KR100852114B1 - 플라즈마 건 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 플라즈마 건은, 플라즈마를 생성하는 음극부, 및 이 음극부에서 생성된 플라즈마를 대상 방향으로 토출하면서 대상으로부터의 반사 전자들을 전원으로 귀환시키는 귀환 전극부를 가진다. 여기에서, 귀환 전극부는 프레임, 절연관, 및 기체 유로부를 포함한다. 프레임에는 플라즈마의 출구가 형성된다. 절연관은 플라즈마의 출구의 표면을 전기적으로 절연한다. 기체 유로부는 절연관의 상기 대상 방향의 말단을 향하여 기체가 토출되도록 형성된다.
Description
도 1은 플라즈마 건이 사용되는 박막 증착 장치의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 2는 종래의 플라즈마 건을 확대하여 보여주는 단면도이다.
도 3은 도 2의 종래의 플라즈마 건에서 플라즈마가 토출되는 방향을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 플라즈마 건의 정상적인 절연관을 보여주는 도면이다.
도 5는 도 3에 도시된 바와 같은 플라즈마 토출에 의하여 점차적으로 타버린 절연관을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 플라즈마 건의 귀환 전극부의 구조를 보여주는 분리 사시도이다.
도 7은 도 6의 귀환 전극부가 채용된 플라즈마 건을 보여주는 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1e, 1h, 91, 92, 및 93..귀환 전극부,
1a, 1f, 및 1g...음극부,
1b...석영관, 1c...제1 그리드,
1i...진공 실-링(seal-ring), 1d...제2 그리드.
본 발명은, 플라즈마 건에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 플라즈마를 생성하는 음극부, 및 이 음극부에서 생성된 플라즈마를 대상 방향으로 토출하면서 대상 예를 들어, 증착 챔버로부터의 반사 전자들을 전원으로 귀환시키는 귀환 전극부를 가진 플라즈마 건에 관한 것이다.
이와 같은 플라즈마 건은 박막 증착 장치 예를 들어, 플라즈마 디스플레이 패널의 제조 과정에서 산화 마그네슘(MgO) 박막의 증착 장치에 주로 사용된다. 이와 같은 박막 증착 장치로서 대한민국 공개특허공보 2001-25739호(발명의 명칭 : 플라즈마 디스플레이 패널의 산화 마그네슘(MgO) 박막의 증착 장치)를 들 수 있다.
도 1은 플라즈마 건(1)이 사용되는 박막 증착 장치의 일 예를 보여준다. 도 1을 참조하면, 통상적인 박막 증착 장치에서 플라즈마 건(1)은 증착 챔버(2)와 결합된다.
증착 챔버(2)에 있어서, 허쓰(hearth) 전극(4) 위에는 증착 재료(4a) 예를 들어, 산화 마그네슘(MgO)의 재료가 위치한다. 증착 목표(3) 예를 들어, 기판은 허쓰(hearth) 전극(4)과 대향되도록 설치된다. 또한, 방전용 기체 및 반응 제어용 기체 예를 들어, 산소(O2) 및 수소(H2)가 기체 유입관들(5a,5b)을 통하여 주입된다.
플라즈마 건(1)으로부터의 플라즈마(6)는 허쓰(hearth) 전극(4) 위의 증착 재료(4a) 예를 들어, 산화 마그네슘(MgO)의 재료에 에너지를 전달하고, 이에 따라 증착 재료(4a)가 증발하여 증착 목표(3)에 부착된다.
도 2를 참조하면, 종래의 플라즈마 건(1)은 음극부(1a, 1f, 및 1g), 제1 그리드(1c), 제2 그리드(1d), 및 귀환 전극부(1e 및 1h)를 포함한다. 음극부(1a, 1f, 및 1g)는 석영관(1b)에 의하여 밀폐된다. 제1 그리드(1c)와 제2 그리드(1d) 사이 그리고 제2 그리드(1d)와 귀환 전극부(1e 및 1h)는 각각 진공 실-링(seal-ring, 1i)에 의하여 밀폐된다.
음극부(1a, 1f, 및 1g)는 플라즈마(6)를 생성한다. 제1 그리드(1c)와 제2 그리드(1d)는 음극부(1a, 1f, 및 1g)와 귀환 전극부(1e 및 1h) 사이에서 플라즈마(6)의 이동 속도를 제어한다. 귀환 전극부(1e 및 1h)는 음극부(1a, 1f, 및 1g)에서 생성된 플라즈마(6)를 대상 방향으로 토출하면서 상기 대상으로서의 증착 챔버(도 1의 2)로부터의 반사 전자들을 전원으로 귀환시킨다.
음극부(1a, 1f, 및 1g)는 프레임(1a), 방전 가스의 주입관(1f), 및 전자 방출원(1g) 예를 들어, LaB6의 재료를 포함한다. 주입관(1f)을 통하여 주입된 방전 가스 예를 들어 아르곤(Ar) 가스는 전계에 의한 1차 전자들과 충돌하여 이온화된다. 이온화된 방전 가스는 전자 방출원(1g)에 충돌하여 열전자들을 포함한 플라즈마(6)를 생성한다.
음극부(1a, 1f, 및 1g)에서 생성된 플라즈마(6)는 제1 그리드(1c)와 제2 그리드(1d)에 의하여 가속되면서 귀환 전극부(1e 및 1h)를 통하여 대상 예를 들어, 증착 챔버(도 1의 2)로 유입된다.
귀환 전극부(1e 및 1h)는 프레임(1e) 및 절연관(1h)을 포함한다. 프레임(1e)에는 그 중앙에 플라즈마(6)의 출구가 형성된다. 절연관(1h)은 이 플라즈마(6)의 출구의 표면을 전기적으로 절연한다(도 4 참조).
도 3은 도 2의 종래의 플라즈마 건(1)에서 플라즈마(6, 6a)가 토출되는 방향을 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 플라즈마 건의 정상적인 절연관(도 3의 1h)을 보여준다. 도 5는 도 3에 도시된 바와 같은 플라즈마 토출에 의하여 점차적으로 타버린 절연관(도 3의 1h)을 보여준다.
도 3 내지 5를 참조하면, 귀환 전극부(1e 및 1h)의 출구에서는, 정상적으로 직진하는 플라즈마(6) 뿐만 아니라, 귀환 전극부(1e 및 1h)의 프레임(1e)의 외측면으로 분기되는 플라즈마(6a)도 존재한다. 왜냐하면, 플라즈마(6, 6a)의 주 성분은 열전자들이고, 귀환 전극부(1e 및 1h)의 프레임(1e)에는 정극성 전위가 인가되기 때문이다.
이에 따라, 귀환 전극부(1e 및 1h)의 정상적인 절연관(1h, 도 4 참조)이 분기 플라즈마(6a)에 의하여 가열되어 점차적으로 타면서 손상되는 문제점이 있다(도 5 참조).
본 발명의 목적은, 귀환 전극부에 구비된 절연관이 분기 플라즈마에 의하여 가열되어 점차적으로 타면서 손상되는 현상을 방지할 수 있는 플라즈마 건을 제공하는 것이다.
상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 플라즈마 건은, 플라즈마를 생성하는 음극부, 및 상기 음극부에서 생성된 플라즈마를 대상 방향으로 토출하면서 대상으로부터의 반사 전자들을 전원으로 귀환시키는 귀환 전극부를 가진다. 여기에서, 상기 귀환 전극부는 프레임, 절연관, 및 기체 유로부를 포함한다.
상기 프레임에는 상기 플라즈마의 출구가 형성된다. 상기 절연관은 상기 플라즈마의 출구의 표면을 전기적으로 절연한다. 상기 기체 유로부는 상기 절연관의 상기 대상 방향의 말단을 향하여 기체가 토출되도록 형성된다.
본 발명의 상기 플라즈마 건에 의하면, 상기 귀환 전극부에 형성된 기체 유로부를 통하여 상기 대상 예를 들어, 박막 증착 장치에서 사용될 기체 예를 들어, 산소(O2) 또는 수소(H2)가 상기 절연관의 상기 대상 방향의 말단을 향하여 토출될 수 있다. 이에 따라, 상기 절연관의 상기 대상 방향의 말단에서 상기 절연관을 감싸는 방향으로 토출되는 분기 플라즈마는, 상기 기체 유로부를 통하여 토출되는 기체와 충돌하므로, 그 에너지를 손실하게 된다. 이에 따라, 상기 귀환 전극부에 구비된 절연관이 분기 플라즈마에 의하여 가열되어 점차적으로 타면서 손상되는 현상이 방지될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 상세히 설명된다. 여기에서, 플라즈마 건의 대상으로서의 증착 챔버(2)는 도 1을 참조하여 설명하였던 바와 같으므로, 그 설명이 생략된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 플라즈마 건(도 7의 9)의 귀환 전극부(1e, 1h, 91, 92, 및 93)의 구조를 보여준다. 도 7은 도 6의 귀환 전극부(1e, 1h, 91, 92, 및 93)가 채용된 플라즈마 건(9)을 보여준다. 도 6 및 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 플라즈마 건(9)이 아래에 설명된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 플라즈마 건(9)은 음극부(1a, 1f, 및 1g), 제1 그리드(1c), 제2 그리드(1d), 및 귀환 전극부(1e, 1h, 91, 92, 및 93)를 포함한다. 음극부(1a, 1f, 및 1g)는 석영관(1b)에 의하여 밀폐된다. 제1 그리드(1c)와 제2 그리드(1d) 사이 그리고 제2 그리드(1d)와 귀환 전극부(1e, 1h, 91, 92, 및 93)는 각각 진공 실-링(seal-ring, 1i)에 의하여 밀폐된다.
음극부(1a, 1f, 및 1g)는 플라즈마(6)를 생성한다. 제1 그리드(1c)와 제2 그리드(1d)는 음극부(1a, 1f, 및 1g)와 귀환 전극부(1e, 1h, 91, 92, 및 93) 사이에서 플라즈마(6)의 이동 속도를 제어한다. 귀환 전극부(1e, 1h, 91, 92, 및 93)는 음극부(1a, 1f, 및 1g)에서 생성된 플라즈마(6)를 대상 방향으로 토출하면서 상기 대상으로서의 증착 챔버(도 1의 2)로부터의 반사 전자들을 전원으로 귀환시킨다.
음극부(1a, 1f, 및 1g)는 프레임(1a), 방전 가스의 주입관(1f), 및 전자 방출원(1g) 예를 들어, LaB6의 재료를 포함한다. 주입관(1f)을 통하여 주입된 방전 가스 예를 들어 아르곤(Ar) 가스는 전계에 의한 1차 전자들과 충돌하여 이온화된다. 이온화된 방전 가스는 전자 방출원(1g)에 충돌하여 열전자들을 포함한 플라즈마(6)를 생성한다.
음극부(1a, 1f, 및 1g)에서 생성된 플라즈마(6)는 제1 그리드(1c)와 제2 그리드(1d)에 의하여 가속되면서 귀환 전극부(1e, 1h, 91, 92, 및 93)를 통하여 대상 예를 들어, 증착 챔버(도 1의 2)로 유입된다.
귀환 전극부(1e, 1h, 91, 92, 및 93)는 프레임(1e), 절연관(1h), 및 기체 유로부(91, 92, 및 93)를 포함한다. 프레임(1e) 및 절연관(1h)을 포함한다. 프레임(1e)에는 그 중앙에 플라즈마(6)의 출구가 형성된다. 절연관(1h)은 이 플라즈마(6)의 출구의 표면을 전기적으로 절연한다(도 4 참조).
기체 유로부(91, 92, 및 93)는 절연관(1h)의 대상 방향의 말단(점선 화살표 방향)을 향하여 기체가 토출되도록 형성된다. 예를 들어, 기체 유로부(91, 92, 및 93)를 통하여 대상 예를 들어, 박막 증착 장치(도 1 참조)에서 사용될 기체 예를 들어, 산소(O2) 또는 수소(H2)가 절연관(1h)의 상기 대상 방향의 말단(점선 화살표 방향)을 향하여 토출된다. 이에 따라, 절연관(1h)의 상기 대상 방향의 말단에서 절연관(1h)을 감싸는 방향으로 토출되는 분기 플라즈마(도 3의 6a)는, 기체 유로부(91, 92, 및 93)를 통하여 토출되는 기체와 충돌하므로, 그 에너지를 손실하게 된다. 이에 따라, 절연관(1h)이 분기 플라즈마(도 3의 6a)에 의하여 가열되어 점차적으로 타면서 손상되는 현상이 방지될 수 있다.
기체 유로부(91, 92, 및 93)는 덮개(93), 기체 주입 통로(91), 및 복수의 기체 토출 통로들(92)을 포함한다.
덮개(93)는 플라즈마의 출구와 접속되는 구멍을 가지고 프레임(1e)의 내측면 에 부착되어, 프레임(1e)의 내측면에 유로 공간을 형성한다.
기체 주입 통로(91)는 프레임(1e)의 외부로부터 프레임(1e)의 내부를 통하여 상기 유로 공간까지의 통로를 형성한다.
복수의 기체 토출 통로들(92)은, 프레임(1e)의 내측면 중에서 덮개(93)에 의하여 덮어진 영역에 형성되어, 기체가 상기 유로 공간으로부터 프레임(1e)의 내부를 통하여 절연관(1h)의 상기 대상 방향의 말단을 향하여 기체가 토출되도록 형성된다.
이에 따라, 박막 증착 장치(도 1 참조)에서 사용될 기체 예를 들어, 산소(O2) 또는 수소(H2)가 기체 주입 통로(91)의 입구에 주입되면, 주입된 기체는 기체 주입 통로(91), 덮개(93)에 의하여 형성된 유로 공간, 및 복수의 기체 토출 통로들(92)을 통하여 절연관(1h)의 상기 대상 방향의 말단으로 토출된다.
상기와 같은 기체 유로부(91, 92, 및 93)의 구조에 의하면, 덮개(93)가 이용되어, 좁은 영역에서 하나의 기체 주입 통로(91)로써 다수의 기체 토출 통로들(92)이 형성될 수 있다.
이상 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 건에 의하면, 귀환 전극부에 형성된 기체 유로부를 통하여 대상 예를 들어, 박막 증착 장치에서 사용될 기체 예를 들어, 산소(O2) 또는 수소(H2)가 절연관의 상기 대상 방향의 말단을 향하여 토출될 수 있다. 이에 따라, 절연관의 상기 대상 방향의 말단에서 절연관을 감싸는 방향으로 토출되는 분기 플라즈마는, 기체 유로부를 통하여 토출되는 기체와 충돌하므로, 그 에너지를 손실하게 된다. 이에 따라, 귀환 전극부에 구비된 절연관이 분기 플라즈마에 의하여 가열되어 점차적으로 타면서 손상되는 현상이 방지될 수 있다.
본 발명은, 상기 실시예에 한정되지 않고, 청구범위에서 정의된 발명의 사상 및 범위 내에서 당업자에 의하여 변형 및 개량될 수 있다.
Claims (4)
- 플라즈마를 생성하는 음극부, 및 상기 음극부에서 생성된 플라즈마를 대상 방향으로 토출하면서 대상으로부터의 반사 전자들을 전원으로 귀환시키는 귀환 전극부를 가진 플라즈마 건에 있어서,상기 귀환 전극부가,상기 플라즈마의 출구가 형성된 프레임,상기 플라즈마의 출구의 표면을 전기적으로 절연하는 절연관, 및상기 절연관의 상기 대상 방향의 말단을 향하여 기체가 토출되도록 형성된 기체 유로부를 포함한 플라즈마 건.
- 제1항에 있어서, 상기 기체 유로부가,상기 플라즈마의 출구와 접속되는 구멍을 가지고 상기 프레임의 내측면에 부착되어, 상기 프레임의 내측면에 유로 공간을 형성하는 덮개;상기 프레임의 외부로부터 상기 프레임의 내부를 통하여 상기 유로 공간까지의 통로를 형성하는 기체 주입 통로; 및상기 프레임의 내측면 중에서 상기 덮개에 의하여 덮어진 영역에 형성되어, 기체가 상기 유로 공간으로부터 상기 프레임의 내부를 통하여 상기 절연관의 상기 대상 방향의 말단을 향하여 기체가 토출되도록 형성된 복수의 기체 토출 통로들을 포함한 플라즈마 건.
- 제2항에 있어서,상기 음극부와 상기 귀환 전극부 사이에서 상기 플라즈마의 이동 속도를 제어하기 위하여 형성된 제1 그리드 및 제2 그리드를 포함한 플라즈마 건.
- 제3항에 있어서, 상기 음극부가,전계에 의하여 이온화될 방전 가스의 주입관, 및이온화된 방전 가스와의 충돌에 의하여 열전자들을 발생시킬 전자 방출원을 포함한 플라즈마 건.
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