KR101902778B1 - 네스트유닛을 포함하는 아크이온플레이팅장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 네스트유닛을 포함하는 아크이온플레이팅장치는, 샘플이 수용되는 챔버, 아킹 현상에 의해 용융되어 증발되면서 이온화되는 타겟, 일측이 상기 챔버와 연결되고, 타측이 상기 타겟과 연결되어 이온빔의 이동 경로를 형성하는 필터라인 및 상기 챔버와 상기 필터라인의 연결부에 구비되며, 상기 필터라인을 따라 이동하는 이온빔을 흔들어 입사 범위 및 속도를 증가시키는 네스트유닛을 포함한다.

Description

네스트유닛을 포함하는 아크이온플레이팅장치{Arc Ion Plating Apparatus Having Nest Unit}

본 발명은 대상 샘플에 피막을 형성하는 아크이온플레이팅장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 네스트유닛을 포함함에 따라 피막의 증착 범위를 보다 증가시킬 수 있으며, 이온의 이동 속도를 향상시킬 수 있는 필터드 아크이온플레이팅장치에 관한 것이다.

기적 펄스의 공급을 통해 스파크 음극이라고도 불리는 아크 증발원을 가동하는 것은 이미 오래 전부터 종래기술로서 알려져 왔다. 아크 증발원을 이용해 대상에 코팅을 수행할 경우, 기존 다른 방법에 비해 높은 증발율을 얻을 수 있어 높은 증착율을 달성할 수 있다.

그리고 펄스 모드에 더 엄격한 요건이 요구되지 않고 펄스가 단지 DC 방전의 점화로만 한정되는 경우에는, 이러한 유형의 소스의 구조를 기술적으로 비교적 간단하게 구현할 수 있다. 또한 이와 같은 유형의 소스는 전형적으로 약 100A 이상의 범위의 전류 및 수 볼트 내지 수십 볼트 범위의 전압에서 작동하는데, 이는 비교적 저비용의 직류 전원을 통해 구현할 수 있다는 장점을 가진다.

다만, 이와 같은 유형을 가지는 소스는 아크점(Arc Spot)의 구역에서 타겟 표면에 매우 빠르게 진행하는 용융이 발생하며 이로 인해 액적이라고도 불리는 드롭렛(Droplet)이 형성되는데, 이러 액적은 스패터(Spatter)로서 방출되고 공작물에 농축되며 층 특성에 부정적인 영향을 미치게 되어 층 구조가 불균질하게되고 표면 조도가 불량해지는 문제가 있다.

층 품질에 높은 요건이 요구되는 경우, 이러한 방식으로 제조된 층은 대개 상업적으로 사용할 수 없다. 따라서 이러한 드롭렛을 거르기 위하여 드롭렛 및 이온, 전자들이 포함된 플라즈마 이온빔이 지나는 통로를 꺾어서 드롭렛과 같은 스패터를 줄이기도 한다.

하지만, 이와 같은 방식의 필터드 아크(Filtered arc) 장비의 경우, 이온빔이 통로를 지나고 샘플에 도달할 때까지 아주 국소적인 부분에만 증착이 가능하다는 단점이 있다.

따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.

한국등록특허 제10-1376837호

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 아크이온플레이팅 과정에서 형성되는 드롭렛과 같은 스패터를 줄이는 동시에 이온빔의 증착 범위를 크게 향상시킬 수 있는 아크이온플레이팅장치를 제공하기 위한 목적을 가진다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 네스트유닛을 포함하는 아크이온플레이팅장치는, 샘플이 수용되는 챔버, 아킹 현상에 의해 용융되어 증발되면서 이온화되는 타겟, 일측이 상기 챔버와 연결되고, 타측이 상기 타겟과 연결되어 이온빔의 이동 경로를 형성하는 필터라인 및 상기 챔버와 상기 필터라인의 연결부에 구비되며, 상기 필터라인을 따라 이동하는 이온빔을 흔들어 입사 범위 및 속도를 증가시키는 네스트유닛을 포함한다.

그리고 상기 필터라인은 길이 방향으로 길게 형성되고 외측 둘레에 코일이 구비되어, 상기 코일에 전류가 흐르는 상태에서 상기 이온빔에 방향성을 인가할 수 있다.

또한 상기 네스트유닛은 상기 필터라인의 일단부 둘레를 감싸도록 구비되어, 상기 필터라인 일단부 내측에 자기장을 전개하는 자석부를 포함할 수 있다.

그리고 상기 네스트유닛과 연결되어 상기 네스트유닛을 회전시키는 회전유닛을 더 포함할 수 있다.

또한 상기 자석부는 상기 필터라인 일단부 둘레를 따라 구비되는 복수의 전자석을 포함하며, 상기 자석부는 상기 필터라인 둘레를 따라 영역 별로 분할되어, 각 영역 별로 서로 다른 주파수의 전류를 인가하도록 형성될 수 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 네스트유닛을 포함하는 아크이온플레이팅장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 필터라인을 통해 이온빔이 통과하는 과정에서 매크로 파티클, 드롭렛 등을 거를 수 있는 장점이 있다.

둘째, 네스트유닛을 통해 이온빔의 범위 확장 및 이온 가속이 가능하므로, 보다 넓은 범위에 피막 코팅이 가능하며, 이온 가속을 통하여 에너지가 증가함으로써 박막의 기계적 특성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

셋째, 네스트유닛에 적용되는 특성에 따라, 이온빔에 대하여 더욱 많은 흔들림을 부가하여 이온빔의 범위를 더욱 확장할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 아크이온플레이팅장치의 모습을 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 아크이온플레이팅장치에 있어서, 이온빔의 진행 과정을 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 아크이온플레이팅장치에 있어서, 네스트유닛의 모습을 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 아크이온플레이팅장치에 있어서, 네스트유닛을 영역 별로 분할한 모습을 나타낸 도면; 및
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 아크이온플레이팅장치의 모습을 나타낸 도면이다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 아크이온플레이팅장치의 모습을 나타낸 도면이며, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 아크이온플레이팅장치에 있어서, 이온빔의 진행 과정을 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 아크이온플레이팅장치는 챔버(20)와, 타겟(10)과, 필터라인(50)과, 네스트유닛(100)을 포함한다. 또한 본 실시예의 경우, 상기 네스트유닛(100)을 회전시키기 위한 회전유닛(200)을 더 포함하는 것으로 하였다.

상기 챔버(20)의 내부에는 증착공간(21)이 형성되며, 상기 증착공간(21)의 내부에는 샘플(30)이 수용될 수 있다.

그리고 상기 챔버(20)의 타측에는 아킹 현상에 의해 용융되어 증발되면서 이온화되는 타겟(10)이 구비된다. 즉 상기 타겟(10)에 충돌한 이온은 가속되어 도 2에 도시된 바와 같이 상기 필터라인(50)을 통해 상기 챔버(20) 측으로 이동하게 된다. 상기 타겟(10)의 경우 당업자에게 자명한 사항이므로, 보다 자세한 설명은 생략하도록 한다.

상기 필터라인(50)은 일측이 상기 챔버(20)와 연결되고, 타측이 상기 타겟(10)과 연결되는 구성요소이며, 내측에 이온빔의 이동 경로(51)가 형성된다.

특히 본 실시예에서 상기 필터라인(50)은 길이 방향으로 길게 형성되고, 경로의 일부가 굴곡진 형태로 형성될 수 있다. 이에 따라 상기 이온빔이 상기 필터라인(50)을 통과하는 과정에서 매크로 파티클, 드롭렛 등이 걸러지게 된다.

그리고 상기 필터라인(50)의 외측 둘레에는 코일(60)이 구비되어, 상기 필터라인(50)은 상기 코일(60)에 전류가 흐르는 상태에서 상기 이온빔에 방향성을 인가할 수 있다. 또한 상기 코일(60)은 상기 필터라인(50)의 길이 방향을 따라 복수 개가 구비될 수 있을 것이다.

또한 본 실시예에서 상기 필터라인(50)의 상기 타겟(10)에 인접한 영역에는 점화기(40)가 구비될 수 있으며, 이는 공지된 사항이므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.

상기 네스트유닛(100)은 상기 챔버(20)와 상기 필터라인(50)의 연결부에 구비되며, 상기 필터라인(50)을 따라 이동하는 이온빔을 흔들어 입사 범위 및 입사 속도를 증가시키는 역할을 수행한다. 그리고 상기 네스트유닛(100)은 다양한 형태로 구현될 수 있다.

본 실시예의 경우 상기 네스트유닛(100)은 상기 필터라인(50)의 일단부 둘레를 감싸도록 구비되어, 상기 필터라인(50) 일단부 내측에 자기장을 전개하는 자석부를 포함한다.

즉 상기 필터라인(50)을 통해 이동되는 이온빔은 상기 네스트유닛(100)이 위치된 영역에 전개된 자기장을 통과하며 흔들림이 발생함에 따라 입사 범위가 확장되며, 입사 속도가 증가하게 된다.

따라서 본 실시예는 보다 넓은 범위에 피막 코팅이 가능하게 되며, 이온 가속을 통하여 에너지가 증가함으로써 박막의 기계적 특성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 아크이온플레이팅장치에 있어서, 네스트유닛(100)의 모습을 나타낸 도면;

전술한 바와 같이 본 실시예의 네스트유닛(100)은 상기 필터라인(50) 일단부 내측에 자기장을 전개하는 자석부를 포함한다.

그리고 본 실시예의 경우, 상기 자석부는 상기 필터라인(50) 일단부 둘레를 따라 구비되는 복수의 전자석(110)을 포함한다. 즉 상기 자석부는 상기 전자석(110)의 자속력을 조절하여 상기 이온빔의 입사 범위 및 가속력을 조절 가능하도록 할 수 있다.

특히 본 실시예는 상기 네스트유닛(100)과 연결되어 상기 네스트유닛(100)을 둘레 방향으로 회전시키는 회전유닛(200)을 더 포함할 수 있다. 상기 회전유닛(200)은 상기 네스트유닛(100)의 회전 속도를 조절하도록 형성될 수 있으며, 이에 따라 입사되는 이온빔을 더욱 큰 폭으로 흔들어 줄 수 있다.

또한 본 실시예에서 상기 회전유닛(200)은 상기 네스트유닛(100)의 후방에 구비되어 내측에 중공(101)이 형성된 연결부재(120)를 통해 연결되며, 기어 어셈블리 등을 통해 상기 네스트유닛(100) 전체를 원하는 속도로 회전시킬 수 있도록 형성된다.

다만, 상기 회전유닛(200)은 본 실시예 외의 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 또한 상기 네스트유닛(100)의 다양한 위치에 연결될 수 있음은 물론이다.

한편 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 자석부는 상기 필터라인(50) 둘레를 따라 영역 별로 분할될 수 있으며, 각 영역 별로 상기 전자석(110)에 서로 다른 주파수의 전류를 인가하도록 형성될 수 있다.

본 실시예의 경우 도 4를 기준으로 상기 자석부를 상부에 위치된 제1영역(A), 하부에 위치된 제2영역(B), 좌측에 위치된 제3영역(C), 우측에 위치된 제4영역(D)으로 분할하였으며, 이들 각 영역에 속하는 전자석(110)에 각각 서로 다른 주파수의 전류를 인가하는 것으로 하였다.

즉 상기 필터라인(50)을 기준으로 상부와 하부, 오른쪽과 왼쪽과 같이 서로 반대 측의 전자석에 가해지는 주파수를 다르게 하여 빔을 더욱 흔들어 주어 대면적에 가능한 코팅 효과를 증가 시킬 수 있으며, 이온들의 이동 가속도를 상승시켜 에너지를 증가시킬 수 있을 것이다.

또한 각 영역에 위치되는 전자석(110)에 인가되는 전류의 주파수는 실시간으로 가변 가능하게 형성될 수 있음은 물론이다.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 아크이온플레이팅장치의 모습을 나타낸 도면이다.

도 5에 도시된 본 발명의 제2실시예의 경우, 전체적으로 전술한 제1실시예와 동일한 구성요소를 가지도록 형성된다. 다만, 본 실시예의 경우 상기 네스터유닛(100)과 챔버(20) 사이에 거리가변부(150)가 더 구비된다는 점이 다르다.

상기 거리가변부(150)는 상기 네스터유닛(100)과 상기 챔버(20) 사이의 거리를 조절할 수 있도록 형성되며, 이에 따라 상기 챔버(20) 내측으로 진입하여 상기 샘플(30)에 도달하는 순간의 이온빔의 입사 각도를 조절할 수 있도록 한다.

즉 상기 네스터유닛(100)과 상기 챔버(20) 사이의 거리가 증가하게 될 경우 상기 네스터유닛(100)과 상기 샘플(30) 간의 거리도 증가하게 되므로, 상기 네스터유닛(100)의 내측을 통과하며 방사하는 이온빔은 상기 샘플(30)에 보다 넓은 각도로 도달할 수 있다.

또한 상기 네스터유닛(100)과 상기 챔버(20) 사이의 거리가 감소하게 될 경우에는 상기 네스터유닛(100)과 상기 샘플(30) 간의 거리도 감소하게 되므로, 상기 네스터유닛(100)의 내측을 통과하며 방사하는 이온빔은 상기 샘플(30)에 보다 좁은 각도로 도달할 수 있게 된다.

즉 본 실시예는 상기 거리가변부(150)를 통해 다양한 각도로 이온입을 상기 샘플(30)에 조사할 수 있는 장점이 있다.

그리고 상기 거리가변부(150)는 다양한 방법으로 상기 네스터유닛(100)과 상기 챔버(20) 사이의 거리를 가변시킬 수 있다. 본 실시예의 경우 상기 거리가변부(150)는 주름관 형태로 형성되어 수동으로 길이를 조절함으로써 상기 네스터유닛(100)과 상기 챔버(20) 사이의 거리를 가변시키는 형태를 가지나, 이에 제한되지 않고 상기 거리가변부(150)는 자동으로 길이를 제어할 수 있도록 형성될 수도 있으며, 길이 조절 구조 역시 다양한 형태로 구현될 수 있음은 물론이다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

10: 타겟 20: 챔버
21: 증착공간 30: 샘플
40: 점화기 50: 필터라인
51: 이동경로 60: 코일
100: 네스터유닛 110: 전자석
120: 연결부재 150: 거리가변부
200: 회전유닛

Claims (5)

1. 샘플이 수용되는 챔버;
   아킹 현상에 의해 용융되어 증발되면서 이온화되는 타겟;
   일측이 상기 챔버와 연결되고, 타측이 상기 타겟과 연결되어 이온빔의 이동 경로를 형성하는 필터라인; 및
   상기 챔버와 상기 필터라인의 연결부에 구비되며, 상기 필터라인을 따라 이동하는 이온빔을 흔들어 입사 범위 및 속도를 증가시키는 네스트유닛;
   을 포함하며,
   상기 필터라인은 길이 방향으로 길게 형성되되, 외측 둘레에는 길이 방향을 따라 복수 개의 코일이 구비되어, 상기 코일에 전류가 흐르는 상태에서 상기 이온빔에 방향성을 인가하고,
   상기 네스트유닛은 상기 필터라인의 일단부 둘레를 감싸도록 구비되어, 상기 필터라인 일단부 내측에 자기장을 전개하는 자석부를 포함하며,
   상기 자석부는 상기 필터라인 일단부 둘레를 따라 구비되는 복수의 전자석을 포함하여 상기 전자석의 자속력을 조절함에 따라 상기 이온빔의 입사 범위 및 가속력을 조절 가능하게 형성되되,
   상기 자석부는 상기 필터라인 둘레를 따라 영역 별로 분할되어 각 영역 별로 서로 다른 주파수의 전류를 인가하도록 형성됨에 따라, 상기 필터라인을 기준으로 서로 반대 측에 가해지는 주파수를 다르게 하여 상기 이온빔을 더욱 흔들고 이온들의 이동 가속도를 상승시켜 에너지를 증가시키며,
   상기 네스트유닛과 연결되어 상기 네스트유닛을 둘레 방향으로 회전시키고, 상기 네스트유닛의 회전 속도를 조절하도록 형성되어 상기 이온빔이 더욱 큰 폭으로 흔들리도록 하는 회전유닛을 더 포함하는 아크이온플레이팅장치.
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