KR101235393B1

KR101235393B1 - 펄스 아크 증발원의 동작 방법 및 펄스 아크 증발원을구비한 진공 공정 시스템

Info

Publication number: KR101235393B1
Application number: KR1020077024392A
Authority: KR
Inventors: 쥐르겐 람; 베노 비트리히; 다니엘 렌디; 폴커 데르플링거; 안레아스 레이테르
Original assignee: 오를리콘 트레이딩 아크티엔게젤샤프트, 트뤼프바흐
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2006-03-01
Publication date: 2013-02-22
Also published as: KR101361240B1; EP2355126A3; PT1863947E; SG160398A1; KR20070114402A; JP2013079452A; CA2601729C; SG160397A1; WO2006099754A1; KR20070114832A; EP2355126A2; EP2355126B1; PL1863947T3; WO2006099760A2; HUE026952T2; PL1864314T3; PT1864314E; WO2006099760A3; CA2601729A1; ES2388175T3

Abstract

본 발명은 DC 전원(13)과 연결된 제1 전극(5') 및 아크 증발원(5)과 분리되게 배치된 제2 전극(3, 18, 20)을 포함하는, 아크 증발원(5)을 통한 공작물(3)의 표면 처리를 위한 진공 공정 시스템에 관한 것이다. 양측 전극(5', 3, 18, 20)은 각각의 펄스 전원(16)과 연결된 상태로 가동된다.

진공공정 시스템, DC전원, 아크 증발원, 스퍼트 소스, 아크 증발기

Description

펄스 아크 증발원의 동작 방법 및 펄스 아크 증발원을 구비한 진공 공정 시스템{METHOD FOR OPERATING A PULSED ARC EVAPORATION SOURCE AND VACUUM PROCESS SYSTEM COMPRISING SAID PULSED ARC EVAPORATION SOURCE}

본 발명은 청구항 1의 도입부에 설명한 아크 증발원을 통한 공작물의 표면 처리를 위한 진공 공정 시스템 및 청구항 14의 도입부에 설명한 아크 증발원의 가동 방법에 관한 것이다.

전기적 펄스의 공급을 통해 스파크 음극이라고도 불리는 아크 증발원을 가동하는 것은 이미 오래 전부터 종래 기술에서 알려져 왔다. 아크 증발원을 이용해 경제적으로 코팅 시 높은 증발율 및 이로써 높은 증착율을 달성할 수 있다. 또한 펄스 모드에 더 엄격한 요건이 요구되지 않고 펄스가 단지 DC 방전의 점화로만 한정되는 경우에는 이러한 유형의 소스의 구조를 기술적으로 비교적 간단하게 구현할 수 있다. 이 소스는 전형적으로 약 100 A 이상의 범위의 전류 및 수 볼트 내지 수 십 볼트 범위의 전압에서 작동하는데, 이는 비교적 저비용의 직류 전원을 통해 구현할 수 있다. 이런 소스의 주요한 단점은 다음과 같다. 음극점(cathode spot)의 구역에서 타겟 표면에 매우 빠르게 진행하는 용융이 발생하며 이로 인해 액적이라고도 불리는 드롭플렛(droplet)이 형성되는데, 이러 액적은 스패터(spatter)로서 방출되고 공작물에 농축되며 층 특성에 부정적인 영향을 미친다. 예를 들어 이로 인해 층 구조가 불균질하게되고 표면 조도가 불량해진다. 층 품질에 높은 요건이 요구되는 경우 이러한 방식으로 제조된 층은 대개 상업적으로 사용할 수 없다. 따라서 전원의 순수한 펄스 모드에서 아크 증발원을 가동함으로써 이러한 문제를 억제하려는 시도가 이미 실시된 바 있다. 펄스 모드에서는 부분적으로 이온화를 증가시킬 수 있었지만, 스패터(spatter) 형성은 가공 매개변수의 설정에 따라서 경우에 따라서는 추가적으로 부정적인 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다.

반응성 플라즈마에서 금속성 타겟에 화합물을 증착하기 위한 반응성 가스의 사용은 현재까지 매우 제한적으로만 가능했는데, 그 이유는 특히 산소를 반응성 가스로 사용하여 예를 들어 산화물과 같은 비전도성, 즉 유전성 층을 제조하는 경우에는 이런 유형의 공정에서 스패터 형성의 문제점이 추가적으로 더욱 두드러지게 나타나기 때문이다. 양극 및 진공 공정 시스템의 다른 부분과 같은 상대 전극 및 아크 증발기의 타겟 표면을 비전도성 층으로 증착하는 것은 완전히 불안정한 상태를 발생시키고 아크가 발생하지 않게 한다. 이런 경우 아크를 항상 다시 점화해야 하거나 또는 이로 인해 공정 진행이 불가능하게 된다.

유럽 특허 EP 0 666 335 B1에는 아크 증발기를 이용해 순수한 금속 재료를 증착하기 위하여 스패터 형성의 저감을 위해 DC 기본 전류를 낮추도록 직류에 펄스 전류를 중첩시키는 것이 설명되어 있다. 여기에는 5000 A 미만의 펄스 전류가 필요한데, 이런 전류는 100 Hz 내지 50 kHz 범위의 비교적 낮은 펄스 주파수에서 캐패시터 방전과 함께 발생한다. 이런 방법은 아크 증발원을 이용한 순수한 금속 타 겟의 비반응성 증발 시 액적 형성을 방지하기 위해 제안된다. 비전도성, 유전성 층의 증착을 위한 해결 방법은 본 출원에서 설명되지 않는다.

아크 증발원을 이용한 반응성 코팅에서는 특히 절연 층의 제조 시 불량한 반응성 및 공정 안정성이 나타난다. 다른 PVD 공정(예를 들어 스퍼터)에 비해, 절연 층은 전기 전도성 타겟을 사용하는 경우에만 아크 증발원을 통해 제조가 가능하다. 스퍼터 공정에서 일반적인 바와 같이 고주파수를 이용한 작업은 고주파수로 고전류 전원을 가동할 수 있는 기술의 부재로 인해 현재까지 불가능했다. 펄스 전원을 이용한 작업은 선택사항으로 보인다. 하지만 전술한 바와 같이 스파크가 항상 반복적으로 점화되어야 하거나 또는 스파크가 꺼지지 않도록 펄스 주파수를 너무 높게 선택해야 한다. 이 사항은 흑연과 같은 특수한 재료의 사용 시 어느 정도 타당한 것으로 간주된다.

산화된 타겟 표면에서는 기계적 접촉 및 DC 전원을 통한 새로운 점화가 불가능하다. 다른 유형의 신속한 점화 과정은 기술적으로 복잡하고 그 점화 주파수가 한정된다. 반응성 아크 증발에서의 본질적인 문제점은 타겟 및 양극 또는 코팅 챔버에서 절연 층을 코팅하는 것이다. 이 코팅은 스파크 방전의 스파크 전압을 증가시키며, 증가된 스패터 및 방전을 발생시켜 불안정한 공정을 야기시키는데, 이는 스파크 방전의 중단으로 이어진다. 타겟의 코팅 시 전도선 표면을 감소시키는 섬 성장(island growth)이 동반된다. 매우 희석된 반응 가스(예를 들어 아르곤/산소 혼합물)는 타겟에서의 성장을 지연시킬 수 있지만, 원칙적으로 공정 안정성의 문제점을 해결할 수 없다. 미국 특허 US 5,103,766에 설명된 바와 같이 매번 새로 점화하면서 음극과 양극을 교차적으로 가동하자는 제안은 공정 안정성에는 기여하지만 스패터 형성을 증가시킨다.

펄스 전원을 통한 해결 방법은 반응성 스퍼터링에서 적용될 수 있지만 일반적 스파크 증발에는 적용할 수 없다. 그 이유는 전원 공급을 중단할 경우 글로우 방전(glow discharge)이 스파크보다 더 오래 지속되기 때문이다.

절연 층을 타겟에 코팅할 때 발생하는 문제점을 해결하기 위해, 절연 층의 제조를 위한 반응성 공정에서 반응 가스 입구가 타겟으로부터 분리되거나(이런 경우에는 기판 온도가 산화 반응이 가능할 정도의 기판 온도에 도달할 때만 공정 반응성이 보장됨) 또는 스패터와 이온화된 부분의 분리가 이루어지고(소위 필터드 아크/filtered arc) 필터링 후에 반응 가스를 이온화된 증기에 첨가한다. 출원 번호가 CH00518/05인 전술한 특허 출원은 이러한 문제점에 대한 해결 근거를 제시하며 본 특허 출원에서 소개된 발명은 그에 대해 개선된 해결 방법으로써 이 출원에 대한 우선권을 가지며 따라서 이는 이 출원의 통합적 구성 요소이다.

스퍼터링에 비해 음극 스파크를 통한 코팅은 주로 증발 공정과 관련이 있다. 가열된 음극점과 그 가장자리 사이의 전이부에서 원자 크기가 아닌 부분이 함께 떨어져 나가는 것으로 추측한다. 이 고체 라세미 혼합물(conglomerate)이 기판에 충돌하고 그 결과로서 스패터에서 완전히 반응할 수 없는 거친 층에 반영된다. 이 스패터의 억제 또는 파쇄는 현재까지 성공하지 못했으며 반응성 코팅 공정에서는 더욱 그러하다. 예를 들어 산소 분위기에서 스파크 음극에는 증가된 스패터 형성 경향을 보이는 얇은 산화물층이 추가적으로 형성된다. 전술한 특허 출원 CH00518/05에는 제1 해결 방법이 제시되어 있는데, 이 해결 방법은 완전히 반응된 타겟 표면에 특히 적합하며 현저히 감소된 스패터 형성을 나타낸다. 그럼에도 불구하고 추가적인 스패터 저감 및 그 크기 감소가 요구된다.

이외에도 기판의 열 부하에 대한 감소 또는 수치화 가능성 및 음극 스파크 코팅 시 저온 공정의 가능성에 대한 요구가 존재한다.

WO-03018862에는 플라즈마 소스의 펄스 모드가 기판의 열 부하를 줄이는 가능한 해결 방법으로 설명되어 있다. 하지만 그 적용 분야는 스퍼터 공정 분야로 한정된다. 스파크 증발에 대한 관련성이 존재하지 않는다.

종래 기술이 갖는 단점은 다음과 같이 요약할 수 있다:

1. 음극 아크 증발을 이용한 코팅 시 반응성이 충분치 않다.

2. 스패터 문제에 대한 원칙적인 해결 방법이 존재하지 않는다: 고체 라세미 혼합물(스패터)가 완전히 반응하지 않음 -> 층 표면의 조도, 층 구조의 균질성 및 화학 양론적 조성(Stoichiometry).

3. 절연 층의 증착을 위한 안정적 공정이 불가능함.

4. 스패터의 추가적 이온화가 불충분함.

5. 저온 공정의 구현이 불충분함.

6. 기판 열 부하의 추가적 저감이 불충분함.

본 발명의 목적은 종래 기술의 전술한 단점을 극복하는 것이다. 특히 본 발명의 목적은, 공정 시 증발된 재료 및 공정에 사용된 반응 가스의 개선된 이온화를 통해 반응성을 증가시킴으로써 적어도 하나의 아크 증발원을 이용해 층을 경제적으로 증착하는 것이다. 이 반응성 공정, 특히 절연 층의 제조를 위한 반응성 공정에서는 스패터의 크기 및 빈도가 감소된다. 또한 증발율의 제어, 층 품질의 증대, 층 특성의 조절성, 반응 균질성의 개선 및 증착된 층의 표면 조도 감소와 같은 개선된 공정 제어가 가능해진다. 이러한 개선은 특히 경사진 층 및/또는 합금의 제조에도 의미가 있다.

절연 층의 제조를 위한 반응성 공정에서 공정 안정성이 전반적으로 증가한다. 이외에도 개선된 공정 경제성에서도 저온 공정이 구현될 수 있다. 또한 장치 특히 펄스 모드를 위한 고전류 전원에 대한 비용을 낮게 유지할 수 있다. 전술한 사항은 요구되는 각 적용 분야와는 무관하게 개별적으로 또는 그 조합으로 적용될 수 있다.

본 발명에서 이 목적은 청구항 1에 따른 진공 공정 시스템 및 청구항 13에 따른 공정 방법에 따라 달성된다. 종속항은 다른 바람직한 실시 형태를 정의한다.

본 발명에서 이 목적은, DC 전원과 연결되어 있으며 제1 전극에 해당하는 아크 증발원을 통해 공작물 표면을 가공하기 위한 진공 공정 시스템을 통해 달성되며, 아크 증발원과 분리 배치된 추가적인 제2 전극이 제공되며 양측 전극이 펄스 전원과 연결된다. 따라서 매우 우수한 공정 제어성과 함께 해당 재료의 매우 우수한 이온화를 가능하게 하는 단 하나의 개별 펄스 전원을 통해 추가적인 방전 구간(additional discharge path)이 양측 전극 사이에서 가동된다.

여기에서 제2 전극은 스퍼터 소스, 바람직하게는 마그네트론 소스, 공작물 홀더 또는 공작물 자체일 수 있는 다른 아크 증발원일 수 있으므로, 이 경우 제2 전극이 바이어스 전극으로서 가동되거나 또는 제2 전극이 저전압 아크 증발기의 양극을 형성하는 증발 도가니로서 형성될 수도 있다.

특히 바람직한 실시 형태에서는, 양측 전극이 각각 하나의 아크 증발원의 음극이며, 양측 소스의 아크 방전이 펄스 전원을 통한 쌍극 모드에서 해제되지 않도록 스파크 전류를 유지하기 위해 이 아크 증발원이 각각 하나의 양측 DC 전원과 직접 연결된다. 따라서 이런 구성에서는 단 하나의 펄스 전원만 필요한데, 그 이유는 이 전원이 아크 증발기의 양측 음극 사이에 연결되기 때문이다. 높은 이온화율 및 양호한 공정 제어성 외에도 장치의 우수한 효율이 제공된다. 이 두 개의 전극과 그로 인해 발생된 추가적인 펄스 방전 구간 사이에는 이 방전 구간에 대해 마이너스 및 플러스 부분을 포함하는 쌍극성 전기 펄스가 형성되며 따라서 공정에서 급전된 교류 전압의 완전한 주기 기간이 활용될 수 있다. 사용되지 않는 펄스 휴지가 실제로 발생하지 않으며 마이너스 뿐 아니라 플러스 펄스도 중단없이 공정에 기여한다. 이는 스패터 저감에 기여하며 반응성 코팅 공정을 안정화시키고, 고가의 펄스 전원을 사용하지 않고도 증착율 및 반응성을 증가시킨다. 두 개의 아크 증발원이 사용되는 이러한 배치는 반응성 가스의 사용 하에서 특히 금속성 타겟에 층을 증착하기에 적합하다. 아르곤과 같은 비활성 가스로 가동되는 플라즈마 공정은 알려진 바와 같이 매우 안정적이다. 다양한 금속성 및 반금속성(half metallic) 화합물을 증착하기 위한 반응성 가스가 추가되는 경우에는, 공정 진행이 매우 난해한데, 그 이유는 공정 매개변수가 변하고 그 결과로서 공정 진행을 불가능하게 할 수도 있는 불안정성이 발생하기 때문이다. 이 문제점은 산소를 반응 가스로 사용하여 특히 산화물층 비전도성 층을 제조해야 하는 경우에 특히 두드러지게 나타난다. 두 개의 아크 증발원이 사용되는 전술한 배치를 통해 이러한 문제점이 간단한 방식으로 해결된다. 이러한 배치를 통해 아르곤과 같은 보조적 비활성 기체를 전혀 사용하지 않을 수 있으며 순수한 반응 가스 만으로 가동이 가능하고, 더욱 놀랍게는 순수한 산소 만으로도 가동이 가능하다. 증발되지 않은 재료 뿐 아니라 산소와 같은 반응 가스의 높은 구현 가능한 이온화율을 통해 거의 벌크 재료의 품질에 상응하는 고품질의 비전도성 층이 제조된다. 이때 공정은 매우 안정적으로 진행되며 놀랍게도 스패터 형성이 현저하게 저감되거나 또는 완전히 억제된다. 하지만 두 개의 아크 증발기를 사용하는 배치에 비하여 전술한 바람직한 효과가 완전히 동일한 정도로 나타나지는 않지만, 전술한 이점은 스퍼터 전극, 바이어스 전극, 보조 전극 또는 저전압 아크 증발 도가니를 제2 전극으로서 다른 소스를 사용하는 경우에도 달성될 수 있다.

아래에서 본 발명은 개략적인 예시적 도면을 통해 상세히 설명된다. 도면은 다음과 같다:

도 1은 종래 기술에 상응하는 아크 증발기 코팅 시스템의 개략적 도시를 나타낸다.

도 2는 중첩된 고전류 펄스로 가동되며 DC가 공급되는 본 발명에 따른 두 개의 아크 증발원을 포함하는 배치를 나타낸다.

도 3은 DC가 공급되는 두 개의 아크 증발원 및 그 사이에 연결된 본 발명에 따른 고전류 전원을 포함하는 무접지 모드의 배치를 나타낸다.

도 4는 DC가 공급되는 아크 증발원 및 기판 홀더로서의 제2 전극 및 그 사이에 연결된 고전류 펄스 전원를 포함하는 배치를 나타낸다.

도 5는 DC가 공급되는 아크 증발원 및 DC로 가동되는 마그네트론 스퍼터 소스로서 제2 전극 및 그 사이에 연결된 고전류 펄스 전원를 포함하는 배치를 나타낸다.

도 6은 DC가 공급되는 아크 증발원 및 저전압 증발장치의 증발 도가니로서의 제2 전극 및 그 사이에 연결된 고전류 펄스 전원를 포함하는 배치를 나타낸다.

도 7은 고전류 펄스 전원의 전압 펄스 형태를 나타낸다.

도 1에는 DC 전원(13)을 구비한 아크 증발원(5)의 가동을 위한 종래 기술에서 알려진 배치를 나타내는 진공 공정 시스템이 도시되어 있다. 이 시스템은 진공 공정 시스템의 챔버(1)에서 필요한 진공을 제공하기 위한 펌프 시스템(2)을 포함한다. 펌프 시스템(2)은 10^-1 mbar 미만의 압력에서 코팅 설비의 가동을 가능하게 하며 O₂, N₂, SiH₄, 탄화수소 등과 같은 전형적인 반응 가스를 통한 안정적인 가동을 보장한다. 반응 가스는 가스 입구(11)를 통해 챔버(1)로 주입되고 여기에서 상응하게 분포된다. 추가적으로 다른 가스 입구를 통해 추가적인 반응 가스를 주입하거나 또는 필요하다고 판단되는 경우에는 가스를 개별적으로 및/또는 혼합물로 사용하기 위해 아르곤과 같은 비활성 가스를 주입하는 것이 가능하다. 시스템에 배치된 공작물 홀더(3)는 일반적으로 금속 또는 세라믹 재료로 제조되며 이러한 공정에서 경질 재료층 또는 마모 방지층으로 코팅되는, 도면에 도시하지 않은 공작물의 전기적 접촉 및 고정에 사용된다. 바이어스 전원(4)은 공작물에 바이어스 전압 또는 기판 전압을 제공하기 위해 공작물 홀더(3)와 전기적으로 연결되어 있다. 바이어스 전원(4)은 DC, AC 또는 쌍극성 또는 단극성 펄스 기판 전원일 수 있다. 처리실에서 공정압 및 가스 조성을 지정하고 조절하기 위해 공정 가스 입구(11)를 통해 비활성 가스 또는 반응 가스를 주입할 수 있다.

아크 증발원(5)의 구성 요소는 그 뒤에 있는 냉각판 및 바람직하게도 마그넷 시스템을 구비한 타겟(5'), 타겟 표면의 주변부에 배치된 점화부(ignition finger)(7) 및 타겟을 감싸는 양극(6)이다. 스위치(14)를 통해, 전원(13)의 플러스 극의 양극(6)의 플로팅 모드와 특정한 영점 전위 또는 접지 전위 모드 사이에서 선택이 가능하다. 점화부(7)를 통해 예를 들어 아크 증발원(5)의 아크 점화 시 음극과의 단기간의 접촉이 이루어지고 다시 분리됨에 따라 스파크가 점화된다. 점화부(7)는 이를 위해 예를 들어 전류 제한 저항을 통해 양극 전위와 연결된다.

공정 흐름 상 필요한 경우에는 진공 공정 시스템에 추가적인 플라즈마원(9)이 옵션으로서 추가적으로 탑재될 수 있다. 이러한 경우에는 플라즈마원(9)이 열음극을 통해 저전압 아크를 발생시키기 위한 소스로서 형성된다. 열음극은 예를 들어 필라멘트로서 형성되는데, 이러한 필라멘트는 작은 이온 챔버에 배치되며, 진공 공정 시스템의 메인 챔버(1)로 진행되는 저전압 아크 방전을 발생시키기 위해 예를 들어 아르곤과 같은 작업 기체가 가스 입구(8)를 통해 이 이온 챔버로 주입된다. 저전압 아크 방전을 발생시키기 위한 보조 양극(15)은 진공 공정 시스템의 챔버(1)에서 상응한 위치에 배치되며 알려진 방식에 따라 DC 전원을 통해 음극 및 플라즈마원(9)과 양극(15) 사이에서 가동된다. 저전압 아크 플라즈마의 안내 및 자기 집속을 위해 필요 시 예를 들어 헬름홀츠 코일의 형태로 진공 공정 시스템을 중심으로 배치되는 추가적인 코일(10, 10')이 제공될 수 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에서는 타겟 전극(5')을 구비한 제1 아크 증발원(5) 외에도 제2 타겟 전극(20')을 구비한 제2 아크 증발원(20)이 제공될 수 있다. DC 전원의 기본 전류(basic current)로 아크 방전의 유지가 보장되도록 양측 아크 증발원(5, 20)이 각각 하나의 DC 전원(13, 13')으로 가동된다. DC 전원(13, 13')은 최신 기술에 상응하며 저비용으로 구현할 수 있다. 양측 아크 증발원(5, 20)의 음극을 형성하는 양측 전극(5', 20')은 본 발명에 상응하게 각 펄스 전원(16)과 연결되는데, 이 펄스 전원은 특정한 형태 및 펄스 측면 경사를 갖는 높은 펄스 전류를 양측 전극(5', 20')에 제공할 수 있다. 도 2에 따라 도시한 배치에서는 양측 아크 증발원(5, 20)의 양극(6)이 공정 시스템 접지의 전기적 전위를 기준으로 한다.

하지만 도 3에 도시한 바와 같이, 접지 없이 스파크 방전을 형성하는 것도 가능하다. 이러한 경우에는 제1 DC 전원(13)이 그 마이너스 극을 통해 제1 아크 증발원(5)의 음극(5')과 결합하며 그 플러스 극을 통해 제2 아크 증발원(20)의 대향측 양극과 결합한다.

제2 아크 증발원(20)은 상응하게 가동되며 제2 전원(13')은 제1 아크 증발원(5) 양극의 플러스 극과 결합한다.

이런 비교되는 아크 증발원 양극 모드는 공정에서 재료의 개선된 이온화를 야기시킨다. 하지만 무접지 모드, 또는 아크 증발원(5, 20)의 플로팅 또는 부유성 모드는 대향측 양극 전원을 사용하지 않고도 이루어질 수 있다. 또한 무접지 모드와 접지 결합 모드 사이에서 선택적으로 전환할 수 있도록, 스위치(14)를 설치하는 것도 가능하다. 전술한 바와 같이 양측 아크 증발원(5, 20)의 음극을 형성하는 양측 전극(5', 20')은 본 발명에 상응하게 각 펄스 전원(16)과 연결된다.

이 듀얼 펄스 모드(Dual Pulsed Mode)를 위한 전원은 다양한 임피던스 범위를 커버할 수 있어야 하며 그럼에도 불구하고 강한 전압이어야 한다. 이는 전원이 고전류를 제공해야 하지만 그럼에도 불구하고 지속적으로 안정적 전압으로 가동될 수 있어야 하는 것을 의미한다. 이러한 전원의 예시는 본 출원과 동일한 날짜에 출원번호 10-2007-7024393호로 출원되었다.

본 발명의 바람직한 제1 적용 범위는 도 2에 도시한 바와 같이 두 개의 펄스 아크 증발원(5, 20)을 통한 음극 스파크 증발 분야이다. 이러한 응용 분야를 위해 임피던스는 약 0.01 Ω 내지 0.1 Ω의 인터벌로 존재한다. 또한 그 사이에서 "듀얼 펄스가 이루어지는 소스의 임피던스는 서로 다르다는 것을 주지해야 한다. 그 이유로는 다음을 들 수 있다. 임피던스가 서로 다른 재료 또는 합금으로 구성되며 소스의 자기장이 서로 다르거나 또는 소스의 재료 마모가 서로 다른 단계에 있다. 듀얼 펄스 모드(Dual Pulsed Mode)에서는 양측 소스가 동일한 전류를 인출하는 방식으로 펄스폭 조절을 통한 조정이 가능하다. 그 결과로서 이는 소스에 서로 다른 전압을 발생시킨다. 예를 들어 서로 다른 재료의 경사층(graded layer)에서 그러한 것과 같이, 공정 흐름에 필요하다고 판단되는 경우에는 물론 전원이 전류와 관련하여 비대칭적으로 부하될 수 있다. 전원의 전압 안정성은 각 플라즈마의 임피던스가 적을수록 구현이 더욱 난해하다. 따라서 대개 짧은 펄스 길이가 바람직하다. 따라서 다양한 출력 임피던스로의 전원의 제어식 공급성 또는 전환성은, 출원 번호가 10-2007-7024393호인 동일한 날짜의 출원에서 구현되는 바와 같이 임피던스의 모든 출력 범위를 활용하기를 원하는 경우, 즉 예를 들어 500 V/100 A 범위에서 50 V/1000 A 범위로 활용하는 경우에 특히 바람직하다.

특히 두 개의 아크 증발원을 구비한 이러한 듀얼 펄스 음극 장치의 이점은 다음과 같이 요약된다:

1. 경사 펄스에서 증가된 전자 방출은 더 강한 전류(기판 전류도 포함) 및 증발된 재료 및 반응 가스의 증가된 이온화에 기인한다.

2. 증가된 전자 밀도는 이온화 층의 제조 시 기판 표면의 신속한 방전에도 기여한다. 즉 기판에서의 비교적 짧은 전하 역전 시간(또는 바이어스 전압의 펄스 휴지만으로도) 만으로도 형성되는 절연을 방전시키기에 충분하다.

3. 양 음극 아크 증발원 사이에서의 쌍극(bipolar) 모드는 거의 100%의 펄스 /휴지 비율(듀티 사이클)을 허용하며, 반면 소스의 펄스 자체는 항상 일회의 휴지를 필요로 하고 따라서 효율이 그리 높지 않다.

4. 서로 대향하는 두 개의 스파트 소스의 듀얼 펄스 모드에서는 기판 부분이 밀집된 플라즈마로 삽입되고 이 부분에서 반응 가스의 반응성도 증가한다. 또한 기판 전류의 증가도 나타난다.

5. 산소 분위기에서 이루어지는 반응성 공정의 경우에는 펄스 모드에서 더 높은 전자 방출값이 달성될 수 있고 금속성 타겟의 전형적인 증발에서 그러한 바와 같이 스파크 부분의 용융이 현저하게 억제된다.

본 발명의 다른 바람직한 변형에서는, 도 4에 도시한 바와 같이 공작물 홀더(3)가 그에 존재하는 공작물과 함께 아크 증발원(5)의 제1 전극뿐 아니라 제2 전극으로서도 사용된다. 이런 경우에는 각 펄스 전원(16)이 아크 증발원(5)의 제1 전극(5')과 제2 전극 사이에 공작물 홀더(3)로서 연결된다. 더욱 안정적인 방전 조건을 달성하기 위해, 추가적으로 아크 증발원(5)의 DC 전원이 동시에 공작물 홀더의 제2 전극과도 연결될 수 있다. 마찬가지로 이 바이어스 모드를 통해 특히 공작물 표면에서의 이온화 비율에 개별적으로 영향을 미칠 수 있다. 이 변형에서는 임피던스가 서로 상당한 차이를 나타낸다. 또한 여기에서도 전압 펄스폭을 통한 전류 조정이 이루어진다. 기판 홀더 및 기판의 전자 방출은 음극 아크 증발기의 전자 방출에 따라 상당한 차이를 나타내므로, 그 결과로 나타나는 펄스 전압은 영점교차점(zero crossing)을 갖지 않는다(기판은 항상 음극성). 이 변형에서 중요한 것은 이온화 층의 제조 시 적용이며 또한 기판에 다량의 전자 흐름을 공급할 수 있 다는 것이다. 특히 이 모드는 기판 표면의 근처에서 반응 가스를 해리시키고 동시에 높은 기판 온도를 구현하는 경우에 중요한 의미를 갖는다.

이점은 다음과 같이 요약된다:

1. 기판 근처에서의 높은 반응성;

2. 반응 가스의 효과적인 분해;

3. 절연층의 증착 시 기판의 방전;

4. 높은 기판 온도의 구현 가능.

본 발명의 다른 변형은 도 5에 도시되어 있는데, 이 변형에서는 제2 전극이 스퍼터링 타겟(sputter target)으로서 스퍼터링 소스(18)에 형성된다. 바람직하게도 이 스퍼터링 타겟(18)은 마그네트론 스퍼터링 타겟으로서 형성되며 일반적으로 DC 전원(17)에 의해 전원이 공급된다. 이런 배치를 통해 스퍼터링 테크닉의 이점을 아크 증발기 테크닉의 이점과 조합할 수 있으며 이는 반응성 공정, 특히 경사층 및 합금층의 유전층 증착에도 적용된다.

이러한 경우 임피던스는 매우 상이하다. 이것은 이미 전술한 아크 증발원과 마그네트론 소스를 구비한 스퍼터 소스에 존재한다(10Ω - 100Ω) 동일한 전류에 대해 조정이 이루어지는 경우에는, 이에 상응하게 다시 펄스 길이를 조정해야 한다. 특히 이 작동 방식에서는 예를 들어 다이오드를 포함하는 필터를 통해 DC 전원이 펄스 전원과 분리되는 것이 중요하다. 이 모드가 특히 절연 층의 증착을 위한 반응성 공정에서 이점으로 작용하는 것으로 밝혀졌는데, 그 이유는 아크 증발원 뿐 아니라 특히 스퍼터 소스에 대해서도 매우 넓은 공정 윈도우(process window)가 구현될 수 있기 때문이다. 예를 들어 일정한 반응 가스 흐름으로 가공될 수 있으며 제어의 문제점이 방지될 수 있다. 양측 소스가 서로 대향하게 배치되는 경우에는, 공정 플라즈마가 기판을 통과하여 다른 소스로 도달하고 넓은 구역에 걸쳐 스퍼트 타켓의 오염을 방지한다.

추가적은 이점은 다음과 같다:

1. 타겟 오염이 없는 스퍼터 모드에 대한 매우 확대된 공정 윈도우;

2. 더 높은 전자 밀도로 인한 특히 스퍼터 공정의 높은 반응성.

본 발명의 다른 형태에서는 도 6에 도시한 바와 같이 제2 전극이 증발 도가니(evaporation crucible)(22)로서 형성된다. 전술한 바와 같이 저전압 아크 방전은 플러스 극을 통해 증발 도가니(22)와 연결된 DC 전원(21)을 통해 가동되며, 증발 도가니는 여기에서 양극으로 기능하며 양극으로 작용하는 대향측 플라즈마 소스(9)의 필라멘트와 마이너스 극을 통해 연결된다. 저전압 아크 방전은 알려진 방식에 따라 코일(10, 10')을 통해 도가니(22)에서 집중될 수 있고 여기에서 증발물이 용융되고 증발된다. 원하는 높은 이온화율을 달성하기 위해 펄스 전원(16)은 다시 아크 증발원(5)의 전극(5')과 증발 도가니(22)의 제2 전극 사이에 연결된다. 이런 방식은 증발이 난해한 재료에서도 스패터(spatter)를 감소시키는 것을 돕는다. 물론 일반적인 전자빔 증발기의 도가니도 펄스 전원을 위한 제2 전극으로서 사용할 수 있다.

이점은 다음과 같다:

1. 듀얼 모드는 열 증발기에서 이온화를 증가시킨다.

2. 열 증발과 음극 스파크 증발의 용이한 조합성.

3. 저전압 아크 방전에서 반응 가스의 효과적 분해 및 여기(excitation).

4. 다른 열 증발을 위한 스파크 증발의 높은 전자 흐름의 활용.

5. 공정 흐름에서의 매우 우수한 유통성.

전술한 바와 같은 가능한 다양한 본 발명의 형태에서 전술한 바람직한 공정 특성을 달성하기 위해서는, 펄스 전원(16)이 다양한 조건을 충족해야 한다. 쌍극 펄스 그래프에서 10 Hz 내지 500 kHz의 범위에 있는 주파수에서 공정을 실시할 수 있어야 한다. 이온화율로 인해 펄스의 유지 가능한 측면 경사가 중요한 요인으로 작용한다. 증가하는 측면 U2/(t2-t1), U2/(t2-t1) 뿐 아니라 감소하는 측면 U2/(t4-t3), 및 U1/(t8-t7)의 합도 측면 확장부의 대부분에 걸쳐 적어도 2.0 V/ns보다 큰 경사도를 가져야 한다. 하지만 적어도 경사도는 0.02 V/ns 내지 0.2 V/ns의 범위, 바람직하게는 0.1 V/ns 내지 1.0 V/ns의 범위에 있어야 하며 이는 적어도 공회전 모드, 즉 부하가 없는 조건에서 또는 더욱 바람직하게는 부하 조건에서도 적용되어야 한다. 도 7에 따른 그래프에 도시한 바와 같이, 물론 가동 중 측면 경사도는 부하의 상응하는 강도 또는 연결된 임피던스의 강도 또는 상응하는 조절에 따라 결정된다. 도 7에 도시한 바와 같이 쌍극 그래프에서 펄스 폭은 t4 내지 t1 및 t8 내지 t5에 대해 바람직하게도 1μs 이상이며 t5 내지 t4 및 t9 내지 t8의 휴지는 거의 0인 것이 바람직하지만 특정한 전제 조건 하에서는 0μs 이상일 수도 있다. 펄스 휴지가 0을 초과하는 경우에는, 이 모드는 갭(gap)이 있는 모드로 불리며 예를 들어 펄스 갭(pulse gap)의 가변적 시간 이동을 통해 플라즈마로의 특정한 에너지 입력 및 그 안정화를 조절할 수 있다. 전술한 바와 같이 서로 다른 임피던스를 갖는 두 개의 전극 사이에서 펄스 전원을 가동할 때 경우에 따라서는 전류 증가를 한정하기 위해 펄스 기간을 짧게 유지하고 갭 모드(gap mode)에서 펄스 전원을 가동하는 것이 바람직할 수 있다.

1000 V 전압에서 500 A 미만으로 펄스 모드가 가능하도록 펄스 전원을 설계하는 것이 특히 바람직하며, 이런 경우에는 설계된 가능한 전원 출력에 맞게 펄스/휴지 비율(듀티 사이클)을 상응하게 고려하거나 또는 조정해야 한다. 바람직하게도 펄스 전압의 측면 경사 외에도 펄스 전원(16)이 적어도 1 μs에서 500 A로의 전류 증가를 극복한다는 점에 유의해야 한다.

하기 시험예에서는 도 2에 개략적으로 도시한 바와 같이 본 발명의 바람직한 제1 응용에 대해 설명한다. 이런 경우에는 펄스 고전류 전원(16)이 두 개의 음극 스파크 증발원(5, 20) 사이에서 가동된다. 이런 작동 방식에서는 절연 층에 대한 공정 안정성 뿐 아니라 플라즈마의 높은 반응성 및 스패터 저감도가 달성된다.

시험예 1:

Al-Cr-O 층의 제조를 위한 전형적인 공정 절차에 대한 설명.

아래에서는 본 발명의 적용 하에서 이루어지는 반응성 스파크 코팅 공정에서 기판 가공의 전형적인 공정 절차가 설명된다. 본 발명이 구현되는 본래의 코팅 공정 외에도 기판의 선처리 및 후처리와 관련된 다른 공정 단계에 대해서도 설명된다. 이 모든 공정 단계는 폭 넓은 변형을 허용하며, 특정한 조건 하에서 몇몇 공정 단계는 실시되지 않거나, 단축되거나 또는 연장되거나 또는 다른 공정 단계와 조합된다.

제1 단계에서는 기판이 재료 및 이력에 따라 다양한 방식으로 실시되는 일반적인 습식화학적 세척 과정을 거치게 된다.

1. 기판의 선처리(세척 등)(이 방법은 전문가들에게 이미 알려져 있음)

2. 그에 맞는 홀더에 기판 장착 및 운반 시스템으로 삽입

3. 전문가들 사이에 알려진 바와 같이 펌프 시스템을 이용해 약 10^-4 mbar의 압력에서 코팅 챔버 펌핑(프리 펌핑/확산 펌프, 프리 펌핑/터보 분자 펌프, 약 10^-7 mbar의 최종 압력 도달 가능)

4. 아르곤 수소 플라즈마에서의 가열 단계 또는 다른 알려진 플라즈마 처리 공정으로 진공에서 기판 선처리 시작. 이 선처리는 어떤 제한없이 다음과 같은 매개변수로 실시할 수 있다:

약 100 A 방전 전류, 200 A 미만, 400 A 미만의 방전 전류를 통한 저전압 아크 방전의, 플라즈마, 바람직하게는 기판이 이 저전압 아크 방전을 위한 양극으로서 연결된다.

아르곤 유량 50 sccm

수소 유량 300 sccm

기판 온도 500℃ (일부는 플라즈마 히터를 통해, 일부는 복사 히터를 통해)

공정 시간 45분

이 공정 단계에서 기판과 접지 또는 다른 기준 전위 사이에 전원을 연결하는 것이 바람직한데, 이 기준 전위를 통해 DC(바람직하게는 플러스) 또는 펄스 DC(단극, 쌍극) 뿐 아니라 MF 또는 RF도 기판에 제공될 수 있다.

5. 후속 공정 단계로서 식각이 시작된다. 이를 위해 저전압 아크가 필라멘트와 보조 양극에서 가동된다. DC, 펄스 DC, MF 또는 RF 전원이 기판과 접지 사이에 연결되고 바람직하게도 기판에 마이너스 전압이 가해진다. 펄스 전원, MF 및 RF 전원에서는 플러스 전압도 기판에 연결된다. 전원은 단극 또는 쌍극으로 가동될 수 있다. 이 공정 단계에 적용되는 전형적이지만 변경될 수 있는 공정 매개변수는 다음과 같다:

아르곤 유량 60 sccm

저전압 아크 방전 전류 150 A

기판 온도 500C (일부는 플라즈마 히터를 통해, 일부는 복사 히터를 통해)

공정 시간 30분

절연 층의 제조 시 저전압 아크 방전의 안정성을 확보하기 위해, 가열된 전도성 보조 양극으로 작업하거나 또는 보조 양극과 접지 사이에 펄스 고전류 전압을 연결한다.

6. 중간층 코팅의 시작(약 15분)

스파크 증발을 통한 CrN 중간층 300 nm(소스 전류 140 A, N2 1200 sccm, -180V의 쌍극성 바이어스 (36 μs 마이너스, 4 μs 플러스).

코팅은 저전압 아크 없이 또는 저전압 아크와 함께 실시될 수 있다.

이 시점에까지는 예시로서 도 1에 설명한 바와 같이 종래 기술에 따른 방법 이 적용된다.

7. 기능층으로의 전이부(약 5분)

기능층으로의 전이부에서는 약 1200 sccm의 질소가 약 400 sccm으로 감소하고 이어서 300 sccm의 산소 유량이 적용된다. 동시에 DC 공급 전류가 Cr 스파크 음극을 위해 200 A로 증가된다. 그 후에 Al 스파크 음극이 켜지고 마찬가지로 200 A의 전류로 가동된다. 이제 질소 흐름은 이루어지지 않고 이어서 산소 유량이 400 sccm으로 증가된다.

8. 기능층으로 코팅

도 2에 도시한 바와 같이, 이제 쌍극 펄스 고전류 전원(16)이 양측 스파크 음극 사이에서 가동된다. 전술한 공정에서는 약 50 A 전류의 플러스 또는 마이너스 시간 평균값으로 가동된다. 펄스 기간은 플러스 전압 범위와 마이너스 전압 범위에 대해 각각 20 μs이다. 쌍극 펄스 전원에 의한 전류 피크값은 각각의 펄스 형태에 따라 결정된다. 각각의 스파크 음극 및 쌍극 펄스 전류의 피크값으로 인한 DC 전류의 편차는 스파크 음극의 소위 유지 전류에 미달되지 않아야 하는데, 그 이유는 미달될 경우 스파크가 꺼지기 때문이다.

코팅 공정의 최초 10분 동안은 -180 V의 바이어스가 -60 V로 감소된다. 이중 회전 기판에 대한 전형적인 코팅율은 3 μm/h와 6 μm/h 사이이다.

즉 본래의 기능층을 이용한 기판의 코팅은 순수한 반응 가스에서 이루어진다(이 시험예의 경우에는 산소). 가장 중요한 공정 매개변수는 아래에 다시 요약된다:

산소 유량 300 sccm

기판 온도 500C

Al 소스 및 Cr 소스에 대한 DC 소스 전류 200 A.

양측 음극 사이의 쌍극 펄스 DC 전류의 주파수는 25 kHz.

공정 압력 약 3xl0^-3 mbar

이미 전술한 바와 같이 코팅은 저전압 아크의 가동과 동시에 이루어질 수도 있다. 이런 경우에는 특히 기판 인접부에서 반응성의 추가적인 증가가 달성된다. 이외에도 코팅 중에 저전압 아크의 동시 사용은 소스에서 DC 부분이 감소될 수 있다는 이점도 제공한다. 더 높은 아크 전류를 통해 이 부분이 더욱 감소될 수 있다.

이렇게 실시된 코팅 공정은 몇 시간에 걸쳐 안정적이다. 스파크 타겟은 얇고 매끄러운 산화물층으로 덮인다. 이는 요구되는 사항이며 거의 스패터가 없는 안정적인 공정을 위한 전제조건이기도 하다. 전술한 스위스 특허 CH00518/05에서 이미 설명한 바와 같이, 스파크 타겟에서의 전압 증가에 따라 코팅 정도가 결정된다.

아래에서는 다른 세 개의 응용 예시가 설명되는데, 여기에는 단지 인터페이스 및 기능층의 증착에 대해서만 설명된다.

시험예 2:

전술한 시험예에서 단지 두 개의 스파크 타겟이 사용되는 Al-Cr-O 층의 제조 공정이 설명된 반면, 아래에서는 4개의 스파크 타겟을 사용하는 순수한 산화알루미늄층에 대한 공정이 설명된다:

코팅에는 경금속 절단 팁(텅스텐 카바이드)가 기판으로서 사용되었는데, 이 경금속 절단 팁은 이미 이전 공정에서 1.5 μm 두께의 TiN 층으로 코팅된 상태였다. 기판에 대해 전술한 1 내지 5항의 단계와 거의 동일한 전처리를 실시했다. 하지만 기능층으로 코팅하기 전에 특수한 중간층이 증착되지 않았다. 즉 TiN 기저층에서 즉시 기능층 코팅을 시작했고 6번 및 7번 공정 단계는 실시하지 않았다. 기능층(8)의 증착을 위해 네 개의 스파크 타겟으로 작업이 이루어졌고 다음과 같은 공정 매개변수가 사용되었다:

- 4개의 Al 타겟이 각각 170 A(DC)로 가동됨

- 도 2에 상응하는 전원에서 100 V의 출발 전압을 갖는 각각 2개의 Al 타겟의 쌍극 전류 펄스, 각각 20 μs의 플러스 및 마이너스 펄스 폭

- 아르곤 유량: 50 sccm

- 산소 유량: 700 sccm

- 기판 바이어스: 펄스 DC 쌍극, +/- 100 V, 38 μs 마이너스, 4 μs 플러스

- 기판 온도 695℃

이러한 방식으로 얻은 층은 후속 측정을 통해 다음과 같은 특징을 갖는 것으로 밝혀졌다:

- 기판의 이중 회전 시 층 두께: 4 μm

- 층 접착성은 로크웰 경도 시험을 통해 HF1 내지 HF2까지 측정되었다.

- 마이크로 경도는 피셔스코프(F=50 mN/20s에서의 미세 압흔)를 통해 측정되었고 HV = 1965(+/- 200), Y = 319 GPa(+/- 12 GPa)였다.

각도 범위 2Θ/Θ 뿐 아니라 입사각(3˚)에 대해서도 층의 XRD 스펙트럼이 실시되었다. 이 방사선 측정에서는 무정형 산화알루미늄에 가능한 한 큰 영향을 미치지 않는 결정질 층이 나타난다. 산화알루미늄은 γ-Al₂O₃ 상으로서 명확하게 식별할 수 있다.

시험예 3:

다음의 시험예는 산화지르코늄 층의 제조에 관련된 것이다. 기판이 기능층을 통한 본래의 코팅 공정 전에 ZrN으로 이루어진 중간층으로 코팅되었다. 2 Pa의 질소 분압에서 각각 170 A로 가동된 4개의 타겟이 이 코팅에 사용되었다. 기판 온도는 500 ℃였고 -150 V의 기판 바이어스가 사용되었다. 이 중간층을 위한 코팅 시간은 6분이었다.

도 2에 상응하게 기능층(8)을 증착하기 위해 마찬가지로 4개의 스파크 타겟이 사용되었고 다음과 같은 공정 매개변수가 적용되었다:

- 4개의 Zr 타겟이 각각 170 A(DC)로 가동됨

- 전원에서 100 V의 출발 전압을 갖는 각각 2개의 Zr 타겟의 쌍극 전류 펄스 및 각각 20 μs의 플러스 및 마이너스 펄스 폭

- 아르곤 유량: 50 sccm

- 산소 유량: 700 sccm

- 기판 바이어스: 펄스 DC 쌍극, +/- 40 V, 38 μs 마이너스, 4 μs 플러스

- 기판 온도: 500℃

- 기판의 이중 회전 시 층 두께: 6.5 μm

- 층 접착성은 로크웰 경도 시험을 통해 HF1까지 측정되었다.

- 마이크로 경도는 피셔스코프(F=50 mN/20s에서의 미세 압흔)를 통해 측정되었고 HV = 2450이였다.

- 조도에 대한 층 값은 R_a 0.41 μm, R_z = 3.22 μm, R_max = 4.11 μm

- 마찰계수는 0.58까지 측정되었다.

층의 XRD 스펙트럼 측정을 통해 바텔라이트(Baddeleyite) 구조가 확인되었다.

시험예 4:

마지막 시험예에서는 SiAlN 층의 제조 및 분석에 대해 설명된다.

기판이 기능층을 통한 본래의 코팅 공정 전에 TiN으로 이루어진 중간층으로 코팅되었다. 도 2에 도시한 바와 같이 0.8 Pa의 질소 분압에서 각각 180 A로 가동된 2개의 타겟이 이 코팅에 사용되었다. 기판 온도는 500 ℃였고 -150 V의 기판 바이어스가 사용되었다. 이 중간층을 위한 코팅 시간은 5분이었다.

- 70/30의 Si-Al 비율을 갖는 2개의 SiAl 타겟이 각각 170 A(DC)로 가동됨

- 전원에서 100 V의 출발 전압을 갖는 2개의 SiAl 타겟의 쌍극 전류 펄스 및 각각 20 μs의 플러스 및 마이너스 펄스 폭

- 아르곤 유량: 50 sccm

- 산소 유량: 800 sccm

- 기판 온도: 410℃

- 기판의 이중 회전 시 층 두께: 6.5 μm

- 층 접착성은 로크웰 경도 시험을 통해 HF2까지 측정되었다.

- 마이크로 경도는 피셔스코프(F=50 mN/20s에서의 미세 압흔)를 통해 측정되었고 HV = 1700이였다.

- 조도에 대한 층 값은 R_a 0.48 μm, R_z = 4.08 μm, R_max = 5.21 μm

- 마찰계수는 0.82까지 측정되었다.

Claims

타겟-전극을 형성하는 제1 전극(5') 및 양극(6)을 포함하며 상기 양극(6) 및 제1 전극(5')은 DC 전원(13)과 연결되는 아크 증발원(5)을 구비하고, 상기 아크 증발원(5) 및 진공 챔버(1)와 분리하여 배치되는 제2 전극(3, 18, 20)을 포함하는, 아크 증발원(5)을 통한 공작물(3)의 표면 처리를 위한 진공 챔버(1)를 구비하는 진공 공정 시스템에 있어서, 상기 양측 전극들(5', 3, 18, 20)은 추가적인 방전 구간을 형성하는 쌍극성 펄스 전원(16)과 연결되는 것을 특징으로 하는 진공 공정 시스템.
제1항에 있어서, 제2 전극(20)이 추가적인 아크 증발원(20)의 음극이고 이 음극도 DC전원(13')에 연결되는 것을 특징으로 하는 시스템.
제1항에 있어서, 제2 전극(18)이 스퍼터 소스(18)의 음극이고 이 음극도 DC 전원(17)에 연결되는 것을 특징으로 하는 시스템.
제1항에 있어서, 제2 전극(3)이 공작물 홀더(3)로서 형성되며 공작물(3)과 함께 바이어스 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제1항에 있어서, 제2 전극이 저전압 아크 증발기(9, 22)를 형성하는 증발 도가니(22)인 것을 특징으로 하는 시스템.
제1항에 있어서, 제2 전극이 저전압 아크 방전의 생성을 위한 보조 양극(15)을 형성하는 보조전극인 것을 특징으로 하는 시스템.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, DC 전원(13)과 펄스 전원(16) 사이에 전기적 분리 필터가 배치되며, 이 분리 필터가 적어도 하나의 차단 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 소스(5, 18, 20)에서 플라즈마 방전을 중단 없이 유지하기 위해 DC 전원(13)이 기본 전류를 출력하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템이 반응 가스 입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 펄스 전원(16)의 주파수가 1kHz 내지 200kHz 범위에 존재하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 펄스 전원(16)의 펄스폭 비율이 서로 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 시스템.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 펄스 전원(16)의 펄스가 갭을 갖도록 설정되는 것을 특징으로 하는 시스템.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 펄스 전원(16)의 펄스 측면(pulse edges)이 2.0 V/ns 보다 큰 경사를 가지는 것을 특징으로 하는 시스템.
양극(6) 및 제1 전극(5')이 DC 전원(13)에 연결되며 제1 전극은 타겟 전극을 형성하는 아크 증발원(5)의 양극(6)과 제1 전극(5') 및 아크 증발원(5) 및 진공 챔버(1)와 분리되게 배치된 제2 전극(3, 18, 20)을 통해 공작물(3)에서 층이 증착되며 아크 증발원(5)에 DC 전원이 공급되는, 진공 챔버(1)를 구비하는 진공 공정 시스템에서 공작물(3)의 표면 처리를 위한 방법에 있어서, 상기 양측 전극(5', 3, 18, 20)이 추가적인 방전 구간을 형성하기 위하여 쌍극성 펄스 전원(16)과 연결되어 가동되는 것을 특징으로 하는 방법.
제14항에 있어서, 제2 전극(20)이 추가적인 아크 증발원(20)의 음극으로서 가동되고 이 음극도 DC 전원(13')에 연결되어 가동되는 것을 특징으로 하는 방법.
제14항에 있어서, 제2 전극(18)이 스퍼터 소스(18)의 음극으로서 가동되고 이 음극도 DC 전원(17)에 연결되어 가동되는 것을 특징으로 하는 방법.
제14항에 있어서, 제2 전극(3)이 공작물 홀더(3)로서 형성되며 공작물(3)과 함께 바이어스 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
제14항에 있어서, 제2 전극이 증발 도가니(22)로서 형성되며 저전압 아크 증발기(9, 22)의 양극으로서 가동되는 것을 특징으로 하는 방법.
제14항에 있어서, 제2 전극이 저전압 아크 방전의 생성을 위한 보조 양극(15)을 형성하는 보조 전극으로서 가동되는 것을 특징으로 하는 방법.
제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, DC 전원(13)과 펄스 전원(16)이 전기적 분리 필터로 분리되며, 이 분리 필터가 적어도 하나의 차단 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 소스(5, 18, 20)에서 플라즈마 방전을 중단 없이 유지하기 위해 DC 전원(13)이 기본 전류로 가동되는 것을 특징으로 하는 방법.
제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 소스(5, 18, 20)가 반응 가스를 포함하는 공정 가스로 가동되는 것을 특징으로 하는 방법.
제22항에 있어서, 상기 소스(5, 18, 20)가 오로지 하나의 반응 가스를 포함하는 공정 가스로 가동되는 것을 특징으로 하는 방법.
제22항에 있어서, 상기 소스(5, 18, 20)가 반응 가스로서 산소를 포함하는 공정 가스로 가동되는 것을 특징으로 하는 방법.
제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 펄스 전원(16)이 1kHz 내지 200kHz 범위의 주파수로 가동되는 것을 특징으로 하는 방법.
제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 펄스 전원(16)이 서로 다른 펄스폭 비율로 조절되게 가동되는 것을 특징으로 하는 방법.
제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 펄스 전원(16)이 갭이 있는 펄스로 가동되는 것을 특징으로 하는 방법.
제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 펄스 전원(16)이 2.0 V/ns 보다 큰 경사를 갖는 펄스 측면으로 가동되는 것을 특징으로 하는 방법.
제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 반응 가스를 포함하는 진공 공정 시스템(19)에서 두 개 이상의 전극(5, 5', 3, 18, 20)이 가동되고, 단지 두 개의 전극만 개별 펄스 전원(16)으로 가동되며 양측 전극 중 하나가 아크 증발원(5)의 제1 전극(5')으로서 가동되는 것을 특징으로 하는 방법.
제29항에 있어서, 두 개의 펄스 전극(5, 5')이 아크 증발원(5, 20)으로서 가동되며 적어도 하나의 추가적 전극이 스퍼터 소스(18)로서 가동되는 것을 특징으로 하는 방법.
제3항에 있어서, 스퍼터 소스(18)는 마그네트론 소스(18)인 것을 특징으로 하는 시스템.
제13항에 있어서, 펄스 전원(16)의 펄스 측면이 0.02 V/ns 내지 2.0 V/ns 범위의 경사를 가지는 것을 특징으로 하는 시스템.
제13항에 있어서, 펄스 전원(16)의 펄스 측면이 0.1 V/ns 내지 1.0 V/ns 범위의 경사를 가지는 것을 특징으로 하는 시스템.
제16항에 있어서, 스퍼터 소스(18)는 마그네트론 소스(18)인 것을 특징으로 하는 방법.
제28항에 있어서, 펄스 전원(16)의 펄스 측면이 0.02 V/ns 내지 2.0 V/ns 범위의 경사를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
제28항에 있어서, 펄스 전원(16)의 펄스 측면이 0.1 V/ns 내지 1.0 V/ns 범위의 경사를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.