전달되어 쉽게 온도가 상승하게 됨으로써, 내부에 냉각수가 흐르도록 안내하는 쿨링홀(220)이 형성되도록 한다. 상기 쿨링홀(220)에 유입관(미도시) 및 배출관(미도시)이 연결되어 구성됨은 물론이다.
상기 구성에 의한 본 고안의 작동례를 살펴보면, 먼저 진공챔버 내에 불활성가스인 아르곤을 충전시킨 후, 냉각캐소드(100)에 전기를 도통시키면, 플라즈마가 발생하게 된다.
이때, 상기 유입관(193)을 통해 냉각수가 유입되어 타겟(170)의 하면을 직접적으로 접하여 냉각시킨 후, 열교환되어 배출관(195)으로 배출된다.
그리고, 상기 베이스플레이트(110)를 통해서 냉각수가 흐르게 되어 냉각캐소드(100) 내부의 온도상승을 억제시키며, 전기저항열이 발생하는 애노드실드(180)와 바디(130)의 내부에 형성된 쿨링홀(220)에도 냉각수가 공급됨으로써 온도 상승을 저지하게 된다.
도 1은 종래의 기술이 적용된 캐소드를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 기술이 적용된 냉각캐소드를 도시한 단면도.
*도면의 주요 부분에 사용된 부호의 설명*
110: 베이스플레이트 120: 절연재
130: 바디 140: 자석플레이트
150: 자석 160: 백플레이트
163: 유로 170: 타겟
180: 애노드실드 193, 211: 유입관
195, 213: 배출관 210: 쿨링배관
220: 쿨링홀

Claims (3)

  1. 하방에 형성되어 지지기능을 하는 베이스플레이트(110)와,
    상기 베이스플레이트(110)의 상면에 로딩되는 판상의 절연재(120)와,
    상기 절연재(120) 상면에 로딩되며 상방으로 개방된 홈(135)이 형성되고 전기적으로 음극에 연결되어 접지되는 블럭인 바디(130)와,
    상기 바디(130)의 홈(135)에 수용되어 자석(150)을 받치는 자석플레이트(140)와,
    상기 자석플레이트(140)의 상면에 부착되는 자석(150)과,
    상기 바디(130)의 상면에 로딩되며 내부에 냉각수의 유로(163)가 형성된 백플레이트(160)와,
    상기 백플레이트(160)의 상면에 로딩되어 증착물질을 발생시키는 판상의 타겟(170)과,
    상기 베이스플레이트(110)의 상면에 부착되어 상기 바디(130)와 백플레이트(160)와 타겟(170)을 둘러싸며 전기적으로 양극으로 연결되는 애노드실드(180)와,
    상기 베이스플레이트(110)의 하방에서 백플레이트(160)까지 관통하여 유로(163)에 연결되는 유입관(211) 및 배출관(213)으로 구성되는 냉각캐소드(100)에 있어서;
    상기 애노드실드(180)와 바디(130) 사이에 냉각수가 안내되도록 개재된 쿨링 배관(210)과,
    상기 쿨링배관(210)에 연결된 냉각수의 유입관(211) 및 배출관(213)이 더 구성된 것을 특징으로 하는 냉각캐소드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유로(163)는 상방으로 개방되도록 형성된 것을 특징으로 하는 냉각캐소드.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 애노드실드(180), 바디(130) 내부에 형성되어 냉각수가 안내되는 쿨링홀(220)과,
    상기 쿨링홀(220)에 연결된 유입관 및 배출관으로 구성되는 것을 특징으로 하는 냉각캐소드.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109267022A (zh) * 2018-12-15 2019-01-25 湖南玉丰真空科学技术有限公司 一种靶材冷却装置

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