KR0160724B1 - Metal target for vapor deposited film - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금형이나 금형가공용 공구 등의 기재(基材)에 고경도나 내마모성 등과 같은 특별한 기능을 부여하기 위하여 코팅막을 형성하는 건식코팅법의 하나인 물리증착(PVD)법에 있어서 이온플레이팅에 사용되는 금속타겟에 관하여 개시한 것이다.The present invention is used for ion plating in the physical vapor deposition (PVD) method, which is one of dry coating methods for forming a coating film in order to give a special function such as high hardness or wear resistance to a substrate such as a mold or a tool for processing a mold. It is disclosed with respect to the metal target.

본 발명에 의한 코팅막 증착용 금속타겟의 특징에 따르면, 아아크 발생면과 냉각수 접촉면의 테두리부에 턱부를 형성시킨 구조로 개선함으로써, 아아크 발생영역의 안정화와 동시에 냉각효율을 놓여 균일한 이온증착에 의한 코팅막을 얻을 수 있는 효과를 가지도록 한 것이다.According to the characteristics of the metal target for coating film deposition according to the present invention, by improving the structure in which the tuck portion is formed at the edge of the arc generating surface and the cooling water contact surface, stabilization of the arc generating region and cooling efficiency at the same time by uniform ion deposition It is to have the effect of obtaining a coating film.

Description

코팅막 증착용 금속타겟Metal target for coating film deposition

제1도는 박막 코팅을 형성하기 위한 물리증착에 있어서 이온플레이팅시의 진공챔버 내부를 개략적으로 나타내 보인 평면구성도.1 is a plan view schematically showing the inside of a vacuum chamber during ion plating in physical vapor deposition for forming a thin film coating.

제2도는 종래의 박막 코팅을 형성하기 위한 이온플레이팅의 금속타겟을 나타내 보인 개략적 평면 구성도.2 is a schematic plan view showing a metal target of ion plating for forming a conventional thin film coating.

제3도는 제2도에 도시된 종래의 이온플레이팅 금속타겟의 III-III선 단면구성도.3 is a cross-sectional view taken along line III-III of the conventional ion plated metal target shown in FIG.

제4도는 본 발명에 의한 박막 코팅 형성을 위한 물리증착용 금속타겟을 타나내 보인 개략적 평면도이고, 그리고4 is a schematic plan view showing a physical vapor deposition metal target for forming a thin film coating according to the present invention, and

제5도는 제4도에 도시된 본 발명에 따른 물리증착용 금속타겟의 V-V선 단면구성도이다.5 is a cross-sectional view of the V-V line of the metal target for physical vapor deposition according to the present invention shown in FIG.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

10 : 진공 챔버 11 : 진공 챔버 측벽10 vacuum chamber 11 vacuum chamber side wall

12 : 기재 13 : 종래 금속 타겟12 substrate 13 conventional metal target

14 : 촉발 매체 131 : 금속타겟 상면(아아크 발생면)14: sparking medium 131: metal target upper surface (arc generating surface)

132 : 결합부재 133 : 금속타겟 하면(냉각수 접촉면)132: coupling member 133: metal target surface (cooling water contact surface)

30 : 본 발명의 금속타겟 31 : 금속타겟 상면(아아크 발생면)30: metal target of the present invention 31: metal target upper surface (arc generating surface)

32 : 턱부 33 : 금속타겟 하면(냉각수 접촉면)32: Chin part 33: Metal target surface (coolant contact surface)

34 : 턱부 35 : 결합부재34: jaw portion 35: coupling member

본 발명은 금형이나 금형가공용 공구 기재(基材)에 고경도나 내마모성 등과 같은 특별한 기능을 부여하기 위하여 코팅막을 형성하는 건식코팅법에서 주로 사용되는 금속타겟에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 건식코팅법의 하나인 물리증착(PVD)법에 있어서 이온플레이팅에 사용되는 금속타겟에 관한 것이다.The present invention relates to a metal target mainly used in a dry coating method for forming a coating film in order to give a special function such as high hardness or wear resistance to a mold or tool processing tool substrate, and more specifically, The present invention relates to a metal target used for ion plating in a physical vapor deposition (PVD) method.

최근 전기도금이나 화학도금 등과 같은 습식코팅법에 대체되는 건식코팅법으로서, 항공분야나 전기전자분야 등의 첨단산업분야에서 필수적인 기술로 인식되고 있는 화학증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition)과 물리증착법(PVD; Physical Vapor Deposition)은 기재(基材)의 표면에 특별한 기능을 갖는 표면피복층을 부여하는 코팅방법으로서 큰 주목을 받고 있다. 이러한 건식코팅법은 종래의 코팅방법과는 달리 중금속 등의 유해물질을 배출하지 않을 뿐만 아니라 비교적 값싼 코팅재료를 사용해 미려한 외관, 고경도, 내마모성, 내열성 및 내식성 등을 갖는 표면피복을 행할 수 있다는데 큰 장점이 있다. 또한 복잡한 형상을 가지는 기재의 표면에도 피복층의 증착이 가능한 동시에 응용범위가 넓다는 장점을 가진다.As a dry coating method that is recently replaced by wet coating methods such as electroplating and chemical plating, chemical vapor deposition (CVD) and physical vapor deposition methods (CVD), which are recognized as essential technologies in high-tech industries such as aviation and electric and electronic fields, Physical vapor deposition (PVD) has attracted great attention as a coating method for providing a surface coating layer having a special function on the surface of a substrate. Unlike the conventional coating method, the dry coating method does not emit harmful substances such as heavy metals, and it is possible to perform a surface coating having a beautiful appearance, high hardness, wear resistance, heat resistance, and corrosion resistance using a relatively cheap coating material. There is an advantage. In addition, it is possible to deposit the coating layer on the surface of the substrate having a complicated shape, and at the same time has an advantage of wide application range.

이와 같은 건식코팅법중에서 화학증착은 열이나 플라즈마, 자외선 등의 에너지우너을 단독 또는 결합해서 사용하여 가열된 고온상태의 기재 표면 위에서 둘 또는 그 이상의 기체성분이 열분해, 환원, 산화 등의 화학반응에 의해 기상으로부터 증기압이 낮은 물질을 생성하여 박막으로 석출(응축)시키는 방법이다. 그리고, 물리증착은 진공의 분위기에서 타겟금속에 강한 전류를 훌려 이온을 생성시키고, 이 이온들이 기재에 증착됨으로써 박막의 코팅층을 형성시키는 방법으로 스퍼터링. 이온플레이팅, 활성화 반응증착 등이 있다. 본 발명에서는 이러한 물리증착 중에서도 주로 금형이나 금형가공용 공구의 내마모성 부여를 통하여 수명향상을 도모하기 위한 금속박막의 코팅에 이용되는 이온플레이팅에 있어서 코팅용 금속타겟에 관하여 다루고자 한다.In such a dry coating method, chemical vapor deposition is performed by chemical reactions such as pyrolysis, reduction and oxidation of two or more gaseous components on the surface of a heated high temperature state by using energy, such as heat, plasma or ultraviolet light alone or in combination. This produces a substance with low vapor pressure from the gas phase and precipitates (condenses) it into a thin film. The physical vapor deposition is sputtered by a method in which a strong current flows to a target metal in a vacuum atmosphere to generate ions, and these ions are deposited on a substrate to form a coating layer of a thin film. Ion plating, activation reaction deposition, and the like. In the present invention, among the physical vapor deposition, the metal target for coating in the ion plating used for the coating of the metal thin film for the purpose of improving the life through the provision of abrasion resistance of the mold or die processing tool.

제1도는 코팅막 형성을 위한 물리증착에 있어서 이온플레이팅시의 진공챔버 내부를 개략적으로 나타내 보인 평면구성도로서, 제1도를 참조하면 이온플레이팅에 의한 박막코팅은 통상 진공챔버(10)의 중앙부에 금속박막을 코팅시키고자 하는 기재(12)를 위치시키고, 진공챔버(10)의 양측벽(11)에느 기재(12)에 코팅되는 코팅재로서 적어도 둘 이상(본 예어서는 4개)의 금속타겟(13)(13)(13)(13)을 설치하는 동시에, 상기 금속타겟(13)(13)(13)(13)의 일측에는 각각 아아크를 발생시키기 위한 축발매체(14)(14)(14)(14)를 설치한다. 이때, 상기 금속타겟(13)은 주로 순도 99%의 티타늄(Ti)을 2단형의 원기둥형으로 제작하여 사용하며, 상기 촉발매체(14)는 도시된 바와 같이 상기 금속타겟(13)의 상면(131)에 충격을 가할 수 있는 구조체로 이루어지며, 그 재질은 통상 몰리브데늄(Mo) 으로 이루어진다.FIG. 1 is a plan view schematically showing the inside of a vacuum chamber during ion plating in physical vapor deposition for forming a coating film. Referring to FIG. 1, thin film coating by ion plating is generally performed in the vacuum chamber 10. At least two (four in this example) as a coating material to be placed on the base 12 to be coated with a metal thin film in the center and to the base 12 on both side walls 11 of the vacuum chamber 10 The metal targets 13, 13, 13, and 13 are provided, and at one side of the metal targets 13, 13, 13, 13, respectively, a condensation medium 14, 14 for generating arcs. 14) and 14). In this case, the metal target 13 is mainly produced by using a 99% purity titanium (Ti) in a two-stage cylindrical shape, the trigger medium 14 is the upper surface of the metal target 13 ( 131) is made of a structure capable of impact, the material is usually made of molybdenum (Mo).

이와 같은 구성에 있어서, 상기 금속타겟(13)에 강한 전류를 흘리고 상기 촉발매체(14)를 이용하여 상기 금속타겟(13)을 강하게 때려주면, 상기 금속타겟(13)에 아아크가 발생하면서 타겟금속(Ti)의 이온들이 생성되어 이 이온들이 기재(12)의 표면에 증착됨으로써 박막의 코팅층이 형성되는 것이다.In such a configuration, when a strong current flows to the metal target 13 and the metal target 13 is strongly hit by using the trigger medium 14, arc is generated on the metal target 13 while the target metal is generated. Ions of Ti are generated and these ions are deposited on the surface of the substrate 12 to form a coating layer of a thin film.

첨부 도면 중, 제2도는 종래의 코팅막 형성을 위한 물리증착용 금속타겟을 나타내 보인 개략적 평면구성도이고, 제3도는 제2도에 도시된 종래의 물리증착용 금속타겟의 III-III선 단면구성도로서, 종래의 금속타겟은 제2도 및 제3도에 도시된 바와 같이 상부의 외경이 큰 2단형의 우너기둥형으로 이루어지며, 그 상면은 아아크 발생면(131)으로이루어지고, 외경이 작은 하부 원기둥의 양측에는 지지용 결합부재(132)(132)가 구비되어 있어서, 이 결합부재(132)(132)를 통하여 진공챔버의 일측벽에 하부 원기둥의 하면이 접촉된 상태로 결합되고, 금속타겟(13)의 하부 원기둥의 하면(냉각수 접촉면 ;133)이 접촉된 챔버의 벽(11)에는 냉각수가 흐르는 구조로 이루어져 있다.FIG. 2 is a schematic plan view showing a physical vapor deposition metal target for forming a conventional coating film, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of the conventional physical vapor deposition metal target shown in FIG. As shown in FIG. 2, the conventional metal target is formed of a two-stage unilfer type with a large outer diameter as shown in FIGS. 2 and 3, and an upper surface thereof is formed of an arc generating surface 131. Supporting coupling members 132 and 132 are provided at both sides of the small lower cylinder, and are coupled to the bottom surface of the lower cylinder in contact with one side wall of the vacuum chamber through the coupling members 132 and 132. Cooling water flows through the wall 11 of the chamber where the lower surface (cooling water contact surface; 133) of the lower cylinder of the metal target 13 is in contact.

이와 같은 종래의 금속타겟은 증착 초기에 냉각이 용이하게 이루어지지 않아 증착 이온들이 기재에 덩어리(Droplet)상태로 증착되어 코팅막의 부착력을 저하시키는 문제점이 있었으며, 또한 아아크 발생시 아아크가 타겟의 아아크 발생면으로부터 벗어나는 현상이 발생하여 균일한 이온증착이 어려운 문제점이 있었다.Such a conventional metal target has a problem in that it is not easy to be cooled at the initial stage of deposition, so that deposition ions are deposited in a drop state on a substrate to reduce the adhesion of the coating film. The phenomenon that deviates from the uniform ion deposition was difficult to occur.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같이 종래의 금속타겟이 가지는 문제점을 감안하여 이를 개선코자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 아아크 발생영역의 안정화와 동시에 냉각효율을 높여 균일한 이온증착에 의한 박막코팅의 형성이 가능하도록 구조개선한 코팅막 증착용 금속타겟을 제공하는 것이다.Therefore, the present invention was created in view of the problems of the conventional metal target as described above to improve it, the object of the present invention is to stabilize the arc generation area and at the same time to increase the cooling efficiency of the thin film coating by uniform ion deposition It is to provide a metal target for the coating film deposition improved structure to enable the formation of.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 코팅막 증착용 금속타겟은,In order to achieve the above object, the metal target for coating film deposition according to the present invention,

상부의 외경이 하부의 외경보다 큰 상하 2단형의 원기둥형으로 이루어지며, 상부 원기둥의 상면은 아아크 발생면을 이루고, 하부 원기둥의 하면은 냉각수가 흐르는 챔버의 일측벽에 접촉되도록 형성된 코팅막 증착용 금속타겟에 있어서,The upper outer diameter of the upper and lower two-stage cylindrical shape is formed larger than the outer diameter, the upper surface of the upper cylinder forms an arc generating surface, the lower surface of the lower cylinder is formed to be in contact with one side wall of the chamber through which the coolant flows For the target,

상기 상부 원기둥의 상면 테두리부에는 소정 높이 돌출된 턱부가 형성되어 이루어진 점을 특징으로 한다.The upper edge portion of the upper cylinder is characterized in that the jaw portion protruding a predetermined height is formed.

상기 본 발명에 따른 코팅막 증착용 금속타겟에 있어서, 특히 상기 하부 원기둥의 하면 테두리에도 소정 높이 돌출된 턱부가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 그리고 상기 상부 원기둥의 상면 테두리부에 돌출형성된 턱부의 상면과, 상기 하부 원기둥의 하면 테두리에 돌출형성된 턱부의 상면이 이루는 길이는 30mm 전후인 것이 바람직하다.In the metal film for coating film deposition according to the present invention, in particular, it is preferable that the jaw portion protruding a predetermined height is formed on the lower edge of the lower cylinder. The length of the upper surface of the jaw portion protruding from the upper rim of the upper cylinder and the upper surface of the jaw portion protruding from the lower rim of the lower cylinder is preferably about 30 mm.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 코팅막 증착용 금속타겟의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the metal film for coating film deposition according to the present invention.

제4도는 본 발명에 의한 박막 코팅 형성을 위한 물리증착용 금속타겟을 나타내 보인 개략적 평면도이고, 그리고 제5도는 제4도에 도시된 본 발명에 따른 물리증착용 금속타겟의 V-V 선 단면구성도이다.FIG. 4 is a schematic plan view showing a physical vapor deposition metal target for forming a thin film coating according to the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view of a VV line of the physical vapor deposition metal target according to the present invention shown in FIG. .

제4도 및 제5도를 참조하면 본 발명에 따른 코팅막 증착용 금속타겟(30)은 도시된 바와 같이, 상부의 외경이 하부의 외경보다 큰 상하 2단형의 원기둥형으로 이루어지며, 상부 원기둥의 상면(31)은 아아크 발생면을 이루고, 하부 원기둥의 하부는 냉각수가 흐르는 챔버의 일측벽에 접촉되도록 형성되는데, 상기 상부 원기둥의 상면(31) 테두리부에는 소정 높이 돌출된 턱부(32)가 형성되어 있는 동시에, 하부 원기둥의 하면(33) 테두리부에도 소정 높이 돌출된 턱부(32)가 형성되어 있고, 그 일측에는 챔버결합을 위한 결합부재(35)가 마련되어 있는 구조로 이루어진다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 상부 원기둥의 상면(31)테두리부에 돌출 형성된 턱부(32)의 상면과, 하부 원기둥의 하면(33) 테두리에 돌출형성된 턱부(34)의 상면이 이루는 길이는 30mm 전후인 것이 바람직하다.Referring to FIGS. 4 and 5, the metal target 30 for depositing a coating film according to the present invention has a cylindrical shape having a top and bottom two-stage cylinders having an outer diameter of an upper portion larger than an outer diameter of a lower portion, as shown. The upper surface 31 forms an arc generating surface, and the lower portion of the lower cylinder is formed to contact one side wall of the chamber in which the coolant flows. The upper portion 31 of the upper cylinder has a jaw portion 32 protruding a predetermined height. At the same time, the jaw portion 32 protruding a predetermined height is also formed at the edge of the lower surface 33 of the lower cylinder, and on one side thereof, a coupling member 35 for chamber engagement is provided. In such a structure, the length of the upper surface of the jaw portion 32 protruding from the upper surface 31 of the upper cylinder and the upper surface of the jaw portion 34 protruding from the edge of the lower surface 33 of the lower cylinder is about 30 mm. Is preferably.

상기와 같은 구조로 이루어지는 본 발명에 따른 코팅막 증착용 금속타겟(30)은 아아크 발생면(31)의 테두리부에 형성된 턱부(32)가 아아크 발생시 타겟에서 벗어나는 것을 막아주는 역할을 하게 됨으로써, 기재에 균질의 코팅막이 증착이 가능하도록 한다. 그리고, 상기 하부 원기둥의 하면(33) 테두리에 턱부(34)를 형성시켜 실질적으로 냉각수와의 접촉면적을 넓힘으로써 냉각효율을 향상시킬 수 있게 된다. 따라서 본 발명에 따른 금속타겟을 사용하여 코팅막을 증착할 경우, 종래의 금속타겟을 사용하여 코팅막을 증착할 경우 초기에 냉각부족으로 증착이온들이 기재에 덩어리(Droplet)상태로 증착되는 문제점을 해소할 수 있다.The coating film deposition metal target 30 according to the present invention having the structure as described above serves to prevent the jaw portion 32 formed at the edge portion of the arc generating surface 31 from escaping from the target when the arc is generated. A homogeneous coating allows for deposition. In addition, by forming the jaw portion 34 at the edge of the lower surface 33 of the lower cylinder, the cooling efficiency can be improved by substantially increasing the contact area with the cooling water. Therefore, in the case of depositing a coating film using the metal target according to the present invention, when the coating film is deposited using a conventional metal target, the problem that the deposition ions are deposited in the form of a drop (droplet) on the substrate due to lack of cooling initially Can be.

한편, 도면에 예시하지는 않았지만 본 발명의 다른 실시예에 의하면 아아크 발생시 아아크가 아아크 발생면으로부터 벗어나는 것을 방지하기 위하여 상기 하부 원기둥의 하면부에는 마그네트를 마련할 수도 있다.Meanwhile, although not illustrated in the drawings, according to another embodiment of the present invention, a magnet may be provided on the lower surface of the lower cylinder to prevent the arc from escaping from the arc generating surface when the arc is generated.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 코팅막 증착용 금속타겟은 아아크 발생면과 냉각수 접촉면의 테두리부에 턱부를 형성시킨 구조로 개선함으로써, 아아크 발생영역의 안정화와 동시에 냉각효율을 높여 균일한 이온증착에 의한 코팅막을 얻을 수 있는 효과를 가진다.As described above, the metal film for coating film deposition according to the present invention is improved by a structure in which the tuck portion is formed at the edge of the arc generating surface and the cooling water contacting surface, thereby stabilizing the arc generating region and increasing the cooling efficiency to uniform ion deposition. It has the effect of obtaining a coating film by.

Claims (2)

상부의 외경이 하부의 외경보다 큰 상하 2단형의 원기둥형으로 이루어지며, 상부 원기둥의 상면은 아아크 발생면을 이루고, 하부 원기둥의 하면은 냉각수가 흐르는 챔버의 일측벽에 접촉되도록 형성된 코팅막 증착용 금속타겟에 있어서, 상기 상부 원기둥의 상면 테두리부와 상기 하부 원기둥의 하면 테두리부에는 각각 소정 높이 돌출된 턱부가 형성되어 이루어진 점을 특징으로 하는 코팅막 증착용 금속타겟.The upper outer diameter of the upper and lower two-stage cylindrical shape is formed larger than the outer diameter, the upper surface of the upper cylinder forms an arc generating surface, the lower surface of the lower cylinder is formed to be in contact with one side wall of the chamber through which the coolant flows In the target, the coating film deposition metal target, characterized in that the upper edge portion of the upper cylinder and the lower edge portion of the lower cylinder is formed with a projection protruding a predetermined height, respectively. 제1항에 있어서, 상기 하부 원기둥의 하면부에는 마그네트가 구비되어 된 점을 특징으로 하는 코팅막 증착용 금속타겟.The metal target for coating film deposition according to claim 1, wherein a magnet is provided at a lower surface of the lower cylinder.
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