KR19980075593A - Carbon nitride (CxNy) thin film coating equipment - Google Patents
Carbon nitride (CxNy) thin film coating equipment Download PDFInfo
- Publication number
- KR19980075593A KR19980075593A KR1019970011834A KR19970011834A KR19980075593A KR 19980075593 A KR19980075593 A KR 19980075593A KR 1019970011834 A KR1019970011834 A KR 1019970011834A KR 19970011834 A KR19970011834 A KR 19970011834A KR 19980075593 A KR19980075593 A KR 19980075593A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- magnetic field
- electromagnet
- arc
- thin film
- film coating
- Prior art date
Links
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
음극체에 부착된 탄소 이온원 타겟금속의 표면에 아크를 발생시키기 위한 촉발전극과 자장 형성에 의해 방전 아크를 구속 제어하기 위한 아크제어수단으로서 음극체의 외주연부에 마련된 실린더형 전자석과 타겟금속의 아크 발생면 후방에 가변적으로 마련되는 영구자석을 포함하는 음극 아크방전원과, 상기 음극 아크방전원 및 그와 대향되도록 배치되는 기판을 수용하여 대기와 차단시킬 수 있도록 휘어진 통형의 진공 챔버와, 타겟금속에서 증발된 탄소 하전입자를 자장 형성에 의해 기판으로 이동시켜 증착될 수 있도록 챔버의 외주부를 감싸는 자장필터를 포함하고, 타겟금속으로부터 방출된 탄소이온과 챔버에 주입되는 활성기체의 질소이온이 반응하여 카본 니트라이드(CXNY) 박막이 기판에 증착되도록 된 음극 아크방전을 이용한 자장필터형 카본 니트라이드 박막 코팅장치가 개시되어 있다.A trigger electrode for generating an arc on the surface of the carbon ion source target metal attached to the cathode body and an arc control means for restraining the discharge arc by forming a magnetic field of the cylindrical electromagnet and the target metal provided at the outer periphery of the cathode body. A negative arc arc power source including a permanent magnet variably provided at the rear of the arc generating surface, a cylindrical vacuum chamber bent to receive the negative arc arc power source and a substrate disposed to face the arc arc power source, and to block the atmosphere; It includes a magnetic field filter surrounding the outer circumference of the chamber so that the carbon charged particles evaporated from the metal can be transferred to the substrate by the formation of a magnetic field, and the carbon ions emitted from the target metal and the nitrogen ions of the active gas injected into the chamber react. the carbon nitride (C X N Y) thin film magnetic filter using a cathodic arc discharge to be deposited on the substrate The carbon nitride thin-film coating apparatus is disclosed.
Description
본 발명은 카본 니트라이드(CXNY) 박막 코팅장치에 관한 것으로서, 특히 음극 아크방전에 의해 그라파이트 타겟에서 발생된 플라즈마가 자장에 의해 모재로 이동되어 박막 상태로 증착되는 음극 아크방전을 이용한 자장필터형 카본 니트라이드 박막 코팅장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a carbon nitride (C X N Y ) thin film coating apparatus. In particular, a plasma generated from a graphite target by a cathode arc discharge is moved to a base material by a magnetic field and deposited in a thin film state. It relates to a filter type carbon nitride thin film coating apparatus.
최근, 새로운 표면피복층 코팅물질로 부상되고 있는 카본 니트라이드(Carbon Nitride, 이하 CXNY로 기재함)는 다이아몬드의 경도에 상응하는 고경도를 가지는 동시에 다이아몬드보다 우수한 내열성을 가지는 질화물질로서, 예컨대 금형이나 공구 등의 모재에 우수한 내마모성이나 내식성, 내열성 및 고경도 등의 특별한 기능을 부여하기 위해 화학증착법(CVD)이나 물리증착법(PVD)에 의한 박막코팅이 시도되고 있다.Carbon Nitride (hereinafter referred to as C X N Y ), which has recently emerged as a new surface coating layer coating material, is a nitride material having high hardness corresponding to the hardness of diamond and having better heat resistance than diamond. In order to provide special functions such as wear resistance, corrosion resistance, heat resistance and high hardness to base materials such as molds and tools, thin film coating by chemical vapor deposition (CVD) or physical vapor deposition (PVD) has been attempted.
도 1은 종래의 CXNY박막 코팅장치의 일예를 보인 것으로서, 플라즈마 향상 화학증착(Plasma Enhanced CVD) 장치의 개략적 단면구성도이다. 도시된 CXNY박막 코팅장치는 10-3내지 수 토르(Torr)의 진공 상태를 이루고 있는 진공챔버(10)의 내부에 기판(1)을 설치하고, 상기 진공챔버(10)와 연결된 플라즈마튜브(20)의 외주부에 권회된 코일(21)에 고주파전류를 인가하는 동시에 상기 플라즈마튜브(20)의 내부로 고순도(99.9999%)의 아르곤(Ar)과 질소가스(N2)를 주입하여 플라즈마를 발생시킨다. 그리고, 상기 기판(1)에 음전압을 인가하고 활성기체 공급관(31)을 통하여 상기 기판(1)의 주위로 메탄가스(CH4)를 유입시켜 활성화된 기체가 상기 플라즈마 내부에서 이온화되어 상기 기판(1)에 증착될 수 있도록 되어 있다.Figure 1 shows an example of a conventional C X N Y thin film coating apparatus, a schematic cross-sectional view of a plasma enhanced CVD (Plasma Enhanced CVD) apparatus. In the illustrated C X N Y thin film coating apparatus, the substrate 1 is installed inside the vacuum chamber 10 in a vacuum state of 10 −3 to several Torr, and the plasma connected to the vacuum chamber 10 is installed. A high frequency current is applied to the coil 21 wound around the outer periphery of the tube 20 and at the same time, high purity (99.9999%) of argon (Ar) and nitrogen gas (N 2 ) are injected into the plasma tube 20. Generates. In addition, a negative voltage is applied to the substrate 1 and methane gas CH 4 is introduced into the periphery of the substrate 1 through an active gas supply pipe 31 so that an activated gas is ionized in the plasma, thereby allowing the substrate to be ionized. It can be deposited in (1).
한편, 도시되어 있지는 않으나 물리증착법을 이용한 고주파 마그네트론 스퍼터링장치에 의해 고순도(99.9999%)의 그래파이트(graphite) 타겟으로부터 스퍼터링에 의해 탄소이온을 생성하는 동시에 아르곤 및 질소가스를 이용하여 모재 주위에 플라즈마를 생성하여 그 플라즈마 내부에 혼재되어 있는 질소이온과 산소이온이 반응하여 모재에 CXNY박막을 증착시키는 스퍼터링방법도 있다.Although not shown, carbon ions are generated by sputtering from a high-purity (99.9999%) graphite target by a high frequency magnetron sputtering apparatus using physical vapor deposition, and at the same time, plasma is generated around the base metal using argon and nitrogen gas. There is also a sputtering method in which nitrogen ions and oxygen ions mixed in the plasma react to deposit a C X N Y thin film on the base material.
그러나, 상기한 종래의 CXNY박막 코팅장치들은 10-3내지 수 토르(Torr)의 저진공 상태에서 CXNY박막 증착이 이루어지기 때문에 코팅막의 질이 저하될 뿐만 아니라, 코팅막이 저속으로 성장되므로 증착 효율이 떨어지는 문제점이 있다. 그리고, CXNY박막 생성에 필요한 탄소입자(중성자 및 이온)가 가지는 에너지가 작기 때문에 CXNY생성을 위한 에너지가 많이 소요되는 문제점이 있다. 따라서, 아직까지는 완전한 결정질 상태의 유용한 CXNY코팅막 합성이 잘 이루어지지 않고 있는 실정이다.However, the conventional C X N Y thin film coating apparatus is not only deteriorate the quality of the coating film because the C X N Y thin film deposition is performed in a low vacuum state of 10 -3 to several Torr, the coating film is slow As a result, there is a problem in that the deposition efficiency is lowered. In addition, since the energy of the carbon particles (neutrons and ions) necessary for generating the C X N Y thin film is small, there is a problem in that a large amount of energy for C X N Y generation is required. Therefore, the synthesis of useful C X N Y coating film in the complete crystalline state is not well achieved yet.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 바와 같은 종래의 CXNY증착 장치가 가지는 문제점을 개선하고자 하는 것으로서, 본 발명은 음극 아크방전에 의해 그라파이트 타겟에서 발생된 플라즈마를 자장필터에 의해 형성되는 자기력선을 따라 모재로 이동시켜 질소가스와의 반응을 통하여 박막으로 증착시킴으로써 CXNY코팅막의 성능 및 증착효율을 향상시킨 음극 아크방전을 이용한 자장 필터형 CXNY박막 코팅장치를 제공함에 그 목적이 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to improve the problems of the conventional C X N Y deposition apparatus as described above, the present invention is to form a plasma generated from a graphite target by a cathode arc discharge by a magnetic field filter Magnetic field filter type C X N Y thin film coating apparatus using cathode arc discharge which improves the performance and deposition efficiency of C X N Y coating by moving to the base material along magnetic field lines and depositing as thin film through reaction with nitrogen gas. There is a purpose.
도 1은 종래 카본 니트라이드 박막 코팅장치를 나타내 보인 개략적 단면구성도,1 is a schematic cross-sectional view showing a conventional carbon nitride thin film coating apparatus,
도 2는 본 발명에 의한 카본 니트라이드 박막 코팅장치를 나타내 보인 개략적 평면구성도,Figure 2 is a schematic plan view showing a carbon nitride thin film coating apparatus according to the present invention,
도 3은 도 2에서 음극 아크방전원을 발췌하여 도시한 개략적 평면구성도,3 is a schematic plan view showing an extract of the negative arc arc power source in FIG.
도 4는 본 발명에 의한 카본 니트라이드 박막 코팅장치에 있어서의 카본 음극 아크방전원 주위의 전압분포를 나타내 보인 그래프, 그리고4 is a graph showing the voltage distribution around the carbon anode arc discharge power source in the carbon nitride thin film coating apparatus according to the present invention, and
도 5는 본 발명에 의한 카본 니트라이드 박막 코팅장치의 자장필터에 의해 형성되는 자장 분포를 나타내 보인 개략적 평면도이다.5 is a schematic plan view showing a magnetic field distribution formed by the magnetic field filter of the carbon nitride thin film coating apparatus according to the present invention.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings
100..음극 아크방전원 110..음극체100 .. cathode arc discharge power supply 110. cathode body
120..타겟금속 130..촉발전극120. Target metal 130. Trigger electrode
140..전자석 150..영구자석140.Electromagnet 150.Permanent magnet
160..보조양극체 161..돌출부160..Secondary Anode 161..Protrusion
` 170..활성기체 공급수단 171..도너츠형 공급관`170..Active gas supply means 171. Donut type supply pipe
171a..기공 200..챔버171a .. Pore 200 .. Chamber
201..기판 240..챔버201 substrate 240 chamber
300..자장필터 310..제1전자석300. Magnetic filter 310. First electromagnet
320..제2전자석 330..제3전자석320..2 Electromagnet 330..3 Electromagnet
340..제4전자석340..Fourth Electromagnet
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 음극 아크 방전을 이용한 자장필터형 CXNY박막 코팅장치는, 이온원 음극체에 부착된 타겟금속과 상기 타겟금속의 표면에 아크를 발생시키기 위한 촉발전극 및 자장 형성에 의해 방전 아크를 구속 제어하기 위한 아크제어수단을 구비한 음극 아크방전원과, 상기 음극 아크방전원 및 그와 대향되도록 배치되는 기판를 수용하여 대기와 차단시키는 챔버와, 상기 타겟금속에서 증발된 하전입자를 자장 형성에 의해 상기 기판로 이동시킬 수 있도록 상기 챔버의 외주부를 감싸도록 설치된 자장필터를 포함하는 음극 아크방전을 이용한 자장필터형 CXNY코팅장치에 있어서, 상기 챔버는 상기 타겟금속에 근접되는 제1직선부와 상기 기판에 근접되는 제2직선부를 가지며, 상기 제1직선부와 제2직선부의 중앙부가 30 내지 120도의 각도로 휘어진 곡선부로 이루어져 상기 타겟금속과 상기 기판의 대향면이 상기 곡선부에 의해 차단되도록 통형으로 형성되고, 상기 자장필터는 상기 챔버의 제1직선부와 제2직선부의 외주부를 감싸도록 설치되는 링형의 제1전자석 및 제2전자석과, 상기 챔버의 곡선부 주위에 위치하여 외주부를 감싸도록 설치되는 링형의 제3전자석과, 상기 제1전자석과 제3전자석 사이의 상기 곡선부 외측부에 마련되어 상기 제1전자석과 제3전자석에 의해 형성된 자장을 간섭하도록 된 제4전자석을 포함하는 것을 특징으로 한다.Magnetic field filter type C X N Y thin film coating apparatus using a cathode arc discharge according to the present invention to achieve the above object, the target metal attached to the ion source cathode body and the trigger for generating an arc on the surface of the target metal A cathode arc discharge power source having an arc control means for constraining and controlling the discharge arc by forming an electrode and a magnetic field, a chamber for receiving the cathode arc discharge power source and a substrate disposed to be opposed thereto, and blocking the atmosphere from the target metal; In the magnetic field filter type C X N Y coating apparatus using a negative electrode arc discharge comprising a magnetic field filter installed to surround the outer peripheral portion of the chamber to move the charged particles evaporated in the substrate by the magnetic field formation, the chamber A first straight portion proximate the target metal and a second straight portion proximate the substrate, and a central portion of the first straight portion and the second straight portion Consists of a curved portion bent at an angle of 30 to 120 degrees formed in a tubular shape so that the opposite surface of the target metal and the substrate is blocked by the curved portion, the magnetic field filter is the outer peripheral portion of the first straight portion and the second straight portion of the chamber A ring-shaped first electromagnet and a second electromagnet disposed to wrap, a ring-shaped third electromagnet positioned around the curved portion of the chamber and installed to surround the outer periphery, and the curved portion between the first electromagnet and the third electromagnet It is characterized in that it comprises a fourth electromagnet provided on the outer side to interfere with the magnetic field formed by the first electromagnet and the third electromagnet.
상기 본 발명에 의한 음극 아크방전을 이용한 자장필터형 CXNY박막 코팅장치에 있어서, 상기 챔버는 그 내벽체로부터 중심축 방향으로 연장된 비자성체의 돌출 플레이트가 일정 간격으로 다수 배치되어 이루어지거나 또는 연속하여 나선형으로 형성된 배플을 구비한 것이 바람직하다. 그리고, 상기 제1전자석과 제2전자석 및 제3전자석은 자성체로 이루어진 플랜지부재와, 상기 플랜지부재에 결합된 비자성체로 이루어진 파이프부재와, 상기 파이프부재에 권선된 코일을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 아크제어수단은 상기 음극체의 외주연부에 마련되어 자장을 형성하는 실린더형 전자석과, 상기 전자석에 의해 형성된 자장을 간섭하기 위하여 상기 타겟금속의 아크 발생면 후방에 마련되는 영구자석과, 상기 타겟금속의 표면에서 방출된 하전입자의 움직임을 구속 제어하기 위해 상기 전자석과 영구자석 사이에 위치하도록 상기 타겟금속 주위에 마련되는 보조양극체를 포함하는 것이 바람직하다.In the magnetic field filter type C X N Y thin film coating apparatus using a cathode arc discharge according to the present invention, the chamber is formed by a plurality of non-magnetic protrusion plates extending from the inner wall in the direction of the central axis at regular intervals or Or it is preferable to have the baffles continuously formed spirally. The first electromagnet, the second electromagnet and the third electromagnet preferably include a flange member made of a magnetic material, a pipe member made of a nonmagnetic material coupled to the flange member, and a coil wound on the pipe member. In addition, the arc control means is a cylindrical electromagnet provided on the outer periphery of the cathode body to form a magnetic field, and a permanent magnet provided behind the arc generating surface of the target metal to interfere with the magnetic field formed by the electromagnet, and It is preferable to include an auxiliary anode body provided around the target metal to be located between the electromagnet and the permanent magnet to restrain the movement of the charged particles emitted from the surface of the target metal.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 본 발명의 음극 아크방전을 이용한 자장필터형 CXNY박막 코팅장치를 상세히 설명한다.Hereinafter, a magnetic field filter type C X N Y thin film coating apparatus using a cathode arc discharge according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 음극 아크방전을 이용한 자장필터형 CXNY박막 코팅장치를 나타내 보인 개략적 평면구성도로서, 본 발명에 따른 음극 아크방전을 이용한 자장필터형 CXNY박막 코팅장치는 음극 아크방전에 의해 탄소 이온 입자를 생성하기 위한 음극 아크방전원(100)과, 상기 음극 아크방전원(100) 및 그와 대향되도록 배치되어 CXNY박막이 코팅되는 기판(201)을 수용하여 대기와 차단시키는 챔버(200)와, 상기 탄소 이온 입자를 자장 형성에 의해 상기 기판(201)으로 이동시킬 수 있도록 상기 챔버(200)의 외주부를 감싸도록 설치된 자장필터(300)를 포함하여 구성된다.Figure 2 is a magnetic filter type C X N Y as a schematic plan view showing show a thin-film coating apparatus, magnetic filter type C X N Y thin film coating apparatus using a cathodic arc discharge according to the present invention using a cathodic arc discharge according to the invention The negative electrode arc discharge power source 100 for generating carbon ion particles by the negative electrode arc discharge, and the negative electrode arc discharge power source 100 and the substrate 201 disposed so as to face the C X N Y thin film is coated It includes a chamber 200 for receiving and blocking the atmosphere and the magnetic field filter 300 is installed to surround the outer periphery of the chamber 200 to move the carbon ion particles to the substrate 201 by forming a magnetic field; It is composed.
도 3은 도 2에서 상기 음극 아크방전원(100)을 발췌하여 도시한 것으로서, 이온원 음극체(110)에 부착되는 고체상태의 카본이나 그라파이트로 형성된 타겟금속(120)과, 상기 타겟금속(120)의 표면에 아크를 발생시키기 위해 회동가능하게 설치된 촉발전극(130)과, 자장 형성에 의해 방전 아크를 구속 제어하기 위한 아크제어수단을 포함한다.FIG. 3 is an excerpt of the negative arc arc power source 100 of FIG. 2, wherein the target metal 120 is formed of carbon or graphite in solid state attached to the ion source cathode body 110, and the target metal ( And a triggering electrode 130 rotatably installed to generate an arc on the surface of the 120, and arc control means for restraining the discharge arc by forming a magnetic field.
상기 아크제어수단은 상기 음극체(110)의 외주연부에 마련되어 자장을 형성하는 실린더형 전자석(140)과, 상기 전자석(140)에 의해 형성된 자장을 간섭하기 위하여 상기 타겟금속(120)의 아크 발생면 후방에 마련되는 영구자석(150)과, 상기 타겟금속(120)의 표면에서 방출된 하전입자의 움직임을 구속 제어하기 위해 상기 전자석(140)과 영구자석(150)의 사이에 위치하도록 상기 타겟금속(120)의 외주면 주위에 마련되는 보조양극체(160)를 포함하여 구성된다.The arc control means is provided on the outer periphery of the cathode body 110, the cylindrical electromagnet 140 to form a magnetic field, and the arc generation of the target metal 120 to interfere with the magnetic field formed by the electromagnet 140 The target to be positioned between the electromagnet 140 and the permanent magnet 150 in order to restrain the movement of the charged particles emitted from the surface of the target metal 120 and the permanent magnet 150 is provided behind the surface It comprises a secondary anode body 160 provided around the outer peripheral surface of the metal (120).
상기 영구자석(150)은 상기 타겟금속(120)의 아크 발생면에 대한 위치 이동이 가능하도록 상기 음극체(110)에 가변적으로 설치된다. 즉, 상기 음극체(110)에 착탈 가능하게 결합되는 예컨대, 볼트부재와 같은 결합부재(151)의 끝단부에 상기 영구자석(150)이 마련되고, 상기 결합부재(151)가 상기 음극체(110)에 결합되는 위치가 조정됨으로써 상기 타겟금속(120)의 아크 발생면에 대한 상기 영구자석(150)의 위치 이동이 가능하도록 되어 있다.The permanent magnet 150 is variably installed in the cathode body 110 to move the position of the target metal 120 with respect to the arc generating surface. That is, the permanent magnet 150 is provided at the end of the coupling member 151 such as a bolt member detachably coupled to the cathode body 110, and the coupling member 151 is the cathode body ( The position coupled to the 110 is adjusted to allow the positional movement of the permanent magnet 150 with respect to the arc generating surface of the target metal 120.
상기 보조양극체(160)는 링형의 자성체로서, 상기 전자석(140)과 상기 영구자석(150)으로부터 출력되는 자기력선과 나란하거나 수직상태로 돌출된 돌출부(161)를 가진다. 즉, 상기 돌출부(161)는 상기 전자석(140)과 상기 영구자석(150)으로부터 출력되는 자기력선에 대해 0 내지 90도 각도로 배치된다.The auxiliary cathode body 160 is a ring-shaped magnetic material, and has a protrusion 161 protruding in parallel or perpendicular to a line of magnetic force output from the electromagnet 140 and the permanent magnet 150. That is, the protrusion 161 is disposed at an angle of 0 to 90 degrees with respect to the magnetic force line output from the electromagnet 140 and the permanent magnet 150.
한편, 상기 챔버(200)는 상기 타겟금속(120)에 근접되는 제1직선부(210)와 상기 기판(201)에 근접되는 제2직선부(220)를 가지고, 상기 제1직선부(210)와 제2직선부(220)의 중앙부가 30 내지 120도 사이의 각도를 이루도록 휘어진 곡선부(230)를 가지며, 상기 타겟금속(120)과 상기 기판(201)의 대향면이 상기 곡선부(230)에 의해 차단되도록 통형, 바람직하게는 원통형으로 형성된다. 그리고, 상기 챔버(200)는 그 내벽면에서 중심축 방향으로 연장 돌출된 비자성체로 이루어진 플레이트가 일정 간격으로 다수 배치되어 이루어지거나 또는 연속하여 나선형으로 형성된 배플(240)이 마련되어 있다.Meanwhile, the chamber 200 has a first straight portion 210 adjacent to the target metal 120 and a second straight portion 220 adjacent to the substrate 201 and the first straight portion 210. ) And the center portion of the second straight portion 220 has a curved portion 230 bent to form an angle between 30 and 120 degrees, the opposite surface of the target metal 120 and the substrate 201 is the curved portion ( It is formed into a tubular, preferably cylindrical, to be blocked by 230). In addition, the chamber 200 is provided with a plurality of plates made of nonmagnetic materials protruding from the inner wall surface of the chamber 200 at regular intervals, or a baffle 240 continuously formed in a spiral shape.
상기 자장필터(300)는 상기 챔버(200)의 제1직선부(210)와 제2직선부(220)의 외주부를 각각 감싸도록 설치되는 링형의 제1전자석(310) 및 제2전자석(320)과, 상기 챔버(200)의 곡선부(230) 주위에 위치하여 외주부를 감싸도록 설치되는 링형의 제3전자석(330)과, 상기 제1전자석(310)과 제3전자석(330) 사이의 상기 곡선부(230)의 외절곡부측에 마련되어 상기 제1전자석(310)과 제3전자석(330)에 의해 형성된 자장을 간섭하도록 된 제4전자석(340)을 포함하여 구성된다.The magnetic field filter 300 is a ring-shaped first electromagnet 310 and the second electromagnet 320 are installed to surround the outer peripheral portion of the first linear portion 210 and the second linear portion 220 of the chamber 200, respectively. And a ring-shaped third electromagnet 330 disposed around the curved portion 230 of the chamber 200 to surround the outer circumferential portion, and between the first electromagnet 310 and the third electromagnet 330. It is configured to include a fourth electromagnet 340 provided on the outer bent portion of the curved portion 230 to interfere with the magnetic field formed by the first electromagnet 310 and the third electromagnet 330.
상기 구성의 자장필터(300)에 있어서, 상기 제1전자석(310)과 제2전자석(320) 및 제3전자석(330)은 자성체로 이루어진 플랜지부재와, 상기 플랜지부재에 결합된 비자성체로 이루어진 파이프부재에 권선된 코일을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.In the magnetic field filter 300 of the above configuration, the first electromagnet 310, the second electromagnet 320 and the third electromagnet 330 are made of a flange member made of a magnetic material, and a nonmagnetic material coupled to the flange member. It is preferable to include a coil wound on the pipe member.
참조부호 111은 상기 음극체(110)에 아크발생 전류를 공급하기 위한 아크 전원이다. 그리고, 141은 상기 전자석(140)에 자장 전류를 인가하기 위한 자장 전원으로서, 시간에 따라 인가되는 전류가 변화되는 사인파 또는 삼각파와 같은 교류형식의 전류 파형을 인가하도록 되어 있다. 170은 상기 타겟금속(120)의 표면에서 방출된 하전입자와 반응하는 활성기체를 공급하기 위한 활성기체 공급수단으로서, EH 3에 도시된 바와 같이 상기 타겟금속(120)의 테두리부 주위에 배치되는 다수의 기공(171a)을 가지는 도너츠형 배기관(171)을 구비한다. 그리고, 상기 기공(171a)은 상기 타겟금속(120)의 아크 발생면에 대해 0도 내지 180도의 기체 분사 각도를 가지도록 개구 방향이 조정 가능하게 되어 있다. 301은 자장필터의 각 전자석에 전류를 공급하기 위한 자장필터 전원이고, 400은 상기 기판(201)과 연결되는 바이어스전원이다. 그리고, 500은 상기 챔버(200)의 내부를 진공상태로 하기 위한 진공원이고, 501은 상기 진공원(500)과 연결되도록 설치되며 상기 기판(201)이 수용되는 덕트이다.Reference numeral 111 is an arc power source for supplying an arc generating current to the cathode body (110). In addition, 141 denotes a magnetic field power source for applying a magnetic field current to the electromagnet 140, and applies an alternating current waveform such as a sine wave or a triangular wave whose current is changed over time. 170 is an active gas supply means for supplying an active gas to react with the charged particles emitted from the surface of the target metal 120, it is disposed around the edge of the target metal 120 as shown in EH 3 A donut type exhaust pipe 171 having a plurality of pores 171a is provided. In addition, the opening direction of the pores 171a is adjustable to have a gas injection angle of 0 degrees to 180 degrees with respect to the arc generating surface of the target metal 120. 301 is a magnetic field filter power supply for supplying current to each electromagnet of the magnetic field filter, and 400 is a bias power source connected to the substrate 201. In addition, 500 is a vacuum source for making the interior of the chamber 200 into a vacuum state, and 501 is a duct installed to be connected to the vacuum source 500 and the substrate 201 is accommodated.
상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 음극 아크방전을 이용한 자장 필터형 CXNY박막 코팅장치에 의하면, 상기 아크 전원(111)으로부터 상기 음극체(110) 및 타겟금속(120)에 음전압(0 내지 -100V)이 인가되고, 상기 촉발전극(130)이 상기 타겟금속(120)의 표면에 순간적으로 접촉되어 떨어짐과 동시에 아크가 발생된다. 상기 아크는 상기 전자석(140)과 영구자석(150)에 의해 형성된 자장의 영향을 받아 상기 타겟금속(120)의 표면에 스팟 또는 링형상으로 운동한다. 이로 인하여 상기 타겟금속(120)의 표면에서부터 탄소 하전입자(전자, 탄소이온, 탄소입자)가 방출된다. 이때, 탄소 하전입자는 도 4에 도시된 바와 같은 전압분포로 상기 타겟금속(120)의 표면에 전압언덕을 형성한다. 상기 전압언덕 부분에 상기 활성기체 공급수단(170)의 배기관(171)의 기공(171a)을 통하여 활성기체(N2, Ar, CH4)가 공급되면 활성기체가 부분적으로 이온화되어 타겟금속(120)에서 발생된 하전입자와 함께 도 5에 도시된 바와 같은 분포를 가지는 자기력선을 따라 기판(201)쪽으로 이동된다. 이때, 중성입자와 중성인 미소입자는 전자와 이온과의 잦은 충돌에 의해 다시 이온화되어 기판(201)에 증착되며, 그 일부는 이동중에 상기 배플(240)에 흡착된다.According to the magnetic field filter type C X N Y thin film coating apparatus using the negative electrode arc discharge according to the present invention having the configuration as described above, the negative electrode body 110 and the target metal 120 from the arc power source 111 A voltage (0 to -100V) is applied, and the trigger electrode 130 instantaneously comes into contact with the surface of the target metal 120 to fall off and at the same time an arc is generated. The arc moves in a spot or ring shape on the surface of the target metal 120 under the influence of the magnetic field formed by the electromagnet 140 and the permanent magnet 150. As a result, carbon charged particles (electrons, carbon ions, carbon particles) are released from the surface of the target metal 120. At this time, the carbon charged particles form a voltage hill on the surface of the target metal 120 with a voltage distribution as shown in FIG. When the active gas (N 2 , Ar, CH 4 ) is supplied to the voltage hill portion through the pores 171a of the exhaust pipe 171 of the active gas supply means 170, the active gas is partially ionized to target metal 120. Along with the charged particles generated in FIG. 5, they are moved toward the substrate 201 along a magnetic force line having a distribution as shown in FIG. 5. In this case, the neutral particles and the neutral microparticles are ionized again by the frequent collision of electrons and ions, and are deposited on the substrate 201, and a part of the neutral particles is adsorbed on the baffle 240 while moving.
상기 기판(201)에는 0 내지 -1,000V의 바이어스 전압이 가해지고, 이로 인해 상기 자기력선을 따라 이동되는 하전입자는 가속화되어 더 많은 에너지를 가지고 기판(201)에 부딪혀 증착되며, 일부 중성인 질소 기체와 탄소입자도 기판(201)의 부근에서 방전으로 인하여 이온화되어 기판(201)에 증착된다.A bias voltage of 0 to -1,000 V is applied to the substrate 201, whereby charged particles moving along the magnetic field lines are accelerated and deposited by hitting the substrate 201 with more energy, which is partially neutral nitrogen gas. And carbon particles are also ionized by the discharge in the vicinity of the substrate 201 and deposited on the substrate 201.
상기와 같은 본 발명에 의한 음극 아크방전을 이용한 자장 필터형 CXNY코팅장치에 따르면 상기 기판(201)에 CXNY박막을 형성하기 위해 필요한 합성에너지를, 카본 또는 그라파이트 타겟금속(120)의 표면부에 형성된 전압언덕에서 탄소이온과 질소이온이 입자에너지로 얻을 수 있는 동시에, 기판(201)에 가해지는 바이어스 전압에 의해 하전입자의 가속화 에너지로 얻을 수 있다. 따라서, 고에너지의 이온이 기판에 부딪혀 증착되므로 우수한 결정질 상태의 CXNY코팅막을 얻을 수 있다.According to the magnetic field filter type C X N Y coating apparatus using the cathode arc discharge according to the present invention as described above, the synthetic energy required to form a C X N Y thin film on the substrate 201, carbon or graphite target metal (120) Carbon ions and nitrogen ions can be obtained as particle energy in the voltage hill formed at the surface portion of the c), and can be obtained as acceleration energy of the charged particles by the bias voltage applied to the substrate 201. Therefore, since high energy ions collide with the substrate and are deposited, an excellent crystalline C X N Y coating film can be obtained.
한편, 상기 음극 아크방전원(100)에 있어서, 상기 전자석(140)에 사인파 또는 삼각파와 같은 교류형식의 전류 파형을 인가하여 상기 전자석(140)과 영구자석(150)에 의해 형성되는 자장분포를 다양한 형태로 연속하여 변화시켜 줌으로써 방전 아크가 상기 타겟금속(120)의 전표면에 걸쳐 안정적으로 골고루 돌아다니면서 탄소 하전입자를 균일하게 증발시키게 할 수 있다. 상기 전자석(140)과 영구자석(150)의 자장 변화에 의해 상기 타겟금속(120)으로부터 방출되는 하전입자는 자기력선을 따라 반복적으로 집속 및 발산되면서 기판(201)으로 이동되는데, 상기 전자석(140)과 상기 영구자석(150)으로부터 출력되는 자기력선에 대해 상기 보조양극체(160)의 돌출부(161)를 0 내지 90도 사이의 각도를 갖도록 조정함으로써 상기 돌출부(161)에 의해 하전입자의 발산을 방지할 수 있다.On the other hand, in the negative arc arc power source 100, the magnetic field distribution formed by the electromagnet 140 and the permanent magnet 150 by applying an alternating current waveform such as a sine wave or a triangular wave to the electromagnet 140 By continuously changing in various forms, the discharge arc can stably move evenly over the entire surface of the target metal 120 to uniformly evaporate the carbon charged particles. Charged particles emitted from the target metal 120 by the magnetic field change of the electromagnet 140 and the permanent magnet 150 is moved to the substrate 201 while repeatedly focused and diverged along the magnetic force line, the electromagnet 140 And the protrusion 161 of the auxiliary cathode body 160 to have an angle between 0 and 90 degrees with respect to the magnetic force line output from the permanent magnet 150 to prevent the discharge of charged particles by the protrusion 161. can do.
또한, 상기 자장필터(300)에 있어서, 상기 제4전자석(340)은 상기 제1전자석(310)과 제2전자석(320) 및 제3전자석(330)에 의해 형성된 자기력선이 상기 챔버(200)의 곡선부(230)에서 중심선 바깥측으로 벗어나는 것을 간섭하여 중심선측으로 이동시키게 된다. 따라서, 자기력선이 상기 챔버(200)의 곡선부(230)를 따라 유연하게 휘어지므로 하전입자의 수송이 안정되게 이루어진다.In the magnetic field filter 300, the fourth electromagnet 340 is a magnetic force line formed by the first electromagnet 310, the second electromagnet 320, and the third electromagnet 330. In the curved portion 230 of the interference with the deviation to the outside of the center line is moved to the center line side. Therefore, the magnetic force line is flexibly bent along the curved portion 230 of the chamber 200, so that the transport of charged particles is made stable.
이상에서 설명된 바와 같이 본 발명에 의한 음극 아크방전을 이용한 자장필터형 CXNY박막 코팅장치는, 10-4토르(Torr) 이상의 고진공 상태에서 CXNY박막 증착이 가능하므로 양질의 CXNY박막을 생성할 수 있다. 그리고, 음극 아크방전원에서 방출되는 이온의 전류량이 많으므로 기판의 단위 면적당 CXNY코팅박 생성효율이 높으며, 특히 기판 부근의 이온 출구 주위의 자장분포를 자장필터로 조절함으로써 CXNY코팅막의 증착 면적을 적절하게 조절할 수 있으므로 CXNY코팅 효율을 향상시킬 수 있다.As described above, the magnetic field filter type C X N Y thin film coating apparatus using the cathode arc discharge according to the present invention is capable of depositing C X N Y thin films in a high vacuum state of 10 -4 Torr or more, thereby providing high quality C. X N Y thin film can be produced. In addition, Because of the high amount of current of the ion emitted from the cathode arc discharge source it is high per unit area C X N Y coated foil generation efficiency of the substrate, in particular by adjusting the magnetic field distribution around the ion outlet in the vicinity of the substrate to a magnetic field filter C X N Y Since the deposition area of the coating film can be appropriately adjusted, the C X N Y coating efficiency can be improved.
Claims (14)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1019970011834A KR19980075593A (en) | 1997-03-31 | 1997-03-31 | Carbon nitride (CxNy) thin film coating equipment |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1019970011834A KR19980075593A (en) | 1997-03-31 | 1997-03-31 | Carbon nitride (CxNy) thin film coating equipment |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR19980075593A true KR19980075593A (en) | 1998-11-16 |
Family
ID=65951119
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1019970011834A KR19980075593A (en) | 1997-03-31 | 1997-03-31 | Carbon nitride (CxNy) thin film coating equipment |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR19980075593A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102045209B1 (en) * | 2018-09-13 | 2019-11-15 | 배진범 | Apparatus for pvd coating having current controlled magnetron |
-
1997
- 1997-03-31 KR KR1019970011834A patent/KR19980075593A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102045209B1 (en) * | 2018-09-13 | 2019-11-15 | 배진범 | Apparatus for pvd coating having current controlled magnetron |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3159949B2 (en) | Thin film deposition equipment using cathodic arc discharge | |
US6351075B1 (en) | Plasma processing apparatus having rotating magnets | |
KR101001743B1 (en) | Ionized physical vapor deposition apparatus using helical self-resonant coil | |
US5733418A (en) | Sputtering method and apparatus | |
EP1245694B1 (en) | Vacuum arc vapor deposition apparatus and vacuum arc vapor deposition method | |
US6413387B1 (en) | Cathode arc source for metallic and dielectric coatings | |
JP2017031501A (en) | Remote arc discharge plasma supporting process | |
JPH01272765A (en) | Sputtering coating apparatus and method | |
EP2788522A1 (en) | Filtered cathodic arc deposition apparatus and method | |
JP2004501279A (en) | Pulsed high ionization magnetron sputtering | |
KR20110135919A (en) | Modifiable magnet configuration for arc vaporization sources | |
KR101471269B1 (en) | Arc evaporation source having fast film-forming speed, film formation device and manufacturing method for coating film using the arc evaporation source | |
TWI296813B (en) | Improvements in and relating to magnetron sputtering | |
US6756596B2 (en) | Filtered ion source | |
EP1170776A2 (en) | Vacuum arc evaporation source and film formation apparatus using the same | |
EP2679702B1 (en) | Arc evaporation source | |
KR102533881B1 (en) | single beam plasma source | |
JPH04235276A (en) | Device for coating substrate | |
KR19980075593A (en) | Carbon nitride (CxNy) thin film coating equipment | |
KR20010021341A (en) | Arc type ion plating apparatus | |
JP4019457B2 (en) | Arc type evaporation source | |
JPS61204371A (en) | Magnetic circuit device for cathode sputtering | |
JP5081320B2 (en) | Arc type evaporation source | |
JP3464998B2 (en) | Ion plating apparatus and method for controlling thickness and composition distribution of deposited film by ion plating | |
KR19980075594A (en) | Cathodic arc discharge source and arc control method of ion plating apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
WITB | Written withdrawal of application |