KR20080095300A

KR20080095300A - 아크 이온 플레이팅 방법 및 이것에 사용되는 타겟

Info

Publication number: KR20080095300A
Application number: KR1020087022839A
Authority: KR
Inventors: 히로후미 후지이
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2006-03-22
Filing date: 2007-03-06
Publication date: 2008-10-28
Also published as: KR101027879B1; US8133365B2; CN101405428B; JP2007254802A; WO2007108313A1; EP1997932A4; CN101405428A; EP1997932A1; US20090065348A1; JP4110175B2

Abstract

피처리물의 대략 전체 길이에 걸쳐서 균일한 막 두께 분포를 얻을 수 있는 동시에, 타겟 재료 수율의 향상과 타겟의 제조 비용의 저감을 도모할 수 있는 아크 이온 플레이팅 방법과 그 타겟을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그로 인해, 진공 챔버(1) 내에 적어도 길이 방향 양단부(31, 32)와 그 이외의 중앙부(33)로 분할 가능한 타겟(3)이 피처리물과 함께 배치된다. 피막 형성 시에는 길이 방향 양단부(31, 32)의 소모 속도를 중앙부(33)의 소모 속도보다도 높게 하도록 타겟 표면의 아크 스폿 위치가 제어되고, 타겟(3)의 중앙부(33)가 소모 한계에 도달할 때까지는 길이 방향 양단부(31, 32)의 적어도 한쪽이 소모 한계에 도달한 시점에서 그 단부만을 교환하여 피막 형성이 계속된다.

진공 챔버, 이크 이온 플레이팅, 타겟, 중공 샤프트, 플랜지

Description

아크 이온 플레이팅 방법 및 이것에 사용되는 타겟{METHOD OF ARC ION PLATING AND TARGET FOR USE THEREIN}

본 발명은 내마모성 향상을 위해 절삭 공구, 기계 부품(미끄럼 이동 부품)으로의 경질 피막의 형성에 사용하는 아크 이온 플레이팅 방법 및 이 방법에 사용하는 타겟에 관한 것이다.

피처리물 상에 피막을 형성하기 위한 방법으로서 아크 이온 플레이팅이 알려져 있다. 이 아크 이온 플레이팅에서는 진공 분위기 중에서 피막 형성용의 증발되어야 할 재료로 이루어지는 타겟을 음극으로 한 진공 아크 방전이 행해진다. 이 방전은 상기 타겟 물질을 증발시키는 동시에 이온화된다. 이 이온화된 타겟 물질 이온은 피처리물로 유도되어 그 표면 상에 피막을 형성한다. 이 아크 이온 플레이팅을 사용하여 금속의 질화물이나 금속의 탄화물로 이루어지는 경질 피막을 형성하기 위해서는, 진공 챔버 내에 반응 가스를 도입하는 반응성 코팅, 예를 들어 Cr으로 이루어지는 타겟에 대해 N₂ 가스를 도입함으로써 CrN 피막을 형성한다는 반응성 코팅이 행해진다.

종래, 이 아크 이온 플레이팅의 일례로서, 특허 문헌 1에는 길이 방향 양단 부가 중앙부측보다도 굵게 형성되어 있는 원통 형상의 로드 타겟을 사용하는 아크 이온 플레이팅 방법(진공 아크 증착 방법)이 개시되어 있다. 이 종래의 아크 이온 플레이팅 방법을 도7 내지 도10을 사용하여 설명한다. 도7은 종래의 아크 이온 플레이팅 방법을 실시하기 위한 장치의 개략 구성도, 도8은 도7에 있어서의 로드 타겟의 정면도, 도9는 상기 로드 타겟의 정면 단면도, 도10은 로드 타겟의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도7에 있어서, 진공 챔버(51) 내에 로드 타겟(52)과 피처리물(워크)(53)이, 서로 길이 방향 중심선이 평행 또는 거의 평행이 되는 상태로 배치되어 있다. 상기 로드 타겟(52)은 도중에 단차를 갖는 원통 형상을 이루어, 챔버(51)의 중앙부에 상하 방향으로 연장되는 기립 자세로 배치되어 있다.

진공 챔버(51)의 하부에는 회전 테이블(55)이 설치되고, 이 회전 테이블(55)은 로드 타겟(52)의 축심과 거의 일치하는 종축 방향으로 회전 가능하게 지지되어 있다. 이 회전 테이블(55) 상에 상하 방향으로 연장되는 피처리물(53)이 유지 부재(56)를 개재하여 기립 자세로 적재되고, 이 피처리물(53)은 회전 테이블(55)의 회전에 수반하여 로드 타겟(52)의 주위를 공전하는 동시에, 유지 부재(56)와 함께 종축 방향으로 자전한다. 상기 로드 타겟(52) 내에는 자석(54)이 승강 가능하게 설치되어 있다.

이 장치는, 또한 양극과 음극을 갖는 아크 전원(57)을 구비하여, 그 음극이 상기 로드 타겟(52)의 상단부에 접속되고, 양극이 상기 진공 챔버(51)에 접속된다. 즉, 상기 로드 타겟(52)이 음극으로 설정되고, 상기 진공 챔버(51)가 양극으로 설 정된다.

상기 로드 타겟(52)은, 도8 및 도9에 도시한 바와 같이 길이 방향 양단부가 중앙부측보다도 굵은 형상을 갖는다. 즉, 이 로드 타겟(52)의 길이 방향 양단부는 대경부(굵은 부분)(521, 521)이고, 중앙부는 소경부(가는 부분)(522)이다.

이 로드 타겟(52)의 제작에는 타겟 물질의 분말을 HIP(열간 등방 가압)법으로 가압하는 HIP 처리가 사용된다. 구체적으로, 상기 로드 타겟(52)은, 도10에 도시한 바와 같이 상기 HIP 처리를 사용하여 상기 대경부(521, 521) 및 상기 소경부(522)를 각각 개별적으로 단순 원통 형상으로 성형하는 공정과, 이들 대경부(521, 521)와 소경부(522)가 일체가 되도록 조립하는 공정을 포함하는 방법에 의해 제작된다.

이 종래의 아크 이온 플레이팅 방법에서는 타겟(52)과 피처리물(53)이, 서로 길이 방향 중심선이 평행 또는 거의 평행이 되는 상태로 배치되고, 타겟(52)을 음극으로 하는 진공 아크 방전에 의해 타겟 물질 이온이 피처리물(53)로 유도되어 그 표면에 피막을 형성한다. 상기 타겟(52)에는 대경부(521, 521)로 이루어지는 길이 방향 양단부와 소경부(522)인 중앙부를 갖는 것이 사용되는 동시에, 자석(54)의 승강에 의해 타겟 표면의 아크 스폿 위치가 제어된다. 이 제어는 대경부(521, 521)의 소모 속도를 소경부(522)의 소모 속도보다 크게 하면서 피처리물(53)에서의 피막 형성을 진행시키고, 이에 의해 피처리물(53)의 대략 전체 길이에 걸쳐서 막 두께의 편차가 ±5 ％ 이내의 균일한 막 두께 분포를 얻는 것을 가능하게 한다.

만약, 타겟 길이 방향에 걸쳐서 타겟 소모 속도(타겟 재료 증발량)가 균일하 면, 피처리물(53)에 있어서 균일한 막 두께를 얻을 수 있는 영역은 피처리물 중앙 부근의 범위로 한정되어 버린다. 따라서, 피처리물의 대략 전체 길이에 걸쳐서 균일한 막 두께를 얻기 위해서는, 타겟 양단부에서의 소모 속도를 늘리는 것이 필요하다.

따라서, 이 종래의 아크 이온 플레이팅 방법에서는, 상기와 같은 균일한 막 두께를 얻기 위해 필요해지는 소모 속도의 분포에 대응하여, 길이 방향 양단부가 중앙부측보다도 굵게 형성되어 있는 로드 타겟(52)이 사용된다. 이와 같은 형상의 로드 타겟(52)은 단차가 없는 원통 형상의 타겟에 비해 이용 효율이 높아, 타겟 재료의 낭비가 적다.

그러나, 전술한 종래의 아크 이온 플레이팅 방법에서는 상기 로드 타겟(52)의 제조 효율이 나쁘다는 결점이 있다. 구체적으로, 이 로드 타겟(52)은 그 길이 방향 양단부가 중앙부측보다도 굵은 특수한 형상으로 제약되어 버린다. 이는 로드 타겟(52)의 제조 공정을 복잡하게 한다. 또한, 타겟의 비용 저감이 한층 요구되고 있다.

특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 제2004-107750호 공보(도1 내지 도3, 도9)

특허 문헌 2 : 일본 특허 공개 제2003-301266호 공보(도1)

그래서, 본 발명의 목적은 피처리물의 대략 전체 길이에 걸쳐서 균일한 막 두께 분포를 얻을 수 있는 동시에, 종래 기술에 비해 타겟 재료 수율의 향상과 타겟의 제조 비용의 저감을 도모할 수 있도록 한 아크 이온 플레이팅 방법 및 그 타겟을 제공하는 데 있다.

이 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 아크 이온 플레이팅 방법에서는 진공 챔버 내에 타겟과 피처리물을 배치하는 배치 공정과, 상기 타겟을 진공 아크 방전에 의해 증발ㆍ이온화함으로써 타겟 물질 이온을 생성하고, 이 타겟 물질 이온을 상기 피처리물로 유도하여 피막 형성을 행하는 피막 형성 공정이 포함되고, 이 피막 형성 공정에서는 타겟의 길이 방향 양단부의 소모 속도(단위 시간당의 증발량)를 상기 타겟의 중앙부의 소모 속도보다 빠르게 하는 타겟 표면의 아크 스폿 위치의 제어가 행해진다. 이 제어는 피처리물의 대략 전체 길이에 걸쳐서 균일한 막 두께 분포를 얻는 것을 가능하게 한다.

또한, 본 발명의 아크 이온 플레이팅 방법에서는 상기 타겟으로서, 적어도 길이 방향 양단부와 그 이외의 중앙부가 분할 가능한 것이 배치되고, 상기와 같이 소모 속도를 변화시키는 피막 형성이 행해진다. 그때에 타겟의 적어도 중앙부가 소모 한계에 도달할 때까지는 소모 속도가 빠른 상기 길이 방향 양단부만이 교환된다. 이와 같은 부분적인 교환은 상기 타겟을 구성하는 서로 분할 가능한 각 부분이 모두 소모 한계까지 사용되는 것을 가능하게 한다. 이는 상기 타겟의 형상에 관계없이, 타겟 유효 소모량에 대한 타겟 재료 사용량을 적게 하여 타겟 재료의 수율을 향상시키는 것을 가능하게 한다. 이에 의해, 타겟의 제조 비용의 저감 및 저가격화, 나아가서는 피막 형성품의 저가격화를 도모하는 것이 가능해진다.

도1은 본 발명의 일 실시 형태에 의한 아크 이온 플레이팅 방법을 실시하기 위한 아크 이온 플레이팅 장치를 도시하는 개략 구성도이다.

도2는 도1에 있어서의 타겟을 설명하기 위한 단면도이다.

도3은 본 발명에 관한 타겟의 교환 순서를 설명하기 위한 도면이다.

도4는 본 발명에 관한 타겟의 교환 순서를 설명하기 위한 도면이다.

도5는 본 발명에 관한 타겟의 교환 순서를 설명하기 위한 도면이다.

도6은 본 발명에 관한 타겟의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.

도7은 종래의 아크 이온 플레이팅 방법을 실시하기 위한 장치의 개략 구성도이다.

도8은 도7에 있어서의 로드 타겟의 정면도이다.

도9는 상기 로드 타겟의 정면 단면도이다.

도10은 로드 타겟의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도1에 도시한 바와 같이, 이 장치는 진공 챔버(1)를 구비하고, 이 진공 챔버(1) 내에 피처리물(워크)(2)과 타겟(3)이 배치된다.

상기 타겟(3)은 원통 형상을 이루고, 상하 방향으로 연장되는 기립 자세로 상기 진공 챔버(1) 내의 중앙부에 배치되어 있다. 진공 챔버(1) 내의 하부에 피처리물 탑재용 회전 테이블(4)이 설치되고, 이 회전 테이블(4) 상에 복수개의 피처리물(워크)(2)이 탑재된다. 각 피처리물(2)은, 본 실시 형태에서는 상하 방향으로 수직으로 연장되는 원통 형상을 이룬다. 그러나, 본 발명의 대상이 되는 피처리물은 원통 형상의 것으로 한정되지 않는다. 이 피처리물은 절삭 공구와 같은 소품을 다수 늘어 놓은 것, 막대 형상의 것, 판 형상의 것이라도 좋다.

상기 피처리물(2)은 상기 타겟(3)의 길이 방향 치수(높이 치수)와 비교적 가까운 길이 치수를 갖고, 상기 회전 테이블(4)의 회전에 수반하여 상기 타겟(3)에 대해 서로 길이 방향 중심선이 평행 또는 거의 평행이 되는 상태로, 회전 테이블(4)의 회전에 수반하여 타겟(3)의 주위를 공전하는 동시에, 종축 둘레로 자전한다. 이 피처리물(2)에는 이 피처리물(2)에 음의 바이어스 전압을 인가하기 위한 도시하지 않은 직류 바이어스 전원이 접속된다.

상기 진공 챔버(1)에는 프로세스 가스 도입용 가스 도입구(1a)와, 진공 배기계에 연락되는 진공 배기구(1b)가 형성되어 있다.

이 장치는, 또한 음극 및 양극을 갖는 아크 전원(7)을 구비하고, 그 음극이 상기 타겟(3)의 상단부측 부분에 접속되고, 양극이 상기 진공 챔버(1)에 접속된다. 따라서, 이 장치에서는 상기 타겟(3)이 음극으로 설정되고, 상기 진공 챔버(1)가 어스 전위의 양극으로 설정된다. 상기 아크 전원(7)의 양극측에는 트리거 핀을 갖는 아크 점화 기구(8)가 저항을 통해 접속되고, 이 트리거 핀과 상기 타겟(3)의 외주면과의 순간적인 접촉이 진공 아크 방전을 발생시킨다.

이 진공 아크 방전의 아크 스폿(방전 스폿)은 상기 타겟(3)의 외주면 상을 여기저기 뛰돌아다닌다. 구체적으로, 이 장치는 상기 타겟(3) 내에 승강 가능하게 설치되는 영구 자석(5)과, 이 영구 자석(5)을 승강시키는 자석 승강 장치(6)를 구 비하여, 상기 영구 자석(5)의 승강에 의해 상기 타겟(3)의 외주면 상에서의 상기 아크 스폿의 위치의 제어가 행해진다. 이 제어는 상기 타겟(3)의 길이 방향에 대한 소모 속도(단위 시간당의 증발량)의 분포를 변화시키는 것을 가능하게 한다. 이 아크 스폿의 위치 제어는 영구 자석 이외의 수단, 예를 들어 전자기 코일에 의해서도 행해질 수 있다.

도2는 도1에 있어서의 타겟을 설명하기 위한 단면도이다.

도2에 도시한 바와 같이, 상기 원통 형상의 타겟(3)은 타겟 상단부를 구성하는 상부 타겟(31)과, 이 상부 타겟(31)과 동일 치수이며 타겟 하단부를 구성하는 하부 타겟(32)과, 그 사이에 배치되는 중앙부를 구성하는 중앙 타겟(33)을 갖고, 이들 3개의 부분에 분할 가능한 동시에, 이들의 부분이 연결 링(10, 10)에 의해 상호 연결됨으로써 일체화된다. 즉, 상기 상부 타겟(31) 및 상기 하부 타겟(32)과, 상기 중앙 타겟(33)은 서로 분리 가능하게 연결된다.

한편, 진공 챔버(1)의 천장판에는 원환 형상의 절연 부재(16)를 개재하여 상부 플랜지(11)가 설치되고, 이 상부 플랜지(11)에는 상하 방향으로 연장되는 바닥이 있는 중공 샤프트(13)가 형성되고, 이 바닥이 있는 중공 샤프트(13)의 내부로 냉각수가 유도된다. 이 바닥이 있는 중공 샤프트(13)의 하단부 외주면에는 볼트가 형성되고, 이 볼트에 타겟 설치용 너트(14)가 장착되는 동시에, 이 너트(14) 상에 하부 플랜지(12)가 배치된다. 상기 연결 링(10, 10)에 의해 일체화된 타겟(3)은 바닥이 있는 중공 샤프트(13)의 외측에 끼워진 상태로, 상기 하부 플랜지(12) 및 상기 너트(14)에 의해 상부 플랜지(11)에 고정된다.

상기 상부 플랜지(11)가 설치된 상기 바닥이 있는 중공 샤프트(13)는 타겟(3)을 냉각하기 위한 냉각수의 공급로와 아크 전류의 급전 경로를 겸하고 있다. 이 바닥이 있는 중공 샤프트(13) 내로 유도된 냉각수는 바닥이 있는 중공 샤프트(13)의 하단부에 형성된 구멍을 통해, 이 바닥이 있는 중공 샤프트(13) 주위의 타겟(3) 내의 냉각수 배수로(15)로 유출되고, 이 냉각수 배출로(15) 내를 상방향으로 흘러 타겟(3) 내로부터 도출된다. 상기 도1에 도시되는 영구 자석(5)(도2에서는 도시 생략)은 상기 타겟(3)의 냉각수 배수로(15) 내에 승강 가능하게 설치되어 있다.

상기 상부 플랜지(11)에는 아크 전원(7)의 음극측에 연락하여 아크 전류를 흐르게 하는 파워 케이블(17)이 접속되어 있다.

다음에, 상기 아크 이온 플레이팅 장치를 사용하여 행해지는 본 실시 형태의 아크 이온 플레이팅 방법에 대해 설명한다.

본 실시 형태에 의한 아크 이온 플레이팅 방법에서는 진공 챔버(1) 내에 길이 방향 치수가 비교적 가까운 타겟(3)과 피처리물(2)이 서로 길이 방향 중심선이 평행 또는 거의 평행이 되는 상태로 배치된다. 상기 타겟(3)은 진공 아크 방전에 의해 증발ㆍ이온화되고, 이에 의해 생성된 타겟 물질 이온이 피처리물(2)로 유도되어 그 표면에 피막을 형성한다. 이 피막 형성 시, 타겟(3) 내의 냉각수 배수로(15)를 따르는 영구 자석(5)의 승강에 의해 타겟 외주면 상에서의 아크 스폿 위치의 제어가 행해진다. 영구 자석(5)의 승강 속도를, 아크 스폿이 상ㆍ하 타겟(31, 32) 상에 있을 때보다도 아크 스폿이 중앙 타겟(33) 상에 있을 때의 쪽이 빨라지도록 함으로써, 상ㆍ하 타겟(31, 32)의 소모 속도(단위 시간당의 증발량)를 중앙 타겟(33)의 소모 속도보다 높은 속도(예를 들어, 2배의 속도)로 한다. 이와 같은 제어를 수반하는 피처리물(2)로의 피막의 형성은 원통 형상의 피처리물(2)의 대략 전체 길이에 걸쳐서 균일한 막 두께 분포를 얻는 것을 가능하게 한다.

이 피막 형성은 1 배치당 복수개의 피처리물(2)에 대해 행해진다. 이 피막 형성이 N 배치(N은 특정한 자연수) 반복되면, 중앙 타겟(33)에 비해 소모 속도가 빠른 상부 타겟(31) 및 하부 타겟(32)이 당해 중앙 타겟(33)보다도 먼저 소모 한계에 도달한다. 이 시점에서, 그 소모 한계에 도달한 것과 미사용의 것과의 교환이 행해진다.

상기 상ㆍ하 타겟(31, 32)의 소모 속도는 중앙 타겟(33)의 소모 속도의 2배의 속도로 한정되지 않고, 예를 들어 3배나 4배 등의 다른 정수배의 속도라도 좋다. 또한, 상ㆍ하 타겟(31, 32)의 교환 시기는 반드시 동시가 아니라도 좋다. 그러나, 소모 속도가 느린 중앙 타겟(33)의 소모 한계에 의한 교환 시기와, 먼저 교환되는 소모 속도가 빠른 상ㆍ하 타겟(31, 32)의 소모 한계에 의한 교환 시기가 겹치도록, 적당한 처리 조건[예를 들어, 상기 상ㆍ하 타겟(31, 32) 및 상기 중앙 타겟(33)의 각 소모 한계량(두께), 상기 상ㆍ하 타겟(31, 32)과 상기 중앙 타겟(33)의 길이 비율, 상기 상ㆍ하 타겟(31, 32)의 소모 속도 및 상기 중앙 타겟(33)의 소모 속도]이 조절되면, 타겟의 관리가 용이해져 타겟 이용 효율이 향상된다.

도3 내지 도5는 본 발명에 관한 타겟의 교환 순서를 설명하기 위한 도면이다.

상기 N 배치분의 처리에 의해 소모 한계에 도달한 상부 타겟(31') 및 하부 타겟(32')과 당해 N 배치분만큼 소모된 중앙 타겟(33')으로 이루어지는 타겟은, 도3에 도시한 바와 같이 바닥이 있는 중공 샤프트(13)로부터의 너트(14)의 제거에 의해 당해 바닥이 있는 중공 샤프트(13)로부터 빼내어진다. 그 후, 도4에 도시한 바와 같이 상기 타겟은 분해되고, 또한 소모 한계에 도달한 상ㆍ하 타겟(31', 32') 대신에, 미사용(신규)의 상ㆍ하 타겟(31, 32)이 상기 중앙 타겟(33')에 연결됨으로써, 당해 미사용 상ㆍ하 타겟(31, 32)을 포함하는 타겟(3')이 새롭게 구축된다. 이 타겟(3')은, 도5에 도시한 바와 같이 바닥이 있는 중공 샤프트(13)의 외측에 끼워진 상태로 상부 플랜지(11)에 고정된다.

상기 상부 타겟(31) 중 상기 중앙 타겟(33') 근처의 부위[상부 타겟(31)의 하단부]에는 상기 상부 타겟(31)과 상기 중앙 타겟(33')의 연결 위치에 있어서의 해당 상부 타겟(31)의 직경과 당해 중앙 타겟(33')의 직경을 동일하게 하는 끝이 가는 형상의 테이퍼부가 형성되어 있다. 이 테이퍼부는 상기 아크 스폿이 상기 타겟(31, 33') 사이를 이행할 때에 상기 직경끼리의 차에 기인하는 아크 스폿의 소호(arc extinguishing)를 확실하게 방지하기 위한 것으로, 반드시 그 형성을 필요로 하는 것은 아니다.

마찬가지로, 하부 타겟(32)의 중앙 타겟(33') 근처의 부위[하부 타겟(32)의 상단부]에는 상기 하부 타겟(32)과 상기 중앙 타겟(33')의 연결 위치에 있어서의 당해 하부 타겟(32)의 직경과 당해 중앙 타겟(33')의 직경을 동일하게 하는 끝이 가는 형상의 테이퍼부가 형성되어 있다. 이 테이퍼부도 상기 아크 스폿이 상기 타 겟(32, 33') 사이를 이행할 때에 상기 직경끼리의 차에 기인하는 아크 스폿의 소호를 확실하게 방지하기 위한 것으로, 반드시 그 형성을 필요로 하는 것은 아니다.

계속해서, 전회와 동일한 수의 N 배치만큼 피막 형성이 반복됨으로써, 상기 중앙 타겟(33')이 소모 한계에 도달하는 동시에, 먼저(전회) 교환된 상ㆍ하 타겟(31, 32)도 소모 한계에 도달한다. 이 시점에서 타겟 전체가, 도2에 도시된 바와 같은 미사용의 신규인 타겟(3)으로 갱신된다. 이와 같이 타겟 전체가 신규인 타겟으로 교환될 때까지의 길이 방향 양단부의 교환 빈도에 대해서는, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 그 중앙부가 1회 교환되는 동안에 양단부가 2회 교환되어도 되고, 3회 이상 교환되어도 좋다.

이상에 나타낸 방법에서는, 타겟(3)을 구성하는 분할 가능한 부분인 상부 타겟(31), 하부 타겟(32) 및 중앙 타겟(33)이 모두 소모 한계까지 사용되는 것이 가능하므로, 상기 일본 특허 공개 제2004-107750호 공보에 개시되는 종래 기술에 비해, 타겟 유효 소모량에 대한 타겟 재료 사용량의 삭감 및 타겟 재료의 수율의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 타켓의 형상은 특별히 제약되지 않으므로, 예를 들어 당해 타겟의 형상을 그 길이 방향에 직교하는 단면 형상 치수가 타겟 전체 길이에 걸쳐서 균일한 형상으로 설정됨으로써, 타겟(3)의 제조 비용의 저감을 도모할 수 있어, 타겟(3)의 비용을 줄일 수 있다. 이 효과는 상기 타겟(3)의 제조에 HIP 성형이 사용되는 경우에 특히 현저하다. 예를 들어, 상기 종래 기술과 같이 길이 방향 양단부가 중앙부측보다도 굵은 형상의 로드 타겟을 사용하는 방법에 있어서, 이 로드 타겟을 HIP 처리를 사용하여 성형하는 경우, 그 HIP 처리를 위한 타겟 재료 수용 캡슐로서 캡슐 직경이 상이한 것을 복수 종류 준비해야만 하지만, 길이 방향 전역에 걸쳐서 직경이 균일한 타겟의 제조에서는 그 공정 및 설비가 간략화된다.

본 발명의 아크 이온 플레이팅 방법에서는 필요에 따라서 타겟의 중앙부(33)가 복수개로 분할되어도 좋다. 이 분할은 타겟이 매우 긴 경우(예를 들어, 타겟의 전체 길이가 600 ㎜ 이상인 경우)에 유효하다.

본 발명의 아크 이온 플레이팅 방법에 있어서, 타겟의 길이 방향 양단부(31, 32)와 중앙부(33)의 소모 속도를 변화시키기 위한 아크 스폿의 위치 제어는 상기와 같은 영구 자석(5)의 위치 제어에 의한 것으로 한정되지 않는다. 당해 아크 스폿의 위치 제어는 그 이외의 공지의 방법, 예를 들어 애노드의 위치 제어에 의한 방법이나 애노드 전류 밸런스의 조절에 의한 방법에 의해서도 실행될 수 있다.

본 발명의 아크 이온 플레이팅 방법에 사용되는 타겟의 미사용 시의 형상은 특별히 제약되지 않는다. 이 형상은, 상기와 같은 원통 형상 외에, 각기둥 형상이나, 도6에 도시한 바와 같은 평판 형상이라도 좋다. 또한, 이 타겟은 그 길이 방향에 직교하는 단면의 형상이 타겟 전체 길이에 걸쳐서 동일한 것으로 한정되지 않고, 미사용 시로부터 양단부의 직경이 중앙부의 직경보다도 약간 큰 형상의 것이라도 좋다.

이상에 나타낸 아크 이온 플레이팅 방법에서는 진공 챔버 내에 타겟과 피처리물을 배치하는 배치 공정과, 상기 타겟을 진공 아크 방전에 의해 증발ㆍ이온화함으로써 타겟 물질 이온을 생성하고, 이 타겟 물질 이온을 상기 피처리물로 유도하여 피막 형성을 행하는 피막 형성 공정이 포함되고, 이 피막 형성 공정에서는 타겟 의 길이 방향 양단부의 소모 속도(단위 시간당의 증발량)를 상기 타겟의 중앙부의 소모 속도보다 빠르게 하는 타겟 표면의 아크 스폿 위치의 제어가 행해진다. 이 제어는 피처리물의 대략 전체 길이에 걸쳐서 균일한 막 두께 분포를 얻는 것을 가능하게 한다.

상기 배치 공정에서는 상기 피처리물과, 이 피처리물의 길이 방향의 치수와 거의 동일한 길이 방향의 치수를 갖는 타겟이, 당해 피처리물의 길이 치수와 당해 타겟의 길이 치수가 거의 평행이 되는 자세로 서로 대향하고 있는 것이 바람직하다.

상기 배치 공정에서는 길이 방향에 직교하는 방향의 단면 형상 치수가 타겟 전체 길이에 걸쳐서 거의 동일한 타겟을 배치하는 것이 보다 바람직하다. 이와 같은 타겟은 제조가 용이해서, 그 비용의 저감을 도모하는 것이 가능하다.

한편, 상기 피막 형성 공정에서는 상기 타겟 중 그 중앙부를 남기고 길이 방향 양단부만을 교환할 때에, 당해 길이 방향 양단부로서, 당해 길이 방향 양단부와 상기 중앙부의 각 연결 위치에 있어서의 당해 길이 방향 양단부의 직경과 당해 중앙부의 직경을 동일하게 하는 끝이 가는 테이퍼부가 형성된 것을 상기 중앙부에 연결하도록 해도 좋다. 이 테이퍼부는 상기 각 연결 위치에 있어서의 길이 방향 양단부의 직경과 중앙부의 직경과의 차에 기인하는 아크 스폿의 소호를 방지한다.

상기 배치 공정에서는 길이 방향 양단부와 중앙부의 3개의 부분으로 분할 가능한 타겟을 배치하고, 상기 피막 형성 공정에서는 상기 중앙부가 소모 한계에 도달하는 당해 중앙부의 교환 시기와, 이 중앙부의 교환 시기보다도 전에 이미 교환된 길이 방향 양단부가 소모 한계에 도달하는 당해 길이 방향 양단부의 교환 시기가 겹치도록, 상기 길이 방향 양단부의 소모 속도와 상기 중앙부의 소모 속도를 조절하면서 피막 형성을 행하는 것이 보다 바람직하다. 이와 같이 상기 중앙부의 교환 시기와 상기 길이 방향 양단부의 교환 시기가 겹치는 것은 상기 중앙부를 상기 길이 방향 양단부와 동시에 교환하는 것을 가능하게 하여, 타겟의 관리를 용이하게 한다.

(실시예)

상기 도1에 도시하는 장치를 사용하여, 본 발명의 실시예와 비교예(상기 일본 특허 공개 제2004-107750호 공보에 개시되는 종래 기술)에 의한 아크 이온 플레이팅이 행해진다.

피처리물(2)은 원통형이며, 외경 : ø90 ㎜, 길이(L) : 500 ㎜이다. 실시예 의 타겟(3)은 전체 길이가 700 ㎜이고 원통형을 이루고, 양단부를 구성하는 상ㆍ하 타겟(31, 32) : 외경 ø130 ㎜, 내경 ø50 ㎜, 길이 150 ㎜, 중앙부를 구성하는 중앙 타겟(33) : 외경 ø130 ㎜, 내경 ø50 ㎜, 길이 400 ㎜이고, 소모 한계가 외경 ø70이다. 또한, 비교예의 타겟은 전체 길이가 700 ㎜이고 단차를 갖는 원통형을 이루고, 양단부 : 외경 ø130 ㎜, 내경 ø50 ㎜, 길이 150 ㎜, 중앙부 : 외경 ø104.4 ㎜, 내경 ø50 ㎜, 길이 400 ㎜이고, 소모 한계가 외경 ø70이다.

그리고, 피처리물(2)의 대략 전체 길이에 걸쳐서 막 두께의 편차가 ±5 ％ 이내인 균일한 막 두께 분포를 얻기 위해, 영구 자석(5)의 승강 속도는 스트로크 양단부의 50 ㎜의 영역에서는 50 ㎜/s로 설정되고, 그 이외의 중앙부의 영역에서는 100 ㎜/s로 설정된다. 즉, 상ㆍ하 타겟(31, 32)(비교예에서는 양단부)의 소모 속도는 중앙 타겟(33)(비교예에서는 중앙부)의 소모 속도의 2배의 속도로 설정된다. 장치의 규모에도 영향을 미치지만, 통상, 이 소모 속도비에 의해 가장 광범위하게 균일한 막 두께 분포를 얻을 수 있는 것을, 실험을 포함한 경험상으로부터 알고 있다.

실시예 및 비교예에서는 모두 Cr으로 이루어지는 타겟이 사용되어 진공 챔버(1) 내에 프로세스 가스로서 N₂ 가스가 도입되고, 진공 챔버(1) 내의 압력을 3 ㎩로 유지하도록 N₂ 가스 유량이 제어되면서 아크 전류 1000 A에서의 진공 아크 방전이 행해진다. 이 방법에 의해, 1 배치당, 15개의 피처리물(2)에 대해 막 두께 10 ㎛인 CrN 피막의 성막이 행해진다.

본 발명의 실시예에서는 108 배치에서 상ㆍ하 타겟(31, 32)이 소모 한계에 도달하고, 이 소모 한계에 도달한 상ㆍ하 타겟(31, 32)만이 미사용의 것과 교환된다. 계속해서, CrN 피막의 형성이 행해지고, 다음의 108 배치에서 중앙 타겟(33)이 소모 한계에 도달하는 동시에, 먼저 교환된 상ㆍ하 타겟(31, 32)도 소모 한계에 도달한다. 즉, 타겟(3) 전체가 소모 한계에 도달한다. 이 결과를 표1에 나타낸다.

표1로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는 비교예(상기 종래 기술)에 비해, 타겟 유효 소모량(b)에 대한 타겟 재료 사용량(a)이 적어, 타겟 재료 수율의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 타겟 제조 시의 HIP 성형 시에 타겟의 길이 방향에 직교하는 단면 형상 치수가 타겟 전체 길이에 걸쳐서 동일해도 되므로, 타겟(3)의 제조 비용의 저감을 도모할 수 있어, 피막 형성품의 저가격화를 도모할 수 있다.

Claims

타겟을 사용하여 피처리물의 표면에 피막을 형성하기 위한 아크 이온 플레이팅 방법이며,

진공 챔버 내에 적어도 길이 방향 양단부와 그 이외의 중앙부로 분할 가능한 타겟과 피처리물을 배치하는 배치 공정과,

상기 타겟을 음극으로 하는 진공 아크 방전에 의해 이 타겟을 구성하는 물질을 증발시키는 동시에 이온화하고, 이 이온화에 의해 발생한 타겟 물질 이온을 상기 피처리물로 유도함으로써 피막 형성을 행하는 피막 형성 공정을 포함하고,

상기 피막 형성 공정에서는 상기 길이 방향 양단부의 소모 속도가 상기 중앙부의 소모 속도보다도 높아지도록 상기 타겟의 표면의 아크 스폿 위치의 제어를 하고, 또한 상기 타겟의 중앙부가 소모 한계에 도달할 때까지는 상기 길이 방향 양단부의 적어도 한쪽이 소모 한계에 도달한 시점에서 그 단부만을 교환하여 계속해서 피막 형성을 행하는 아크 이온 플레이팅 방법.
제1항에 있어서, 상기 배치 공정에서는 상기 피처리물과, 이 피처리물의 길이 방향의 치수와 거의 동일한 길이 방향의 치수를 갖는 타겟을, 당해 피처리물의 길이 치수와 당해 타겟의 길이 치수가 거의 평행이 되는 자세로 서로 대향시키는 아크 이온 플레이팅 방법.
제1항에 있어서, 상기 배치 공정에서는 길이 방향에 직교하는 방향의 단면 형상 치수가 타겟 전체 길이에 걸쳐서 거의 동일한 타겟을 배치하는 아크 이온 플레이팅 방법.
제3항에 있어서, 상기 피막 형성 공정에서는 상기 타겟 중 그 중앙부를 남기고 길이 방향 양단부만을 교환할 때에, 당해 길이 방향 양단부로서, 당해 길이 방향 양단부와 상기 중앙부의 각 연결 위치에 있어서의 당해 길이 방향 양단부의 직경과 당해 중앙부의 직경을 동일하게 하는 끝이 가는 테이퍼부가 형성된 것을 상기 중앙부에 연결하는 아크 이온 플레이팅 방법.
제1항에 있어서, 상기 배치 공정에서는 길이 방향 양단부와 중앙부의 3개의 부분으로 분할 가능한 타겟을 배치하고,

상기 피막 형성 공정에서는 상기 중앙부가 소모 한계에 도달하는 당해 중앙부의 교환 시기와, 이 중앙부의 교환 시기보다도 전에 이미 교환된 길이 방향 양단부가 소모 한계에 도달하는 당해 길이 방향 양단부의 교환 시기가 겹치도록 피막 형성을 행하는 아크 이온 플레이팅 방법.
제1항에 기재된 아크 이온 플레이팅 방법에 사용되는 타겟이며,

길이 방향 양단부와, 그 사이에 배치되어 상기 길이 방향 양단부와 각각 분리 가능하게 연결되는 중앙부를 갖는 타겟.