KR200489166Y1 - 진공 사각 증착 소스의 자장 제어 기구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공 사각 증착 소스의 자장 제어 기구에 관한 것으로, 본 기구는 고정 플레이트, 중앙 코어 및 금속 타겟에 의해 형성된 공간에 냉각수를 채워넣고 밀봉하여, 냉각수 공급관 및 배출관을 통해서 순환시키도록 형성되어 있다. 따라서 금속 타겟 및 고정 플레이트와 냉각수의 직접 접촉에 의해 이들을 냉각시켜서, 아크 증착 장치의 효율을 향상시킨다.

Description

진공 사각 증착 소스의 자장 제어 기구{ A control Apparatus of magnetic fields of Vacuum Retangular Arc Deposition Source}

본 발명은 진공 사각 증착 소스의 자장 제어 기구에 관한 것이며, 특히 직접 냉각방식의 진공 사각 증착 소스의 자장 제어 기구에 관한 것이다.

일반적으로, 아크 증착 장치에서 진공 챔버의 내부의 온도가 300 내지 500℃ 까지 순차적으로 승온하여 코팅 대상물을 가열한 상태에서 아크 방전을 형성하여 코팅하면, 금속 스팟이 코팅 대상물에 보다 더 밀착되어진다. 이를 위해서, 진공 챔버의 온도를 상승하기 위한 가열수단은 챔버의 내측면상에서 진공 사각 증착 소스의 자장 제어 기구의 옆에 장착되어진다. 또한 이온 플레이팅이나 스퍼터링의 경우 이온소스나 스퍼터 소스의 경우 반드시 이온소스(이온원)를 냉각하여 그 이온소스를 보호하여야 한다. 또한 이온소스에는 영구자석이나 자장 코일을 사용하여야 하는데 이러한 영구자석의 경우도 온도가 200-400℃ 정도 되면 자기력을 잃게 되고 자장코일을 사용하는 경우도 전선피복이 70-300℃를 넘는 경우 절연 피복이 타버리게 되어 절연파괴가 이루어진다.

따라서, 이러한 영구자석이나 자장코일, 고정 플레이트와 금속 타겟의 가열은 자기장을 제어하는 아크 스팟을 제어하는 자장 코일을 손상시킨다.

아크 증착 장치에서는 아크 스팟이 진공 챔버의 실린더리컬 센터에서 방출되는 방식과 측면에서 방출되는 방식이 있다. 일반적으로 측면에서 아크 스팟이 방출할 때는, 4개 또는 6개의 진공 사각 증착 소스를 포함한다. 진공 사각 증착 소스는 한국 특허 등록 10-0727646의 도 2와 도 3(본원의 도 1로 도시함)에 개시한 바와 같이, 증착 장치의 챔버의 측면에 고정되는 고정 플레이트(110)와 자속 유도 코일(120)을 포함한다. 고정 플레이트는 고정테(111)와 외코어(113) 및 내코어(115)를 가지며, 내코어(115)에는 자속 유도 코일을 냉각하기 위한 냉각관(130)이 통과하는 관통홀(115a)을 포함하고 있다. 그리고 자속 유도 코일(120)은 고정 플레이트의 고정테(111)와 외코어(113)사이에 놓이는 제1자속 유도 코일(121)과 외코어(113)와 내코어(114) 사이에 놓이는 제2자속 유도 코일을 포함한다. 여기서 제1 및 제2자속 유도 코일에 의하여, 금속타겟, 예를 들어 티타늄에 자속이 균일하게 유도되어 아크 방전시 금속타겟의 표면이 전체적으로 균일하게 증발되므로, 금속타겟의 사용효율을 증가시켜 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다. 또한 자속 유도 코일에 의해 금속이온이 넓은 영역에서 균일하게 유지되므로, 코팅 대상물의 코팅효율을 향상시킨다.

그러나, 상술한 종래 기술의 효과를 달성하기 위해서는, 제1 및 제2자속 유도 코일에 전력을 공급해야 하며, 이 때에 코일의 저항에 의해서 코일에 열이 발생하게 되고, 이러한 열은 금속타겟 및 고정 플레이트를 더욱더 가열시켜서, 아크 방전시 금속이온이 금속 타겟의 표면에서 증발하는데 방해가 될 뿐만 아니라 금속 이온의 불균일한 증발을 유도해서, 결국은 아크 증착 장치를 파괴시킨다. 이를 해결하기 위해서, 상술한 종래 기술에서는 내코어에 냉각관(130)을 관통시켜서 금속타겟 및 고정 플레이트를 방열시키고 있다.

그러나, 본 발명자들은 상술한 종래의 냉각 방법으로는 자속 유도 코일에 따른 상술한 효과들을 충분히 낼 수 없다는 사실을 발견하고, 이를 해결하기 위해서 자속 유도 코일 뿐만 아니라 고정 플레이트와 금속 타겟의 냉각 효율을 높이는데 초점을 두고 있다. 따라서, 본 발명의 목적은 가열된 부품을 직접 냉각하는 진공 사각 증착 소스의 자장 제어 기구를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 진공 사각 증착 소스의 자장 제어 기구는 증착 장치의 챔버의 측면에 고정되는 고정 플레이트, 자속 유도 코일, 고정 플레이트 위에 놓여서, 자속 유도 코일을 덮는 금속 타겟과, 금속 타겟을 고정 플레이트에 고정하는 상부 테두리를 포함하며, 고정 플레이트는 가장자리에서 돌출하며, 체결홀이 형성되어 고정테와 베이스로부터 돌출하는 중앙 코어를 포함하며, 베이스의 양단부 근처에서 냉각수 공급관과 배출관이 삽입되는 구멍과 중앙 부근에서 자속 유도 코일에 전력을 공급하기 위한 전선이 관통하는 구멍을 포함하며, 상부 테두리는 볼트나 나사에 의해 고정 플레이트의 체결홀과 결합하기 위한 홀을 포함한다. 본 발명의 주요 특징은 고정 플레이트, 중앙 코어 및 금속 타겟에 의해 형성된 공간에 냉각수가 채워지고 냉각수가 밀봉하고 냉각수와 자속 유도 코일이 직접 접촉하도록 고정 플레이트의 가장자리에 있는 O-ring과, 냉각수 공급관과 배출관이 삽입되는 구멍과 자속 유도 코일에 전력을 공급하기 위한 전선이 관통하는 구멍을 밀폐시키는 밀봉 수단을 포함하는 것이다.

아크 스팟을 제어하는 자기장을 형성하는 자속 유도 코일을 직접 냉각시켜 코일의 손상을 방지하고, 나아가서 고정 플레이트 베이스, 가장자리, 중앙 코어 및 금속 타겟에 의해 형성된 공간에 냉각수를 채워서, 금속 타겟 및 고정 플레이트와 냉각수의 직접 접촉에 의해 이들을 냉각시켜서, 아크 증착 장치의 효율을 향상시킨다. 또한 상술한 바와 같이 동일한 냉각수를 동일한 공간에 공급하여, 3가지의 부재, 즉 고정 플레이트, 금속 타겟 및 자속 유도 코일을 동시에 냉각할 수 있어서, 진공 사각 증착 소스의 자장 제어 기구에서의 냉각 시스템을 간소화할 수 있다.

도 1은 종래 기술의 진공 사각 증착 소스의 자장 제어 기구의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 진공 사각 증착 소스의 자장 제어 기구의 사시도.
도 3은 아크 증착 장치의 챔버 내측면에 장착된 진공 사각 증착 소스의 자장 제어 기구를 챔버의 안쪽에서 사시도.
도 4는 아크 증착 장치의 외측면에 장착된 진공 사각 증착 소스의 자장 제어 기구의 커버를 도시하는 사시도.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시 예에 의해서 본 발명을 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명에 따른 진공 사각 증착 소스의 자장 제어 기구의 사시도이다. 도 2를 참조하면, 통상적으로 아크 증착 장치는 진공상태의 챔버를 포함하며, 챔버의 내부에 불활성기체, 예를 들어 질소를 공급하여 질소 분위기하에서 지그에 놓여 있는 코팅 대상물을 코팅하기 위한 것으로, 챔버의 내측면에 아크 방전에 의해서 표면이 증발되면서 금속 이온(음이온)을 생성하는 금속 타겟(2)을 포함한다. 금속 타겟(2)는 이그나이트(촉발전극)에 의해서 아크가 발생된다. 금속 타겟(2)의 아래 쪽에는 자장을 형성하여 금속 타겟(2)에서 균일하게 금속이온이 형성되도록 방전 아크를 구속하는 자속 유도 코일(3)을 포함하고 있다.

본 발명의 양호한 실시 예에 따른 진공 사각 증착 소스의 자장 제어 기구는 증착 장치의 챔버의 안쪽을 향해서, 측면에 고정되는 고정 플레이트(1), 자속 유도 코일(3), 고정 플레이트(1) 위에 놓여서, 자속 유도 코일(3)을 덮는 금속 타겟(2)과, 금속 타겟(2)을 고정 플레이트에 고정하는 상부 테두리(4)를 포함한다. 고정 플레이트(1)는 가장자리에서 돌출하며, 체결홀(11)이 형성되어 있는 고정테(12)와 베이스(13)로부터 돌출하는 중앙 코어(14, 15)를 포함한다. 자속 유도 코일(3)은 양호한 실시 예에서는 2개의 코일, 즉 내코일과 외코일로 구성되어 있으며, 코일의 권선수는 30 내지 59이며, 보다 양호하게는 47 내지 59이다. 내코일은 중앙 코어(14, 15) 사이에 위치되며, 외코일은 고정 플레이트 고정테(12)와 중앙 코어(14)사이에 놓이며, 이러한 자속 유도 코일(3)의 설치로 인하여, 아크 방전을 구속 제어하기 위한 자장 형성의 패턴을 개선하여 금속 타겟의 사용효율과 코팅막의 성능 및 코팅 효율을 향상시킬 수 있다. 고정 플레이트(1)의 베이스(13)의 양단부 근처에서 냉각수 공급관과 배출관이 삽입되는 구멍(16)과 중앙 부근에서 자속 유도 코일에 전력을 공급하기 위한 전선이 관통하는 구멍(17)을 포함한다. 구멍(16)과 냉각수 공급관 및 배출관 사이에 냉각수가 누설되지 못하게 밀봉하기 위한 밀폐수단이 제공된다. 양호한 밀폐 수단은 방수 에폭시, 고무, 실리콘, 테프론 등으로 포함한다. 상부 테두리(4)는 볼트나 나사에 의해 고정 플레이트(1)의 체결홀(11)과 결합하기 위한 홀을 포함한다. 고정 플레이트 베이스(13), 고정테(12), 중앙 코어(14, 15) 및 금속 타겟(2)에 의해 형성된 공간에는 냉각수 공급관으로부터 유입된 냉각수가 채워지고, 열을 흡수한 냉각수는 배출관을 통해서 외부로 빠져 나간다. 냉각수의 순환을 위한 펌프가 설치되어 있다. 고정 플레이트(1), 상기 금속 타겟(2) 및 상기 자속 유도 코일(3) 모두가 냉각수와 직접 접촉하고 있기 때문에, 냉각수의 순환으로, 진공 사각 증착 소스의 자장 제어 기구의 고정 플레이트(1)와 금속 타겟(2)이 냉각되어서, 코팅효율과 코팅막의 품질 및 성능을 향상시킬 수 있다. 여기서 냉각수가 들어 있는 공간을 밀봉시키기 위해서 고정 플레이트(1)의 가장자리에 있는 O-ring(18)과, 냉각수 공급관과 배출관이 삽입되는 구멍(16)과 자속 유도 코일(3)에 전력을 공급하기 위한 전선이 관통하는 구멍(17)을 밀폐시키는 밀봉 수단을 포함한다. 밀봉 수단은 양호하게 방수 에폭시를 포함한다.

도 3은 아크 증착 장치의 챔버 내측면에 장착된 진공 사각 증착 소스의 자장 제어 기구를 챔버의 안쪽에서 사시도를 도시하고 있다. 금속 타겟(2)은 양호하게 티타늄을 포함한다. 상부 테두리는 스테인레스강(SUS)으로 만들어진다. 그리고 체결홀들에는 세라믹으로 이루어진 체결구가 끼워진다. 이그나이트가 금속 타겟의 하단에 제공되어 진다.

도 4는 아크 증착 장치의 외측면에 장착된 진공 사각 증착 소스의 자장 제어 기구의 커버를 도시한다. 커버는 고정 플레이트(1)의 베이스(13)의 반대측면을 형성한다. 커버의 양 단부 근처의 구멍(16)으로 냉각수 공급관 및 배출관이 삽입되며, 중앙 구멍(17)으로는 자속 유도 코일에 접속하는 전선이 삽입되어 있다. 이들 구멍들은 커버로부터 베이스(13)로 관통되어있다. 따라서 고정 플레이트의 베이스의 양단부 근처에서 냉각수 공급관과 배출관이 삽입되는 구멍과 중앙 부근에서 자속 유도 코일에 전력을 공급하기 위한 전선이 관통하는 구멍이 동일하게 형성되어 있다. 여기에서도, 구멍들과 냉각수 공급관 및 배출관과 전선들 사이에서 냉각수가 누설되지 않도록 하게 밀봉되어 있다. 본 발명에서는 하나의 커버에 냉각수 공급관 및 배출관 및 전선용 구멍을 모두 설치하여 자장 제어 기구를 보다 콤팩트하게 조립할 수 있다.

이상 본 발명을 여러 실시 예에 기초하여 설명하였으나, 이는 본 발명을 예증하기 위한 것이다. 통상의 지식을 가지고 있는 사람이라면, 위 실시 예를 다른 형태로 변형하거나 수정할 수 있을 것이다. 그러나, 본 발명의 권리범위는 특허청구범위로 정해지므로, 그러한 변형이나 수정이 아래의 특허청구범위에 포함되는 것으로 해석될 수 있다.

1: 고정 플레이트
11: 체결홀
12: 고정테
13: 베이스
14, 15: 중앙 코어
16, 17: 구멍
18: O ring
2: 금속 타겟
3: 자속 유도 코일
4: 상부 테두리

Claims (4)

1. 증착 장치의 챔버의 측면에 고정되는 고정 플레이트, 상기 고정 플레이트 내측에 위치된 적어도 하나의 중앙 코어, 적어도 하나의 자속 유도 코일, 상기 고정 플레이트 위에 놓여서 자속 유도 코일을 덮는 금속 타겟을 포함하는 아크 증착 장치의 진공 사각 증착 소스의 자장 제어 기구로서,
   상기 고정 플레이트, 상기 중앙 코어 및 상기 금속 타겟에 의해 형성된 공간에 냉각수를 채워넣고 밀봉하여,
   상기 고정 플레이트, 상기 금속 타겟 및 상기 자속 유도 코일 모두가 상기 냉각수와 직접 접촉하고, 냉각수 공급관 및 배출관을 통해서 순환시키도록 형성되며,
   상기 적어도 하나의 자속 유도 코일은 중앙 코어(14, 15) 사이에 위치되어 있는 내코일(3)과 상기 고정 플레이트 고정테(12)와 중앙 코어(14)사이에 놓이는 외코일(3)을 포함하며,
   상기 고정 플레이트는 베이스와, 가장자리에서 돌출하며 체결홀이 형성되어진 고정테와 상기 베이스의 양단부 근처에서 냉각수 공급관과 배출관이 삽입되는 구멍과 중앙 부근에서 자속 유도 코일에 전력을 공급하기 위한 전선이 관통하는 구멍을 포함하는 진공 사각 증착 소스의 자장 제어 기구.
2. 제1항에 있어서,
   상기 고정 플레이트의 가장 자리에는 냉각수의 밀봉을 위한 O-ring을 포함하는 진공 사각 증착 소스의 자장 제어 기구.
3. 제1항에 있어서,
   냉각수 공급관과 배출관이 삽입되는 구멍과 자속 유도 코일에 전력을 공급하기 위한 전선이 관통하는 구멍을 밀폐시키는 밀봉 수단을 포함하는 진공 사각 증착 소스의 자장 제어 기구.
4. 제3항에 있어서,
   상기 밀봉 수단은 방수 에폭시를 포함하는 진공 사각 증착 소스의 자장 제어 기구.
   

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