KR101883369B1

KR101883369B1 - Device for coating Multilayer Thin Film

Info

Publication number: KR101883369B1
Application number: KR1020160151797A
Authority: KR
Inventors: 최시영; 이원재; 오지영; 정기정
Original assignee: 마이크로코팅 주식회사
Priority date: 2016-11-15
Filing date: 2016-11-15
Publication date: 2018-07-30
Also published as: KR20180054176A

Abstract

본 발명에 따른 다층박막 코팅 장치는, 기판이 코팅되는 공간을 형성하는 챔버; 상기 챔버 내부로 아르곤 가스 및 반응성 가스를 주입하는 가스 주입부; DC 전원을 인가하는 제1 아크 전원 및 제2 아크 전원; 상기 챔버 내부에 설치되어 상기 DC 전원이 인가되고, 아크 방전에 의해 금속을 증발시켜 기판에 증착시키는, 금속으로 이루어진 제1 아크 캐소드 및 제2 아크 캐소드; 상기 챔버 내부에 설치된 별도 애노드; 상기 챔버 내부에 설치되고 상기 기판이 배치되며 상기 챔버 내에서 회전하는 회전축 지그; Pulsed DC 전원; 및 상기 챔버 내부에 설치되어 상기 Pulsed DC 전원이 인가되는 독립 애노드;를 포함하고, 상기 별도 애노드는 상기 제1 아크 캐소드 및 제2 아크 캐소드 중 어느 하나 이상과 방전하여 제1 아크 캐소드 및 제2 아크 캐소드를 이루는 금속의 이온화 및 에너지를 높이고, 상기 독립 애노드는 열전자에 의해 반응성 가스를 이온화시켜 상기 기판에 산소, 질소 등 반응성 가스를 침입형으로 박막을 형성하여 고경도의 다층박막을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.A multilayer thin film coating apparatus according to the present invention includes: a chamber forming a space in which a substrate is coated; A gas injection unit for injecting argon gas and reactive gas into the chamber; A first arc power source and a second arc power source for applying DC power; A first arc cathode and a second arc cathode made of metal, which are installed in the chamber, the DC power source is applied, and evaporate the metal by arc discharge to deposit on the substrate; A separate anode disposed within the chamber; A rotary shaft jig installed inside the chamber and disposed in the chamber and rotating in the chamber; Pulsed DC power supply; And an independent anode disposed within the chamber and to which the pulsed DC power is applied, wherein the separate anode discharges at least one of the first arc cathode and the second arc cathode to form a first arc cathode and a second arc The ionization and energy of the metal forming the cathode is enhanced, and the independent anode ionizes the reactive gas by the thermoelectrons to form a thin film by intruding a reactive gas such as oxygen and nitrogen into the substrate to form a multi-layer thin film having a high hardness .

Description

[0001] The present invention relates to a multilayer thin film coating apparatus,

본 발명은 고경도의 다층박막을 형성하기 위한 것으로, 더 상세하게는 독립 애노드와 별도 애노드를 이용하여 반응성 가스 및 금속의 이온화량을 조절하여 고경도의 다층박막을 코팅하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for forming a multilayer thin film having a high hardness and, more particularly, to an apparatus for coating a multilayer thin film having a high hardness by controlling an ionization amount of a reactive gas and a metal using a separate anode and a separate anode.

진공 증착 기술은 도금이나 도장과 같이 폐수 처리 문제가 발생하지 않고 열악한 작업 환경을 조성하지 않으며 기판의 표면에 형성된 박막의 심미적, 물리적, 화학적 성질이 우수하여 널리 사용되고 있다.Vacuum deposition technology does not cause wastewater treatment problems such as plating and painting and does not create a poor working environment, and is widely used because of its excellent aesthetic, physical and chemical properties of a thin film formed on the surface of a substrate.

그 중 하나인 아크 증착은 캐소드와 애노드사이에서 아크 방전이 발생하여 캐소드를 이루는 금속이 용융되어 증발하는 것으로서, 증발된 캐소드의 금속은 플라즈마 상태에서 반응성 가스와 함께 이온화되어 기판의 표면에 증착되어 박막을 형성한다. One of them is arc evaporation, in which arc discharge occurs between the cathode and the anode, and the metal constituting the cathode is melted and evaporated. The metal of the evaporated cathode is ionized together with the reactive gas in the plasma state and deposited on the surface of the substrate, .

아크 증착은 Al, Ti, Cr, B, Si, W, Nb, Y, Mo, V 등의 단일금속 또는 합금타겟을 이용하고 O2, N2, CH4, C2H2 등의 반응성 가스와 결합하여 기판의 표면에 산화 박막, 질화 박막, 탄화 박막 등을 형성할 수 있다.Arc deposition can be performed by using a single metal or alloy target such as Al, Ti, Cr, B, Si, W, Nb, Y, Mo, V, etc. and combining with reactive gases such as O2, N2, CH4, C2H2, An oxide thin film, a nitride thin film, a carbonized thin film, or the like can be formed.

한편, 기판의 표면에는 단층박막뿐만 아니라 필요에 따라서 다층박막을 형성할 수 있다.On the other hand, a multilayer thin film can be formed on the surface of the substrate as well as a single layer thin film.

예를 들면, 질화물박막의 밀착력을 높이기 위해 아르곤과 같은 불활성가스를 이용하여 금속박막을 형성하고 후에 질소가스를 챔버로 주입하여 금속이온과 질소가 반응하여 형성한 질화물을 증착하여 질화물 박막을 형성한다. For example, a metal thin film is formed using an inert gas such as argon to increase the adhesion of the nitride thin film, and then a nitrogen gas is introduced into the chamber to deposit a nitride formed by reacting metal ions with nitrogen to form a nitride thin film .

그러나 질소가스량이 많을 경우 캐소드(증착할 물질)의 표면이 질화되어 융점이 높아지기 때문에 아크가 불안할 뿐 아니라 증착하는 금속의 양이 적어져, 질소 비율이 높은 박막이 형성돼, 박막의 스트레스가 높아지는 문제점이 있다. However, when the amount of the nitrogen gas is large, the surface of the cathode (material to be deposited) is nitrided and the melting point is high, so that the arc is unstable and the amount of the deposited metal is decreased, so that a thin film having a high nitrogen ratio is formed, There is a problem.

박막의 스트레스란 열팽창계수가 다름에 따라 생기는 것으로 인장스트레스와 압축스트레스가 있으며 물리적 증착(PVD, Physical Vapor Deposition)기술에 의하는 경우 압축스트레스를 갖게 된다. 스트레스가 높아지면 자발적 박리가 발생한다.Thin film stress is caused by different thermal expansion coefficient, and there are tensile stress and compressive stress. Physical vapor deposition (PVD) technology has compressive stress. When stress is increased, voluntary exfoliation occurs.

이러한 문제점을 해결하기 위해서는 적정량의 반응성가스를 유입하고 아크 전류 값을 높여 고에너지 박막 코팅을 해야 한다. 그러나 아크 전류를 높이면 가스컨트롤 방식의 경우 진공도를 유지하기 위해 질소가스량이 많아지게 되어 캐소드 표면의 질화로 인해 아크가 불안해지며, 컨덕턴스 컨트롤 방식의 경우 질소가스 등 반응성가스의 이온화율이 크게 달라지지 않아 금속이 많은 코팅이 되어 박막의 경도가 떨어지는 문제점이 있다. In order to solve these problems, a high energy thin film coating is required by introducing an appropriate amount of reactive gas and raising the arc current value. However, if the arc current is increased, the amount of nitrogen gas is increased in order to maintain the degree of vacuum in the case of the gas control method, and the arc becomes unstable due to the nitriding of the surface of the cathode. In the conductance control method, the ionization rate of the reactive gas, There is a problem that the hardness of the thin film is lowered.

특허등록공보 10-1076715Patent registration publication 10-1076715

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 별도 애노드를 구비하여 제1 아크 캐소드 및 제2 아크 캐소드를 이루는 금속 이온의 이온화율 및 이온의 에너지를 조절하고 마그넷을 포함하는 독립 애노드를 구비하여 반응성 가스의 이온화 및 이온의 에너지를 높여 간단하게 복잡한 구조의 밀착력이 우수한 고경도 다층박막을 제조함에 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide an independent anode including a magnet for adjusting the ionization rate and ion energy of metal ions constituting the first arc cathode and the second arc cathode, It is an object of the present invention to manufacture a high-hardness multilayer thin film which is easily adhered to a complicated structure by increasing the ionization of reactive gas and energy of ions.

상기 독립 애노드의 사용시간은 박막 제조시간의 50% 내지 100%인 것을 특징으로 할 수 있다.The use time of the independent anode may be 50% to 100% of the time of the thin film production.

상기 독립 애노드는 내부에 마그넷을 포함하고, 상기 독립 애노드 표면의 자기장세기는 80G 내지 120G인 것을 특징으로 할 수 있다.The independent anode includes a magnet, and the magnetic field intensity of the independent anode surface is 80G to 120G.

상기 독립 애노드에 인가되는 Pulsed DC 전류는 30A 내지 80A인 것을 특징으로 할 수 있다.And the pulsed DC current applied to the independent anode is 30A to 80A.

상기 독립 애노드에 인가되는 Pulsed DC 전원의 Duty 값은 70% 내지 90%인 것을 특징으로 할 수 있다.And a duty value of the pulsed DC power applied to the independent anode is 70% to 90%.

상기 독립 애노드에 인가되는 Pulsed DC 전원의 주파수 값은 5khz 내지 20khz인 것을 특징으로 할 수 있다.And the frequency value of the pulsed DC power applied to the independent anode may be 5 kHz to 20 kHz.

본 발명에 따르면, 별도 애노드와 독립 애노드를 구비하여 이온화율 및 이온의 에너지를 높일 수 있어 간단하게 복잡한 구조의 밀착력이 우수한 고경도의 다층박막을 제조할 수 있다.According to the present invention, it is possible to increase the ionization rate and the ion energy by providing a separate anode and an independent anode, thereby making it possible to produce a multilayer thin film having a high hardness and excellent adhesion with a complicated structure.

도 1은 본 발명의 다층박막 코팅 장치의 구성도1 is a schematic view of a multilayer thin film coating apparatus of the present invention

이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 다층박막 코팅 장치의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a multilayer thin film coating apparatus of the present invention.

본 발명에 따른 다층박막 코팅 장치는 반응 및 증착 공간을 형성하는 챔버(10)와, 챔버(10)내로 가스를 주입하는 가스 주입부(20)와, DC 전원을 인가하는 제1 아크 전원(30) 및 제2 아크 전원(60)과, DC 전원을 인가받는 제1 아크 캐소드(40) 및 제2 아크 캐소드(70)와, 제1 아크 캐소드(40)와 방전하는 별도 애노드(50)와, 기판이 놓여 공자전 회전을 하는 회전축 지그(100)와, Pulsed DC 전원(80)과, Pulsed DC 전원(80)이 인가되는 독립 애노드(90)를 포함할 수 있다.The multilayer thin film coating apparatus according to the present invention includes a chamber 10 for forming a reaction and deposition space, a gas injection unit 20 for injecting gas into the chamber 10, a first arc power source 30 A second arc power source 60 and a first arc cathode 40 and a second arc cathode 70 to which DC power is applied and a separate anode 50 for discharging the first arc cathode 40, A rotary shaft jig 100 on which a substrate is placed and which performs a pre-magnetic field rotation, a pulsed DC power source 80, and an independent anode 90 to which a pulsed DC power source 80 is applied.

챔버(10)는 반응 및 증착 공간을 형성한다. 또한, 진공펌프에 의해 진공상태를 형성한다.The chamber 10 forms a reaction and deposition space. Further, a vacuum state is formed by a vacuum pump.

챔버(10)는 제2 아크 전원(60)의 양극에 연결되어 제2 아크 전원(60)의 음극에 연결된 제2 아크 캐소드(70)와 방전할 수 있다. 또한, Pulsed DC 전원(80)의 음극에 연결되어 Pulsed DC 전원(80)의 양극에 연결된 독립 애노드(90)와 방전할 수 있다. The chamber 10 is connected to the anode of the second arc power source 60 and can discharge the second arc cathode 70 connected to the cathode of the second arc power source 60. The pulsed DC power supply 80 is connected to the negative electrode of the pulsed DC power supply 80, and can discharge the independent anode 90 connected to the positive electrode of the pulsed DC power supply 80.

가스 주입부(20)는 불활성 가스(Ar 등)와 반응성 가스를 챔버(10)로 공급한다.The gas injection unit 20 supplies an inert gas (such as Ar) and a reactive gas to the chamber 10.

반응성 가스는 질소(N2), 산소(O2), 아세틸렌(C2H2) 등이 이용될 수 있다.The reactive gas may be nitrogen (N 2), oxygen (O 2), acetylene (C 2 H 2), or the like.

반응성 가스는 아크 방전에 의해 기화된 캐소드(40,70)의 금속과 반응하여 질화물, 산화물 등의 층을 형성할 수 있다.The reactive gas reacts with the metal of the cathodes (40, 70) vaporized by arc discharge to form a layer of nitride, oxide or the like.

제1 아크 전원(30) 및 제2 아크 전원(60)은 챔버(10) 외부에 위치하며, 제1 아크 캐소드(40) 및 제2 아크 캐소드(70)에 DC 전원을 공급한다.The first arc power source 30 and the second arc power source 60 are located outside the chamber 10 and supply DC power to the first arc cathode 40 and the second arc cathode 70.

제1 아크 캐소드(40) 및 제2 아크 캐소드(70)는 챔버(10)의 내부에 위치하며, 기판에 증착할 금속으로 이루어져 있다. 캐소드(40,70)를 이루는 금속은 Al, 다원계합금, Ti, Cr, Zr 등이 될 수 있다.The first arc cathode 40 and the second arc cathode 70 are located inside the chamber 10 and are made of a metal to be deposited on the substrate. The metal constituting the cathodes 40 and 70 may be Al, a multi-element alloy, Ti, Cr, Zr, or the like.

제1 아크 전원(30) 및 제2 아크 전원(60)의 음극에 연결된 제1 아크 캐소드(40) 및 제2 아크 캐소드(70)는 제1 아크 전원(30)의 양극에 연결된 별도 애노드(50) 및 제2 아크 전원(60)의 양극에 연결된 챔버(10)와 방전할 수 있다. 도 1에서는 제1 아크 전원(30)의 양극은 별도 애노드(50)에 연결되고 제2 아크 전원(60)의 양극은 챔버(10)에 연결되어 있으나 제1 아크 전원(30)과 제2 아크 전원(60)의 양극 모두 별도 애노드(50)에 연결되어 방전될 수 있고, 제1 아크 전원(30)의 양극은 챔버(10)에 연결되고 제2 아크 전원(70)의 양극은 별도 애노드(50)에 연결되어 방전할 수도 있다.The first arc cathode 40 and the second arc cathode 70 connected to the cathodes of the first arc power supply 30 and the second arc power supply 60 are connected to a separate anode 50 And the chamber 10 connected to the anode of the second arc power supply 60. 1, the anode of the first arc power supply 30 is connected to the anode 50 separately and the anode of the second arc power supply 60 is connected to the chamber 10. The first arc power supply 30 and the second arc The anode of the first arc power supply 30 is connected to the chamber 10 and the anode of the second arc power supply 70 is connected to the anode 10 via a separate anode 50 to be discharged.

제1 아크 캐소드(40) 및 제2 아크 캐소드(70)은 내부에 영구자석 또는 전자석을 포함할 수 있다.The first arc cathode 40 and the second arc cathode 70 may include permanent magnets or electromagnets therein.

영구자석 또는 전자석은 타겟 물질에 따라 필요시 되는 자기장의 세기로 조절되어 캐소드(40,70) 상에서 아크스팟(arc spot)이 균일하게 움직이도록 하여 캐소드(40,70)를 이루는 금속이 표면에서 균일하게 기화할 수 있도록 한다. 또한, 아크스팟의 이동속도를 증가시켜 매크로 입자 발생을 억제할 수 있다.The permanent magnet or the electromagnet is adjusted to the intensity of the magnetic field required according to the target material so that the arc spot uniformly moves on the cathodes 40 and 70 so that the metal constituting the cathodes 40 and 70 is uniformly distributed So that it can be vaporized. Further, the moving speed of the arc spot can be increased to suppress the generation of macro particles.

별도 애노드(50)는 챔버(10) 내부에 위치하며 제1 아크 전원(30)의 양극에 연결되어 제1 아크 전원(30)의 음극에 연결된 제1 아크 캐소드(40)와 방전할 수 있다.A separate anode 50 is disposed within the chamber 10 and is connected to the anode of the first arc power supply 30 to discharge the first arc cathode 40 connected to the cathode of the first arc power supply 30.

챔버(10)에 제1 아크 전원(30)의 양극을 연결하지 않고 별도 애노드(50)에 제1 아크 전원(30)의 양극을 연결하면 챔버(10)로 양극을 구성한 것에 비해 양극의 표면적이 작으므로 캐소드(40,70)로부터 방출된 전자는 별도 애노드(50)로 방전이 어렵게 되어 일반적인 방전전압인 20V 내외에서 40V 내외까지 방전전압이 상승한다. 방전전압은 이온의 에너지와 비례하므로 금속이온의 에너지는 상승한다. 금속이온은 더 큰 에너지로 가지고 음전위(-)를 가진 기판으로 끌려 고밀도, 고경도의 박막을 형성할 수 있다.The anode of the first arc power supply 30 is connected to the anode 50 without connecting the anode of the first arc power supply 30 to the chamber 10, The electrons emitted from the cathodes 40 and 70 are difficult to be discharged by the anode 50, and thus the discharge voltage rises up to about 40 V at about 20 V, which is a general discharge voltage. The discharge voltage is proportional to the energy of the ions, so the energy of the metal ions increases. Metal ions are attracted to a substrate having a negative potential (-) with a larger energy, and a thin film of high density and high hardness can be formed.

회전축 지그(100)는 챔버(10)의 중앙에 설치되며, 기판이 놓인다.The rotary shaft jig 100 is installed at the center of the chamber 10, and the substrate is placed thereon.

회전축 지그(100)에는 바이어스 전원(미도시)이 인가되어 회전축 지그(100)에 놓인 기판은 음전위(-)를 유지하게 된다.A bias power source (not shown) is applied to the rotary shaft jig 100, and the substrate placed on the rotary shaft jig 100 maintains a negative potential (-).

기판이 놓인 회전축 지그(100)는 공자전 회전하며 챔버 내의 금속 및 산화물, 질화물 등의 반응물 및 반응성 가스의 이온들이 기판의 표면 전체에 걸쳐 균일하게 박막이 형성될 수 있도록 한다. 회전축 지그(100)의 속도를 조절하여 박막 층의 두께를 결정할 수 있다.The rotating shaft jig 100 on which the substrate is placed rotates before the coherence, allowing ions in the chamber, reactants such as oxides, nitrides, and the like, and ions of reactive gases to uniformly form a thin film over the entire surface of the substrate. The thickness of the thin film layer can be determined by controlling the speed of the rotary shaft jig 100.

Pulsed DC 전원(80)은 챔버(10) 외부에 설치되며 독립 애노드(90)에 Pulsed DC 전원(80)을 공급한다.The pulsed DC power supply 80 is installed outside the chamber 10 and supplies the pulsed DC power supply 80 to the independent anode 90.

독립 애노드(90)는 Pulsed DC 전원의 양극에 연결되고 Pulsed DC 전원의 음극은 챔버(10)에 연결되어 방전한다.The independent anode 90 is connected to the positive pole of the pulsed DC power source and the negative pole of the pulsed DC power source is connected to the chamber 10 to discharge.

독립 애노드(90)는 챔버(10) 내의 반응성 가스를 열전자에 의해 이온화시키고 산소, 질소 등의 이온을 캐소드(40,70)와 독립된 공간에서 회전축 지그에 인가된 바이어스 전원의 음전위(-)에 의해 침입형으로 박막에 참여할 수 있다.The independent anode 90 ionizes the reactive gas in the chamber 10 by means of a thermocouple and makes ions such as oxygen and nitrogen into a space independent of the cathodes 40 and 70 by the negative potential of the bias power applied to the rotary shaft jig It is possible to participate in thin film by intrusion type.

독립 애노드(90)의 사용시간은 적어도 전체 코팅시간의 10% 내지 100%가 되어야 한다. 사용시간이 너무 낮으면 박막형성의 효과가 적어지므로 50% 내지 100%가 바람직하다.The use time of the independent anode 90 should be at least 10% to 100% of the total coating time. If the use time is too low, the effect of the thin film formation becomes small, so that it is preferably 50% to 100%.

독립 애노드(90)에 인가되는 Pulsed DC 전원(80)의 전류는 10A 내지 200A가 주로 사용된다. 공급되는 전류가 너무 높으면 아킹이 발생할 수 있으므로 30A 내지 80A가 바람직하다.The current of the pulsed DC power supply 80 applied to the independent anode 90 is typically 10A to 200A. Arcing may occur if the supplied current is too high, so 30 A to 80 A is preferable.

독립 애노드(90)에 인가되는 Pulsed DC 전원(80)의 Duty 값은 5% 내지 100%가 사용된다. Duty 값이 너무 낮으면 박막형성 효과가 적어지므로 70% 내지 90%가 바람직하다.The duty value of the pulsed DC power supply 80 applied to the independent anode 90 is 5% to 100%. If the duty value is too low, the effect of forming a thin film becomes small, so that it is preferably 70% to 90%.

독립 애노드(90)에 인가되는 Pulsed DC 전원의 Frequency 값은 1khz 내지 350khz가 되어야 한다. 박막형성 효과를 극대화하기 위해 5khz 내지 20khz가 바람직하다.The frequency value of the pulsed DC power applied to the independent anode 90 should be from 1 kHz to 350 kHz. In order to maximize the film forming effect, 5 kHz to 20 kHz is preferable.

독립 애노드(90)는 내부에 영구자석을 포함할 수 있다.The independent anode 90 may include a permanent magnet therein.

영구자석은 반응성 가스의 이온들과 전자들이 스핀운동을 하도록 하여 운동에너지를 크게 높이는 역할을 한다. 또한, 로렌츠 힘(Lorentz force)에 의하여 열전자를 포획하는 동시에 회전운동을 야기함으로써 열전자의 진행경로는 길어지게 하고 이에 따라 질소 등의 반응성 가스의 이온화를 향상시킨다. The permanent magnet plays a role of increasing the kinetic energy by causing the ions and electrons of the reactive gas to spin motion. In addition, the Lorentz force captures the hot electrons and causes rotational motion, thereby lengthening the path of the thermal electrons, thereby improving the ionization of the reactive gas such as nitrogen.

이러한 영구자석은 큐리온도가 낮기 때문에 냉각되어야 한다. 독립 애노드(90) 표면의 자기장 세기는 10G 내지 200G가 된다. 바람직하게는 80G 내지 120G가 사용될 수 있다.These permanent magnets must be cooled because the Curie temperature is low. The magnetic field intensity of the surface of the independent anode 90 becomes 10G to 200G. Preferably 80G to 120G may be used.

상기 본 발명의 다층박막 코팅 장치는 사용자의 설정에 따라 어떠한 박막을 어떠한 순서로 형성할지 정할 수 있다.The multi-layer thin film coating apparatus of the present invention can determine which thin films are to be formed in what order according to the user's setting.

일 실시예로서 다층박막을 형성하기 위해서는 다음과 같이 동작한다. In order to form the multi-layered thin film as one embodiment, it operates as follows.

제1 아크 전원(30) 및 제2 아크 전원(60)에 의해 금속으로 이루어진 제1 아크 캐소드(40) 및 제2 아크 캐소드(70)에 방전 전류가 인가되고, 바이어스 전원에 의해 회전축 지그(100)에 놓인 기판에 음(-)전위를 유지하도록 한다. 가스 주입부(20)를 통해 아르곤(Ar)과 같은 불활성가스를 챔버(10) 내로 주입한다. A discharge current is applied to the first arc cathode 40 and the second arc cathode 70 made of metal by the first arc power source 30 and the second arc power source 60, To maintain a negative (-) potential on the substrate. An inert gas such as argon (Ar) is injected into the chamber (10) through the gas injection part (20).

제1 아크 캐소드(40) 및 제2 아크 캐소드(70)를 이루는 금속은 아크 방전에 의해 기화된다. 기화된 금속은 플라즈마 상태의 아르곤 가스 등의 불활성 가스로부터 에너지를 공급받아 이온화되고 음(-)전위를 갖는 기판으로 끌려 박막을 형성한다. The metal constituting the first arc cathode 40 and the second arc cathode 70 is vaporized by arc discharge. The vaporized metal is ionized by being supplied with energy from an inert gas such as argon gas in a plasma state, and is attracted to a substrate having a negative potential to form a thin film.

이때, 챔버(10)에 전원의 양극을 연결하여 방전하는 것과 달리 챔버(10) 내에 별도의 애노드(50)를 구성하여 전원의 양극을 연결하여 방전한다.At this time, unlike the case where the anode of the power source is connected to the chamber 10 for discharge, a separate anode 50 is formed in the chamber 10 to discharge the anode by connecting the anode of the power source.

이와 같이 구성하면, 제1 아크 캐소드(40)로부터 방출된 전자는 별도 애노드(50)의 작은 표면적 때문에 방전이 어렵게 되어 높은 방전전압을 형성한다. 방전전압이 높아짐에 따라 금속이온의 에너지가 증가한다. 금속이온은 큰 에너지로 기판에 끌려 밀착력이 높은 고경도의 박막을 형성할 수 있다.With this configuration, the electrons emitted from the first arc cathode 40 are difficult to discharge due to the small surface area of the anode 50, thereby forming a high discharge voltage. As the discharge voltage increases, the energy of metal ions increases. The metal ions are attracted to the substrate with a large energy, and a thin film of high hardness with high adhesion can be formed.

다음, Pulsed DC 전원(80)이 독립 애노드(90)에 인가되어 독립 애노드(90)는 챔버(10)와 방전한다. 바이어스 전원에 의해 회전축 지그(100)에 놓인 기판은 음(-)전위를 유지하도록 한다. 독립 애노드(90)로 방전하는 열전자는 질소 등을 이온화시킨다. 캐소드(40,70)와 별개의 공간에서 이온화된 질소이온 등은 기판으로 끌려 침입형 구조로 박막에 참여할 수 있다.The pulsed DC power supply 80 is then applied to the independent anode 90 so that the independent anode 90 is discharged to the chamber 10. The substrate placed on the rotary shaft jig 100 by the bias power source maintains the negative (-) potential. The thermoelectrons that discharge into the independent anode 90 ionize nitrogen and the like. Nitrogen ions or the like ionized in a space separate from the cathodes (40, 70) can be attracted to the substrate and participate in the thin film in an intrusion-type structure.

박막 형성시, 회전축 지그(100)의 회전속도를 조절하여 박막 층의 두께를 결정할 수 있다. 고속으로 회전하면 얇은 박막들로 구성된 다층박막으로 형성되고 저속으로 회전하도록 하면 두꺼운 박막들로 구성된 다층박막이 형성될 것이다. 다층박막의 개별 박막의 두께는 5nm 내지 10nm 로 형성하는 것이 바람직하다.In forming the thin film, the thickness of the thin film layer can be determined by adjusting the rotation speed of the rotary shaft jig 100. When rotated at high speed, it is formed as a multilayer thin film composed of thin films, and if it is rotated at a low speed, a multilayer thin film composed of thick films will be formed. The thickness of the individual thin film of the multilayer thin film is preferably 5 nm to 10 nm.

이와 같이 다층박막 코팅 장치를 이용하여 질화물의 다층박막을 형성하는데 있어 일반적인 방전전압인 20V 내외를 갖는 금속이온을 별도 애노드(50)를 이용하여 40V 내외의 방전전압을 갖는 금속이온으로 에너지를 다르게 조절할 수 있고 독립 애노드(90)를 이용하여 캐소드(40,70) 앞에서의 질화물 형태가 아닌 독립 애노드(90) 앞에서의 열전자에 의한 침입형의 질소 이온을 박막에 참여시켜 다층박막을 형성할 수 있다. 이러한 다층박막을 교대로 반복하여 다층박막을 형성할 수도 있다.In forming the multilayer thin film of nitride by using the multilayer thin film coating apparatus as described above, the metal ions having a discharge voltage of about 20 V, which is a general discharge voltage, are separately controlled by metal ions having a discharge voltage of about 40 V by using the anode 50 And the intervening nitrogen ions introduced by the hot electrons in front of the independent anode 90 not in the nitride form in front of the cathodes 40 and 70 by using the independent anode 90 can participate in the thin film to form a multilayer thin film. These multilayer thin films may be alternately repeated to form a multilayer thin film.

상기의 일 실시예는 예시적인 것이며 사용자의 설정에 따라 다른 복잡한 구조의 다층박막도 형성할 수 있다.The above embodiment is merely an example and a multi-layer thin film having a complicated structure can be formed according to the setting of the user.

따라서, 본 발명의 다층 박막 코팅 장치는 캐소드(40,70), 별도 애노드(50) 및 독립 애노드(90)를 이용하여 여러 형태의 박막을 조합하여 간단하게 복잡한 구조의 박막을 형성할 수 있다. 또한, 이온의 에너지를 높여 밀착력이 우수한 고경도의 다층 박막을 형성할 수 있다.Accordingly, the multilayer thin film coating apparatus of the present invention can easily form a thin film of a complicated structure by combining various types of thin films using the cathodes 40 and 70, the separate anode 50 and the independent anode 90. In addition, by increasing the energy of ions, it is possible to form a multilayer thin film of high hardness with excellent adhesion.

본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the following claims and their equivalents. Only. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.

10 : 챔버 20 : 가스 주입부
30 : 제1 아크 전원 40 : 제1 아크 캐소드
50 : 별도 애노드 60 : 제2 아크 전원
70 : 제2 아크 캐소드 80 : Pulsed DC 전원
90 : 독립 애노드 100 : 회전축 지그 10: chamber 20: gas injection part
30: first arc power supply 40: first arc cathode
50: separate anode 60: second arc power
70: Second arc cathode 80: Pulsed DC power source
90: independent anode 100: rotating shaft jig

Claims

A chamber forming a space through which the substrate is coated;
A gas injection unit for injecting argon gas and reactive gas into the chamber;
A first arc power source and a second arc power source for applying DC power;
A first arc cathode and a second arc cathode made of metal, which are installed in the chamber, the DC power source is applied, and evaporate the metal by arc discharge to deposit on the substrate;
A separate anode disposed within the chamber;
A rotary shaft jig installed inside the chamber and disposed in the chamber and rotating in the chamber;
Pulsed DC power supply; And
And an independent anode installed in the chamber and to which the pulsed DC power is applied,
Wherein the anode is connected to any one of the positive electrode of the first arc power source and the positive electrode of the second arc power source to constitute a positive electrode and the positive electrode is connected to the positive electrode of the first arc power source and the positive electrode of the second arc power source, And discharging the first arc cathode and the second arc cathode to a discharge voltage higher than a discharge voltage of the applied DC power source so as to discharge the first arc cathode and the second arc cathode, The ionization and energy of the metal constituting the second arc cathode is increased,
The independent anode is disposed in a region that is independent of a region where the first arc cathode and the second arc cathode discharge, and the reactive gas is ionized by the thermoelectrons to form a thin film of reactive gas such as oxygen and nitrogen into the substrate Layer thin film having a high hardness and a high hardness.

The method according to claim 1,
Wherein the time for which the independent anode is used is from 50% to 100% of the time for producing the thin film.

The method according to claim 1,
Wherein the independent anode includes a magnet therein,
Wherein the magnetic field strength of the independent anode surface is 80G to 120G.

The method according to claim 1,
Wherein the pulsed DC current applied to the independent anode is in the range of 30A to 80A.

The method according to claim 1,
And a duty value of the pulsed DC power applied to the independent anode is 70% to 90%.

The method according to claim 1,
Wherein a frequency value of the pulsed DC power applied to the independent anode is 5 kHz to 20 kHz.