KR20160009785A - 자장여과 아크 플라즈마를 이용한 dlc 코팅 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자장여과 아크 플라즈마를 이용한 DLC 코팅 장치에 관한 것으로서, 메인 챔버 내에 장착된 흑연소재의 타겟체에 스파크를 발생시켜 플라즈마화된 이온을 생성하는 아크 플라즈마 발생부와, 아크 플라즈마 발생부에서 발생된 플라즈마화된 이온을 DLC 코팅용 기판까지 이송되는 이송경로를 제공하는 이송관과, 이송관을 통해 이송되는 물질 중 비이온화된 입자를 자력에 의해 내벽측에 집속되게 하는 자력 생성부와, 이송관 내에 이송관을 가로지르는 방향으로 설치되어 비이온화된 입자의 이송을 저지시킬 수 있도록 망체 형태로 형성된 적어도 하나의 필터판을 구비한다. 이러한 자장여과 아크 플라즈마를 이용한 DLC 코팅 장치에 의하면, 이송관의 연장방향을 가로지르는 방향으로 설치된 망체 형태의 필터판에 의해 비이온화된 거대 입자의 이송을 저지시킬 수 있어 DLC 박막의 막질을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 자장여과 아크 플라즈마를 이용한 DLC 코팅 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 비이온화된 물질의 여과능력을 높일 수 있도록 된 자장여과 아크 플라즈마를 이용한 DLC 코팅 장치에 관한 것이다,
다이아몬드상 카본(Diamomd-like carbon, 이하 DLC라 한다)은 높은 경도, 내마모성, 윤활성, 표면조도 등의 뛰어난 기계적 특성과 전기절연성, 화학적 안정성 및 높은 광학적 투과성을 갖고 있어 산업적으로 다양하게 사용되고 있다.
현재까지 대부분의 탄소계 박막은 반응기체로서 탄화수소계를 사용하는 RF-CVD 및 이온빔 증착 공정이 주를 이루고 있고, 아르곤과 아세틸렌 가스를 이용하여 DLC를 코팅하는 장치가 국내 공개특허 제10-2011-0115291호에 게시되어 있다.
그런데, 이러한 DLC 증착 방식은 증착시 수소의 영향에 의한 박막의 물성변화로, 최근에는 고체상의 카본을 이용한 하여 마그네트론 스퍼터링, 진공 아크법 등 다양한 방법이 보고되고 있다.
한편, 진공 아크법의 경우 진공 아크 증착에 의해 발생된 이온은 큰 고유 에어지를 가짐으로써 고밀도화가 가능하고, 경도가 다이아몬드의 60 내지 80%에 이르는 박막을 형성할 수 있는 장점이 있다.
다만, 아크 발생시 이온화된 입자 이외에도 비이온화된 거대 입자 중 일부가 코팅막으로 들어가 막질을 저하시키는 문제점이 있고, 이를 개선하기 위해 이온화된 입자가 이송되는 이송관 외부에서 이송관 내부로 자장을 인가하여 비이온화된 입자를 여과시키는 자장여과 아크 플라즈마를 이용하는 방식이 이용되고 있으나, 자력을 높이면 이온화율이 감소되기 때문에 증가시킬 수 있는 자장력에 한계가 있고, 비이온화된 입자를 완벽하게 여과시키지 못하고 있어 이를 개선할 수 있는 방안이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 요구사항을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 비이온화된 물질의 이송을 더욱 효율적으로 저지시켜 DLC 막질을 향상시킬 수 있는 자장여과 아크 플라즈마를 이용한 DLC 코팅 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 자장여과 아크 플라즈마를 이용한 DLC 코팅 장치는 아크 플라즈마를 발생시켜 DLC를 코팅하는 장치에 있어서, 메인 챔버 내에 장착된 흑연소재의 타겟체에 스파크를 발생시켜 플라즈마화된 이온을 생성하는 아크 플라즈마 발생부와; 상기 아크 플라즈마 발생부에서 발생된 플라즈마화된 이온을 DLC 코팅용 기판까지 이송되는 이송경로를 제공하는 이송관과; 상기 이송관을 통해 이송되는 물질 중 비이온화된 입자를 자력에 의해 내벽측에 집속되게 하는 자력 생성부와; 상기 이송관 내에 상기 이송관을 가로지르는 방향으로 설치되어 상기 비이온화된 입자의 이송을 저지시킬 수 있도록 망체 형태로 형성된 적어도 하나의 필터판;을 구비한다.
상기 필터판은 스테인레스 스틸소재로 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 필터판은 복수개가 상기 이송관의 이송방향을 따라 상호 이격되게 설치되어 있고, 상기 필터판 상호간은 가장자리를 따라 상기 필터판의 연장방향을 따라 상호 결합시키는 결합바에 의해 결합되어 있으며, 상기 이송관 내에는 상기 필터판의 입출을 가이드 하기 위한 가이드 돌기가 상기 이송관의 길이방향을 따라 형성되어 있고, 상기 필터판 또는 상기 결합바에는 상기 가이드 돌기가 삽입되어 슬라이딩 입출을 가이드하는 가이드 홈이 형성되어 있다.
또한, 인접된 상기 필터판 상호간은 상기 망체의 투과 형성영역이 상기 이송관의 이송방향을 따라 상호 어긋나게 망 형성 패턴이 상호 다르게 형성된다.
더욱 바람직하게는 상기 필터판의 표면은 이온빔의 표면처리를 통해 중심선 평균거칠기가 1nm 내지 5nm가 되게 형성된 것이 적용된다.
본 발명에 따른 자장여과 아크 플라즈마를 이용한 DLC 코팅 장치에 의하면, 이송관의 연장방향을 가로지르는 방향으로 설치된 망체 형태의 필터판에 의해 비이온화된 거대 입자의 이송을 저지시킬 수 있어 DLC 박막의 막질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자장여과 아크 플라즈마를 이용한 DLC 코팅 장치를 나타내 보인 도면이고,
도 2는 도 1의 이송관 내에 삽입되는 필터판을 분리해 보인 분리 사시도이고,
도 3은 본 발명에 적용되는 필터판들의 망형성 패턴의 예를 나타내 보인 사시도이다.
도 2는 도 1의 이송관 내에 삽입되는 필터판을 분리해 보인 분리 사시도이고,
도 3은 본 발명에 적용되는 필터판들의 망형성 패턴의 예를 나타내 보인 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자장여과 아크 플라즈마를 이용한 DLC 코팅 장치를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 자장여과 아크 플라즈마를 이용한 DLC 코팅 장치를 나타내 보인 도면이고, 도 2는 도 1의 이송관 내에 삽입되는 필터판을 분리해 보인 분리 사시도이고, 도 3은 본 발명에 적용되는 필터 유니트를 나타내 보인 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 자장여과 아크 플라즈마를 이용한 DLC 코팅 장치(100)는 아크 플라즈마를 발생시켜 DLC를 기판(10)에 코팅할 수 있도록 되어 있다.
DLC 코팅 장치(100)는 아크 플라즈마 발생부(110), 이송관(120), 자력생성부(130), 필터판(140)을 구비한다.
아크 플라즈마 발생부(110)는 메인 챔버(111) 내에 장착된 흑연소재의 타겟체(20)에 스파크를 발생시켜 플라즈마화된 이온을 생성할 수 있도록 되어 있다.
아크 플라즈마 발생부(110)는 진공펌프(113), 기판 바이어스 인가부(114), 스파크 발생부(116), 조작부(117), 표시부(118) 및 제어부(119)를 구비한다.
진공펌프(113)는 제어부(119)에 제어되어 구동되며, 메인 챔버(11) 내부와 연통되게 결합되어 메인 챔버(111) 내부를 진공화시킬 수 있도록 설치되어 있다.
스파크 발생부(116)는 제어부(119)에 제어되어 메인 챔버(111) 내부에서 타켓체(20)에 대해 이격거리를 가변시킬 수 있도록 된 아크 전극(115)이 유동되게 을 구동하고, 아크전극(115)에 설정된 전압을 인가한다. 여기서 아크 전극(115)에는 양의 전압이 인가되고, 타켓체(20)가 장착된 홀더에는 음극전위가 인가된다.
기판 바이어스 인가부(114)는 제어부(119)에 제어되어 DLC 박막을 형성하고자 하는 기판(10)에 음의 전위를 인가한다.
조작부(117)는 제어부(119)에 의해 지원되는 기능을 설정할 수 있도록 되어 있고, 표시부(118)는 제어부(119)에 제어되어 표시정보를 표시한다.
이송관(120)은 아크 플라즈마 발생부(110)에 의해 메인 챔버(111)에서 타켓체(20)로부터 발생된 플라즈마화된 카본 이온을 DLC 코팅용 기판(10)까지 이송되는 이송경로를 제공할 수 있도록 관형태로 중공을 갖게 연장되어 있다.
참조부호 122는 이송관(120)의 내부를 시각적으로 투시할 수 있게 마련된 투시창이다.
이송관(120)의 종단에는 DLC 박막을 형성할 기판(10)이 장착되어 있다.
자력생성부(130)은 이송관(120)을 통해 이송되는 물질 중 비이온화된 입자를 자력에 의해 내벽측에 집속되게 할 수 있도록 이송관(120)의 연장방향을 따라 코일(133a) 형태로 권선된 코일부(133)와, 코일부(133)에 전력을 인가하여 자력을 발생시키는 자력발생부(131)로 되어 있다.
필터판(140)은 이송관(120) 내에 이송관(140)의 연장방향을 가로지르는 방향으로 설치되어 비이온화된 입자의 이송을 저지시킬 수 있도록 원형 망체 형태로 형성되어 있다.
필터판(140)은 스테인레스 스틸소재 더욱 바람직하게는 SUS 304 소재로 형성된 것을 적용한다.
복수개의 필터판(140)이 이송관(120)의 이송방향을 따라 상호 이격되게 설치되는 경우 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 필터판(140) 상호간은 가장자리를 따라 필터판(140)의 연장방향을 따라 상호 결합시키는 결합바(144)에 의해 상호 결합된다.
또한, 교체 및 수리의 용이성을 위해 복수개의 필터판(140)이 결합바(144)에 연결되는 경우, 이송관(120) 내에는 필터판(140)의 입출을 가이드하기 위한 가이드 돌기(124)가 레일 형태로 이송관(120)의 길이방향을 따라 내벽에 형성되어 있고, 필터판(140) 또는 결합바(144)에는 가이드 돌기(124)가 삽입되어 슬라이딩 입출을 가이드하는 가이드 홈(146)이 형성된 구조로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 필터판(140)들은 도 3에 도시된 바와 같이 인접된 필터판(140) 상호간이 망체의 투과 형성영역(140a)(140b)(140c)이 이송관(120)의 이송방향을 따라 상호 어긋나게 망 형성 패턴이 상호 다르게 형성된다.
즉, 첫 번째 필터판(140)과 네번째 필터판(140)은 수평선을 기준으로 우측방향으로 45도 보다 작게 기울인 선들이 등간격으로 형성된 제1망선과, 수평선을 기준으로 좌측방향으로 45도 보다 크게 기울인 선들이 등간격으로 형성된 제2망선들에 의해 상하단의 꼭지점을 연결하는 선이 수직방향을 기준으로 우측으로 어긋나게 마름모꼴 투과 형성영역(140a)이 형성되고, 두 번째 필터판(140)은 수평선을 기준으로 우측방향으로 45도 기울인 선들이 등간격으로 형성된 제1망선과, 수평선을 기준으로 좌측방향으로 45도 기울인 선들이 등간격으로 형성된 제2망선들에 의해 상하단의 꼭지점이 수직방향을 향하는 마름모꼴 투과 형성영역(140b)이 형성되고, 세번째 필터판(140)은 수평선을 기준으로 우측방향으로 45도 보다 크게 기울인 선들이 등간격으로 형성된 제1망선과, 수평선을 기준으로 좌측방향으로 45도 보다 작게 기울인 선들이 등간격으로 형성된 제2망선들에 의해 상하단의 꼭지점을 연결하는 선이 수직방향을 기준으로 좌측으로 어긋나게 마름모꼴 투과 형성영역(140a)이 형성되어 있다.
이러한 망형성 패턴에 의하면 인접된 필터판(140) 중 선단에 있는 필터판(140)의 투과 형성영역을 통과한 다음 직직하는 경우에는 후단에 있는 필터판(140)에 충돌될 확율을 높일 수 있어 비이온화된 입자의 이송 저지율을 높일 수 있다.
한편, 필터판(140)의 표면은 이온빔의 표면처리를 통해 중심선 평균거칠기가 1nm 내지 5nm인 것을 적용한다. 이 경우 비이온화된 입자의 흡착율이 향상된다.
여기서 이온빔의 표면처리는 필터판(140)을 내장시킨 이온빔 발생장비 내에 아르곤 가스를 주입하고, 2×10-1Pa로 진공화한 상태에서 1350볼트(V)의 구동전압을 인가하고, 200 내지 300초 동안 처리하면 1nm정도의 중심선 평균 거칠기가 얻어진다.
이상에서 설명된 자장여과 아크 플라즈마를 이용한 DLC 코팅 장치(100)에 의하면, 이송관(120)의 연장방향을 가로지르는 방향으로 설치된 망체 형태의 필터판(140)에 의해 비이온화된 거대 입자의 이송을 충돌에 의해 저지시킬 수 있어 DLC 박막의 막질을 향상시킬 수 있다.
110: 아크 플라즈마 발생부 120: 이송관
130: 자력생성부 140: 필터판
130: 자력생성부 140: 필터판
Claims (5)
- 아크 플라즈마를 발생시켜 DLC를 코팅하는 장치에 있어서,
메인 챔버 내에 장착된 흑연소재의 타겟체에 스파크를 발생시켜 플라즈마화된 이온을 생성하는 아크 플라즈마 발생부와;
상기 아크 플라즈마 발생부에서 발생된 플라즈마화된 이온을 DLC 코팅용 기판까지 이송되는 이송경로를 제공하는 이송관과;
상기 이송관을 통해 이송되는 물질 중 비이온화된 입자를 자력에 의해 내벽측에 집속되게 하는 자력 생성부와;
상기 이송관 내에 상기 이송관을 가로지르는 방향으로 설치되어 상기 비이온화된 입자의 이송을 저지시킬 수 있도록 망체 형태로 형성된 적어도 하나의 필터판;을 구비하는 것을 특징으로 하는 자장여과 아크 플라즈마를 이용한 DLC 코팅 장치. - 제1항에 있어서, 상기 필터판은 스테인레스 스틸소재로 형성된 것을 특징으로 하는 자장여과 아크 플라즈마를 이용한 DLC 코팅 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 필터판은 복수개가 상기 이송관의 이송방향을 따라 상호 이격되게 설치되어 있고, 상기 필터판 상호간은 가장자리를 따라 상기 필터판의 연장방향을 따라 상호 결합시키는 결합바에 의해 결합되어 있으며,
상기 이송관 내에는 상기 필터판의 입출을 가이드 하기 위한 가이드 돌기가 상기 이송관의 길이방향을 따라 형성되어 있고, 상기 필터판 또는 상기 결합바에는 상기 가이드 돌기가 삽입되어 슬라이딩 입출을 가이드하는 가이드 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 자장여과 아크 플라즈마를 이용한 DLC 코팅 장치. - 제3항에 있어서, 인접된 상기 필터판 상호간은 상기 망체의 투과 형성영역이 상기 이송관의 이송방향을 따라 상호 어긋나게 망 형성 패턴이 상호 다르게 형성된 것을 특징으로 하는 자장여과 아크 플라즈마를 이용한 DLC 코팅 장치.
- 제3항에 있어서, 상기 필터판의 표면은 이온빔의 표면처리를 통해 중심선 평균거칠기가 1nm 내지 5nm인 것을 특징으로 하는 자장여과 아크 플라즈마를 이용한 DLC 코팅 장치.
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|---|---|---|---|
| KR1020140089946A KR20160009785A (ko) | 2014-07-16 | 2014-07-16 | 자장여과 아크 플라즈마를 이용한 dlc 코팅 장치 |
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ID=55309161
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2014
- 2014-07-16 KR KR1020140089946A patent/KR20160009785A/ko not_active Application Discontinuation
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