KR101784540B1 - 스파크의 전파를 물리적으로 제한하는 스파크 기화용 타킷 - Google Patents

Abstract

기화되어질 재료로 만든 제 1바디(3)를 가지는 아크 소스용 타킷은 본질적으로 기화되어지도록 되어 있는 표면을 한 평면내에 포함하고 있으며, 상기 표면은 상기 평면내에서 중심 영역을 둘러싸고 있다. 상기 중심 영역내에 제 2바디(7)가 제공되며, 상기 제 1바디가 양호하게 디스크 형태이며 제 1바디로부터 전기적으로 격리되어 있어서, 상기 제 2바디는 본질적으로 스파크를 유지하기 위한 전자를 제공할 수 없다.

Description

스파크의 전파를 물리적으로 제한하는 스파크 기화용 타킷{TARGET FOR SPARK VAPORIZATION WITH PHYSICAL LIMITING OF THE PROPAGATION OF THE SPARK}

본 발명은 청구항 제1항에 따른 스파크 기화 소스용 타킷, 뿐만 아니라 대응스파크 기화 소스 및 스파크 기화에 의한 레이어 제조 방법에 관한 것이다.

여기서 언급한 스파크 기화(spark vaporization)는 진공 기화에 의한 물리적 코팅 방법을 의미하는 것으로 이해되며, 여기서 음극 스폿(cathode spot) 이 이를 위해 제공된 표면으로부터의 재료를 기화한다. 기화되어질 재료가 제공되어진 장치를 이후에 타킷으로 부른다. 스파크를 점화하기 위한 점화 장치뿐만 아니라 스파크를 유지하기 위한 전압 소스와 함께, 타킷은 아크 소스를 형성한다. 음극 스폿의 전파를 제한하는 것을 이후에 아크 감금(arc confinement)이라 부른다.

아크 소스는 주로 중첩된 자기장(a superimposed magnetic field)에 의해 작동된다. 이 경우에 자기 수단은 자기장선(이후에 간단히 자기장이라 부름)의 분배를 유도하는 타킷상에 제공되며, 그 중에서도 타킷의 외측, 적어도 기화되어질 타킷 재료의 표면 근처에 제공되며, 이는 예를 들어 방전 전압과 같은 방전을 위한 조건뿐만 아니라 타킷 표면상의 음극 스폿의 이동 속도에 영향을 준다.

자기장의 발생을 야기하는 한 문제점은 중심내에서 제로와 상이한 축선방향 대칭 필드가 표면에 수직인 타킷으로부터 중심 출구내에서 자기장선을 항상 가진다는 사실에 있다. 이는 도 1에 둥근 타킷으로 도 2에 직사각형 타킷으로 개략적으로 도시되어 있다. 자기장선이 본질적으로 타킷의 표면에 수직인 영역에서는, 음극 스폿의 이동 속도는 크게 감소된다. 이 효과를 중심내의 음극 스폿의 붕괴로 언급될 수 있다. 이 영역에서, 재료의 많은 제거가 이루어지면서, 방울의 형성, 숫자뿐만 아니라 질량을 증가시킨다. 방울은 본질적으로 타킷 재료의 액체, 기화되지 않은 응어리(conglomerates )이며, 이는 타킷 재료의 표면으로부터 이젝트되며 코팅되어질 기판상에 매크로 입자로서 증착된다. 반응 코팅 과정에서, 이는 종종 반응 가스와 완전히 반응할 수 없는 응어리를 만들 수 있다.

중심내의 음극 스폿의 붕괴에 대응하는 두 개의 대책은 일반적으로 알려져 있다.

한 대책으로는, 자석 시스템의 현명한 선택으로 붕괴를 노력해서 피할 수 있다. 이는 예를 들어서 분산 자기장선으로 달성될 수 있다. 그러나, 자기장의 초점에 의해서, 기화된 재료는 코팅되어질 기판에 많이 안내될 수 있어, 재료의 사용의 효율성의 증가를 가져올 수 있다. 분산 자기장선을 선택하는 것은 이 장점을 포기한다는 의미이다.

다른 대책으로는, 자기장선이 수직으로 나옴에도 불구하고 타킷의 중심으로부터 음극 스폿을 금지하는, 즉 중심 영역 외측에서 타킷의 영역으로 제한하는 조치를 하는 것이 알려져 있다. 그러므로 WO 0016373에 따라서, 중심 영역내의 음극 스폿의 붕괴의 문제점은 타킷의 중심 영역내에 셔터(shutter)를 제공함으로써 완화된다. 셔터의 재료는 2차 전자의 낮은 수율(yield)을 가진다. 예를 들어 질화붕소는 셔터의 재료로서 사용된다. 그러나 이러한 접근 방법에서의 문제점은 코팅으로 셔터의 표면을 전기 전도성으로 만들고, 그러므로 음극 스폿을 셔텨의 표면상으로 이동시켜서 형성되어질 코팅내에 원하지 않은 성분을 있게 한다는 것이다.

본 발명의 목적은 상술한 기술의 단점을 적어도 부분적으로 극복하는 것이다. 본 방법은 여전히 생산 환경에서 잡 코팅 작업(job coating operation)의 타단성을 보장해야 한다. 따라서, 저비용, 공정 안정성 및 유지 보수의 용이성에 대한 요구 사항을 충족해야 한다.

본 발명에 따라서, 본 목적은 청구항 제1항의 특징부에 의해서 달성된다. 종속항은 추가의 양호한 실시예를 포함한다.

본 발명자는 WO 0016373의 한 문제점이 기화되어질 재료와 셔터사이의 접촉에 의해서, 코팅이 진행할 때 전기 전도성 접속이 달성되어 2차 전자의 낮은 수율에도 불구하고 셔터의 표면상에 스파크 방전을 허용한다는 사실에 있다는 것을 인지하고 있다.

본 발명에 따라서, 음극 스폿은 코팅 과정 동안 전자 공급을 영구적으로 차단함으로써 타킷 표면의 중심 영역으로부터 매우 효율적으로 금지되며, 즉 스파크 방전은 전류-운반 용량(current-carrying capacity)의 부족으로 인해 제외된다. 이는 예를 들어서 중심부를 영구적으로 고립시키고 전기 부유 전위(electrically floating potential)에 배치시켜 달성될 수 있다. 놀랍게도, 중심 영역내의 전자의 공급이 지속적으로 방지되면, 타킷의 나머지 표면과 동일한 이벤트 재료는 셔터 재료로서 사용될 수 있다. 그러므로 2차 전자의 낮은 수율을 나타내는 재료를 사용하면, 더 이상의 필요한 것은 없다. 음극 스폿이 일시적으로 셔터상에 드리프트(drift)하는 것으로 나타나면, 이 경우에 레이어의 오염을 발생하지 않을 것이다.

본 발명을 예를 들어서 첨부 도면을 참고로 아래에 보다 상세히 설명하겠다.

도 1은 둥근 타킷을 개략적으로 도시한다.
도 2는 직사각형 타킷을 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명으로 비-자기 실시예내의 디스크를 가진 타킷과 개략적인 자기장선 경로를 도시한다.
도 4는 본 발명으로 자기 연성 재료를 가진 자기 실시예(a magnetic embodiment)내의 디스크를 가진 타킷과 개략적인 자기장선 경로를 도시한다.

제 1실시예에 따라서, 도 3에 도시한 바와 같은 타킷(1)은 타킷 재료(3), 예를 들어 티타늄을 포함하며, 이 중심 영역내의 리세스(5)내에 전기적으로 격리된 방법으로 끼워진 디스크(7)를 수용하며, 디스크는 써클립(11)에 의해 아이솔레이터 핀(9)에 유지된다. 아이솔레이터 핀(9)으로서 예를 들어 세라믹 전기 비전도성 재료가 적합하다. 타킷 재료(3)와 디스크(7) 사이의 거리는 약 1.5mm와 3.5mm 사이이다. 이 거리가 더 길어지면, 음극 스폿이 부유 전위에 놓여 있는 디스크(7) 아래에 작용하는 위험이 있다. 이 거리가 1.5mm 보다 짧으면, 타킷 재료(3)와 디스크(7) 사이의 전기 접점에 코팅 재료의 축적을 야기하는 위험이 있다.

타킷을 생산하기 위해서, 타킷 재료의 판을 적합하게 먼저 캐리어 판(도시생략)에 중첩시키며, 캐리어 판은 냉각뿐만 아니라 전기접점을 제공하는 역할을 한다. 그리고 나서 아이솔레이터 핀(9), 디스크(7) 및 써클립(11, circlip)의 기계적 로킹을 실시한다.

많은 응용을 위해서, 타킷(1)을 코팅 챔버의 측벽상에 놓는다. 이는 타킷(1)의 대칭 축선이 수평 평면에 놓여 있는 둥근 타킷을 의미한다. 예를 들어, 디스크(7)는 아이솔레이터 핀(9)이 밀려들어오는 홀을 포함한다. 홀의 직경은 아이솔레이터 핀(9)이 홀을 통해서 삽입되는, 아이솔레이터 핀(9)의 부분의 직경보다 적어도 10미리미터 이상 크게 선택되어진다. 도 3에 도시한 바와 같은, 써클립(11)은 디스크(7)의 중심 리세스로 하강된다. 그러므로, 로드 베어링 라인(load-bearing line)은 더 감소되고, 최악의 경우에, 디스크의 중력 중심은 디스크(7)가 오차에 의해서 아이솔레이터 핀(9)의 자켓상에 경사진 방식으로 장착되는 식으로 놓인다. 이를 피하기 위해서, 본 발명의 추가의 개발에 따라서, 디스크(7)는 하나 또는 몇 개의 리세스(13)를 포함한다. 이들 리세스(13)는 디스크(7)의 중력 중심을 써클립(11)로부터 멀어진 축선상으로 이동시키고, 그러므로 디스크(7)를 경사 방식으로의 장착하지 못하게 한다.

본 발명에 따라서, 디스크(7)는 전기 전도성, 예를 들어 금속 재료로 이루어진다. 특정 양호한 실시예에 따라서, 부유 디스크(7)는 또한 자기 연성 재료로 실행될 수 있으며, 연성 재료는 도 4의 우측의 점선으로 도시한 바와 같이, 디스크의 외부 에지에 있는 자기장선이 수직으로 나오고 타킷의 표면에 본질적으로 평행한 것을 달성할 수 있게 만든다. 이는 타킷의 나머지 영역 전체에 거쳐서 음극 스폿의 빠른 이동 속도를 보장한다.

본 설명에서, 아크 소스용 타킷을 기화되어질 재료로 만든 제 1바디(3)로 설명되어 있으며, 본질적으로 기화되어지도록 설계된 표면을 한 평면내에 포함하고 있으며, 이 평면내의 표면은 중심 영역을 둘러싸고 있다. 본 설명에서의 특징으로는, 중심 영역내에 제 2바디(7)를 제공하며, 제 2바디는 양호하게 디스크 형태이며 제 1바디로부터 전기적으로 격리되어 있어서, 제 2바디는 본질적으로 스파크를 유지하기 위한 전자를 제공할 수 없다.

제 1바디(3)는 제 2바디(7)가 중심 영역내에서 아이솔레이터 핀(9)에 의해서 하강되어 고정될 수 있는 리세스(5)를 포함하며, 제 1바디(3)와 제 2바디(7) 사이의 거리는 약 1.5mm와 3.5mm 사이를 포함하는 하나 또는 몇 개의 값이며, 특히 양호한 실시예에서, 제2 바디(7)는 적어도 리세스(5)로부터 돌출하는 표면에서, 제1 바디(3)의 재료에 대응하는 재료를 포함한다.

제 2바디(7)는 하나 또는 몇 개의 리세스(13)를 포함할 수 있어, 축선 상에 장착된 제 2바디의 중력 중심은 홀의 자켓과 일치하게 놓여진다.

특히 양호한 실시예에서, 제 2바디(7)는 자기 연성 재료로 만들어진다.

Claims (5)

1. 기화되어질 재료로 만든 제1 바디(3)를 가지는 아크 소스용 타킷으로서, 제1 바디는 기화될 수 있는 표면을 한 평면내에 포함하고 있으며, 상기 표면이 상기 평면내에서 중심 영역을 둘러싸고 있는, 타킷에 있어서,
   상기 제1 바디(3)로부터 전기적으로 절연되고 디스크 형태로 구성되는 제2 바디(7)가 상기 중심 영역 내에 제공되어, 상기 제2 바디(7)는 스파크를 유지하기 위한 전자를 제공할 수 없으며,
   상기 제1 바디(3)는 상기 제2 바디(7)가 중심 영역내에서 하강되어 아이솔레이터 핀(9)에 의해서 고정될 수 있는 리세스(5)를 포함하며,
   상기 제1 바디(3)와 상기 제2 바디(7) 사이의 거리는 1.5mm 내지 3.5mm 사이의 하나 또는 몇 개의 값인 것을 특징으로 하는 타킷.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 제2 바디(7)는 적어도 리세스(5)로부터 돌출하는 표면에서, 상기 제1 바디(3)의 재료에 대응하는 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 타킷.
   
4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 제2 바디(7)는 축선 상에 장착된 제2 바디의 중력 중심이 홀의 자켓과 일치하게 놓이도록 설계된 적어도 하나의 리세스(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는 타킷.
   
5. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 제2 바디(7)는 자기 연성 재료로 만들어진 것을 특징으로 하는 타킷.

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