KR20090062474A - 초고진공용 다중 전자빔 증착 장치 - Google Patents

초고진공용 다중 전자빔 증착 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초고진공용 다중 전자빔 증착 장치에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 증착기의 냉각수 순환 방식을 변경하고 냉각수 용기 내부를 둘 이상으로 분할함으로써, 고온이 필요한 증착원 증착시에도 낮은 진공도를 유지하여 보다 효과적인 박막 증착을 유도하고, 박막 증착의 효율을 향상시킬 수 있는 초고진공용 다중 전자빔 증착 장치에 관한 것이다.
이를 위해,
원통형 형상으로, 냉각수가 순환될 수 있도록 최외각측에 냉각수 순환 공간이 형성되어 있는 냉각수 용기; 및
상기 냉각수 용기 내부를 둘 이상의 영역으로 나누기 위한 분할 수단;
을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초고진공용 다중 전자빔 증착 장치를 제공한다.
초고진공, 다중, 전자빔, 냉각, 냉각수, 증착, 냉각 효율.

Description

초고진공용 다중 전자빔 증착 장치 {Apparatus For Multiple Electric Beam Evaporation In Ultra-High Vacuum}
초고진공용 다중 전자빔 증착 장치에 대한 것이다.
일반적으로, 종래의 초고진공용 증착기(Ultra-High Vacuum Evaporation Device)는 냉각수에 의한 순환 냉각 방식을 채택하였다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이 초고진공용 다중 증착기는 냉각수 관이 흐르는 분야(120)에 냉각의 대상이 되는 소스 블록(source block)(110)을 접촉시키는 형태의 냉각 방식을 채택하고 있다.
그러나, 상기와 같은 방식은 고온의 열을 발생시키는 증착원으로부터 냉각수의 위치가 멀리 떨어져 있기 때문에 냉각 효율이 저하된다는 문제점이 있다.
이처럼 냉각 효율이 저하될 경우 증착기 발열 부분 근처의 온도가 전반적으로 상승하게 되며, 이러한 온도 상승은 초고진공 내부 증착기 부품 표면에 흡착된 기체들을 탈착시키게 되어 진공도의 상승을 유발하게 된다.
이러한 진공도의 상승은 결국 증착기에 의해 증착되는 박막에 불순물이 포함되는 결과를 초래하므로, 결국 종래 기술에 따른 초고진공용 증착기를 사용할 경우 증착된 박막의 질이 저하된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 보다 효율적인 형태의 냉각수 순환 방식을 구비하고 냉각 용기 내부를 둘 이상의 구역으로 나눠서 각 구역에서 개별적으로 증착원을 증착함으로써, 고온이 필요한 증착원 증착시에도 낮은 진공도를 유지하여 보다 효과적인 박막 증착을 유도할 수 있고, 박막 증착의 효율을 보다 향상시킬 수 있는 초고진공용 다중 전자빔 증착 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 본 발명 초고진공용 다중 전자빔 증착 장치는,
원통형 형상으로, 냉각수가 저장 또는 순환될 수 있도록 최외각측에 냉각수 저장 및 순환 공간이 형성되어 있는 냉각수 용기; 및
상기 냉각수 용기 내부를 둘 이상의 영역으로 나누기 위한 분할 수단;
을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 초고진공용 다중 전자빔 증착 장치는,
상기 냉각수 순환 공간으로 냉각수를 유입시키기 위한 유입 냉각수 관;
상기 냉각수 순환 공간으로 유입된 냉각수를 배출시키기 위한 배출 냉각수 관;
상기 냉각수 용기 하부에 형성되며 진공조와 연결하기 위한 진공조 연결부;
상기 진공조 연결부 하부에 형성되며 셔터와 연결하기 위한 셔터 연결부;
상기 진공조 연결부 하부에 형성되며 전류를 공급하기 위한 전류 연결부;
를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분할 수단은,
상기 분할 수단을 수직 관통하는 셔터 홀; 및
냉각수 용기에 상기 분할 수단을 고정시키기 위한 나사 홀;
을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 냉각수 용기는,
증착원 어셈블리와 필라멘트 어셈블리를 고정시키기 위해 상기 냉각수 용기 하부에 형성되는 나사 홀;
을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 증착원 어셈블리는,
도가니 형태의 증착원;
상기 증착원의 위치를 조절하기 위한 위치 조절 나사;
상기 증착원을 냉각수 용기에 고정 결합시키기 위한 증착원 연결부;
를 포함하여 구성되며, 상기 증착원 연결부는 상기 냉각수 용기 하부의 나사 홀에 세라믹 와셔를 이용하여 절연 고정결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 필라멘트 어셈블리는,
전자빔 생성을 위한 필라멘트;
상기 필라멘트를 냉각수 용기 내부에 위치시키며, 접지 상태로 연결되는 제1 필라멘트 연결 막대;
상기 필라멘트를 냉각수 용기 내부에 위치시키며, 세라믹 와셔를 이용하여 절연 상태로 연결되는 제2 필라멘트 연결 막대;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명 초고진공용 다중 전자빔 증착 장치에 의하면,
첫째, 냉각수가 증착원을 감싸는 형태로 위치하여 증착원의 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있고,
둘째, 상기와 같은 냉각에 의하여 보다 낮은 진공도를 유지하여 고품질의 박막 증착을 달성할 수 있으며,
셋째, 진공조 연결부로서 2.75" CF 플랜지를 사용함으로써 장비의 부피를 최소화 할 수 있고,
넷째, 냉각수 용기를 분할하여 각 구역에 필라멘트와 증착원을 구성하여 증착을 진행시켜 2종 원소 혹은 3종 원소로 이루어진 다양한 합금 박막의 동시 성장이 가능하고 이를 통해 증착의 효율을 향상시킬 수 있으므로, 상당한 상업적·경제적 효과가 기대된다.
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 이들의 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.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 초고진공용 다중 전자빔 증착기의 정면도를, 도 3은 초고진공용 다중 전자빔 증착기의 측면도를 나타낸다.
상기 증착기는 도시된 바와 같이 원통형 냉각수 용기(210), 유입 냉각수 관(220), 배출 냉각수 관(222), 진공조 연결부(230), 셔터(shutter) 연결부(240), 전류 연결부(250)를 포함하여 구성된다.
상기 원통형 냉각수 용기(210)는 초고진공용 무산소동으로 제작되며, 원통형 외측이 비어있는 형태로 상기 빈 공간(211)에 냉각수가 흘러 내부에서 발생되는 열을 흡수한다. 상기 냉각수 용기(210)는 냉각수 용기 내부 분할수단(260)에 의하여 분할되며, 각 분할된 영역에 필라멘트와 증착원이 각각 위치하게 된다. 이러한 냉각수 용기 구성에 대해서는 하기에서 보다 상세하게 설명한다.
상기 유입 냉각수 관(220)은 냉각수를 상기 냉각수 용기의 외측 빈 공 간(211)에 유입시키기 위한 수단으로서, 유입된 냉각수는 반대면의 배출 냉각수 관(222)을 통해 배출된다. 상기 유입 냉각수 관(220)과 배출 냉각수 관(222)은 스테인리스 스틸(stainless steel)로 제작되며, 상기 냉각수 용기(210)와 냉각수 관(220, 222)은 진공 브레이징(vacuum brazing) 방법을 사용하여 연결한다.
이처럼 냉각수가 열이 발생하는 증착원 주변을 감싸는 형태로 흐름으로써, 증착원에서 발생하는 열을 보다 효과적으로 흡수할 수 있게 되고, 이를 통해 보다 좋은 품질의 증착을 달성할 수 있다.
상기 진공조 연결부(230)는 진공조와 연결되는 부분이며, 2.75" CF 플랜지(flange)를 사용한다.
상기와 같은 2.75" CF 플랜지를 사용함으로써, 진공조 내에서 최소의 부피를 요구하는 증착기를 구현할 수 있다.
상기 셔터 연결부(240)는 증착량을 조절하기 위한 부분으로서, 셔터를 열고 닫음으로서 증착량 조절이 가능하다. 이를 위해 1.33" CF 플랜지를 사용한다.
상기 전류 연결부(250)는 증착원을 위한 고전압(High Voltage)과 필라멘트를 위한 전류를 공급하기 위한 부분이며, 1.33" CF 플랜지를 사용한다.
이하 도 4 내지 도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 냉각수 용기 내부 분할수단(260)에 대하여 설명한다.
도 4는 상기 분할수단의 사시도, 도 5는 분할수단이 냉각수 용기 상부에 장착된 도면, 도 6은 분할수단을 위에서 본 도면이다.
본 실시예에서는 냉각수 용기(210) 내부를 삼 등분 하는 분할 수단(260)에 대하여 설명하며, 상기 분할수단(260)은 초고진공용 무산소동으로 형성되고, 도시된 바와 같이 6개의 M2 나사(262)를 이용하여 냉각수 용기(210)에 삽입 고정된다.
상기 분할 수단은 셔터 장착을 위한 홀(264)과, 냉각수 용기에 고정되기 위한 6개의 나사 홀(262)이 형성되어 있다.
상기 나사 홀(262)은 분할수단(260)과 냉각수 용기(210) 상부를 결합하기 위한 것으로서, M2 나사를 이용하여 연결된다.
상기 분할 수단(260)은 냉각수 용기(210) 상부에서 하부 방향으로 삽입되며, 냉각수 용기 내부를 3등분(266) 하게 된다.
각각의 영역(266)에는 도가니(crucible)형 증착원과 전자빔 생성을 위한 필라멘트가 위치하여 증착이 진행된다.
이하 도 7 내지 도 11을 참조하여, 본 발명에 따른 증착원 어셈블리(270) 및 필라멘트 어셈블리(280) 설치에 대하여 설명한다.
도 7은 냉각수 용기(210)를 하부에서 본 도면이며, 도 8은 냉각수 용기에 세 개의 증착원 어셈블리(270)와 세 개의 필라멘트 어셈블리(280)가 설치된 도면이다.
하부에 형성된 나사 홀(213, 214)을 이용하여 증착원 어셈블리(270)와 필라멘트 어셈블리(280)를 고정한다. 상기 분할수단에 의하여 분할되는 영역(266)마다 다섯 개의 나사 홀이 형성되어 있으며, 이 중 두 개의 나사 홀(213)은 증착원 어셈블리(270) 고정을 위해, 나머지 세 개의 나사 홀(214)은 필라멘트 어셈블리(280) 고정을 위해 사용된다.
도 8은 각각의 분할된 영역에 증착원 어셈블리(270)와 필라멘트 어셈블리 어 셈블리(280)가 설치된 모습을 나타낸 도면이다. 증착원 어셈블리(270)에는 고전압이 인가되므로, 증착원 연결부(274)에는 절연을 위한 두 개의 세라믹 와셔(272)가 포함된다. 한편, 필라멘트 연결부(288)에는 제1 필라멘트 연결 막대(284)는 접지시키고 제2 필라멘트 연결 막대(286)는 절연시키기 위하여 하나의 세라믹 와셔(282)가 포함된다. 이때 분할 수단(260)의 연결 때와 마찬가지로 M2 나사를 이용하여 증착원 어셈블리(270) 및 필라멘트 어셈블리(280)를 고정한다.
도 9는 냉각수 용기(210)에 하나의 증착원 어셈블리(270)가 고정결합된 모습을 나타내며, 도 9a는 단면도를, 도 9b는 하부면도를 각각 나타낸다.
상기에서 언급한 바와 같이 작은 도가니형 증착원(278)이 냉각수 용기 내부에 위치하도록, 냉각수 용기 하부와 증착원 지지대(274)가 M2 나사(271)를 이용하여 고정결합된다.
또한, 상기 증착원(278)에는 고전압이 인가되므로 절연을 위한 세라믹 와셔(272)가 사용된다.
또한, 증착원(278)의 위치를 조절할 수 있도록, 증착원 위치 조절용 나사(276)가 더 포함되어 구성된다.
일반적으로 도가니에 담긴 형태가 아닌 선형의 증착원을 사용할 때에는 장시간 사용시 증착원의 길이가 줄어들 수 있으므로, 상기와 같은 위치 조절용 나사(276)가 필요하다.
증착원을 교체하고자 할 경우에는 상기 M2 나사(271)를 해체하여 증착원 지지대(274)와 냉각수 용기(210)를 분리한 후, 새로운 증착원을 설치하면 된다.
도 10은 냉각수 용기(210)에 하나의 필라멘트 어셈블리(280)가 고정결합된 모습을 나타내며, 도 10a는 단면도를 도 10b는 하부면도를 각각 나타낸다.
상기에서 언급한 바와 같이 전자빔 생성을 위한 필라멘트(289)가 냉각수 용기 내부에 위치하도록, 냉각수 용기 하부와 연결용 판(288)이 M2 나사(281)를 이용하여 고정결합된다.
상기 필라멘트(289)는 스테인리스 스틸(stainless steel) 재질의 필라멘트 연결 막대(284, 286)에 점 용접(spot welding) 방식으로 연결된다.
제1 필라멘트 막대(284)는 연결용 판(288)과 일체형으로 제작되어 냉각수 용기(210)에 나사(211)로 연결되 접지 상태가 된다(즉, 냉각수 용기와 연결된다).
반면, 제2 필라멘트 막대(286)는 연결용 판(288)에 세라믹 와셔(282)와 나사(281)를 이용하여 연결되 절연 상태가 되며, 상기 절연된 제2 필라멘트 막대(286)에 + 전압을 걸어주어 전류를 흐르게 한다.
필라멘트(289)를 교체하고자 할 경우에는 상기 M2 나사(281)를 해체하여 연결용 판(288)과 냉각수 용기(210)를 분리한 후, 새로운 필라메트를 설치하면 된다.
도 11은 하나의 증착원과 하나의 필라멘트과 냉각수 용기에 동시에 장착된 모습을 나타낸 도면으로, 도 11a는 그 단면도를, 도 11b는 그 하부면도를 각각 나타낸다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상 을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
도 1은 종래 기술에 따른 냉각 순환 방식을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 초고진공용 다중 전자빔 증착 장치의 정면도,
도 3은 본 발명에 따른 초고진공용 다중 전자빔 증착 장치의 측면도,
도 4는 본 발명에 따른 분할 수단의 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 분할 수단이 냉각수 용기에 결합된 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 분할 수단의 하부면도,
도 7은 본 발명에 따른 냉각수 용기의 하부면도,
도 8은 냉각수 용기 하부에 증착원 및 필라멘트가 결합된 도면,
도 9는 냉각수 용기에 결합된 증착원을 나타낸 도면,
도 10은 냉각수 용기에 결합된 필라멘트를 나타낸 도면,
도 11은 냉각수 용기에 결합된 증착원 및 필라멘트를 나타낸 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
110 : 소스 블록 120 : 냉각수 접촉 지점
210 : 냉각수 용기 211 : 냉각수 순환 공간
213 : 증착원 고정 나사 홀 214 : 필라멘트 고정 나사 홀
220 : 유입 냉각수 관 222 : 배출 냉각수 관
230 : 진공조 연결부
240 : 셔터 연결부 250 : 전류 연결부
260 : 분할 수단 262 : 나사 홀
264 : 셔터 홀 266 : 분할 공간
270 : 증착원 어셈블리 271 : 나사
272 : 세라믹 와셔 274 : 증착원 연결부
276 : 증착원 위치 조절 나사
278 : 증착원
280 : 필라멘트 어셈블리
281 : 나사 282 : 세라믹 와셔
284 : 제1 필라멘트 연결 막대
286 : 제2 필라멘트 연결 막대
288 : 필라멘트 연결부
289 : 필라멘트

Claims (7)

  1. 원통형 형상으로, 냉각수가 저장 또는 순환될 수 있도록 최외각측에 냉각수 저장 및 순환 공간이 형성되어 있는 냉각수 용기; 및
    상기 냉각수 용기 내부를 둘 이상의 영역으로 나누기 위한 분할 수단;
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초고진공용 다중 전자빔 증착 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 초고진공용 다중 전자빔 증착 장치는,
    상기 냉각수 순환 공간으로 냉각수를 유입시키기 위한 유입 냉각수 관;
    상기 냉각수 순환 공간에 유입된 냉각수를 배출시키기 위한 배출 냉각수 관;
    상기 냉각수 용기 하부에 형성되며 진공조와 연결하기 위한 진공조 연결부;
    상기 진공조 연결부 하부에 형성되며 셔터와 연결하기 위한 셔터 연결부;
    상기 진공조 연결부 하부에 형성되며 전류를 공급하기 위한 전류 연결부;
    를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초고진공용 다중 전자빔 증착 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 분할 수단은,
    상기 분할 수단을 수직 관통하는 셔터 홀; 및
    냉각수 용기에 상기 분할 수단을 고정시키기 위한 나사 홀;
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초고진공용 다중 전자빔 증착 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각수 용기는,
    증착원 어셈블리와 필라멘트 어셈블리를 고정시키기 위해 상기 냉각수 용기 하부에 형성되는 다수의 나사 홀;
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초고진공용 다중 전자빔 증착 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 증착원 어셈블리는,
    도가니 형태의 증착원;
    상기 증착원의 위치를 조절하기 위한 위치 조절 나사;
    상기 증착원을 냉각수 용기에 고정 결합시키기 위한 증착원 연결부;
    를 포함하여 구성되며, 상기 증착원 연결부는 상기 냉각수 용기 하부의 나사 홀에 세라믹 와셔를 이용하여 절연 고정결합되는 것을 특징으로 하는 초고진공용 다중 전자빔 증착 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 필라멘트 어셈블리는,
    전자빔 생성을 위한 필라멘트;
    상기 필라멘트를 냉각수 용기 내부에 위치시키며, 접지 상태로 연결되는 제1 필라멘트 연결 막대;
    상기 필라멘트를 냉각수 용기 내부에 위치시키며, 세라믹 와셔를 이용하여 절연 상태로 연결되는 제2 필라멘트 연결 막대;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초고진공용 다중 전자빔 증착 장치.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 진공조 연결부는 2.75" CF 플랜지인 것을 특징으로 하는 초고진공용 다중 전자빔 증착 장치.
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