KR101234353B1 - Apparatus of physical vapor deposition with multiporous cathode screen, and method of surface treatment using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다공성 음극스크린을 구비한 물리 증착 장치 및 이를 이용한 표면처리방법에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예는 피처리물에 플라즈마가 직접적으로 일어나지 않도록 다공성 음극스크린을 설치하고, 이 다공성 음극 스크린에 DC 또는 펄스 고전압을 인가하고 활성화 이온들을 발생시켜, 피처리물에 질소 이온을 침투 확산시킬 수 있는 물리 증착 장치를 제공하며, 후공정의 표면 연마작업 없이 연속적으로 밀착력이 우수한 복합코팅이 가능한 표면처리방법을 제공한다.The present invention relates to a physical vapor deposition apparatus having a porous cathode screen and a surface treatment method using the same, an embodiment of the present invention is to install a porous cathode screen so that plasma does not occur directly on the workpiece, the porous cathode screen It provides a physical vapor deposition apparatus that can inject and diffuse nitrogen ions into the workpiece by applying DC or pulsed high voltage to the activated ions, and it is possible to perform composite coating with excellent adhesion without continuous surface polishing. Provide a treatment method.

Description

다공성 음극스크린을 구비한 물리 증착 장치 및 이를 이용한 표면처리방법{APPARATUS OF PHYSICAL VAPOR DEPOSITION WITH MULTIPOROUS CATHODE SCREEN, AND METHOD OF SURFACE TREATMENT USING THE SAME}Physical vapor deposition apparatus having a porous cathode screen and a surface treatment method using the same {APPARATUS OF PHYSICAL VAPOR DEPOSITION WITH MULTIPOROUS CATHODE SCREEN, AND METHOD OF SURFACE TREATMENT USING THE SAME}

본 발명은 물리 증착(PVD, Physical Vapor Deposition) 장치 및 이를 이용한 표면처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 진공챔버 내에 다공성 음극스크린을 설치하여, 경면(mirror surface) 후처리 공정 없이 연속적으로 질화처리 후 PVD 박막코팅이 이루어질 수 있는 물리 증착 장치 및 표면처리방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a physical vapor deposition (PVD) apparatus and a surface treatment method using the same, and more particularly, by installing a porous cathode screen in a vacuum chamber, continuously nitriding without a mirror surface post-treatment process. The present invention relates to a physical vapor deposition apparatus and a surface treatment method capable of performing PVD thin film coating.

공구 및 각종 산업용 부품 등의 기계적 특성을 향상시키기 위한 표면개질 처리법으로 활발히 적용되고 있는 대표적인 표면개질 표면처리법은 플라즈마 이온질화와 PVD(Physical Vapor Deposition) 코팅법 등이 있다.Representative surface modification methods, which are being actively applied as surface modification treatments for improving mechanical properties of tools and various industrial parts, include plasma ion nitriding and physical vapor deposition (PVD) coating.

종래의 플라즈마 이온질화에서 직류전원(DC) 질화처리시, 모서리 부분이나 미세홀에서 발생하는 아크 및 과열현상, 표면조도 불량 등의 이유로 인하여 그 사용이 많이 제한적이었다.In the conventional plasma ion nitriding process, the use of DC nitriding was limited due to arcs, overheating, poor surface roughness, and the like that occur in corners and micro holes.

하지만, 이후에 나온 펄스 이온질화법에서는 DC 이온질화법에서 문제시되었던 현상들을 많이 해결하였으며 특히, 아크발생과 처리물의 손상을 극소화할 수 있으며, 복잡한 형상을 가진 부품의 질화처리시 형상제한성을 극복할 수 있고, 또한 펄스의 적절한 조절을 통하여 화합물 내 기공의 발생억제 및 낮은 표면조도에 기인한 윤활성의 향상 등을 도모할 수 있다.However, the following pulse ion nitriding method solves many of the phenomena of the DC ion nitriding method, and in particular, minimizes arcing and damage of the processed materials, and overcomes the shape limitations when nitriding parts having complex shapes. In addition, it is possible to suppress the generation of pores in the compound and to improve the lubricity due to low surface roughness through proper control of the pulse.

또한, PVD 코팅법에서는 다양한 표면개질 처리법(TiN, CrN, TiCN, DLC 등)이 복합된 복합 PVD 코팅법을 개발하여 각종 산업용 부품들의 수명을 향상시켜 왔다. In addition, the PVD coating method has developed a composite PVD coating method in which various surface modification methods (TiN, CrN, TiCN, DLC, etc.) are combined to improve the lifespan of various industrial parts.

이 중 최근 많이 사용되는 표면개질 방법으로 플라즈마 질화처리를 한 다음 PVD 코팅 처리를 하는 방법이 있는데, 질화 후 코팅층과의 밀착성을 저해하는 화합물층을 제거한 후, 표면상태를 경면(mirror surface)으로 만든 다음, 별도의 PVD 코팅장치를 이용하여 모재와 코팅층 사이의 밀착성 향상과 급격한 경도 구배를 완만하게 하여 처리품의 내마모성을 증대시키게 된다.Among these, the surface modification method used recently is plasma nitriding treatment followed by PVD coating treatment. After nitriding, after removing a compound layer that inhibits adhesion with the coating layer, the surface state is made into a mirror surface. In addition, by using a separate PVD coating device to improve the adhesion between the base material and the coating layer and a rapid gradient of hardness to increase the wear resistance of the treated product.

그러나, 기존의 이러한 방법에서도 막 내의 응력이 높고 강에 대한 접착력이 나쁜 단점이 있기 때문에, 코팅막의 강에 대한 계면 접착력 향상을 위한 연구가 필요하다.However, since the conventional method has a disadvantage in that the stress in the film is high and the adhesion to the steel is bad, a study for improving the interfacial adhesion to the steel of the coating film is required.

이러한 연구의 대부분은 모재와 코팅막 사이의 중간층을 형성시킴으로써 접착력 향상을 도모한 것이다. 일반적으로, 계면 접착력은 증착 전 모재의 표면상태에 따라 크게 변화될 수 있다고 보고되어 있다.Most of these studies aim to improve adhesion by forming an intermediate layer between the base material and the coating film. In general, it is reported that the interfacial adhesion can vary greatly depending on the surface state of the base material before deposition.

PVD 물리 증착법은 박막 합성공정의 하나로, 고진공을 유지한 상태에서 저전압, 고전류, 가스 등을 이용하여 증착하는 방법이다.PVD physical vapor deposition is one of the thin film synthesis processes, and is a method of depositing using low voltage, high current, gas, etc. while maintaining high vacuum.

저온(200℃~500℃) 범위에서 처리되므로 야금학적 물성, 규격, 치수, 표면상태 등의 변화가 염려되는 부품에 적용하며, 내마모성, 내열성 등을 향상시켜, 내구성, 내소착성이 증가함으로써 생산성이 향상된다.As it is processed at low temperature (200 ℃ ~ 500 ℃), it is applied to parts that are concerned about changes in metallurgical properties, specifications, dimensions, and surface conditions.It improves wear resistance, heat resistance, etc., and increases durability and adhesion resistance. This is improved.

이러한 특성을 고려하여, 본 발명에서는 일반적인 질화법과는 달리, 고진공 분위기 하에서, 처리품에는 플라즈마가 인가되지 않으면서 질화처리가 가능하게끔 하여, 처리품에 플라즈마가 직접적으로 충돌되지 않음에 따라 표면조도가 우수한 상태를 얻고자 한다.In view of these characteristics, in the present invention, unlike the general nitriding method, in the high vacuum atmosphere, the treatment is allowed to be nitrided without applying plasma to the treated product, so that the surface roughness does not directly impact the plasma. I want to get an excellent condition.

또한, 기존의 표면개질법에서는, 질화처리 후 표면조도를 개선한 후에 별도의 PVD 장치에서 코팅을 하는 방식으로서, 별도의 후 공정이 필요하게 되어 생산성 및 품질 저하를 가져왔는데, 본 발명에서는 동일 장치에서 질화 후, 연속적으로 PVD 코팅이 가능하도록 하여, 생산성 향상 및 밀착력과 내마모성이 우수한 고품질의 처리품을 얻을 수 있도록 한다.
In addition, in the conventional surface modification method, as a method of coating in a separate PVD apparatus after improving the surface roughness after nitriding treatment, a separate post-process is required to bring productivity and quality deterioration. After nitriding, the PVD coating can be continuously performed to obtain a high quality processed product having excellent productivity, adhesion and wear resistance.

전술한 바와 같이, 종래에는 질화와 코팅을 분리하여 처리하였다. 즉, 질화장치에서 질화 후, 표면을 경면연마 작업하고, 다시 코팅장치에서 코팅처리를 하여 코팅층의 밀착력을 향상시켜 내마모성을 증대시켰다.As described above, conventionally, nitriding and coating were treated separately. That is, after nitriding in the nitriding device, the surface is mirror polished and then coated in the coating device to improve the adhesion of the coating layer to increase wear resistance.

본 발명의 일실시예는, 수 torr의 처리압력에서 실시하는 종래의 DC 이온질화/PVD코팅법, 펄스 이온질화/PVD코팅법과 달리, 비교적 고진공(10-1~10-3 torr) 분위기에서, 피처리물에 플라즈마가 직접으로 일어나지 않도록 다공성 음극스크린을 설치하여, 이 다공성 음극 스크린에 DC 및 펄스 고전압을 인가하고 활성화 이온들을 발생시켜, 피처리물에 질소 이온을 침투 확산시킬 수 있는 물리 증착 장치와 관련된다.One embodiment of the present invention, unlike the conventional DC ion nitriding / PVD coating method, pulse ion nitriding / PVD coating method performed at a processing pressure of several torr, in a relatively high vacuum (10 -1 ~ 10 -3 torr) atmosphere, A physical vapor deposition apparatus capable of installing a porous cathode screen so that plasma does not directly occur on the workpiece, applying DC and pulsed high voltages to the porous cathode screen, generating activated ions, and infiltrating and diffusing nitrogen ions into the workpiece. Related to.

또한, 전술한 물리 증착 장치를 이용하여, 이전의 복합코팅처리와는 달리, 후공정의 표면 연마작업 없이 연속적으로 밀착력이 우수한 플라즈마 질화/PVD 코팅, 플라즈마 질화/DLC 코팅을 복합적으로 수행할 수 있는 표면처리방법과 관련된다.
In addition, by using the above-described physical vapor deposition apparatus, unlike the previous composite coating treatment, it is possible to perform a combination of plasma nitride / PVD coating, plasma nitride / DLC coating with excellent adhesion continuously without the surface polishing operation of the post-process It relates to the surface treatment method.

본 발명의 바람직한 일실시예에 의하면, 일측에 개폐도어가 구비되는 진공챔버, 진공챔버의 내부에 회전 가능하게 설치되며 피처리물이 안착되는 지그, 진공챔버의 내벽에 서로 이격하여 설치되는 적어도 하나 이상의 증발원, 증발원에 각각 장착되는 타겟, 진공챔버의 내벽으로부터 소정거리 이격하여 진공챔버의 내부 일측에 설치되며 음극 전압이 인가되는 다공성 음극스크린, 및 다공성 음극스크린의 일측에 설치되며 양극 전압이 인가되는 보조전극(AEGD)을 포함하는, 다공성 음극스크린을 구비한 물리 증착 장치가 제공된다.According to a preferred embodiment of the present invention, a vacuum chamber having an opening and closing door on one side, rotatably installed in the interior of the vacuum chamber, jig on which the workpiece is to be placed, at least one spaced apart from each other on the inner wall of the vacuum chamber The evaporation source, the target mounted on the evaporation source, the porous cathode screen installed at one side of the vacuum chamber spaced apart from the inner wall of the vacuum chamber by a predetermined distance, and the anode voltage is applied, and the anode voltage applied at one side of the porous cathode screen. A physical vapor deposition apparatus having a porous cathode screen, including an auxiliary electrode AEGD, is provided.

이때, 다공성 음극스크린은 망상 전신 금속판(Expanded Metal Plate), 타공판(Punched Metal Plate), 및 메쉬형 판(Mesh type Plate) 중 어느 하나로 제작 가능하며, 최소 2겹 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.In this case, the porous cathode screen may be made of any one of an expanded metal plate, an expanded metal plate, and a mesh type plate, and preferably made of at least two layers.

아울러, 다공성 음극스크린은 전극인입봉에 의해 진공챔버의 천정 또는 바닥으로부터 전원을 인가받을 수 있도록 수직으로 설치되며, DC 또는 펄스 타입의 전원이 인가된다.
In addition, the porous cathode screen is installed vertically to receive power from the ceiling or the bottom of the vacuum chamber by the electrode retracting rod, the power of DC or pulse type is applied.

한편, 진공챔버 내에 피처리물을 장입하는 장입단계, 진공챔버 내부의 공기를 배출하여 진공상태로 만드는 배기단계, 진공챔버 내부에 혼합가스를 공급하는 혼합가스 공급단계, 진공챔버의 내부 일측에 설치된 다공성 음극스크린에 고전압을 인가하고 혼합가스를 이온화시켜 피처리물의 표면에 질소 이온을 침투 또는 확산시키는 질화단계, 및 진공챔버 내에 설치된 타겟에 고전압을 인가하고 아크(arc)를 발생시켜 피처리물에 증착되도록 하는 증착단계를 포함하는 표면처리방법이 제공된다.On the other hand, the charging step of charging the object in the vacuum chamber, the exhaust step of discharging the air in the vacuum chamber to make a vacuum state, the mixed gas supply step of supplying the mixed gas inside the vacuum chamber, installed on one side of the vacuum chamber The nitriding step of applying a high voltage to the porous cathode screen and ionizing the mixed gas to infiltrate or diffuse nitrogen ions on the surface of the workpiece, and applying a high voltage to a target installed in the vacuum chamber and generating arcs to the workpiece A surface treatment method is provided that includes a deposition step for depositing.

이때, 질화단계는 수 m torr의 고진공 분위기에서 이루어지는 것을 특징으로 하며, 질화단계 후 동일한 진공챔버 내에서 연속하여 증착단계가 이루어지는 것을 특징으로 한다.
In this case, the nitriding step is characterized in that it is made in a high vacuum atmosphere of several m torr, characterized in that the deposition step is carried out continuously in the same vacuum chamber after the nitriding step.

본 발명의 일실시예에 따른 물리 증착 장치 및 이를 이용한 표면처리방법에 의하면, 비교적 고진공 분위기 하에서 다공성 음극스크린에 플라즈마가 발생하여 피처리물로 열에너지 및 이온화에너지가 이동하기 때문에 우수한 표면조도의 질화처리가 가능하다.According to the physical vapor deposition apparatus and the surface treatment method using the same according to an embodiment of the present invention, since the plasma is generated on the porous cathode screen in a relatively high vacuum atmosphere, the thermal energy and ionization energy is transferred to the object to be treated, and thus the surface treatment is nitrided with excellent surface roughness. Is possible.

또한, 피처리물에서 우수한 온도 균일도를 얻을 수 있는 효과가 있다. 이에 따라, 복잡한 형상 또는 대형제품에 대하여 균일하게 표면처리를 할 수 있고, 고진공 하에서 처리품에 직접 플라즈마가 인가되지 않기 때문에 표면조도가 우수한 질화처리가 가능하며, 동일 장치에서 연속적인 코팅처리가 가능하다. In addition, there is an effect that can obtain excellent temperature uniformity in the workpiece. Accordingly, it is possible to uniformly treat complex shapes or large products, and because the plasma is not directly applied to the processed product under high vacuum, it is possible to perform nitriding treatment with excellent surface roughness and continuous coating treatment in the same apparatus. Do.

특히, 높은 음극전위가 피처리물에 직접 인가되지 않기 때문에, 종래 이온질화의 문제점인 아크발생(arching), 부분적 과열현상, 온도의 불균일 등의 문제점이 해결될 수 있다.In particular, since the high cathode potential is not directly applied to the workpiece, problems such as arcing, partial overheating, and temperature nonuniformity, which are problems of conventional ionization, can be solved.

또한, 이온질화를 이용하여 피처리물의 표면에 경화층을 먼저 형성함으로써, 피처리물의 PVD 코팅(금속코팅), DLC(Diamond Like Carbon) 코팅의 밀착성을 증대시켜 피처리물의 내구성을 증가시키는 효과가 있다.In addition, by first forming a hardened layer on the surface of the workpiece by using ion nitriding, by increasing the adhesion of the PVD coating (metal coating), DLC (Diamond Like Carbon) coating of the workpiece to increase the durability of the workpiece have.

또한, 본 발명의 일실시예에 의한 표면처리 방법은 이온질화처리와 PVD 코팅(금속코팅), DLC 코팅을 동일한 진공챔버 내에서 연속적으로 수행할 수 있으므로, 생산성이 향상되고, 불순물의 침입이 원칙적으로 봉쇄되어 고품질의 코팅막을 형성할 수 있는 효과가 있다.In addition, since the surface treatment method according to an embodiment of the present invention can perform ion nitriding treatment, PVD coating (metal coating), DLC coating continuously in the same vacuum chamber, productivity is improved, and infiltration of impurities is in principle. As it is sealed, there is an effect that can form a high quality coating film.

또한, 수 m torr의 고진공 분위기에서 피처리물이 아닌 다공성 음극스크린에 HCD(Hollow Cathode Discharge) 원리에 의한 이온화에너지, 열에너지가 발생하여 질화 및 균일한 온도를 유지하기 때문에 아크방전이 일어나지 않는다.In addition, in the high vacuum atmosphere of several m torr, ionization energy and thermal energy generated by the HCD (Hollow Cathode Discharge) principle are generated on the porous cathode screen, not the workpiece, so that the arc discharge does not occur because nitriding and uniform temperature are maintained.

또한, 타겟 물질의 높은 이온화율과 큰 이온에너지, 높은 증착율 등의 장점을 가짐으로써, 밀착력이 우수한 코팅막을 합성할 수 있는 물리 증착 장치의 장점을 최대한 살리면서, 복잡한 형상의 금형 및 공구에 3차원 입체적으로 균일한 코팅을 실현할 수 있어, 높은 증착수율을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 높은 이온화에너지에 의해 밀착력이 우수한 중간층과 코팅막을 형성할 수 있다.In addition, it has the advantages of high ionization rate, large ion energy, high deposition rate, etc. of the target material, thereby making the most of the advantages of the physical vapor deposition apparatus capable of synthesizing a coating film having excellent adhesion, and making it possible to use a three-dimensional shape for complex molds and tools. A three-dimensional uniform coating can be realized, and a high deposition yield can be obtained, and an intermediate layer and a coating film excellent in adhesion can be formed by high ionization energy.

아울러, 본 발명의 일실시예에 따른 표면처리방법에 의하면, 500℃ 이하의 비교적 낮은 온도에서 공정이 진행되므로, 피처리물의 변형이 발생되지 않고 균일한 품질의 제품을 얻을 수 있는 효과가 있으며, PVD 코팅이나 DLC 코팅을 하기 전에, 동일한 진공챔버 내에서 경면 질화처리가 수행되므로, 피처리물과의 밀착력이 향상되고 내부응력성이 증가되어, 반도체 정밀금형(SKD61), 프레스금형(SKD11), 스테인레스강(SUS), 플라스틱 사출금형, 알루미늄 사출금형 등에 적용할 수 있다.
In addition, according to the surface treatment method according to an embodiment of the present invention, since the process proceeds at a relatively low temperature of 500 ℃ or less, there is an effect that can obtain a product of uniform quality without the deformation of the workpiece. Before the PVD coating or DLC coating, the mirror nitriding treatment is performed in the same vacuum chamber, so that the adhesion to the workpiece is improved and the internal stress is increased, so that the semiconductor precision mold (SKD61), press mold (SKD11), It can be applied to stainless steel (SUS), plastic injection mold and aluminum injection mold.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 음극스크린을 구비한 물리 증착 장치의 단면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 음극스크린을 구비한 물리 증착 장치의 평면도.
도 3은 도 1과 도 2의 진공챔버 내부를 도시한 평면도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 음극스크린을 도시한 개략도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 표면처리방법의 순서도.
도 6a는 일반적인 이온질화처리시 시험편 표면의 조도를 보여주는 사진.
도 6b는 본 발명의 일실시예에 따라 다공성 음극스크린을 이용하여 질화처리한 시험편 표면의 조도를 보여주는 사진.
도 7a는 일반적인 이온질화처리시 S45C, SKD61종 강 표면의 SEM 사진.
도 7b는 본 발명의 일실시예에 따라 다공성 음극스크린을 이용한 질화처리시 SEM 사진.1 is a cross-sectional view of a physical vapor deposition apparatus having a porous cathode screen according to an embodiment of the present invention.
2 is a plan view of a physical vapor deposition apparatus having a porous cathode screen according to an embodiment of the present invention.
3 is a plan view illustrating the inside of the vacuum chamber of FIGS. 1 and 2.
Figure 4 is a schematic diagram showing a porous cathode screen according to an embodiment of the present invention.
5 is a flow chart of the surface treatment method according to an embodiment of the present invention.
Figure 6a is a photograph showing the roughness of the surface of the specimen during the general ion nitriding treatment.
Figure 6b is a photograph showing the roughness of the surface of the test piece nitrided using a porous cathode screen according to an embodiment of the present invention.
Figure 7a is a SEM image of the surface of S45C, SKD61 type steel during general ion nitriding treatment.
Figure 7b is a SEM photograph when the nitriding treatment using a porous cathode screen according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 음극스크린을 구비한 물리 증착 장치 및 이를 이용한 표면처리방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.Hereinafter, a preferred embodiment of a physical vapor deposition apparatus having a porous cathode screen and a surface treatment method using the same according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this process, the thicknesses of the lines and the sizes of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.In addition, the terms described below are defined in consideration of the functions of the present invention, which may vary depending on the intention or custom of the user, the operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout this specification.

아울러, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.
In addition, the following embodiments are not intended to limit the scope of the present invention, but merely as exemplifications of the constituent elements set forth in the claims of the present invention, and are included in technical ideas throughout the specification of the present invention, Embodiments that include components replaceable as equivalents in the elements may be included within the scope of the present invention.

실시예Example

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 음극스크린을 구비한 물리 증착 장치의 단면도, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 음극스크린을 구비한 물리 증착 장치의 평면도, 도 3은 도 1과 도 2의 진공챔버 내부를 도시한 평면도, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다공성 음극스크린을 도시한 개략도이다.
1 is a cross-sectional view of a physical vapor deposition apparatus having a porous cathode screen according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a plan view of a physical vapor deposition apparatus having a porous cathode screen according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a view 1 and 2 is a plan view showing the inside of the vacuum chamber of Figure 2, Figure 4 is a schematic diagram showing a porous cathode screen according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일실시예에 따른 물리 증착 장치(10)는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 일측에 개폐도어(21)가 구비되는 진공챔버(20)와, 진공챔버(20)의 내부에 회전 가능하게 설치되는 지그(30)와, 진공챔버(20)의 내벽에 서로 이격하여 설치되는 적어도 하나 이상의 증발원(40)과, 증발원(40)에 각각 장착되는 타겟(50)과, 진공챔버(20)의 내부 일측에 이격하여 설치되는 다공성 음극스크린(60)과, 다공성 음극스크린(60)의 일측에 설치되는 보조전극(70)을 포함하며, 다공성 음극스크린(60)에는 음극 전압이 인가되고, 보조전극(70)에는 양극전압이 인가되어, 다공성 음극스크린(60)에 플라즈마가 발생한다.
Physical vapor deposition apparatus 10 according to an embodiment of the present invention, as shown in Figures 1 to 3, the vacuum chamber 20, which is provided with an opening and closing door 21 on one side, of the vacuum chamber 20 Jig 30 rotatably installed therein, at least one evaporation source 40 installed on the inner wall of the vacuum chamber 20 spaced apart from each other, a target 50 mounted on the evaporation source 40, and a vacuum It includes a porous cathode screen 60 spaced apart from one side of the interior of the chamber 20, and an auxiliary electrode 70 is installed on one side of the porous cathode screen 60, the cathode voltage is provided on the porous cathode screen 60 The anode voltage is applied to the auxiliary electrode 70 to generate a plasma on the porous cathode screen 60.

여기서, 진공챔버(20)의 일측에는 진공챔버(20)의 내부 분위기를 진공상태로 만들기 위한 진공라인(22)이 연결되고, 이 진공라인(22)은 진공챔버(20)의 외측에 별도로 마련되는 진공펌프(23)와 연결된다.Here, a vacuum line 22 is connected to one side of the vacuum chamber 20 to make the internal atmosphere of the vacuum chamber 20 into a vacuum state, and the vacuum line 22 is separately provided outside the vacuum chamber 20. Is connected to the vacuum pump 23.

이때, 진공펌프(23)는 일예로서 터보 펌프, 부스터 펌프와 로터리 펌프로 구성될 수 있으며, 터보 펌프의 배기속도는 10,000L/sec, 부스터 펌프는 500㎥/hr, 로터리 펌프는 1,500L/min 의 성능을 가지는 것이 바람직하고, 코팅작업을 위한 초기 진공인 5×10-5torr 까지 배기 가능한 것이 바람직하며, 진공도는 2개의 이온게이지를 사용하여 측정될 수 있다.At this time, the vacuum pump 23 may be composed of a turbo pump, a booster pump and a rotary pump as an example, the exhaust speed of the turbo pump is 10,000L / sec, the booster pump is 500㎥ / hr, the rotary pump is 1,500L / min It is preferable to have a performance of, and to be able to evacuate up to 5 x 10 -5 torr, which is an initial vacuum for coating, and the degree of vacuum can be measured using two ion gauges.

또한, 진공챔버(20)의 내부가 진공상태에서 플라즈마 질화상태로 변환될 수 있도록, 진공챔버(20)의 일측에는 수소(H2), 아르곤(Ar), 메탄가스(CH4)와 혼합된 질소(N2) 가스 등을 공급하기 위한 가스공급라인(24)이 연결된다.In addition, one side of the vacuum chamber 20 is mixed with hydrogen (H 2 ), argon (Ar), and methane gas (CH 4 ) so that the inside of the vacuum chamber 20 may be converted into a plasma nitriding state. A gas supply line 24 for supplying nitrogen (N 2 ) gas or the like is connected.

이때, 가스공급라인(24)에는 일예로서 4채널의 가스유량제어기(mass flow controller)가 구비될 수 있으며, 가스의 적절한 혼합을 위해 가스 혼합통을 사용하는 것이 바람직하다.At this time, the gas supply line 24 may be provided with a gas flow controller (mass flow controller) of four channels as an example, it is preferable to use a gas mixing cylinder for the proper mixing of the gas.

또한, 플라즈마 질화상태의 질소가스가 피처리물의 표면에 흡착될 수 있는 조건을 만들기 위해, 고전압(-100~1000V)을 인가할 수 있는 전원공급부(80)가 구비되는데, 마이크로 펄스와 DC파워의 혼용도 가능하며, 전원공급부(80)의 양극전원은 진공챔버(20)의 주벽과 보조전극(70)의 상단에 인가되고, 음극전원은 다공성 음극스크린(60)의 상단에 인가되도록 설치된다. 여기서, 도 1에서는 전원공급부(80)가 진공챔버(20)와 함께 하나의 장치를 구성한 예가 도시되었으나, 별도의 장소에 이격하여 설치될 수도 있음은 물론이다.In addition, a power supply unit 80 capable of applying a high voltage (-100 to 1000 V) is provided to create a condition in which nitrogen gas in a plasma nitridation state can be adsorbed on the surface of the workpiece. It is also possible to use a mixture, the anode power of the power supply unit 80 is applied to the top of the main wall and the auxiliary electrode 70 of the vacuum chamber 20, the cathode power is installed to be applied to the top of the porous cathode screen 60. Here, in FIG. 1, an example in which the power supply unit 80 constitutes an apparatus together with the vacuum chamber 20 is illustrated, but may be installed at a separate place.

이때, 전원공급부(80)는 예를 들어 바이어스 전원(Bias Power) 1set 를 사용하여 파형을 조절할 수 있게끔 하는 것이 바람직하고, -100 ~ -1000V 전압을 인가할 수 있다.In this case, the power supply unit 80 may be configured to control the waveform by using, for example, bias power 1set, and may apply a voltage of -100 to -1000V.

또한, 진공챔버(20)의 주벽에는 최대 30kw 출력의 몰리브데늄선을 이용한 저항열선(25)을 설치하여 피처리물을 코팅온도까지 가열할 수 있도록 하고, 주벽 내부에는 열전대(미도시)를 장착하여 온도를 제어한다. In addition, a resistance heating wire 25 using molybdenum wire having a maximum output of 30 kw is installed on the main wall of the vacuum chamber 20 to heat the workpiece to the coating temperature, and a thermocouple (not shown) is provided inside the main wall. By controlling the temperature.

아울러, 진공챔버(20)의 주벽을 2중으로 제작하고 냉각수를 흐르게 하여, 균일한 온도 유지 및 변형방지가 가능하게끔 하는 것이 바람직한데, 냉각수 분배기(미도시)를 설치하여 진공펌프(23)와 진공챔버(20) 및 타겟(50)을 냉각할 수 있으며, 작업중 냉각수 분배기의 입구측 물온도는 15℃~30℃ 로 일정하게 유지되는 것이 바람직하다.
In addition, it is preferable to make the main wall of the vacuum chamber 20 in double and allow the cooling water to flow, so that it is possible to maintain a uniform temperature and prevent deformation, and to install a cooling water distributor (not shown) to vacuum the vacuum pump 23 and the vacuum. The chamber 20 and the target 50 may be cooled, and the water temperature of the inlet side of the coolant distributor during the operation is preferably kept constant at 15 ° C to 30 ° C.

진공챔버(20)의 내부 바닥에는 피처리물이 안착되는 지그(30)가 설치되는데, 이 지그(30)는 진공챔버(20)의 하부에 설치되는 회전모터(31)에 의해 회전하며, 지그(30)의 회전시 지그(30) 상에 안착된 피처리물이 지그(30)의 회전과 함께 자전할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다. 즉, 피처리물은 지그(30)에 의해 지그(30)의 회전축(32)을 중심으로 공전함과 동시에, 지그(30)에 마련된 자전치구(33) 상에서 자전함으로써, 피처리물의 표면이 균일하게 표면처리된다.
The inner bottom of the vacuum chamber 20 is provided with a jig 30 on which the workpiece is to be seated. The jig 30 is rotated by a rotation motor 31 installed below the vacuum chamber 20, and the jig 30 is rotated. It is preferable that the object to be mounted on the jig 30 rotates with the rotation of the jig 30 during rotation of the 30. That is, the object to be processed revolves around the rotational axis 32 of the jig 30 by the jig 30 and rotates on the rotational jig 33 provided in the jig 30, whereby the surface of the object is uniform. Surface is treated.

한편, 진공챔버(20)의 내벽에는 서로 이격하여 적어도 하나 이상의 증발원(40)이 설치되는데, 이 증발원(40)에는 금속 타겟(50)이 각각 설치되며, 예를 들어 11set의 증발원에 직경 80mm×20t의 금속 타겟이 각각 설치될 수 있다.Meanwhile, at least one evaporation source 40 is provided on the inner wall of the vacuum chamber 20 so as to be spaced apart from each other. The evaporation source 40 is provided with metal targets 50, respectively. 20 t of metal targets may be installed respectively.

또한, 아크 스폿의 고른 마모를 위해 타겟(50)의 후방에는 NdFeB 자석(미도시)이 설치되며, 아크 방전을 위한 양극 트리거는 3.2mm 몰리브데늄선을 사용할 수 있다.
In addition, an NdFeB magnet (not shown) is installed at the rear of the target 50 for even wear of the arc spot, and the anode trigger for arc discharge may use 3.2 mm molybdenum wire.

본 발명의 바람직한 일실시예에 의하면, 전원공급부(80)에서 공급되는 DC 전류가 피처리물에 직접 흐르지 않는 상태에서 양이온 상태의 질소가스가 피처리물의 표면에 효과적으로 흡착될 수 있도록, 다공성 음극스크린(60)이 진공챔버(20)의 내부 일측에 이격하여 설치된다. 이때, 지그(30) 상에서 회전하는 피처리물과 다공성 음극스크린(60)이 상호 접촉하지 않도록 주의하여야 하며, 타겟(50)을 가리지 않는 상태에서 진공챔버(20)의 내벽으로부터 소정거리 이격하여 설치되는 것이 바람직하다.According to a preferred embodiment of the present invention, the porous cathode screen so that the nitrogen gas in the cation state can be effectively adsorbed on the surface of the workpiece in the state that DC current supplied from the power supply unit 80 does not flow directly to the workpiece. 60 is provided spaced apart from the inner side of the vacuum chamber 20. At this time, care should be taken so that the workpiece to be rotated on the jig 30 and the porous cathode screen 60 do not come into contact with each other, and are spaced apart from the inner wall of the vacuum chamber 20 by a predetermined distance without covering the target 50. It is desirable to be.

이때, 다공성 음극스크린(60)은 도 4에 도시된 바와 같이, 스테인레스 스틸 또는 비철 금속 재질로서, 망상 전신 금속판(Expanded Metal Plate), 타공판(Punched Metal Plate), 및 메쉬형 판(Mesh type Plate) 중 어느 하나의 형태로 제작될 수 있으며, 최소 2겹 이상으로 제작되는 것이 바람직하다.In this case, as shown in FIG. 4, the porous cathode screen 60 is made of stainless steel or non-ferrous metal, and includes a reticulated whole metal plate, an expanded metal plate, and a mesh type plate. It may be produced in any one of the forms, it is preferable to be produced in at least two layers.

즉, 다공성 음극스크린(60)의 표면에는 펀칭이나 피어싱 등의 가공에 의해 다수의 개구(61)가 메쉬 형태로 형성되며, 양쪽 하단은 지그(30)로부터 이격한 인접위치에서 세라믹 지지대(62)에 의해 진공챔버(20)의 바닥면에 고정되고, 상단이 전극인입봉(63)에 의해 진공챔버(20)의 천정에 고정 지지된다. 이때, 다공성 음극스크린(60)의 폭과 길이, 겹수, 메쉬의 크기 등 규격은 작업조건과 진공챔버(20)의 내부 구조에 따라 다양하게 선택될 수 있다.That is, a plurality of openings 61 are formed in a mesh shape on the surface of the porous cathode screen 60 by punching or piercing, and the lower ends of the ceramic support 62 are disposed at adjacent positions spaced apart from the jig 30. It is fixed to the bottom surface of the vacuum chamber 20 by, and the upper end is fixedly supported on the ceiling of the vacuum chamber 20 by the electrode insertion rod 63. At this time, the width and length of the porous cathode screen 60, the number of layers, the size of the mesh, etc. may be variously selected depending on the working conditions and the internal structure of the vacuum chamber 20.

또한, 다공성 음극스크린(60)은 진공챔버(20)와 절연상태로 설치되며, DC 또는 펄스 전압이 인가되는데, 이때 전극은 도 1과 도 4에 도시된 바와 같이 전극인입봉(63)을 통해 진공챔버(20)의 천정으로부터 다공성 음극스크린(60)의 상단으로 연결되거나, 진공챔버(20)의 바닥으로부터 다공성 음극스크린(60)의 하단으로 연결될 수 있고, 다공성 음극스크린(60)의 측면에 연결되는 것도 물론 가능하다.In addition, the porous cathode screen 60 is installed in an insulated state with the vacuum chamber 20, a DC or a pulse voltage is applied, wherein the electrode through the electrode retracting rod 63 as shown in Figs. It may be connected to the top of the porous cathode screen 60 from the ceiling of the vacuum chamber 20, or to the bottom of the porous cathode screen 60 from the bottom of the vacuum chamber 20, the side of the porous cathode screen 60 It is of course also possible to connect.

진공챔버(20) 내부의 다른 일측에는 보조전극(AEGD)(70)이 설치되는데, 이 보조전극(70)은 상단이 진공챔버(20)의 천정에 결합하여 수직으로 설치된다.An auxiliary electrode (AEGD) 70 is installed at the other side of the vacuum chamber 20, and the auxiliary electrode 70 is vertically coupled to the top of the vacuum chamber 20.

이때, 다공성 음극스크린(60)의 상단에 전원공급부(80)의 일단이 연결되어 음극 전압이 인가되고, 진공챔버(20)의 주벽과 보조전극(70)에는 양극 전압이 인가되어, 다공성 음극스크린(60)에는 고전압의 음극 전위가 투사되고, 피처리물과 지그(30)는 부유 전위 속에 위치하게 된다.
At this time, one end of the power supply unit 80 is connected to the upper end of the porous cathode screen 60 to apply a negative voltage, and an anode voltage is applied to the main wall of the vacuum chamber 20 and the auxiliary electrode 70 to provide a porous cathode screen. The negative electrode potential of high voltage is projected to 60, and the to-be-processed object and the jig 30 are located in a floating potential.

따라서, 진공챔버(20)의 내부에 처리가스가 균일하게 분배되면, 활성 입자들이 다공성 음극스크린(60)에서 같은 음극끼리 대면하게 되어 할로우 캐소드(hollow cathode) 효과가 커지면서 높은 플라즈마 에너지와 이온화율을 가지며 이온, 전자, 라디칼 에너지 밀도 또한 높아진다.Therefore, when the processing gas is uniformly distributed in the vacuum chamber 20, the active particles face the same cathodes in the porous cathode screen 60, thereby increasing the hollow cathode effect and increasing high plasma energy and ionization rate. And the ion, electron, and radical energy densities are also high.

이로 인해 다공성 음극스크린(60)의 설치만으로 낮은 압력(고진공)에서 경면질화처리가 가능하고, 이온과 전자의 충돌없이 피처리물에 흡착이 가능하므로, 코팅층과 질화층 사이에 질화에 의한 오염이 발생하지 않아 밀착력이 우수한 복합 코팅층을 만들 수 있다.
As a result, mirror-nitriding treatment is possible at low pressure (high vacuum) only by the installation of the porous cathode screen 60, and adsorption to the workpiece without collision of ions and electrons is possible. It does not occur, it is possible to make a composite coating layer excellent in adhesion.

또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 물리 증착 장치(10)는 박막과 모재 간의 밀착력이 우수할 뿐만 아니라, 넓은 작업범위를 가지므로 화학양론적 화합물 형성이 용이하고 코팅층 조직이 치밀하여, 다른 방법에 비해 상대적으로 균일한 코팅작업을 수행할 수 있다. In addition, the physical vapor deposition apparatus 10 according to the preferred embodiment of the present invention not only has excellent adhesion between the thin film and the base material, but also has a wide working range, thus making it easy to form a stoichiometric compound and having a dense coating layer structure. A relatively uniform coating can be performed compared to the method.

아울러, 스퍼터링처럼 타겟(50)의 위치를 자유롭게 바꿀 수 있고, 복수의 타겟(50)을 사용하여 다성분 코팅 및 복합 다층코팅이 가능하고, 대량생산과 대형물의 처리가 가능하다는 장점을 가지고 있다.
In addition, it is possible to freely change the position of the target 50 as sputtering, multi-component coating and composite multi-layer coating is possible using a plurality of target 50, has the advantage of mass production and processing of large objects.

전술한 물리 증착 장치(10)를 이용하면, 압력대가 수 torr에서 수행되는 일반적인 이온질화와 달리, 10-1 ~ 10-3 torr 의 고진공에서 경면질화와 PVD 코팅을 연속하여 수행하는 표면처리가 가능하다.Using the above-described physical vapor deposition apparatus 10, unlike conventional ion nitriding in which the pressure zone is performed at several torr, it is possible to perform surface treatment to continuously perform mirror surface nitriding and PVD coating at a high vacuum of 10 -1 to 10 -3 torr. Do.

질화 및 코팅공정은 저진공에서는 활성종들이 모재로 이동하는 동안 중성원자들과 충돌하여 많은 운동에너지를 잃고 모재 표면에 흡착된다. 따라서 이동도가 감소하여 치밀한 조직을 얻지 못한다.Nitriding and coating processes in low vacuum cause the active species to collide with neutral atoms during migration to the substrate, losing a lot of kinetic energy and adsorbing to the substrate surface. Therefore, mobility is reduced and a dense tissue is not obtained.

반면에, 고진공에서는 활성종과 중성원자들의 충돌이 적어 상당한 에너지를 갖고 모재 표면에 흡착되기 때문에 원자피닝 효과(atomic peening effect)에 의해 치밀하고 표면조도가 우수한 질화층을 얻을 수 있다.On the other hand, in high vacuum, since the collision between active species and neutron atoms is small, since the adsorbed on the surface of the base material with considerable energy, a nitride layer having a high surface roughness due to the atomic peening effect can be obtained.

따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 표면처리방법에 의하면, 모재와 코팅층의 밀착성을 향상시키기 위해 비교적 고진공에서 활성종과 중성원자의 플라즈마 밀도를 증가시키며, 다공성 음극스크린(60)에 -100V ~ -1000V 의 전압을 인가하고 질소, 아르곤, 수소, 탄화계수소 가스를 투입하여 HCD(Hollow Cathode Discharge) 효과에 의해 풍부한 활성종과 중성원자들에 의해 치밀하고 표면조도가 우수한 질화상태를 만들게 되는 것이다. Therefore, according to the surface treatment method according to an embodiment of the present invention, in order to improve the adhesion between the base material and the coating layer, the plasma density of the active species and the neutral atom is increased in a relatively high vacuum, and the cathode cathode screen 60 is -100V to ~. By applying a voltage of -1000V and injecting nitrogen, argon, hydrogen, and hydrocarbon gas, HCD (Hollow Cathode Discharge) effect is made by the rich active species and neutron atoms to create a dense and excellent surface roughness. .

이러한 질화법은 종래에 알려진 이온질화법과 달리, 표면조도가 상당히 우수하며 PVD 코팅, DLC 코팅을 증착하기 전에 하지층의 질화처리로써 모재표면의 미세구조화, 모재와의 응력완화 즉, 경도 및 응력 구배 완화층을 생성하여, 코팅층과 피처리물과의 밀착력을 좋게 하는 한편, 코팅층 생성을 연속적으로 증착할 수 있게 한다.
Unlike conventional ion nitriding methods, this nitriding method is considerably superior in surface roughness, and the microstructure of the base material surface is relaxed by the nitriding treatment of the underlying layer before the deposition of PVD coating or DLC coating, that is, the hardness and the stress gradient. By creating a mitigating layer, the adhesion between the coating layer and the workpiece can be improved, while the coating layer generation can be continuously deposited.

이하, 본 발명의 일실시예에 따른 표면처리방법을 도 5를 참고하여 각각의 단계별로 설명하기로 한다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 표면처리방법의 순서도이다.
Hereinafter, the surface treatment method according to an embodiment of the present invention will be described in each step with reference to FIG. 5. 5 is a flow chart of the surface treatment method according to an embodiment of the present invention.

장입단계Charging stage (( S10S10 ):):

진공챔버(20) 내에 피처리물을 장입하여, 진공챔버(20)의 바닥에 마련된 지그(30) 위에 피처리물을 안착시킨다.
The object to be processed is loaded into the vacuum chamber 20, and the object to be mounted is placed on the jig 30 provided at the bottom of the vacuum chamber 20.

배기단계(Exhaust stage ( S20S20 ):):

진공챔버(20) 내부의 공기를 진공라인(22)을 통해 외부로 배출하여 진공챔버(20) 내부를 진공상태로 만들며, 초기에는 5×10-5 torr, 경면질화와 코팅시에는 10-1 ~ 10-3 torr 의 고진공이 유지되도록 하는 것이 바람직하다.
The air inside the vacuum chamber 20 is discharged to the outside through the vacuum line 22 to make the inside of the vacuum chamber 20 in a vacuum state, initially 5 × 10 −5 torr, and 10 −1 during mirror nitriding and coating. It is desirable to maintain a high vacuum of ˜10 −3 torr.

혼합가스 공급단계(Mixed gas supply stage S30S30 ):):

배기된 진공챔버 내부에 가스공급라인(24)을 통해 아르곤, 탄화계수소, 질소와 수소의 혼합가스 등을 공급하여, 진공챔버(20) 내부에 혼합가스가 균일하게 분배되게끔 한다.
Argon, hydrocarbon, and a mixture of nitrogen and hydrogen are supplied through the gas supply line 24 in the evacuated vacuum chamber, so that the mixed gas is uniformly distributed in the vacuum chamber 20.

가열단계(Heating stage S40S40 ):):

진공챔버(20) 내벽에 설치된 저항열선(25)에 전원을 공급하여 진공챔버(20) 내부의 온도를 승온시킴으로써 피처리물을 가열한다.
The workpiece is heated by supplying power to the resistance heating wire 25 provided on the inner wall of the vacuum chamber 20 to increase the temperature inside the vacuum chamber 20.

지그회전단계Jig Rotation Step (( S50S50 ):):

회전모터(31)를 구동시켜 피처리물이 안착된 지그(30)를 회전시키는데, 이는 피처리물의 표면이 균일하게 표면처리되도록 하기 위함으로, 이때 지그(30)의 회전과 함께 피처리물이 안착된 자전치구(33)도 회전하면서, 지그(30)의 회전축(32)을 중심으로 피처리물의 공전과 자전이 동시에 이루어지는 것이 바람직하다.
The rotary motor 31 is driven to rotate the jig 30 on which the object is to be placed, so that the surface of the object can be uniformly treated. At this time, the object is processed with the rotation of the jig 30. While the seated rotating jig 33 is also rotated, it is preferable that both the revolution and the rotation of the workpiece are performed at the same time around the rotation shaft 32 of the jig 30.

이물질 제거단계(Foreign material removal step ( S60S60 ):):

지그(30)의 일측에 이격하여 설치된 보조전극(AEGD)(70)에 양극의 고전압을 인가하여 혼합가스를 이온화시킴으로써, 피처리물 표면의 이물질을 제거한다.
By applying a high voltage of the anode to the auxiliary electrode (AEGD) 70 spaced apart from one side of the jig 30 to ionize the mixed gas, foreign matter on the surface of the workpiece is removed.

질화단계Nitriding Step (( S70S70 ):):

진공챔버(20) 내에 질소, 수소가스를 공급하고, 진공챔버(20)의 내부 일측에 설치된 질화전용 음극인 다공성 음극스크린(60)에 고전압을 인가하여 플라즈마 이온들을 활성화시킴으로써, 피처리물의 표면에 질소 이온이 침투 또는 확산되도록 하여, 표면조도가 우수한 경면질화처리가 이루어진다.
By supplying nitrogen and hydrogen gas into the vacuum chamber 20 and applying a high voltage to the porous cathode screen 60, which is a cathode for nitriding installed on one side of the vacuum chamber 20, the plasma ions are activated to the surface of the workpiece. Nitrogen ions are allowed to penetrate or diffuse, thereby making the mirror nitridation treatment with excellent surface roughness.

증착단계Deposition step (( S80S80 ):):

진공챔버(20)의 내벽에 설치된 타겟(50)에 고전압을 인가하고 아크를 발생시켜 타겟(50)을 국부적으로 용융시키고, 용융된 타겟물질이 증발하여 피처리물에 증착되도록 한다. A high voltage is applied to the target 50 installed on the inner wall of the vacuum chamber 20 and an arc is generated to locally melt the target 50, and the molten target material is evaporated to be deposited on the workpiece.

이때, 타겟(50)은 예를 들어 Cr, Ti, Al, C 계 금속이 사용될 수 있으며, 전술한 질화단계에 이어서 연속적으로 이루어질 수 있으므로, 연속적인 복합코팅 즉, 질화+PVD, 질화+DLC, 또는, 질화+PVD+DLC 와 같은 멀티레이어(multi layer) 복합 코팅이 가능하다.At this time, the target 50 may be used, for example, Cr, Ti, Al, C-based metal, it can be made continuously after the above-mentioned nitriding step, continuous composite coating, that is, nitride + PVD, nitride + DLC, Alternatively, multi-layered composite coatings such as nitride + PVD + DLC are possible.

특히, 금속코팅 증착 전에 다공성 음극스크린(60)을 이용하여 피처리물의 표면을 화합물층 없이 경면질화처리함으로써, PVD 금속코팅층과 피처리물과의 밀착력이 향상되는 것이다.
In particular, the surface of the workpiece is mirror-nitrated without the compound layer by using the porous cathode screen 60 before the metal coating deposition, thereby improving the adhesion between the PVD metal coating layer and the workpiece.

냉각단계(Cooling stage ( S90S90 ):):

진공챔버(20)로부터 피처리물을 꺼낼 수 있도록, 증착된 피처리물을 상온으로 냉각한다.
The deposited workpiece is cooled to room temperature so as to remove the workpiece from the vacuum chamber 20.

본 발명의 일실시예에 의하면, 피처리물이 아닌 다공성 음극스크린(60)에 음극 전원을 인가하고, 보조전극(70)에 양극의 전원을 인가함으로써, 아크방전과 이온축적이 일어나지 않으며, 고진공의 플라즈마 분위기에서 이온들의 상호 간섭이 적어 플라즈마를 넓은 영역에 걸쳐 형성할 수 있으므로, 대형물 처리와 복잡한 형상의 복합코팅 처리에 적합할 뿐만 아니라, 다공성 음극스크린(60)에서 이온화되는 에너지들이 열원으로 작용하여, 피처리물이 균일한 온도를 유지할 수 있다.
According to one embodiment of the present invention, by applying a cathode power to the porous cathode screen 60, not the workpiece, and the anode power to the auxiliary electrode 70, arc discharge and ion accumulation do not occur, high vacuum Since the plasma can be formed over a large area due to the low interference of ions in the plasma atmosphere of the plasma, it is not only suitable for the large-scale treatment and the complex coating treatment of the complex shape, but also the energy ionized by the porous cathode screen 60 as a heat source. By working, the workpiece can be kept at a uniform temperature.

한편, 도 6a는 일반적인 이온질화처리시 시험편 표면의 조도를 보여주는 사진이고, 도 6b는 본 발명의 일실시예에 따라 다공성 음극스크린을 이용하여 질화처리한 시험편 표면의 조도를 보여주는 사진이며, 도 7a는 일반적인 이온질화처리시 S45C, SKD61종 강 표면의 SEM 사진이고, 도 7b는 본 발명의 일실시예에 따라 다공성 음극스크린을 이용한 질화처리시 SEM 사진으로, 본 발명의 일실시예에 따른 표면처리의 경우 표면조도가 더욱 우수함을 알 수 있다.
On the other hand, Figure 6a is a photograph showing the roughness of the surface of the specimen during a general ion nitriding treatment, Figure 6b is a photograph showing the roughness of the surface of the specimen treated by nitriding using a porous cathode screen according to an embodiment of the present invention, Figure 7a Is a SEM picture of S45C, SKD61 type steel surface during general ion nitriding treatment, and FIG. 7B is a SEM picture of nitriding treatment using a porous cathode screen according to an embodiment of the present invention, and the surface treatment according to an embodiment of the present invention. In the case of it can be seen that the surface roughness is more excellent.

10 : 물리 증착 장치
20 : 진공챔버
21 : 개폐도어 22 : 진공라인
23 : 진공펌프 24 : 가스공급라인
25 : 저항열선
30 : 지그
31 : 회전모터 32 : 회전축
33 : 자전치구
40 : 증발원
50 : 타겟
60 : 다공성 음극스크린
61 : 개구 62 : 세라믹 지지대
63 : 전극인입봉
70 : 보조전극
80 : 전원공급부10: physical vapor deposition apparatus
20: vacuum chamber
21: opening and closing door 22: vacuum line
23: vacuum pump 24: gas supply line
25: resistance heating wire
30: jig
31: rotating motor 32: rotating shaft
33: rotating jig
40: evaporation source
50: target
60: porous cathode screen
61 opening 62 ceramic support
63: electrode insertion rod
70: auxiliary electrode
80: power supply

Claims (5)

일측에 개폐도어가 구비되는 진공챔버;
상기 진공챔버의 내부에 회전 가능하게 설치되며, 피처리물이 안착되는 지그;
상기 진공챔버의 내벽에 서로 이격하여 설치되는 적어도 하나 이상의 증발원;
상기 증발원에 각각 장착되는 타겟;
상기 진공챔버의 내벽으로부터 소정거리 이격하여 상기 진공챔버의 내부 일측에 설치되며, 음극 전압이 인가되는 다공성 음극스크린; 및
상기 다공성 음극스크린의 일측에 설치되며, 양극 전압이 인가되는 보조전극(AEGD);을 포함하는, 다공성 음극스크린을 구비한 물리 증착 장치.
A vacuum chamber provided with an opening / closing door at one side;
A jig rotatably installed in the vacuum chamber and on which an object to be processed is seated;
At least one evaporation source spaced apart from each other on an inner wall of the vacuum chamber;
Targets respectively mounted to the evaporation source;
A porous cathode screen installed at an inner side of the vacuum chamber at a predetermined distance from an inner wall of the vacuum chamber, and having a cathode voltage applied thereto; And
And an auxiliary electrode (AEGD) provided at one side of the porous cathode screen, to which an anode voltage is applied.
청구항 1에 있어서,
상기 다공성 음극스크린은 망상 전신 금속판(Expanded Metal Plate), 타공판(Punched Metal Plate), 및 메쉬형 판(Mesh type Plate) 중 어느 하나로 제작 가능하며, 최소 2겹 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 다공성 음극스크린을 구비한 물리 증착 장치.
The method according to claim 1,
The porous cathode screen may be made of any one of a reticulated whole metal plate, an expanded metal plate, and a mesh type plate, and characterized in that the porous cathode is made of at least two layers. Physical vapor deposition apparatus having a screen.
청구항 1에 있어서,
상기 다공성 음극스크린은 전극인입봉에 의해 상기 진공챔버의 천정 또는 바닥으로부터 전원을 인가받을 수 있도록 수직으로 설치되며, DC 또는 펄스 타입의 전원이 인가되는 것을 특징으로 하는, 다공성 음극스크린을 구비한 물리 증착 장치.
The method according to claim 1,
The porous cathode screen is installed vertically to receive power from the ceiling or the bottom of the vacuum chamber by the electrode retracting rod, characterized in that the DC or pulse type power is applied, physical with a porous cathode screen Deposition apparatus.
진공챔버 내에 피처리물을 장입하는 장입단계;
상기 진공챔버 내부의 공기를 배출하여 진공상태로 만드는 배기단계;
상기 진공챔버 내부에 혼합가스를 공급하는 혼합가스 공급단계;
상기 진공챔버의 내부 일측에 설치된 다공성 음극스크린에 고전압을 인가하고 혼합가스를 이온화시켜, 피처리물의 표면에 질소 이온을 침투 또는 확산시키는 질화단계; 및
상기 진공챔버 내에 설치된 타겟에 고전압을 인가하고 아크(arc)를 발생시켜 피처리물에 증착되도록 하는 증착단계;를 포함하는 표면처리방법.
A charging step of charging an object to be processed into a vacuum chamber;
An exhausting step of discharging air in the vacuum chamber to make a vacuum state;
A mixed gas supplying step of supplying a mixed gas into the vacuum chamber;
A nitriding step of applying a high voltage to the porous cathode screen installed at one side of the vacuum chamber and ionizing the mixed gas to infiltrate or diffuse nitrogen ions on the surface of the workpiece; And
And a deposition step of applying a high voltage to the target installed in the vacuum chamber and generating an arc to be deposited on the workpiece.
청구항 4에 있어서,
상기 질화단계는 10-1 ~ 10-3 torr 의 고진공 분위기에서 이루어지며, 상기 질화단계 후 상기 증착단계가 동일한 진공챔버 내에서 연속하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면처리방법.The method of claim 4,
The nitriding step is performed in a high vacuum atmosphere of 10 -1 to 10 -3 torr, and after the nitriding step, the deposition step is carried out continuously in the same vacuum chamber.
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