KR20110042190A

KR20110042190A - 물리 기상 증착 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20110042190A
Application number: KR1020117003808A
Authority: KR
Inventors: 애런 인스펙터; 존 제이. 프릿지
Original assignee: 케나메탈 아이엔씨.
Priority date: 2008-08-20
Filing date: 2009-07-27
Publication date: 2011-04-25
Also published as: BRPI0912899A2; WO2010021811A3; CN102124135A; US20100047594A1; JP2012500339A; IL211287A0; EP2326741A4; CA2731408A1; EP2326741A2; WO2010021811A2

Abstract

기재를 코팅하는 물리 기상 증착 장치는 기재를 수용하는 기재 홀더와 코팅 재료 발산 스트림을 방출하는 코팅 재료 소스를 포함한다. 코팅 재료 발산 스트림은 코팅 재료 파생부와 코팅 재료 지향부를 포함한다. 상기 장치는 코팅 재료 소스와 결합되어 작동하도록 위치하며 코팅 재료 발산 스트림을 수용하고 부딪히는 블라인더 수단을 더 포함하고, 코팅 재료 지향부는 블라인더 수단을 계속 빠져나가서 대체로 기재 홀더를 향해 진행한다. 코팅 재료 지향부는 코팅 재료 발산 스트림보다 더 적은 발산을 보인다.

Description

물리 기상 증착 장치 및 방법{Equipment and method for physical vapor deposition}

본 발명은 물리 기상 증착(PVD) 기술에 의해 재료를 증착하는 장치와 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 PVD에 의해 기재에 하나 이상의 코팅층, 특히 개선된 코팅 주기성 및/또는 코팅층들 사이에 선명하고 뚜렷한 경계를 보이는 나노층 코팅을 증착하는 장치와 방법에 관한 것이다.

지금까지, PVD 기술은 기재에 하나 이상의 코팅층을 증착하는데 유용했다. 하나의 예시적인 기재 종류는, 기재가 적절한 코팅 재료로 코팅될 경우에, 칩 형성 재료 제거 응용을 포함하지만 이에 제한되지 않는 금속 절삭 (또는 그 밖의 재료 제거) 응용에서 절삭 공구로서 유용한 기재이다. 하기 문건은 PVD 기술을 이용한 프리찌 등(Prizzi et al.)의 미국 특허 제5,879,823호 "코팅된 절삭 공구"와?같은 코팅된 절삭 공구의 제조를 개시한다. 이러한 특허의 제시는 본 발명의 범위를 제한하려는 의도가 아니라, 단지 PVD에 의한 코팅에 적합한 대표적인 논문을 보여주기 위한 것이다. 상기 특허는 이에 참조로서 포함된다.

PVD 기술은 코팅 재료 나노층의 증착에 적합하다. 통상적으로, 단일 나노층은 약 100㎚ 이하의 두께를 갖는다. 나노층을 코팅하는 PVD 증착의 예시적인 문건으로 페니치 등(Penich et al.)의 미국 특허 제6,660,133호 "나노층이 코팅된 절삭 공구 및 그 제조 방법"과 페니치 등(Penich et al.)의 미국 특허 제6,884,499호의 "나노층이 코팅된 절삭 공구 및 그 제조 방법"이 있다. 이러한 문건의 제시는 본 발명의 범위를 제한하려는 의도가 아니라, 단지 PVD에 의해 나노층을 코팅하는 대표적인 예들을 보여주기 위한 것이다. 상기 특허들은 이에 참조로서 포함된다.

PVD 공정에 대한 설명을 참조하면, 도널드 매톡스(Donald Mattox)의 "물리 기장 증착(PVD) 처리 입문" (1998년, 미국 뉴저지 웨스트우드 노이에스 출판)은 전반적으로 PVD 공정에 대해 기술하고 있다. 일반적으로, PVD 공정은 재료가 고체 또는 액체 소스로부터 이온, 원자, 또는 분자의 형태로 스퍼터링되거나 기화되고, 저압 플라즈마 환경을 통해 기재에 전달되며, 상기 환경에 자주 반응하게 되는 원자 증착 공정을 말하며, 재료가 기재에 응축되어 필름을 형성한다. PVD 공정은 수 ㎚에서 수천 ㎚에 달하는 두께를 갖는 필름을 증착하는데 사용될 수 있다. PVD 공정은 또한 다층 필름, 경사 조성 증착물(graded composition deposits), 매우 두꺼운 증착물, 및 독립 구조물을 증착하는데 사용될 수도 있다. PVD 공정은 예를 들어 기재에 티타늄 나이트라이드를 증착하기 위해 기화된 티타늄과 반응할 수 있는 질소와 같은 주변 기체 환경, 및 기화된 재료의 반응 생성물을 포함하는 필름을 증착하는데 사용될 수 있다.

노이에스 출판은 또한 다수의 물리 기상 증착 공정을 기술하고 있다. 이러한 PVD 공정들은 진공 증착 또는 진공 증발; 스퍼터 증착, 아크 기상 증착, 및 이온 플레이팅을 포함한다. 스퍼터 증착 공정에서는, 물리 스퍼터링 공정에 의해 표면("타겟")에서 분리된 입자들이 증착된다. 아크 기상 증착은 고전류 저전압 아크를 이용하여 음극 전극(음극 아크) 또는 양극 전극(양극 아크)을 기화하고, 기화된 재료를 기재에 증착한다. 곧잘 이온 보조 증착(IAD) 또는 이온 기상 증착(IVD)으로 불리는 이온 플레이팅에서는, 증착 재료가 증발, 스퍼터링 아크 부식, 또는 화학 기상 전구체의 분해에 의해 기화될 수 있다. 모든 방법들은 증착 필름의 동시적 또는 주기적 충격(bombardment)을 이용하여 증착 필름의 특성을 변경하고 제어한다.

진공 증착 또는 진공 증발 공정에서는, 열 기화 소스의 이온, 원자, 또는 분자가 증착 챔버 내의 잔류 기체 분자와 최소한으로 부딪히며 기재에 도달한다. 진공 증착은 통상 10-4torr를 초과하는 진공을 필요로 한다.

모든 PVD 코팅 기술이 기재를 코팅하는데 있어, 특히 다양한 조성으로 이루어진 다수의 층을 포함하는 코팅 구성물로 기재를 코팅하는데 있어 성공적일지라도, 여전히 이러한 공정을 개선할 필요가 있다. 특히 인접한 코팅층들 사이의 경계에 발생하는 코팅 재료의 중첩에 해당된다.

보다 구체적으로, 타겟에서 떠난 코팅 재료는 어느 정도 확산하는 방식으로 진행할 수 있다. 예를 들어, 코팅 재료는 때때로 코사인 법칙 분포에 의해 설명되는 플룸(plume)의 형태를 취한다. 결과적으로, 하나의 타겟에서 방출된 코팅 재료의 일부가 법선 대 타겟(normal-to-target) 방향으로부터 빗나가서 다른 타겟의 코팅 재료의 증착 영역에 중첩되는 것이 일반적이다. 모든 타겟들(또는 음극들)이 동일한 재료로 이루어진 경우, 각 타겟의 코팅 재료의 중첩은 전체 하중의 코팅 균질화를 도모하므로, 사실상 바람직하다. 그러나, 상이한 재료로 이루어진 타겟들의 경우, 코팅 재료의 중첩이 발생하면, 불리한 코팅 재료 혼합물이 생성될 수 있고, 기재에 증착된 실제 나노층 코팅 구성물이 의도한 코팅 구성물에 대응하지 않을 것이기 때문에 바람직하지 않다.

본 발명자들은 다양한 코팅 재료의 중첩의 발생으로 인해 코팅의 최적의 특성을 달성할 수 없으며 코팅 및 코팅된 물품의 성능에 영향을 준다는 사실을 발견하였다. 이러한 발생은 특히 코팅된 절삭 공구에 해당될 수 있고, 이때 코팅은 (사용 수명을 포함하여) 절삭 공구의 성능에 대해 중요한 역할을 담당한다. 이에 알 수 있는 바와 같이, 다양한 코팅 조성이 다양한 성능 결과를 도출할 수 있다.

또한, 층들 사이의 선명하거나 뚜렷한 경계는 코팅된 절삭 공구의 특성에 영향을 줄 수 있다. 층들 사이의 선명하거나 뚜렷한 경계로 인해, 코팅층들 사이에 분명하고 명확한 경계를 갖는 코팅 구성물을 형성할 수 있다. 이러한 분명한 경계들은 층들 사이의 결함의 이동을 제한하여, 예를 들어 필름의 경도, 미소균열 내성, 및/또는 필름의 균열 전파 내성과 같은 특성을 개선한다. 마찬가지로, 균일한 주기성 및 코팅 구성물의 각 주기 사이의 일관성의 유지를 도모하기 위해, 교번 코팅층들 사이에 뚜렷한 경계를 갖는 것이 유리하다. 특히 나노층들 사이에 분명하고 명확한 경계를 갖는 나노층 필름을 포함하는 코팅 구성물은, 다양한 재료 제거 응용에 적합한 다양한 특성을 보이는 광범위한 코팅 구성물을 설계할 기회를 제공한다.

PVD 타겟의 전력/전류 설정이 증가함에 따라 증착율이 증가한다. 그러나, 전력/전류 설정이 증가함에 따라, 다양한 조성의 타겟들(즉, 서로 상이한 조성을 갖는 타겟들)의 플룸의 중첩이 증가하여 층들의 혼합을 초래한다. 이러한 혼합은 덜 뚜렷한 (또는 덜 분명한) 경계 구조를 가져오고, 따라서 특히 나노층들을 요구하는 층들 사이에 특성 차이를 감소시킨다. 그러므로, 이러한 혼합은 나노층 코팅 구조의 이점을 제한한다. 본 발명은 특히 나노층 구조의 코팅에서 인접한 층들의 특색을 유지하면서 PVD 타겟(코팅 재료 소스)의 높은 전력/전류 설정을 가능하게 함으로써 이러한 문제에 대처한다.

따라서, PVD 기술에 의해 코팅 재료, 특히 다양한 조성의 코팅 재료들을 증착하는 개선된 장치와 개선된 방법을 제공하는 것이 바람직함은 물론이다.

또한, 특히 교번 나노층들 또는 순차 나노층들 또는 다양한 조성의 나노층들의 랜덤 구조를 포함하는 코팅 구조물에 관련하여, PVD 기술에 의해 재료 나노층을 증착하는 개선된 장치와 개선된 방법을 제공하는 것이 바람직하다. 이와 관련하여, 이러한 장치와 기술이 인접한 음극 소스들의 코팅 재료 플룸들 사이의 중첩을 줄이고, 그에 따라 나노층들이 그 사이에 분명하고 명확한 경계를 갖는다면 유리할 것이다. 또한, 이러한 장치와 기술이 코팅 반응기의 다른 작동 파라미터들(예를 들어, 음극의 전력 레벨, 턴테이블의 회전 속도, 챔버 내 압력 및/또는 온도, 기타 유사 파라미터들)과 무관하게 나노층들의 두께 제어를 허용한다면 유리할 것이다.

PVD 코팅 공정에서는, 각각의 음극의 코팅 재료 플룸이 반응기 챔버를 통해 확산되어 코팅 증착 영역(즉, 코팅 재료가 기재(들)과 부딪히는 영역)에서 서로 중첩(또는 간섭)되는 것이 일반적이다. 이러한 중첩의 정도는 예를 들어 코팅될 기재(예를 들어, 절삭 공구 블랭크)의 패킹 밀도 및 타겟의 전력/전류 레벨 같은 작동 파라미터 등의 다수의 인자들에 따라 좌우된다. 이러한 중첩은 바람직하지 않으며, 나노층 코팅 구조물이 의도한 코팅 구성물에 대응하지 않기 때문에, 음극들(또는 타겟들)이 다양한 재료 조성으로 이루어질 때 특히 바람직하지 않다. 보다 구체적으로, 코팅 재료 플룸이 중첩되면, 별개의 나노층들 간에 분명하고 명확한 경계가 부족하게 된다. 나노층들 간에 분명하고 명확한 경계가 없으면, 나노층들 간에 결함의 이동을 허용한다. 또한, 나노층들 간에 분명하고 명확한 경계가 없으면, 나노층 두께의 비균일성 및 나노층 코팅 구성물의 주기성의 비일관성을 초래한다.

상기와 같은 관점에서, 본 발명의 하나의 기본적인 양상은 코팅 장치(반응기)의 작동 파라미터들과 무관하게 코팅 재료가 기재(들)과 부딪히는 영역에서 코팅 재료 플룸의 중첩 정도를 감소시키는 PVD 장치와 PVD 방법을 제공하는데 있다. 이러한 감소를 달성함에 의해, 나노층들의 사이에 분명하고 명확한 경계가 형성되어 나노층들 사이의 결함 이동 방지를 도모한다. 또한, 나노층들은 균일하게 제어된 두께와 나노층 코팅 구성물의 일관된 주기성을 보인다.

일 형태에서, 본 발명은 기재를 코팅하는 물리 기상 증착 장치이다. 상기 장치는 기재를 수용하도록 구성된 기재 홀더를 포함한다. 상기 장치는 코팅 재료 파생부(diverse portion)와 코팅 재료 지향부(directed portion)를 포함하는 코팅 재료 발산 스트림(divergent stream)을 방출하는 코팅 재료 소스를 더 포함한다. 상기 장치는 또한 코팅 재료 소스와 결합되어 작동하도록(operative engagement) 위치하며 코팅 재료 발산 스트림을 수용하고 부딪히는 블라인더 수단을 포함하고, 코팅 재료 지향부는 블라인더 수단을 계속 빠져나가서 대체로 기재 홀더를 향해 진행한다. 코팅 재료 지향부는 코팅 재료 발산 스트림보다 더 적은 발산을 보인다.

다른 형태에서, 본 발명은 기재에 코팅 구성물을 적용하는 물리 기상 증착 장치이다. 상기 장치는 기재를 수용하도록 구성된 기재 홀더를 포함한다. 상기 장치는 또한 제1 코팅 재료의 제1 파생부와 제1 코팅 재료의 제1 지향부를 포함하는 제1 코팅 재료의 제1 발산 스트림을 방출하는 제1 코팅 재료 소스를 포함한다. 상기 장치는 제1 코팅 재료 소스와 결합되어 작동하도록 위치하며 제1 코팅 재료의 제1 발산 스트림을 수용하고 부딪히는 제1 블라인더 수단을 더 포함하고, 제1 코팅 재료의 제1 지향부는 제1 블라인더 수단을 빠져나가서 대체로 기재 홀더를 향해 진행한다. 제1 코팅 재료의 제1 지향부는 제1 코팅 재료의 제1 발산 스트림보다 더 적은 발산을 보인다. 상기 장치는 또한 제2 코팅 재료의 제2 파생부와 제2 코팅 재료의 제2 지향부를 포함하는 제2 코팅 재료의 제2 발산 스트림을 방출하는 제2 코팅 재료 소스를 더 포함한다.

또 다른 형태에서, 본 발명은 코팅 재료 파생부와 코팅 재료 지향부를 갖는 코팅 재료 발산 스트림을 방출하는 코팅 재료 소스를 포함하는 물리 기상 증착 장치와 함께 사용되는 블라인더이다. 상기 블라인더는 코팅 재료 발산 스트림을 수용하는 기단을 구비한 블라인더 바디를 포함한다. 블라인더 몸체는 코팅 재료 지향부가 계속 통과하는 창을 추가로 정의한다. 블라인더 몸체는 말단을 구비하고, 코팅 재료 지향부가 상기 말단을 통해 블라인더 몸체를 빠져나가며 코팅 재료 발산 스트림보다 더 적은 발산을 보인다.

블라인더 또는 블라인더 수단을 참조한 본 발명의 일 양상은, 기재가 타겟에 가장 가까이 접근한 경우에, 블라인더 또는 블라인더 수단이 대체로 타겟과 기재(예를 들어, 절삭 인서트) 사이의 거리의 약 50% 이상을 덮는데 있다. 더 바람직하게는, 기재가 타겟에 가장 가까이 접근한 경우에, 블라인더 또는 블라인더 수단이 대체로 타겟과 기재(예를 들어, 절삭 인서트) 사이의 거리의 약 75% 이상을 덮는 것이 유리하다.

또 다른 형태에서, 본 발명은 물리 기상 증착에 의해 기재의 표면을 코팅하는 방법으로, 기재를 수용하도록 구성된 기재 홀더를 제공하는 단계; 코팅 재료 소스로부터 코팅 재료 파생부와 코팅 재료 지향부를 포함하는 코팅 재료 발산 스트림을 방출하는 단계; 및 코팅 재료 발산 스트림을 수용하는 블라인더를 제공하는 단계로, 블라인더는 코팅 재료 파생부가 블라인더를 빠져나가는 것을 봉쇄하고 코팅 재료 지향부가 블라인더를 빠져나가서 대체로 기재 홀더를 향해 진행하는 것을 허용하되, 코팅 재료 지향부는 코팅 재료 발산 스트림보다 더 적은 발산을 보임에 따라 코팅 재료 지향부의 상당 부분이 기재에 부딪히는 단계를 포함한다.

또 다른 형태에서, 본 발명은 물리 기상 증착에 의해 기재의 표면을 코팅하는 방법으로, 기재를 수용하도록 구성된 기재 홀더를 제공하는 단계; 제1 코팅 재료 소스로부터 제1 코팅 재료 파생부와 제1 코팅 재료 지향부를 포함하는 제1 코팅 재료 발산 스트림을 방출하는 단계; 제1 코팅 재료 발산 스트림을 수용하는 제1 블라인더를 제공하는 단계로, 제1 블라인더는 제1 코팅 재료 파생부가 제1 블라인더를 빠져나가는 것을 봉쇄하고 제1 코팅 재료 지향부가 제1 블라인더를 빠져나가서 대체로 기재 홀더를 향해 진행하는 것을 허용하되, 제1코팅 재료 지향부는 제1 코팅 재료 발산 스트림보다 더 적은 발산을 보임에 따라 제1 코팅 재료 지향부의 상당 부분이 기재에 부딪히는 단계; 제2 코팅 재료 소스로부터 제2 코팅 재료 파생부와 제2 코팅 재료 지향부를 포함하는 제2 코팅 재료 발산 스트림을 방출하는 단계; 및 제2 코팅 재료 발산 스트림을 수용하는 제2 블라인더를 제공하는 단계로, 제2 블라인더는 제2 코팅 재료 파생부가 제2 블라인더를 빠져나가는 것을 봉쇄하고 제2 코팅 재료 지향부가 제2 블라인더를 빠져나가서 대체로 기재 홀더를 향해 진행하는 것을 허용하되, 제2 코팅 재료 지향부는 제2 코팅 재료 발산 스트림보다 더 적은 발산을 보임에 따라 제2 코팅 재료 지향부의 상당 부분이 기재에 부딪히는 단계를 포함한다.

또 다른 형태에서, 본 발명은 물리 기상 증착 코팅된 물품이다. 상기 물품은 표면을 제공하는 기재를 포함하고, 기재 표면의 적어도 일부에 코팅이 형성된다. 코팅은 각각이 물리 기상 증착에 의해 별개의 소스로부터 계속 방출되는 다수의 요소를 포함한다. 코팅은 교번 나노층 코팅 세트를 포함하며, 교번 나노층들 중 하나의 나노층은 계속 방출된 요소들 중 하나의 요소를 본질적으로 전혀 포함하지 않고, 교번 나노층들 중 다른 나노층은 하나의 교번 나노층에 존재하지 않는 요소를 포함한다.

이하는 본 특허 출원의 일부를 형성하는 도면들에 대한 간단한 설명이다.
도 1은 세 개의 이격된 타겟을 이용하여 증착된 다층 코팅 구성물을 기재에 증착하는 종래 장치의 개략적인 기계도이다.
도 2는 세 개의 이격된 음극을 이용하여 증착된 다층 코팅 구성물을 기재에 증착하는 본 발명의 PVD 장치의 제1 특정 실시예의 개략적인 기계도로, 음극들 중 하나의 음극에만 블라인더 세트가 인접하게 위치되어 있다.
도 3은 (세 개의 수직 정렬된 음극들 중) 한 쌍의 수직 정렬된 음극을 도시하는 도 2에 나타낸 코팅 반응기의 내부의 부분 등각도로, 한 쌍의 이격된 블라인더가 음극들 각각에 인접하게 위치되어 있다.
도 4는 도 2에 나타낸 코팅 반응기의 개략적인 3차원 기계도이다.
도 5는 다수의 이격된 음극 또는 타겟을 이용하여 증착된 다층 코팅 구성물을 기재에 증착하는 본 발명의 PVD 장치의 제2 특정 실시예의 개략적인 기계도로, 타겟들 중 하나의 타겟만 대응하는 아치형 블라인더 세트를 갖는다.
도 6은 316 스테인리스강의 선삭에 있어서 예 1A, 예 1B, 및 예 1C에 대해 블라인더들 사이의 간격('mm' 단위)이 공구 수명('분' 단위)에 미치는 영향을 도시한 막대 그래프이다.
도 7은 304 스테인리스강의 고형 블록의 정면 밀링에서 예 2A, 예 2B, 및 예 2C에 대해 블라인더들 사이의 간격('mm' 단위)이 파손 기준에 도달하기 전에 패스(pass)의 수에 미치는 영향을 도시한 막대 그래프이다.
도 8은 316 스테인리스강의 GP 선삭에서 예 3A, 예 3B, 예 3C, 및 예 3D에 대해 타겟의 전류(60암페어의 전류에 상응하는 '하이' 또는 40암페어의 전류에 상응하는 '로우'로 표시)가 공구 수명('분' 단위)에 미치는 영향을 도시한 막대 그래프이다.
도 9는 티타늄-알루미늄-실리콘-크롬 나이트라이드와 티타늄-알루미늄-실리콘 나이트라이드로 이루어진 교번 나노층들을 포함하고, 40㎚의 스캔 범위에서 알루미늄(마름모), 실리콘(사각형), 티타늄(삼각형), 크롬(원형)의 원자퍼센트 함량을 나타내는 나노층 코팅 구성물의 에너지 분산 분광법(EDS) 라인 프로파일로, 블라인더들이 크롬 타겟에 인접하고 크롬 타겟의 전류가 60암페어이다.
도 10은 도 9의 나노층 코팅 구성물의 투과전자현미경(TEM) 사진으로 20㎚의 범례를 포함한다.
도 11은 기선택된 축방향 길이를 갖는 블라인더 어셈블리와 함께 사용된 경우에, 기재로부터의 기선택된 거리와 치수를 갖는 코팅 재료 소스에서 방출된 코팅 재료의 진행을 도시한 개략적인 기계도(즉, 선도)이다.
도 12는 도 11의 장치보다 더 작은 축방향 길이를 갖는 블라인더 어셈블리와 함께 사용된 경우에, 도 11의 장치와 동일하게, 기재로부터의 기선택된 거리와 치수를 갖는 코팅 재료 소스에서 방출된 코팅 재료의 진행을 도시하는 개략적인 기계도(즉, 선도)이다.
도 13은 도 11의 장치와 동일한 축방향 길이를 갖는 블라인더 어셈블리와 함께 사용된 경우에, 기재로부터 도 11의 장치와 동일한 거리에 위치하고 도 11의 장치의 코팅 재료 소스보다 더 작은 폭을 갖는 코팅 재료 소스에서 방출된 코팅 재료의 진행을 도시하는 개략적인 기계도(즉, 선도)이다.
도 14는 도 12의 장치와 동일한 축방향 길이를 갖되 제2 중간 창을 구비한 블라인더 어셈블리와 함께 사용된 경우에, 도 12의 장치와 동일하게, 기재로부터의 기선택된 거리와 치수를 갖는 코팅 재료 소스에서 방출된 코팅 재료의 진행을 도시하는 개략적인 기계도(즉, 선도)이다.

도면을 참조하면, 도 1은 아크 기상 PVD 공정을 이용하여 기재에 코팅을 증착하는 종래 장치의 개략적인 기계도를 도시한다. 종래 장치는 대체로 도면부호 ‘50’으로?나타낸다. 시에 등(Hsieh et al.)이 "비균형?마그네트론 스퍼터링을 이용한 TiAlN과 다층 TiN/TiAlN 코팅의 증착 및 특성화"<Surface and Coatings Technology>, 1998년, 108-109권, 132-137장)에 게재한 바와 같이, 도 1에 도시된 장치(50)는 3축 회전 스테이지 제어 증착 챔버의 내용에 따르며, 상기 논문은 이에 참조로서 포함된다.

종래 코팅 장치(50)는 하나 이상의 기재(예를 들어, 절삭 공구 블랭크)를 운반하는 다수의 회전형 이차 턴테이블(54, 56, 58)을 지지 및 회전시키는 일차 턴테이블(또는 유사 구조)(52)을 갖는 캐로셀(carousel) 장치를 포함한다. 이 장치에서, 일차 턴테이블(52)은 축(60)을 중심으로 화살표 방향(도 1에서 시계방향)으로 회전할 수 있다. 각각의 이차 턴테이블(54, 56, 58)은 각각의 축(62, 64, 66)을 중심으로 도 1에서 볼 때 시계방향으로 회전할 수 있다. 종래 장치(50)는 세 개의 고정 음극(또는 타겟)(70, 72, 74)을 더 포함한다.

종래 코팅 장치(50)의 작동에서는, 음극들(70, 72, 74)에 전기 바이어스가 인가된다. 플라즈마가 발생하여 각각의 음극과 부딪히고, 그에 따라 코팅 재료 플룸(plume)이 일차 턴테이블의 영역을 향해(또는 그 영역의 전체적인 방향으로) 방출된다. 각각의 코팅 재료 플룸은 중앙부와 주변부를 갖는다. 통상적으로, 코팅 재료 플룸의 중앙부의 코팅 재료 농도가 그 주변부보다 더 높다. 또한, 이하에 설명되는 바와 같이, 코팅 재료 플룸의 중앙부는 특정 음극에 상대적인 주 코팅 영역을 향해 유도된다. 코팅 재료 플룸의 주변부는 주 코팅 영역을 빗나가서 음극에 상대적인 인접한 중간 코팅 영역들 및 코팅 반응기의 맞은편 영역들을 향해 유도된다.

음극(70)은 전체로서 도면부호 '78'로 나타낸 (화살표(80, 82, 84, 86, 88, 90, 92)로 나타낸) 코팅 재료 플룸을 캐로셀 장치의 전체적인 방향으로 방출한다. (화살표(84, 86, 88)로 나타낸) 코팅 재료 플룸(78)의 중앙부가 음극(70)에 상대적인 주 코팅 영역(화살표(94) 참조)을 향해 방출된다. 주 코팅 영역(94)은 대응하는 음극(70)에 의해 방출된 코팅 재료 플룸(78)의 중앙부를 직접 수용하는 코팅 반응기의 영역이다. 이차 턴테이블(54)이 주 코팅 영역, 즉 도 1에 도시된 위치에 있을 때, 코팅 재료 플룸(78)의 중앙부는 이차 턴테이블(54)에 의해 운반된 기재들과 직접 부딪힌다. 화살표(84, 86, 88)의 파선 부분에 도시된 바와 같이, 코팅 재료 플룸(78)의 중앙부의 일부가 기재들을 통과하여 코팅 챔버의 맞은편 영역을 향해 진행한다.

코팅 재료 플룸(78)은 또한 (화살표(80, 82, 90, 92)로 나타낸) 주변부를 갖는다. 주변부는 주 코팅 영역(94)을 빗나가서 음극(70)에 상대적인 주 코팅 영역(94)의 양 측에 위치한 중간 코팅 영역들(98, 100)을 포함하는 코팅 챔버의 다른 영역들로 진행한다. 이차 턴테이블(54)이 주 코팅 영역에 있을 때, 코팅 재료 플룸(78)의 주변부는 통상 이차 턴테이블(54)에 의해 운반된 기재들의 코팅에 직접 관여하지 않는다.

음극들(72, 74) 각각의 작동은 음극(70)의 작동과 동일하다. 후술하는 간략한 설명이 음극들(72, 74)에 대한 설명으로 충분할 것이다.

음극(72)은 전체로서 도면부호‘104’로?나타낸 (화살표(106, 108, 110, 112, 114, 116, 118)로 나타낸) 코팅 재료 플룸을 방출한다. (화살표(110, 112, 114)로 나타낸) 코팅 재료 플룸(104)의 중앙부가 음극(72)에 상대적인 주 코팅 영역(화살표(120) 참조)을 향해 방출된다. 코팅 재료 플룸(104)은 또한 (화살표(106, 108, 116, 118)로 나타낸) 주변부를 갖고, 주변부는 주 코팅 영역(120)을 빗나가서 음극(72)에 상대적인 주 코팅 영역(120)의 양 측에 위치한 중간 코팅 영역들(100, 122)을 포함하는 코팅 챔버의 다른 영역들로 진행한다. 화살표(110, 112, 114)의 파선 부분에 도시된 바와 같이, 코팅 재료 플룸(104)의 중앙부의 일부가 기재들을 통과하여 코팅 챔버의 맞은편 영역을 향해 진행한다.

음극(74)은 전체로서 도면부호'126'으로 나타낸 (화살표(128, 130, 132, 134, 136, 138, 140)로 나타낸) 코팅 재료 플룸을 방출한다. (화살표(132, 134, 136)로 나타낸) 코팅 재료 플룸(126)의 중앙부가 음극(74)에 상대적인 주 코팅 영역(화살표(144) 참조)을 향해 방출된다. 코팅 재료 플룸(126)은 또한 (화살표(128, 130, 138, 140)로 나타낸) 주변부를 갖고, 주변부는 주 코팅 영역(144)을 빗나가서 음극(74)에 상대적인 주 코팅 영역(144)의 양 측에 위치한 중간 코팅 영역들(98, 122)을 포함하는 코팅 챔버의 다른 영역들로 진행한다. 화살표(132, 134, 136)의 파선 부분에 도시된 바와 같이, 코팅 재료 플룸(126)의 중앙부의 일부가 기재들을 통과하여 코팅 챔버의 맞은편 영역을 향해 진행한다.

일차 턴테이블(52)은 (이차 턴테이블들에 의해 운반된) 기재들을 회전시켜서 주 코팅 영역 및 중간 코팅 영역의 내외부로 진행하게 한다. 기재들이 주 코팅 영역에 있을 때, 기재들은 주 코팅 영역에 대응하는 음극에 의해 방출된 코팅 재료 플룸의 중앙부에 의해 주로 코팅된다. 그러나, 종래 코팅 장치(50)에서, 각각의 주 코팅 영역의 기재들은 또한 다른 음극들에 의해 방출된 코팅 재료 플룸의 주변부에 의해 코팅된다. 예를 들어, 이차 턴테이블(56)에 의해 운반된 기재들은 음극(72)의 코팅 재료 플룸(104)의 중앙부(110, 112, 114)에 의해 직접 코팅된다. 이 기재들은 또한 코팅 재료 플룸(126)의 주변부(화살표(128) 참조)와 코팅 재료 플룸(78)의 주변부(화살표(92) 참조)에 의해 (간접) 코팅된다. 그러므로, 기재들이 주 코팅 영역에 있을 때에도, 다른 음극들에서 방출된 코팅 재료 플룸들이 중첩될 수 있음은 물론이다.

기재들이 중간 코팅 영역에 위치하는 경우, 기재들은 코팅 재료 플룸의 중앙부에 의해 직접 코팅되는 것이 아니라, 코팅 재료 플룸의 주변부 및 주요부의 연장된 부분에 의해 간접 코팅된다. 예를 들어, 기재가 중간 영역(122)에 있을 때, 기재는 코팅 재료 플룸(104)의 주변부(화살표(116, 118) 참조), 코팅 재료 플룸(126)의 주변부(화살표(128, 130) 참조), 및 코팅 재료 플룸(78)의 연장된 부분에 의해 코팅될 수 있다. 중간 코팅 영역에서 기재에 증착된 코팅층들은 중간 코팅 영역에 발생하는 코팅 재료 플룸들의 혼합으로 인해 다양한 조성을 보일 수 있다.

도 1의 종래 장치에서 알 수 있는 바와 같이, 타겟에서 떠난 코팅 재료는 어느 정도 확산하는 방식으로 진행할 수 있다. 예를 들어, 타겟에서 떠난 코팅 재료는 때때로 코사인 법칙 분포에 의해 설명되는 플룸의 형태를 취할 수 있다. 결과적으로, 하나의 타겟에서 방출된 코팅 재료의 일부가 법선 대 타겟 방향으로부터 빗나가서 다른 타겟의 코팅 재료의 증착 영역에 중첩되는 것이 일반적이다. 모든 타겟들(또는 음극들)이 동일한 재료로 이루어진 경우, 각 타겟의 코팅 재료의 중첩은 전체 하중의 코팅 균질화를 도모하므로, 사실상 바람직한 특징이다.

그러나, 상이한 재료로 이루어진 타겟들의 경우, 코팅 재료의 중첩이 발생하면, 불리한 코팅 재료 혼합물이 생성될 수 있다. 기재에 증착된 실제 나노층 코팅 구성물이 의도한 코팅 구성물에 대응하지 않을 것이기 때문에, 이러한 불리한 코팅 재료 혼합물은 바람직하지 않다. 코팅 재료 플룸이 중첩되면, 나노층들 간에 분명하고 명확한 경계가 부족하게 된다. 나노층들 간에 분명하고 명확한 경계가 없으면, 나노층들 간에 결함의 이동을 허용한다. 또한, 나노층들 간에 분명하고 명확한 경계가 없으면, 나노층 두께의 비균일성 및 나노층 코팅 구성물의 주기성의 비일관성을 초래한다.

본 발명자들은 다양한 코팅 재료의 중첩의 발생으로 인해 코팅의 최적의 특성을 달성할 수 없으며 코팅 및 코팅된 물품의 성능에 부정적인 영향을 준다는 사실을 발견하였다. 이러한 발생은 특히 코팅된 절삭 공구에 해당될 수 있고, 이때 코팅은 (사용 수명을 포함하여) 절삭 공구의 성능에 대해 중요한 역할을 담당한다. 이에 알 수 있는 바와 같이, 다양한 코팅 조성이 다양한 성능 결과를 도출할 수 있다.

하기 설명에 의해 명백한 바와 같이, 본 발명은 코팅 장치(반응기)의 작동 파라미터들과 무관하게 주 코팅 영역과 중간 코팅 영역에서 코팅 재료 플룸의 중첩 정도를 감소시키는 PVD 장치와 PVD 방법을 제공한다. 이러한 감소를 달성함에 의해, 나노층들의 사이에 분명하고 명확한 경계가 형성되어 나노층들 사이의 결함 이동 방지를 도모한다. 또한, 나노층들은 균일하게 제어된 두께와 나노층 코팅 구성물의 일관된 주기성을 보인다.

도 2를 참조하면, 전체로서 도면부호 '150'으로 나타낸 PVD(아크 기상 PVD) 코팅 장치(즉, 기재를 코팅하는 물리 기상 증착 장치)의 특정 실시예의 개략적인 기계도가 도시되어 있다. 코팅 장치(150)는 대체로 시에 등(Hsieh et al.)이 논문에 게재한 캐로셀 장치의 내용에 따르며, 코팅 챔버가 캐로셀, 블라인더, 음극을 수용한다. 코팅 장치(150)는 중앙축(A)을 중심으로 화살표(R) 방향(도 2의 시계방향)으로 회전하는 일차 턴테이블(또는 스테이지)(152)을 포함하고, 이에 따라 턴테이블(들)은 음극에 대해 상대적으로 이동할 수 있다. 일차 턴테이블(152)은 세 개의 회전형 이차 턴테이블(또는 스테이지)(154, 156, 158)을 운반하며, 이차 턴테이블들 각각은 코팅될 하나 이상의 기재(예를 들어, 절삭 공구 블랭크)를 운반한다. 각각의 이차 턴테이블(154, 156, 158)은 각각의 축을 중심으로 (도 2에서 볼 때) 시계방향으로 회전한다.

코팅 장치(150)는 또한 세 개의 고정 음극 또는 타겟(즉, 코팅 재료 소스)(160, 162, 164)을 포함하며, 음극(164)에는 블라인더 어셈블리가 결합된다. 통상적으로, 코팅 재료 소스는 원형 표면적을 제공하며, 그로부터 소스가 코팅 재료 플룸(또는 코팅 재료 발산 스트림)을 방출한다. 그러므로, 도 11 내지 도 14를 참조한 코팅 재료 소스의 폭에 관한 설명은 폭의 감소가 코팅 재료 소스의 표면적의 감소와 서로 관련됨을 의미한다.

출원인은 두 개 이상의 음극에 블라인더 어셈블리가 결합될 수 있다는 점을 숙고한다. 출원인은 또한 코팅 장치가 이차 턴테이블을 사용하지 않는 대신에 일차 턴테이블이 코팅될 기재(들)을 직접 운반할 수 있다는 점을 숙고한다. 기재(들)을 운반하는 구조(예를 들어, 일차 턴테이블 또는 이차 턴테이블)는 기재(들)을 수용하도록 구성된 기재 홀더로 고려될 수 있음은 물론이다.

도 2를 계속 참조하면, 주변 립(161)을 구비한 음극(160)은 전체로서 도면부호 '166'으로?나타낸 (화살표(168, 170, 172, 174, 176, 178, 180)로 나타낸) 코팅 재료 플룸을 캐로셀 장치의 전체적인 방향으로 방출한다. (화살표(172, 174, 176)로 나타낸) 코팅 재료 플룸(166)의 중앙부가 음극(160)에 상대적인 주 코팅 영역(화살표(184) 참조)을 향해 방출된다. 주 코팅 영역은 대응하는 음극에 의해 방출된 코팅 재료 플룸의 중앙부를 직접 수용하는 코팅 반응기의 영역이다. 이차 턴테이블(154)이 주 코팅 영역, 즉 도 2에 도시된 위치에 있을 때, 코팅 재료 플룸(166)의 중앙부는 이차 턴테이블(154)에 의해 운반된 기재들과 직접 부딪힌다. 이러한 상황을 기재가 코팅 재료 소스와 정렬되어 작동(operative alignment)하는 것으로 특징화할 수 있다. 화살표의 파선 부분에 도시된 바와 같이, 코팅 재료 플룸의 중앙부의 일부가 기재들을 통과하여 코팅 챔버의 맞은편 영역을 향해 진행한다.

코팅 재료 플룸(166)은 또한 (화살표(168, 170, 178, 180)로 나타낸) 주변부를 갖는다. 주변부는 주 코팅 영역(184)을 빗나가서 음극(160)에 상대적인 주 코팅 영역(184)의 양 측에 위치한 중간 코팅 영역들(186, 188)을 포함하는 코팅 챔버의 다른 영역들로 진행한다. 이차 턴테이블(154)이 주 코팅 영역에 있을 때, 코팅 재료 플룸의 주변부는 통상 이차 턴테이블(154)에 의해 운반된 기재들의 코팅에 직접 관여하지 않는다.

주변 립(163)을 구비한 음극(162)은 전체로서 도면부호 '190'으로?나타낸 (화살표(192, 194, 196, 198, 200, 202, 204)로 나타낸) 코팅 재료 플룸을 캐로셀 장치의 전체적인 방향으로 방출한다. (화살표(196, 198, 200)로 나타낸) 코팅 재료 플룸(190)의 중앙부가 음극(162)에 상대적인 주 코팅 영역(화살표(210) 참조)을 향해 방출된다. 주 코팅 영역은 대응하는 음극에 의해 방출된 코팅 재료 플룸의 중앙부를 직접 수용하는 코팅 반응기의 영역이다. 이차 턴테이블(158)이 주 코팅 영역, 즉 도 2에 도시된 위치에 있을 때, 코팅 재료 플룸(190)의 중앙부는 이차 턴테이블(158)에 의해 운반된 기재들과 직접 부딪힌다. 화살표의 파선 부분에 도시된 바와 같이, 코팅 재료 플룸의 중앙부의 일부가 기재들을 통과하여 코팅 챔버의 맞은편 영역을 향해 진행한다.

코팅 재료 플룸(190)은 또한 (화살표(192, 194, 202, 204)로 나타낸) 주변부를 갖는다. 주변부는 주 코팅 영역(210)을 빗나가서 음극(162)에 상대적인 주 코팅 영역(210)의 양 측에 위치한 중간 코팅 영역들(188, 212)을 포함하는 코팅 챔버의 다른 영역들로 진행한다. 이차 턴테이블(158)이 주 코팅 영역에 있을 때, 코팅 재료 플룸의 주변부는 통상 이차 턴테이블(158)에 의해 운반된 기재들의 코팅에 직접 관여하지 않는다.

도 2를 계속 참조하면, 주변 립(165)을 구비한 음극(164)은 전체로서 도면부호 '220'으로?나타낸 (화살표(222, 224, 226, 228, 230, 232, 234)로 나타낸) 코팅 재료 플룸을 캐로셀 장치의 전체적인 방향으로 방출한다. (화살표(226, 228, 230)로 나타낸) 코팅 재료 플룸(220)의 중앙부가 음극(164)에 상대적인 주 코팅 영역(화살표(238) 참조)을 향해 방출된다. 코팅 재료의 진행 방향이 어느 정도 다양하기 때문에, 코팅 재료 플룸(220)을 코팅 재료 발산 스트림으로 고려할 수 있다. 그러나, 코팅 재료 발산 스트림(즉, 코팅 재료 플룸)은 대체로 기재 홀더(즉, 캐로셀 장치)의 방향으로 진행한다.

코팅 재료 발산 스트림은 두 개의 기본적인 부분, 즉 코팅 재료 파생부(diverse portion)와 코팅 재료 지향부(directed portion)를 갖는 것으로 고려할 수 있다. 코팅 재료 파생부는 코팅 재료 소스(예를 들어, 음극(164))에서 방출되고 이하에 설명되는 블라인더들과 부딪히거나 충돌하는 코팅 재료의 부분이다. 도 2에서는, 화살표(222, 224, 232, 234)가 코팅 재료 파생부를 나타낸다. 코팅 재료 지향부는 코팅 재료 소스에서 방출되고, 블라인더들과 부딪히거나 충돌하지 않는 대신에 계속 블라인더들을 통과하여 코팅 반응기의 주 코팅 영역을 향해 진행하는 코팅 재료의 부분이다. 화살표(226, 228, 230)가 코팅 재료 지향부를 나타낸다.

주 코팅 영역은 대응하는 음극에 의해 방출된 코팅 재료 플룸의 중앙부 (또는 코팅 재료 발산 스트림의 코팅 재료 지향부)를 직접 수용하는 코팅 반응기의 영역이다. 이차 턴테이블(156)이 주 코팅 영역, 즉 도 2에 도시된 위치에 있을 때, 코팅 재료 플룸(220)의 중앙부는 이차 턴테이블(156)에 의해 운반된 기재들과 직접 부딪힌다. 화살표의 파선 부분에 도시된 바와 같이, 코팅 재료 플룸의 중앙부의 일부가 기재들을 통과하여 코팅 챔버의 맞은편 영역을 향해 진행한다.

블라인더 수단이 음극(164)에 결합되어 작동(operative engagement)하도록 위치한다. 블라인더 수단은 코팅 재료 발산 스트림을 계속 수용하고 부딪히도록 기능하므로, 코팅 재료 지향부는 블라인더 수단을 계속 빠져나가서 대체로 기재 홀더를 향해 진행한다. 블라인더 수단은 전체로서 도면부호 '240'으로?나타낸 블라인더 어셈블리를 포함하고, 블라인더 어셈블리는 음극(164) 가까이에 또는 그 주위에 위치하는 인접한 블라인더들(242, 244)로 구성된다. 블라인더로 사용되는 바람직한 재료는 스테인리스강 및 기타 고온 합금이다. 코팅층들이 다양한 조성으로 이루어진 코팅 구성물에 있어서, 블라인더 어셈블리는 코팅 구성물에서 가장 연성인 코팅층을 형성하는 타겟(즉, 코팅 재료 소스) 주위에 위치하는 것(또는 그와 결합되어 작동하는 것)이 바람직하다. 이와 관련하여, 가장 연성인 코팅층은 통상 코팅 구성물에서 가장 좁은 (또는 가장 얇은) 코팅층이다. 그러나, 블라인더 어셈블리가 임의의 하나 이상의 타겟과 결합되어 작동할 수 있음은 물론이다.

블라인더들(242, 244)은 그 사이에 연속 창(246)(즉, 계속 개방되거나 통과 가능한 창 또는 개구)을 정의한다. 이 실시예에서, 창은 블라인더들(242, 244)의 말단 또는 종단에 위치한다. 화살표(226, 228, 230)로 나타낸 바와 같은 코팅 재료 플룸(220)의 중앙부(또는 코팅 재료 발산 스트림의 코팅 재료 지향부)는 계속 창(246)을 통과하여 (또는 계속 블라인더 어셈블리를 빠져나가서) 주 코팅 영역(238)을 향해 진행하고, 코팅 장치가 도 2의 상태일 때 이차 턴테이블(156)에 의해 운반된 기재들과 부딪힌다(즉, 직접 코팅한다).

블라인더들(242, 244)은 코팅 재료 플룸(220)의 주변부의 진행을 계속 방해하거나 봉쇄하는 배리어로 기능하여 코팅 재료 플룸(220)의 확산을 제한한다. 이와 관련하여, 블라인더(242)는 대체로 화살표(222, 224, 232, 234)로 나타낸 바와 같은 코팅 재료 플룸(220)의 주변부의 일부(또는 코팅 재료 발산 스트림의 코팅 재료 파생부)의 진행을 계속 방해한다. 이 실시예에서, 코팅 재료 발산 스트림은 블라인더들(242, 244)의 편평한 면과 대체로 평행하는 중앙 종축을 갖는다. 통상적으로, 블라인더들은 동일한 형상과 치수로 이루어진다. 그러므로, 도 11 내지 도 14를 참조한 블라인더의 폭에 관한 설명은 블라인더들 사이의 폭의 감소가 코팅 재료가 통과하는 영역의 감소와 서로 관련됨을 의미한다.

블라인더들(242, 244)을 그 편평한 면이 코팅 재료 발산 스트림의 중앙 종축과 평행하지 않도록 배향할 수 있음은 물론이다. 도 2는 또한 블라인더들(242, 244)이 기재 홀더보다 코팅 재료 소스에 더 인접한 것을 도시한다.

코팅 재료 플룸의 주변부(또는 코팅 재료 파생부)의 진행을 계속 방해하거나 봉쇄함에 의해, 블라인더들은 음극들(즉, 코팅 재료 소스들)에 의해 방출된 코팅 재료 플룸들 사이의 간섭 또는 중첩의 방지 또는 감소를 도모하도록 기능한다. 예를 들어, (화살표(232, 234)로 나타낸) 플룸(220)의 주변부의 일부는 블라인더(244)에 의해 봉쇄되어 음극(162)의 코팅 재료 플룸(190)과 중첩 또는 간섭되도록 진행하지 않는다. (화살표(222, 224)로 나타낸) 플룸(220)의 주변부의 일부는 블라인더(242)에 의해 봉쇄되어 음극(160)의 코팅 재료 플룸(166)과 중첩 또는 간섭되도록 진행하지 않는다. 코팅 재료 플룸들의 간섭 또는 중첩의 감소에 의해 본 명세서에 설명된 이익과 이점을 제공한다.

대략 원형의 형상으로 이루어진 음극(164)의 주변 립(165)은 코팅 재료 플룸의 확산을 제한하도록 기능하지 않는다는 것을 이해해야 한다. 코팅 재료 플룸(230)은 도 2의 화살표(222, 224, 232, 234)에 의해 도시된 바와 같이 상당한 발산을 보인다. 주변 립(165)은 도 2의 화살표(222, 224, 232, 234)에 의해 도시된 바와 같이 코팅 재료 플룸(230)의 부분에 대한 제한 효과가 없다. 그러므로, 음극(164)의 주변 립(165)은 블라인더가 아니다. 이는 또한 본 명세서의 다른 특정 실시예들의 음극(코팅 재료 소스 또는 타겟)에도 해당된다.

도 3은 도 2에 도시되고 전체로서 도면부호 '150' 으로 나타낸 코팅 반응기의 내부 등각도이다. 이 도면에서, 코팅 반응기(150)는 한 쌍의 음극(164, 164A)을 포함하며, 음극들은 도면(도 3)에 도시된 바와 같이 수직 정렬된다. 음극(164)은 주변 립(165)을 포함한다. 음극(164A)도 또한 주변 립(165A)을 포함한다. 음극(164)은 대응하는 양극(248)을 구비하고, 음극(164A)은 대응하는 양극(248A)을 구비한다. 한 쌍의 블라인더(242, 244)가 음극(164)에 인접하게 위치한다. 블라인더들(242, 244)은 서로 대체로 평행하고, 또한 음극(164)에 의해 발생되고 기재와 부딪히도록 유도되는 코팅 재료 플룸의 경로 진행 방향과 대체로 평행하다. 한 쌍의 블라인더(242A, 244A)가 음극(164A)에 인접하게 위치하고, 이 블라인더들은 블라인더들(242, 244)의 기능과 유사한 방식으로 기능한다.

도 4를 참조하면, 전체로서 도면부호 '150' 으로 나타낸 코팅 반응기의 등각 기계도를 도시한다. 이 실시예에서, 네 개의 직립한 수직 벽(250, 252, 254, 256)이 존재하며, 세 개의 벽(250, 252, 254) 각각은 세 개의 수직 정렬된 음극들을 수용한다. 이와 관련하여, 벽(252)은 음극들(164, 164A, 164B)을 수용한다. 블라인더들(242, 244)이 음극(164)에 인접하게 위치한다. 블라인더들(242A, 244A)이 음극(164A)에 인접하게 위치한다. 블라인더들(242B, 244B)이 음극(164B)에 인접하게 위치한다. 벽(254)이 음극들(162, 162A, 162B)을 수용하고, 벽(250)이 음극들(160, 160A, 160B)을 수용한다. 코팅 반응기(150)가 네 개의 벽을 갖는다는 사실이 본 발명의 범위를 제한하진 않는다. 출원인은 코팅 반응기(150)가 출원에 따라 다양한 수의 벽을 가질 수 있다는 것을 숙고한다. 이와 관련하여, 코팅 반응기가 6개 또는 8개의 벽을 가질 수 있다.

도 5를 참조하면, 전체로서 도면부호 '260'으로 나타낸 PVD (아크 기상 PVD) 코팅 장치의 다른 특정 실시예의 개략적인 기계도를 도시한다. 코팅 장치(260)는 시에 등(Hsieh et al.)의 논문에 개시된 캐로셀 장치의 내용에 따른다. 도 5에서 블라인더들(296, 298)과 턴테이블(264)을 구비한 음극(또는 코팅 재료 소스)(270)을 상세히 도시하고 있음은 물론이다. 그러나, 도 5는 다른 음극들(267, 268)의 경우 재료 플룸을 나타내지 않고 전체적인 형태로만 도시한다. 이와 관련하여, 다른 음극들(267, 268) 각각의 작동은 도 2의 음극들(70, 74)의 작동과 동일하고, 따라서 음극들(70, 74)에 대한 설명이 다른 음극들에 대한 설명으로 충분할 것이다.

코팅 장치(260)는 중앙축을 중심으로 화살표 방향(도 5의 시계방향)으로 회전하는 일차 턴테이블(262)을 포함한다. 일차 턴테이블(262)은 다수의 이차 턴테이블을 운반하지만, 도 5는 축(266)을 중심으로 시계방향으로 회전하는 이차 턴테이블(264)만을 도시한다. 도 2의 실시예와 같이, 코팅 장치(260)는 다수의 고정 음극을 구비한다. 출원인은 음극(270)만을 도시했고, 이 음극에는 블라인더들이 연결된다. 도 2의 코팅 장치에서와 같이, 일차 턴테이블은 각각의 음극에 대응하는 주 코팅 영역, 및 인접한 주 코팅 영역들 간에 중간 코팅 영역을 갖는다.

음극(270)은 전체로서 도면부호 '272'로 나타낸 (화살표(274, 276, 278, 280, 282, 284, 286)로 나타낸) 코팅 재료 플룸을 캐로셀 장치의 전체적인 방향으로 방출한다. 도 2의 실시예에 관련된 설명의 전체적인 내용에 따르면, 코팅 재료 플룸(272)을 코팅 재료 파생부와 코팅 재료 지향부를 갖는 코팅 재료 발산 스트림으로 고려할 수 있다. (화살표(278, 280, 282)로 나타낸) 코팅 재료 플룸(272)의 중앙부(또는 코팅 재료 지향부)가 음극(270)에 상대적인 주 코팅 영역(화살표(290) 참조)을 향해 방출된다. 코팅 장치(150)와 관련하여 설명한 바와 같이, 주 코팅 영역은 대응하는 음극에 의해 방출된 코팅 재료 플룸의 중앙부를 직접 수용하는 코팅 반응기의 영역으로, 주 코팅 영역의 기재들이 코팅 재료 플룸의 중앙부에 의해 직접 코팅된다.

코팅 재료 플룸(272)은 또한 (화살표(274, 276, 284, 286)로 나타낸) 주변부 또는 코팅 재료 파생부를 갖는다. 블라인더들에 의해 봉쇄되지 않으면, 주변부는 주 코팅 영역을 빗나가서 음극에 상대적인 주 코팅 영역의 양 측에 위치한 중간 코팅 영역들을 포함하는 코팅 챔버의 다른 영역들로 진행한다. 그러나, 블라인더 수단인 블라인더 어셈블리(294)가 코팅 재료 발산 스트림을 계속 수용하고 부딪히도록 기능하므로, 코팅 재료 지향부는 블라인더 어셈블리를 계속 빠져나간다.

전체로서 도면부호 '294'로?나타낸 블라인더 어셈블리는 주 코팅 영역(290) 가까이에 또는 그 주위에 위치하는 인접한 아치형 블라인더들(296, 298)로 구성된다. 블라인더로 사용되는 바람직한 재료는 스테인리스강 및 기타 고온 합금이다. 블라인더들(296, 298)은 그 사이에 연속 창(300)(즉, 계속 개방되거나 통과 가능한 창 또는 개구)을 정의한다. 창(300)은 블라인더들(296, 298)의 말단 또는 종단에 형성된다. 화살표(278, 280, 282)로 나타낸 바와 같은 코팅 재료 플룸(272)의 중앙부는 창(300)을 통과하여 주 코팅 영역(290)을 향해 진행하고, 코팅 장치가 도 5의 상태일 때 이차 턴테이블(264)에 의해 운반된 기재들과 부딪힌다.

블라인더들은 코팅 재료 플룸의 주변부(또는 코팅 재료 파생부)의 진행을 계속 방해하는 배리어로 기능하여 코팅 재료 플룸의 확산을 제한한다. 이와 관련하여, 아치형 블라인더(296)는 화살표(274, 276)로 나타낸 코팅 재료 플룸의 주변부의 일부의 진행을 계속 방해한다. 아치형 블라인더(298)는 화살표(284, 286)로 나타낸 코팅 재료 플룸의 주변부의 일부의 진행을 계속 방해한다. 도 2의 코팅 장치와 관련하여 상술한 바와 같이, 코팅 재료 플룸의 주변부의 진행을 계속 방해함에 의해, 아치형 블라인더들은 음극들(즉, 코팅 재료 소스들)에 의해 방출된 코팅 재료 플룸들 사이의 간섭 또는 중첩의 방지 또는 감소를 도모하도록 기능한다.

중첩을 줄이기 위해서는, 코팅 재료가 기재(들)과 부딪히는 영역에서 코팅 재료 지향부의 폭(또는 크기)를 제어할 수 있는 것이 유리하다. 코팅 장치의 구성요소들의 크기와 위치를 포함하지만 이에 제한되지 않는 전체적인 형상은, 코팅 재료가 기재(들)과 부딪히는 영역에서 코팅 재료 지향부의 크기에 영향을 준다. 코팅 재료 지향부가 더 좁게 또는 더 많이 포커스되면, 인접한 코팅 재료 소스들의 코팅 재료들의 중첩이 감소하기 때문에, 기재(들)과 부딪히는 코팅 재료 지향부의 크기가 주목을 받는다. 이러한 영향을 더욱 잘 설명 및 묘사하기 위해, 도 11 내지 도 14는 네 가지 상이한 코팅 장치의 개략적인 기계도를 도시한다. 도 11 내지 도 14는 2차원 도면이지만, (3차원의 코팅 재료 발산 스트림을 발생하는) 코팅 장치의 전체 형상이 코팅 재료가 기재(들)과 부딪히는 영역에서 3차원의 코팅 재료 지향부의 크기에 영향을 주는 원리와 방식을 도시한다.

도 11은 전체로서 도면부호 '400'으로 나타낸 코팅 장치의 일부를 도시한 개략적인 기계도(즉, 선도)이다. 도 11은, 기선택된 축방향 길이를 갖는 블라인더 어셈블리와 함께 사용된 경우에, 기재(들)로부터의 기선택된 거리와 기선택된 치수를 갖는 코팅 재료 소스에서 방출된 코팅 재료의 진행을 도시한다. 코팅 장치(400)는 표면(404)을 갖는 코팅 재료 소스(예를 들어, 음극)(402)를 포함한다. 코팅 재료 소스(402)는 주변 립(403)을 구비한다. 주변 립(403)의 높이는 도 11에 도시된 바와 같이 HPL이다. 코팅 재료 소스의 표면의 폭은 WT1이다. 코팅 재료 소스의 폭(WT1)은 블라인더의 폭(WB1)과 동일하다.

장치(400)는 코팅 재료 소스에 가장 가까운 기단(408)과 코팅 재료 소스에서 가장 먼 말단(410)을 갖는 제1 블라인더(406)를 더 포함한다. 블라인더(406)는 내표면(412)을 갖는다. 장치는 코팅 재료 소스에 가장 가까운 기단(416)과 코팅 재료 소스에서 가장 먼 말단(418)을 갖는 제2 블라인더(414)를 더 포함한다. 블라인더(414)는 내표면(420)을 갖는다. 블라인더들(406, 414)은 동일한 축방향 길이(LB1)로 이루어진다. 주변 립(403)의 관점에서, 블라인더들(406, 414)은 코팅 재료 소스(402)의 표면(404)으로부터 거리(LB1+HPL)만큼 연장된다.

한 쌍의 블라인더(406, 414)는 그 사이의 말단에 창(422)을 정의한다. 영역(424)은 코팅 재료가 기재(들)과 부딪히는 코팅 챔버의 영역이다. 코팅 재료 소스의 표면 및 코팅 재료가 기재(들)과 부딪히는 영역 사이의 거리는 D1이다.

코팅 재료 소스(402)가 작동하는 경우, 코팅 재료 소스에서 코팅 재료 발산 스트림이 계속 방출된다. 화살표(430, 432, 434, 436)가 코팅 재료 발산 스트림을 개략적으로 나타낸다. 코팅 재료 발산 스트림은 화살표(434, 436)로 나타낸 바와 같이 경계 또는 주변 내부에 있는 코팅 재료를 포함하는 코팅 재료 지향부를 갖는다. 이러한 화살표(434, 436)는 코팅 재료 소스의 코너로부터 반대편 블라인더들의 말단까지 연장되고, 따라서 블라인더 어셈블리를 빠져나가는 코팅 재료 지향부의 주변부를 나타낸다. 주변부는 블라인더들의 내표면에 대해 발산각(β1)으로 배향된다. β1이 전체 코팅 재료 발산 스트림의 발산각보다 적다는 것을 알 수 있다. 코팅 재료 발산 스트림은 또한 코팅재료 파생부를 포함한다. 코팅 재료 파생부는 코팅 재료 소스에서 방출되고 블라인더들과 부딪히는 코팅 재료를 포함한다. 화살표(430, 432)로 나타낸 바와 같이, 코팅 재료는 코팅 재료 파생부 내부에 있다.

상술한 바와 같이, 기재(들)과 부딪히는 코팅 재료 지향부의 크기가 주목을 받는다. 도 11에 도시된 바와 같은 장치에서, 치수(WMAX1)는 코팅 재료가 기재(들)과 부딪히는 영역에서 코팅 재료 지향부의 전체 크기를 나타낸다. 이러한 크기는, 크기가 증가하는 경우에 중첩이 증가한다는 점에서 주목을 받는다. 물론, 크기가 감소하는 경우에 중첩이 감소한다. 블라인더의 폭(WB1)의 양 측의 거리는 이 장치의 대칭성으로 인해 α1로 동일하다. 따라서, 코팅 재료가 기재(들)과 부딪히는 영역에서 코팅 재료 지향부의 전체 크기(WMAX1)는 WB1+α1+α1이다. 삼각 방정식을 이용하면, 코팅 재료가 기재(들)과 부딪히는 영역에서 코팅 재료 지향부의 크기에 대해 다음과 같은 관계에 도달한다.

WMAX1 = WB1 + 2(D1 - (LB1 + HPL))ㆍ(WB1/(LB1 + HPL))

상기 관계는 코팅 재료 발산 스트림의 지향부의 크기가 하나 이상의 파라미터의 함수임을 보여준다. 이러한 파라미터들은 코팅 재료 소스의 폭, 코팅 재료 소스의 표면 및 코팅 재료가 기재와 부딪히는 영역 사이의 거리, 및 블라인더들의 축방향 길이이다. 코팅 재료 지향부의 크기는 (1) 코팅 재료 소스의 폭의 감소, (2) 코팅 재료 소스의 표면 및 코팅 재료가 기재와 부딪히는 영역 사이의 거리의 감소, 및/또는 (3) 블라인더들의 축방향 길이의 증가 중 하나 이상의 요인에 따라 감소하거나 작아진다. 예상된 바와 같이, 코팅 재료 지향부의 크기는 상기 파라미터들 중 하나 이상의 파라미터의 반대 상황에 따라 증가하거나 커진다. 그러므로, 이러한 파라미터들과 기타 형상 파라미터들을 변경하여 원하는 크기의 코팅 재료 지향부를 달성함으로써 특정 코팅 응용을 수용할 수 있다. 통상적으로, 코팅 재료 주변부의 상당 부분이 기재 홀더에 수용된 기재(들)의 표면에 부딪히도록 코팅 재료 지향부의 출구 발산각이 설정되는 조건을 예상하여 그 조건을 달성하도록 시도할 것이다.

도 12 내지 도 14에 도시된 다른 코팅 장치는 형상 파라미터들이 코팅 재료가 기재(들)과 부딪히는 영역에서 코팅 재료 지향부의 크기에 영향을 주는 방식을 도시한다. 이와 관련하여, 도 12는 전체로서 도면부호 '500' 으로?나타낸 코팅 장치의 일부를 도시한 개략적인 기계도(즉, 선도)이다. 도 12는, 기선택된 축방향 길이를 갖는 블라인더 어셈블리와 함께 사용된 경우에, 기재(들)로부터의 기선택된 거리와 기선택된 치수를 갖는 코팅 재료 소스에서 방출된 코팅 재료의 진행을 도시한다.

코팅 장치(500)는 표면(504)을 갖는 코팅 재료 소스(예를 들어, 음극)(502)를 포함한다. 코팅 재료 소스(502)는 주변 립(503)을 구비한다. 주변 립(503)의 높이는 HPL이다. 코팅 재료 소스의 표면의 폭은 WT1로, 도 11의 실시예의 코팅 재료 소스(402)의 폭과 동일하다.

장치(500)는 코팅 재료 소스에 가장 가까운 기단(508)과 코팅 재료 소스에서 가장 먼 말단(510)을 갖는 제1 블라인더(506)를 더 포함한다. 블라인더(506)는 내표면(512)을 갖는다. 장치는 코팅 재료 소스에 가장 가까운 기단(516)과 코팅 재료 소스에서 가장 먼 말단(518)을 갖는 제2 블라인더(514)를 더 포함한다. 블라인더(514)는 내표면(520)을 갖는다. 블라인더들(506, 514)은 동일한 축방향 길이(LB2)로 이루어진다. 주변 립(503)의 관점에서, 블라인더들(506, 514)은 코팅 재료 소스(502)의 표면(504)으로부터 거리(LB2+HPL)만큼 연장된다.

이와 관련하여, 블라인더들(506, 514)의 축방향 길이(LB2)가 도 11의 실시예의 블라인더들(406, 414)의 축방향 길이(LB1)보다 더 작다는 것을 이해해야 한다. 한 쌍의 블라인더(506, 514)는 그 사이의 말단에 창(522)을 정의한다. 영역(524)은 코팅 재료가 기재(들)과 부딪히는 영역이다. 코팅 재료 소스의 표면 및 코팅 재료가 기재(들)과 부딪히는 영역 사이의 거리는 D1로, 도 11의 실시예에서 코팅 재료 소스의 표면 및 코팅 재료가 기재(들)과 부딪히는 영역 사이의 거리와 동일하다.

코팅 재료 소스(502)가 작동하는 경우, 코팅 재료 소스에서 코팅 재료 발산 스트림이 계속 방출된다. 화살표(530, 532, 534, 536)가 코팅 재료 발산 스트림을 개략적으로 나타낸다. 코팅 재료 발산 스트림은 화살표(534, 536)로 나타낸 바와 같이 코팅 재료 스트림의 경계 또는 주변 내부에 있는 코팅 재료를 포함하는 코팅 재료 지향부를 갖는다. 이러한 화살표(534, 536)는 코팅 재료 소스의 코너로부터 반대편 블라인더들의 말단까지 연장되고, 따라서 블라인더 어셈블리를 빠져나가는 코팅 재료 지향부의 주변부를 나타낸다. 주변부는 블라인더들의 내표면에 대해 발산각(b2)으로 배향된다. 코팅 재료 발산 스트림은 또한 코팅재료 파생부를 포함한다. 코팅 재료 파생부는 코팅 재료 소스에서 방출되고 블라인더들과 부딪히는 코팅 재료를 포함한다. 화살표(530, 532)로 나타낸 바와 같이, 코팅 재료는 코팅 재료 파생부 내부에 있다.

도 11의 실시예의 상기와 같은 수식과 일관되게 적용 가능한 수식은 WMAX2 = WB1 + 2(D1 ?(LB2 + HPL))ㆍ(WB1/(LB2 + HPL))이다. 블라인더들의 축방향 길이의 변경은 코팅 재료가 기재(들)과 부딪히는 영역에서 코팅 재료 지향부의 크기의 변화를 초래한다. 예를 들어, 도 11과 도 12의 실시예들의 코팅 재료 지향부들의 크기를 비교할 때(즉, WMAX1과 WMAX2를 비교할 때), (다른 인자들은 동일하게 유지한 상태로) 블라인더들의 축방향 길이가 LB1에서 LB2로 감소하면, 코팅 재료가 기재(들)과 부딪히는 영역에서 코팅 재료 지향부의 크기는 WMAX1에서 WMAX2로 증가한다.

도 13은 전체로서 도면부호 '600'으로 나타낸 코팅 장치의 일부를 도시한 개략적인 기계도(즉, 선도)이다. 도 13은, 기선택된 축방향 길이를 갖는 블라인더 어셈블리와 함께 사용된 경우에, 기재(들)로부터의 기선택된 거리와 기선택된 치수를 갖는 코팅 재료 소스에서 방출된 코팅 재료의 진행을 도시한다.

코팅 장치(600)는 표면(604)을 갖는 코팅 재료 소스(예를 들어, 음극)(602)를 포함한다. 코팅 재료 소스(602)는 주변 립(603)을 구비한다. 주변 립(603)의 높이는 HPL이다. 코팅 재료 소스의 표면의 폭은 WT2로, 도 11의 실시예의 코팅 재료 소스(402)의 폭(WT1) 보다 작다.

장치(600)는 코팅 재료 소스에 가장 가까운 기단(608)과 코팅 재료 소스에서 가장 먼 말단(610)을 갖는 제1 블라인더(606)를 더 포함한다. 블라인더(606)는 내표면(612)을 갖는다. 장치는 코팅 재료 소스에 가장 가까운 기단(616)과 코팅 재료 소스에서 가장 먼 말단(618)을 갖는 제2 블라인더(614)를 더 포함한다. 블라인더(614)는 내표면(620)을 갖는다. 블라인더들(606, 614)은 동일한 축방향 길이(LB1)로 이루어진다. 이와 관련하여, 블라인더들(606, 614)의 축방향 길이가 도 11의 실시예의 블라인더들(406, 414)의 축방향 길이와 동일하다는 것을 이해해야 한다. 주변 립(603)의 관점에서, 블라인더들(606, 614)은 코팅 재료 소스(602)의 표면(604)으로부터 LB1+HPL에 상응하는 거리만큼 연장된다.

한 쌍의 블라인더(606, 614)는 그 사이의 말단에 창(622)을 정의한다. 영역(624)은 코팅 재료가 기재(들)과 부딪히는 코팅 챔버의 영역이다. 코팅 재료 소스의 표면 및 코팅 재료가 기재(들)과 부딪히는 영역 사이의 거리는 D1로, 도 11의 실시예에서 코팅 재료 소스의 표면 및 코팅 재료가 기재(들)과 부딪히는 영역 사이의 거리와 동일하다.

코팅 재료 소스(602)가 작동하는 경우, 코팅 재료 소스에서 코팅 재료 발산 스트림이 계속 방출된다. 화살표(630, 632, 634, 636)가 코팅 재료 발산 스트림을 개략적으로 나타낸다. 코팅 재료 발산 스트림은 화살표(634, 636)로 나타낸 바와 같이 경계 또는 주변 내부에 있는 코팅 재료를 포함하는 코팅 재료 지향부를 갖는다. 이러한 화살표(634, 636)는 코팅 재료 소스의 코너로부터 반대편 블라인더들의 말단까지 연장되고, 따라서 블라인더 어셈블리를 빠져나가는 코팅 재료 지향부의 주변부를 나타낸다. 주변부는 블라인더들의 내표면에 대해 발산각(b3)으로 배향된다. 코팅 재료 발산 스트림은 또한 코팅재료 파생부를 포함한다. 코팅 재료 파생부는 코팅 재료 소스에서 방출되고 블라인더들과 부딪히는 코팅 재료를 포함한다. 화살표(630, 632)로 나타낸 바와 같이, 코팅 재료는 코팅 재료 파생부 내부에 있다.

도 11의 실시예의 상기와 같은 수식과 일관되게, 코팅 재료가 기재와 부딪히는 영역에서 코팅 재료 지향부의 크기는 WMAX3 = WB2 + 2(D1?(LB1+ HPL))ㆍ(WB2/(LB1 + HPL))이다. 코팅 재료 소스의 폭(또는 치수)의 변경은 코팅 재료가 기재(들)과 부딪히는 영역에서 코팅 재료 지향부의 크기의 변화를 초래한다. 예를 들어, 도 11과 도 13의 실시예들의 코팅 재료 지향부들의 크기를 비교할 때(WMAX1과 WMAX3), (다른 인자들은 동일하게 유지한 상태로) 코팅 재료 소스의 폭이 WT1에서 WT2로 감소하면, 코팅 재료가 기재(들)과 부딪히는 영역에서 코팅 재료 지향부의 크기는 감소한다. 도 11 내지 도 13의 고찰은 다양한 파라미터들이 코팅 재료 지향부의 크기에 미치는 영향을 보여준다. 창(422, 522, 622)이 말단 면적을 가지며 코팅 재료 소스의 표면에서 말단 거리만큼 이격되어 있는 말단 창임을 기억한다면, 코팅 재료 지향부가 말단 거리의 증가 및 말단 면적의 감소 중 어느 하나 또는 양자에 따라 발산 감소를 보이는 것이 명백하다.

도 14는 전체로서 도면부호 '700'으로 나타낸 코팅 장치의 일부를 도시한 개략적인 기계도(즉, 선도)이다. 도 14는, 기선택된 축방향 길이를 갖는 블라인더 어셈블리, 및 코팅 재료가 계속 통과하는 기단 창과 말단 창을 제공하는 블라인더 어셈블리와 함께 사용된 경우에, 기재로부터의 기선택된 거리와 기선택된 치수를 갖는 코팅 재료 소스에서 방출된 코팅 재료의 진행을 도시한다. 기단 창이 말단 창보다 코팅 재료 소스에 더 인접하도록, 기단 창과 말단 창이 블라인더 어셈블리의 종축을 따라 이격된다. 하기 설명에 의해 명백한 바와 같이, 코팅 재료 파생부의 일부와 코팅 재료 지향부는 계속 기단 창을 통과하고, 코팅 재료 지향부는 계속 말단 창을 통과한다.

코팅 장치(700)는 표면(704)을 갖는 코팅 재료 소스(예를 들어, 음극)(702)를 포함한다. 코팅 재료 소스(702)는 주변 립(703)을 구비한다. 도 14에 도시된 바와 같이, 주변 립(703)의 높이는 HPL이다. 코팅 재료 소스의 표면의 폭은 WT1로, 도 12의 실시예의 코팅 재료 소스(502)의 폭과 동일하다.

장치(700)는 코팅 재료 소스에 가장 가까운 기단(708)과 코팅 재료 소스에서 가장 먼 말단(710)을 갖는 제1 블라인더(706)를 더 포함한다. 블라인더(706)는 내표면(712)을 갖는다. 블라인더(706)는 또한 내표면(712)에서 내부로 돌출된 내부 배리어(714)를 구비한다. 내부 배리어(714)는 또한 표면(716)을 갖는다.

장치는 코팅 재료 소스에 가장 가까운 기단(720)과 코팅 재료 소스에서 가장 먼 말단(722)을 갖는 제2 블라인더(718)를 더 포함한다. 블라인더(718)는 내표면(724)을 갖는다. 블라인더들(706, 718)은 동일한 축방향 길이(LB2)로 이루어진다. 이와 관련하여, 블라인더들(706, 718)의 축방향 길이가 도 12의 실시예의 블라인더들(506, 514)의 축방향 길이와 동일하다는 것을 이해해야 한다. 주변 립(703)의 관점에서, 블라인더들(706, 718)은 코팅 재료 소스(702)의 표면(704)으로부터 거리(LB2+HPL)만큼 연장된다. 블라인더(718)는 또한 내표면(724)에서 내부로 돌출된 내부 배리어(726)를 구비한다. 내부 배리어(726)는 또한 표면(728)을 갖는다. 내부 배리어의 표면(716, 728)은 대응하는 블라인더(706, 718)의 내표면(712, 724)에 대해 대체로 수직이다. 이러한 표면들(716, 728)이 블라인더들에 대해 상이한 각도 배향으로 위치할 수 있음은 물론이다. 또한, 내부 배리어들과 코팅 재료 소스 사이의 거리는 변경될 수 있다.

한 쌍의 블라인더(706, 718)는 그 사이에 한 쌍의 창을 정의한다. 이 창들 중 하나의 창이 기단 창(730)이다. 기단 창(730)은 말단 창(732)보다 코팅 재료 소스에 더 인접한다. 내부 배리어들(714, 726)은 그 사이에 기단 창(730)을 정의한다. 이 창들 중 다른 하나의 창이 말단 창(732)이다. 블라인더들(706, 718)은 그 사이의 말단에 말단 창(732)을 정의한다. 영역(734)은 코팅 재료가 기재(들)과 부딪히는 영역이다. 코팅 재료 소스의 표면 및 코팅 재료가 기재(들)과 부딪히는 영역 사이의 거리는 D1로, 도 12의 실시예에서 코팅 재료 소스의 표면 및 코팅 재료가 기재(들)과 부딪히는 영역 사이의 거리와 동일하다.

코팅 재료 소스(702)가 작동하는 경우, 코팅 재료 소스에서 코팅 재료 발산 스트림이 계속 방출된다. 화살표(740 내지 750)가 코팅 재료 발산 스트림을 나타낸다. 코팅 재료 발산 스트림은 화살표(748, 750)로 나타낸 바와 같이 경계 또는 주변 내부에 있는 코팅 재료를 포함하는 코팅 재료 지향부를 갖는다. 이러한 화살표(748, 750)는 코팅 재료 소스의 코너로부터 반대편 블라인더들의 말단까지 연장되고, 이때 또한 기단 창(730)을 통과한다. 그러므로, 화살표(748, 750)는 블라인더 어셈블리를 빠져나가는 코팅 재료 지향부의 주변부를 정의한다. 코팅 재료 지향부는 블라인더들의 내벽에 대해 발산각(b4)을 갖는다.

코팅 재료 발산 스트림은 또한 코팅 재료 파생부를 포함한다. 코팅 재료 파생부는 코팅 재료 소스에서 방출되고 내부 배리어를 포함하는 블라인더들과 부딪히는 코팅 재료를 포함한다. 화살표(740, 742, 744, 746)로 나타낸 바와 같이, 코팅 재료는 코팅 재료 파생부 내부에 있다. 코팅 재료 소스에 대해 상대적이며 블라인더들의 축방향 길이를 따르는 내부 배리어들(714, 716)의 위치를 고려하면, 코팅 재료 파생부의 일부가 기단 창(730)을 통과한다. 화살표(744, 746)는 이러한 코팅 재료 파생부의 일부를 나타낸다. 블라인더들은 내부 배리어들(및 기단 창)을 지나 충분한 거리만큼 연장되므로, 화살표(744, 746)로 나타낸 코팅 재료가 여전히 블라인더들과 부딪히며 말단 창(732)을 통과하지 않는다.

내부 배리어 세트가 블라인더 어셈블리에 구비되면, 코팅 재료가 기재(들)과 부딪히는 영역에서 코팅 재료 지향부의 크기가 감소된다. 예를 들어, 도 12와 도 14의 실시예들의 코팅 재료 지향부들의 크기를 비교할 때(WMAX4와 WMAX2), (다른 인자들은 동일하게 유지한 상태로) 내부 배리어들을 사용하면, 코팅 재료가 기재(들)과 부딪히는 영역에서 코팅 재료 지향부의 크기가 감소한다. 내부 배리어들이 블라인더들의 내표면에 착탈 가능하게 연결될 수 있음은 물론이다. 이러한 착탈 가능한 내부 배리어를 이용한 장치에서는, 내부 배리어들을 제거하거나 상이한 크기 또는 내부 돌출로 이루어진 내부 배리어들을 이용함에 의해, 코팅 재료가 기재(들)과 부딪히는 영역에서 코팅 재료 지향부의 크기를 변경할 수 있다.

도 11 내지 도 14에 도시된 실시예들 각각에서, 코팅 재료 소스는 블라인더들 사이의 폭과 동일한 폭을 갖는다. 코팅 재료 소스의 폭이 블라인더들 사이의 폭보다 더 작은 실시예들이 가능함은 물론이다.

상기에 언급된 바와 같이, 본 발명의 일 양상은 기재가 타겟에 가장 가까이 접근한 경우에, 블라인더들이 대체로 타겟(즉, 코팅 재료 소스)과 기재(예를 들어, 절삭 인서트) 사이의 거리의 약 50% 이상, 더 바람직하게는 약 75% 이상을 덮는데 있다. 도 12를 참조하면, 기재가 타겟(또는 음극 또는 코팅 재료 소스)에 가장 가까이 접근한 경우에, 기재(또는 절삭 인서트)의 지점이 도 12에서 지점(550)에 보이도록 도 12의 장치의 구성요소들의 위치를 설정할 수 있다. 그러므로, 기재가 타겟(502)에 가장 가까이 접근한 경우에, 타겟(502)의 표면(504)과 기재 사이의 거리는 D1이다. 이러한 특정 실시예에서, 블라인더들(506, 514)은 타겟(502)의 표면(504)으로부터 LB2+HPL에 상응하는 거리만큼 연장되고, 상기 거리는 거리(D1)의 약 52%이므로 대체로 거리(D1)의 약 50% 이상에 해당된다. 따라서, 이 특정 실시예에서, 블라인더 수단(즉, 블라인더 어셈블리)이 코팅 재료 소스에서 연장되고 코팅 재료 소스로부터 말단 거리에 위치한 말단에서 종결되는 것을 알 수 있다. 기재는 코팅 재료 소스로부터 가장 가까운 접근 거리에 위치한 상태로 있다. 말단 거리는 가장 가까운 접근 거리의 약 50% 이상이다.

도 11을 참조하면, 기재가 타겟(또는 음극 또는 코팅 재료 소스)에 가장 가까이 접근한 경우에, 기재(또는 절삭 인서트)의 지점이 도 11에서 지점(450)에 보이도록 도 11의 장치의 구성요소들의 위치를 설정할 수 있다. 그러므로, 기재가 타겟에 가장 가까이 접근한 경우에, 타겟(402)의 표면(404)과 기재 사이의 거리는 D1이다. 이러한 특정 실시예에서, 블라인더들(406, 414)은 타겟(402)의 표면(404)으로부터 LB1+HPL에 상응하는 거리만큼 연장되고, 상기 거리는 거리(D1)의 약 78%이므로 대체로 거리(D1)의 약 75% 이상에 해당된다. 따라서, 이 특정 실시예에서, 블라인더 수단(즉, 블라인더 어셈블리)이 코팅 재료 소스에서 연장되고 코팅 재료 소스로부터 말단 거리에 위치한 말단에서 종결되는 것을 알 수 있다. 기재는 코팅 재료 소스로부터 가장 가까운 접근 거리에 위치한 상태로 있다. 말단 거리는 가장 가까운 접근 거리의 약 75% 이상이다.

본 명세서에 적용된 바와 같이, 블라인더와 관련하여 사용된 "덮는다(cover)"는 용어와 그 문법적인 변형은 블라인더가 코팅 스트림의 적어도 일부의 진행을 방해하도록 기능하는 것을 의미하며, 코팅 스트림의 적어도 일부가 블라인더와 부딪히게 된다. 일 예로서, 도 12의 실시예에서, 코팅 스트림의 일부는 대체로 거리(D1)의 약 50% 이상에서 블라인더들(506, 514)과 부딪히고, 이는 기재가 타겟에 가장 가까이 접근한 경우에 타겟(502)과 기재의 지점(550) 사이의 LB2+HPL에 상응한다. 높이(HPL)를 갖는 주변 립(503)이 본질적으로 코팅 재료 플룸에 영향을 주지 않음은 물론이다.

출원인은 최종 절삭 인서트의 이점 및 특성을 설명하는 다수의 특정예를 제공한다. 이러한 예들이 이하에 기술된다.

예 1A, 예 1B, 및 예 1C는 코팅된 절삭 인서트형 CNMG432MP를 포함하였다. 기재는 코발트 초경 텅스텐 카바이드로 이루어진 케나메탈(Kennametal Inc.) K313 그레이드로, 6중량퍼센트의 코발트, 소량의 크롬(크롬 카바이드로 첨가됨), 및 균형 텅스텐 카바이드와 불순물을 포함하였다. 코팅 구성물은 교번 나노층들을 포함하며, 하나의 나노층은 알루미늄 티타늄 나이트라이드로, 다른 나노층은 알루미늄 티타늄 크롬 나이트라이드로 이루어졌다.

코팅 구성물의 응용과 관련하여, 이러한 예들(1A 내지 1C) 각각은 메타플라스(Metaplas)의 메타플라스 유닛 MZR 323을 이용하여 아크 증발 공정에 의해 코팅되었다. 도 4는 타겟들의 전체적인 배향을 도시하며, 타겟들(106~160B)은 티타늄이었고, 타겟들(162~162B)은 알루미늄이었고, 타겟들(164~164B)은 크롬이었다. 블라인더들(242~242B, 244~244B)은 도 4에 도시된 바와 같이 대응하는 크롬 타겟들의 양 측에 위치하였다. 예 1A 내지 예 1C의 유일한 차이점은 블라인더들 사이의 거리였다. 하기 표 1은 블라인더들 사이의 거리('mm' 단위)를 나타낸다.

예 1A 내지 예 1C에서 블라인더들 사이의 최소 거리

예	블라인더들 사이의 최소 거리(㎜)
1A	40
1B	50
1C	60

예 1A, 예 1B, 및 예 1C에서, 인서트가 타겟에 가장 가까이 접근한 경우에, 타겟에서 인서트까지의 거리는 약 15㎝였다. 블라인더들의 높이는 약 11.4㎝였다. 그러므로, 인서트가 타겟에 가장 가까이 접근한 경우에, 블라인더들은 타겟과 인서트 사이의 거리의 약 76%를 덮었다. 상기에 언급된 바와 같이, 타겟의 주변 립은 본질적으로 코팅 재료 플룸에 영향을 주지 않는다. 이러한 예 1A, 예 1B, 및 예 1C에서, 주변 립은 0.5㎝의 높이를 가지며, 그에 따라 코팅 재료 플룸에 영향을 주기에는 너무 낮다.

도 6은 예 1A 내지 예 1C를 이용한 금속 절삭 테스트 결과를 도시한다. 선삭 테스트 파라미터는 316 스테인레스강 공작물, 650sfpm(213.3smpm)의 속도, 0.008ipr(회전당 0.203㎜)의 피드, 0.100인치(2.54㎜)의 절삭 깊이(doc), -5도의 리드각과 액체 냉각제(flood coolant)를 갖는 절삭 인서트형 CNMG432MP였다.

도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 블라인더들 사이의 간격이 가장 작을 때, 분 단위로 측정된 선삭 응용을 위한 공구 수명이 최대였다. 보다 구체적으로, 선삭 응용을 위한 공구 수명은 크롬 타겟에서 블라인더들 사이에 최소 간격(40㎜)을 갖는 PVD 장치로 코팅된 절삭 인서트의 경우 최대였다. 회전 응용을 위한 공구 수명은 크롬 타겟에서 블라인더들 사이의 최소 간격이 50㎜ 또는 60㎜인 PVD 장치로 코팅된 절삭 인서트들의 경우에 거의 동일하였다.

예 2A, 예 2B, 및 예 2C는 코팅된 절삭 인서트형 OFKT07L6AFENGB를 포함하였다. 기재는 코발트 초경 텅스텐 카바이드로 이루어진 케나메탈 K322 그레이드로, 약 9.75중량퍼센트의 코발트 및 균형 텅스텐 카바이드와 불순물을 포함하는 공칭 조성을 가졌다. 코팅 구성물은 교번 나노층들을 포함하며, 하나의 나노층은 AlxTiyN 형식의 알루미늄 티타늄 나이트라이드로, 다른 나노층은 AlxTiyN 형식의 알루미늄 티타늄 나이트라이드로 이루어졌다. 교번 나노층들 사이의 x:y 비율이 변화되었다.

코팅 구성물의 응용과 관련하여, 이러한 예들(2A 내지 예 2C) 각각은 메타플라스의 메타플라스 유닛을 이용하여 아크 증발 공정에 의해 코팅되었다. 도 4는 타겟들의 전체적인 배향을 도시하며, 두 세트의 타겟, 즉 티타늄 타겟 세트와 알루미늄 타겟 세트만 구비되었다. 블라인더들은 대응하는 알루미늄 타겟들의 양 측에 위치하였다. 예 2A 내지 예 2C의 유일한 차이점은 블라인더들 사이의 최소 거리였다. 표 2는 각각의 예에서 이러한 거리를 나타낸다.

예 2A 내지 예 2C의 블라인더들 사이의 최소 거리

예	블라인더들 사이의 최소 거리(㎜)
2A	40
2B	50
2C	60

도 7은 예 2A 내지 예 2C를 이용한 플라이컷 밀링 테스트의 결과를 도시한다. 304 스테인레스강 고형 블록의 정면 밀링을 위한 테스트 파라미터는 650sfpm(213.3smpm)의 속도, 0.008ipr(회전당 0.203㎜)의 피드, 0.100인치(2.54㎜)의 절삭 깊이(doc), 3인치(7.62㎝)의 반경방향 절삭 깊이(rdoc), 0.1인치(2.54㎜)의 축방향 절삭 깊이(adoc), 24인치(60.96㎝)의 패스 길이, 및 고체 냉각제(dry coolant)였다. 절삭 인서트는 45도의 리드각을 갖는 OFKT07L6AFENGB형이었다.

도 7은 블라인더들 사이의 간격이 최대일 때 밀링 패스의 수가 최대임을 보여준다. 보다 구체적으로, 밀링 응용을 위한 공구 수명은 크롬 타겟에서 블라인더들 사이에 최대 간격(60㎜)을 갖는 PVD 장치로 코팅된 절삭 인서트의 경우 최대였다. 밀링 응용을 위한 공구 수명은 크롬 타겟에서 블라인더들 사이의 간격이 50㎜ 또는 40㎜인 PVD 장치로 코팅된 절삭 인서트들의 경우에 거의 동일하였다.

이러한 테스트에 있어서, 최고의 금속 절삭 성능을 달성하기 위한 임의의 블라인더 길이에 적합한 블라인더 간격은 금속 절삭 응용에 따라 좌우되는 것으로 보인다. 예를 들어, 밀링 응용에서는 블라인더 간격이 클수록 유리하고, 선삭전 응용에서는 블라인더 간격이 작을수록 유리한 것으로 보인다.

예 3A, 예 3B, 예 3C, 및 예 3D 각각은 코팅된 절삭 인서트형 CNMG432MP를 포함하였다. 기재는 케나메탈 K313 그레이드였다. 코팅 구성물은 교번 나노층들을 포함하며, 하나의 나노층은 알루미늄 티타늄 실리콘 나이트라이드로, 다른 나노층은 알루미늄 티타늄 실리콘 크롬 나이트라이드로 이루어졌다.

코팅 구성물의 응용과 관련하여, 이러한 예들(3A 내지 3D) 각각은 메타플라스 유닛을 이용하여 아크 증발 공정에 의해 코팅되었다. 도 4는 블라인더들에 상대적인 크롬 타겟들과 타겟들의 전체적인 배향을 도시한다. 이 특정 장치에는, 블라인더가 결합된 두 개의 크롬 타겟이 구비되었다.

도 8에 제공된 테스트 결과를 참조하면, 예 3A와 예 3B는 40암페어의 전류(로우로 표시)가 크롬 타겟에 인가되었고, 예 3C와 예 3D는 60암페어의 전류(하이로 표시)가 크롬 타겟에 인가되었다. 이러한 PVD 장치에서는, 6개의 추가 타겟이 구비되며, 각각의 타겟은 60원자퍼센트의 알루미늄, 30원자퍼센트의 티타늄, 및 10원자퍼센트의 실리콘으로 이루어졌다. 이러한 6개의 AlTiSi 타겟들 각각에 인가된 전류는 75암페어 내지 90암페어였다.

도 8은 예 3A 내지 예 3D를 이용한 금속 절삭 테스트 결과를 도시한다. 회전 테스트 파라미터는 316 스테인레스강 공작물, 650sfpm(213.3smpm)의 속도, 0.008ipr(회전당 0.203㎜)의 피드, 0.100인치(2.54㎜)의 절삭 깊이(doc), -5도의 리드각과 액체 냉각제를 갖는 절삭 인서트형 CNMG432MP였다.

크롬 타겟에 인가된 전류가 최대일 때, 분 단위로 측정된 공구 수명이 최대였다. 보다 구체적으로, 공구 수명은 크롬 타겟에 더 낮은 전력/전류 레벨(즉, 40암페어)을 사용한 것보다 크롬 타겟에 더 높은 전력/전류 레벨(즉, 60암페어)을 사용하여 코팅된 절삭 인서트의 경우 더 길다.

도 8에 제공된 결과는 블라인더들, 특히 더 작은 최소 간격을 갖는 블라인더들이 공구 수명을 개선한다는 것을 보여준다. 이와 관련하여, 지금까지, 타겟에 더 높은 전류를 사용하는 경우 양호한 코팅 특성을 얻었지만, 더 높은 전류 레벨은 또한 더욱 불리한 중첩을 초래했다. 그러나, 본 발명에서는, 블라인더들의 사용이 중첩 정도를 줄이므로, 타겟에 더 높은 전류 레벨을 사용하는 것이 가능하다.

도 9는 크롬 타겟에 인가된 전류가 60암페어인 예 3C 또는 예 3D와 같은 코팅 구성물에 대해, 40㎚의 스캔 범위에서 알루미늄(마름모), 실리콘(사각형), 티타늄(삼각형), 및 크롬(원형)의 원자퍼센트 함량을 나타내는 EDS 라인 프로파일이다. 도 9는 다수의 교번 나노층 코팅 세트를 구비한 코팅 구성물을 도시한다. 크롬 함량은 주기적으로 '0'이 된다. 크롬 함량의 변화를 고려하면, 교번 층들 중 하나의 층은 전혀 크롬을 포함하지 않는 것이 명백하다. 크롬이 교번 층에 존재하기 때문에, 이러한 코팅은 금속 요소, 즉 상기 교번 층에 존재하지 않는 크롬을 포함하는 교번 층을 구비하는 것이 명백하다.

도 10은 도 9의 코팅 구성물의 투과전자현미경(TEM) 사진으로 20㎚의 범례를 포함한다.

질화 나노층을 형성하기 위해 질소/질화 분위기를 갖는 메타플라스 유닛을 이용하여 표 3에 나타낸 타겟들에 의해 제조된 나노층 코팅 구성물의 최대 미소경도와 점착성을 확인하기 위해, 예 4 내지 예 8의 테스트를 수행하였다. 상기 예들에서, 코팅과 기재의 점착성은 압입 부착 하중 테스트를 이용하여 코팅 점착에 대해 테스트되었다. 이와 관련하여, 코팅과 기재 사이의 점착성은 15kg, 30kg, 45kg, 60kg, 100kg, 150kg의 선택된 하중 범위에서 로크웰 A 스케일 브레일 원추형 다이아몬드 압자(Rockwell A scale Brale cone shaped diamond indenter)를 갖는 로크웰 경도 테스터를 이용하여 압입 점착성 테스트에 의해 판단되었다. 점착 강도는 코팅을 분리하고/하거나 벗겨내는 최소 하중으로 정의되었다. 예 4 내지 예 8은 하기 표 3에 나타낸 바와 같은 코팅 구성물을 포함하였다.

하기 표 3은 최대 미소경도(kg/㎟)와 점착성(kg)에 대한 결과를 제공한다.

예 4 내지 예 8에서 최대 미소경도와 점착성

예	타겟	코팅 두께(㎛)	최대 미소경도	점착성
4	AlTi/Ti*	2-5㎛	~2900kg/㎟	100-150kg
5	AlTi/Zr*	4-5㎛	~2400kg/㎟	100-150kg
6	AlTi/Cr*	4-5㎛	~2700kg/㎟	100-150kg
7	AlTiSi/Ti*	3-5㎛	~2700kg/㎟	100-150kg
8	AlTiSi/Cr*	3-5㎛	~2900kg/㎟	100-150kg

* 이 예들에서, 티타늄 타겟, 지르코늄 타겟, 크롬 타겟 어느 것이든 적용 가능하며 그 주위에 블라인더를 구비한다. AlTi 타겟과 AlTiSi 타겟은 그 주위에 블라인더를 구비하지 않는다.

표 3은 또한 "타겟" 이란 항목으로 각각의 예에 대한 타겟 조성을 제공한다. 이와 관련하여, 각각의 예에서 코팅은 다수의 나노층 코팅 세트를 구비하며, 각각의 나노층 코팅 세트는 표 3에 나타낸 타겟들에 의해 형성된 한 쌍의 상이한 코팅 조성을 갖는다. 표 3은 추가로 각각의 예에서 코팅의 전체 총 두께를 '㎛' 단위로 제공한다.

본 발명은 예를 들어 음극 아크 시스템과 스퍼터링 시스템 같이 음극이 벽에 장착된 임의의 코팅 시스템에 사용하기에 적합하다. 매우 다양한 코팅 조성이 본 발명과 함께 사용될 수 있다.

본 명세서에 설명된 예들 전체에서 메타플라스 유닛을 사용하였다. 메타플라스 유닛에서는, 음극이 각각의 벽에 장착되고 벽들이 서로 직교한다. 본 발명이 하나의 벽을 구비하고, 모든 음극들이 하나의 벽에 장착되고, 예를 들어 하나의 벽에 장착된 모든 음극들이 서로 평행한 시스템에서 유용함은 물론이다. 또한, 본 발명이 하나의 벽을 구비하고 다양한 조성의 음극들이 단일 벽에 장착되는 시스템에서 유용함은 물론이다.

PVD 기술을 통해 재료를 증착하는 개선된 코팅 장치(즉, 설비)와 방법이 고안된 것이 명백하다. 또한, 출원인이 다양한 종류의 재료 조성으로 이루어진 다수의 타겟(음극)을 이용하는 개선된 증착 장치와 방법을 고안한 것이 명백하고, 이러한 장치와 방법은 재료의 나노층의 증착에 적용된다. 또한, 출원인의 장치와 방법이 반응성 환경에서 사용하기에 적합하다는 것이 명백하다.

또한, 출원인이 PVD 기술을 통해 재료(특히 나노층들을 포함하는 교번 또는 순차 또는 랜덤 층들의 다양한 재료 조성)를 증착하는 개선된 장치와 방법을 고안한 것이 명백하며, 특히 종래 기술과 비교하여 코팅 재료 플룸의 코팅 재료의 중첩 정도가 최소화되고, 그에 따라 나노층들은 그 사이에 분명하고 명확한 경계를 갖는다.

또한, 본 발명이 PVD 기술을 통해 나노층들을 증착하는 개선된 장치와 방법을 제공하는 것이 명백하며, 이러한 장치와 기술은 코팅 반응기의 다른 작동 파라미터들(예를 들어, 음극의 전력 레벨, 턴테이블의 회전 속도, 챔버 내 압력 및/또는 온도, 및 기타 유사 파라미터들)과 무관하게 나노층들의 두께 제어를 허용할 것이다.

본 명세서에 언급된 특허들 및 기타 문건들은 이에 참조로서 포함된다.

본 발명의 다른 실시예들은 본 명세서의 고찰 및 본 명세서에 개시된 발명의 실시를 통해 당해 기술분야의 숙련자에게 명백할 것이다. 본 명세서와 예들은 단지 설명을 위한 것으로 본 발명의 범위를 제한하려는 의도가 아니다. 본 발명의 진정한 범위와 정신은 후술하는 청구범위에 의해 정의된다.

50. 코팅 장치 52. 일차 턴테이블
54.56.58. 이차 턴테이블 62.64.66. 축
70.72.74. 고정 음극 78. 코팅 재료 플룸

Claims

기재를 코팅하는 물리 기상 증착 장치로,
기재를 수용하도록 구성된 기재 홀더;
코팅 재료 파생부와 코팅 재료 지향부를 포함하는 코팅 재료 발산 스트림을 방출하는 코팅 재료 소스; 및
코팅 재료 소스와 결합되어 작동하도록 위치하며 코팅 재료 발산 스트림을 수용하고 부딪히는 블라인더 수단으로, 코팅 재료 지향부는 블라인더 수단을 계속 빠져나가서 대체로 기재 홀더를 향해 진행하며 코팅 재료 발산 스트림보다 더 적은 발산을 보이는 것인 블라인더 수단을 포함하는 물리 기상 증착 장치.
제1항에 있어서, 블라인더 수단은 코팅 재료 지향부가 계속 통과하는 창을 정의하는 블라인더 어셈블리를 포함하는 것인, 물리 기상 증착 장치.
제2항에 있어서, 블라인더 어셈블리는 대략 편평한 면을 제공하고, 코팅 재료 파생부의 적어도 일부는 대략 편평한 면에 부딪히는 것인, 물리 기상 증착 장치.
제3항에 있어서, 코팅 재료 발산 스트림은 중앙 종축을 가지고, 대략 편평한 면은 코팅 재료 발산 스트림의 중앙 종축과 대체로 평행한 것인, 물리 기상 증착 장치.
제3항에 있어서, 코팅 재료 발산 스트림은 중앙 종축을 가지고, 대략 편평한 면은 코팅 재료 발산 스트림의 중앙 종축과 대체로 평행하지 않는 것인, 물리 기상 증착 장치.
제2항에 있어서, 블라인더 어셈블리는 기재 홀더보다 코팅 재료 소스에 더 인접한 것인, 물리 기상 증착 장치.
제2항에 있어서, 블라인더 어셈블리는 코팅 재료 소스보다 기재 홀더에 더 인접한 것인, 물리 기상 증착 장치.
제2항에 있어서, 블라인더 어셈블리는 대략 아치형 면을 제공하고, 코팅 재료 파생부의 적어도 일부는 대략 아치형 면에 부딪히는 것인, 물리 기상 증착 장치.
제1항에 있어서, 블라인더 수단은 말단을 갖는 블라인더 어셈블리를 포함하고, 블라인더 어셈블리는 그 말단에 인접한 말단 창을 포함하고, 코팅 재료 지향부는 계속 말단 창을 통과하는 것인, 물리 기상 증착 장치.
제9항에 있어서, 말단 창은 코팅 재료 소스로부터 말단 거리에 위치하며 말단 면적을 제공하고, 코팅 재료 지향부는 말단 거리의 증가 및 말단 면적의 감소 중 어느 하나 또는 양자에 따라 발산 감소를 보이는 것인, 물리 기상 증착 장치.
제1항에 있어서, 블라인더 수단은 코팅 재료 소스에서 연장되고 코팅 재료 소스로부터 말단 거리에 위치한 말단에서 종결되는 블라인더 어셈블리를 포함하고, 기재는 코팅 재료 소스로부터 가장 가까운 접근 거리에 있는 최인접 상태이고, 말단 거리는 가장 가까운 접근 거리의 약 50% 이상인 것인, 물리 기상 증착 장치.
제11항에 있어서, 말단 거리는 가장 가까운 접근 거리의 약 75% 이상인 것인, 물리 기상 증착 장치.
제1항에 있어서, 기재 홀더와 코팅 재료 소스와 블라인더 수단을 수용하는 코팅 챔버를 더 포함하는 물리 기상 증착 장치.
제1항에 있어서, 블라인더 수단은 종축을 갖는 블라인더 어셈블리를 포함하고, 블라인더 어셈블리는 적어도 기단 창과 말단 창을 정의하고, 기단 창과 말단 창은 블라인더 어셈블리의 종축을 따라 이격되고, 기단 창은 말단 창보다 코팅 재료 소스에 더 인접하고, 코팅 재료 파생부의 일부와 코팅 재료 지향부는 계속 기단 창을 통과하고, 코팅 재료 지향부는 계속 말단 창을 통과하는 것인, 물리 기상 증착 장치.
제1항에 있어서, 블라인더 수단은 코팅 재료 발산 스트림과 부딪혀서 코팅 재료 파생부가 블라인더 수단을 빠져나가지 못하도록 계속 봉쇄하는 한편, 코팅 재료 지향부가 블라인더 수단을 빠져나가서 대체로 기재 홀더를 향해 진행하도록 허용하는 것인, 물리 기상 증착 장치.
제1항에 있어서, 기재 홀더는 기재를 수용하도록 구성된 하나 이상의 기재 수용 영역을 포함하고, 기재 홀더는 코팅 재료 소스에 대해 상대적으로 이동 가능함에 따라, 기재 수용 영역에 수용된 기재가 코팅 재료 지향부와 선택적으로 부딪히는 것인, 물리 기상 증착 장치.
제16항에 있어서, 기재가 코팅 재료 지향부와 부딪히는 경우, 기재는 블라인더 수단을 통해 코팅 재료 소스와 정렬되어 작동하는 것인, 물리 기상 증착 장치.
제1항에 있어서, 코팅 재료 지향부는 중앙 종축과 주변부를 가지며 그 중앙 종축에 대해 출구 발산각으로 블라인더 수단을 빠져나가는 것인, 물리 기상 증착 장치.
제18항에 있어서, 출구 발산각은 코팅 재료 지향부의 주변부의 상당 부분이 기재 홀더에 수용된 기재의 표면에 부딪히도록 설정되는 것인, 물리 기상 증착 장치.
제1항에 있어서, 코팅 재료 지향부의 발산 크기는 코팅 재료 소스의 치수, 블라인더 수단의 축방향 길이, 및 코팅 재료 소스의 표면과 기재 홀더 사이의 거리 중 하나 이상의 함수인 것인, 물리 기상 증착 장치.
기재에 코팅 구성물을 적용하는 물리 기상 증착 장치로,
기재를 수용하도록 구성된 기재 홀더;
제1 코팅 재료의 제1 파생부와 제1 코팅 재료의 제1 지향부를 포함하는 제1 코팅 재료의 제1 발산 스트림을 방출하는 제1 코팅 재료 소스;
제1 코팅 재료 소스와 결합되어 작동하도록 위치하며 제1 코팅 재료의 제1 발산 스트림을 수용하고 부딪히는 제1 블라인더 수단으로, 제1 코팅 재료의 제1 지향부는 제1 블라인더 수단을 빠져나가서 대체로 기재 홀더를 향해 진행하며 제1 코팅 재료의 제1 발산 스트림보다 더 적은 발산을 보이는 것인 제1 블라인더 수단; 및
제2 코팅 재료의 제2 파생부와 제2 코팅 재료의 제2 지향부를 포함하는 제2 코팅 재료의 제2 발산 스트림을 방출하는 제2 코팅 재료 소스를 포함하는 물리 기상 증착 장치.
제21항에 있어서, 제2 코팅 재료 소스와 결합되어 작동하도록 위치하며 제2 코팅 재료의 제2 발산 스트림을 수용하고 부딪히는 제2 블라인더 수단으로, 제2 코팅 재료의 제2 지향부는 제2 블라인더 수단을 빠져나가서 대체로 기재 홀더를 향해 진행하며 제2 코팅 재료의 제2 발산 스트림보다 더 적은 발산을 보이는 것인 제2 블라인더 수단을 더 포함하는 물리 기상 증착 장치.
제22항에 있어서, 제1 코팅 재료 지향부는 제1 중앙 종축과 제1 주변부를 가지며 그 제1 중앙 종축에 대해 제1 출구 발산각으로 제1 블라인더 수단을 빠져나가고, 제1 출구 발산각은 제1 코팅 재료 지향부의 제1 주변부의 상당 부분이 기재 홀더에 수용된 기재의 표면에 부딪히고 제1 코팅 재료 지향부의 최소량이 제2 블라인더 수단을 빠져나가는 제2 코팅 재료 지향부와 중첩되도록 설정되는 것인, 물리 기상 증착 장치.
제22항에 있어서, 제2 코팅 재료 지향부는 제2 중앙 종축과 제2 주변부를 가지며 그 제2 중앙 종축에 대해 제2 출구 발산각으로 제2 블라인더 수단을 빠져나가고, 제2 출구 발산각은 제2 코팅 재료 지향부의 제2 주변부의 상당 부분이 기재 홀더에 수용된 기재의 표면에 부딪히고 제2 코팅 재료 지향부의 최소량이 제1 블라인더 수단을 빠져나가는 제1 코팅 재료 지향부와 중첩되도록 설정되는 것인, 물리 기상 증착 장치.
제21항에 있어서, 제1 코팅 재료는 코팅 구성물의 제1 코팅층을 형성하고, 제2 코팅 재료는 코팅 구성물의 제2 코팅층을 형성하고, 제1 코팅층이 제2 코팅층보다 더 연성인 것인, 물리 기상 증착 장치.
코팅 재료 파생부와 코팅 재료 지향부를 갖는 코팅 재료 발산 스트림을 방출하는 코팅 재료 소스를 구비한 물리 기상 증착 장치와 함께 사용되는 블라인더로,
코팅 재료 발산 스트림을 수용하는 기단을 구비하고, 코팅 재료 지향부가 계속 통과하는 창을 추가로 정의하고, 말단을 구비하여 코팅 재료 지향부가 상기 말단을 통해 블라인더 몸체를 빠져나가며 코팅 재료 발산 스트림보다 더 적은 발산을 보이는 블라인더 몸체를 포함하는 블라인더.
제26항에 있어서, 창은 블라인더 몸체의 말단에 인접하게 위치하는 말단 창을 포함하는 것인, 블라인더.
제27항에 있어서, 말단 창은 코팅 재료 소스로부터 말단 거리에 위치하며 말단 면적을 제공하고, 코팅 재료 지향부는 말단 거리의 증가 및 말단 면적의 감소 중 어느 하나 또는 양자에 따라 발산 감소를 보이는 것인, 블라인더.
제26항에 있어서, 블라인더 몸체는 종축을 가지며 적어도 기단 창과 말단 창을 정의하고, 기단 창과 말단 창은 블라인더 몸체의 종축을 따라 이격되고, 기단 창은 말단 창보다 코팅 재료 소스에 더 인접하고, 코팅 재료 파생부의 일부와 코팅 재료 지향부는 계속 기단 창을 통과하고, 코팅 재료 지향부는 계속 말단 창을 통과하는 것인, 블라인더.
제26항에 있어서, 블라인더 몸체는 코팅 재료 발산 스트림과 부딪혀서 코팅 재료 파생부가 블라인더 몸체를 빠져나가지 못하도록 봉쇄하고, 창은 코팅 재료 지향부가 블라인더 몸체를 통과하도록 허용하는 것인, 블라인더.
물리 기상 증착에 의해 기재의 표면을 코팅하는 방법으로,
기재를 수용하도록 구성된 기재 홀더를 제공하는 단계;
코팅 재료 소스로부터 코팅 재료 파생부와 코팅 재료 지향부를 포함하는 코팅 재료 발산 스트림을 방출하는 단계; 및
코팅 재료 발산 스트림을 수용하는 블라인더를 제공하는 단계로, 블라인더는 코팅 재료 파생부가 블라인더를 빠져나가는 것을 봉쇄하고 코팅 재료 지향부가 블라인더를 빠져나가서 대체로 기재 홀더를 향해 진행하는 것을 허용하되, 코팅 재료 지향부는 코팅 재료 발산 스트림보다 더 적은 발산을 보임에 따라 코팅 재료 지향부의 상당 부분이 기재에 부딪히는 단계를 포함하는 방법.
물리 기상 증착에 의해 기재의 표면을 코팅하는 방법으로,
기재를 수용하도록 구성된 기재 홀더를 제공하는 단계;
제1 코팅 재료 소스로부터 제1 코팅 재료 파생부와 제1 코팅 재료 지향부를 포함하는 제1 코팅 재료 발산 스트림을 방출하는 단계;
제1 코팅 재료 발산 스트림을 수용하는 제1 블라인더를 제공하는 단계로, 제1 블라인더는 제1 코팅 재료 파생부가 제1 블라인더를 빠져나가는 것을 봉쇄하고 제1 코팅 재료 지향부가 제1 블라인더를 빠져나가서 대체로 기재 홀더를 향해 진행하는 것을 허용하되, 제1 코팅 재료 지향부는 제1 코팅 재료 발산 스트림보다 더 적은 발산을 보임에 따라 제1 코팅 재료 지향부의 상당 부분이 기재에 부딪히는 단계;
제2 코팅 재료 소스로부터 제2 코팅 재료 파생부와 제2 코팅 재료 지향부를 포함하는 제2 코팅 재료 발산 스트림을 방출하는 단계; 및
제2 코팅 재료 발산 스트림을 수용하는 제2 블라인더를 제공하는 단계로, 제2 블라인더는 제2 코팅 재료 파생부가 제2 블라인더를 빠져나가는 것을 봉쇄하고 제2 코팅 재료 지향부가 제2 블라인더를 빠져나가서 대체로 기재 홀더를 향해 진행하는 것을 허용하되, 제2 코팅 재료 지향부는 제2 코팅 재료 발산 스트림보다 더 적은 발산을 보임에 따라 제2 코팅 재료 지향부의 상당 부분이 기재에 부딪히는 단계를 포함하는 방법.
물리 기상 증착에 의해 코팅된 물품으로,
표면을 제공하는 기재, 및 기재 표면의 적어도 일부에 형성된 코팅을 포함하고,
코팅은 각각이 물리 기상 증착에 의해 별개의 소스로부터 계속 방출되는 다수의 요소를 포함하며 교번 층 코팅 세트를 포함하고, 교번 층들 중 하나의 층은 계속 방출된 요소들 중 하나의 요소를 본질적으로 전혀 포함하지 않고, 교번 층들 중 다른 층은 하나의 층에 존재하지 않는 요소를 포함하는 것인 코팅된 물품.
제33항에 있어서, 상기 다른 교번 층은 다수의 금속 요소들 각각을 포함하는 것인, 코팅된 물품.
제33항에 있어서, 교번 층들은 교번 나노층들을 포함하는 것인, 코팅된 물품.
제33항에 있어서, 코팅은 각각이 물리 기상 증착에 의해 별개의 소스로부터 계속 방출되는 세 개의 금속 요소를 포함하고, 교번 층들 중 하나의 층은 금속 요소들 중 하나의 금속 요소를 본질적으로 전혀 포함하지 않고, 교번 층들 중 다른 층은 세 개의 금속 요소를 포함하는 것인 코팅된 물품.
제33항에 있어서, 코팅은 각각이 물리 기상 증착에 의해 별개의 소스로부터 계속 방출되는 네 개의 금속 요소를 포함하고, 교번 층들 중 하나의 층은 금속 요소들 중 하나의 금속 요소를 본질적으로 전혀 포함하지 않고, 교번 층들 중 다른 층은 네 개의 금속 요소를 포함하는 것인 코팅된 물품.