KR101440316B1 - 박막 코팅을 위한 진공 챔버 내부 아크 스팟 생성장치 - Google Patents

박막 코팅을 위한 진공 챔버 내부 아크 스팟 생성장치 Download PDF

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Abstract

본발명은 박막 코팅을 위한 진공 챔버 내부 아크 스팟 생성장치에 관한 것으로, 박막코팅을 위한 진공챔버(20) 내부에 아크 스팟 제어장치를 설치하는 진공챔버 내부 아크 스팟 생성장치에 있어서, 상기 진공챔버 내부 아크 스팟 제어장치는 원통형 타겟(30)을 캐도우드 전극으로 이용하고 진공챔버(20)를 양극으로 이용하고, 상기 원통형 타겟(30)에 이그니션 전원을 인가하여 아크를 발생하는 것으로, 상기 원통형 타겟(30)의 상부는 상부전극(31)이 되며 외주에 상부센서(32)가 설치되고, 하부는 하부전극(33)이 되며 외주에 하부센서(34)가 설치되는 것으로,
본발명은 아크스팟 (Arc spot)의 생성 및 상하운동을 생성하는 장치로서, 아크스팟을 생성을 할 수 있는 이그나이터 (Ignitor) 를 기존 기계식과는 달리 전자식 이그나이터로 구성하고, 아크스팟을 컨트롤 할 경우 생성된 아크스팟이 센서를 지나 아크타겟에서 빠져나가는 것을 방지하기 위한 발명으로서,
본 발명에서는 원형타겟 대신 원통형 타겟 (Cylindrical cathode target) 을 이용하고 이 원통형 타겟인 캐소드 표면을 지나며 왕복 운동을 하는 아크스팟 (Arc spot)을 이용하여 캐소드 표면의 입자를 기체 및 이온화 상태로, 증발시켜 제품에 증착시키게 되되, 이러한 시스템에서 기존 공정에서 문제점이었던 아크스팟이 캐소드의 최종 끝단까지 파고들어 회로를 파괴하거나 과열되지 않게 하는 현저한 효과가 있다.

Description

박막 코팅을 위한 진공 챔버 내부 아크 스팟 생성장치{arc spot generation device for thin film coating in a vacuum chamber}
본 발명은 박막 코팅을 위한 진공 챔버 내부 아크 스팟 생성장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고경도 고윤활 특성을 가진 박막코팅을 위한 진공챔버(20) 내부에 센서 및 센서보조링 및 전자식 이그나이터를 설치하여 아크를 안정적으로 발생시키고 제어하는 박막 코팅을 위한 진공 챔버 내부 아크 스팟 생성장치에 관한 것이다.
일반적으로 전자부품 특히 집적회로 소자의 일부를 구성하는 박막은 화학기상증착, 스프레이, 스퍼터링 및 진공증착 등을 이용한 제조방법 등이 알려져 있으며, 그 중에서도 진공증착을 이용한 박막제조방법은 다른 방법들에 비해 제작이 용이하고 특성 평가가 쉽기 때문에 널리 이용되고 있다.
특허공개번호 10-2004-0056211호에 기재된 바와 같이, 진공증착이란 물리증착 기술의 일종으로, 여기서 물리증착이란 진공이나 플라즈마 분위기에서 물질을 가열하거나, 운동량 전달을 이용하여 피막 물질을 증발시켜서, 코팅하고자 하는 기판에 피막을 제조하는 방법을 총칭한다. 물리증착법은 일반적으로 순도가 높고 표면이 평활한 금속피막을 손쉽게 제조가 가능한 것으로 잘 알려져 있다.
물리증착에는 크게 진공증착, 스퍼터링 그리고 이온플레이팅이 있으며, 금속 피막을 제조할 경우, 특수한 경우를 제외하고는 진공증착법이 많이 이용되고 있다. 이는 진공증착법이 비교적 공정이 간단하고, 증발율이 다른 방법에 비해 높기 때문이다. 진공증착법은 가열원의 형태 및 가열방법에 따라, 저항가열식 진공증착, 전자빔 가열식 진공증착 그리고 유도가열식 진공증착으로 구분하는데, 산업용 대형 플렌트 등 특수한 경우를 제외하면, 저항가열식과 전자빔 가열식 진공증착법이 많이 사용되고 있다.
한편, 본발명은 진공박막증착을 통하여 고경도 고윤활 코팅 박막을 제품에 (기계부품, 금형제품 등) 증착시킴으로서 기계적 특성 (Hv 4500 이상, 마찰계수 0.4이하의 박막) 을 부여코자 하는 기술에 관한 것이다.
그리고 종래기술로서 공개특허공보 특2003-0039077호에는 진공 아크를 이용하여 타겟 물질을 플라즈마 상태의 증기로 만들어 기판에 박막을 증착 형성시키기 위해, 아크 스팟으로부터 타겟 물질 덩어리의 비산을 최소화하고, 타겟의 사용율을 극대화시키기 위한 방법에 있어서, 통상의 기계적 또는 전기적 방식에 의해 타겟 표면상에 아크 스팟을 형성하는 단계;와 상기 형성된 아크 스팟을 타겟의 길이 방향으로 고속 이동시키기 위해 타겟 표면에서의 자력선의 방향을 아크 스팟의 직선 이동 궤적과 수직이 되며, 아크 스팟의 직선 이동 예정 궤적을 감싸고 형성되는 좌우의 자력선이 타겟표면과 90° 이하의 예각을 이루도록 타겟 표면 주위의 자력선을 형성하게 하는 단계;타겟 표면에서 아크 스팟을 발생시키고, 타겟표면에 형성시킨 자력선에 의해 아크스팟을 직선 이동시킨 후, 아크 스팟이 타겟물질 밖으로 벗어나지 않토록 하기위해, 아크스팟이 타겟의 끝지점에 도달하기 전에 아크 스팟의 전류 공급을 차단하고, 일정 시간 후 또는 즉시 상기 아크 스팟을 형성하는 단계부터 아크 스팟의 전류 공급을 차단하는 단계를 반복하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 진공 아크를 이용한 고품위 박막 형성 방법이 공개되어 있다.
또한, 공개특허공보 공개번호 특1995-0018627호에는 아크전원의 캐소드가 실린더형 증발소스의 단부에 접속되는 진공아크 피착장치에 있어서, 상기 증발소스에 동축으로 되는 방식으로 상기 증발소스의 단부로부터 축방향 외측으로 이격된 위에 설치되는 자계형성 수단을 포함한 것을 특징으로 하는 진공아크 피착장치가 공개되어 있다.
또한, 공개특허공보 공개번호 특2002-0024790에는 아노드; 캐소드로서의 증발원 전극; 및 상기 아노드와 상기 증발원 전극 사이에 교류 사각 파형 아크방전 전류를 공급하는 전류제어유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 아크 증발기가 공개되어 있다.
그리고 일반적으로 금속박막증착 공정은 Arc spot을 이용한 Evaporation 방식을 이용하며, 동시에 sputtering 기술을 융합하여 최종 박막을 증착한다. 이러한 공정에서 가장 중요한 공정은 arc evaporation 공정이다.
상기와 같은 종래의 기계식 Ignitor를 사용시 챔버 내부의 온도가 상승하였을 때, solenoid의 코일이나 전선이 녹아버리는 문제가 있었다.
또한, 기존의 Arc coating system 은 주로 원형 타겟 (Target)을 이용하는 경우가 많으며, 원통형 타겟 이용시에는 Sensor가 아크스팟을 제대로 감지하지 못하여 아크스팟이 센서 아래로 파고들게 되고 회로를 파괴하거나 과열시키는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 아크스팟 (Arc spot)의 생성 및 상하운동을 제어하는 장치로서,
아크스팟을 생성을 할 수 있는 이그나이터 (Ignitor) 를 기존 기계식과는 달리 전자식 이그나이터로 구성하고, 아크스팟을 컨트롤 할 경우 생성된 아크스팟이 센서를 지나 아크타겟에서 빠져나가는 것을 방지하기 위한 발명으로서,
본 발명에서는 원형타겟 대신 원통형 타겟 (Cylindrical cathode target) 을 이용하고 이 원통형 타겟인 캐소드 표면을 지나며 왕복 운동을 하는 아크스팟 (Arc spot)을 이용하여 캐소드 표면의 입자를 기체 및 이온화 상태로, 증발시켜 제품에 증착시키게 되되,
이러한 시스템에서 기존 공정에서 문제점이었던 아크스팟이 캐소드의 최종 끝단까지 파고들어 회로를 파괴하거나 과열되지 않게 하는 진공 챔버 내부 아크 스팟 제어장치에 관한 것이다.
본발명은 박막 코팅을 위한 진공 챔버 내부 아크 스팟 생성장치에 관한 것으로, 제품 표면에 박막을 코팅하기 위하여 진공챔버(20) 내부에 아크 스팟 생성장치를 설치하는 박막 코팅을 위한 진공챔버 내부 아크 스팟 생성장치에 있어서, 상기 진공챔버 내부 아크 스팟 제어장치는 원통형 타겟(30)을 캐소드 전극으로 이용하고 진공챔버(20)를 양극으로 이용하고, 상기 원통형 타겟(30)에 이그니션 전원을 인가하여 아크를 발생시키는 것으로, 상기 원통형 타겟(30)의 상부는 상부전극(31)이 되며 외주에 상부센서(32)가 설치되고, 하부는 하부전극(33)이 되며 외주에 하부센서(34)가 설치되는 것을 특징으로 한다.
따라서 본발명은 아크스팟 (Arc spot)의 생성 및 상하운동을 제어하는 장치로서, 아크스팟을 생성을 할 수 있는 이그나이터 (Ignitor) 를 기존 기계식과는 달리 전자식 이그나이터로 구성하고, 아크스팟을 컨트롤 할 경우 생성된 아크스팟이 센서를 지나 아크타겟에서 빠져나가는 것을 방지하기 위한 발명으로서, 본 발명에서는 원형타겟 대신 원통형 타겟 (Cylindrical cathode target) 을 이용하고 이 원통형 타겟인 캐소드 표면을 지나며 왕복 운동을 하는 아크스팟 (Arc spot)을 이용하여 캐소드 표면의 입자를 기체 및 이온화 상태로, 증발시켜 제품에 증착시키게 되되, 이러한 시스템에서 기존 공정에서 문제점이었던 아크스팟이 캐소드의 최종 끝단까지 파고들어 회로를 파괴하거나 과열되지 않게 하는 현저한 효과가 있다.
도 1은 일반적인 진공 챔버 내부 아크 스팟 생성장치 작동도
도 2는 본발명 진공 챔버 내부 아크 스팟 생성장치의 배치도
도 3은 본발명 진공 챔버 내부 아크 스팟 생성장치의 결선도
도 4는 본발명 진공 챔버 내부 아크 스팟 생성장치에서 전자식 이그나이터가 설치된 상태도
도 5는 본발명 전자식 이그나이터 상세도
도 6은 본발명 진공 챔버 내부 아크 스팟 생성장치에서 센서 및 센서보조링 설치개략도
도 7은 본발명 진공 챔버 내부 아크 스팟 생성장치에서 센서 및 센서보조링 설치도
도 8은 본발명 진공 챔버 내부 아크 스팟 생성장치에서 센서 및 센서보조링 설치상세도
본발명은 박막 코팅을 위한 진공 챔버 내부 아크 스팟 생성장치에 관한 것으로, 제품 표면에 박막을 코팅하기 위하여 진공챔버(20) 내부에 아크 스팟 생성장치를 설치하는 박막 코팅을 위한 진공챔버 내부 아크 스팟 생성장치에 있어서, 상기 진공챔버 내부 아크 스팟 제어장치는 원통형 타겟(30)을 캐소드 전극으로 이용하고 진공챔버(20)를 양극으로 이용하고, 상기 원통형 타겟(30)에 이그니션 전원을 인가하여 아크를 발생시키는 것으로, 상기 원통형 타겟(30)의 상부는 상부전극(31)이 되며 외주에 상부센서(32)가 설치되고, 하부는 하부전극(33)이 되며 외주에 하부센서(34)가 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상부 센서(32) 및 하부 센서(34) 하부에는 각각 센서 보조링(40)이 설치되되, 상기 센서보조링(40)은 스테인레스 재질 몸체링(41)에 높이 방향중간에 구리 재질 중간링(42)이 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이그나이터(10)는 원통형 타겟(30)에 접촉되는 전방의 전극(13)과, 상기 전극(13)이 내부에 삽입되는 후방의 파지부(12)와 상기 파지부(12) 후방에 형성되며 전원선이 연결되는 연결부(11)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 파지부(12)는 세라믹 재질의 절연체인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 파지부(12) 표면에는 그라파이트(Graphite) 코팅을 하는 것을 특징으로 한다.
본발명을 첨부도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1은 일반적인 진공챔버 내부 아크 스팟 생성장치 작동도, 도 2는 본발명 진공챔버 내부 아크 스팟 생성장치의 배치도, 도 3은 본발명 진공챔버 내부 아크 스팟 생성장치의 결선도, 도 4는 본발명 진공챔버 내부 아크 스팟 생성장치에서 전자식 이그나이터가 설치된 상태도, 도 5는 본발명 전자식 이그나이터 상세도, 도 6은 본발명 진공챔버 내부 아크 스팟 생성장치에서 센서 및 센서보조링 설치개략도, 도 7은 본발명 진공챔버 내부 아크 스팟 생성장치에서 센서 및 센서보조링 설치도, 도 8은 본발명 진공챔버 내부 아크 스팟 생성장치에서 센서 및 센서보조링 설치상세도이다.
본발명 박막 코팅을 위한 진공챔버 내부 아크 스팟 생성장치는 원통형 타겟(30)을 캐소드 전극으로 이용하고 진공챔버(20)를 양극으로 이용함으로써, 상기 원통형 타겟(30)에 이그니션 전원을 인가하여 아크 스팟을 발생하는 것이다.
상기 원통형 타겟(30)의 상부에는 상부 전극 (31)이 설치되고 외주에 상부센서(32)가 설치된다. 하부에는 하부 전극(33)이 설치되고 외주에 하부센서(34)가 설치되는 것이다.
그리고 상기 상부 센서(32) 및 하부 센서(34) 하부에는 각각 센서보조링(40) 이 설치되되, 상기 센서보조링(40)은 스테인레스 재질 몸체링(41)에 높이 방향중간에 구리 재질 중간링(42)이 일체로 형성되는 것이다. 센서보조링(40)과 몸체링(41)은 챔버와 절연이 되어야 하며, 구리 재질의 센서보조링(40)이 캐소드 하단으로 파고드는 아크 스팟을 스테인레스 재질의 몸체링(41)과의 전기전도성의 차이를 이용하여 제어 및 소실되게 한다.
특히 상기 이그나이터(10)는 원통형 타겟(30)에 접촉되는 전방의 전극(13)과, 상기 전극(13)이 내부에 삽입되는 후방의 파지부(12), 그리고 상기 파지부(12)의 후방에 위치하며 전원선이 연결되는 연결부(11)로 구성된다. 연결부(11)에 고전류가 흐르게 되면 상대적으로 높은 저항을 가진 파지부(12)를 지나 전방의 전극(13)과 반응하여 순간적인 아크가 발생하게 된다. 이 때, 파지부(12)의 저항이 너무 높거나 낮으면 연결부(11) 와 전극(13)사이에 아크가 발생하지 않는다. 그러므로 파지부(12)에 적절한 저항을 유지하여야 한다. 한편, 파지부(12)인 표면은 절연을 위하여 세라믹 재질이어야 하며 관용의 그라파이트(Graphite) 코팅을 한다.
그리고 연결부(11),파지부(12),전극(13)을 조립한다. 단 연결부(11)과 파지부(13)은 16만 옴을 초과하지 않게 한다.
또한 전극(13)과 원통형타겟 ; 캐소드 (30) 사이의 전기적 저항 또한 16만 옴 을 넘어서지 않게 한다.
본발명은 최초 Ignitor에서 발생되는 아크 스팟 (Arc spot)에 의해 상하부 센서에서 전류값이 감지되면 스위치를 온오프 (On-off) 시키면서 캐소드 (Cathode) 상하부의 파워를 제어해주고 아크스팟을 유지시켜준다.
본발명에서 아크스팟 감지 상부센서(32) 및 하부센서(34)는 원통형으로서 Cathode를 감싸는 형태로 되어 있되, Cathode와 센서의 내부간격은 2mm. 센서의 폭(높이)은 20~40 mm 이상으로 설치한다.
따라서 본발명은 아크스팟 (Arc spot)의 생성 및 상하운동을 제어하는 장치로서, 아크스팟을 생성을 할 수 있는 이그나이터 (Ignitor) 를 기존 기계식과는 달리 전자식 이그나이터로 구성하고, 아크스팟을 컨트롤 할 경우 생성된 아크스팟이 센서를 지나 아크타겟에서 빠져나가는 것을 방지하기 위한 발명으로서,
본 발명에서는 원형타겟 대신 원통형 타겟 (Cylindrical cathode target) 을 이용하고 이 원통형 타겟인 캐소드 표면을 지나며 왕복 운동을 하는 아크스팟 (Arc spot)을 이용하여 캐소드 표면의 입자를 기체 및 이온화 상태로, 증발시켜 제품에 증착시키게 되되, 이러한 시스템에서 기존 공정에서 문제점이었던 아크스팟이 캐소드의 최종 끝단까지 파고들어 회로를 파괴하거나 과열되지 않게 하는 현저한 효과가 있다.
10 : 이그나이터 20 : 진공챔버
30 : 원통형 타겟 31 : 상부전극
32 : 상부센서 33 : 하부전극
34 : 하부센서 40 : 센서 보조링
41 : 몸체링 42 : 중간링
11 : 연결부 12 : 파지부
13 : 전극

Claims (5)

  1. 제품 표면에 박막을 코팅하기 위하여 진공챔버(20) 내부에 아크 스팟 생성장치를 설치하는 박막 코팅을 위한 진공챔버 내부 아크 스팟 생성장치에 있어서, 상기 진공챔버 내부 아크 스팟 생성장치는 원통형 타겟(30)을 캐소드 전극으로 이용하고 진공챔버(20)를 양극으로 이용하고, 상기 원통형 타겟(30)에 이그나이터(10) 전원을 인가하여 아크를 발생시키는 것으로, 상기 원통형 타겟(30)의 상부는 상부전극(31)이 되며 외주에 상부센서(32)가 설치되고, 하부는 하부전극(33)이 되며 외주에 하부센서(34)가 설치되며,
    또한, 상기 상부 센서(32) 및 하부 센서(34) 하부에는 각각 센서보조링(40)이 설치되되, 상기 센서보조링(40)은 스테인레스재질 몸체링(41)에 높이 방향중간에 구리 재질 중간링(42)이 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 코팅을 위한 진공 챔버 내부 아크 스팟 생성장치
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 이그나이터(10)는 원통형 타겟(30)에 접촉되는 전방의 전극(13)과, 상기 전극(13)이 내부에 삽입되는 후방의 파지부(12), 및 상기 파지부(12)의 후방에 위치하며 전원선이 연결되는 연결부(11)로 구성되는 것을 특징으로 하는 박막 코팅을 위한 진공 챔버 내부 아크 스팟 생성장치
  4. 제3항에 있어서, 상기 파지부(12)는 세라믹재질의 절연체인 것을 특징으로 하는 박막 코팅을 위한 진공 챔버 내부 아크 스팟 생성장치
  5. 제4항에 있어서, 상기 파지부(12) 표면에는 그라파이트(Graphite) 코팅을 하는 것을 특징으로 하는 박막 코팅을 위한 진공 챔버 내부 아크 스팟 생성장치
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