KR100213111B1 - 이온 플레이팅용 음극 아크 방전원의 음극 타겟 - Google Patents

Abstract

음극 아크방전을 이용한 이온플레이팅장치의 음극 아크방전원에 마련된 이온원 음극체에 부착되어 아크 증발 물질로 사용되는 음극 타겟이 개시되며, 개시된 음극 타겟은 테두리부에 아크방출 방지벽이 돌출 형성되는 동시에 아크방전면은 테이퍼진 우물형 또는 파형의 요철면으로 형성된 점에 특징이 있는 것으로서, 이러한 특징에 의해 안정된 아크 유동을 유도하여 음극 타겟의 증발효율과 코팅효율 및 코팅막의 성능을 높일 수 있다.

Description

이온플레이팅용 음극아크 방전원의 음극 타겟

본 발명은 음극 아크 방전을 이용한 이온플레이팅장치의 음극아크 방전원에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 아크발생을 위해 이온원 음극체에 부착되어 아크 증발 물질로 사용되는 음극 타겟에 관한 것이다.

예컨대, 금형이나 공구 또는 특정 부품의 모재에 우수한 내식성이나 내마모성 또는 내열성 등의 특별한 기능을 부여하기 위한 방법으로서 특정 소재의 표면피복층을 박막 코팅하는 방법이 많이 이용되고 있다. 이러한 박막 코팅방법은 종래에 있어서는 전기도금이나 화학도금과 같은 습식코팅법을 주로 이용하였으나, 최근에는 중금속 등 유해한 폐액을 배출을 하지 않을 뿐만 아니라 비교적 값싼 코팅재료를 사용할 수 있고, 또한 복잡하고 기복이 심한 형상을 가지는 모재의 표면에도 원하는 피복층을 용이하게 코팅할 수 있는 등의 장점이 있는 화학증착법(CVD)이나 물리증착법(PVD)과 같은 건식코팅법이 많이 이용된다.

도 1은 물리증착법의 하나인 음극 아크방전을 이용한 박막 코팅에 사용되는 이온플레이팅장치의 음극 아크방전원을 보인 것으로서, 진공챔버(미도시)내의 모재와 대향되게 마련되는 이온원 음극체인 타겟 홀더(110)와, 상기 타켓 홀더(110)에 부착되어 아크 증발 물질로 사용되는 음극 타겟(Cathod Target;111)과, 상기 음극 타겟(111)의 아크발생면(111s)과 접촉되어 아크를 발생시키기 위한 촉발전극(120)과, 방전 아크를 구속 제어하기 위하여 상기 타겟 홀더(110)에 마련되는 영구자석(130)을 포함하여 구성된다. 참조부호 140은 아크 발생에 의한 열을 차단하기 위하여 예컨대, 원통형의 세라믹으로 상기 타겟 홀더(110)와 음극 타겟(111)을 감싸도록 설치한 아크열 방출 방지벽이고, 150은 상기 타겟 홀더(110)를 절연시키기 위한 절연체이다. 그리고, 참조부호 170은 상기 타겟 홀더(110)와 촉발전극(120)에 아크 발생 전류를 공급하기 위한 전원이고, 160은 상기 전원과 상기 촉발전극(120)을 전기적으로 연결하기 위한 보조양극을 나타낸다.

상기 구성을 가지는 종래의 음극 아크방전원에 있어서, 통상 상기 음극 타겟(111)은 원기둥형 또는 절두원추형의 구조를 가지는데, 그 아크방전면(111s)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 평판형이나 일정 깊이 함몰된 우물형으로 형성된 것이 일반적이다. 도 2에 도시된 평판형 음극 타겟(112)은 아크방전면과 가장자리의 구분이 없기 때문에 아크방전면에서 환형의 띠형상으로 발생된 아크 스팟이 종종 음극타겟(111)과 보조양극(160) 사이의 틈새로 침투하여 음극 타겟(111)의 측면부를 녹이거나 보조양극(160)을 녹이게 되므로, 음극타겟(111)과 보조양극(160)과의 접속으로 인한 전기적 단락에 의해 코팅 효율을 저하시키게 되는 문제점이 있다. 도 3에 도시된 우물형 음극 타겟(111)은 아크방전면을 가장자리에 대해 일정 깊이 함몰시켜 가장자리에 아크방출 방지벽(111a)을 형성한 것으로서, 이 아크방출 방지벽(111a)에 의해 아크 유동을 어느 정도 구속할 수 있으나, 특히 그래파이트(Graphite) 등의 비금속물질을 음극 타겟으로 사용하는 경우 아크 스팟은 환형을 이루기보다는 한점의 스팟형태를 이루므로 그 구속 정도가 불안정하여 하전입자가 음극 타겟의 한곳에서만 집중되어 불규칙하게 증발되므로 음극 타겟의 사용 효율 및 코팅 효율을 높이는데 한계가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 바와 같은 종래의 평판형 또는 우물형 구조의 아크발생면을 가지는 음극 타겟의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 본 발명은 효율적인 아크 방전을 유도하여 음극타겟의 사용효율 및 타겟물질에 의해 증착되는 코팅막의 품질 및 코팅효율을 향상시킬 수 있도록 아크발생면의 구조가 개선된 이온플레이팅용 아크방전 음극 타겟을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 음극 아크방전을 이용한 이온플레이팅장치의 음극 아크방전원을 나타내 보인 개략적 단면도,

도 2는 종래 음극 아크방전원에 마련되는 음극 타겟의 일예를 나타내 보인 개략적 단면도,

도 3은 종래 음극 아크방전원에 마련되는 음극 타겟의 다른예를 나타내 보인 개략적 단면도,

도 4는 본 발명의 일시예에 의한 음극 아크방전원의 음극 타겟을 나타내 보인 개략적 단면도,

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 음극 아크방전원의 음극 타겟을 나타내 보인 개략적 단면도, 그리고

도 6은 도 5에 도시된 음극 타겟의 아크방전면을 나타내 보인 개략적 평면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

110 : 타겟 홀더

111, 112, 113, 114 : 음극 타겟

111s, 112s, 113s, 114s : 아크 방전면

111s, 112s, 113s, 114s : 아크 방출 방지벽

120 : 촉발전극

130 : 영구자석

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 이온플레이팅용 음극아크 방전원의 음극 타겟은, 음극 아크방전을 이용한 이온플레이팅장치의 음극아크 방전원에 마련된 이온원 음극체에 부착되어 아크방전면으로부터 증발된 물질이 모재에 코팅되는 이온플레이팅용 음극 아크방전원의 음극 타겟에 있어서, 상기 아크방전면은 테두리부에 대해 일정 깊이 함몰된 함몰면이 중심부쪽으로 일정하게 경사지도록 테이퍼지고, 테두리부에는 아크방출 방지벽이 돌출 형성된 우물형으로 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 아크방전면은 테두리부에 대해 일정 깊이 함몰된 함몰면에 동심의 파형 요철면이 형성되고, 테두리부에는 아크방출 방지벽이 돌출 형성된 우물형으로 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 본 발명의 이온플레이팅용 음극 아크방전원의 음극 타겟을 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 의한 이온플레이팅용 음극 아크방전원의 음극 타겟을 나타내 보인 개략적 단면도로서, 본 발명에 의한 음극 타겟(113)은 도시된 바와 같이 아크방전면(113s)이 가장자리에 대해 일정 깊이 함몰되어 가장자리에 아크 방출 방지벽(113a)이 형성되는 동시에 함몰면은 중심부쪽으로 일정하게 경사지도록 테이퍼진 우물형으로 형성된 점에 특징이 있다. 이러한 구조의 특징을 가지는 상기 본 발명에 의한 테이퍼진 우물형 음극 타겟(113)은 아크방전면(113s)의 주위에 아크 스팟을 가두어 유동을 최대한 억제시키므로 효율적인 아크 방전의 유도에 의해 음극 타겟의 사용효율을 극대화시킬 수 있다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 이온플레이팅용 음극 아크방전원의 음극 타겟을 나타내 보인 개략적 단면도로서, 이 실시예에 의한 음극 타겟은 도시된 바와 같이 아크방전면(114s)이 가장자리에 대해 일정 깊이 함몰되어 가장자리에 아크 방출 방지벽(113a)이 형성되는 동시에 함몰면은 요철면으로 형성된 점에 특징이 있다. 이러한 구조의 특징을 가지는 상기 본 발명에 의한 요철면의 아크 방전면을 가지는 음극 타겟(114)은 방전 아크가 요철면의 골과 산을 따라 넘나드는 형태로 이동하여 아크방전면(114s)의 전표면에서 안정적으로 골고루 돌아다니게 된다. 따라서, 상기 타겟금속으로부터 균질한 하전입자를 전표면에 걸쳐서 균일하게 증발시킬 수 있으므로 타겟금속의 사용 효율이 높높일 수 있을 뿐만 아니라 코팅효율과 코팅막의 품질 및 성능을 극대화시킬 수 있다.

이상에서 설명된 바와 같이 본 발명에 의한 음극 타겟에 의하면, 타겟 표면에서 발생된 아크를 안정된 상태로 제어하여 타겟금속의 사용효율과 코팅막의 성능 및 코팅효율을 향상시킬 수 있다.

Claims (2)

1. 음극 아크방전을 이용한 이온플레이팅장치의 음극아크 방전원에 마련된 이온원 음극체에 부착되어 아크방전면으로부터 증발된 물질이 모재에 코팅되는 이온플레이팅용 음극 아크방전원의 음극 타겟에 있어서,

   상기 아크방전면은 테두리부에 대해 일정 깊이 함몰된 함몰면이 중심부쪽으로 일정하게 경사지도록 테이퍼지고, 테두리부에는 아크방출 방지벽이 돌출 형성된 우물형으로 형성된 것을 특징으로 하는 이온플레이팅용 음극 아크방전원의 음극 타겟.
2. 제1항에 있어서,

   상기 아크방전면은 테두리부에 대해 일정 깊이 함몰된 함몰면에 동심의 파형 요철면이 형성되고, 테두리부에는 아크방출 방지벽이 돌출 형성된 우물형으로 형성된 것을 특징으로 하는 이온플레이팅용 음극 아크방전원의 음극 타겟.

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