KR102167854B1 - 영구 자석을 구비하는 아크 증발 코팅 소스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기상-증착될 코팅 재료로 제조된 타겟(2), 기상-증착될 코팅 재료의 기상 증착에 영향을 미치기 위한 강자성 요크(3), 및 기상-증착될 코팅 재료의 기상 증착에 영향을 미치기 위한 적어도 하나의 영구-자성체(4)를 포함하는 아크 증발 코팅 소스(1)에 관한 것이다. 강자성 요크(3)는 타겟(2)과 접촉하여 배치된다. 영구-자성체(4)는 강자성 요크(3)에 의해 타겟(2)에 체결된다.

Description

영구 자석을 구비하는 아크 증발 코팅 소스{ARC EVAPORATION COATING SOURCE HAVING A PERMANENT MAGNET}
본 발명은 아크 증발 코팅 소스에 관한 것이며, 그것은 기상-증착될 코팅 재료의 타겟(target), 기상-증착될 코팅 재료의 기상 증착에 영향을 미치기 위한 강자성 요크(ferromagnetic yoke) 및 기상-증착될 코팅 재료의 기상 증착에 영향을 미치기 위한 적어도 하나의 영구-자성체(permanent-magnetic body)를 구비한다.
물리적 기상 증착의 방법은 매우 다양한 층들을 제조하기 위한 기술 분야에서 널리 사용된다. 적용은 그 범위가, 특히 반도체 및 전자 산업에서, 매우 다양한 기판 재료들을 위한 내마모성 및 내부식성 코팅의 제조에서부터 코팅된 재료 복합체의 제조에까지 이른다. 이러한 넓은 적용 범위 때문에, 다양한 코팅 재료들이 증착되어야 한다.
물리적 기상 증착을 위해, 다양한 기법들, 예를 들어 기상 증착, 음극 스퍼터링(스퍼터 증착) 또는 아크 증발(전기 아크 기상 증착, 음극 아크 증착 또는 아크 소스 기상 증착 기법)이 사용된다.
음극 스퍼터링의 방법에서는, 챔버(chamber) 내에서 작업 가스, 예를 들어 아르곤(argon)에 의해 플라즈마(plasma)가 형성된다. 작업 가스의 이온들은 코팅 재료로 형성된 타겟 쪽으로 가속되고 코팅 재료로 이루어진 타겟 입자들에 충돌하며, 타겟 입자들은 기체 상으로 전환되고, 이러한 상으로부터, 코팅될 기판 위에 증착된다. 음극 스퍼터링의 방법에서 그 공정을 돕기 위해서 타겟의 활성 표면에 걸쳐 자기장을 형성하는 것이 공지되어 있다. 그렇게 함으로써 자기장은 타겟의 활성 표면 부근에서 플라즈마 밀도를 증가시키고, 그에 따라 코팅 재료의 증가된 분리(removal)로 이어진다. 그러한 방법은 마그네트론 음극 스퍼터링(마그네트론 스퍼터 증착)으로서 지칭된다.
아크 증발의 방법은 앞서 설명된 음극 스퍼터링의 방법과는 근본적으로 다르다. 아크 증발은 특히, 공구 및 기계 부품의 탄화물 코팅(carbide coating)을 위해 그리고 장식 응용 분야에서 층(layer)을 위해 사용된다. 아크 증발은 아크 방전을 이용하며, 그것은, 음극으로서, 타겟으로서 제공되는 코팅 재료와 양극 사이에서 점화된다. 결과적인 고-전류/저-전압 아크(이하, 아크)가 음극의 자유 전하 캐리어들(free charge carriers) 및 더 높은 분압(partial pressure)에 의해 자발적으로 생성되어서, 아크 방전은 고 진공 하에서조차도 유지될 수 있다. 사용되는 기술의 설계에 따라, 아크의 위치는 음극의 표면에 걸쳐 다소 무작위로 (소위 무작위-아크 기법) 또는 제어된 방식으로 (소위 스티어링된(steered)-아크 기법) 이동하며, 타겟의 표면 안으로 높은 에너지 입력은 매우 작은 영역에서 (소위 스팟(spot)에서) 발생한다. 이러한 높은 에너지 입력은 타겟의 표면에서 코팅 재료의 국부적인 증발로 이어진다. 스팟의 영역은 코팅 재료의 액적(liquid droplet), 코팅 재료 증기 및 코팅 재료의 형성된 이온으로 이루어진다. 타겟은 매우 작은 영역에서 용융 상태로 단지 변환되며, 그에 따라 임의의 위치에서 비교적 높은 코팅 속도를 갖는 기상 증착 소스로서 작동될 수 있다. 코팅 재료 증기의 이온화는 코팅될 기판에 증착되는 코팅 재료 층의 결과적인 특성에 매우 중요하다. 높은 증기압을 갖는 코팅 재료의 경우에는, 전형적으로 증기 입자의 약 25％가 이온화된 상태로 존재하고, 낮은 증기압을 갖는 코팅 재료의 경우에는, 전형적으로 증기 입자의 50％ 내지 100％가 이온화된 상태로 존재한다. 그 결과, 반응성 이온 도금(reactive ion plating)은 설비에서 어떠한 추가적인 이온화 장치도 필요로 하지 않는다. 아크 증발의 기법에서 기본적인 파라미터는 아크 전압과 아크 전류이며, 그것들은, 특히 타겟의 재료, 존재하는 반응성 가스 및 주어진 작업 압력과 같은, 추가적인 파라미터들에 의해 영향을 받는다. 아크 증발을 위한 전형적인 작동 조건은, 예를 들어, 15 V 내지 30 V 의 아크 전압과 50 A 내지 150 A 의 아크 전류이다.
아크 증발에서, 타겟의 표면상에서 아크의 이동 속도는 대응하는 스팟에서 용융 재료의 양을 결정한다. 그 속도가 더 낮을수록, 더 많은 양의 코팅 재료가 스팟으로부터 코팅될 기판 쪽으로 가속된다. 따라서, 낮은 속도는 기판 상에 성장하는 층에서 바람직하지 않은 스패터(spatter) 또는 거대입자(macroparticle)를 초래한다. 달성되는 아크의 이동 속도는 타겟의 코팅 재료에 좌우된다. 코팅 재료의 감소된 전기 전도도는 아크의 속도에서 감소를 초래한다. 타겟의 표면상에서 아크의 속도가 너무 낮은 경우, 즉, 한 스팟상에서 과도하게 긴 체류 시간(dwell time)이 있는 경우, 타겟의 국부적인 열 과부하와 기판 상에 성장하는 층이 바람직하지 않은 스패터 또는 거대입자로 심각하게 오염되는 결과가 초래된다. 표면 상에 거시적인 용융 영역으로 인해 타겟이 조기에 못쓰게 되는 경우가 또한 발생할 수 있다. 따라서, 지금까지는 특히 불량한 내열충격성을 갖는 재료들을 아크 증발에 사용하는 것이 거의 불가능했다.
아크 위치의 속도 및 그에 따라 스팟 크기는 자기장에 의해 영향을 받을 수 있다. 자기장 강도가 더 높을수록, 아크는 더 빠르게 이동한다. 아크 증발을 위한 설비에서, 아크의 속도에 영향을 미치기 위해 타겟을 위한 냉각된 지지체 후방에 전자석 또는 영구 자석을 제공하는 것이 알려져 있다.
WO 2011/127504 A1 은, 분말-야금기법으로 제조된 기상-증착될 코팅 재료의 타겟과 분말-야금 제조 공정으로 타겟에 통합되고 타겟에 견고하게 연결되는 적어도 하나의 강자성 영역(ferromagnetic region)을 구비하는, 물리적 기상 증착을 위한 코팅 소스를 기술하고 있다.
본 발명의 목적은, 비교적 고-용융 코팅 재료, 불량한 내열충격성을 갖는 세라믹 코팅 재료 및 자성 코팅 재료의 경우에서조차도 특히 안정된 코팅 공정을 가능하게 하는 아크 증발 코팅 소스를 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구항 제1항에 기재된 아크 증발 코팅 소스에 의해 달성된다. 유리한 개발 형태들은 종속항에서 구체화된다.
아크 증발 코팅 소스는 기상-증착될 코팅 재료의 타겟, 기상-증착될 코팅 재료의 기상 증착에 영향을 미치기 위한 강자성 요크, 및 기상-증착될 코팅 재료의 기상 증착에 영향을 미치기 위한 적어도 하나의 영구-자성체를 구비한다. 강자성 요크는 타겟과 접촉하여 배치된다. 영구-자성체는 강자성 요크에 의해 타겟에 체결된다.
본 명세서에서, 타겟은 기상-증착될 코팅 재료로 형성되는 코팅 소스의 영역을 의미하는 것으로 이해된다. 강자성 요크에 의해 영구-자성체를 타겟에 체결하는 것은 타겟과 접촉하는 강자성 요크의 배치에 의해, 코팅 재료로서 고-용융 재료의 경우, 불량한 내열충격성을 갖는 세라믹 코팅 재료의 경우 그리고 자성 코팅 재료의 경우에서조차도, 특히 안정된 코팅 공정을 제공하는 것을 가능케 한다. 영구-자성체는 타겟과 직접 접촉하는 것이 또한 바람직하다. 특히, 코팅 재료는 영구-자성체의 재료의 퀴리 온도(Curie temperature) 이상에 놓이는 융점(melting point)을 가질 수 있으며, 타겟은 영구-자성체의 영구 자화(permanent magnetization)를 파괴하지 않고 비교적 높은 온도에서 분말-야금기법으로 제조될 수 있는데, 왜냐하면 영구-자성체는 이후에 강자성 요크에 의해 타겟에 체결될 수 있기 때문이며, 그것은 이러한 경우에 영구-자성체가 분말-야금 방법에 의해 직접 타겟의 재료 안으로 도입된 경우에는 가능하지 않을 것이다. 또한, 특히 소형의 아크 증발 코팅 소스가 제공되며, 그 형태에서 강자성 요크 및 적어도 하나의 영구-자성체는 간편하고 저-비용으로 타겟의 활성 표면에 매우 근접하여 배치될 수 있다. 강자성 요크와 적어도 하나의 영구-자성체의 조합은 타겟의 활성 표면상에서 자기장이 매우 신뢰할 수 있게 미리 결정되는 것을 또한 가능하게 한다. 예를 들어 단 하나의 영구-자성체가 제공되는 것이 가능하며, 혹은 아크 증발 코팅 소스가 예를 들어 다수의 영구-자성체를 또한 구비할 수도 있다. 강자성 요크 외에도, 추가의 강자성 성분 또는 영역이 또한 추가로 제공될 수도 있다. 강자성 요크는 일체형으로 형성될 수 있는 것이 바람직하지만, 복수 개의 별개의 요소를 또한 가질 수도 있다. 본 발명에 따른 설계는 예를 들어 열간 프레싱(hot pressing) 또는 소위 방전 플라즈마 소결(spark plasma sintering, SPS)에 의해 세라믹 또는 금속-세라믹 재료의 타겟을 구비하는 아크 증발 코팅 소스를 제조하는 것을 또한 가능하게 하며, 그 방법에서 영구-자성체는 수반되는 높은 온도 때문에 그것들의 자화(magnetization)를 잃을 것이다. 본 발명에 따른 아크 증발 코팅 소스에 의하면, 자성 재료는, 재료가 어떠한 바람직하지 않은 크랙 형성(crack formation)도 보이지 않고, 아크 증발 코팅 설비에서 연속 작동으로 아크에 의해 또한 기상 증착될 수도 있다.
일 개발 형태에 따르면, 강자성 요크와 타겟은 기계적 연결에 의해 서로 연결된다. 이 경우, 타겟이 소진된 이후에 강자성 요크와 영구-자성체의 재사용이 특히 유리한 방식으로 가능하게 된다. 여기에서 기계적 연결은 해제가능한 논-포지티브(non-positive) 및/또는 포지티브(positive) 연결을 의미하는 것으로 이해된다. 기계적 연결은 특히 나사 연결(threaded connection), 베이어넷 연결(bayonet connection) 또는 유사한 연결을 포함할 수도 있다. 강자성 요크와 타겟은 나사 연결에 의해 서로 연결되는 것이 바람직하다. 이 경우, 아크 증발 코팅 소스의 특히 간편하고 저-비용인 설치가 가능하게 된다.
일 개발 형태에 따르면, 타겟에는 수나사(external thread)가 제공되며, 그것은 요크에 제공된 암나사(internal thread)와 상호 작용한다. 이 경우, 타겟은 강자성 요크의 암나사 안으로 나사 체결함으로써 간편하게 그리고 저-비용으로 요크와 영구-자성체에 연결될 수 있다.
강자성 요크는 타겟의 후방측(rear side)에 배치되는 것이 바람직하다. 일 개발 형태에 따르면, 강자성 요크는 실질적으로 포트(pot)의 형태로 타겟의 후방측을 둘러싼다. 이 경우에, 타겟의 활성 표면상에서 자기장은 특히 신뢰성 있게 설정될 수 있다. 특히, 타겟의 활성 표면상에서 결과적인 자기장은 이 경우에 요크의 형태와 영구-자성체의 형태 및 두께에 대한 작은 변경에 의해 바람직한 방법으로 모델링되거나 변경될 수 있다.
일 개발 형태에 따르면, 영구-자성체는 타겟을 향하는 요크 측에서 강자성 요크 내에 수용될 수 있다. 이 경우에, 영구-자성체는 특히 신뢰성 있게 타겟에 체결될 수 있으며, 영구-자성체의 자기장은 요크에 의해 바람직한 방법으로 모델링될 수 있다.
일 개발 형태에 따르면, 영구-자성체는 고리(ring) 형태를 취한다. 이 경우, 타겟의 활성 표면상에서 자기장의 특히 대칭적인 형성이 가능하게 된다. 타겟의 형태에 따라, 영구-자성체는 예를 들어 실질적으로 원형 고리 형태, 실질적으로 타원형 고리 형태 또는 각진 고리 형태(angular ring form)를 가질 수도 있다.
일 개발 형태에 따르면, 요크는 아크 증발 코팅 설비의 냉각된 지지체에 기계적으로 체결하기 위한 연결부를 구비한다. 이 경우, 아크 증발 코팅 소스는 어떠한 추가 부품 없이 매우 공간-절약형으로 코팅 설비에 체결될 수 있다. 일 개발 형태에 따르면, 그 연결부는 나사를 구비한다. 코팅 설비의 설계에 따라, 그 나사는 예를 들어 코팅 설비의 수나사와 상호 작용을 위해 암나사로서 형성될 수 있거나, 예를 들어 코팅 설비의 암나사와 상호 작용을 위해 수나사로서 형성될 수도 있다.
본 발명의 또 다른 장점들 및 유리한 측면들은 첨부된 도면을 참조하여 다음 예시적인 실시 형태의 설명으로부터 나타난다.
본 발명에 의하면, 비교적 고-용융 코팅 재료, 불량한 내열충격성을 갖는 세라믹 코팅 재료 및 자성 코팅 재료의 경우에서조차도 특히 안정된 코팅 공정을 가능하게 하는 아크 증발 코팅 소스가 제공된다.
도 1은 일 실시 형태에 따른 아크 증발 코팅 소스의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 2는 도 1의 아크 증발 코팅 소스의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 3은 아크 증발 코팅 소스의 개개의 부품들을 설명하기 위한 개략적인 분해단면도를 도시한다.
도 4는 제1 변형형태에 따른 아크 증발 코팅 소스의 개략적인 분해단면도를 도시한다.
도 5는 제2 변형형태에 따른 아크 증발 코팅 소스의 개략적인 분해단면도를 도시한다.
도 6은 또 다른 변형형태에 따른 아크 증발 코팅 소스의 개략적인 분해단면도를 도시한다.
도 1 및 도 2를 참조하여 이하에서 일 실시 형태가 더욱 상세하게 설명되며, 가능한 변형형태들이 도 3 내지 도 6을 참조하여 또한 설명되고, 각각의 경우에 상응하는 구성 요소에 대해 동일한 부호가 사용된다.
제1 실시 형태의 경우, 아크 증발 코팅 소스(1)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 평면도에서 실질적으로 둥근 형태를 갖는다. 비록 예시적인 실시 형태와 그 변형형태에 관하여 각각의 경우에 실질적으로 둥근 형태를 갖는 아크 증발 코팅 소스(1)가 설명되어 있지만, 다른 형태들이 또한 가능하며, 특히 타원형 또는 길쭉한 직사각형 형태가 또한 가능하다.
아크 증발 코팅 소스(1)는 타겟(2)을 구비하며, 그것은 기상-증착될 코팅 재료로 이루어진다. 도시된 예시적인 실시 형태의 경우에, 타겟(2)은 전방측(20)과 후방측(21)을 가진 실질적으로 원통 형태(cylindrical form)를 갖는다. 전방측(20)은 활성 표면으로서 형성되며, 그 위에서는 아크 증발 코팅 설비에서 아크 증발 코팅 소스(1)의 작동 중에 아크가 이동하고, 코팅 재료의 기상 증착이 일어난다. 전방측(20)은 실질적으로 평탄한 면(23)을 구비하며, 그것은 전방측(20)상에서 평탄한 면(23)으로부터 돌출하는 주변의 에지(22)에 의해 둘러싸인다. 외측에서, 에지(22)는 실질적으로 원통형 표면에 의해 그 경계가 정해진다. 에지(22)는 평탄한 면(23)에서부터 약간 넓어지는 내경(inside diameter)을 가져서, 그 에지(22)는 평탄한 면(23)으로부터의 거리가 증가함에 따라 점점 가늘어진다.
비록 예시적인 실시 형태의 경우에는 타겟(2)이 앞서 설명된 에지(22)를 구비하는 디자인이 나타나 있지만, 예를 들어 타겟(2)이 그러한 에지(22) 없이 완전히 평평한 전방측(20)을 갖는 것이 또한 가능하다. 더욱더 다른 디자인의 전방측(20)이 또한 가능하다.
에지(22)의 실질적으로 원통형인 외경(outside diameter)의 후방측에서, 타겟(2)은, 후방측(21)에 인접하고 에지(22) 영역에서의 외경보다 다소 더 작은 외경을 갖는, 영역(24)에 제공되어서, 타겟(2)의 외측에 주변 단차(peripheral step)가 형성된다.
후방측(21)에 인접한 상기 영역(24)에서, 그 실시 형태의 경우에 타겟(2)은 마찬가지로 실질적으로 원통형인 외경을 갖는다. 이러한 영역(24)에서, 타겟(2)에는 수나사(25)가 제공되며, 그것의 기능은 이하에서 더욱더 상세하게 설명된다.
후방측(21)의 중심 영역에는 홈(recess)(26)이 형성되며, 그것은, 도시된 예시적인 실시 형태의 경우에, 더 큰 단면의 제1 부분(26a)과 더 작은 단면의 인접하는 제2 부분(26b)을 갖는 2-단계 디자인을 갖는다. 비록 그 예시적인 실시 형태의 경우에는 그러한 2-단계 디자인이 나타나 있지만, 다른 디자인들이 또한 가능하며, 예를 들어, 홈(26)은 단지 제1 부분만을 갖는 단순한 오목부(depression)로서 형성될 수도 있다.
타겟(2)은 특히 분말-야금 제조 공정으로 하나 이상의 출발 분말로부터 프레스(press)에서 압축하고 후속 소결함으로써 제조될 수도 있으며, 특히 출발 분말 또는 분말들이 매우 높은 융점을 갖는 하나 이상의 구성 성분을 포함하는 것이 또한 가능하다. 타겟(2)은 이 경우에 코팅 재료로서 특히 금속-세라믹 또는 세라믹 재료로부터 형성될 수도 있다.
도시된 예시적인 실시 형태의 경우에, 예를 들어, 수나사(25)는 분말-야금 제조 공정 중에, 예를 들어 대응하는 형상 안으로 가압함으로써 또는 소결 전에 블랭크(blank)를 기계가공 함으로써, 코팅 재료에 직접 포함될 수도 있으며, 또는 수나사(25)는 소결 이후에 기계가공 함으로써 생성될 수도 있다.
특히 도 2와 도 3에 나타낸 바와 같이, 아크 증발 코팅 소스(1)는 강자성 요크(3)를 구비하며, 그것은 예시적인 실시 형태의 경우에 예를 들어 강철(steel)에 의해 형성될 수도 있다. 그러나, 다른 강자성 재료들이 예를 들어 또한 가능하다. 강자성 요크(3)는, 바닥 영역(30)과, 바닥 영역(30)으로부터 주변에서 상향으로 즉, 타겟(2)의 활성 표면의 방향으로 연장되는, 측벽(31)을 갖는 포트-형상의 형태를 갖는다. 중심 부분에서, 바닥 영역(30)에는 돌출부(projection)(32)가 제공되며, 그것은 바닥 영역(30)으로부터 타겟(2)의 방향으로 연장된다. 타겟(2)을 향하는 측에서, 결과적으로 바닥 영역(30)은 돌출부(32)를 둘러싸는 실질적으로 환형 표면(annular surface)을 갖는다.
강자성 요크(3)에는 아크 증발 코팅 설비의 냉각된 지지체에 기계적으로 체결하기 위한 연결부가 제공된다. 예시적인 실시 형태의 경우에, 아크 증발 코팅 설비의 냉각된 지지체 상의 대응하는 수나사와 상호작용하도록 맞추어지는 암나사(33)가, 강자성 요크(3)의 후방측으로부터, 돌출부(32)에 형성된다. 비록 예시적인 실시 형태의 경우에는 그러한 암나사(33)가 요크에 제공되지만, 예를 들어 다르게 형성된 연결부를 강자성 요크(3)에 제공하는 것이 또한 가능하며, 예를 들어 돌출부에 후방측으로부터 돌출하는 수나사를 제공하는 것이 또한 가능하다. 비록 본 경우에는 아크 증발 코팅 소스(1)가 아크 증발 코팅 설비에서 나사 연결에 의해 체결되도록 설계되는 예시적인 실시 형태의 설명이 주어져 있지만, 다른 연결 방법들이 또한 가능하다. 예를 들어, 아크 증발 코팅 소스(1)는 칼라(collar)에 의해 또는 베이어넷 체결부재 등에 의해 아크 증발 코팅 설비에 연결되도록 설계될 수도 있다.
강자성 요크(3)는 암나사(34)를 구비하며, 그것은 타겟(2)의 수나사(25)와 상호작용하여 나사 연결을 형성할 목적으로 설계된다. 특히 도 2에 나타낸 바와 같이, 강자성 요크(3)와 타겟(2)은 결과적으로 서로 기계적 연결(5)에 의해 연결되며, 그것은 도시된 예시적인 실시 형태의 경우 나사 연결에 의해 형성된다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 강자성 요크(3)의 측벽(31)의 외경은 그것이 활성 표면 영역에서 타겟(2)의 외경에 대응하도록 치수가 정해져서, 강자성 요크(3)는 나사 결합된 상태에서 타겟(2)에 동일 높이로 인접한다.
아크 증발 코팅 소스(1)는 적어도 하나의 영구-자성체(4)를 또한 구비한다. 예시적인 실시 형태의 경우에, 영구-자성체(4)는 고리에 의해 형성되며, 그것은 강자성 요크(3)와 타겟(2) 사이에 기계적 연결을 형성하기 전에 강자성 요크(3) 안으로 위치된다. 예시적인 실시 형태의 경우에, 영구-자성체(4)는, 그것이 강자성 요크(3) 안으로 위치되어서 강자성 요크(3)의 바닥 영역(30)에서 실질적으로 환형으로 돌출부(32)를 둘러싸고 돌출부(32)에 의해 중심에 위치되어 유지될 수 있도록, 설계된다.
영구-자성체(4)의 바깥쪽 둘레(outer circumference)와 타겟(2)에서의 홈(26)은 영구-자성체(4)가 홈(26) 안에 수용되도록 서로 맞추어진다. 도시된 예시적인 실시 형태의 경우에, 영구-자성체(4)는 홈(26) 중에서 제1 부분(26a) 안에 수용되고 돌출부(32)는 홈(26) 중에서 제2 부분(26b) 안으로 연장된다. 비록 예시적인 실시 형태의 경우에는 단 하나의 영구-자성체(4)가 도시되어 있지만, 복수 개의 영구-자성체(4)가 제공될 수도 있다. 또한, 영구-자성체(4)들은 상이한 형태를 취할 수도 있다.
특히 도 2에 나타낸 바와 같이, 타겟(2), 강자성 요크(3) 및 영구-자성체(4)는, 아크 증발 코팅 소스(1)의 조립된 상태에서, 타겟(2), 강자성 요크(3) 및 영구-자성체(4)가 서로에 대해 견고하게 놓이도록, 형태에서 서로 부합하도록 제조된다. 결과적으로, 아크 증발 코팅 소스(1)는 매우 콤팩트한 구조를 갖는다.
타겟(2)의 후방측(21)과 강자성 요크(3)의 바닥 영역(30) 사이에 최상의 가능한 전기적 및 열적 접촉을 제공하기 위해서, 타겟(2)과 강자성 요크(3)의 바닥 영역(30) 사이에는, 예를 들어 얇은 흑연 포일(graphite foil)과 같은, 높은 전기적 및 열적 전도도의 재료의 시트(sheet)가 배치될 수도 있으며, 그것은 타겟(2)과 강자성 요크(3) 사이에 기계적 연결의 형성 중에 그 사이에 클램핑된다(clamped). 그 시트는 특히 실질적으로 환형 형태를 가질 수도 있으며, 그것은 돌출부(32) 주위에서 환형의 바닥 영역(30)에 맞추어진다.
설명된 아크 증발 코팅 소스(1)의 경우에, 타겟(2)의 활성 표면상에서 결과적인 자기장은, 도 4 내지 도 6에 개략적으로 도시된 바와 같이, 타겟(2)의, 강자성 요크(3)의, 그리고/또는 영구-자성체(4)의 형태의 약간의 기하학적인 맞춤(adaptation)에 의해 용이하게 변경되거나 적합하게 될 수도 있다.
도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이, 결과적인 자기장을 변화시키기 위해 강자성 요크(3)의 측벽(31)의 높이가 변경될 수 있다. 또한, 결과적인 자기장을 변화시키기 위해 강자성 요크(3)의 측벽(31)의 벽 두께가 변경될 수도 있다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 바람직하게는, 측벽(31)의 내측에서 암나사(34)의 아래에는 릴리프 홈(relief groove)(35)이 제공될 수 있다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 강자성 요크의 측벽(31)의 자유단(free end)은 소정의 곡률 반경(36)을 갖는 둥근 디자인을 내측에서 갖는다. 그 곡률 반경(36)을 증가시키거나 감소시킴으로써 결과적인 자기장은 마찬가지로 상당히 영향을 받을 수 있다.
도 5 및 도 6에 개략적으로 도시된 바와 같이, 결과적인 자기장을 변화시키기 위해 영구-자성체(4)의 형태가 변경될 수도 있다. 도 5 및 도 6에서, 비록 강자성체(4)의 바깥쪽 둘레는 타겟(2)을 향하는 측에서 다소 편평하게 또는 둥글게 형성되지만, 강자성체(4)는 마찬가지로 실질적으로 환형의 형태를 갖는다. 특히, 강자성 요크(3)의 측벽(31)의, 그리고 영구-자성체(4)의, 기하학적인 형태를 변경하는 것에 대해 설명된 가능성들은 원하는 결과적인 자기장을 제공하기 위해 서로 조합될 수 있다.
일 개발 형태에 따르면, 설명된 아크 증발 코팅 소스(1)는, 예를 들어 Cu 또는 Cu 합금과 같은, 높은 열 전도도의 배킹 재료(backing material)와 함께 주조함으로써 아크 증발 코팅 설비의 냉각된 지지체에 훨씬 더 양호하게 열적으로 결합될 수도 있어서, 매우 낮은 내열충격성을 갖는 코팅 재료가 아크 증발 코팅 설비에서 아크에 의해 또한 기상-증착될 수도 있다.
따라서, 아크 증발 코팅 소스의 타겟의 표면상에 매우 높은 자기장 밀도를 제공하는 것을 가능하게 하는 실시 형태의 설명이 주어졌다. 이렇게 해서, 아크 증발에서 코팅 공정 중에 점화 특성 및 아크의 안정성이 상당히 향상된다. 금속성 타겟의 경우에, 스패터 및 액적(droplet)의 방출의 감소가 이러한 방식으로 달성된다. 금속-세라믹 재료 또는 세라믹 재료로 이루어진 타겟의 경우에, 달성되는 아크의 움직임에서 더 큰 속도와 그 움직임을, 그리고 그에 따라 코팅 재료의 분리를, 원하는 경로로 향하게 하는 것의 가능함은 스팟에서의 국부적인 에너지 입력이 감소되고 낮은 전기 전도도 및 낮은 내열충격성의 코팅 재료에 의해 야기되는 단점들이 보상된다는 것을 의미한다. 강자성 요크(3)와 적어도 하나의 영구-자성체(4)는 코팅 재료의 분리 프로파일(removal profile) 또는 분리 공정이 제어될 수 있도록 배치될 수도 있다. 또한, 아크 증발에 의한 강자성 코팅 재료의 직접 증착이 또한 가능하게 된다.
강자성 요크(3)와 적어도 하나의 영구-자성영역(4)은, 예를 들어 원하는 자기장이, 표면 근처에 있는 타겟의 영역에서, 코팅 설비에 제공되는 외부 자기장과 함께, 뛰어난 정확도로 설정되도록, 최적화될 수도 있다. 그렇게 함으로써 설비-측 자기장의 특정 약화 및/또는 강화에 국부적인 해결(local resolution)을 제공하는 것이 가능하다. 자성 영역은 예를 들어 특정 영역이 코팅 공정에 대해 차폐되어서 어떠한 감지할 수 있는 분리(appreciable removal)도 거기에서 일어나지 않도록 형성될 수도 있다. 또한, 예를 들어, 타겟이 예를 들어 세라믹 질화물 또는 산화물 층으로 바람직하지 않게 코팅되는 것은 결과적인 자기장을 구체적으로 설정함으로써 회피된다는 점에서, 타겟의 특정 영역은 설명된 디자인에 의해 오염으로부터 보호될 수도 있다. 타겟의 활성 표면상에서 아크의 이동 경로는 예정될 수 있다. 이것은 예를 들어 분할된 타겟을 사용하는 것을 가능케 하며, 그것은 제조 기술을 고려하여 작은 치수로 단지 제조되거나, 원하는 화학 조성으로 층을 증착하기 위해 상이한 영역에서 상이한 재료 조성을 가질 수 있다.

Claims (10)

  1. 기상-증착될 코팅 재료로 이루어진 타겟(2), 기상-증착될 코팅 재료의 기상 증착에 영향을 미치기 위한 강자성 요크(3), 및 기상-증착될 코팅 재료의 기상 증착에 영향을 미치기 위한 적어도 하나의 영구-자성체(4)를 포함하는, 아크 증발 코팅 소스(1)로서,
    상기 타겟(2)에는 코팅 재료에 형성된 수나사(25)가 제공되며,
    상기 강자성 요크(3)는 포트의 형태로 타겟(2)의 후방측(21)을 둘러싸고, 타겟(2)의 수나사(25)와 상호 작용하는 암나사(34)를 구비하며,
    상기 영구-자성체(4)는 타겟(2)을 향하는 요크(3)의 측에서 강자성 요크(3) 내에 수용되며,
    상기 강자성 요크(3)는 타겟(2)과 접촉하여 배치되고, 타겟(2)의 수나사(25)와 강자성 요크(3)의 암나사(34)에 의해 형성되는 나사 연결에 의해 타겟(2)에 연결되며,
    상기 영구-자성체(4)는 강자성 요크(3)와 타겟(2) 사이에 배치됨으로써 타겟(2)에 체결되는 것을 특징으로 하는, 아크 증발 코팅 소스(1).
  2. 제1항에 있어서,
    강자성 요크(3)는 타겟(2)의 후방측(21)에 배치되는 것을 특징으로 하는, 아크 증발 코팅 소스.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    영구-자성체(4)는 고리 형태를 취하는 것을 특징으로 하는, 아크 증발 코팅 소스.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 요크(3)는 아크 증발 코팅 설비의 냉각된 지지체에 기계적으로 체결하기 위한 연결부(33)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 아크 증발 코팅 소스.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연결부(33)는 나사를 구비하는 것을 특징으로 하는, 아크 증발 코팅 소스.
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