KR20020087056A

KR20020087056A - 대상물 코팅용 재료의 증발 장치

Info

Publication number: KR20020087056A
Application number: KR1020027010628A
Authority: KR
Inventors: 홀루바파벨; 질레크모지미르
Original assignee: 에스에이치엠, 에스.알.오.
Priority date: 2000-12-18
Filing date: 2001-12-14
Publication date: 2002-11-21
Also published as: CZ20004747A3; ATE408890T1; EP1356496B1; AU2002226377A1; DK1356496T3; CN1404620A; ES2311497T3; DE60135875D1; AU2002220482A1; SI1356496T1; WO2002050865A1; PT1356496E; US20040069233A1; CZ296094B6; WO2002050864A1; EP1356496A1

Abstract

본 발명은 저 전압 아크를 사용한 물리 증착법(PVD)에 의하여 대상물의 코팅용 재료의 증발용 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 자계 소스(4a, 4b, 4) 및 아크의 양극(3) 및 음극(2a, 2b, 2)을 구비한다. 적어도 하나의 음극(2a, 2b, 2) 및 적어도 하나의 자계 소스(4a, 4b, 4)가 코팅 챔버(1)에서 선회될 수 있다.

Description

대상물 코팅용 재료의 증발 장치 {APPARATUS FOR EVAPORATION OF MATERIALS FOR COATING OF OBJECTS}

물리적 방법, 즉 물리 증착법(Physical Vapour Deposition; PVD)을 사용하는 경질 코팅의 증착용의 여러 가지 장치가 알려져 있다.

기체 분위기 하에서 코팅되는 기판/대상물에 코팅을 생성하는 입자의 증발용 저 전압 아크를 사용하는 기술이 알려져 있다. 생성되는 코팅은 TiN 타입일 수 있다. 그 경우에 대부분의 코팅은 예를 들면, 티타늄으로 이루어지는 금속 타깃(target)으로부터, 저 전압 전기 아크를 사용하는 증발에 의하여 제거된다.

직류(dc) 저 전압 전기 아크가 재료의 증발용 소스로 사용되는 경우에, 아크의 연소는 제어될 수 없거나, 또는 자계에 의하여 제어될 수 있다. 양 경우에 재료의 증발은 저 전압 아크의 음극 표면을 따라 이동하는 음극점(cathode spot)의 위치에 발생한다. 음극점의 영역에서 마이크로바스(microbath)가 10000℃ 등급의 도달 온도를 생성한다. 마이크로바스의 영역에서 음극 재료의 격렬한 증발 및 스퍼터링(spluttering)이 나타난다. 증발 재료는 원자 또는 분자 형태로 코팅 대상물의 표면으로 이동되지만, 재료의 스퍼터 부분은 대형 입자의 형태로 이동된다. 대형 입자의 최대량은 제어되지 않는 저 전압 아크를 적용하는 경우에 생긴다. 그러한 해결책이, 예를 들면, 논문 Pokrytia polucennye kondenzaciei plazmennykh potokov v vakuume, Ukrainskii fiziceskii zurnal, Tom 24, No 4, Otdelnyj ottisk, Kiev-1070에서 설명된다.

상기한 해결책의 단점은 특히 대형 입자가 코팅의 물리적인 성질 및 화학적인 성질을 손상시킨다는데 있다.

자계에 의하여 제어되는 아크의 경우에 음극점의 운동은 실질적으로 가속될 수 있고, 예를 들면, WO 85/03954 및 US 4,637,477을 참조하면 된다. 이것은 음극점의 영역에서 마이크로바스의 직경을 감소시키고 기인하는 대형 입자의 수를 감소시킨다. 아크는 특히 고 자계 세기의 영역으로, 그리고 즉 자기력선에 수직 방향으로 이동한다. 그 때문에 더 뚜렷한 침식을 갖는 영역이 전극 표면에 발달된다. 그 침식의 영역에서, 전극, 예를 들면, 음극의 두께 감소 과정으로, 아크 운동의 영역이 주어진 위치에서 자계의 세기를 증가시키도록 유도하는, 자계 소스로 접근한다. 따라서, 상기 아크가 하나의 싱글 트랙 내부에서 절단될 까지, 음극점의 운동은 더욱더 제한된 영역으로 집중된다. 이것은 음극의 수명을 상당히 감소시킬 것이다.

상기 아크의 패스(path)를 절단하는 문제는 예를 들면, 전자석 코일과 같이, 아크 이동의 제어용 복수의 자계 소스를 사용하는 기술에 의하여 부분적으로 해결되며, 공개된 국제출원 WO 95/06954의 예를 참조하면 된다. 고 세기의 자계 영역을 이동시키는 것은 음극 표면의 더 많은 균일한 침식을 발생할 수 있다.

이 목적은 다른 위치에서 예를 들면, 2개의 전자석 코일에 의하여 수행될 수 있다. 하나의 코일에 작용되는 전류의 세기를 변화함으로써 전극 표면의 최대 자계 세기의 위치가 변화될 수 있다. 자계 운동이 전체 음극 표면에 대하여 충분히 균일하게 제어될 수 없으며, 따라서 단지 전극의 불규칙한 마모의 순간을 지연시킨다는 것이 상기한 기술의 단점이다. 따라서, 전극 재료의 제한된 부분이 코팅 증착을 위하여 이용될 수 있다.

다른 공지 기술은 공개된 국제출원 WO 85/03594와 같이, 전극, 예를 들면, 저 전압 아크의 음극 뒤에 비교적 작은 영구자석 또는 전자석의 기계적인 운동에 있다. 이 기술의 단점은 전극 표면의 작은 부분만이 자계에 의하여 싸이게 된다. 저 전압 아크에서 더 높은 전류하에 상기 아크는 대형 입자의 수를 다시 증가시키는, 저 자계 세기를 갖는 영역 아래로 통과한다.

본 발명의 목적은 증발 전극의 재료를 실질적으로 더 바람직하게 이용할 수 있지만, 특히 대형 입자의 량을 매우 적게 발생함에 의하여, 기판의 코팅 품질을 유지할 수 있는 해결책을 안출하는데 있다.

본 발명은 자계 소스 및 전기 아크의 양극과 음극을 구비한 장치와 같이, 저 전압 전기 아크를 사용하는 물리적 방법에 의하여 대상물을 코팅하기 위한 재료의 증발 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예의 개략적인 정면도를 도시한다.

도 2는 제1 실시예의 개략적인 일부의 레이아웃(layout)을 도시한다.

도 3은 제2 실시예의 개략적인 정면도를 도시한다.

도 4는 제2 실시예의 개략적인 일부의 레이아웃을 도시한다.

도 5는 제3 실시예의 개략적인 정면도를 도시한다.

도 6은 제3 실시예의 개략적인 일부의 레이아웃을 도시한다.

도 7은 제4 실시예의 개략적인 정면도를 도시한다.

도 8은 제4 실시예의 개략적인 일부의 레이아웃을 도시한다.

* 도면의 부호에 대한 설명

1: 코팅 챔버 1a: 배출구

2: 음극 2a: 음극, 전극 2b: 음극, 전극,

2c: 베어링부 2d: 베어링부

3: 양극

4: 소스(자계의) 4a: 소스(자계의) 4b: 소스(자계의)

5: 풀리 5a: 풀리 5b: 풀리

6: 자극편 6a: 자극편 6b: 자극편

7: 전자석 코일 7a: 전자석 코일 7b: 전자석 코일

8: 캐리어 8a: 캐리어 8b: 캐리어

9: 절연체

10: 소스(아크의) 10a: 소스(아크의) 10b: 소스(아크의)

11: 궤도 12: 방향 13: 영역

14: 직류(dc) 소스 15: 도어 16: 플랜지(도어의)

공지의 해결책의 단점은 본 발명에 따른 해결수단에 의하여 제거되고, 적어도 하나의 음극 및 적어도 하나의 자계 소스로 이루어지는 필수 구성요소는 코팅 챔버 내에서 서로에 대하여 선회된다.

또한 자계 소스가 적어도 하나의 자석 코일 또는 적어도 하나의 영구자석으로 구성되는 것이 본질적이다.

바람직한 실시예에서 음극은 원통형이다.

음극의 표면에 대한 음극점의 효과적이고 규칙적인 이동에 대하여 자계 소스가 선회하는 음극 내부에 위치되는 실질적으로 다른 실시예가 있고, 상기 자계 소스는 움직이지 않도록 배치된다.

설계 단순화의 점에서 음극 내부에 수용되는 자계 소스를 선회시키는 것이 바람직하고, 상기 음극은 움직이지 않도록 되어 있다.

증발 장치가 챔버의 중앙에 위치하는 경우에, 음극 내부에 수용되는 자계 소스의 거의 반대쪽에, 음극에 가까운 양극을 위치시키는 것이 중요하다.

증발 장치가 챔버의 중앙에 위치하는 경우에, 복수의 재료의 증발 가능성을 위하여, 2개의 음극을 양극에 대칭적으로 대향하게 배치하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따라 코팅될 대상물의 간편한 취급을 위하여 증착 챔버의 벽에 증발 장치를 위치시키는, 즉 음극을 코팅 챔버의 벽과 코팅될 대상물 사이에 편심되게 수용하는 것이 바람직하다.

자계 소스를 코팅 챔버의 중심 방향으로 배향하는 것이 바람직하다.

증발 장치가 코팅 챔버의 벽에 편심되게 배치된다면, 양극을 음극의 측면에 배치되는 적어도 2개의 부분으로 분할되는 것이 바람직하다. 이것은 적어도 2개의 음극을 양극의 하나의 섹션 사이에 수용될 수 있게 한다.

본 발명에 따른 해결수단의 장점은 증발되는 음극의 표면에 대하여 자계의일정한 기계적인 이동이 음극의 수명을 상당히 연장하는데 있다.

다른 장점은 원통형상의 중공 음극이 코팅 챔버 내부에 동일한 공간을 점유하는 평면 전극 보다 상당히 더 큰 표면을 갖는데 있다. 이것은 단번에 2 재료를 증발할 필요가 있고 증대하는 층을 증착되는 층의 여러 곳에서 매우 규칙적인 구성을 갖도록 할 필요가 있는 경우에 특히 유익하다. 이것은 음극의 직경을 가능한 한 작게 할 필요가 있다.

다른 장점은 자계 소스의 길이가 중공 음극의 길이와 대략 동일한데 있다. 저 전압 전류가 높은 값을 얻을 수 있어도, 상기 자계가 상당히 광대한 상황은 저 자계 세기의 장소 내부로 아크의 연장을 방지할 수 있다. 이것은 고속의 코팅 증대하에서도 받아들일 수 있게 작은 량의 대형 입자를 발생한다.

또 다른 장점은 더욱 강력한 소스로 자계 소스의 단순한 대체 및 마그네트론 분쇄용 소스로 저 전압 아크 소스의 대체는 상기 장치를 마그네트론 분말 코팅의 모드에서 또한 작용할 수 있다는데 있다.

본 발명의 다른 장점 및 특징은 첨부 도면을 참조한 다음의 상세한 설명에서 계속된다.

본 발명의 여러 가지 실시예에 대한 설명은 동일한 부품, 또는 동일한 방법으로 실행되는 가능한 부품에 대하여 동일한 참조 부호가 부여된다. 어떤 경우에는 반복해서 사용되는 동일한 부호가 부가된 문자로 식별되는 동일한 부호를 가진다.

예 1

코팅 챔버(coating chamber)(1)의 중앙부(도 1)는 더 상세하게 증발 장치로 불리는 본 발명에 따른 재료의 증발 장치를 수용한다. 상기 코팅 챔버(1)는 가스 배출용 배출구(1a)를 구비한다. 상기 증발 장치의 기본 부품은 저 전압 아크의 음극(2a,2b), 저 전압 아크의 양극(3) 및 자계 소스(4a,4b)를 포함한다(도 1 및 도 2 참조). 상기 음극(2a,2b)은 원통형, 즉 상기 음극은 원통형 또는 유사한 형상을 가지고 있고, 상기 음극은 중공이고 적어도 그 외측면은 티타늄 또는 알루미늄과 같은, 물리 증착법(physical vapour deposition method)으로 코팅하는 저 전압 아크법(the method of low voltage arc)에 의하여 증발에 적합한 재질로 이루어진다. 음극(2a,2b)은 미 도시된 베어링을 사용하는 베어링부(2c,2d)를 중심으로 선회한다. 상기 음극(2a,2b)의 베어링부(2c,2d)는 미 도시된 구동장치와 연결되는 풀리(5a,5b)를 구비한다. 음극(2a,2b)은 그 내부에, 전자석을 함께 포함하는 자극편(pole shoes)(6a,6b) 및 전자석 코일(7a,7b)에 의하여 발생되는 자계 소스(4a,4b)를 수용한다. 상기 자극편(6a,6b)은 자성을 띠는 연질재로 이루어지고, 상기 자극편(6a,6b)을 코팅 챔버(1)의 중심 방향으로 배향할 수 있도록, 전자석 코일(7a,7b)과 연결되고 캐리어(carrier)(8a,8b)에 의하여 미 도시된 프레임 내에 견고하게 지지된다. 대략적으로 코팅 챔버(1)의 중앙에서, 제1 음극(2a)과 제2 음극(2b) 사이에, 저 전압 아크의 양극(3)이 움직이지 않도록 위치된다.

전자석 코일(7a,7b)의 미 도시된 전류 접속은 캐리어(8a,8b)를 통과한다. 음극(2a,2b)은 코팅 챔버(1)와 절연체에 의하여 전기적으로 격리되어 있다. 저 전압 아크의 소스(10a,10b)가 양극(3)과 음극(2a,2b) 사이에 삽입된다. 전류는 미 도시된 전류 버스에 의하여 음극(2a,2b)에 이르게 된다. 양 음극(2a,2b)은 미 도시된 공지의 냉각 장치에 의하여 수냉식으로 냉각된다.

본 발명의 실시예에 따르면 증발 장치의 기본 치수는 다음과 같다, 즉 음극(2a,2b)의 외경이 80 mm이고, 음극(2a,2b)의 내경이 60 mm이고, 음극(2a,2b)의 높이가300 mm이고, 음극(2a,2b) 사이의 거리가 50 mm이고, 수냉식 전자석 코일(7a,7b)은 100 스레드(thread) 및 최대 전류(20 A)의 특성을 나타내고, 전자석 코일(7a,7b)의 전체 높이는 250 mm이고 각 기판으로부터 음극(2a,2b)의 거리는 150 mm이다.

예를 들면, 코팅 챔버(1)의 바닥 또는 벽에, 부착되는, 미 도시된 점화기(ignitor)에 의하여 전기 아크의 점화 후, 상기 아크는 전자석의 양극 사이의 기다란 궤도(11)를 따라 자기력선에 수직한 강자계 영역으로 이동하며, 상기 궤도(11)는 코팅 챔버(1)의 중앙을 향한다. 이것은 음극(2a,2b)의 규칙적인 회전 동안, 재료가 증발되는 양 음극(2a,2b)의 영역의 점진적인 변화를 설명한다. 음극(2a,2b)의 규칙적인 기계적 운동 때문에, 음극점이 규칙적으로 이동할 수 있고 음극(2a,2b)으로부터 재료의 제거가 거의 그 전체 표면을 따라서 일정하다. 증발된 입자는 영역(13) 내에 위치되는 코팅될 미 도시된 기판/대상물 방향(12)(도 2)으로 이동한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 직류(dc) 소스(14)에서 음 전압이 코팅 대상물에 작용되며, 양극이 코팅 챔버(1)와 연결된다.

예 2

미 도시된 코팅 챔버가 플랜지(16) 위에 상기 코팅 챔버에 부착된 도어(15)를 구비한다(도 3 및 도 4). 도어(15)는 미 도시된 코팅 챔버의 벽에 위치되며, 상기 도어는 코팅 챔버와 전도성 있게 연결되고 상기 코팅 챔버와 함께 밀폐 공간을 형성한다. 상기 도어(15)는 증발 장치를 수용한다. 상기 증발 장치의 기본 부품은 저 전압 아크의 음극(2a,2b), 저 전압 아크의 양극(3) 및 자계 소스(4a,4b)이다. 음극(2a,2b)은 예 1과 유사하게 선회되고, 그 회전 운동은 풀리(5a,5b)로부터 나온다. 음극(2a,2b)은 그 내부에, 자극편(6a,6b) 및 전자석 코일(7a,7b)에 의하여 생성되는 자계 소스(4a,4b)를 수용한다. 자극편(6a,6b)을 코팅 챔버(1)의 중심 방향으로 배향하도록 하기 위하여, 상기 자극편(6a,6b)은 자성을 띤 연질재로 이루어지고, 전자석 코일(7a,7b)에 의하여 고정되고 예 1과 유사하게 캐리어(8a,8b)에 의하여 견고하게 유지된다. 미 도시된 전자석 코일용 전류 접속부는 캐리어(8a,8b)를 관통한다. 음극(2a,2b)은 코팅 챔버와 절연체에 의하여 전기적으로 격리된다. 저 전압 아크의 소스(10a,10b)는 도어(15)와 전도성 있게 접속되는 양극(3)과 음극(2a,2b) 사이에 삽입된다. 양극(3)은 병렬이고, 이 예에서 3개로 이루어진다. 전류는 미 도시된 전류 버스에 의하여 음극(2a,2b)에 이르게 된다. 양 음극(2a,2b)은 미 도시된 공지의 냉각 장치에 의하여 물로 냉각된다.

예 2의 실시예에 따라 증발 장치 부품의 기본 치수는 다음과 같다, 즉, 음극(2a,2b)의 외경이 80mm이고, 음극의 내경이 60mm이고, 음극(2a,2b)의 높이가300mm이고, 음극(2a,2b) 사이의 거리가 50mm이고, 수냉각 전자석 코일(7a,7b)이 100스레드 및 최대 전류 20A의 특성을 나타내고, 전자석 코일(7a,7b)의 전체 높이가 250mm이고, 기판으로부터 음극(2a,2b)의 거리가 150mm이다. 따라서, 그것들은 예 1과 동일하다.

예를 들면, 도어(15)의 바닥부에, 부착되는 미 도시된 점화기에 의하여 전기 아크의 점화 후, 상기 아크는 궤도(11)를 따라 전자기력선에 수직하게 강자성 영역으로 이동한다. 따라서 그 재료가 증발하는 음극(2a,2b)의 영역이 음극(2a,2b)의 회전 동안 점차 변화한다. 음극(2a,2b)의 규칙적인 기계적 운동 때문에 음극점이 규칙적으로 이동할 수 있고 음극(2a,2b)으로부터 재료의 제거가 거의 그 전체 표면을 따라서 일정하다. 증발된 입자는 미 도시된 기판의 방향(12)으로 이동한다.

예 3

전도성 있게 연결되는, 미 도시된 챔버의 벽에 예 2와 유사하게 위치되는, 도어(15)(도 5 및 도 6)는 증발 장치를 수용한다. 증발 장치의 기본 부품은 저 전압 아크의 음극(2), 저 전압 아크의 양극(3) 및 자계 소스(4)이다. 음극(2)은 원통형이고 움직이지 않도록 되어 있으며, 그러나, 회전될 수만 있거나 또는 예를 들면, 수동 세팅에 의하여 회전되고 조절될 수 있도록 하기 위하여 조절 가능하거나 또는 이동가능하게 배치된다. 상기 배치는 120° 증가에 의하여 3개의 위치로 조절될 수 있게 한다.

음극(2)은 그 내부에 자기적 연질재로 이루어진 자극편(6) 및 그와 견고하게 연결되는 전자석 코일(7)에 의하여 발생되는 자계 소스(4)를 수용한다. 이 시스템, 즉, 자계의 전체 소스(4)는 음극(2) 내부에 선회되거나, 또는 미 도시된 프레임에 회전가능하게 지지되는 캐리어(8)에 수용되는 풀리(5)에 의하여 음극(2)의 축을 중심으로 회전될 가능성을 가지고 있다. 회전 각도는 중심 위치로부터 양측으로 적어도30°를 허용해야 한다. 일반적으로 자계 소스(4)는 코팅 챔버의 중심 방향을 배향하게 된다. 전자석 코일(7)용 미 도시된 전류 공급선은 캐리어(8)를 통과한다. 음극(2)은 절연체에 의하여 코팅 챔버의 도어(15)와 전기적으로 격리되어 있다. 저 전압 볼트의 소스(10)는 도어(15)와 전도성 있게 전기적으로 연결되어 있는 양극(3)과 음극(2) 사이에 삽입된다. 음극(2)은 이전의 예와 유사하게 물로 냉각된다. 음극과 양극의 상대적인 배치는 양극(3)을 2 부분(section)으로 분리될 수 있게 하며, 상기 음극(2)은 그들 사이에 수용된다. 복수의 음극(2)은 양극(3)의 부분 사이에 배치될 수 있거나, 또는 더 일반적으로, 적어도 2개의 음극(2)이 서로 인접하여 배치될 수 있다.

증발 장치의 부품의 기본 치수는 예 1 및 예 2와 동일하다.

예를 들면, 도어의 바닥부에서, 부착되는, 미 도시된 점화기의 전기 아크의 점화 후, 상기 아크는 궤도(11)를 따라 자기력선에 수직하게 강자성 영역으로 이동한다. 따라서, 중앙 위치로부터 양측으로 30°씩 자계 소스를 회전시킴으로써, 음극(2)의 재료가 증발되는 음극(2)의 표면 위의 영역이 점차 변화한다. 30 프로세서와 같이, 상기 음극이 주어진 위치에서 닳게 된 후, 상기 음극은 다음 위치로 재조절되거나 또는 수동으로 설정될 수 있다. 음극을 120° 간격으로 3 위치로 재설정하는 것이 바람직하다. 하나의 프로세스는 코팅될 일회분의 대상물에 완전한 코팅 증착 작업이 되는 것으로 이해된다. 작업 조건에 따라, 음극(2)은 단지 프로세스 사이에서만 재조절 될 수 있다는 것이 명백하다.

자계 소스(4)의 규칙적인 증가 회전에 의하여 발생되는, 자계의 규칙적인 운동 때문에, 음극점은 균일하게 이동할 수 있고 음극(2)으로부터 재료의 제거가 음극의 주어진 위치에서 거의 일정하다. 증발 입자는 미 도시된 기판을 향하는 방향(12)으로 이동한다.

예 4

코팅 챔버(1)의 중앙은 예 1에 따른 실시예와 유사하게 배치된 다수의 부품을 갖는 증발 장치를 수용한다. 증발 장치의 기본 부품은 저 전압 아크의 전극(2a,2b) 및 자계 소스(4a,4b)이다. 전극(2a,2b)은 원통형, 즉 원통형 또는 유사한 형상을 가지고 있고, 중공이고 적어도 그 외면이 티타늄 또는 알루미늄과 같이, 물리 증착법(PVD)을 경유하여 코팅 저 전압 방법에 의하여 증발에 적합한 재질로 이루어진다. 전극(2a,2b)은 미 도시된 베어링을 사용하는 베어링부(2c,2d)를 선회한다. 전극(2a,2b)의 베어링부(2c,2d)는 미 도시된 구동장치와 연결되는 풀리(5a,5b)를 구비한다. 음극(2a,2b)은 그 내부에, 자극편(6a,6b) 및 전자석 코일(7a,7b)에 의하여 생성되는 자계 소스(4a,4b)를 수용한다. 상기 자극편(6a,6b)은 자성을 띠는 연질재로 이루어지고, 코팅 챔버(1)의 중심 방향으로 배향할 수있도록, 전자석 코일(7a,7b)과 견고하게 연결되고 캐리어(8a,8b)에 의하여 미 도시된 프레임 내에 견고하게 유지된다. 전자석 코일(7a,7b)용 미 도시된 동력 공급선은 캐리어(8a,8b)를 통과한다. 전극(2a,2b)은 절연체(9)에 의하여 코팅 챔버(1)와 전기적으로 격리되어 있다. 저 전압 아크의 교류 동력원(10)은 전극(2a,2b) 사이에 삽입된다.

전극(2a,2b)은 미 도시된 전류 버스로부터 동력을 공급 받는다. 양 전극(2a,2b)은 미 도시된 공지의 냉각 장치에 의하여 물로 냉각된다.

실시예에 따라 증발 장치의 부품의 기본 치수는 다음과 같다, 전극(2a,2b)의 외경은 80mm이고, 전극의 내경은 60mm이고, 전극(2a,2b)의 높이는 300mm이고, 전극(2a,2b) 사이의 거리가 50mm이고, 수냉각 전자석 코일(7a,7b)은 100스레드 및 최대 전류 20A의 특성을 가지며, 전자석 코일(7a,7b)의 전체 높이는 250mm이고 기판으로부터 전극(2a,2b)의 거리가 150mm이다.

저 전압 전기 아크의 소스(10)는 교류이고, 즉 전극(2a,2b)은 예를 들면 2초의 펄스 주기로, 교류 전압하에 있다. 저 전압 아크의 펄스는 대략 직사각형이다. 각 펄스 주기의 제1 부분 T1 동안 제1 전극(2a)은 저 전압 아크의 음극으로 작용하고 제2 전극(2b)은 양극으로 작용한다. 펄스 주기의 제2 부분 T2 동안 제2 전극(2b)은 저 전압 아크의 음극이고 제1 전극(2a)은 양극이다. T1/T2 비는 층의 화학량론을 변화하기 위하여 사용될 수 있다.

실시예의 설명은 다음 사실에 대하여 보다 나은 이해를 돕는다. 적어도 하나의 음극(2a,2b,2) 및 적어도 하나의 자계 소스(4a,4b,4)가 서로 선회되기 위하여 코팅 챔버(1) 내에 배치된다. 또한 동일한 배치를 갖는, 즉 서로를 향하여 선회될 수 있는, 음극 및 자계 소스는 코팅 챔버 내에 수용될 수 있다.

증발 재료의 음극(2a,2b,2)은 대략 원통형상의 중공의 전극이다. 상기 음극은 일반적으로 수직으로 배치되고 그 길이는 그 직경을 상당히 초과한다. 이 전극은 그 축을 중심으로 회전할 수 있고, 움직이지 않도록 된 자계 소스(4a,4b,4) 또는, 가능하게, 음극(2a,2b,2) 내부에 수용되는 자계 소스(4a,4b,4)는 움직이지 않도록 된 중공의 음극(2a,2b,2)의 축을 중심으로 회전될 수 있거나 또는 증가적으로 회전될 수 있다. 자계 소스(4a,4b,4)의 길이는 음극(2a,2b,2)의 길이와 대략 동일하다.

음극(2a,2b,2) 및 양극(3) 및 자계 소스(4a,4b,4)로 구성되는 증발 장치는 코팅 챔버(1)의 중앙 또는 코팅 챔버(1)의 벽 가까이, 즉 코팅 챔버(1)의 벽과 코팅 대상물 사이에 수용될 수 있다.

증발 장치가 코팅 챔버(1)의 중앙에 위치되면, 가장 간단한 경우에, 상기 증발 장치는 하나의 음극 및 하나의 양극 및 하나의 자계 소스로 이루어진다. 상기 양극(3)은 자계 소스(4a,4b)에 대략 반대쪽에 배치된다. 상기 음극은 이 음극이 회전하는 본 발명에 따른 장치의 작동 동안 선회될 수 있고, 즉 그 경우 자계 소스가 움직이지 않도록 되고 영구적으로 양극을 향하게 된다. 음극이 작용 동안 움직이지 않도록 되면, 상기 음극은 자계의 이동가능한 소스(4a,4b)를 갖는 것이 필수적이다. 한가지 바람직한 해결책은 축을 중심으로 예를 들면, 중앙 위치로부터 양측으로 30° 범위 내에서 왕복 회전 운동에 있다. 그 경우 자계 소스의 중앙 위치는 양극을 향하게 된다. 전기 아크가 전극의 한 부분에서 연소되기 때문에, 작용 동안 움직이지 않는 음극(2)의 경우에 그러한 전극(2)은 작용 사이에 회전될 수 있다. 음극(2)의 임의 마모가 주어진 위치에서 정해질 수 있는 순간에서 임의 증가마다 음극을 회전시키는 것이 바람직하다. 음극(2)의 고정을 적어도 2개의 다른 위치에서 허용하기 위하여 증발 장치를 배치하는 것이 바람직하다. 즉, 각각 120° 간격으로 3 위치로 조정의 가능성을 보장하는 것이 바람직하다. 복수의 위치로 배치가 가능하다. 증발 장치가 코팅 챔버의 중앙에 위치되면, 그 소스는 물론 복수의 음극을 포함할 수 있다. 최적은 2개의 음극, 2b- 그 경우에 양극(3)에 대하여 음극을 대칭으로 수용하는 것이 바람직하다. 자계 소스(4a,4b)의 위치 및 전극 또는 자계 소스(4a,4b)의 가능한 회전은 하나의 음극의 경우와 동일하다. 코팅될 기판/대상물은 증발 장치 주위에 위치된다.

본 발명의 모든 실시예에서 전자석 코일은 전자석 코일의 상기 설명된 자극편과 동일한 바위를 갖는 공지의 영구자석으로 대체될 수 있다. 또한 전자석 코일과 영구자석을 조합하는 것도 가능하다.

증발 장치가 코팅 챔버의 벽 근처 또는, 가능하게, 코팅 챔버의 도어 내에 위치되면, 가장 간단한 경우에 증발장치는 하나의 양극(3) 및 하나의 음극(2) 및 하나의 자계 소스로 구성된다. 그 경우 양극은 음극(2)과 상기 코팅 챔버의 중앙과 음극(2) 사이에 위치되는 코딩 대상물 사이에 비워있는 공간을 남겨두기 위하여 음극(2)의 측면에 대칭으로 부착되는 2개의 부품으로 구성된다. 자계는 챔버의 중심 방향으로 배향된다. 음극(2)은 예를 들면, 회전 운동을 수행하는 본 발명에 따른 장치의 작용 동안 선회될 수 있는데, 그 경우 자계 소스(4)는 고정된다. 양극과 음극이 작용 동안 움직이지 않는 경우에, 자계 소스(4)는 반드시 운동해야만 한다. 최적 운동은 중앙 위치로부터 양측으로 30°의 범위 내에서와 같이, 축을 중심으로 왕복 회전 운동이다. 전극이 전극의 한 부분에서만 연소되면, 작용 사이에서, 작용 동안 움직이지 않는, 음극(2)을 회전시킬 수 있다. 음극이 현재 위치에서 닳게 되면, 음극(2)을 증가만큼 회전시키는 것이 바람직하다. 음극(2)의 고정을 120°의 간격으로 3 위치로 허용하기 위하여 증발 장치를 배치하는 것이 바람직하다. 증발 장치가 코팅 챔버의 벽에 수용되면, 복수의 음극이 서로 인접하여 위치될 수 있다. 양극이 이들 음극 사이에 수용될 수 있지만, 필요 불가결한 것은 아니다. 저 전압 아크의 양극 또는 음극은 코팅 챔버와 대개 전기적으로 연결될 수 있지만, 필수적인 것은 아니다.

하나의 예로 설명된 증발 장치는 하나의 증발 장치 유닛을 나타낼 수 있고, 그러나, 그러한 복수의 장치가 코팅 챔버 내부 또는, 가능하게 코팅 챔버의 원주 주위에 배치될 수 있다.

다른 해결책은 서로 대향하여 위치되거나 또는, 서로 인접한 2개의 전극을 허용 가능하게 하는 것이고, 상기 전극은 저 전압 아크의 교류 소스를 적용하는 경우에 음극과 양극을 교체한다.

본 발명에 따른 장치는 저 전압 아크에 의하여 금속 타깃으로부터 재료의 증발을 위하여 의도되고 물리 증착법(PVD)에 의하여 코팅 금속 및 비금속 대상물을위하여 의도된 한 유닛의 부품이다. 본 발명은 특히 경질 및 고 경질 코팅의 가공 기구를 제공하기 위하여 유용하다.

자계 소스를 더 강한 자계 소스로 대체하고 저 전압 아크의 소스를 마그네트론 분쇄(magnetron pulverisation)용 소스로 대체하는 것은 본 발명에 따른 장치를 코팅될 대상물의 마그네트론 분말 코팅의 방식으로 또한 작용할 수 있게 한다.

Claims

자계 소스 및 전기 아크의 양극과 음극을 구비하며, 저 전압 전기 아크를 사용하는 물리적 방법에 의하여 대상물을 코팅하기 위한 재료의 증발 장치로서,

적어도 하나의 음극(2a, 2b,2) 및 적어도 하나의 자계 소스(4a, 4b, 4)가 코팅 챔버(1) 내에서 서로에 대하여 선회될 수 있는 것을 특징으로 하는 증발 장치.
제1항에 있어서,

상기 자계 소스(4a, 4b, 4)가 적어도 하나의 자기 코일(7a, 7b, 7)로 구성되는 것을 특징으로 하는 증발 장치.
제1항에 있어서,

상기 자계 소스(4a, 4b, 4)가 적어도 하나의 영구자석으로 구성되는 것을 특징으로 하는 증발 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 음극(2a,2b, 2)이 원통형인 것을 특징으로 하는 증발 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 자계 소스(4a, 4b, 4)가 상기 음극(2a,2b, 2) 내부에 수용되는 것을 특징으로 하는 증발 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 음극(2a,2b, 2)이 선회되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 증발 장치.
제6항에 있어서,

상기 자계 소스(4a, 4b, 4)가 움직이지 않도록 배치되는 것을 특징으로 하는 증발 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 자계 소스(4a, 4b, 4)가 선회되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 증발 장치.
제8항에 있어서,

상기 음극(2a, 2b, 2)이 움직이지 않도록 배치되는 것을 특징으로 하는 증발 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 음극(2a, 2b, 2)이 코팅 챔버(1)의 중앙부에 배치되는 것을 특징으로 하는 증발 장치.
제10항에 있어서,

상기 양극(3)이 자계 소스(4a, 4b, 4)에 부착되는 것을 특징으로 하는 증발 장치.
제11항에 있어서,

적어도 2개의 음극(2a, 2b, 2)이 양극(3)에 대칭으로 배치되는 것을 특징으로 하는 증발 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 음극이 코팅 챔버(1)의 벽과 코팅될 대상물 사이에 수용되는 것을 특징으로 하는 증발 장치.
제1항 또는 제13항에 있어서,

상기 자계 소스(4a, 4b, 4)가 코팅 챔버(1)의 중심 방향으로 배향되는 것을 특징으로 하는 증발 장치.
제13항에 있어서,

상기 양극(3)이 음극(2a, 2b, 2)의 측면에 배치되는 적어도 2개의 영역으로 분할되는 것을 특징으로 하는 증발 장치.
제15항에 있어서,

적어도 2개의 음극(2,2a, 2b)이 양극(3)의 단일 영역 사이에 수용되는 것을 특징으로 하는 증발 장치.