KR20080012260A - 펄스 아크 소스의 작동방법 - Google Patents

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KR20080012260A
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유이르겐 람
올리버 그슈토올
베노 비트리히
다니엘 렌디
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오를리콘 트레이딩 아크티엔게젤샤프트, 트뤼프바흐
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Abstract

본 발명은 절연층의 증착을 위한 아크 방법 및 저온 코팅을 위한 아크 방법에 관계한다. 이 목적을 위하여, 전기 스파크 방전은 펄스 또는 교류는 물론 직류가 동시에 공급되고, 상기 스파크 방전은 아크 소스의 타겟의 표면 상에서 점화되거나 일어난다. 본 발명은 또한 상기 타겟이, 하나 이상의 제 1 펄스 고전류 공급기(18, 18')와 또 다른 전력 공급기(13', 18'') 또는 조합 회로 기술(combinational circuit technology)로 설계된 전력 공급기(21, 21', 22) 중 하나인, 전력 공급기 유닛에 연결된 아크 소스에 관계한다.

Description

펄스 아크 소스의 작동방법{METHOD FOR OPERATING A PULSED ARC SOURCE}
본 발명은 청구항 1, 8 및 9의 전제부에 청구된 바와 같은 아크 소스의 작동방법 및 청구항 34, 43 및 45의 전제부에 청구된 바와 같은 아크 소스에 관계한다.
아크 소스의 펄싱(pulsing)은 이미 선행 기술로부터 비교적 오랫동안 알려져 왔으며, 예컨데 WO　02/070776은 TiSiN을 포함하는 다양한 슈퍼하드 층을 증착하기 위해 스파크 소스의 펄싱을 매우 일반적인 형태로 기술한다.
WO 03/057939은 스파크가 고전압 공급기를 통해 점화되고 스파크가 고전류 공급기를 통해 공급되는 스파크 소스를 기술한다. 이 경우, 스파크는 불연속적으로 작동된다. 초기 물질은 금속 전도성 캐소드, 전도성 합금이고, 이에 더하여 기화될 수 있는 탄소 및/또는 반도체이다. 그러나 여기서 기술된 아크 소스는, 특히 타겟 본체의 매우 복잡한 형상으로 인하여 처리하기 어려운 캐소드 소재(cathode material) 때문에, 제조하기 어렵고, 작동시키기에 비싸다.
US 6,361,663은 전기 전도성 물질로 구성된 캐소드를 수반하는 아크 소스를 기술하며, 이는 5kA까지의 피크 전류와 예컨데 100A의 베이스 전류를 수반하는 펄스 형태또는 변조 펄스 형태(modulated-pulsed form)로 작동된다. 이 소스 역시, 자기터널(magnetic tunnel), 및 캐소드에 의해 완전히 둘러싸인 애노드(anode)를 수반하는 그 설계의 결과, 제조하기 어렵고 작동시키기 비싸다.
캐소드 스파크 기상증착(cathodic spark vapor deposition)에 의하여 전기 절연된 층의 증착은 이미 알려졌는데, 예컨데 US 5,518,597은 반응공정(reactive process)을 이용하는 그러한 층의 생산을 기술한다. 이 경우, 코팅되는 표면은 활성 타겟 표면(active target surface)에 대하여 광회선(optical link)의 외부에 배열되고, 상기 활성 타겟 표면은 이 경우 캐소드(cathode)의 기상증착 표면(vapor-deposition surface)과 동의어로 사용된다. 펌핑 아웃(pumping out)한 후에 공정 압력은 비활성 기체를 이용하여 조정된다. 코팅 공정 동안, 산소가 코팅되는 표면의 직근에 정확히 일정속도로만 도입되어, 처리공정 동안 연소되고, 안정된 압력이 유지될 수 있다. 이것은, 기판 부근에서의 반응성 기체의 도입이 타겟의 산화를 감소시키고 스파크 방전을 안정화시키는데 중요하다는 선행기술 가운데 다른 문헌에서 알려진 견해와 물론 부합한다. 애노드 상의 절연층(insulating layer)의 바람직하지 않은 축적(build-up)에서 기인하는 공정의 중단을 피하기 위한 부가적인 수단으로서, US 5,518,597에서는 애노드가 약 1200℃ 정도의 온도에서 유지되는 것이 바람직하며, 가격이 비싼, 즉 다시 말해 비용이 많이 드는 난융금속(refractory metal)으로 제조되어야만 한다.
이러한 모든 방법은, 한편으로 타겟 또는 애노드의 활성 표면(active surface)을 오염시키지 않기 위하여, 반면에 다른 한편으로는 바람직하지 않은 드롭릿(droplet)의 형성을 피하기 위하여, 소재 또는 기화되는 소재와 신속하게 반응하면서 절연층을 형성하는 반응성 기체를 이용할 때 특별한 수단이 취해져야 한다 는 공통적인 특징을 갖는다. 이미 언급된 애노드의 가열, 공급기 및 코팅되는 표면의 직근에서의 반응성 기체의 정확한 계량 이외에, 이들과 같은 수단은 높은 비율의 비활성 기체로의 반응성 기체의 희석을 포함한다.
이 경우, 타겟의 표면이 순수하게 금속성(metallically bare)이거나 그 전도성이 반도체의 전도성에 적어도 상응한다는 점을 확실히 하는데 특별한 주의를 요해야 한다. 아크 스팟 구역에서의 반도체의 양의 온도 기울기는 스파크가 연소할 수 있도록 충분히 좋은 전도성을 명백하게 가져오나, 지속적으로 연소하는 스파크의 이것과 관련된 증가경향은 금속 전도성 타겟 표면의 경우보다 많은 스플래터의 형성을 통상적으로 초래한다. 이것과 관련된 선택사항의 범위 또한 선행기술로부터 알려진다. 예컨데 상기 언급한 바와 같이, 소스는 타겟 표면에 대하여 광 연결라인의 외부에 배열될 수 있으나, 이것은 타겟 물질의 수율 및 코팅 효율을 철저히 제한한다. 자기장이 추가적으로 또는 스스로 적용될 수 있고, 이때 이온화된 증기 성분만을 코팅되는 표면으로 유도하는 반면 전기적으로 중성인 드롭릿은 충돌면(impingement surface)에 잡히게 된다. 이것의 예시로는 자기필터(magnetic filter), 자기렌즈(magnetic lens) 등이 있다.
스플래터를 줄이는 또 다른 방법은 간단히 전류 공급기를 차단시키는 것이며, 이때 스파크는 각각의 경우에 활성 타겟 표면 상의 다른 지점에서 리스트라이크(restrike)되며, 이는 예컨데 레이저 빔에 의해 제어된다. 이 방법은 특히 탄소의 캐소드 스파크 증착과 관련된 분야에서 사용되나, 금속으로 구성된 합금을 위해서도 사용된다.
이와 같이 알려진 이러한 수단의 조합은 물론 이러한 모든 수단은 상당한 추가적인 기술적 복잡성 및/또는 코팅효율의 주요한 감소라는 공통적인 특징을 갖는다. 그러나 절연 코팅이 타겟 표면에 형성된다면, 상기 언급된 수단으로도 안정된 공정을 달성하는 것은 아직까지 불가능하다.
본 발명의 하나의 목적은 그러므로 어떤 복잡한 추가적인 수단 없이 안정된 공정조건에서, 종래의 아크 소스를 이용하여 절연층을 만드는 것을 가능하게 하는 방법을 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 34, 43 및 45에 청구된 바와 같은 아크 소스를 수반하는 청구항 1, 8 및 9에 청구된 바와 같은 방법에 의하여 달성된다. 보다 진보적인 구현예는 종속항에서 기술되는데, 이는 개별적으로 사용되거나 함께 결합될 수 있으며, 여기서 후자는 기술적으로 가치가 있다.
놀랍게도, 비록 타겟 표면이 절연 코팅에 의해 적어도 부분적으로 피복된다 하더라도, 안정된 아크 공정은, 펄스 또는 교류가 그 위에 중첩된 직류의 동시적인 인가(simultaneous application)에 의해 이루어질 수 있다.
한 예를 들면, 더 이상의 어떤 추가적인 수단 없이 순 산소 분위기에서 몇 시간 동안 알루미늄 타겟을 작동시킬 수 있었다. 이 공정 동안, 타겟에서의 전압의 상승이 관찰되나, 이 상승은 몇 분 내에 안정화되었고 아크 공정의 불안정성 또는 중단을 초래하지는 않았다. 이 공정 동안 타겟의 바로 정면에 위치한 기판에 증착된 산화알루미늄층은, 동일 조건에서 증착된 금속 알루미늄층과 비교하여, 드롭릿의 점착에 의해 야기되는 표면 결함에 있어서 전혀 예상치 않은 상당한 감소를 나타냈다. 유사한 결과가 또한 크롬 또는 티탄늄 타겟을 작동시킴으로써도 달성되었고, 이때금속 타겟은 순 산소 또는 순 질소 분위기에서 심지어 50% 이상의 높은 규소 함유량을 수반하는 이들 물질로 구성되었다. 모든 경우에 있어, 타겟은, 완전한 절연 코팅이 표면에 형성되어 버린 후, 심지어 공정 중단(process interruption)에 이어서, 반응성 기체 분위기에서 어떤 문제도 없이 리스트라이크(restrike)될 수 있었고, 감소된 드롭릿 형성을 수반하여 작동될 수 있었다. 이 펄스 모드에서, 반응성 기체 또는 타겟 표면과의 그것의 반응에 의한 타겟 표면의 코팅을 수반하는, 순 반응성 기체 분위기에서의 공정은, 감소된 드롭릿 형성과 함께 향상된 층의 품질을 이끌었다.
절연 코팅이 없는 타겟의 공정과 비교하여, 반응성 기체의 비율은 절연 코팅이 없는 공정과 비교하여 적어도 10%이상, 바람직하게는 20%이상 소스 전압이 증가될 정도로 충분히 높게 채택되어야 한다는 것을 알았다. 소스 전압의 상승은 사용된 반응성 기체 및 타겟 물질에 따라 기본적으로 달라진다. 비록 수많은 표면과 물질의 고유 반응 패턴 및 제약으로 인하여, 이 경우 직접적인 수학적 관계를 만드는 것이 바로 가능한 것은 아니지만, 타겟 표면 상에서 타겟 물질 및 반응성 기체로부터 만들어진 화합물 또는 화합물들의 절연 특성이 높을수록, 소스 전압의 차이는 일반적으로 더 커진다.
이 경우, 예컨데 다음의 기체는 반응성 기체로서 적합하다: 산소, 질소, 아세틸렌, 메탄, 테트라메틸실란과 같은 실란, 트리메틸알루미늄, 디보란 또는, 원칙적으로, 산소, 질소, 규소, 붕소 또는 탄소를 함유하는 모든 기체. 이 방법은 특히 높은 반응성 기체 흐름을 수반하는 공정에 적합하고, 여기서 반응성 기체의 비율은 비활성 기체의 비율보다 높게, 예컨데 70% 높게, 더욱 바람직하게는 90% 높게 채택된다. 하지만 상기 언급된 바와 같이, 공정은 또한 순 분위기, 즉 100% 반응성 기체를 함유하는 분위기에서 유리하게 수행될 수도 있다.
원칙적으로, 이 경우에, 타겟 물질은 예컨데 산화물, 질화물, 붕화물, 규화물, 탄화물 또는 언급한 화합물의 조합으로 구성된 당해 절연 코팅을 형성하는 임의의 물질일 수 있고, 이때 상기 언급된 타겟의 표면 상의 기체는 상기 기술된 대로 작동된다. 그러나 다음의 물질은 하드층(hard layer), 배리어층(barrier layer) 및 장식층(decorative layer)을 생산하는데 특히 적합하다: 주기율표에서 4, 5, 6 족의 전이 금속 또는 알루미늄, 붕소, 탄소 또는 규소, 또는 TiAl, CrA1, TiA1Cr, TiSi, TaSi, NbSi, CrSi, WC와 같은 상기 언급한 물질의 합금 또는 화합물. 하지만 이 방법은 텅스텐, 탄탈, 니오브 및 몰리브덴과 같은 높은 녹는점을 수반하는 순 물질의 보다 간단한 기상증착에도 사용될 수 있다.
스플래터를 더욱 줄이기 위하여, 특히 타겟이 산소를 함유하는 분위기에서 작동될 때, 타겟 물질이 단일 결정상(single crystallographic phase)으로 구성되는 것은 US 6,602,390에 개시된 바와 같이 유리할 수 있다.
직류와 펄스류 또는 직류와 교류를 수반하는 아크 소스의 동시적인 작동(simultaneous operation)의 또 다른 장점은 경화강(hardened steel), 청동 및 황동 베이스 상의 침전 합금(precipitation alloy), 알루미늄-마그네슘 합금, 플라스틱 및 기타 등등과 같은 온도 민감성 제작물(temperature-sensitive workpiece)을 코팅할 때 얻어진다. 하나 또는 그 이상의 아크 소스가, 간단한 DC 전력 공급기로 전기 전도성 아크 소스의 안정된 작동을 여전히 가능케 하는 최소 전류, 즉 홀딩 전류(holding current) 전후의 직류로 작동될 때, 코팅되는 제작물 상의 온도 부하는 명백히 낮으나, 그와 동시에 코팅 효율은 산업상 이용하기에 충분치 못하게 된다. 홀딩 전류 또는 홀딩 전력(holding power)의 값은 이 경우 타겟 물질, 아크 소스의 성질과 방전의 작동, 예컨데 방전이 진공에서 비활성 또는 반응성 기체의 추가를 수반하면서 작동되는지 수반하지 않고 작동되는지에 따라 달라진다. 안정된 작동을 보장하기에 충분한 전도성이, 예컨데 순수한 금속성 표면, 및 WC, TiN 또는 CrN과 같은 화합물에 의해, 낮은 전류에서 제공된다. 이 경우의 흑연 또는 규소 타겟들은 극한 상황(limit case)을 형성하는데, 이는 한편으로 이들의 전도성이 명백하게 여전히 이들이 DC 아크에 의해 기상 증착되기에 충분하나, 다른 한편으로 이들은 스파크가 국부적으로 연소되는 심각한 경향를 나타내기 때문으로, 따라서 플라즈마 변동(fluctuation)과 심각한 드롭릿 형성을 초래하며, 이러한 이유로 예컨데 흑연 타겟은 요즘 바람직하게도 펄스 형태로 작동된다.
만일, 이와 대조적으로, 소스가 DC 홀딩 전류의 전후에서 작동되고 펄스가 이와 동시에 상기 전류 상에 중첩되면, 놀랍게도 필적할 만한 효율의 DC 코팅에 비하여 효율을 상당이 증가시킬 뿐만 아니라 온도 부하를 낮게 유지시킨다는 것이 가능하다는 사실을 알아내었다. DC 성분은 이 경우 유리하게 홀딩 전류 또는 홀딩 전력의 100에서 300% 사이, 바람직하게는 100에서 200% 사이에 설정된다.
이하에서 보다 상세하게 기술되는 바와 같이 소스의 경우, 이와 같은 홀딩 전류의 백분율은 30 내지 90A, 보다 바람직하게 30 내지 60A의 범위의 전류 흐름의 DC 성분에 상응한다. 이 경우, 원칙적으로, 아크 소스는 공정 기체 없이 작동될 수 있으나, 반응성 기체만을 함유하거나 비활성 기체만을 함유하거나 또는 반응성 기체와 비활성 기체의 혼합물을 함유하는 공정 기체를 수반하는 것이 바람직하다.
이 경우, 원칙적으로, 모든 전도성 물질 및 반전도성 물질은 타겟 물질로서 사용될 수 있으나 상기 언급된 것이 바람직하다.
이 경우, 다양한 전류 성분이 알려진 방식으로 인가되고 생산될 수 있다. 예컨데, 직류 성분은 직류 발전기에 의해 생산될 수 있고, 펄스 또는 교류 성분은 펄스 또는 교류 발전기에 의해 생산될 수 있으며, 이때 두 발전기는 아크 소스와 하나 이상의 애노드 또는 접지 사이에 병렬 또는 직렬로 연결된다.
또 다른 선택사항은, 마찬가지로 스위칭되고 중첩 및 동기화된 형태로 작동되는 펄스 또는 교류 발전기에 의해, 직류 및 펄스 성분을 생산하는 것이다. 더 나아가 마침내, 2차 또는 1차 클록 전력 공급기 상에서 클록킹되는 단상 전류 발전기(single current generator)에 의해 직류 및 펄스 성분을 생산하는 것 또한 가능하다.
이와 같은 절차는, 예컨데, 내마모성(wear resistance)에 대한 특정 요건을 만족하는 제작물과, 그 표면이 절연 특성 또는 장식 특성을 구비하도록 마련된 제작물이 코팅되는 것이 필요할 때, 산업상 이용함에 있어서 특히 관심을 갖게 한다. 이와 같은 그 방법이 매우 적합한 층의 예로는 산화알루미늄(aluminumoxide), 질화알루미늄(aluminumnitride), 산질화알루미늄(aluminum-oxynitride), 산화크롬(chromiumoxide), 질화크롬(chromiumnitride), 산질화크롬(chromiumoxynitride), 산화크롬알루미늄(aluminumchromiumoxide), 질화크롬알루미늄(aluminumchromiumnitride), 산질화크롬알루미늄(aluminumchromium-oxynitride), 산탄질화크롬알루미늄(aluminumchromiumoxycarbonitride), 산화규소(siliconoxide), 질화규소(siliconnitride), 산질화규소(siliconoxynitride), 산화알루미늄규소 (siliconaluminumoxide), 질화알루미늄규소(siliconaluminumnitride),산질화알루미늄규소(siliconaluminumoxynitride), 질화규소티탄늄(titaniumsiliconnitride), 산질화규소티탄늄(titaniumsiliconoxynitride, 질화규소티탄늄(tantalumsiliconnitride), 산화탄탈(tantalumoxide), 산질화탄탈(tantalumoxynitride), 질화규소텅스텐(tungstensiliconnitride), 질화규소니오브(niobiumsiliconnitride), 탄화티탄늄(titaniumcarbide), 탄화텅스텐(tungstencarbide), 탄화규소텅스텐(tungstensiliconcarbide) 또는 상기 언급된 물질의 합금 또는 화합물이 있다.
언급된 물질은 기본 조성의 변화, 화학량론 및 결정의 정렬에 따라 단일 층으로서 또는 둘 또는 그 이상의 층의 연속으로서 증착될 수 있고, 이 경우 개별 층의 층 두께는 필요에 따라 몇 나노미터에서 수 마이크로미터까지 조정될 수 있다. 또한, 당해 기술분야의 숙련자라면 아는 바와 같이, 예컨데 제작물의 기판 물질에서 층 물질로의 단계적인 전이(graded transition)를 허용하는 다른 화합물로 구성된 금속성 또는 질화성 점착층(adhesion layer) 또는 결합층(matching layer)은 예컨데 상기 언급된 층보다 먼저 증착될 수도 있다. 알려진 점착층으로는 예컨데 Cr, Ti, CrN 또는 TiN이 있다. 결합층은 실시예 1에 나열되어 있다.
또한, 이와 같은 방법에서, DC, 펄스 또는 교류 바이어스는 유리하게 인가될 수 있고, 필요하다면 소스의 펄스 또는 교류 발전기에 대하여 동기화된다.
이 경우, 층의 조성에서 변화하고, 그에 따라, 층 조성의, 필요로 하는, 단계적 또는 계층적 종단면을 수반하는 이중층 또는 다중층 시스템은 제작물 표면에 직각으로 하나 이상의 비활성 기체 및 하나 이상의 반응성 기체의 교대식 첨가에 의해서 또는 둘 이상의 반응성 기체의 교대식 첨가에 의해서 알려진 방식으로 증착될 수 있다. 동일하거나 상이한 타겟 물질을 수반하는 복수의 소스는 이 목적을 위해 사용될 수 있다.
상술된 바와 같은 방법은, 소스가 제작물 표면을 에칭하기 위해 사용될 때, 아크 소스의 작동을 위하여 유사하게 유리한 방식으로 사용될 수 있는데, 이 경우, 표면이 금속 타겟 표면의 경우보다 상당히 적은 양의 드롭릿으로 코팅되기 때문이다. 이 경우 DC, 펄스 또는 교류 바이어스가, 비록 일반적으로 코팅하는 동안 인가되는 바이어스보다 상당히 높다 하더라도, 제작물에 역시 인가된다. 예컨데, -50 내지 -2000V 사이, 바람직하게는 -200 내지 -1500V 사이의 기판 전압이 이 경우 설정될 수 있다. 에칭 부식을 증가시키기 위해, 에칭 기체가 추가로 도입될 수 있고, 이는 다음의, 헬륨, 아르곤, 크립톤, 산소, 질소, 수소, 할로겐(예컨데 염소, 불소, 브롬, 요오드) 또는 할로겐을 함유하는 화합물의 구성을 그 예로서 포함한다.
상기 언급한 모든 방법에서, 코팅 효율 및 제작물으로 도입되는 에너지는, 펄스 폭, 전류 펼스(current pulse), 전류 펄스의 진폭 또는 듀티비(duty ratio)를 설정함으로써 또는 이러한 변수를 조합함으로써 조정되거나 조절될 수 있다. 또 다른 선택사항은 DC 소스 전류를 증가시키는 것이나, 이는 예컨데 저온 공정에 그다지 적합하지는 않다.
이와 같은 코팅 또는 에칭 방법에 적합한 제작물은 특히 강철, 구리와 같은 구조물 금속, 연청동, 황동, 알루미늄-마그네슘 합금과 같은 특수합금, 경금속(hard metal), 질화붕소, 특히 CBN과 같은 세라믹 소재, 서멧 화합물(cermet compound), 및 다이아몬드 또는 세라믹 표면이 적어도 부분적으로 제공되는 상응하는 제작물으로 구성된 공구(tool) 및 부품(component)을 포함한다.
이와 같은 방법의 또 다른 응용 분야는 규소 또는 다른 반전도성 물질로 구성되는 제작물의 코팅이다.
기술된 펄스 모드에서의 코팅은 또한, 상대적으로 낮거나 중간 정도의 주파수에서의 그에 대한 DC 기판 바이어스 또는 DC-펄스 기판 바이어스는 전혀 가치가 없는 절연 기판에 적합하다고 알려졌다.
이는 키워드 형식의 요약으로, 상술된 바와 같은 방법은 다음의 더 유리한 효과를 달성하도록 사용될 수 있다.
1. 어떤 스플래터의 형성도 없이 스파크 기상 증착에 의해 층의 산화/반응을 방지하는 절연층을 만드는 안정된 공정.
2. 처음으로, 완전히 오염된 스파크 타겟으로 작동하는 것이 가능하다. 반응성, 바꿔 말하면 유효한 반응성 성분 예컨데 산화알루미늄을 증착할 때의 산소는, 완전히 오염된 모드에서 또는 순 반응성 기체 분위기에서 작동함으로써 증가될 수 있고, 따라서 보다 큰 층성장(layer growth)을 달성한다.
3. 타겟과 반응구역의 분리에서 로컬 또는 압력 단계(local or pressure-stage), 또는 스플래터와 이온화 증기의 복잡한 분리를 필요로 하지 않는다.
4. 스파크 유도(spark guidance)는 임의의 추가적인 자기장의 보조없이 수행될 수 있다.
5. 스플래터의 양과 크기는 오염된 타겟을 수반하여도 감소된다.
6. 모듈화된 펄스 공정은 보다 높은 전류로 작동하는 것을 가능하게 하고, 따라서 보다 큰 이온화를 유도해내나, 타겟 상의 열 부하는 동일하게 남거나 심지어 감소된다.
7. 탄소 및 반도체 물질이 어떠한 스플래터 없이, 리스트라이킹(restriking) 및 복잡한 스파크 유도(spark guidance) 없이 효과적으로 증착될 수 있다.
8. 전도성, 반전도성 및 비전도성 타겟 표면의 보다 균일한 제거.
9. 스파크의 보다 미세한 쪼개짐(splitting),다시 말해 표면 위에서 빠르게 구동하는 많은 수의 작은 아크 스팟.
10. 보다 큰 이온화가 고전류 펄스의 이용에 의하여 그리고 연관된 기판 전류의 증가에 의하여 수행된다.
11. 반응성 스파크 기상증착에 대한 공정제어는 절연층 또는 반전도성층에 의하여 타겟 코팅에 영향을 미치지 않는다. 이는 반응성 기체가 혼합되도록 하고, 반응 공정용 램프(ramp)의 사용을 가능하게 하며, 이것은 중간층(intermediate layer) 뿐만 아니라 기능층(functional layer)에 대해서도 유리하다.
12. 공정 안정성의 증가와 보다 넓은 공정 윈도우(process window).
13. 알려진 전력 공급기의 사용은 전류와 전압에 대한 넓은 범위의 상세한 구현(specification)을 허용한다. (융통성있는 경제적인 조합이 가능하고, 예컨데 기본 부하에 대한 저가 DC 전력 공급기를 들 수 있다.)
14. 본 발명은, 플라즈마가 중단되지 않고, 따라서 반복되거나 주기적인 리스트라이킹(restriking)을 위해 요구되는 복잡한 기술에 의한 상기 반복되거나 주기적인 리스트라이킹(restriking)에 대한 필요가 없다는 점을 보장한다.
15. 방법은 추가적인 플라즈마 소스와 결합될 수 있다; 이 본문에서, 특히 추가적인 여기(excitation)에 대하여 참조를 하여야 한다. 이는 여기와 동시에 작동하는 저전압 아크에 의한 것으로, 기판 상의 층 증착의 경우에 있어서 반응성의 추가적인 증가를 초래한다.
본 발명의 구현의 접근
본 발명에 따른 반응성 스파크 코팅 공정을 이용한 일반적인 절차가 아래에 기술된다. 산화알루미늄(Aluminumoxide)이 발저스사(Balzers Company)의 RCS 타입의 산업용 코팅 장치- 예를 들면 EP 1186 681의 명세서, 도 3 내지 6, 칼럼 7의 라인 18 내지 칼럼 9의 라인 25에 기재되어 있다-를 사용하고 하기에 상세하게 기술된 실시예를 기초로 하여 다양한 제작물 상에 증착된다. .
실제 코팅 절차에 부가하여, 필요한 경우, 기판 처리 전 및 후에 관련한 다른 공정들이 간략하게 기술된다. 기판을 클리닝 하는 것과 같은 많은 공정들이 물질 및 앞선 공정의 처리 상태에 따라 달리 실시되었다. 당업자에게 알려진 바와 같이, 매우 다양하게, 반면, 어떤 것은 생략되거나, 간단하게, 또는 다소 길게 상황에 따라 여러 가지 방식으로 기술되었다.
실시예 1
일단 작업 단편들이 두 번 또는 세 번 회전될 수 있는 홀더(holder)로 삽입되고 이러한 목적을 위해 제공되면, 이 후 상기 홀더가 진공 처리 장치(vacuum treatment installation)에 도입되고, 상기 처리챔버를 이용하여 약 10-4mbar의 압력까지 외부로 배출된다.
공정온도를 설정하기 위해, 방사열에 의해 증진된 저전압 아크(NVB) 플라즈마(low-voltage arc (NVB) plasma)가 셔터(shutter)에 의해 분리되며 핫캐소드를 가지는 캐소드 챔버와, 아르곤/수소 분위기에서 애노드 연결된 제작물 사이에서 스트라이크된다.
가열 변수(heating parameters)가 아래와 같이 설정되었다
방전 : LVA 150A
아르곤 유속 50sccm
수소 유속 300sccm
공정압력 1.4*10-2 mbar
기판온도 약 500℃
공정시간 45분
당업자에게는 이러한 조건의 선택들이 익숙하다. 이러한 경우, 바람직하게는 상기 기판들이 저전압 아크용 애노드로서 연결되었고, 바람직하게는 유니폴라 또는 바이폴라 베이스 상에서 추가적으로 펄스화되었다.
다음 단계로서 에칭이 수행되었다. 이것을 위해, 저전압 아크가 필라멘트 및 보조 애노드(auxiliary anode) 사이에서 스트라이크된다. 이와 같은 경우, DC 전극, 교류로 작동되는 펄스화된 DC전원 또는 MF 또는 RF 전원이 제작물과 접지면 사이에서 연결될 수 있다. 그러나, 상기 제작물이 바람직하게는 (-) 바이어스 전압(negative bias voltage)을 가진다.
에칭 변수가 아래와 같이 설정되었다.
아르곤 유속 60sccm
공정압력 2.4*10-3 mbar
방전 : LVA 150A
기판온도 약 500℃
공정시간 30분
절연층을 제조하는 동안, 저전압 아크 방전의 안전성을 확보하기 위해 LVA 증진된 공정 단계 전부에서 전도성 보조 핫애노드(hot conductive auxilliary anode)가 사용되거나, 펄스화된 고전류 공급기(high-current supply)가 보조 애노드와 접지면 사이에 연결된다.
접착력을 증가시키기 위해, 약 300nm의 CrN 층이 스파크 기상 증착에 의해 가해지고, 필요하다면, 저전압 아크의 플라즈마에 의한 추가 이온화로 접착력이 증진될 수 있다.
이러한 경우, 중간층 변수(intermediate parameters)가 아래와 같이 설정되었다.
아르곤 유속 80sccm
질소 유속 200sccm
공정압력 8*10-3 mbar
DC 소스 전류 Cr 140A
기판 바이어스 -100V 내지-40V 유니폴라
36㎲ 네거티브 및 4㎲ 포지티브 바이어스
기판온도 약 500℃
공정시간 10분
약 5분 동안 지속하는 실제 기능층(functional layer)에 대한 전환을 위해, 알루미늄 아크 소스는 이들에 인가된 60A의 DC 소스 전류를 가지고, 이때 DC 소스의 양극은 접지면과 애노드 링(anode ring)에 연결된다. 또한, 유니폴라 DC 펄스가 평행하게 연결된 두번째 전원공급 장치로부터 중첩되고, 이것은 50KHz로 작동되었다. 상기 실시예에서, 10㎲ 펄스와 10㎲ 단락을 포함하고, 펄스에서 발생하는 150A까지의 전류를 가지는 대칭 듀티비(symmetrical duty ratio)가 사용되었다. 이어서, 300sccm의 유속을 가진 산소를 도입하고, 상기 테이블에 리스트된 변수들을 이용하여 정밀하게 실시하였다.
만약, 알루미늄 타켓으로 시작되고, 산소 유속이 고정된다면, 크롬 타켓에서의 소스 전류(source current)가 램프에 의해서 약 10분을 경과 한 후에 제로로 감소하고, 동시에 질소 유속도 감소한다. 이어서, 아르곤 유속이 제로로 감소하게 된다.
순수 반응가스(상기의 경우는 산소)에서, 상기 기판들이 실제 기능층으로 코팅되었다. 산화알루미늄이 결과적으로 절연층이 되므로, 펄스화된 공급기 또는 AC 바이어스 공급기가 사용된다.
주요 기능층(major functional layer)의 변수가 아래와 같이 설정되었다.
산소 유속 300sccm
공정압력 9*10-3 mbar
DI 소스 : A1 60A
펄스화된 전류 소스(Pulsed current source) :A1 150A, 50kHz,
10㎲ 펄스/10V 단락
기판 바이어스 펄스된 -40V DC 또는 AC
(각각의 경우 50-350kHz)
기판온도 약 500℃
공정시간 60 내지 120분,
360분에서 개별 실험
상기 코팅 공정이 스트라이트되는 저전압 아크를 사용하여 동시에 수행될 수 있다. 이것은 매우 큰 반응성을 가져온다. 더 나아가 상기 코팅 공정 동안 저전압 아크의 동시 사용이 또한 상기 소스의 DC 성분이 LVA 전류의 크기(magnitude of the LVA current)에 따라 더 감소될 수 있는 장점을 가진다.
이와 같은 방법으로 수행되는 상기 코팅 공정이 수 시간에 걸쳐 안정하다, 상기 타겟이 얇고 부드러운 산화물층으로 보호된다. 스파크가 추가적인 펄스 신호 없이 작동되는 경우보다 더 부드럽게 전파되고, 복수의 더 작은 스파크로 쪼개어 진다. 스플래터(splatter)의 양이 상당히 감소한다.
직경 160mm, 두께 6mm의 타겟, 및 표준 MAG 6 마그넷 시스템(standard MAG 6 magnet system)을 구비한 발저스사의 아크 소스가 상기 기능층용과 동일한 방식으로 접착층용 아크소스로서 사용되었다. 그러나, 기본적으로, 적절한 전력 공급기 유닛이 연결될 수 있으면, 알려진 어떠한 소스라도 이와 같은 공정을 위해 사용될 수 있다
상기에서 기술된 공정은 상기 펄스 전원공급 장치에 대한 엄격한 요구를 피할 수 있으므로 바람직한 방법이다. DC공급이 스파크용 최소 전류 또는 홀딩 전류(holding current)를 만들어 내고, 상기 펄스 고전류 공급기(pulsed high-current supply)가 스플래터를 피하기 위해 사용되었다.
기능층의 증착변수에 대한 또 다른 예가 테이블 1에 상세히 기술되었다. 우선, 클리닝, 히팅, 및 에칭 단계가 필수적으로 수행되었고, 및 CrN 또는 Ti으로 이루어지는 중간층이 실시예 1에 대응하는 방식으로 증착되었다. 상기 테이블에서 설명된 바와 대응하여, 산화알루미늄(aluminumoxide), 질화알루미늄(aluminumnitride), 산화크롬(chromiumoxide), 질화크롬(chromiumnitride), 산화티타늄(titaniumoxide) 및 질화티타늄(titaniumnitride)으로 이루어지는 군으로 구성되는 기능층이 생성되었다.
순 금속층은 절연 코팅의 피복에 의한 소스 전압의 영향을 비교하기 위하여 실시예 2 및 8에서 증착되었다. 이 경우, 고절연 산화물층(highly-insulating oxidic layer)의 코팅은 특히 소스 전압의 DC 성분의 주요한 상승을 초래한다는 것을 알았다. 이 경우, 산소를 함유하는 반응성 기체의 상대적인 작은 첨가에 대한 상대적인 전압상승은 순 비활성 기체에서 작동되는 순수한 금속성 소스의 값의 약 20 내지 50%이다. 비록 그 값이 예컨데 약 10에서 최대 30% 사이로 낮다고 하더라도, 질소의 사용도 소스 전압의 상승을 이끈다. 모든 경우에, 펄스전압의 동시적인 인가는 명백히 DC 소스 전압의 미미한 감소를 초래하나 순수 DC 작동과 비교하여, 순수한 금속성 소스의 초기 저전압상태(original lower voltage state)로는 다시 절대 도달되지 않는다.
아크 소스의 공정을 위한 바람직한 주파수 범위는 5 내지 50 kHz이다. 그러나, 필요한 경우, 소스는 또한 아래로 약 0.5 kHz까지의 낮은 주파수 또는 위로 1 MHz까지의 높은 주파수에서 작동될 수 있다. 심지어 낮은 주파수에서도, 절연층의 증착을 위한 처리공정은 불안정해지고 반면에 높은 주파수에서는 발전기 비용이 극한수준으로 증가한다.
만일 추가적인 결합층들이 요구되거나 필요하다면, 이들은 CrN 또는 다른 점착층 대신 또는 점착층과 기능층 사이에 적용될 수 있다. 산화물 피복층(covering layer)의 증착을 위하여 물론 이미 언급한 것들 이외에 유리할 수 있는 이것의 예로는 알루미늄, 크롬, 티탄늄, 탈륨, 니오브 및 지르코늄의 산질화물, 산규화물, 산규질화물 및 규질화물은 물론 티탄늄 및 크롬의 산탄화물이있다.
비록 점착층 및 결합층의 우수한 점착력이 캐소드 스파크 기상증착에 의해 만들어 졌다 하더라도, 당해 기술분야의 숙련자에게 알려진 바와 같이, 이것은 또한 CVD, PECVD, 스퍼터링과 같은 기타 다른 코팅 기술에 의해 또는 애노드 연결된 크루서블(crucible)로부터의 저전압 아크에 의한 기상증착에 의해 달성될 수 있다. 이 경우, 원칙적으로, 다양한 기술의 임의의 조합이 가능하나, 플라즈마 보조 공정 방식으로 달성되는 더 나은 점착력 때문에 높은 이온화를 보장하는 플라즈마 보조 공정이 바람직하다.
본 발명은 다양한 예시의 구현예만을 예시하여 설명하는 도면을 참조하여 다음의 본문에서 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 아크 소스를 수반하는 진공처리설비(vacuum treatment installation)를 도시한다.
도 2는 병렬 연결된 DC 및 펄스 공급기를 도시한다.
도 3은 타겟 표면을 도시한다.
도 4는 2개의 병렬 연결된 펄스 공급기를 도시한다.
도 5는 다중 애노드 배치(multi-anode arrangement)를 도시한다.
도 6은 직렬 연결된 전력 공급기를 도시한다.
도 7은 단락회로(short circuit)와 연결된 전력 공급기를 도시한다.
도 8은 2차 클록 전력 공급기(secondary-clocked electrical power supply)를 도시한다.
도 9는 1차 클록 전력 공급기(primary-clocked electrical power supply)를 도시한다.
도 1에 예시되어 설명된 진공처리설비 1은, DC 전력 공급기 13을 수반하는 아크 소스를 구동하는 선행기술에서 알려진 배치를 비교하여 도시한다. 상기 설비 1은, 진공을 만드는 펌프 스탠드(pump stand) 2, 제작물(workpiece)을 고정하고 이와 전기 접속시키는 기판 홀더(substrate holder) 3, 및 제작물에 소위 기판 전압(substrate voltage)을 인가하는 바이어스 전류 공급기(bias-current supply) 4를 구비하며, 상기 기판 홀더는 여기서 더 이상 상세하게 예시되어 설명되지 않는다. 상기 바이어스 전류 공급기는 DC 또는 AC 또는 바이폴라 또는 유니폴라 기판전압 공급기일 수 있다. 비활성 기체 또는 반응성 기체는, 처리 챔버(treatment chamber) 내의 공정 압력 및 기체 조성을 제어하기 위해, 공정 기체 입구(process gas inlet) 11을 통해 도입될 수 있다.
아크 소스 자체의 구성요소는, 타겟 뒤에 위치된 냉각판(cooling plate)을 수반하는 타겟 5, 점화장치(ignition finger) 7 및 타겟을 아우르는 애노드(anode) 6이다. 스위치 14는, 전력 공급기 13의 양극 및 애노드의 부동 작동(floating operation)과 지정된 영 또는 접지 전위를 갖는 작동(operation) 간의 선택을 하는데 사용될 수 있다.
진공처리설비 1의 또 다른 선택사항의 특징은 추가적인 플라즈마 소스 9이고, 이 경우 핫캐소드를 수반하는 LVA를 만드는 소스는, 비활성 기체 입구 8, 보조 애노드 10, 및 플라즈마 소스 9와 보조 애노드 10 사이의 저전압 아크(low-voltage arc)를 작동시키기 위한 추가의 전력 공급기를 구비하고, 필요하다면 저전압 아크 플라즈마의 자기집속(magnetic focusing)을 위한 코일 17을 구비하며, 상기 추가의 전력 공급기는 여기서 더 이상 상세하게 설명되지 않을 것이다.
도 2는, 직류 상에 유니폴라 또는 바이폴라 펄스 신호를 중첩시키기 위하여, 두 개의 병렬연결 전력 공급기, 구체적으로 DC 전력 공급기(DC power supply) 13'와 펄스 고전류 공급기(pulsed high-current supply) 18로 작동되는 아크 소스를 도시한다. 이 회로 유형은 심지어 절연층을 위한 반응 스파크 기상증착 공정의 안정된 동작을 가능하게 하는데, 이를 위해 처리하는 동안, 상기 설비 1의 내부, 보조 애노드 10 및 기판 홀더 3은 절연층을 갖는 기판으로 채워진다.
비교를 위하여, 만일 순 알루미늄으로 구성된 타겟 5가 도 1에 도시된 바와 같이 단지 DC 전력 공급기 13만으로 아르곤 및 산소를 함유한 분위기(atmosphere)에서 작동된다면, 공정의 불안정성이 심지어 단지 몇 분 후에도 발생할 것이고, 이는 높은 산소 흐름을 수반하여 공정의 종결을 초래한다. 상기 공정에서, 코팅은 도 3a에서 보는 바와 같이, 수 밀리미터의 크기의 큰 아일랜드(island)과 함께, 타겟 5 상에 만들어질 것이고 이는 절연 물질로 구성될 것이다. 제작물 표면 상에 증착된 층은 매우 거칠 것이고, 완전한 절연을 제공하지 않을 것이며, 이는 이것이 명확히 대규모 금속 스플래터(splatter)의 연속적인 반응을 초래하지 않기 때문이다. 이와 반대로 만일 타겟 5가 산소를 함유하는 분위기에서 그 밖에는 동일 조건으로하여 도 2와 같은 본 발명에 따른 방법으로 작동된다면, 도 3b에 도시된 바와 같이, 절연을 제공하나 완전히 균일한 산화알루미늄 표면이 형성될 것이다. 상기 공정은 일정 시간 동안 수행될 수 있고, 중단될 수 있으며, 이러한 방식으로 오염되어온 타겟을 가지고 재개될 수 있다. 이와 동시에, 이는 제작물 표면 상의 스플래터의 상당한 감소를 초래한다.
아크 소스의 펄스 모듈화된 공정을 위한 또 다른 선택사항 및 배치가 다음 본문에 기술될 것이다. 도 4는 병렬로 연결된 두 개의 DC 전력 공급기 18' 및 18''를 도시하고, 이들은 바람직하게 동기화된 형태로 펄스화된다. 한 예를 들면, 이 배치는 유니폴라 형태에서 작동될 때 수많은 장점을 갖는다. 예컨데, 같은 펄스폭으로 작동될 때, 두 펄스 간의 시간이 매우 짧게 선택될 수 있어 상당히 높은 듀티비(duty ratio) 및 매우 짧은 지속주기(cycle duration)로 설정하는 것을 가능케 만든다. 펄스 단위로 에너지 공급기를 제한하는 이와 관련된 성능으로서, 예컨데, 이 특정 타겟 물질에 또한 적절한 성능은, 스파크의 영구 연소(permanent burning)를 매우 효과적으로 피하는 것을 가능하게 하고, 스플러터 형성은 더욱 감소된다.
그러나 다른 펄스폭과, 다른 주파수 또는 같은 주파수를 수반하는 유니폴라 형태로 작동될 때조차, 그러한 작동은 개별 주기 위상(cycle phase)이 특히 잘 설정될 수 있게 하고 그러므로 코팅 효율에 대한 매우 좋은 제어를 할 수 있게 한다. 원칙적으로, 펄스 DC 전력 공급기는 또한 더 나은 교류 공급기에 의해 대치될 수 있다. 그러나 이 경우, 예컨데 특정 엣지 경사(edge gradient)를 수반하는 특정 형태의 신호를 얻는 것은 더 어렵게 된다.
이와 동시에, 도 5에서 도시된 바와 같이, 두 개의 전력 공급기 19, 19''의 구상은, 특히 유용하게도, 복수의 애노드 20, 21'이 코팅 챔버에서 플라즈마의 더 나은 분산을 달성할 수 있도록 위치하는 것을, 가능하게 한다. 이는 전자가 더 잘 유도되게 하여서, 플라즈마 밀도 및 공정의 반응성을 증가시키는 것을 가능하게 한다.
도 6은 두 직렬 연결 전력 공급기 19', 19''에 의해 공급되는 아크 소스를 도시하며, 이중 적어도 하나는 펄스 또는 AC 공급기이다. 이 배치는 아크 소스가 특히 용이하게 조절되도록 효율 제어를 가능케 한다.
또 다른 모범 구현예는, 펄스 또는 직류 성분이 스위치 모드 전력 공급기술(switched-mode power supply technology)에 의해 생산되는 전력 공급기에 관계한다. 이와 같은 전력 공급기의 경우, 결과적인 DC 신호의 리플(ripple)은, 전력 공급기의 출력에서 상술된 요건을 만족하는 신호가 만들어지는 그러한 방식으로 증폭될 수 있으며, 상기 리플은 그 밖의 경우에는 바람직하지 않다.
예컨데, 도 7에 도해적으로 예시되어 설명되는 바와 같이, 2차 클록 전력 공급기는 이 경우 스텝업 컨버터(step-up converter) 21로 사용될 수 있고, 또는 도 8에 예시되어 설명된 바와 같이 2차 클록과 같은 전력 공급기는 스텝다운 컨버터(step-down converter) 21'로서 사용될 수 있다. 이와 대조적으로, 도 9는 요구되는 신호를 만들기 위한 1차 클록 전력 공급기 22를 도시한다.
모든 스위치 모드 전력 공급 기술 가운데,도 8에 예시되어 설명된 공급기가 최소한의 기술적 복잡성을 수반하면서 실행될 수 있는 것이고, 그러므로 선호되어 사용된다.
참고도면 부호 리스트
1 진공처리설비(vacuum treatment installation)
2 펌프스탠드(pump stand)
3 기판 홀더(substrate holder)
4 바이어스 전류 공급기(bias-current supply)
5 타겟(target)
6 애노드(anode)
7 점화장치(ignition finger)
8 비활성 기체 입구(inert gas inlet)
9 플라즈마 소스(plasma source)
10 보조 애노드(auxiliary anode)
11 공정 기체 입구(process gas inlet)
12 냉각판(cooling plate)
13,13' DC 전력 공급기(DC electrical power supply)
14 스위치(switch)
17 자기코일(magnet coils)
18,18',18'' 펄스 공급기(pulsed-current supply)
19,19',19'' 전력 공급기(electrical power supply)
20,20' 애노드(anode)
21 스텝업 컨버터(step-up converter)
21' 스텝다운 컨버터(step-down converter)
22 1차 클록 전력 공급기(primary-clocked electrical power supply)
Figure 112007068800328-PCT00001

Claims (45)

  1. 전기 스파크 방전이 타겟의 표면상에서 점화되거나 일어나고, 스파크 방전에 직류 및 펄스 또는 교류가 동시에 공급되는 아크 소스 작동방법에 있어서, 상기 타겟의 표면이 적어도 부분적으로 절연 코팅(insulating coating)에 의해 피복되는 것을 특징으로 하는 아크 소스(arc source)의 작동방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 절연 코팅은 반응성 기체를 함유하는 분위기에서 소스를 작동시킴으로써 생성되는 것을 특징으로 하는 아크 소스의 작동방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 절연 코팅은 절연 코팅이 없는 표면에 대한 공정과 비교하여 10% 이상, 바람직하게는 20% 이상의 소스 전압의 직류 성분의 증가를 초래하는 것을 특징으로 하는 아크 소스의 작동방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 반응성 기체를 함유하는 분위기는, 산소, 질소, 규소, 붕소 또는 탄소를 함유하는 기체, 특히 산소, 질소, 아세틸렌, 메탄, 실란, 테트라메틸실란, 트리메틸알루미늄, 디보란을 함유하는 기체 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 소스의 작동방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 반응성 기체의 비율은 비활성 기체의 비율보다 크고, 바람직하게는 70% 이상, 보다 바람직하게는 90% 이상 또는 거의 100%인 것을 특징으로 하는 아크 소스의 작동방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 타겟 물질은 주기율표상 4, 5, 6 족의 전이금속 또는 알루미늄, 붕소, 탄소, 규소, 또는 TiAl, CrA1, TiA1Cr, TiSi, TaSi, CrSi, WC와 같은 상기 물질의 합금이나 화합물 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 소스의 작동방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 절연 코팅은 상기 타겟 물질의 산화물, 질화물, 붕화물, 규화물, 탄화물 또는 상기 타겟 물질 화합물의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 아크 소스의 작동방법.
  8. 전기 스파크 방전이 타겟의 표면 상에서 점화되거나 일어나고, 스파크 방전에 직류 및 펄스 또는 교류가 동시에 공급되는 아크 소스 작동방법에 있어서, 전류 중 DC 성분이 홀딩(holding) 전류의 100 내지 300%, 바람직하게는 100 내지200%로 설정되는 것을 특징으로 하는 아크 소스의 작동방법.
  9. 전기 스파크 방전이 타겟의 표면 상에서 점화되거나 일어나고, 스파크 방전에 직류 및 펄스 또는 교류가 동시에 공급되는 아크 소스 작동방법에 있어서, 전류 중 DC 성분이 30 내지 90A, 바람직하게는 30 내지 60A로 설정되는 것을 특징으로 하는 아크 소스의 작동방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 반응성 기체, 비활성 기체가 각각, 또는 반응성 기체 및 비활성 기체가 함께 공급되는 것을 특징으로 하는 아크 소스의 작동방법.
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 타겟 물질은 주기율표상 4, 5, 6 족의 전이금속 또는 알루미늄, 붕소, 탄소, 규소, 또는 TiAl, CrA1, TiA1Cr, TiSi, TaSi, CrSi, WC와 같은 상기 물질의 합금이나 화합물 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 소스의 작동방법.
  12. 제1항, 제8항 또는 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타겟 물질은 단일 결정상(single crystallographic phase)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 아크 소스의 작동방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 직류 성분은 직류 발전기로부터, 펄스 또는 교류 성분은 펄스 또는 교류 발전기로부터 생성되며, 이때 상기 두 발전기들은 아크 캐소드와 하나 이상의 애노드 또는 접지 사이에서 병렬 또는 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 아크 소스의 작동방법.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 직류 성분 및 펄스 성분은 중첩 및 동기화되어 작동되는 두 개의 펄스 및 교류 발전기로부터 생성되며, 이때 상기 두 발전기들은 아크 캐소드와 하나 이상의 애노드 또는 접지 사이에서 병렬 또는 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 아크 소스의 작동방법.
  15. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 직류 성분 및 펄스 성분은 2차 클록 전류 발전기로부터 생성되며, 이때 상기 발전기는 아크 캐소드와 하나 이상의 애노드 또는 접지 사이에서 병렬 또는 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 아크 소스의 작동방법.
  16. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 직류 성분 및 펄스 성분은 1차 클록 전류 발전기로부터 생성되며, 이때 상기 발전기는 아크 캐소드와 하나 이상의 애노드 또는 접지 사이에서 병렬 또는 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 아크 소스의 작동방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 의한 아크 소스가 제작물 상에 하나 또는 그 이상의 층을 증착시키기 위하여 작동되는 것을 특징으로 하는 코팅방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 층은 주기율표상 4, 5, 6 족의 전이금속 및 알루미늄, 및 이들의 산소, 질소, 탄소, 붕소, 또는 규소와의 화합물 중 하나 이상을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 코팅방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 층은 산화알루미늄, 질화알루미늄, 산질화알루미늄, 산화크롬, 질화크롬, 산질화크롬, 산화크롬알루미늄, 질화크롬알루미늄, 산질화크롬알루미늄, 산탄질화크롬알루미늄, 산화규소, 질화규소, 산질화규소, 산화알루미늄규소, 질화알루미늄규소, 산질화알루미늄규소, 질화규소티탄늄, 산질화규소티탄늄, 질화규소티탄늄, 산화탄탈, 산질화탄탈, 질화규소텅스텐, 탄화규소텅스텐, 질화규소니오브, 탄화티탄늄, 탄화텅스텐, 또는 상기 물질의 합금이나 화합물 중 하나 이상을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 코팅방법.
  20. 제17항에 있어서, DC, 펄스 또는 교류 바이어스가 제작물에 인가되는 것을 특징으로 하는 코팅방법.
  21. 제20항에 있어서, 펄스 또는 교류 바이어스가 인가되고, 소스로부터의 펄스 또는 교류와 동기화되는 것을 특징으로 코팅방법.
  22. 제17항에 있어서, 하나 이상의 비활성 기체 또는 반응성 기체가, 상기 층의 조성을 변화시키기 위하여 적어도 한번 제 1 유량으로 첨가되고, 하나 이상의 반응성 기체가 제 2 유량으로 추가로 첨가되며, 또는 그 반대 순서로 첨가되는 것을 특징으로 코팅방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 제 1 유량은 제 2 유량 설정 전 또는 설정 중이나 설정 후에 감소되고, 제 2 유량은 낮은 수치에서 높은 수치로 또는 그 반대로 설정되는 것을 특징으로 하는 코팅방법.
  24. 제22항에 있어서, 상기 첨가나 설정 공정이, 상기 층의 조성에 실질적으로 일정하거나 계층적인 변이를 생성하기 위하여, 램프(ramp) 또는 계층의 형태로 수행되는 것을 특징으로 하는 코팅방법,
  25. 제22항에 있어서, 둘 또는 그 이상의 층 성분을 수반하는 층이 교대로 제 1 및 제 2 유량을 증가 및 감소시킴으로써 증착되는 것을 특징으로 하는 코팅방법.
  26. 제17항에 있어서, 복수의 소스가 동일하거나 상이한 타겟 물질에 동시에 작동되는 것을 특징으로 하는 코팅방법.
  27. 제1항 내지 제15항 중 어느 한항에 의한 아크 소스가 하나 이상의 제작물을 에칭하기 위하여 인가되는 DC, 펄스 또는 교류 바이어스로 작동되는 것을 특징으로 하는 금속 이온을 수반하는 에칭 방법.
  28. 제27항에 있어서, -50 내지 -2000 V, 바람직하게는 -200 내지 -1500 V 사이의 DC 바이어스가 제작물 상에 설정되는 것을 특징으로 하는 에칭방법.
  29. 제27항 또는 제28항에 있어서, 추가적인 에칭 기체가 도입되는 것을 특징으로 하는 에칭방법.
  30. 제29항에 있어서, 상기 에칭 기체는 헬륨, 아르곤, 크립톤, 산소, 질소, 수소, 할로겐(예를 들어 염소, 불소, 브롬, 요오드) 또는 할로겐을 포함하는 화합물 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭방법.
  31. 제17항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 코팅 효율 및 제작물로 도입되는 에너지가, 전류 펄스의 펄스 폭, 전류 펄스의 진폭 및 듀티비 중 하나 이상의 파라미터를 조정하여 설정되는 것을 특징으로 하는 코팅 또는 에칭 방법.
  32. 제17항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제작물은 공구 또는 부품인 것을 특징으로 하는 코팅 또는 에칭 방법.
  33. 제16항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제작물은 필수적으로 규소 또는 기타 다른 반전도성 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 코팅 또는 에칭 방법.
  34. 타겟(5) 및 하나 이상의 반대 전극(opposing electrode, 6, 20, 20') 및 타 겟(5)에 연결된 전력 공급기 유닛을 구비하는 아크 소스에 있어서, 상기 전력 공급기 유닛은 하나 이상의 제 1 펄스 고전류 공급기(18, 18') 및 추가의 전력 공급기(13', 18'')를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 소스.
  35. 제34항에 있어서, 상기 전력 공급기 유닛은 적어도 홀딩 전류를 유지하도록 설계된 DC 전류 공급장치(13')를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 소스.
  36. 제34항에 있어서, 상기 전력 공급기 유닛은 적어도 홀딩 전류를 유지하도록 설계된 DC 전류 공급기(13')를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 소스.
  37. 제34항에 있어서, 상기 전력 공급기 유닛은 제 2 펄스 고전류 공급기(18'')를 추가로 포함하고, 상기 제 2 펄스 고전류 공급기는 중첩된 펄스 신호를 갖는 홀딩 전류가 설정될 수 있도록 제 1 펄스 아크 소스와 동기화될 수 있는 것을 특징으로 하는 아크 소스.
  38. 제36항에 있어서, 상기 펄스 아크 소스(18', 18'')는, 홀딩 전류가 개별 펄스 중단(pause) 또는 모든 펄스 중단 형태로 하나 또는 그 이상의 홀딩 전류 중단(holding-current pause)을 수반하도록 동기화될 수 있고, 상기 중단 중에는 타겟 또는 전극에 전압이 인가되지 않으며, 이 경우 홀딩 전류 중단이 아크 플라즈마 가 상기 중단 중에 소멸(quench)되지 않도록 매우 짧게 설정될 수 있는 것을 특징으로 하는 아크 소스.
  39. 제37항에 있어서, 상기 홀딩 전류 중단이 1㎱ 내지 1㎲, 바람직하게는 1 내지 100㎱로 설정될 수 있는 것을 특징으로 하는 아크 소스.
  40. 제34항에 있어서, 제 1 펄스 고전류 공급기(18, 18') 및 추가의 전력 공급기(13', 18'')는 병렬 또는 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 아크 소스.
  41. 제34항에 있어서, 제 1 펄스 고전류 공급기(18, 18') 및 추가의 전력 공급기(13', 18'')는 병렬 또는 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 아크 소스.
  42. 제34항에 있어서, 하나 이상의 제 1 펄스 고전류 공급기(18, 18') 또는 하나 이상의 추가의 전력 공급기(13', 18'')는 타겟(5)과 상기 타겟을 아우르는 전극(6) 또는 추가의 전극들(20, 20') 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 아크 소스.
  43. 타겟(5) 및 하나 이상의 반대 전극(opposing electrode, 6, 20, 20') 및 타겟(5)에 연결된 전력 공급기 유닛을 구비하는 아크 소스에 있어서, 상기 전력 공급기 유닛은 2차 클록 전력 공급기(21, 21')이고, 상기 2차 클록 전력 공급기에 의하여 2차 클록 전력 공급기(21, 21')의 신호가 모듈화되어, DC 홀딩 전류가 생성되 며, 이때 펄스 신호 또는 AC 신호가 상기 DC 홀딩 전류 위로 중첩되는 것을 특징으로 하는 아크 소스.
  44. 제42항에 있어서, 2차 클록 전력 공급기는 스텝다운 컨버터(21') 또는 스텝업 컨버터(21)의 형태로 존재하는 것을 특징으로 하는 아크 소스.
  45. 타겟(5) 및 하나 이상의 반대 전극(6, 20, 20') 및 타겟(5)에 연결된 전력 공급기 유닛을 구비하는 아크 소스에 있어서, 상기 전력 공급기 유닛은 1차 클록 전력 공급기(22)이고, 상기 1차 클록 전력 공급기에 의하여 1차 클록 전력 공급기(22)의 신호가 모듈화되어, DC 홀딩 전류가 생성되며, 이때 펄스 신호 또는 AC 신호가 상기 DC 홀딩 전류 위로 중첩되는 것을 특징으로 하는 아크 소스.
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