KR20230031486A - 포집부를 포함하는 자장여과 아크 소스 장치 - Google Patents
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Abstract
챔버를 포함하는 아크증발부; 및 상기 챔버의 제1 단부와 연결되는 필터부;를 포함하는 자장여과 아크 소스 장치에 있어서, 상기 아크증발부의 챔버는 상기 챔버의 제1 단부의 반대측 단부에 위치하는 제2 단부에 위치하며, 타겟부재가 결합된 음극; 상기 음극과 이격되어 배치되며, 상기 타겟부재로부터 방출된 전자가 유입되는 양극; 상기 타겟부재와 접촉하여 아크를 발생시키기 위한 촉발전극; 및 상기 타겟부재를 둘러싸도록 배치되어, 퇴적물을 포집할 수 있는 포집부;를 포함하며, 상기 촉발전극은 상기 챔버의 중심을 기준으로 상기 양극 외부의 일 점에 고정되어 상기 일 점을 축으로 하여 회전할 수 있으며, 상기 양극은 상기 촉발전극이 통과할 수 있도록 개방된 통로를 포함하고, 상기 촉발전극은 양극 외부로부터 상기 양극의 통로를 통과하여 상기 타겟부재와 접촉할 수 있는 것을 특징으로 하는 자장여과 아크 소스 장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에서 제공되는 자장여과 아크 소스 장치는 음극의 절연 파괴를 방지하여 장시간 음극의 절연성을 유지할 수 있으며, 이에 따라 자장여과 아크 소스 장치를 장시간 동안 안정적으로 운전할 수 있다는 효과가 있다.
Description
본 발명은 포집부를 포함하는 자장여과 아크 소스 장치에 관한 것이다.
일반적으로 진공코팅 방법 중 물리적 증발 증착법의 한 가지인 진공아크 증착 방법은 음극타겟으로부터 아크 방전을 발생시켜, 타겟의 물질을 증발시킴으로써, 기판상에 증착하여 막을 형성하는 방법이다. 이 때, 타겟물질의 증발로 인하여 중성 입자, 하전 입자 및 대형 미립자 등이 생성된다.
이러한 아크 증착방법을 단순한 절삭공구 및 일반금형 뿐만 아니라 정밀금형의 코팅 및 반도체 소자 개발에도 응용될 수 있도록 하기 위하여, 아크 증착방법에 의해 생성된 막의 질을 저하시키는 원인이 되는 대형 미립자(Macroparticle)가 코팅 대상 기판에 증착되지 않도록 할 수 있는 박막 증착장치를 만들기 위한 여러 방안이 모색되고 있다.
직렬형 박막 증착장치의 경우, 타겟과 기판이 직접 마주하고 있어, 이온화되지 않은 대형 미립자의 일부가 기판에 증착되게 되므로 박막의 질이 저하되게 되는 바, 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 플라즈마 덕트가 구부러져 있고, 이 플라즈마 덕트 내의 자기장이 상기 플라즈마 덕트를 따라 분포되는 음극 아크 방전을 이용한 박막 증착장치가 제안된 바 있다.
예를 들어, 직각형 박막 증착장치가 제안된 바 있는데, 다만 이러한 경우 플라즈마 덕트의 구부러진 부위에서의 자기력선의 일부가 상기 플라즈마 덕트와 교차하여 분포되어 있기 때문에, 하전입자(전자 및 타겟이온 등)의 일부가 이 플라즈마 덕트의 구부러진 부위 내벽으로 유도되어 충돌한 후 소실되므로, 박막의 증착률이 저하되는 문제가 발생하게 된다.
이에, 본 발명자는 플라즈마 덕트의 굴곡부에 반사자장원을 설치하여, 상기 굴곡부에서의 자기력선이 플라즈마 덕트의 중심선을 따라 분포되도록 밀어줌으로써, 하전입자가 플라즈마 덕트의 내벽에 부딪히지 않도록 하전입자의 이동을 가이드하는 음극 아크 방전을 이용한 박막 증착장치에 관한 발명을 대한민국 등록특허 제10-0230279호로 등록받은 바 있다.
일반적인 플라즈마 덕트를 포함하는 진공 아크 증착 장치는 아크를 발생시키기 위한 아크발생부 및 상기 아크발생부로부터 발생된 아크가 공급되는 진공 챔버부를 포함한다(도 1).
상기 아크발생부는 카본 아크 타겟을 포함하는 아크증발부를 포함하며, 상기 아크증발부로부터 발생된 아크를 여과하기 위한 필터부를 포함하고 있다.
이때, 상기 필터부는 자장여과 필터일 수 있으며, 이는 아크 방전 분야에서 자명한 사항이므로, 이하 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
즉, 일반적인 플라즈마 덕트를 포함하는 진공 아크 증착 장치는 상기 아크증발부로부터 발생된 증발물 중 전기를 띤 하전입자인 플라즈마는 잘 통과하게 만들면서 불순물인 미립자(macro-particle)는 상기 필터부를 통해 여과함으로써, 상기 진공 챔버부에 불순물이 포함되지 않는 코팅막을 증착할 수 있게 하는 자장여과 아크 소스에 해당한다.
여기서, 아크증발부 내에 카본 음극 타겟을 사용할 경우, 코팅 공정에서 더스트들이 발생할 수 있다. 장시간동안 아크를 가동하게 되면, 인출되는 카본 플라즈마 이외의 많은 더스트(dust)들이 주변에 퇴적되며, 이러한 더스트들은 결국에 는 절연체 부분에까지 도달하여 음극과 주변 간의 전기적 절연을 파괴하게 된다.
이에, 이러한 문제점들을 해결하기 위하여, 새로운 형태의 자장여과 아크 소스 장치가 요구되었다.
본 발명의 일 측면에서의 목적은 음극의 절연 파괴를 방지할 수 있는 새로운 구조의 자장여과 아크 소스 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에서
챔버를 포함하는 아크증발부; 및 상기 챔버의 제1 단부와 연결되는 필터부;를 포함하는 자장여과 아크 소스 장치에 있어서,
상기 아크증발부의 챔버는
상기 챔버의 제1 단부의 반대측 단부에 위치하는 제2 단부에 위치하며, 타겟부재가 결합된 음극;
상기 음극과 이격되어 배치되며, 상기 타겟부재로부터 방출된 전자가 유입되는 양극;
상기 타겟부재와 접촉하여 아크를 발생시키기 위한 촉발전극; 및
상기 타겟부재를 둘러싸도록 배치되어, 퇴적물을 포집할 수 있는 포집부;
를 포함하며,
상기 촉발전극은 상기 챔버의 중심을 기준으로 상기 양극 외부의 일 점에 고정되어 상기 일 점을 축으로 하여 회전할 수 있으며,
상기 양극은 상기 촉발전극이 통과할 수 있도록 개방된 통로를 포함하고,
상기 촉발전극은 양극 외부로부터 상기 양극의 통로를 통과하여 상기 타겟부재와 접촉할 수 있는 것을 특징으로 하는 자장여과 아크 소스 장치가 제공된다.
본 발명의 일 측면에서 제공되는 자장여과 아크 소스 장치는 음극의 절연 파괴를 방지하여 장시간 음극의 절연성을 유지할 수 있으며, 이에 따라 자장여과 아크 소스 장치를 장시간 동안 안정적으로 운전할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 자장여과 아크 소스 장치의 구조를 모식적으로 나타낸 것이고,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크증발부의 구조를 모식적으로 나타낸 것이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 아크증발부 내의 양극 및 촉발전극의 구조를 모식적으로 나타낸 것이고,
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크증발부 내의 양극 및 촉발전극의 구조에 대하여, 전자빔의 영향을 보여주는 모식도 및 이미지이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 및 양극 커버의 구조를 모식적으로 나타낸 것이고,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 양극의 옆면 구조 및 통로를 모식적으로 나타낸 것이고,
도 8은 종래의 촉발전극의 배치를 모식적으로 나타낸 것이고,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉발전극의 배치를 모식적으로 나타낸 것이고,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉발전극의 거동을 모식적으로 나타낸 것이고,
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉발전극의 구조를 모식적으로 나타낸 것이고,
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉발전극의 구조 및 배치를 보여주는 이미지이고,
도 13 및 도 14는 자장여과 아크 소스 장치의 운전에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 촉발전극에 대한 영향을 보여주는 이미지이고,
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 포집부 및 쉴드부를 포함하는 아크증발부의 모식도이고,
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 포집부를 보여주는 이미지이고,
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 자장여과 아크 소스 장치 운전 시스템의 블록도이고,
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 자장여과 아크 소스 장치 운전방법의 순서도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크증발부의 구조를 모식적으로 나타낸 것이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 아크증발부 내의 양극 및 촉발전극의 구조를 모식적으로 나타낸 것이고,
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크증발부 내의 양극 및 촉발전극의 구조에 대하여, 전자빔의 영향을 보여주는 모식도 및 이미지이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 및 양극 커버의 구조를 모식적으로 나타낸 것이고,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 양극의 옆면 구조 및 통로를 모식적으로 나타낸 것이고,
도 8은 종래의 촉발전극의 배치를 모식적으로 나타낸 것이고,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉발전극의 배치를 모식적으로 나타낸 것이고,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉발전극의 거동을 모식적으로 나타낸 것이고,
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉발전극의 구조를 모식적으로 나타낸 것이고,
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉발전극의 구조 및 배치를 보여주는 이미지이고,
도 13 및 도 14는 자장여과 아크 소스 장치의 운전에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 촉발전극에 대한 영향을 보여주는 이미지이고,
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 포집부 및 쉴드부를 포함하는 아크증발부의 모식도이고,
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 포집부를 보여주는 이미지이고,
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 자장여과 아크 소스 장치 운전 시스템의 블록도이고,
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 자장여과 아크 소스 장치 운전방법의 순서도이다.
본 발명은 여러 변경을 가할 수 있으며 이에 따라 다양한 실시예가 나올 수 있는 바, 특정 실시예를 하단에 제시하고 상세하게 설명하고자 한다.
또한 특별히 정의가 되지 않은 본 명세서에서의 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자 모두에게 이해가 가능한 의미로 사용할 수 있을 것이다.
그러나 이는 본 발명은 하단에 기술될 특정한 실시예에만 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 다른 균등물과 변형 예들이 있을 수 있으며, 본 명세서에서 제시하는 실시예는 가장 바람직한 실시예일 뿐이다.
본 발명의 일 측면에서
챔버를 포함하는 아크증발부; 및 상기 챔버의 제1 단부와 연결되는 필터부;를 포함하는 자장여과 아크 소스 장치에 있어서,
상기 아크증발부의 챔버는
상기 챔버의 제1 단부의 반대측 단부에 위치하는 제2 단부에 위치하며, 타겟부재가 결합된 음극;
상기 음극과 이격되어 배치되며, 상기 타겟부재로부터 방출된 전자가 유입되는 양극;
상기 타겟부재와 접촉하여 아크를 발생시키기 위한 촉발전극; 및
상기 타겟부재를 둘러싸도록 배치되어, 퇴적물을 포집할 수 있는 포집부;
를 포함하며,
상기 촉발전극은 상기 챔버의 중심을 기준으로 상기 양극 외부의 일 점에 고정되어 상기 일 점을 축으로 하여 회전할 수 있으며,
상기 양극은 상기 촉발전극이 통과할 수 있도록 개방된 통로를 포함하고,
상기 촉발전극은 양극 외부로부터 상기 양극의 통로를 통과하여 상기 타겟부재와 접촉할 수 있는 것을 특징으로 하는 자장여과 아크 소스 장치가 제공된다.
이하, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 자장여과 아크 소스 장치를 각 구성별로 상세히 설명한다.
본 발명의 일 측면에서 제공되는 자장여과 아크 소스 장치는 아크증발부를 포함한다.
상기 아크증발부는 챔버를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 자장여과 아크 소스 장치는 필터부를 포함한다.
상기 필터부는 상기 챔버의 제1 단부와 연결된다.
즉, 이하에서는 상기 챔버가 상기 필터부와 연결되는 부분을 챔버의 제1 단부라 칭하며, 그 반대측 단부를 제2 단부라 칭하며, 제1 단부 및 제2 단부 사이의 외주면을 측면으로 칭한다.
상기 챔버는 일 실시예에서 원통 형상일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
먼저, 상기 아크증발부의 챔버는 음극을 포함한다.
상기 음극은 타겟부재가 결합될 수 있다.
상기 음극은 상기 챔버의 제2 단부에 위치할 수 있다.
일 실시예에서 상기 음극은 상기 챔버의 제2 단부의 중심부에 위치할 수 있다.
일 실시예에서 상기 타겟부재는 탄소일 수 있다.
다른 일 실시예에서 상기 타겟부재는 금속일 수 있다. 예를 들어, 티타늄, 크롬, 알루미늄, 텅스텐 및 몰리브덴으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 타겟부재는 기둥 형상일 수 있으며, 예를 들어, 원기둥 또는 다각기둥형상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
다음으로, 상기 아크증발부의 챔버는 양극을 포함한다.
상기 양극은 상기 음극과 이격되어 배치될 수 있다.
상기 양극은 상기 타겟부재로부터 방출된 전자가 유입될 수 있다.
일 실시예에서 상기 양극은 상기 음극과 이격되어, 상기 챔버의 측면을 따라 연장되도록 배치될 수 있다.
상기 양극은 후술할 촉발전극이 통과할 수 있도록 개방된 통로를 포함할 수 있다.
상기 양극은 탄소를 포함할 수 있다.
이 때, 양극은 탄소를 포함함으로써 내열성이 우수해 전자빔에 의해 양극이 녹는 것을 방지할 수 있다.
상기 양극의 통로는 제1 부분 및 제2 부분을 포함할 수 있다.
상기 제2 부분은 상기 제1 부분에 비하여 폭이 넓을 수 있다(도 7).
상기 촉발전극은 상기 촉발전극이 고정된 일 점으로부터 거리가 더 가까운 부분이 상기 제1 부분으로 통과하고, 더 먼 부분이 상기 제2 부분으로 통과할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 양극이 상기 상기 음극과 이격되어, 상기 챔버의 옆면을 따라 연장되도록 배치되는 경우에, 상기 제2 부분은 상기 제1 부분보다 챔버의 제1 단부에 가깝도록 위치할 수 있다.
상기 통로의 폭이 좁으면 타겟 입자들이 퇴적되어, 촉발전극의 이동 경로가 막힐 수 있으며, 상기 통로의 폭이 넓으면 아크에서 발생된 전자빔에 의하여 촉발전극 및 챔버의 용접부가 녹을 수 있다는 문제점이 발생할 수 있다. 도 4 및 도 5를 참고하여, 전자빔의 영향을 확인할 수 있다.
이에, 본 발명의 일 실시예에서는 양극의 통로 중 비교적 타겟의 퇴적물이 많이 퇴적되는 제2 부분의 폭이 더 넓도록, 제1 부분 및 제2 부분으로 나누어 설계하였다. 이로써, 촉발전극 및 챔버의 용접부로의 전자빔의 도달을 최소화하면서도, 타겟 퇴적물에 의하여 통로가 막히어 촉발전극이 이동할 수 없는 일이 발생하지 않도록 방지할 수 있다.
이 때, 상기 아크증발부는 상기 양극의 일 단부에 결합 및 분리가 가능한 양극 커버를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서 상기 양극의 일 단부는 챔버의 제1 단부 측과 동일한 방향의 단부일 수 있다.
일 실시예에서 상기 양극 및 양극 커버는 회전을 통해 결합 및 분리가 가능할 수 있다(도 6).
이 때, 상기 양극은 일 단부에 하나 이상의 돌출부를 포함하고, 상기 양극 커버는 상기 양극의 돌출부에 대응되는 하나 이상의 홈을 포함할 수 있다.
또는, 상기 양극은 일 단부에 하나 이상의 홈을 포함하고, 상기 양극 커버는 상기 양극의 홈에 대응되는 하나 이상의 돌출부를 포함할 수 있다.
상기 양극 커버는 아크에서 발생된 전자빔에 의하여 상기 챔버의 용접부가 녹는 문제를 방지할 수 있다.
또한, 상기 양극 커버는 회전을 통해 상기 양극에 결합됨으로써, 퇴적물이 누적되더라도 상기 양극의 밀림을 방지할 수 있다.
나아가, 상기 양극 커버는 회전을 통해 상기 양극으로부터 분리가 가능한 바, 운전 후 퇴적물들을 쉽게 제거할 수 있다는 이점이 있다.
다음으로, 상기 아크증발부의 챔버는 촉발전극을 포함한다.
상기 촉발전극은 상기 타겟부재와 접촉하여 아크를 발생시킬 수 있다.
상기 촉발전극은 상기 챔버의 중심을 기준으로 상기 양극 외부의 일 점에 고정되어 상기 일 점을 축으로 하여 회전할 수 있다.
상기 촉발전극은 양극 외부로부터 상기 양극의 통로를 통과하여 상기 타겟부재와 접촉할 수 있다.
기존에는 도 8에서 확인할 수 있듯이, 촉발전극이 고온의 열을 방출하는 음극 타겟에 너무 가까이 위치하여, 촉발전극이 쉽게 녹는 문제점이 있었다.
이에, 본 발명에서는 도 9와 같이 상기 촉발전극은 음극 타겟으로부터 양극 외부에 위치함으로써 촉발전극이 녹는 것을 방지할 수 있으며, 아크를 발생시키는 경우에만 상기 양극 외부의 일 점을 축으로 하여 회전함으로써 상기 타겟에 도달해 아크를 발생시킬 수 있다(도 3, 도 10, 도 12).
상기 촉발전극은 몸체, 상기 몸체의 일 단부에 위치하여, 상기 양극 외부의 일 점에 고정되는 고정부 및 상기 몸체의 다른 일 단부에 위치하여 상기 타겟부재와 접촉할 수 있는 접촉부를 포함할 수 있다(도 11).
상기 촉발전극은 상기 몸체의 외표면을 둘러싸는 보호부를 더 포함할 수 있다.
상기 접촉부 및 상기 보호부는 흑연을 포함할 수 있다.
도 13 및 도 14에서 확인할 수 있듯이 자장여과 아크 소스 장치 운전 시, 상기 촉발전극에 많은 양의 전자빔이 도달할 수 있는데, 상기 접촉부 및 상기 보호부는 흑연을 포함함으로써 내열성이 우수해, 상기 촉발전극이 전자빔에 의해 녹는 것을 방지할 수 있다.
상기 몸체는 비자성 재료를 포함할 수 있으며, 예를 들어 스테인리스강, 인코넬 등으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 재료를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이 상기 보호부가 상기 몸체의 외표면을 둘러싸기 때문에, 상기 몸체는 내열 재료들로 제한될 필요는 없다.
상기 촉발전극은 상기 타겟부재와 접촉함으로써 아크를 발생시키고, 상기 아크를 발생시킨 후에는 상기 촉발전극의 모든 부분이 상기 챔버의 중심을 기준으로 상기 양극의 외부에 위치할 수 있다.
또한, 상기 챔버는 포집부를 더 포함할 수 있다(도 15).
상기 포집부는 상기 타겟부재를 둘러싸도록 배치되어, 퇴적물을 포집할 수 있다(도 16).
상기 포집부는 상기 타겟부재로부터 중력방향으로 퇴적되는 퇴적물들을 포집하도록 배치될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 실시예에서 상기 타겟부재가 상기 챔버의 제2 단부에 위치하는 경우, 상기 포집부도 상기 타겟부재를 둘러싸도록 상기 챔버의 제2 단부에 위치할 수 있다.
상기 포집부는 내열성 및 내열 충격성이 우수하고, 전기적 절연성이 우수한 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 포집부는 Al2O3, BN 및 SiC로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 세라믹 재료를 포함할 수 있다.
상기 포집부는 컵 형태의 가운데가 오목한 구조일 수 있으며, 이에 따라 부산물들을 포집할 수 있다.
또한, 상기 챔버는 쉴드부를 더 포함할 수 있다.
상기 쉴드부는 상기 포집부와 일 단부가 접촉하도록 배치될 수 있으며, 상기 챔버의 내벽을 상기 챔버의 내부 공간과 차단시킬 수 있다.
상기 쉴드부는 상기 타겟부재로부터 중력방향으로 퇴적되는 퇴적물들이 중력방향으로 이동 시 상기 챔버의 내벽과 접촉하지 않도록 배치될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 실시예에서 상기 타겟부재가 상기 챔버의 제2 단부에 위치하며, 상기 포집부도 상기 타겟부재를 둘러싸도록 상기 챔버의 제2 단부에 위치하는 경우, 상기 쉴드부는 상기 챔버 내부에서 바라보았을 때, 상기 포집부의 외측 표면과 접촉하면서, 보다 외측 방향으로 연장될 수 있다(도 15).
상기 쉴드부는 상기 챔버의 내벽을 상기 챔버의 내부 공간과 공간적으로 차단할 수 있는 재료면 제한되지 않고 사용될 수 있으나, 바람직하게는 300℃ 이상의 온도에서 내열성을 가지는 재료임이 바람직하다.
장시간 아크를 가동하게 되는 경우, 인출되는 카본 플라즈마 이외에 많은 부산물들이 주변에 코팅되며, 추후 이 부산물들이 떨어지면서 음극과 주변 간의 전기적 절연을 파괴할 수 있다.
이에, 상기 포집부 및 상기 쉴드부를 통하여, 상기 부산물들이 떨어져 축적되어도 장시간 동안 음극의 절연성을 유지할 수 있도록 한다.
본 발명의 다른 측면에서
상기 자장여과 아크 소스 장치; 및
상기 촉발전극의 촉발을 제어하는 제어부;
를 포함하는 자장여과 아크 소스 장치 운전 시스템으로,
상기 제어부는
상기 아크증발부에 의하여 발생한 덕트 전류를 측정하는 전류 측정부;
상기 전류 측정부에 의하여 측정된 전류가 소정의 값 이하인 경우 상기 촉발전극이 상기 타겟부재와 접촉하여 아크를 재발생시키도록 상기 촉발전극에 회전 신호를 전송하는 촉발 유도부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 자장여과 아크 소스 장치 운전 시스템이 제공된다(도 17 참조).
이하, 본 발명의 다른 측면에서 제공되는 자장여과 아크 소스 장치 운전 시스템을 각 구성별로 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 자장여과 아크 소스 장치 운전 시스템은 상기 자장여과 아크 소스 장치를 포함한다.
상기 자장여과 아크 소스 장치는 위에서 설명한 바와 동일한 바, 중복하여 설명하지는 않는다.
다음으로, 본 발명의 다른 측면에서 제공되는 자장여과 아크 소스 장치 운전 시스템은 제어부를 포함한다.
상기 제어부는 전류 측정부를 포함할 수 있다.
상기 전류 측정부는 아크증발부에 의하여 발생한 플라즈마 전류가 플라즈마 덕트로 들어가게 되면, 덕트에 인가된 바이어스 전원에 의하여 덕트 전류가 흐르게 되고 이를 전류 센서로 측정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 촉발 유도부를 포함할 수 있다.
상기 촉발 유도부는 상기 전류 측정부에 의하여 측정된 전류가 소정의 값 이하인 경우 상기 촉발전극이 상기 타겟부재와 접촉하여 아크를 재발생시키도록 상기 촉발전극에 회전 신호를 전송할 수 있다.
아크 스팟의 운동이 타겟의 표면에서만 안정적으로 동작하게 하면, 동일 아크 방전 전류에 대하여 늘 일정한 양의 타겟만을 소비하게 된다.
즉, 아크 스팟의 위치와 자장여과 아크 소스 장치의 덕트로 들어오는 전류량은 특정 관계를 가지고 있으므로, 측정된 덕트 전류값이 미리 계산된 전류값에 비하여 낮은 전류를 유지한다는 것은, 아크 스팟의 위치가 바람직하지 않음을 의미한다.
따라서, 이 때, 촉발을 유도하여 아크가 다시 타겟의 중심에서 움직이도록 할 수 있다. 이와 같이 타겟에서의 아크 스팟의 움직임에 따라 덕트(필터)로 들어오는 탄소 플라즈마 빔의 전류값이 달라진다.
타겟의 가장 자리에 아크 스팟이 존재할 때, 중심 부근에 존재할 때, 타겟의 외곽 벽에 존재할 때, 덕트로 흐르는 전류값은 각각 다르므로, 덕트의 전류값이 소정의 값 이하로 소정 시간 이상 머물러 있을 때, 촉발전극을 가동시켜 다시 아크를 재점화하는 것이다.
일 실시예에서, 촉발전극은 공기압으로 동작하는 실린더 또는 모터로 작동하게 되는데, 만약 아크 동작 중 덕트로 들어오는 전류가 작아지면, 즉 전류 측정부에 의하여 측정되는 전류가 작아지면, 이를 신호로 받아 촉발전극을 다시 동작하게 함으로써 아크가 타겟의 중심 부근에서 다시 발생되도록 한다.
덕트로 들어오는 전류가 적으면, 아크 스팟은 타겟의 외곽 및 가장자리에서 움직이고, 전류가 높으면 타겟의 평판 표면 및 중심부에서 움직이는 것을 의미한다. 따라서 전류 센서에 의하여 측정되는 전류값이 특정 값 이하인 경우, 아크 스팟이 외곽에서 움직인다는 것을 의미하므로, 아크 스팟을 강제적으로 타겟의 중심부로 이동시키기 위하여 촉발 전극을 재동작시켜 아크가 타겟 중심에서 다시 발생되도록 한다.
이를 통하여, 음극 타겟의 일정한 영역 이내에서만 아크 스팟을 머물게 할 수 있는 바, 본 발명의 다른 측면에서 제공되는 자장여과 아크 소스 장치 운전 시스템은 타겟에 대하여 최적의 자기장을 찾아 타겟 표면이 일정 위치에 머물도록 하는 시스템으로, 타겟 사용의 효율 및 공정의 안정성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에서 제공되는 자장여과 아크 소스 장치 운전 시스템은 공급부를 더 포함할 수 있다.
상기 공급부는 상기 타겟부재를 소정의 속도로 공급할 수 있다.
상기 공급부는 상기 타겟부재를 일정한 속도로 공급할 수 있다.
상기 공급부는 챔버 내부에서 보았을 때, 상기 타겟부재의 외표면에 위치할 수 있으며, 상기 타겟부재를 상기 챔버 내부 방향으로 밀어줄 수 있다.
상기 공급부는 상기 타겟부재를 챔버 내부 방향으로 밀 수 있는 모터를 포함할 수 있다.
상기 공급부에 의하여 타겟이 소정의 속도로 자동으로 공급되는 경우, 상기 제어부에는 타겟의 공급 속도를 이용하여 계산된 소정의 전류값이 입력될 수 있다. 이에 따라, 보다 효율적이고 안정적으로 타겟을 공급할 수 있다는 이점이 있다.
본 발명의 또 다른 측면에서
상기 자장여과 아크 소스 장치 운전 시스템을 이용한 자장여과 아크 소스 장치 운전방법으로,
상기 촉발전극이 상기 타겟부재와 접촉함으로써 아크가 발생되는 단계;
상기 전류 측정부에서 상기 아크증발부에 의하여 발생한 덕트 전류를 실시간으로 측정하는 단계;
상기 전류 측정부에 의하여 측정된 전류가 소정의 값 이하인 경우 상기 촉발 유도부가 상기 촉발전극에 회전 신호를 전송하는 단계; 및
상기 촉발전극의 회전 신호에 따라 상기 촉발전극이 회전하여 상기 촉발전극이 상기 타겟부재와 접촉함으로써 아크가 재발생되는 단계;
를 포함하는 자장여과 아크 소스 장치 운전방법이 제공된다.
이하, 본 발명의 또 다른 측면에서 제공되는 자장여과 아크 소스 장치 운전방법을 각 단계별로 상세히 설명하나, 상술한 자장여과 아크 소스 장치 및 자장여과 아크 소스 장치 운전 시스템에 대하여 설명한 내용이 모두 적용될 수 있으며, 이에 대하여는 중복하여 설명하지는 않는다.
먼저, 본 발명의 또 다른 측면에서 제공되는 자장여과 아크 소스 장치 운전방법은 상기 촉발전극이 상기 타겟부재와 접촉함으로써 아크가 발생되는 단계를 포함한다.
상기 촉발전극은 상기 타겟부재와 접촉하여 아크를 발생시킨 후, 다시 회전되어 상기 양극 외부에 위치하게 된다.
상기 단계 전에, 본 발명의 또 다른 측면에서 제공되는 자장여과 아크 소스 장치 운전방법은 상기 타겟부재를 소정의 속도로 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 타겟부재는 미리 설정된 일정한 속도로 공급될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 또 다른 측면에서 제공되는 자장여과 아크 소스 장치 운전방법은 상기 전류 측정부에서 상기 아크증발부에 의하여 발생한 덕트 전류를 실시간으로 측정하는 단계를 포함한다.
다음으로, 본 발명의 또 다른 측면에서 제공되는 자장여과 아크 소스 장치 운전방법은 상기 전류 측정부에 의하여 측정된 전류가 소정의 값 이하인 경우 상기 촉발 유도부가 상기 촉발전극에 회전 신호를 전송하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 전류 측정부에 의하여 측정된 전류가 소정의 값 이하로, 소정의 시간 이상 동안 유지되는 경우 회전 신호를 전송할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 또 다른 측면에서 제공되는 자장여과 아크 소스 장치 운전방법은 상기 촉발전극의 회전 신호에 따라 상기 촉발전극이 회전하여 상기 촉발전극이 상기 타겟부재와 접촉함으로써 아크가 재발생되는 단계를 포함할 수 있다.
이에 따라, 아크 스팟이 상기 타겟 표면에 안정적으로 머물 수 있으며, 타겟의 소모를 일정하게 함으로써, 소모된 양만큼 타겟을 적절히 공급할 수 있기에, 소스를 장시간 동안 가동할 수 있다.
10 음극
20 양극
21 양극 커버
22 통로
22a 제1 부분
22b 제2 부분
30 촉발전극
31 몸체
32 고정부
33 접촉부
34 보호부
40 포집부
50 쉴드부
100 챔버
110 챔버의 제1 단부
120 챔버의 제2 단부
200 필터부
1000 자장여과 아크 소스 장치
2000 공급부
3000 제어부
3100 전류 측정부
3200 촉발 유도부
10000 자장여과 아크 소스 장치 운전 시스템
20 양극
21 양극 커버
22 통로
22a 제1 부분
22b 제2 부분
30 촉발전극
31 몸체
32 고정부
33 접촉부
34 보호부
40 포집부
50 쉴드부
100 챔버
110 챔버의 제1 단부
120 챔버의 제2 단부
200 필터부
1000 자장여과 아크 소스 장치
2000 공급부
3000 제어부
3100 전류 측정부
3200 촉발 유도부
10000 자장여과 아크 소스 장치 운전 시스템
Claims (5)
- 챔버를 포함하는 아크증발부; 및 상기 챔버의 제1 단부와 연결되는 필터부;를 포함하는 자장여과 아크 소스 장치에 있어서,
상기 아크증발부의 챔버는
상기 챔버의 제1 단부의 반대측 단부에 위치하는 제2 단부에 위치하며, 타겟부재가 결합된 음극;
상기 음극과 이격되어 배치되며, 상기 타겟부재로부터 방출된 전자가 유입되는 양극;
상기 타겟부재와 접촉하여 아크를 발생시키기 위한 촉발전극; 및
상기 타겟부재를 둘러싸도록 배치되어, 퇴적물을 포집할 수 있는 포집부;
를 포함하며,
상기 촉발전극은 상기 챔버의 중심을 기준으로 상기 양극 외부의 일 점에 고정되어 상기 일 점을 축으로 하여 회전할 수 있으며,
상기 양극은 상기 촉발전극이 통과할 수 있도록 개방된 통로를 포함하고,
상기 촉발전극은 양극 외부로부터 상기 양극의 통로를 통과하여 상기 타겟부재와 접촉할 수 있는 것을 특징으로 하는 자장여과 아크 소스 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 챔버는 상기 포집부와 일 단부가 접촉하며, 상기 챔버의 내벽을 상기 챔버의 내부 공간과 차단시킬 수 있는 쉴드부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자장여과 아크 소스 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 챔버는 상기 포집부와 일 단부가 접촉하며, 상기 챔버의 내벽을 상기 챔버의 내부 공간과 차단시킬 수 있는 쉴드부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자장여과 아크 소스 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 포집부는 Al2O3, BN 및 SiC로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 자장여과 아크 소스 장치.
- 제2항에 있어서,
상기 쉴드부는 300℃ 이상의 온도에서 내열성을 가지는 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 자장여과 아크 소스 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210113777A KR102592432B1 (ko) | 2021-08-27 | 2021-08-27 | 포집부를 포함하는 자장여과 아크 소스 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210113777A KR102592432B1 (ko) | 2021-08-27 | 2021-08-27 | 포집부를 포함하는 자장여과 아크 소스 장치 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230031486A true KR20230031486A (ko) | 2023-03-07 |
| KR102592432B1 KR102592432B1 (ko) | 2023-10-20 |
Family
ID=85512848
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210113777A KR102592432B1 (ko) | 2021-08-27 | 2021-08-27 | 포집부를 포함하는 자장여과 아크 소스 장치 |
Country Status (1)
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|---|---|
| KR (1) | KR102592432B1 (ko) |
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| KR20130024361A (ko) | 2011-08-31 | 2013-03-08 | 한국기계연구원 | 자장여과 아크 소스 장치를 이용한 그래핀의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 그래핀 |
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-
2021
- 2021-08-27 KR KR1020210113777A patent/KR102592432B1/ko active IP Right Grant
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102592432B1 (ko) | 2023-10-20 |
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| GRNT | Written decision to grant |