KR20010030596A - 보호층 시스템을 가지는 툴 - Google Patents

Abstract

툴 바디와 마모 저항 시스템을 가지는 툴이 제안된다. 이 레이저 시스템은 적어도 하나의 MeX층을 구비한다. Me는 티타늄 및 알루미늄을 함유하며, X는 니트로겐 또는 카본이다. 상기 툴은 카바이드 엔드 밀, 고체 카바이드 볼, 결합 카바이드 기어 커틸 툴이다. 이로서 MeX층에 있어서, θ-2θ를 이용하는 물질의 X회절방향에서 각기 (200) 및 (111)평면에 할당된 회절강도 I(200) 대 I(111)의 비율에 의해 형성된 지수Q_I가 ≤2로 설정된다. 또한 I(111)는 적어도 강도 평균 노이즈 값보다 공지의 장비 및 세팅값으로 측정할 때 20배 이상이다.

Description

보호층 시스템을 가지는 툴{TOOL HAVING A PROTECTIVE LAYER SYSTEM}

본 설명서는 부록A를 가진다.

본 발명은 툴 바디 및 보호층 시스템을 가지는 툴(tool)에 관한 것으로, 이러한 층 시스템은 적어도 하나의 MeX 층을 가지며,

여기에서 Me는 티타늄 및 알루미늄을 함유하며,

X는 적어도 하나의 니트로겐 및 카본으로 구성된다.

정 의

용어 Q_Ⅰ는 회절강도 Ⅰ(200) 내지 Ⅰ(111)의 비로서 정의되며, 이들은 θ-2θ방법을 이용하는 물질의 X선 방향의 (200) 및 (111) 플레인(plains)에 각각 할당되므로, 유효 Q_Ⅰ= Ⅰ(200) /Ⅰ(111)이며, 상기 강도 값은 다음의 장비와 다음의 설정값으로 측정된다.

지멘스 회절계 D500

파워: 동작전압: 30kV

동작전류: 25mA

개구 다이아프램: 다이아프램 위치 Ⅰ: 1°

다이아프램 위치 Ⅱ: 0.1°

검출기 다이아프램: 솔러 슬릿(soller slit)

시상수: 4 s

2∂각속도: 0.05°/min

라디안: Cu-Kα(0.15406 nm)

"MS에 따라 측정된 것"을 참조할 때, 상기 장비 및 설정치를 참조한다. 따라서 이 출원에 걸쳐 모든 Q_Ⅰ에 대한 모든 양의 결과 및 I는 MS로 측정된다.

비코팅 툴을 "툴 바디"로 이해한다.

"하드 물질"란 명목하에 동작에 있어서, 기계적으로, 열적으로 강하게 로드된 툴이 마모 저항용으로 코팅된 물질을 이해한다. 이러한 물질의 바람직한 예로서 MeX물질을 이하에 참조한다.

툴 보호 기술에 있어서, MeX로 정의된 적어도 한 층의 하드 물질을 포함하는 마모 저항 층 시스템을 제공하는 것은 공지이다.

본 발명은 이러한 툴의 수명의 대폭 개선하는 것을 목적으로 하는데, 이는 상기 적어도 하나의 층에 대해 Q_Ⅰ값을 선택함으로서 해결되는데, 여기서 다음식, 유효 Q_Ⅰ≤ 2가 성립하며_,상기 툴은 고체 카바이드 엔드 밀(solid carbide end mill) 또는 고체 카바이드 볼 노우즈 밀(solid carbide nose mill) 또는 침탄 카바이드 기어 커팅 툴이다. 또한 I(111)의 값은 MS에 따라 측정할 때 강도 노이즈 평균 레벨보다 적어도 인수 20만큼 크다.

본 발명은 툴 바디(tool body)와 마모 저항 시스템을 가지는 툴에 관한 것이다.

도 1은 상기의 예들을 실현하는데 이용되는 반응 PVD 용착 방법으로서 반응 캐소딕 아크 증발을 위해 가해진 툴 바디의 바이어스 전압 대 니트로겐 부분압의 관계를 나타내는 선형 스케일링을 도시한 도면,

도 2는 도 1의 영역 QI ≥ 1 그래서 5.4의 Q_I값에서 용착된 티타늄 알루미늄 니트리드 하드 물질층에 대한 통상의 강도 대 각 2θ를 도시한 도면,

도 3은 도 2와 유사한 도면으로, Q_I≤ 0.1를 실현하도록 바이어스 전압과 니트로젠 부분압으로 티타늄 알루미늄 니트리드 용착이 제어되는 것을 도시한 도면,

도 4는 도 2 및 3과 유사한 것으로 도1의 점 P₁에 대한 관계도로서, 상기 강도I(200) 및 I(111)는 P바깥의 영역과 대응시켜 볼 때 상당히 감소되는 것을 보인 도면.

본 발명에 따르면, 상기 규정의 Q_Ⅰ값은 마모 저항의 놀란만하게 높은 개선을 가져오며, 툴이 상기 규정한 종류의 것인 경우 툴의 수명을 현저하게 개선시킨다.

지금까지 MeX 하드물질의 마모 저항 층 시스템의 활용이 툴 바디 물질과 상기 툴이 동작에 있어서 받는 기계적 및 열적 부하간의 상호작용과 무관하게 되었다. 따라서 본 발명은 마모 저항의 개선이 규정의 Q_Ⅰ값과 규정 종류의 툴을 선택적으로 결합함으로써 실현되고 둘다 MS로 측정할 때 평균 노이즈 강도 레벨보다 적어도 20 인수 이상의 I(111)값을 실현하는 것을 인식하는 사실에 기초한다.

본 발명적으로 도달된 개선은 Q_Ⅰ가 1로만 선택되어도 개선이 있으며, 0.5로 선택되거나 0.2로 선택된 경우에는 훨씬 개선된다. 상기 Q_Ⅰ가 0.1로 선택된 경우에는 가장 큰 개선이 있다. 층 물질이 바니싱(varnishing) 회절 강도 I(200)에 따른 고유의 결정 방위로 실현되는 경우 Q_Ⅰ가 제로로 될 수 있다고 할 수 있다. 따라서 실행 가능성으로만 설정되는 Q_Ⅰ에 대해 임의의 하한은 설정되지 않는다.

당업자에게 공지된 바와 같이, 층의 경도와 그 층내의 스트레스간의 상관이 존재한다. 스트레스가 높으면 높을수록 경도는 높아진다. 그럼에도 스트레스를 높아지면 툴 바디에의 접착은 감소하게된다.

본 발명에 따른 툴의 경우에, 높은 경도가 최적의 가능한 접착보다 다소 더 중요하다. 따라서 MeX 층내의 스트레스는 이하에 주어진 스트레스 범위의 상단에서보다 오히려 바람직스럽게 선택된다. 이것을 고려하여 실질적으로 이용할 수 있는 Q_Ⅰ값이 제한된다.

본 발명의 툴의 바람직한 실시예에 있어서, 툴의 MeX 물질은 티타늄 알루미늄 니트리드, 티타늄 알루미늄 카보니트리드 또는 티타늄 알루미늄 보론 니트리드로서, 제일 먼저 개시한 두 물질이 현재 티타늄 알루미늄 보론 니트리드보다 바람직하다.

본 발명의 툴의 다른 형태의 실현에 있어서, 상기 층 물질 MeX의 Me는 추가적으로 보론, 지르코늄, 하프늄, 이트륨, 실리콘, 텅스텐, 크로뮴 중 적어도 하나의 요소를 포함하며, 이 그룹중에서 이트륨 및/또는 실리콘 및/또는 보론을 이용하는 것이 바람직하다. 티타늄 및 알루미늄에 대한 이러한 추가의 요소가 층 물질에 도입되며, 바람직하기로 층 물질은 콘텐트 i를 포함하며, 이때

유효 i는 0.05 at.% ≤ i ≤ 60 at.% 이다. Me를 100 at%로 했을 때

적어도 하나의 MeX층의 모든 다른 실시예에서의 또 다른 개선이 MeX 층과 두께 d를 가지는 툴 바디간에 추가의 티타늄 니트리드층을 도입함으로써 실현되는데, 여기서 d는 다음의 범위를 가진다.

0.05 ㎛ ≤ d ≤ 5 ㎛

최소 비용과 최대 효과로 제조될 수 있는 툴을 제공하는 본 발명의 기본 목적에서 볼 때, 툴은 단 하나의 MeX 물질층과 상기 MeX 물질층과 툴 바디간에 배치된 추가의 층을 가지는 것으로 제안된다.

또한 MeX내의 스트레스 σ는 바람직하게 2 GPa ≤ σ ≤ 8 GPa로 선택되며, 가장 바람직하기로 4 GPa ≤ σ ≤ 6 GPa 로 선택된다.

MeX 층의 Me 성분내의 티타늄의 콘텐트x는 70 at % ≥ x ≥ 40 at %로 바람직하게 선택되며, 보다 바람직하기로 65 at % ≥ x ≥ 55 at %로 선택된다.

한편, MeX물질의 Me성분내의 알루미늄의 콘텐트 y 는 30 at % ≤ y ≤ 60 at %로 바람직하게 보다 바람직하기로 35 at % ≤ y ≤ 45%로 선택된다.

또 다른 바람직한 실시예에 있어서, 이들 두 범위는 즉 티타늄 및 알루미늄과 관련한 범위가 충족된다.

특히 MeX 층의 용착은 임의의 공지의 진공 용착 기술 특히 반응 캐소딕 아크 증발(reative cathodic arc evaporation) 또는 반응 스퍼터링과 같은 반응 PVD 코팅 기술에 의해 행해진다. 코팅의 성장에 영향을 미치는 프로세스 파라미터를 적절하게 조절함으로써 발명으로 이용되는 Q_I범위가 실현된다.

툴 바디에의 층의 우수하고 재생가능한 접착을 실현하기 위해 부록 A에 기술된 아르곤 플라즈마에 의거 예비 단계로서 플라즈마 에칭 기술이 이용되는데, 상기 부록서류는 상기 에칭 및 후속의 코팅과 관련하여 참고로 본 명세서에 부가된다.

상기 부록은 본 발명자와 동일 발명자( 2 발명자) 및 동일 출원인의 미국 특허출원 08/710 095와 일치한다.

예 1:

부록 A에 기술된 자기적으로 제어된 아크원을 이용하는 아크 이온 플레이팅 장치가 직경 10mm, z = 6을 가지는 고체 카바이드 엔드 밀상에서 테이블 1에 개시된 MeX 층을 용착하도록 테이블 1에 도시된 바와 같이 사용 동작된다. 용착된 MeX층의 두께는 항상 3㎛이다. 따라서 샘플 넘버 1 내지 5에 있어서, 본 발명적으로 개시된 Q_I값이 실현되는 반면, 샘플 넘버 6 내지 10에 있어서, 이러한 조건은 만족되지 않는다. 상기 I(111)값은 항상 MS에 따라 측정된 노이즈 평균값의 20배 이상 상당히 크다. 상기 코팅 엔드 밀은 0.20 mm의 플랭크 마모(flank wear)의 평균 폭을 수득하기까지 얻을 수 있는 밀링 거리를 구하도록 이하의 기술 조건하에서 밀링을 위해 이용된다. 상기 툴의 수명에 따른 최종 밀링거리는 테이블 1에 도시된다.

테스트 커팅 조건

툴: 고체 카바이드 엔드 밀

직경 10 mm, z = 6

커트되는 물질 AISI D2 (DIN 1.2379)

커팅 파라미터 V_c= 20m/min

ft = 0.031 mm

a_p= 15 mm

a_e= 1mm

클라임 밀링(climb milling), 건조

테이블 1로부터 본 발명에 따라 코팅된 엔드 밀이 비교 조건에 따라 코팅된 엔드 밀보다 박리 및 마모에 대해 보다 효과적으로 보호됨을 알 수 있다.

(테이블 1)

예 2 :

예 1에 따른 코팅을 위해 사용된 장치는 또한 테이블 2의 샘플 넘버 11 내지 20의 코팅을 위해 사용된다. 코팅된 툴 및 테스트 조건은 예 1과 같다. 층의 두께는 테이블 2에 도시된다.

예 1에 따른 코팅이외에 MeX 층, 툴 바디 및 테이블 2에 개시된 각각의 물질의 최외각 층사이에 티타늄 니트리드로 된 중간층이 도포된다. MS에 따라 측정된 I(111) 및 평균 노이즈 레벨 관련 조건은 대부분 만족된다.

상기 MeX 층과 툴 바디 사이의 중간 층의 설치로 추가의 개선을 가져온다. 또한 티타늄 카르보니트리드, 티타늄 알루미늄 옥시니트리드 물질중 하나의 최외각층을 설치함으로서 특히 알루미늄 옥사이드의 최외각층을 구비함으로써 추가의 개선이 실현된다. 그리고 비교 샘플수 16 내지 20과 관련한 본 발명의 Q_I를 실현함으로서 중요한 개선이 실현된다.

0.3 ㎛두께의 알루미늄 옥사이드의 최외각 층은 플라즈마 CVD에 의해 형성된다.

전술한 바와 같이, 코팅된 엔드 밀은 예 1과 동일의 커팅 조건하에서 테스트되며, Q_I는 MS에 따라 측정된다.

(테이블 2)

예 3:

또한 고체 카바이드 엔드 밀은 발명에 개시된 Q_I조건을 만족하고 MS에 따라 측정된 평균 노이즈 레벨과 관련하여 I(111)의 조건을 만족하는 테이블 3에 개시된 MeX층을 구비하는 예 1의 장치로 코팅된다. 따라서 전술한 바와 같은 량을 가지는 지르코늄, 하프늄, 이트륨, 실리콘 및 크로뮴중 하나가 Me에 도입된다.

상기 코팅된 엔드 밀은 산화를 위해 30분간 750℃에서 공기 오븐에 있게된다. 그후 산화층의 최종두께가 측정된다. 이 결과는 테이블 3에 도시된다. 비교를 위해 MeX물질의 다른 Me콤파운드로 코팅된 인서트(insert)가 동등하게 테스트된다. 이는 샘플 23 내지 32에 따른 임의의 요소를 부가함으로써 최종 산화막의 두께가 상당히 감소되는 것은 명백하다. 산화와 관련한 최적의 결과가 실리콘 또는 이트륨을 부가함으로써 실현된다.

MeX물질 마모 저항 층의 경우에 산화저항이 양호하여 최종의 산화막이 얇아질수록 커팅 성능이 양호해짐은 당업자에게 공지이다.

(테이블 3)

예 4:

또한 예 1에 따른 장치 및 코팅 방법이 이용된다. 직경 10mm와 6 티스(teeth)를 가지는 고체 카바이드 엔드 밀은 3.0㎛ MeX로 코팅되며, MeX와 툴 바디간에 0.08㎛두께를 가지는 티타늄 니트리드 중간층이 제공되며, 상기 엔드 밀에 대한 테스트 조건은 다음과 같다.

툴: 고체 카바이드 엔드 밀 직경 10mm

z = 6

물질 AISI D2 (DIN 1.2379)

60 HRC

커팅 파라미터: V_c= 20m/min

ft = 0.031 mm

a_p= 15 mm

a_e= 1mm

클라임 밀링, 건조

이 고체 카바이드 엔드 밀은 0.20mm의 플랭크 마모의 평균폭이 얻어질 때까지 이용된다. 이 결과는 테이블 4에 도시한다. 또한 MS로서 측정된 노이즈 조건에 대한 I(111)는 샘플 넘버 35의 경우 명확히 충족되며, 샘플 넘버 34의 경우에 노이즈 조건에 대한 I(200)가 충족된다.

(테이블 4)

예 5:

실시예 1에 따른 장치 및 코팅 방법이 이용된다.

고체 카바이드 볼 노우즈 밀이 3.1㎛ MeX로 코팅되며, TiN 중간층은 두께 0.07㎛로 코팅된다. 상기 코팅된 툴은 경화 몰드 스틸을 밀링함으로써 테스트된다.

테스트 조건:

툴: 고체 카바이드 볼 노우즈 밀 J97(Jabro)

R4 (σ8×65mm)

물질: 몰드 스틸 H 11 (DIN 1.2343), HRC 49.5

커팅 파라미터 V_c= 220 m/min

a_p= 0.5mm

냉각제 없음

툴 수명은 분으로 평가됨.

(테이블 5)

도 1에 있어서, 상기의 예들을 실현하는데 이용되는 반응 PVD 용착 방법으로서 반응 캐소딕 아크 증발을 위해 가해진 툴 바디의 바이어스 전압 대 니트로겐 부분압의 관계를 나타내는 선형 스케일링이 도시되는데, 캐소딕 아크 증발의 프로세스 파라미터,

- 아크 전류

- 프로세스 온도

- 용착율

- 증발 물질

- 아크원과 인접한 자계의 강도 및 구성

- 처리되는 작업물과 프로세스 챔버의 기하 및 치수

는 일정으로 유지된다. 나머지 프로세스 파라미터 즉 반응 가스의 부분압 또는 전체압 및 챔버벽의 접지 전위에 대해 소정의 전기 기준전위와 관련한 작업물로서 코팅되는 툴 바디의 바이어스전압은 가변이다.

따라서 티타늄 알루미늄 니트리드가 용착되며, 툴 바디의 바이어스 전압 및 반응 가스 부분압과 관련하여 다른 작업 점이 설정되며, 용착된 하드 물질에서의 결과 Q_I값은 MS에 따라 측정된다.

도 1에 있어서, 좌표의 원점에서 최소한 근접하여 선형으로 제 1 근사값에 있는 영역 P가 있으며, 최종층이 I(200) 및 I(111)의 XRD강도 값으로 유도된다. P의 한계를 명확히 결정하기 위해 여러번의 측정이 행해져야한다. 여기에서 I(200) 및 I(111) 강도 값의 어느 것도 MS에 따라 측정된 평균 노이즈 레벨보다 20배가 되지 않는다.

도 1에 도시한 바와 같이, 영역 P의 한측에서 Q_I는 1 이상이며, P쪽과 다른 영역에서 Q_I는 1이하이다. 이들 두 영역에 있어서, 적어도 하나의 값I(200), I(111)은 MS에 따라 측정된 평균 노이즈 레벨 20배이상이다.

도 1에서 화살표로 도시한 바와 같이, 반응 가스의 부분압 또는 전체압이 부분압과 부분적으로 동일한 경우의 전체압의 감소 및 코팅되는 툴 바디의 바이어스 전압의 증가가 Q_I의 감소를 유도한다. 따라서 툴바디 및 적어도 하나의 하드 물질층을 구비하는 마모 저항 층 시스템을 구비하는 툴을 생성하는 본 발명의 방법은 진공 챔버내에서 적어도 하나의 하드 물질층에서 반응 PVD 용착처리하여 두 프로세스 파라미터 즉 반응가스의 부분압 및 툴 바디의 바이어스 전압중 어느 하나 또는 둘다의 PVD 용착 처리단계를 위해 프로세스 파라미터 값을 예비선택하는 단계를 포함한다. 이는 소정의 Q_I값을 실현하기 위해 조정되는 두 파라미터 중 하나 혹은 모두이며, 따라서 본 발명에 따라 바이어스 전압이 증가되거나 또는 부분 반응가스 압이 Q_I값을 얻도록 감소되는데, 이 값은 전술한 바와 같이, 작아도 2, 바람직하게는 1 보다 바람직하게는 0.5 또는 0.2이다. 가장 바람직하기로는 Q_I≤ 0.1 이다. 본 발명적으로 실시된 QI값이외에 P와 관련하여 "우측" 영역에서 I(111)이 크며, MS에 따라 측정된 강도의 평균 노이즈 레벨보다 거의 20배 이상 크다.

도 2에서 도 1의 영역 QI ≥ 1 그래서 5.4의 Q_I값에서 용착된 티타늄 알루미늄 니트리드 하드 물질층에 대한 통상의 강도 대 각 2θ가 도시되는데, 평균 노이즈 레벨N^★는 I(200)/20보다 훨씬 작다. 측정은 MS에 따라 행해진다.

도 3은 도 2와 유사한 도면으로, Q_I≤ 0.1를 실현하도록 바이어스 전압과 니트로젠 부분압으로 티타늄 알루미늄 니트리드 용착이 제어된다. 결과의 QI값은 0.03이다. 여기서 다시 I(111)값은 평균 노이즈 강도 레벨보다 MS에 따라 측정했을 때 20배이상크다.

도 1에 있어서, 각각의 영역에 있어서, 각각의 QI값은 각각의 MS에 따라 측정된 작업점에서 표시된다.

(도1)

도 4는 도 2 및 3과 유사한 것으로 도1의 점 P₁에 대한 관계도이다. 상기 강도I(200) 및 I(111)는 P바깥의 영역과 대응시켜 볼 때 상당히 감소된다. 이들 값I(200) 및 I(111) 어느 것도 노이즈 평균레벨N^★의 20배 값에 도달한다.

따라서 두 개의 Q_I제어 반응 PVD파라미터 즉 반응가스 부분압 및 작업물 바이어스 전압중 적어도 하나를 간단히 조정함으로써 본 발명의 실시 Q_I값이 제어된다.

도 1에 있어서, Q_I을 낮추는 조정 방향 ∂Q_I〈 0이 도시되는데, 두 제어 프로세스 파라미터를 조정하는 대향 방향에서 Q_I의 증가가 이루어지는 것이 명확하다.

"부록 A"

작업물 코팅 처리 및 장치

본 발명은 청구항 1의 특징에 따른 코팅 장치 그리고 청구항 14의 특징에 따른 작업물을 코팅 프로세스에 관한 것이다.

많은 공지의 진공 처리 프로세스에 있어서, 작업물 표면의 정화가 진공코팅 이전에 수행된다. 또한 작업물은 정화단계 전후에 소정의 온도로 가열된다. 그러한 단계는 기본적으로 용착되는 코팅의 적절한 본딩 강도를 보장할 필요가 있다. 이는 작업물 특히 툴이 마모 보호 코팅으로 코팅되는 활용에 매우 중요하다. 드릴, 밀링 커터, 브로치 및 쉐이핑 다이와 같은 툴 상에서 상기 코팅은 높은 기계적 및 연마 스트레스를 받는다. 따라서 기질과의 아주 양호한 본드가 활용 및 경제적 이용을 위해 필수적이다. 상기 툴을 예비 가열하기 위한 알려진 방법은 전자 충격으로 가열하고 예를 들어 스퍼터 에칭에 의해 이온 에칭으로 에칭하는 것이다. 플라즈마 방전으로부터 전자 충격에 의한 가열은 독일 특허 제 33 30 144호에 개시되어 있다.

헤비 노블 가스 이온 예를 들어 아르곤 가스이온을 생성하는데 플라즈마 방전로가 이용되며, 이들 가스 이온은 작업물 또는 기질쪽으로 상기 플라즈마로부터 가속되며, 이들 작업물 또는 기질을 독일 특허 제 28 23 876호에 개시된 스퍼터 에칭을 받는다.

스퍼터 에칭 이외에 다른 공지의 기술은 추가의 반응 가스로 플라즈마 방전을 가동하고 작업물을 화학적으로 에칭하는 것이지만 반응 에칭 및 스퍼터 에칭을 결합하는 프로세스 기술이 적합하다. 이들 모든 예비 처리 프로세스의 목적은 연속의 용착코팅이 기질에 잘 부착하도록 작업물 표면을 마련하는 것이다.

플라즈마 생성의 경우에 상기 장치는 작업물이 원통형 표면을 따라 아크 주위의 임의의 거리로 배치된 장치의 중심축에 있는 저 전압 아크 방전을 이용한다. 코팅은 열적 증발 또는 스퍼터링에 의해 연속적으로 용착된다. 프로세스의 관리에따라 대응 기질 바이어스 즉 이온 플레이팅으로 알려진 기술을 통해 코팅 동안 추가의 이온 충격이 생성된다. 이러한 장치의 장점은 작은 입자 에너지를 가지는 대 이온 전류가 작업물의 알맞은 처리를 제공하는 저 전압 아크로부터 유도될 수 있다는 것이다. 그러나 작업물이 방전에 방사상으로 형성된 구역에 배치되어야하며, 일반적으로 이들 작업물이 상기 중심축 및 균일하고 재생가능한 결과를 얻도록 자체의 축둘레를 회전하여야 하는 단점이 있다.

다른 단점은 비교적 좁은 원통형 처리 대역 폭으로 인해, 처리할 수 있는 작업물의 사이즈가 제한되거나 공지 장치의 비용의 효과를 극히 제한하는 다수의 소형 작업물용으로 배치 사이즈가 제한된다는 것이다. 이러한 제한은 처리실 중앙으로 침투하는 저전압 아크 방전이 임의의 자체치수를 필요로하기 때문이다. 양호하고 재생가능한 결과를 얻기 위해서 작업물은 중앙 프로세스 챔버 공간의 큰 부분이 이용될 수 없는 것을 의미하는 방전으로부터의 적합한 거리를 가져야한다.

또한 소위 다이오드 방전을 가지는 스퍼터링 장치가 알려져 있다. 이러한 다이오드 방전은 100볼트 및 그 이상의 고전압에서 동작한다. 다이오드 에칭 장치는 적용에 있어 요구조건에 맞지 않는 것으로 알려져 있다. 한편 달성할 수 있는 에칭 율과 그 효율이 낮으며, 다른 한편 이들 고전압은 예민한 기질에서는 결점을 나타내는 것으로 공지돼 있다. 특히 툴과 같은 3차원 처리를 요하는 작업물은 이러한 장치에 의해 용이하게 처리될 수 없다. 예를 들어 툴은 상기 방전이 집중하는 다수의 예리한 커팅 연부로 설계되어 오버히팅이나 상기 연부의 파괴에서도 제어되지 않은 효과가 예리한 연부 및 지점에서 생길 수 있다.

특허출원 DE 41 25 365호에 있어서, 상기 문제를 해결하는 방법이 개시되 있다. 코팅은 소위 아크 증발 프로세스에 의해 용착된다. 상기 증발기로서 양호한 본딩 코팅을 생성하기 위하여, 증발기 자체의 아크가 실제의 코팅 이전에 사용되는데, 아크에서 생성된 이온 특히 금속 이온이 통상 500볼트 이상이지만 때로는 800 내지 1000볼트의 범위에서 부의 가속 전압에 의해 작업물쪽으로 증발 타겟으로부터 가속되어 용착된 것 보다 많은 물질이 스퍼터되게 사용된다. 이러한 에칭 프로세스 이후에, 증발기는 코팅원으로서 동작된다. 상기 출원의 명세서는 아크 코팅 기술에 의거한 통상의 프로세스에 있어서, 상기 높은 전압이 아크 증발 프로세스를 통한 잘붙는 코팅을 위해 필수적임을 기술하고 있다.

고르지 못한 분포상의 또는 미세한 작업물의 기하학적 위치상의 오버히팅 또는 에칭의 문제를 방지하기 위하여, 상기 출원은 아크 플라즈마 이외의 상기 증발 아크에 결합되는 보충 이온화를 일으키는 고전압을 가지는 보조 방전로를 동작시키는 것을 제안하고 있다. 추가의 DC원에 의해 이온이 플라즈마로부터 추출되며, 작업물쪽으로 가속됨으로서 소정의 에칭 효과를 나타낸다. 분리 전원으로부터 동작되는 다른 방전로를 가지는 다른 애노드가 효과를 가중하도록 계획된다. 에칭 프로세스 동안 상기 아크 증발기는 폐쇄셔터로서 가동되어 기질이 증발기의 직접적인 효과를 받지 않게되어 소위 기질상의 작은 물방울(droplet)이 생기지 않게한다.

상기 장치의 단점은 여전히 고전압을 요하며, 단지 제한된 처리 동질성을 얻으며 상이한 플라즈마 로의 결합을 통해 동작환경에 있어서의 조정 특성이 제한되는 것이다. 또한 이 장치는 매우 복잡하여 결과적으로 비용의 증가를 초래하며, 생산 시스템의 경제성을 손상한다. 1000볼트를 초과하는 전압을 이용하면 추가의 안전 조치를 필요로한다.

전류 기술을 기반으로 동작하는 시스템은 높은 처리 품질이 요구되는 경우 높은 처리량에 조화되지 않는다. 1000mm이상의 코팅 폭을 수용하는 시스템은 적어도 큰 어려움으로 조성된다.

본 발명의 목적은 특히 코팅 장치를 생성하고 다수의 작업물 상에서 또는 고르지 못한 량 분포를 가지는 개별의 대형 작업물상에서 섬세한 구조를 손상시키지 않고, 소정의 동질성과 필요한 고 경제성의 처리율을 가지고 잘 붙는 코팅에 적합한 프로세스를 제안하므로서 상기 전류기술의 단점을 해소하는데 있다.

이는 청구항 1의 특징부의 도입부에 기술된 장치를 설계하고 청구항 14의 특징부분에 따라 설계된 코팅 프로세스에 의해 이룩된다.

따라서 코팅되는 작업물 면은 후자의 방전로의 선형 연장부에 횡으로 전달되어 하트 캐소드 저 전압 아크 방전 장치로서 설계된 플라즈마 원에 노출된다. 상기 작업물은 부전압에 접속되어 아크 방전으로부터 이온이 추출되어 상기 작업물에 가속되어 상기 작업물이 스퍼터 에칭된다. 이어서 상기 작업물은 저전압 아크 방전이 효과적으로 되는 동일면에서부터 코팅된다.

본 발명에 대응하는 상기 코팅 장치의 바람직한 설계변형이 후속의 청구항 2 내지13항에 개시되며, 프로세스의 바람직한 설계변형이 청구항 14 내지 17에 개시된다.

이온원으로서 하트 캐소드 저 전압 아크 방전장치에 의한 에칭은 그러한 방전이 200볼트 이하의 방전전압으로 동작될 수 있기 때문에 특히 바람직한데, 상기 전압은 이러한 처리가 고전압 에칭의 단점으로 손상되지 않는 전압이다. 저 전압 아크 방전에 의한 코팅은 특히 작업물에 손상을 주지 않는다. 즉 커팅 연부같은 대형 작업물상의 예리한 구조는 열적 오버로드 또는 고전압 이온 충격으로 인한 에지 라운딩에 의해 영향을 받지 않는다.

작업 범위 30 내지 200 DC볼트 바람직하기로 30 내지 120볼트에서의 비교적 저 방전전압에도 불구하고, 수 10 내지 수 100 암페어, 바람직하기로 100 내지 300 암페어의 아주 높은 방전 전류가 실용적이다. 이는 이러한 타입의 방전이 저 에너지에서 아주 높은 이온 전류를 생성할 수 있음을 의미한다. 활용할 수 있는 높은 이온 전류로 인해, 비교적 낮은 가속 전압과 전술한 바와 같이, 작업물의 부드러운 처리로 고 에칭율이 실현된다. 기질상의 추출전압 또는 가속전압이 - 50볼트 내지 -300볼트 바람직하기로 -100 볼트에서 -200볼트범위내에 있다. 작업물에 공급되는 이온 전류는 5 내지 20 암페어이며, 바람직한 작업범위는 8 내지 16 암페어이다. 작업물에 대한 처리폭은 1000mm까지될 수 있다. 처리 폭 이상의 다소 보다 정교한 장비 설계도 활용된다. 이들 값들은 아크 방전 동작값 뿐만아니라 작업물과 관련한 기하적 배치 및 선택된 작업물 압력에 따른다. 통상의 작업 압은 거의 10^-3mbar 이다. 상기 아크 방전을 가동함에 있어서, 작업 가스로서 노블 가스(noble gas) 바람직하게 아르곤 같은 헤비 노블 가스가 이용된다.

과거에 저 전압 아크 방전 장치는 아크 방전이 중심에 배치된 것을 의미하는 회전대칭이며, 작업물은 중심축에 위치한 이 아크 방전주위를 회전한다. 중심에 배치된 아크방전은 에칭 동작의 균일성 및 속도와 관련하여 최적의 결과를 제공하는 것으로 가정되었다. 그러나 놀랍게도 본 발명이 제공하는 비대칭 장치는 전술한 대칭 장치보다 전체적으로 많은 장점을 가지는 것으로 입증되었다. 중심축에서 아크 방전을 가지는 회전 대칭 장치로 대형 체적 작업물의 위치가 아크 방전자체로 중심쪽으로 제한된다. 또한 그러한 작업물은 중심축 뿐만 아니라 그 자체축주위에서 회전되어야하므로 에칭 프로세스 이후에 에칭된 작업물 표면은 챔버 벽 상에 배치된 코팅원으로 바로 코팅된다. 단지 이러한 식으로, 에칭 프로세스의 적합한 분포 및 두께가 보장된다.

아크 방전으로부터 작업물의 거리는 비대칭 장치에서보다 회전 대칭 장치에서 보다 결정적인데, 상기 비대칭 장치에서는 작업물이 아크 방전쪽으로 한쪽으로만 노출된다.

본 발명에 따른 장치에 있어서, 추가의 회전없이 아크 방전의 정면에 대형 체적의 작업물을 통과시키는 것이 가능하므로, 프로세스 챔버의 사이즈가 타당한 한계로 유지될 수 있으며, 무거운 작업물의 조정이 상당히 간략화된다. 이는 생산 시스템의 경제성에 지대한 영향을 미친다. 본 발명에 따른 장치는 대형 체적의 작업물에 장점이 있을 뿐아니라 이에 대응하게 다수의 소형 작업물을 수용하여 동시에 처리하는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 장치의 다른 장점은 에칭 장치가 일체 부품의 프로세스 챔버로서 구성될 필요가 없다는 것이며, 이는 이 장치가 프로세스 챔버의 설계에 있어서 보다 큰 자유도가 얻어지도록 프로세스 챔버의 외벽상에서 기다란 작은 방전 챔버로서 배치될 수 있는 것을 의미하는 프로세스 챔버 벽의 영역에만 배치되어야 하기 때문이다. 이러한 장치는 아크 방전과 작업물 표면간의 거리와 관련하여 덜 결정적인 것으로 보여지는데, 이는 상기의 결과로 높은 재생성이 통상 대형 작업물에서 발생하는 큰 공간 변형으로 일어난다는 것을 의미한다. 상기 아크방전으로 추출될 수 있는 전 이온 전류는 바람직하게 높은 값에 있게되며, 작업물상에 완전하게 집중될 수 있어서 소망의 높은 에칭율을 생성한다. 저 전압 아크 방전 또는 플라즈마 원의 프로세스 챔버 또는 처리존으로부터의 실질적인 분리가 상기 플라즈마원의 설계의 높은 자유도 및 상기 장치의 중심축에서의 방전을 가지는 일체형 회전 대칭 장치의 경우에서 보다 프로세스 조건에 상기 플라즈마원 설계의 보다 탄력적인 적용을 제공한다.

에칭 프로세스 이후의 잘 붙는 코팅을 용착하기 위하여, 동일측으로부터 작용하는 하나 이상의 추가의 증발원은 프로세스 챔버벽상에 배치된다. 특히 기다란 저 전압 방전과 같이 대응하게 기다란 영역에 걸쳐 전면에 배치된 작업물을 코팅하는 식으로 배치될 수 있는 플라즈마 원이 적합하다. 스퍼터링 원 또는 아크 증발원같은 것이 적합하다. 실제적으로 소위 캐소딕 스파크 증발기 또는 아크 증발기가 특히 적합한 것으로 알려져 있는데, 이는 이들 및 상기의 에칭 프로세스에 의해 잘붙는 코팅이 경제적으로 실행될 수 있기 때문이다. 이러한 장치를 통해 처리된 테스트 툴은 전술한 고전압 에칭으로 공지의 아크 증발 코팅에 의해 수행된 것보다 상당히 재생적으로 더 긴 유효 수명을 가진다. 예를 들어, 밀링 커터 같은 커팅 툴의 유효 수명은 적어도 1.5 배만큼 특히 바람직한 경우에 종래 기술보다 다수배 개선된다. 또한 동질성의 에칭 분포가 얻어지는데, 이는 작업물의 기하에 덜 종속적이어서 배치로 다른 기질을 혼합할 수 있다.

제안된 장치로 노블 가스뿐만 아니라 화학적으로 반응성의 가스로 프로세스를 실행하는 것이 가능한데 이는 저전압 아크 방전이 N₂, H₂와 같은 가스를 잘 활성화시키기 때문이다. 절연 표면에 의해 생성된 원치않는 기생 방전은 저전압 방전으로 용이하게 제어된다. 저전압 아크 방전은 하트 캐소드를 수용하여 소 개구를 통해서만 방전 챔버 또는 프로세스 챔버와 소통하는 분리 캐소드 챔버 또는 이온화 챔버로서 바람직하게 동작한다. 가스는 상기 캐소드 챔버를 통해 바람직하게 허용된다. 이 결과 프로세스 챔버와 목표의 오염문제를 감소시키거나 제거하는 코팅원사이에 임의의 가스 분리가 이루어진다. 이러한 장치로서 실제의 코팅 페이스 동안 다른 프로세스 가스로서 작업물상의 활성화를 실행하는 것이 가능하다. 작업물상에서 대응의 부의 또는 정의 전압을 선택함으로써 소정의 작업 조건이 설정될 수 있다.

필요한 에칭 깊이 또는 코팅 두께 및 균일하고 재생가능한 처리를 이룩하기 위하여 프로세스 단계동안 수회 상기 코팅원 전면에 작업물이 통과되어야 하는 경우, 그 작업물이 중심축 주위로 회전될 수 있도록 상기 장치를 설계하고 상기 코팅원이 모두 외측에서 내측을 향해 동작하도록 상기 챔버 벽상의 코팅원을 배치하도록 상기 장치를 설계하는 것이 바람직하다. 이 경우, 초 대형의 작업물이 그 중심축상에서 회전하는 식으로 처리를 위해 배치될 수 있다. 그러나, 동일의 공간에서, 다른 사이즈를 가지는 다수의 소형 작업물은 홀더상에 배치될 수 있으며, 동질의 결과를 얻을 수 있도록 상기 중심축 주위를 회전하면서 상기 코팅원을 통과한다. 그러한 배치는 특히 콤팩트하며, 경제적인 프로세스에 필수적인 구조에 용이하다.

플라즈마원 또는 저전압 아크 방전은 프로세스 챔버 벽상에서 이송 방향에 횡으로 바람직하게 배치된다. 예를 들어 저 전압 아크 방전 장치는 박스형 부착으로 여기서는 방전챔버 형태로 바람직하게 배치될 수 있는데, 이 방전 챔버는 저전압 아크가 작업물에 또는 처리되는 존에 직접적으로 대향하게 배치된다. 상기 저 전압 아크 방전은 전기적으로 가열된 즉 열전자 방출 캐소드에의해 발생되며, 애노드가 임의의 거리로 배치된다. 대응 방전 전압이 애노드에 인가되어 아크 전류가 유기된다. 이러한 방전은 가스 입구 포트의 특징을 가지며, 이 포트를 통해 아크 방전이 작업 가스를 공급받는다. 이러한 장치는 아르곤과 같은 노블 가스로서 바람직하게 동작되지만 전술한 바와 같이, 반응 가스가 부가될 수 있다. 방전로의 사이즈는 적어도 처리 존 폭의 80%이며, 소정의 처리분포 또는 동질성이 얻어지는 식으로 상기 처리 존과 관련하여 배치된다. 작업물상의 대응 스퍼터 에칭을 이룩하기 위하여, 작업물 또는 작업물 홀더가 아크 방전 장치와 관련하여 부전압으로 가동된다. 코팅 동안 반응 프로세스에서와 같은 프로세스에 따라 장치가 상기와 같은 부 전압 없이 동작할 수 있으며, 정 전압의 경우에도 전자충격으로도 동작할 수 있다. DC전압말고 중간 또는 고 주파수의 AC전압이 이용가능하다. DC전압은 또한 맥동될 수 있으며,AC전원상에 그 일 부분을 중첩하는 것이 가능하다. 이러한 전원으로 임의의 반응 프로세스를 제어할 수 있다. 또한 특히 유전 존이 있거나 장치 및 작업물 표면상에 형성되는 경우 기생아크를 방지할 수 있다.

프로세스 존과 관련한 소정의 분포가 방전 길이 및 그 위치를 통해 설정될 수 있다. 상기 분포를 제어하기 위한 다른 파라미터는 아크 방전을 따르는 플라즈마 밀도분포이다. 이러한 분포는 방전 챔버의 영역내에 배치된 다른 자계에 영향을 받는다. 프로세스 파라미터의 설정 및 수정을 위해 영구 자석이 방전 챔버를 따라 배치된다. 그러나 상기 방전로가 분포조건에 따른 방전로를 따라 배치된 추가의 분리 동력식 애노드로서 가동되는 경우 바른 결과가 얻어진다. 이러한 장치로서 고른 분포곡선이 임의정도로 영향을 미치게된다. 따라서 수정자석을 가지지않고, 방전로를 따라 일 이상의 애노드를 가지는 것이 바람직하다. 그러나 이러한 바람직한 장치를 추가의 수정 자석과 결합시킬 수도 있다. 단일 캐소드와 함께 추가의 애노드가 용이하게 가동될 수 있다. 그러나 제어성을 개선하는 이들 회로의 최적의 분리를 얻기 위해 각 애노드와 대향의 방출 캐소드를 가지는 것이 바람직하다.

열전자 방출 캐소드가 소 개구를 통해 방전 챔버와 소통하는 별개의 소 캐소드 챔버내에 바람직하게 배치된다. 이러한 캐소드 챔버는 노블 가스용의 입구 포트를 장비하고 있다. 바람직하게 반응가스는 캐소드 챔버에 수용되지 않지만 방전 챔버에 수용된다. 상기 캐소드 챔버 내의 개구를 통해서 전자가 애노드로 유도되어 적어도 부분적으로 이온화된 가스가 그 개구를 통해 빠져나온다. 프로세스 챔버는 작업물이 회전하는 중심축이 수직으로 배치되는 식으로 바람직하게 설계된다. 캐소드 또는 캐소드 챔버는 애노드 상에 바람직하게 배치된다. 상기 캐소드 챔버에 있어서, 출구개구는 하방으로 바람직하게 배치된다. 이들 장치는 시스템의 전체적인 조정을 단순화하며, 입자변형으로 야기되는 문제를 해소하는데 도움을 준다.

저전압 아크 방전장치 이외에, 상기 프로세스 챔버는 적어도 추가의 원을 아크 증발기의 형태로 구비하고 있다. 이들 원은 중심축 또는 프로세스 존 외쪽으로부터 동일방향으로 방사상으로 작용한다. 이송 방향과 관련하여 코팅원 앞에 저전압 아크 방전이 배치된다면 바람직하다. 아크 방전장치와 같은 아크 증발기는 상기 이송 방향에 횡으로 있는 선형 연장부를 가져서 전체 프로세스 존이 소정의 동질성을 갖고 코팅된다. 제안된 코팅 장치에 있어서, 수개의 라운드 아크 증발기가 소정의 동질성을 갖고 챔버 벽을 따라 분포되어 바람직하게 사용된다. 장점은 증발기의 고 전력 소모가 없고 코팅 두께 분포가 잘 제어되거나 임의의 정도로 전원에 의해 고르게 조정된다는 것이다. 이러한 식으로, 고 코팅율이 얻어져서 경제성이 높아진다. 예를 들어 툴 특히 쉐이핑 다이에 대한 프로세스 가 다음과 같이 구성된다.

프로세스 예

이 시스템 구성은 도 2 및 3에 따른다. 이 툴은 자체의 축주위로 회전하지 않지만 작업물 홀더 중심축 주위를 회전함으로써 코팅원의 전면을 통과한다. 100mm의 폭과 700mm의 직경을 가지는 코팅 존이 형성되고 그 내에 작업물이 배치된다. 프로세스 챔버는 1200mm의 직경과 1300mm의 높이를 가진다.

에칭 파라미터

저 전압 아크 전류 I_LVA= 200 A

아크 방전 전압 U_LVA= 50V

아르곤 압력 P_AR= 2.0 × 10^-3mbar

에칭 전류 I_SUB= 12A

에칭 시간 t = 30 min

에칭 깊이 200 nm

코팅

각 아크 증발기에 대한 전류 I_ARC= 200 A

(150 mm 직경 티타늄 타겟을 가지는 8 증발기)

아크 방전 전압 U_ARC= 20 V

니트로겐 P_N2= 1.0 × 10^-2mbar

바이어스 압 U_Bias= -100 V

코팅 시간 t = 45 min

코팅 두께 TiN 6 ㎛

가열 및 냉각을 포함하는 하나의 배치에 대한 프로세스 주기 시간은 150 min이다.

작업물 상의 부의 가속 전압에 대한 전압 발생장치는 통상 300 DC V까지의 전압으로 동작하지만, 양호한 에칭 전압이 결점을 갖지 않고 이용될 수 있는 100 내지 220 볼트범위내에서 작업물을 보호하도록 바람직하게 유지된다. 저전압 아크 장치는 작업물로부터 적어도 10cm 떨어져서 동작해야 하지만 이 거리는 바람직하게 15cm이상이거나 15에서 25cm 범위내에 있는데, 여기서 양호한 분포의 고율이 얻어진다.

본 발명에 따른 코팅 시스템은 특히 드릴, 밀링 커터 및 쉐이핑 다이와 같은 프로세싱 툴에 적합하다. 홀더 및 이송장치는 이러한 타입의 툴용으로 설계된다. 본 발명의 코팅 장치는 코팅되는 작업물이 그 장치의 중심축주위에서만 회전되는 경우 양호한 결과를 이룰 수 있다. 특히 결정적인 경우 또는 많은 수의 소형 부품이 시스템상에 로드되는 경우, 중심축주위의 회전이 그 중심축 주위를 순서적으로 회전하는 추가의 중심축을 부가함으로써 상기 설계 개념으로 용이하게 충족될 수 있다.

본 발명은 다음의 도면에 의해 상세히 설명된다.

도 1은 종래의 기술에 따른 저 방전을 가지는 코팅 장치를 도시한 도면,

도 2는 저전압 방전을 위한 주변 방전 챔버를 가지는 본 발명에 따른 통상의 코팅 시스템의 단면도,

도 3은 도2의 시스템의 수평 단면도,

도 4a는 저전압 아크 방전을 위한 방전 챔버와 그 챔버의 내측에 배치된 다수의 애노드를 구비하는 장치의 일부에 대한 단면도,

도 4b는 별개의 캐소드 챔버에 배치된 캐소드를 구비한 각각의 캐소드-애노드 방전로를 도시한 도 4a와 유사한 도면,

도 5는 통상의 기술로 코팅된 툴과 본 발명에 따른 툴의 서비스 수명의 비교곡선을 도시한 도면이다.

도 1은 공지의 작업물 코팅 장치를 도시하는데, 진공챔버는 저 전압 아크 방전을 수용하는 프로세스 챔버(1)로서 기능하며, 상기 방전(18)은 상기 방전 챔버(1)의 중심축을 따라 방전 챔버(1)의 중심으로 주행하며, 상기 프로세스 챔버(1)외측으로부터 프로세스 챔버(1)의 챔버 벽까지 마그네트론 스퍼터링 원(14)이 플랜지된다. 프로세스 챔버(1)의 상부에는 가스 입구(5)를 통해 작업가스 통상적으로 아르곤과 같은 노블 가스를 공급받을 수 있는 열이온 하트 캐소드(3)를 유지하는 캐소드 챔버가 놓여지며, 반응 프로세스를 위해 활성 가스가 부가된다. 캐소드 챔버(3)는 셔터(4)내의 소 개구를 통해 프로세스 챔버(1)와 소통한다. 상기 캐소드 챔버(2)는 절연기(6)에 의해 프로세TM 챔버와 통상 절연되어 있다. 셔터(4)는 절연기(6)를 통해 캐소드 챔버(2)와 추가적으로 절연되어서 필요에 따라 부동전위 또는 보조 전위상에서 동작한다. 애노드(7)는 캐소드 챔버(2)의 대향측상에 중심축(16)의 방향으로 배치된다. 애노드(7)은 도가니 형태를 가지며, 저전압 아크 방전으로 증발되는 물질을 유지한다. 에칭 프로세스 동안 이러한 증발 옵션은 사용되지 않으며, 저전압 아크 방전으로부터 이온만이 추출되며, 작업물이 스퍼터 에칭되는 식으로 작업물 쪽으로 가속된다. 저전압 아크 방전(18)을 가동함에 있어서, 캐소드(3)는 히터 공급장치로 가열되어 캐소드(3)가 전자를 방출한다. 캐소드(3)와 애노드(7)사이에 아크 방전가동을 위한 추가의 전원(8)이 있다. 상기 전원(8)은 통상 저전압 아크(18)를 지속하도록 애노드(7)상에 정의 DC전압을 생성한다. 아크 방전(18)과 프로세스 챔버(1)의 챔버 벽사이에 적절한 프로세스 균일성을 유지할 수 있도록 수직 중심축(17)주위에서 회전될 수 있는 작업물(11)을 홀드하는 작업물 홀더가 배치된다. 상기 작업물 홀더(10)는 추가의 작업물 홀더장치(12)상에서 지지되며, 이 장치(12)는 상기 작업물 홀더(10)가 중심축(16)주위에서 회전되는 회전구동부를 구비하고 있다. 이러한 타입의 장비에 있어서, 예를 들어 헬름홀즈(Helmholz) 코일(13)형태의 추가의 코일(13)을 통해 저전압 아크 방전(18)을 포커싱하는 것이 필요하다. 작업물(11)은 저전압 아크 방전(18)로 처리될 수 있으며, 부 전압이 기질에 인가될 때 이온 충격이 일어나며, 전자 충격이 정의 기질전압을 인가함으로써 생기는 것을 알 수 있다. 이러한 식으로 작업물이 저전압 아크 방전을 도움으로 가열에 의해 유도된 전자충격 또는 스퍼터 에칭의 이온 충격을 통해 작업물이 예비가열된다. 이어서 상기 작업물(11)은 저전압 아크에 의한 도가니(7)로부터 물질의 증발을 통해 또는 전원(15)에 의해 공급된 마그네트론 스퍼터 원(14)으로의 스퍼터링을 통해 작업물(11)이 코팅될 수 있다.

기질의 이동을 위한 기계적 어셈블리 및 저 전압 아크방전의 장치는 이 레이아웃에 있어서는 다소 복잡함은 명확하다. 한편, 자유도는 엄격하게 제한되는데, 이는 작업물이 중심에 위치한 저전압 아크방전과 외부 챔버벽사이에 배치될 수 있기 때문이다. 이러한 타입의 시스템은 대형 작업물 또는 대형 배치 량에서 가동하기에는 비경제적이다.

본 발명에 따른 양호한 코팅장치의 예는 도 2에 도시된 단면으로 도시된다. 프로세스 챔버(1)는 프로세스 챔버의 중심축(16) 주위에서 회전될 수 있는 식으로 배치된 작업물 홀더(11)를 구비한다. 상기 챔버은 프로세스 단계에 필요시되는 작업 압력을 유지하는 진공 펌프(19)에 의해 통상적으로 펌프다운된다. 제안된 장치에 있어서, 중심축(16)을 너머 연장하는 대형 작업물(11)이 예를 들어 프로세스 챔버(1)내에 배치될 수 있는데 이 대형 작업물(11)이 프로세스 챔버 벽상에 배치된 소스에의해 처리되는 식으로 배치된다. 작업물을 로딩할 수 있는 활용존은 프로세스 챔버(1)를 완전히 채운다. 이러한 장치에 있어서, 챔버 체적을 채우는 단일의 대형 작업물 또는 다수의 소형 작업물을 위치설정할 수 있다.

중심축(16)주위의 작업물(11)을 회전시키는 작업물 홀더는 회전방향에 대해 횡으로 코팅 폭b를 연결한다. 본 발명에 따른 시스템에 있어서, 대형 코팅 폭 b 또는 상기 중심축(16)으로부터 전체 직경 D내에 있는 코팅 폭의 주변으로 연장하는 대형 깊이 범위에 걸쳐 균일하고 재생가능한 코팅 결과가 얻어질 수 있다. 상기의 조건이 결정적인 종래 기술에 따른 공지의 동심장치에 의거, 본 발명에 따른 편심장치가 보다 나은 결과를 생성하는 것이 기대된다. 예리한 연부 및 커팅 연부를 가지는 작업물 기하의 큰 다양성이 열적 스트레스 또는 원치않은 아크의 발생과 관련한 문제를 일으키지 않고 큰 영역에서 조정될 수 있다.

상기 프로세스 챔버의 외벽상에서 에칭 및 코팅원은 모두 상기 작업물쪽으로 외측으로부터 동작하도록 위치된다. 중요한 예비의 스퍼터 에칭 프로세스의 경우에, 상기 챔버 벽은 슬롯형 개구를 가지며, 이 개구의 길이는 적어도 처리폭 b에 대응한다. 개구(26)의 뒤에, 저전압 아크 방전(18)이 발생되는 박스형 아크 챔버(21)가 있다. 상기 저전압 아크 방전(18)은 필수적으로 상기 처리폭b에 나란하며, 적어도 처리폭b의 80%인 유효길이를 가진다. 바람직하게, 방전길이는 상기 처리폭b 와 같거나 그것을 훨씬너머 연장한다.

아크 방전(18)의 축은 가장 가까운 처리존 즉 다음 작업물 존으로부터 거리 d를 가진다. 이 거리d는 적어도 10cm이며, 바람직하게 15 내지 25 cm이다. 이 결과 양호한 프로세스 균일도가 생기며, 높은 스퍼터링 율이 유지될 수 있다. 방전 챔버(21)의 하부에 있어서, 개구(4)를 통해 방전 챔버(21)와 소통하는 캐소드 챔버(2)가 플랜지된다. 캐소드 챔버(2)는 히팅 전원장치(9)를 통해 공급되는 하트 캐소드(3)를 구비한다. 상기 전원은 AC 또는 DC로 동작한다. 캐소드 챔버(2)는 아르곤과 같은 노블 가스인 작업 가스 또는 임의의 반응 프로세스용의 노블 가스 - 반응 가스 혼합물인 작업가스를 공급하는 가스 입구 포트(5)를 구비한다. 보조 가스 입구(22)에 의해 프로세스 챔버(1)를 통해 작업가스를 허용하는 것이 가능하다. 활성가스는 가스 입구(22)를 통해 프로세스 챔버(1)로 직접적으로 허용된다.

방전 챔버(21)의 상부에서 애노드로서 지정된 전극(7)이 있다. DC전원(18)은 정극이 애노드(7)상에 있으며, 저전압 아크 방전이 유도될 수 있는 식으로 캐소드(3)와 애노드(7)사이에 접속된다. 저전압 아크 방전 장치와 작업물(11)사이의 발전기(20)의 도움으로 작업물 홀더 또는 작업물(11)상에 부전압을 인가함으로써 아르곤 이온이 작업물쪽으로 가속되어 그 표면이 스퍼터 에칭된다. 이는 300DC V 까지의 가속전압으로 달성될수 있지만 바람직하기로 100 내지 200 볼트의 범위의 전압으로 달성되어 작업물(11)의 원활한 처리가 보장된다. 프로세스 균일성은 캐소드 챔버(2)의 적절한 위치설정을 통해 프로세스 규격에 따라 처리되는 작업물의 처리 폭b과 관련하여 애노드(7)를 배치함으로서 설정될 수 있다. 다른 요인은 애노드(7)의 형상이다. 예를 들어 애노드는 평평하거나, 접시형, 장방형을 가지며, 또는 관형, 냉각식 애노드로 설계된다.

도 3은 도 2를 기본으로한 시스템의 수평 단면도이다. 슬롯 개구(26)를 통해 처리 존과 소통하는 프로세스 챔버(1)의 외벽상에 박스형 방전 챔버(21)가 도시된다. 물론, 수개의 그러한 방전 챔버가 예를 들어 처리효과를 더 높이도록 필요에 따라 시스템상에 배치될 수 있다. 또한 챔버벽에 플랜지되는 증발원(23)이 도시된다. 예를 들어 마그네트론 스퍼터 원이 증발원(23)으로서 사용되지만 저비용으로 높은 처리 속도를 위해 소위 아크 증발원이 바람직하게 사용된다. 이러한 장치의 장점은 아크 증발원(23)이 외부로부터 자유로히 배치되는데, 다수의 증발원의 분포장치를 통해 소정의 코팅동질성이 설정되며, 하이 코팅율이 지속될 수 있는 식으로 배치된다. 단일의 장방형 증발원을 사용하지 않고, 프로세스 조건에 따른 시스템의 주변에 배치된 수개의 소형 라운드원을 이용하는 것이 바람직하다.

도 4a는 캐소드 챔버(2)가 방전 챔버(21)의 상부에 배치된 본 발명에 따른 장치의 다른 변형예를 도시하는데, 이것의 장점은 상기 코팅 시스템에서 항상 발생하는 입자에 의해 방전로의 동작이 거의 방해받지 않는다는 것이다. 몇 개의 애노드-캐소드 회로를 사용하고 고정가능한 방전(1)을 따르는 강도를 형성함으로써 방전로를 미세분할할 수 있다. 메인 방전은 메인 애노드(7)와 캐소드 챔버(2)사이의 전원(8)으로 생성된다. 추가의 보조방전이 보조 애노드(24)와 보조 전원(25)으로 생성될 수 있다. 이러한 식으로 작업물의 동질성 조건에 대한 강도와 관련하여 국부적으로 애노드(7)와 캐소드(2)간의 전체 방전로를 따라 장전 전력밀도를 조정하는 것이 가능하다.

도 4 b는 다른 실시예를 도시하는데, 애노드-캐소드로는 완전히 분리로 유지되며, 별개의 애노드(7,24) 별개의 캐소드(3,3') 및 별개의 캐소드 챔버(2,2')를 이용하여 분리된다. 다른 버전은 도 4c에서 처리되는데, 두 개의 별개의 애노드(7,24)가 이용되며, 두 개의 하트 캐소드(3,3')를 구비하는 공통 캐소드 챔버(2)가 이용된다.

도 5는 본 발명(곡선b) 및 종래의 기술(곡선a)에 따라 처리되는 HSS밀링커터의 결과를 도시하는데, 두 경우에 있어서, 밀링 커터는 3.5㎛TiN 코팅으로 주어진다. 종래 기술(곡선a)에 따른 밀링 커터의 경우에, 고전압 에칭이 종래의 방식으로 첫째로 실행되는 반면, 곡선b로 표시된 밀링 커터의 경우에 본 발명에 다른 프로세스가 이용된다. 테스트 조건은 다음과 같다.

HSS 피니시 밀링 커터: 직경 16mm

티스의 수: 4

테스트 물질: 42CrMo4 (DIN 1.7225)

경도: HRC 38.5

인피드(Infeed): 15mm × 2.5mm

커팅 속도: 40 m/min

투스당 속도: 0.088mm

급송: 280 mm/min

수명 종료: 스핀들 토크 80 (임의 장치)

이 결과는 본 발명에 따라 처리된 툴의 수명에서의 명확한 개선을 나타낸다. 1.5 이상의 팩터에 의한 개선은 용이하게 도달된다. 툴 수명의 연장 뿐만아니라 툴 수명의 종료쪽으로의 툴 품질의 열화를 나타내는 토크 곡선의 플래터 처리가 중요하다.도 5에 따른 실시예에 있어서, 15m의 전체 밀링깊이에서 이것이 명확히 인식된다. 종래기술을 나타내는 곡선은 15m의 툴 밀링 깊이에서의 툴 품질의 예리한 열화를 나타낸다. 이는 종래기술로 달성되는 커팅 품질이 전체 툴 수명에서의 일치되지 않는 큰 차이를 갖는 것을 의미한다.

도 2 내지 도 4에 도시된 본 발명에 따른 시스템은 종래기술에 따른 시스템(1)보다 상기 높은 품질을 가지는 큰 출력을 이룬다. 상기 출력은 경제성을 상당히 증가시키는 인수 3 내지 5에 의해 배가 또는 훨씬증가된다.

요약

코팅 이전에 스퍼터 에칭되어야하는 고성능의 툴상에 하드 코팅을 용착하기 위하여, 본 발명은 저전압 아크 방전으로 툴을 스퍼터 에칭하고 툴이 에칭된 방향으로부터 툴을 연속적으로 코팅한다.

청구범위

1. 진공 프로세스 챔버(1), 상기 챔버상에 배치된 플라즈마원(18), 상기 챔버의 내측에 배치된 코팅원(23)으로 작업물(11)을 처리하는데, 상기 챔버는 상기 플라즈마원의 전방에서 작업물(11)을 처리 또는 통과시키는 처리 존(b)을 형성하는 홀딩 및/또는 이송장치를 구비하고 있으며, 상기 플라즈마원은 작업물과 일정거리로 배치되며, 동일방향에서 작용하게 구성되어 작업물을 처리하는 코팅 장치에 있어서,

하트 캐소드 저전압 방전 장치로서 설계된 플라즈마원(18), 상기 작업물 이송방향에 나란한 방향에서 상기 처리존의 폭(b)에 대응하고, 상기 아크 방전(18)와 작업물(11)사이의 전계를 생성하는 장치를 포함하는 선형 연장부(1)를 구비하는 것을 특징으로 하는 코팅 장치.

2. 제 1항에 있어서, 상기 작업물(11)의 홀딩 및 이송장치는 상기 프로세스 챔버(1)의 중심축(16)주위를 회전하가능하게 배치되어 있으며, 상기 플라즈마원 및 코팅원(18,23)은 이들이 중심축(16)의 방향에서 외측으로부터 방사상으로 동작하도록 챔버 벽상에 배치된 것을 특징으로 하는 코팅 장치.

3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 방전 챔버(21)의 플라즈마원은 상기 챔버(1)의 외벽상에 배치되며, 상기 챔버는 내측 및 상기 방전 챔버(21)상에서 열이온 캐소드(3) 및 상기 처리존 폭(b)과 떨어져 그를 따르는 처리 존의 적어도 80% 이격하여 상기 저전압 아크 방전(18)을 일으키는 애노드(7)가 배치되며, 발전기(20)를 가지는 방전 챔버(21)내에 노블 가스 포트(5)가 애노드-캐소드 회로와 적업물(11)사이에 부극이 상기 작업물(11)상에 위치하여 플라즈마원 장치(2,7,18,21)가 스퍼터 에칭 장치로서 기능하도록 한 방식으로 배치되는 것을 특징으로 하는 코팅 장치.

4. 전술한 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라즈마통로로부터 임의의 거리를 두고 그를 따라 연장하는 적어도 하나의 추가의 애노드(24)가 방출 캐소드(3)와 애노드(7)사이에 배치되어 아크 방전(18)을 따라 플라즈마 밀도 분포를 조정하는 것을 특징으로 하는 코팅 장치.

5. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 애노드(7) 및 추가의 애노드(24)가 각각 조정가능한 전원(25)에 접속되며, 각각의 애노드(7,25)에 대해 바람직하게 대향 캐소드(3)를 구비하는데, 이 캐소드는 상기 애노드(7,25) 및 각각의 전원(8,25)과 더불어 그 자체의 조정가능한 전원회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 코팅 장치.

6. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방출 캐소드(3)는 방전 챔버(21)로부터 분리되어 캐소드 챔버(2)내에 배치되며, 상기 캐소드 챔버(2)는 개구(4)를 통해 방전 챔버(21)와 소통하며, 이 개구를 통해 바람직하게 상기 캐소드 챔버(2)상에 배치된 노블 입구 포트(5)를 거쳐 전자가 방출되는 것을 특징으로 하는 코팅 장치.

7. 제 2 항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서, 중심축(16)을 가지는 프로세스 챔버(1)가 수직으로 배치되며, 캐소드 또는 캐소드 챔버(2)가 상기 애노드(7,25)상에 배치되며, 상기 캐소드 챔버(2)의 개구가 바람직하게 하향하는 것을 특징으로 하는 코팅 장치.

8. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 아크 증발기(23)를 이루는 적어도 하나의 코팅원(23)이 상기 이송 방향 보다 앞쪽에 위치한 플라즈마원(18)옆의 프로세스 챔버상에 배치되는 것을 특징으로 하는 코팅 장치.

9. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 발전기(20)는 300V DC 바람직하게 100V에서 200V의 전압용으로 설계된 것을 특징으로 하는 코팅 장치.

10. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저전압 아크 방전장치(18)는 작업물(11)로부터 적어도 10cm 바람직하기로 15 내지 25cm 이격지는 것을 특징으로 하는 코팅 장치.

11. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 홀딩 및 이송장치는 드릴, 밀링 커터 및 쉐이핑 다이용의 툴 홀더로서 설계되는 것을 특징으로 하는 코팅 장치.

12. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 자계발생기가 플라즈마 밀도 분포를 조정하도록 방전 챔버(21)내 또는 그위에 배치되는 것을 특징으로 하는 코팅 장치.

13. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방전 챔버(21)는 프로세싱 존의 전체폭(b)을 따라 개구를 구비하며, 상기 개구는 상기 프로세싱 존과 면하여 그 프로세싱 존이 아크 방전에 노출되는 것을 특징으로 하는 코팅 장치.

14. 프로세스 챔버내에 배치된 플라즈마원(18), 코팅원(23)을 구비하며, 상기 챔버(1)내에 배치된 홀딩 및/또는 이송장치를 구비하는 진공 프로세스 챔버(1)내에 작업물(11)을 부분적으로 코팅하는 프로세스로서, 이 이송장치가 상기 플라즈마원(18) 및 코팅원(23) 전방의 작업물을 위치설정 또는 통과시키며 상기 원들이 동일측에서부터 작용하며, 상기 작업물(1)과 임의의 거리로 배치되며, 상기 플라즈마원(18)이 상기 처리존 폭(b)의 적어도 80%에 걸쳐 상기 작업물 이송방향에 나란한 방향에서 하트 캐소드 저전압아크(18)를 발생시키며, 상기 아크 방전과 작업물 사이에 전압이 인가되어 플라즈마로부터 전하 캐리어를 추출하여 이들 전하가 기질쪽으로 가속되는 것을 특징으로 하는 프로세스.

15, 제 14항에 있어서, 상기 작업물은 상기 프로세스 챔버의 중심축(16)주위에서 바람직하게 연속으로 회전하고 상기 원(18,23)들을 통과하며, 제 1 단계에서 전하 캐리어 충격을 통해 플라즈마 처리가 생기며, 제 2 단계에서 작업물(11)의 코팅이 생기는 것을 특징으로 하는 프로세스.

16. 제 14 항 또는 제 15항에 있어서, 상기 전하 캐리어는 그들이 작업물(11)을 스퍼터 에칭하는 식으로 부 작업물 전압의 도움으로 직접적으로 아크 방전(18)으로부터 추출된 이온으로 이루어진 것을 특징으로 하는 프로세스.

17. 제 14 내지 16항중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅 존(b)에 걸리는 에치분포의 동질성이 아크 길이, 아크와 작업물간의 거리(d), 상기 작업물쪽의 아크의 위치 및 상기 아크를 따르는 플라즈마 밀도 분포를 조정함으로써 소정의 값으로 설정될 수 있는 것을 특징으로 하는 프로세스.

도 5

스핀들 토크[a.u]

툴 수명의 종료

고전압 에칭 + 3.5 ㎛ TiN [ 아크 코팅]

저전압 아크 코팅 + 3.5 ㎛ TiN (아크 코팅)

(발명)

툴 밀링 깊이[m]

(도 1)

(도 2)

(도 3)

(도 4a)

(도 4b)

(도 4c)

(도 5)

본 발명은 툴 바디(tool body)와 마모 저항 시스템을 가지는 툴에 적용될 수 있다.

Claims (19)

1. 툴 바디와 마모 저항 층 시스템을 구비하며, 상기 시스템이 적어도 하나의 MeX 층을 구비하는 툴로서, 상기 MeX가

   티타늄 및 알루미늄을 구비하는 Me,

   니트로겐이나 카본 중 적어도 하나로된 X를 가지며,

   상기 층은 Q_I값(Q_I≤ 2)을 가지며,

   상기 툴은 고체 카바이드 엔드 밀, 고체 카바이드 볼 노우즈 밀과 결합 카바이드 기어 커팅 툴중 하나로되며, I(111)의 값이 강도 평균 노이즈 값과 MS에 따라 측정하여 비교할 때 적어도 20 배인 것을 특징으로 하는 툴.
2. 제 1항에 있어서, QI값의 범위는

   Q_I≤ 1 이 바람직하고,

   Q_I≤ 0.5가 더 바람직하고,

   Q_I≤ 0.2가 더 바람직하고,

   Q_I≤ 0.1이 가장 바람직한 것을 특징으로 하는 툴.
3. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서, 상기 MeX 물질은 티타늄 알루미늄 니트리드, 티타늄 알루미늄 카보니트리드, 티타늄 알루미늄 보론 니트리드 중 하나이며, 바람직하기로 티타늄 알루미늄 니트리드, 티타늄 알루미늄 카보니트리드중 하나인 것을 특징으로 하는 툴.
4. 제 1항 내지 제 3중 어느 한 항에 있어서, Me는 보론, 지르코늄, 하프늄, 이트륨, 실리콘, 텅스텐, 크롬으로 이루어진 군중 적어도 하나의 추가 요소를 가지며, 바람직하기로 이트륨, 실리콘 및 보론중 적어도 하나의 요소를 가지는 것을 특징으로 하는 툴.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 Me내에 포함된 추가의 요소는 100 at.%로서 Ti의 콘텐트를 취할 때 콘텐트 i, 0.05 at.% ≤i≤60 at.%를 가지는 것을 특징으로 하는 툴.
6. 제 1항 내지 5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 층과 상기 툴 바디간의 추가의 티타늄 니트리드 층을 구비하며, 상기 추가의 층은 두께 d를 가지며,d는 다음의 범위 0.05 ㎛ ≤d≤5.0 ㎛에 있는 것을 특징으로 하는 툴.
7. 제 6항에 있어서, 상기 층 시스템은 적어도 하나의 층과 상기 추가의 층에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 툴.
8. 제 1항 내지 제 7항중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 한 층내의 스트레스 σ는 2 GPa ≤ σ ≤8 GPa 이 바람직하고, 4 GPa ≤ σ ≤6 GPa가 더 바람직한 것을 특징으로 하는 툴.
9. 제 1 항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, Me내의 티타늄의 콘텐트 x는

   70at.% ≥x ≥40 at.% 이며, 바람직하기로 65at.% ≥x ≥55 at.%인 것을 특징으로 하는 툴.
10. 제 1 항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 Me내의 알루미늄의 콘텐트 y는 30at.% ≤y ≤60 at.% 이며, 바람직하기로 35 at.% ≤y ≤45 at.%인 것을 특징으로 하는 툴.
11. 툴 바디와 마모 저항 층 시스템을 구비하는 툴을 생성하되 상기 시스템이 적어도 하나의 하드 물질층을 구비하여된 툴을 생성하는 방법에 있어서:

    진공 챔버내의 상기 적어도 한 층을 반응 PVD용착하는 단계;

    상기 진공 챔버내의 반응 가스의 부분압 및 소정의 기준 전위와 관련한 툴 바디의 바이어스 전압으로된 두 파라미터중 적어도 하나의 파라미터 이외에 상기 PVD용착에 대해 소정의 프로세스 챔버 값을 선택하는 단계; 및

    소정의 QI값, MS로 측정할 때 평균 강도 노이즈값이 I(111)의 적어도 20 배 이상으로 설정된 I(200)와 I(111)중 적어도 하나의 값을 가지는 층을 실현하도록 상기 부분압과 상기 바이어스 전압중 적어도 하나를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제 11항에 있어서, 상기 Q_I값을 감소시키거나 그 반대를 행하도록 상기 부분압을 감소시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제 11 항 또는 제 12항에 있어서, 상기 Q_I값을 감소시키거나 그 반대를 행하도록 상기 부분압을 증가시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제 11항 내지 13항 중 어느 한 항에 있어서, 반응 캐소딕 아크 증발에 의해 상기 반응 PVD 용착을 실행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제 14항에 있어서, 상기 아크 증발을 기계적으로 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제 11 항 내지 제 15항중 어느 한 항에 있어서, 상기 툴 바디 상에 MeX층을 용착하는 단계를 추가로 포함하는데, 상기 Me는 티타늄 및 알루미늄을 포함하며, X는 니트로겐 및 카본중 적어도 하나로 되며, 반응 가스에 의해 상기 PVD용착에 인가되는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제 11 항 내지 16항중 어느 한 항에 있어서, 상기 툴은

    고체 카바이드 엔드 밀;

    고체 카바이드 볼 노우즈 밀;

    결합 카바이드 기어 커팅 툴중 하나이며;

    상기 Q_I값을 상기 반응 압과 상기 반응 PVD용착을 위한 바이어스 값중 적어도 하나를 조정함으로서 Q_I≤2로 되도록 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제 17항에 있어서, 상기 Q_I값을 Q_I≤1, 바람직하기로 Q_I≤0.5 또는 Q_I≤0.2 가 되도록 선택하는 단계를 포함하는 것읕 특징으로 하는 방법.
19. 제 18항에 있어서, 상기 Q_I값을 Q_I≤0.1이 되도록 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.