KR102156499B1 - 아크 발생 장치 - Google Patents

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Abstract

타겟이 변경되는 경우 자기장을 타겟에 최적화하여 맞춤화된 자기장 설계를 할 수 있게 해주는 아크 발생 장치. 본 발명의 아크 발생 장치는 진공 챔버에 설치되어 아크를 발생시키는 것으로서, 상기 진공 챔버에 부착, 설치되고, 아크 방전이 이루어지는 표면을 가지는 타겟을 포함하는 아크 소스 보디; 및 상기 아크의 움직임을 조절하기 위한 적어도 하나의 자석을 구비하고, 상기 아크 소스 보디에 착탈될 수 있어서 상기 아크 소스 보디에서 분리하여 상기 자석을 변경할 수 있게 해주는 자석 어셈블리;를 구비한다.

Description

아크 발생 장치{Arc Source Apparatus}
본 발명은 금속재료의 피막 형성을 위한 장치에 관한 것으로서, 특히, 물리적 증착을 위한 증착 챔버에서 아크에 의한 증발 방식으로 피막 원재료를 공급하는 아크 발생 장치에 관한 것이다.
공업제품이나 일상용품이나 그 부품에서 고기능, 고정밀도, 고밀도화 등이 요구됨에 따라 새로운 고기능성 소재의 채택이 증가하고 있다. 특히, 기존에는 항공기나 로켓의 엔진에나 사용되었을 뿐 민생기기에서는 채택이 어려웠던 내열합금, 경량합금 등의 소재가 의료기기나 일반 생활용품에서도 다양하게 사용이 늘고 있다. 이러한 내열합금이나 경량합금 등의 소재는 재료 자체가 지니는 고강성 및 초경량 등 뛰어난 기계적/물리적 성질 때문에, 다른 한편으로는 절삭이 어려워 피가공성이 낮은 난색재인 경우가 많다. 난삭재용 절삭공구의 재료로는 초경합금이 사용되고 있지만, 난삭재 절삭공구는 그 수명이 짧기 때문에 전체적으로 초경합금을 사용하는 것이 아니라 초경모재의 표면에 코팅 즉, 피막을 형성한 공구가 주로 사용된다. 그밖에도 금속재료의 피막 형성을 위한 응용분야는 다양하게 존재한다.
다양한 피막 형성 방법이 있지만, 물리기상증착(Physical Vapor Deposition, PVD), 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition, CVD), DLC(Diamond Like Carbon)막 코팅 등이 최근에는 널리 사용되고 있다. PVD 방식은 CVD 방식에 비해 저온에서 이루어져 공정 중 열에 의한 뒤틀림으로 인한 치수변형이 적고, 코팅두께를 수 마이크로미터(㎛) 단위로 조절할 수 있어 치수 정밀성이 높으며, 환경 오염물의 생성이 적어 환경친화적인 표면처리법으로 최근에 각광을 받고 있다.
물리기상증착(PVD) 방식의 일종인 아크 이온 플레이팅(Arc ion plating) 방식의 피막 형성 장치에서는, 아크 방전에 의해 피복재료를 공급하는 아크 발생 장치(Arc Source)를 하나 이상 구비한다. 아크 발생 장치는 피복재료 타겟을 구비하고 있고, 진공 챔버에 대하여 음(-) 전위가 인가되어 아크 방전 과정에서 진공 챔버에 대하여 음극으로 작용하여 아크 방전을 발생함으로써, 타겟을 구성하는 피복재료 물질이 아크 방전에 의해 융용 및 증발되도록 하게 된다. 이러한 아크 발생 장치의 일 예가 공개특허공보 2005-0084412호에 기재되어 있다.
일반적으로 피막 형성 장치를 사용함에 있어서는, 피막 형성 대상물인 제품의 종류나 규격이 복수인 경우가 많고 제품 변경에 따라 타겟이 달라지게 되는 경우가 있다. 예컨대, 동일한 피막 형성 장치로 다른 종류의 단원계, 2원계, 3원계 타겟을 적용해야 하는 경우가 많다. 보다 구체적인 예로서, 종래의 아크 발생 장치를 사용하여 알루미늄(Al) 함량이 높은 타겟으로 박막을 코팅하는 경우, 상대적 저융점 금속인 알루미늄의 증발량이 증가하게 되며, 이는 거대 입자(Droplet) 발생을 초래하여 치밀하지 못한 박막이 형성되어 모든 기계적인 물성치가 저하되는 요인이 된다. 이러한 현상을 줄이기 위한 방법으로 전자석의 전류량을 조절하여 아크 스팟의 속도를 매우 빠르게 제어하는 것을 생각해볼 수 있지만, 이 경우 타겟 표면에서 자기장의 급격한 편차로 인하여 특정한 부분의 국부적인 식각을 야기하여 타겟 사용 효율의 저하 원인이 된다.
이와 같이 타겟의 종류가 변경되면 해당 타겟에 대하여 아크를 발생하고 아크의 움직임과 범위를 제한할 자기장을 다시 최적화하는 것이 바람직하지만, 종래의 아크 발생 장치는 자석 구성부가 고정되어 있어 모든 타겟에 대하여 동일한 자기장을 가질 수 밖에 없다. 그리고 타겟 표면의 자기장에 영향을 줄 수 있는 전자석도 타겟 중심부에 위치하고 있어, 타겟 중심부의 자기장만을 변동시킬 수 있을 뿐이다. 이는 타겟 표면 자기장의 편차를 발생하게 되어 타겟 사용 효율 및 박막의 기계적인 물성치를 저하시키는 요인이 된다. 더욱이, 종래의 아크 발생 장치는 어셈블리 형태로 구조가 고정되어 있기 때문에, 자석의 종류나 배치를 변경하는 것이 불가능하여 자기장을 타겟에 따라 맞춤식으로 최적화하는 것이 불가능하다.
한편, 종래의 아크 발생 장치에서는 타겟의 상단 모서리 안쪽을 클램프로 클램핑하여 지지하기 때문에, 클램프의 파손 가능성 등을 감안하여, 아크 발생 및 존재 영역을 타겟의 표면 중에서 중심측 일부로 제한하는 경우가 많다. 이에 따라 종래의 장치에서는 타겟의 유효 면적이 크게 감소하고 타겟의 사용 효율이 저하되는 문제점이 있다.
공개특허공보 2005-0084412호(2005. 8. 26.), 요약 및 도 1
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 타겟이 변경되는 경우 자기장을 타겟에 최적화하여 맞춤화된 자기장 설계를 할 수 있게 해주는 아크 발생 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 타겟의 표면에서 아크 발생 및 존재 영역을 확장할 수 있어서 타겟의 사용 효율을 향상시킬 수 있게 해주는 아크 발생 장치를 제공하는 것을 다른 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양태에 따르면 진공 챔버에 설치되어 아크를 발생시키는 아크 발생 장치가 제공된다. 상기 아크 발생 장치는 진공 챔버에 부착, 설치되고, 아크 방전이 이루어지는 표면을 가지는 타겟을 포함하는 아크 소스 보디; 및 상기 아크의 움직임을 조절하기 위한 적어도 하나의 자석을 구비하고, 상기 아크 소스 보디에 착탈될 수 있어서 상기 아크 소스 보디에서 분리하여 상기 자석을 변경할 수 있게 해주는 자석 어셈블리;를 구비한다.
상기 타겟은 판상으로 된 타겟 보디; 및 상기 타겟 보디의 외주면에서 외측으로 돌출되어 연장되는 돌출부;를 구비하도록 구성되어, 상기 보디와 상기 돌출부의 사이에서 외주면에 단차가 형성되게 할 수 있다. 이러한 경우, 타겟 고정 클램프는 상기 단차를 클림핑하여 지지하게 된다.
상기 아크 발생 장치는 상기 타겟의 외측 상방에서 상기 타겟과 이격되게 설치되어 상기 타겟과 전기적으로 절연되어 부유전위를 가지며 상기 아크가 상기 타겟의 상부공간에서 외주방향으로 벗어나지 못하도록 제한하는 플로팅 쉴드 부재;를 더 구비할 수 있다.
자석 어셈블리는 적어도 하나의 영구자석을 수용하는 영구자석 수용부; 및 적어도 하나의 전자석이 설치되는 전자석 수용부;를 구비하도록 구성되어, 상기 영구자석 수용부 및 상기 전자석 수용부가 서로 포개지거나 체결된 상태에서 상기 아크 소스 보디에 체결되게 할 수 있다.
상기 영구자석은 상기 자석 어셈블리만의 교체, 상기 영구자석 수용부만의 교체, 상기 영구자석만의 변경 중 적어도 하나를 통해 변경될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면 진공 분위기에서 아크를 발생하고 상기 아크에 의해 타겟 이온을 형성하여 피가공 제품에 소정의 처리를 하는 장치가 제공된다. 상기 처리 장치는 진공 챔버; 및 상기 진공 챔버에 설치되어 아크를 발생시키는 아크 발생 장치;를 구비한다. 상기 아크 발생 장치는 상기 진공 챔버에 부착, 설치되고, 아크 방전이 이루어지는 표면을 가지는 타겟을 포함하는 아크 소스 보디; 및 상기 아크의 움직임을 조절하기 위한 적어도 하나의 자석을 구비하고, 상기 아크 소스 보디에 착탈될 수 있어서 상기 아크 소스 보디에서 분리하여 상기 자석을 변경할 수 있게 해주는 자석 어셈블리;를 구비한다.
본 발명에 따르면, 아크 발생 장치에서, 자석이 설치되는 자석 어셈블리가 진공 챔버에 부착, 설치되는 아크 소스 보디에 착탈할 수 있게 되어있기 때문에, 자석 어셈블리를 아크 소스 보디에서 분리하여 자석을 변경하는 것이 가능하다. 이이 따라, 타겟 변경시에 자기장을 타겟에 최적화하여 맞춤화된 자기장을 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 타겟에 대한 클램프 고정을 타겟 표면 즉 증발면에서 하는 것이 아니라 별도로 마련된 단차에서 하기 때문에, 타겟 증발면을 온전하게 이용할 수 있게 되어 타겟의 사용 효율이 향상된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명한다. 도면 중,
도 1은 본 발명에 의한 아크 발생 장치가 적용되는 아크 이온 플레이팅 장치의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 발생 장치의 부분 분해 상태의 단면도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 발생 장치의 조립 상태 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 타겟의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 아크 발생 장치를 사용하여 식각된 AlCrSi 타겟을 종래의 아크 발생 장치를 사용하여 식각된 AlCrSi 타겟과 대비하여 보여주는 사진이다.
도 5는 본 발명에 의한 아크 발생 장치의 타겟 고정 구조를 종래의 타겟 고정 구조와 대비하여 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명에 의한 아크 발생 장치에서의 타겟과 종래의 아크 발생 장치에서의 타겟을 대비하여 보여주는 정면 사진이다.
도 7은 본 발명에 의한 아크 발생 장치에서 사용된 타겟의 식각 범위를 종래의 아크 발생 장치에서 사용된 타겟의 식각 범위를 구체적으로 대비하여 보여주는 사진이다.
도 1을 참조하면, 아크 이온 플레이팅 장치(1)는 내부의 압력을 진공에 가깝게 낮출 수 있게 되어 있는 진공 챔버(10)를 구비한다. 진공 챔버(10)는 진공 상태의 분위기에서 피막 형성이 되어야 할 제품(99)에 이온 플레이팅을 하기 위한 공간을 제공한다. 진공 챔버(10) 내에 필요한 분압을 형성시킬 수 있도록, 진공 챔버(10)에는 예컨대 아르곤과 같은 불활성 기체를 투입하기 위한 반응가스 투입구(20)와, 공기 및 상기 불활성 기체를 배출할 수 있게 해주는 가스 배출구(30)가 형성되어 있다.
진공 챔버(10)의 외벽에는 하나 이상의 아크 발생 장치(100)가 설치되어 있다. 각 아크 발생 장치(100)는 피막재료 증발원인 타겟(110)을 지지 및 고정하고. 상기 타겟(110)에 아크를 발생시켜서 타겟(110)에서 피막재료의 용융 및 증발이 일어나도록 하게 된다. 아크 발생을 위해 타겟(110)에는 진공챔버(10)에 대하여 음(-) 전위가 인가되어, 진공 챔버(10)와 타겟(110) 사이에 아크 방전이 일어날 수 있도록 한다. 즉, 아크 방전에 있어서, 상기 진공 챔버(10)는 양극으로 작용하고, 타겟(110)은 음극으로 작용하게 된다.
진공 챔버(10)의 내측에는 제품 모재(99)를 안착하고 지지하는 제품 홀더(40)가 마련되어 있다. 제품 홀더(40)는 아크 발생 장치(100)에 대하여 음(-) 전위 바이어스가 인가되며, 이에 따라 피막재료 증발 입자가 가속 전자에 의해 이온화된 후 제품 홀더(40) 측으로 유도되어 제품 모재(99)의 표면에 증착 및 도금될 수 있게 된다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 발생 장치(100)를 보여주는 도면으로서, 도 2a는 아크 발생 장치(100)의 부분 분해 상태의 단면도이고, 도 2b는 아크 발생 장치(100)의 조립 상태 단면도이다.
도시된 아크 발생 장치(100)는 진공 챔버(10) 측에 부착, 설치되는 아크 소스 보디(200)와, 상기 아크 소스 보디(10)에 착탈될 수 있는 자석 어셈블리(300)를 구비한다.
상기 아크 소스 보디(200)는 지지 프레임(210)과, 타겟 지지판(220), 클램프(230), 냉각관(240), 및 플로팅 쉴드(Floating shield) 부재(250)를 구비한다.
지지 프레임(210)은 아크 소스 보디(200)의 전체적인 구조를 지지하고, 챔버 체결 볼트(212)에 의해 진공 챔버(10)에 체결될 수 있게 해준다. 진공 챔버(10)에 체결될 때 기밀성을 높이기 위한 오링(O-ring)을 삽입할 수 있도록, 지지 프레임(210)의 측상부 외주면에는 오링 홈(214)이 형성되어 있다. 한편, 도면에는 도시되지 않았지만, 지지 프레임(210)의 외주면에는 진공 챔버(10)와의 체결을 용이하게 하기 위한 가이드 핀이 하나 이상 마련될 수 있다.
타겟 지지판(220)은 지지 프레임(210) 상에 마련되어, 그 상부면에 얹혀져서 설치되는 타겟(110)을 지지한다. 도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 타겟(110)은 판상으로 되어 있는 보디(112)와, 상기 보디(112)의 외주면 하단에서 외측으로 돌출되어 연장되는 돌출부(114)를 구비하며, 이에 따라 보디(112)와 돌출부(114)의 사이에서 외주면에 단차가 형성되어 있다. 일 실시예에 있어서, 보디(112)는 대략 원판 형태로 되어 있고 이에 따라 돌출부(114)는 보디(112)의 외주면 하단을 둘러싸는 원형으로 되어 있는데, 보디(112)의 형상이나 돌출부(114)의 위치가 이에 한정되는 것은 아니다.
다시 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 클램프(230)는 타겟(110)의 가장자리를 클램핑하여 지지한다. 특히 본 발명에 따르면, 클램프(230)가 타겟(110)의 보디(112)를 클램핑하는 것이 아니라, 보디(112)의 외주면 아래쪽에 있는 단차를 클램핑하게 된다. 이에 따라, 타겟(110)의 표면 즉 상부면이 온전하게 진공 챔버(10) 내에 노출될 수 있게 되어 있다.
냉각관(240)은 냉각수가 흐르는 통로를 제공하여, 아크 발생 장치(100)가 과열되는 것을 방지한다.
플로팅 쉴드 부재(250)는 타겟(110)의 외측 상방에서 타겟(110)과 틈새(252)를 두고 이격되어 설치된다. 플로팅 쉴드 부재(250)는 세라믹 재질 소재로 되어 있는 아이솔레이션 부재(254)를 통해 지지 프레임(210)에 결합된다. 이와 같은 플로팅 쉴드 부재(250)는 타겟(110)은 물론 지지 프레임(210)으로부터 전기적으로 절연되어 부유전위(Floating potential)을 가지게 되며, 타겟(110)의 표면상에 형성되는 아크가 타겟(110)의 상부공간에서 외주방향으로 벗어나지 못하도록 하게 된다.
한편, 자석 어셈블리(300)는 도면에서 상측 즉, 아크 소스 보디(200) 측에 있는 영구자석 수용부(310)와, 진공 챔버(10) 반대측에 있는 전자석 수용부(350)를 구비할 수 있다.
영구자석 수용부(310)는 도면에서 상측으로부터 하측으로 순차적으로 배치된 상판(312), 하판(314), 및 베이스 패널(316)을 구비한다. 상판(312)과 하판(314)은 상판(312)을 상하로 관통하여 하판(314)에 이르는 카운터 보어(318)를 통해 볼트를 끼움으로써 체결될 수 있다. 한편, 하판(314)과 베이스 패널(316)은 나사공(319)에 나사 내지 볼트를 끼움으로써 체결될 수 있다.
영구자석 수용부(310)의 상판(312) 및 하판(314)에는 영구자석(320, 330)이 설치된다. 본 실시예에 있어서, 영구자석(320, 330)은 상판(312) 및 하판(314)에 각각 매립된 환형 영구자석일 수 있다.
본 발명에 따르면, 자석 어셈블리(300)를 아크 소스 보디(200)로부터 분리할 수 있고, 더욱이 자석 어셈블리(300) 내에서 영구자석 수용부(310)만을 분리하여 영구자석(320, 330)을 교체하거나 보강/감소할 수 있다. 영구자석(320, 330)의 교체나 보강/감소 등의 변경는 타겟(110)이나 제품(99)의 종류, 소재, 크기 등 규격이 변경되는 경우, 영구자석(320, 330)의 자기장을 타겟(110)에 최적화하기 위해 이루어진다. 영구자석(320, 330)의 변경은 자석 어셈블리(300)를 아크 소스 보디(200)로부터 분리하고 자석 어셈블리(300) 내에서 영구자석 수용부(310)만을 분리한 상태에서 개별 영구자석(320, 330)을 교체하거나 추가하거나 일부 제거함으로써 행할 수도 있고, 영구자석 수용부(310) 또는 자석 어셈블리(300) 단위로 교체함으로써 행할 수도 있다.
한편, 전자석 수용부(350)는 지지 프레임(360), 전자석(370), 안전커버(380), 및 커넥터(386)를 구비한다.
지지 프레임(360)은 전자석 수용부(350)의 전체적인 구조를 지지한다. 지지 프레임(360)은 측방향으로부터 내측으로 만입된 전자석 수납 홈이 형성되어 있으며, 상기 전자석 수납 홈에는 전자석(370)이 설치된다. 일 실시예에 있어서, 상기 전자석(370)은 상기 지지 프레임(360)의 전자석 수납 홈을 따라 환형으로 연장되게 설치될 수 있다.
안전커버(380)는 지지 프레임(360)과 전자석(370)의 적어도 외측 하방과 하측을 을 둘러써서 보호하게 된다. 안전커버(380)의 하측에는 하방으로 연장되는 복수의 지지대(382)가 마련되어 있고, 상기 복수의 지지대(382) 하단에는 장치를 외부의 간섭으로부터 보호하기 위한 외측 커버(384)가 마련되어 있다. 커넥터(386)는 아크 발생 장치(100)에 접속되는 전선과 신호선들의 인입 통로를 제공한다.
이와 같은 자석 어셈블리(300)는 영구자석 수용부(310)와 전자석 수용부(350)가 포개지거나 체결된 상태에서 볼트(390)에 의해 아크 소스 보디(200)에 체결될 수 있다.
조립이 완료된 상태에서, 자석 어셈블리(300)의 영구자석(320, 330)과 전자석(370)은 고속으로 제어되는 아크 스팟이 타겟(110) 표면 상에서 일정한 궤적으로 가지고 안정적으로 운동을 하게 해줌과 아울러, 아크 스팟이 횡방향 즉 외주방향으로 타겟(110)을 이탈하지 않도록 해준다. 아울러, 영구자석(320, 330)과 전자석(370)은 타겟(110)으로부터 증발되어 이온화된 미세입자가 자력선을 따라서 나선 운동하도록 미세입자의 움직임을 활성화시킴으로써, 밀착력이 큰 피막을 형성할 수 있게 해준다. 한편, 이때, 플로팅 쉴드 부재(250)도 아크 스팟이 타겟(110)의 상부공간에서 외주방향으로 벗어나지 못하도록 기여한다.
본 발명에 의한 아크 발생 장치는 진공 챔버(10) 외부에서 진공에 영향을 주지 않고 분리될 수 있으며, 다양한 타겟에 대하여 각각 특화된 자기장을 구성할 수 있다. 또한, 전자석(370)이 타겟(110)의 에지를 하방에서 둘러싸는 환형으로 되어 있기 때문에, 타겟(110)의 표면 중 일부분이 아닌 전면적에 걸쳐 영향을 줄 수 있어서, 타겟 소모량에 맞춰 일정한 자기장을 유지할 수 있도록 할 수 있다. 이에 따라, 타겟 사용 효율 증대 및 일정한 박막의 기계적인 물성치의 확보가 가능해진다.
알루미늄 고함량을 가지는 AlCrSi 타겟을 전제로 본 발명의 아크 발생 장치를 제작하여 제반 성능과 특성을 종래의 장치와 대비하여 시험하였다. AlCrSi 타겟의 경우 빠른 아크 스팟 속도를 확보하기 위해서는, 타겟(110) 표면에 100G 이상의 높은 자기장 세기가 필요하다. 이러한 자기장 세기를 얻기 위하여. 영구자석으로는 종래의 페라이트(Ferrite) 또는 알니코(Al-Ni-Co) 자석을 대체하여 네오디움(Nd-Fe-B) 또는 사마륨 코발트(Sm-Co) 희토류 자석을 사용하였다.
도 4는 본 발명에 의한 아크 발생 장치를 사용하여 식각(errosion)된 AlCrSi 타겟을 종래의 아크 발생 장치를 사용하여 식각된 AlCrSi 타겟과 대비하여 보여주는 사진이다. 도면에서 (a)는 종래의 아크 발생 장치를 사용하여 식각된 AlCrSi 타겟을 보여주고, (b)는 본 발명에 의한 아크 발생 장치를 사용하여 식각된 AlCrSi 타겟을 보여준다.
종래의 아크 발생 장치에서 사용된 AlCrSi 타겟은 매끄러운 표면을 보이고 있지만, 본 발명에 의한 아크 발생 장치에서 사용된 AlCrSi 타겟 표면은 물결 무늬 패턴을 보이고 있다. 고속으로 제어되는 아크 스팟이 타겟 표면에 일정한 궤적을 가지고 빠르게 회전운동을 하고, 이러한 빠른 회전운동이 타겟 표면 상의 물결 무늬 식각형상으로 나타나게 된 것이다.
도 5는 본 발명에 의한 아크 발생 장치의 타겟 고정 구조를 종래의 타겟 고정 구조와 대비하여 보여주는 도면이다.
종래의 아크 발생 장치에서는 도면의 (a) 부분과 같이 타겟의 표면을 클램프로 클램핑하여 지지한다. 이와 같이 타겟을 고정하기 위한 클램프가 타겟의 표면 즉 증발면 위에 놓이게 되어, 클램프가 심각한 열적 손상을 입을 수 있음을 고려해서 아크의 이동 범위가 클램프에 도달하지 못하도록 아크의 이동 범위를 극단적으로 타겟 중심 방향에 모이도록 표면자기장을 제어해야 하며, 타겟의 사용 효율이 저하될 수밖에 없다.
이에 반하여, 본 발명에 따른 아크 발생 장치에서는 타겟의 측면에 마련되는 단차를 클램프가 클램핑하기 때문에 타겟의 증발면에서 이물질인 클램프가 사라지게 되고 타겟 증발면을 완전히 노출시켜 아크의 이동 범위에 제약을 없앨 수 있다. 이에 따라, 아크 이동 범위가 최대한 확장되고, 타겟 사용 효율이 향상된다.
도 6은 본 발명에 의한 아크 발생 장치에서의 타겟과 종래의 아크 발생 장치에서의 타겟을 대비하여 보여주는 정면 사진이다. (a)는 종래의 아크 발생 장치에서의 타겟을 보여주고, (b)는 본 발명에 의한 아크 발생 장치에서의 타겟을 보여준다. 종래의 장치에서는 타겟 표면 즉 증발명중 가장자리 부분이 클램프에 의해 가리게 되지만, 본 발명의 장치에서는 타겟 증발면이 완전히 노출되기 때문에, 외견상 일견하더라도 본 발명에 의한 아크 발생 장치에서의 타겟이 진공 챔버를 향해 더 많이 노출되고 있음을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명에 의한 아크 발생 장치에서 사용된 타겟의 식각 범위를 종래의 아크 발생 장치에서 사용된 타겟의 식각 범위를 구체적으로 대비하여 보여주는 사진이다. 도면에서 (a)는 종래의 아크 발생 장치에서 사용된 타겟의 식각 범위를 보여주고, (b)는 본 발명에 의한 아크 발생 장치에서 사용된 타겟의 식각 범위를 보여준다.
종래의 아크 발생 장치의 경우, 위에서 언급한 바와 같이 클램프의 열적 손상 가능성을 감안하여 타겟 중심부에 아크를 가둬두기 때문에, 표면 직경이 100 mm인 타겟에서 실질적인 아크 이동범위는 약 75mm에 지나지 않는다. 이에 반하여 본 발명의 아크 발생 장치에서는 아크 이동 범위가 100mm 직경의 증발면 전체에 이르게 되어, 종래에 비해 더 넓은 면적에서 아크가 이동할 수 있게 된다. 즉, 본 발명에 따르면 아크 이동 범위가 증발면의 직경 기준으로 약 25%, 면적 기준으로 79% 확장되어 타겟 사용 효율이 약 79%이상 증가시키는 결과를 보이게 된다. 아크의 방전 유지 안정성도 확보되어 한번에 10시간 이상 장시간 사용이 가능해지게 된다.
이때, 도 7(b)에 도시된 바와 같이 완전히 노출된 타겟의 외각에 실험 중 사용된 질소가스의 영향으로 자연스럽게 AlCrSiN의 질화 퇴적물이 쌓이게 되는데, 이 질화 퇴적물이 아크 이동 범위가 타겟 외각으로 이탈하는 것을 방지해주는 부수적인 역할도 한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다양한 방식으로 변형될 수 있고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 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.
1: 아크 이온 플레이팅 장치 10: 진공 챔버
20: 반응가스 투입구 30: 가스 배출구
40: 제품 홀더 99: 제품 모재
100: 아크 발생 장치 110: 타겟
112: 보디 114: 돌출부
200: 아크 소스 보디 210: 지지 프레임
212: 챔버 체결 볼트 214: 오링 홈
220: 타겟 지지판 230: 클램프
240: 냉각관 250: 플로팅 쉴드 부재
252: 틈새 254: 아이솔레이션 부재
300: 자석 어셈블리
310: 영구자석 수용부 312: 상판
314: 하판 316: 베이스 패널
318: 카운터 보어 319: 나사공
320, 330: 영구자석
350: 전자석 수용부 360: 지지 프레임
370: 전자석 380: 안전커버
382: 지지대 384: 외측 커버
386: 커넥터 390: 볼트

Claims (6)

  1. 진공 챔버에 설치되어 아크를 발생시키는 아크 발생 장치로서,
    상기 진공 챔버에 부착, 설치되고, 아크 방전이 이루어지는 표면을 가지는 타겟을 포함하는 아크 소스 보디; 및
    상기 아크의 움직임을 조절하기 위한 적어도 하나의 자석을 구비하고, 상기 진공 챔버에 설치된 상기 아크 소스 보디의 외측에 착탈될 수 있는 자석 어셈블리;
    를 구비하고,
    상기 자석 어셈블리가
    적어도 하나의 영구자석을 수용하는 영구자석 수용부; 및
    상기 영구자석 수용부에 착탈될 수 있고 적어도 하나의 전자석이 설치되는 전자석 수용부;
    를 구비하며, 상기 영구자석 수용부 및 상기 전자석 수용부가 서로 포개지거나 체결된 상태로 상기 진공 챔버에 설치된 상기 아크 소스 보디에 체결될 수 있고, 상기 진공 챔버에 설치된 상기 아크 소스 보디에서 분리될 수 있어서 상기 영구자석을 변경할 수 있게 해주는 자석 어셈블리;
    를 구비하는 아크 발생 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 타겟이
    판상으로 된 타겟 보디; 및
    상기 타겟 보디의 외주면에서 외측으로 돌출되어 연장되는 돌출부;
    를 구비하여, 상기 보디와 상기 돌출부의 사이에서 외주면에 단차가 형성되어 있으며,
    상기 아크 발생 장치가
    상기 단차를 클림핑하여 지지하는 클램프;
    를 더 구비하는 아크 발생 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 타겟의 외측 상방에서 상기 타겟과 이격되게 설치되어 상기 타겟과 전기적으로 절연되어 부유전위를 가지며, 상기 아크가 상기 타겟의 상부공간에서 외주방향으로 벗어나지 못하도록 제한하는 플로팅 쉴드 부재;
    를 더 구비하는 아크 발생 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 자석 어셈블리만의 교체, 상기 영구자석 수용부만의 교체, 상기 영구자석만의 변경 중 적어도 하나를 통해 상기 영구자석을 변경할 수 있는 아크 발생 장치.
  5. 진공 분위기에서 아크를 발생하고 상기 아크에 의해 타겟 이온을 형성하여 피가공 제품에 소정의 처리를 하는 장치로서,
    진공 챔버; 및
    상기 진공 챔버에 설치되어 아크를 발생시키는 아크 발생 장치;
    를 구비하며,
    상기 아크 발생 장치가
    상기 진공 챔버에 부착, 설치되고, 아크 방전이 이루어지는 표면을 가지는 타겟을 포함하는 아크 소스 보디; 및
    상기 아크의 움직임을 조절하기 위한 적어도 하나의 자석을 구비하고, 상기 진공 챔버에 설치된 상기 아크 소스 보디의 외측에 착탈될 수 있는 자석 어셈블리;
    를 구비하고,
    상기 자석 어셈블리가
    적어도 하나의 영구자석을 수용하는 영구자석 수용부; 및
    상기 영구자석 수용부에 착탈될 수 있고 적어도 하나의 전자석이 설치되는 전자석 수용부;
    를 구비하며, 상기 영구자석 수용부 및 상기 전자석 수용부가 서로 포개지거나 체결된 상태로 상기 진공 챔버에 설치된 상기 아크 소스 보디에 체결될 수 있고, 상기 진공 챔버에 설치된 상기 아크 소스 보디에서 분리될 수 있어서 상기 영구자석을 변경할 수 있게 해주는 자석 어셈블리;
    를 구비하는 처리 장치.
  6. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010038230A (ko) * 1999-10-22 2001-05-15 염승호 복합 피브이디 건식 도금 장치
JP2001521065A (ja) * 1997-10-24 2001-11-06 フィルプラス ヴァキューム テクノロジー ピーティーイー．リミテッド 金属被膜用および誘電性被膜用の陰極アーク源
KR20050084412A (ko) 2002-12-19 2005-08-26 어낵시스 발처스 악티엔게젤샤프트 자기장 발생 장치를 포함하는 진공 아크 공급 장치
KR20080074311A (ko) * 2007-02-08 2008-08-13 김윤택 전기적 이동 자계를 이용한 사각 캐소딕 아크 소스

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