KR20230013878A - Arc Evaporation Source Having Central Depression Magnetic Field and Arc Ion Plating Apparatus, and Vapor Deposition Method of Metal/Metal Compound Using the Same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 아크 증발원 및 이를 포함하는 아크 이온 플레이팅 장치, 그리고 이를 이용한 금속 및 금속화합물의 증착방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 간단한 링형 영구자석만으로 중앙부가 함몰된 형태의 자기장을 형성함에 따라 타겟 중앙을 중심으로 아크 방전이 일어나도록 조절하여 타겟의 소모 효율이 높고, 타겟의 소모에도 증발량이 안정적인 아크 방전을 형성할 수 있도록 하는 아크 증발원 및 이를 포함하는 아크 이온 플레이팅 장치, 그리고 이를 이용한 금속 및 금속화합물의 증착방법에 관한 것이다.The present invention relates to an arc evaporation source, an arc ion plating device including the same, and a method for depositing metals and metal compounds using the same. Arc evaporation source and arc ion plating device including the arc evaporation source that can form arc discharge with high target consumption efficiency and stable evaporation even when the target is consumed by adjusting arc discharge to occur centered on the center, and metal and It relates to a method for depositing metal compounds.
아크 이온 플레이팅법은 증발 물질인 금속을 음극 타겟으로 하여 저전압(30V 이하), 고전류(50A-200A)의 전계를 이용하여 타겟 물질의 표면에 마이크로미터 정도의 아크를 발생시키고, 이 아크에 의해 타겟 물질을 국부적으로 녹여 타겟 물질을 증발시키게 된다.The arc ion plating method uses a low voltage (30V or less), high current (50A-200A) electric field to generate a micrometer-sized arc on the surface of the target material by using a metal, which is an evaporation material, as a cathode target. It melts the material locally and evaporates the target material.
이러한 미세 아크는 음극영역 내에서 아크의 전자기장에 의한 작용으로 아크의 움직임이 발생하고 타겟 표면 전 지역에 걸쳐 아크가 발생되며, 아크 온도는 1650℃~2950℃ 로 타겟 표면이 용융하여 증발하게 된다. 이때 증발원으로부터 액체와 기체 상태로 증발한 타겟 물질은 증발원으로 부터 갖게 된 운동량에 의해 피처리물에 도달된다.These micro-arcs generate arc movements due to the action of the arc's electromagnetic field in the cathode region, and arcs are generated over the entire target surface area, and the target surface melts and evaporates at an arc temperature of 1650 ° C to 2950 ° C. At this time, the target material evaporated from the evaporation source in a liquid and gaseous state reaches the object to be processed by the momentum acquired from the evaporation source.
아크 이온 플레이팅 장치를 통한 증착 과정에서 기체 상태의 원자는 타겟 앞쪽에 형성되는 플라즈마를 통과하면서 이온화되며, 액체 상태의 금속 클러스터는 용융될 때 가진 운동량에 의해 방사된다. 이때 금속 표면의 마이크로 아크에 의한 용융점의 크기에 따라서 마이크로 액적 및 매크로 액적이 형성되는데, 이 매크로 액적은 이온화되지 않고 이동함으로서 피막의 성장에 영향을 준다.In the deposition process using the arc ion plating device, atoms in gaseous state are ionized while passing through plasma formed in front of the target, and metal clusters in liquid state are radiated by the momentum they have when melted. At this time, micro-droplets and macro-droplets are formed depending on the size of the melting point by the micro-arc on the surface of the metal. These macro-droplets move without being ionized and affect the growth of the film.
한편 아크 이온 플레이팅 장치는 이온화 경향이 약 70% 이상으로 피처리물에 인가되는 음극 전계에 의해 가속되는 에너지가 높아 밀착력이 우수한 특징이 있다. 또한 아크 이온 플레이팅은 기계 부품의 성능 향상을 위해 금속, 금속 질화물, 금속 탄화물, 금속 산화물 등의 코팅을 실시하는 데 사용된다.On the other hand, the arc ion plating device has an ionization tendency of about 70% or more, and the energy accelerated by the cathode electric field applied to the object to be treated is high, so it has excellent adhesion. Arc ion plating is also used to coat metals, metal nitrides, metal carbides, and metal oxides to improve the performance of mechanical parts.
일반적으로 종래의 아크 이온 플레이팅 장치의 경우, 아크 증발원의 자기장을 형성하는 방법으로서 전류를 이용하는 전자석 및 원통형 영구자석의 조합을 사용하게 되며, 이들을 이용한 자기장의 조정을 통해서 아크 방전점의 움직임을 제어하고 강화하게 된다.In general, in the case of a conventional arc ion plating device, as a method of forming a magnetic field of an arc evaporation source, a combination of an electromagnet and a cylindrical permanent magnet using current is used, and the motion of the arc discharge point is controlled by adjusting the magnetic field using these. and strengthen
다만, 이와 같은 종래의 기술은 타겟의 소모에 따라 증발율이 감소되는 현상 등을 억제하기 위해 전자석 및 원통형 영구자석 등의 어셈블리를 움직이는 방식을 통해 타겟 표면의 자기장을 제어하고 있다. 즉 전자석의 전류 밀도 및 영구자석을 복합적으로 이용하는 방식은 타겟 표면에 적절한 자기장을 형성하기 위해 지지체 및 자석들의 움직임이 반드시 필요하다. However, such a conventional technique controls the magnetic field on the surface of the target by moving an assembly such as an electromagnet and a cylindrical permanent magnet in order to suppress a phenomenon in which the evaporation rate is reduced according to the consumption of the target. That is, the method of using the current density of the electromagnet and the permanent magnet in combination requires movement of the support and the magnets to form an appropriate magnetic field on the target surface.
이는 지지체 및 자석을 이동시키기 위한 별도의 구조들이 구비될 수밖에 없으므로 장치가 복합해지고 무거워지는 문제가 있으며, 또한 타겟의 소모 정도와 연동하여 지지체 및 자석을 정밀하게 제어하기 것은 실질적으로 매우 어렵다는 문제가 있다.Since separate structures for moving the support and the magnet are inevitably provided, there is a problem that the device becomes complex and heavy, and it is practically very difficult to precisely control the support and the magnet in conjunction with the consumption of the target. .
따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.Therefore, a method for solving these problems is required.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 기존 아크 증발원의 단점을 보완하여 타겟 하단의 구조체에 링형의 영구자석을 배치하여 중앙부가 함몰된 형태의 균일한 자기장을 형성시킴에 따라 아크의 움직임을 타겟 중앙으로 구속할 수 있으며, 타겟의 소모 효율을 증가시키고, 전자석 등 다중의 추가 장치가 없이도 아크 방전의 구속을 조절할 수 있는 아크 증발원 및 이를 포함하는 아크 이온 플레이팅 장치, 그리고 이를 이용한 금속 및 금속화합물의 증착방법을 제공하기 위한 목적을 가진다.The present invention is an invention made to solve the problems of the prior art described above, and supplements the disadvantages of the existing arc evaporation source by arranging a ring-shaped permanent magnet in the structure at the bottom of the target to form a uniform magnetic field in the form of a depression in the center. An arc evaporation source capable of confining the movement of the arc to the center of the target, increasing the consumption efficiency of the target, and adjusting the confinement of the arc discharge without multiple additional devices such as an electromagnet, and an arc ion plating device including the same, And it has an object to provide a method for depositing metals and metal compounds using the same.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The tasks of the present invention are not limited to the tasks mentioned above, and other tasks not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 중앙부 함몰형 자기장을 가지는 아크 증발원은, 횡단면이 원형으로 형성된 아크 타겟, 링형으로 형성된 영구자석 및 상기 아크 타겟의 둘레를 감싸는 아노드을 포함하며, 상기 영구자석은 상기 아크 타겟보다 아래에 위치된다.An arc evaporation source having a central recessed magnetic field of the present invention for achieving the above object includes an arc target having a circular cross section, a permanent magnet formed in a ring shape, and an anode surrounding the arc target, wherein the permanent magnet It is located below the arc target.
이때 상기 영구자석은, 상기 아크 타겟의 용융 시점부터 용융 종점까지에 걸쳐 지속적으로 중앙부가 함몰된 형태의 자기장을 형성할 수 있다.In this case, the permanent magnet may continuously form a magnetic field with a depressed central portion from the melting point to the melting point of the arc target.
그리고 상기 영구자석의 외경은 상기 아크 타겟의 직경보다 크게 형성될 수 있다.An outer diameter of the permanent magnet may be larger than a diameter of the arc target.
또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 중앙부 함몰형 자기장을 가지는 아크 이온 플레이팅 장치는 상기와 같은 아크 증발원을 포함할 수 있다.In addition, the arc ion plating device having a central recessed magnetic field of the present invention for achieving the above object may include the arc evaporation source as described above.
더불어 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 금속 및 금속화합물의 증착방법은 상기와 같은 아크 증발원 및 아크 이온 플레이팅 장치를 이용하여 수행될 수 있다.In addition, the metal and metal compound deposition method of the present invention for achieving the above object may be performed using the arc evaporation source and the arc ion plating device as described above.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 중앙부 함몰형 자기장을 가지는 아크 증발원 및 이를 포함하는 아크 이온 플레이팅 장치, 그리고 이를 이용한 금속 및 금속화합물의 증착방법은, 타겟 하단의 구조체에 링형의 영구자석을 배치하여 중앙부가 함몰된 형태의 균일한 자기장을 형성시킴에 따라, 단가가 높은 전류 제어식 전자석을 구비하지 않아도 아크 방전을 유도할 수 있으며, 또한 타겟의 중앙을 중심으로 한 아크 방전을 유도함으로서 타겟의 소모 효율을 극대화하고 타겟 수명이 다할 때까지 균일하고 안정적인 양으로 증발물질의 공급을 유지할 수 있는 효과가 있다.An arc evaporation source having a central recessed magnetic field, an arc ion plating device including the same, and a metal and metal compound deposition method using the arc evaporation source of the present invention to solve the above problems are a ring-shaped permanent magnet in a structure at the bottom of the target Arranged to form a uniform magnetic field in the form of a depression in the center, arc discharge can be induced even without a high-cost current-controlled electromagnet, and also by inducing arc discharge centered on the center of the target, the target's There is an effect of maximizing the consumption efficiency and maintaining the supply of the evaporation material in a uniform and stable amount until the end of the target life.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 이온 플레이팅 장치의 구조를 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 이온 플레이팅 장치에 있어서, 영구자석의 형태를 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 이온 증발원의 각 구성요소들 간의 배치 간격을 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 이온 증발원의 모습과, 아크 타겟 표면으로부터 하부로 소정 간격만큼 이동한 복수의 위치에서 아노드와 아크 타겟에 나타나는 자기장의 구조를 예측한 그래프를 포함하는 도면;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 이온 증발원에 있어서, 자기장의 전산 예측을 통한 자기력선과, 예측된 자기장의 세기를 나타낸 그래프를 포함하는 도면;
도 6은 아크 타겟의 소모에 따라 아크 타겟 표면에서 아크 방전이 일어나는 형상을 모식화한 도면;
도 7의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 이온 증발원에 의해 아크 타겟 중앙에 약한 자기장이 형성될 경우 아크 방전에 따른 물질의 이동을 나타낸 모식화한 도면;
도 7의 (b)는 종래의 아크 이온 증발원에 의해 아크 타겟 중앙에 강한 자기장이 형성될 경우 아크 방전에 따른 물질의 이동을 나타낸 모식화한 도면;
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 이온 증발원에 있어서, 영구자석의 배치가능영역을 나타낸 도면; 및
도 9는 도 8에 나타난 영구자석의 배치가능영역을 찾기 위해 자기장 분포를 예측하였던 각 결과들을 나타낸 도면이다.1 is a view showing the structure of an arc ion plating apparatus according to an embodiment of the present invention;
2 is a view showing the shape of a permanent magnet in an arc ion plating apparatus according to an embodiment of the present invention;
Figure 3 is a view showing the arrangement interval between each component of the arc ion evaporation source according to an embodiment of the present invention;
4 is a graph predicting the appearance of an arc ion evaporation source according to an embodiment of the present invention and the structure of a magnetic field appearing on an anode and an arc target at a plurality of positions moved downward by a predetermined distance from the surface of the arc target. drawing;
5 is an arc ion evaporation source according to an embodiment of the present invention, a diagram including a graph showing lines of magnetic force through computational prediction of a magnetic field and predicted magnetic field strength;
6 is a schematic view of a shape in which arc discharge occurs on the surface of an arc target according to consumption of the arc target;
Figure 7 (a) is a schematic view showing the movement of a material according to the arc discharge when a weak magnetic field is formed in the center of the arc target by the arc ion evaporation source according to an embodiment of the present invention;
Figure 7 (b) is a schematic view showing the movement of materials according to the arc discharge when a strong magnetic field is formed in the center of the arc target by the conventional arc ion evaporation source;
8 is a view showing an area where permanent magnets can be placed in an arc ion evaporation source according to an embodiment of the present invention; and
FIG. 9 is a diagram showing each result of predicting the magnetic field distribution to find the dispositionable area of the permanent magnet shown in FIG. 8 .
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention in which the object of the present invention can be realized in detail will be described with reference to the accompanying drawings. In describing the present embodiment, the same name and the same reference numeral are used for the same configuration, and additional description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 이온 플레이팅 장치의 구조를 나타낸 도면이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 이온 플레이팅 장치에 있어서, 영구자석(120)의 형태를 나타낸 도면이다.1 is a view showing the structure of an arc ion plating device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows the shape of a
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 이온 플레이팅 장치는 아크 타겟(10), 영구자석(120) 및 아노드(110)를 포함하는 아크 증발원을 포함한다.1 and 2, the arc ion plating apparatus according to an embodiment of the present invention includes an arc evaporation source including an
이때 아크 타겟(10)은 횡단면이 원형으로 형성된 원기둥 형태를 가지며, 아노드(110)는 이와 같은 아크 타겟(10)의 둘레를 감싸도록 원판의 디스크 형태로 형성된다.At this time, the
본 실시예에서 아크 타겟(10)은 높이 30mm, 지름 69mm인 3인치형인 것으로 예시하였으나, 아크 타겟(10)의 규격은 2인치형, 4인치형, 5인치형 등이 제한없이 적용될 수 있음은 물론이다.In this embodiment, the
아노드(110)로는 아크 타겟(10) 하부에 구비되는 영구자석(120)으로부터 형성되는 자기력선이 이동되는 계철(Magnetic Yoke)이 되는 저탄소강 (Low Carbon Steel) 소재가 사용될 수 있다.As the
또한 본 실시예의 경우, 아노드(110)는 절연체(Insulator, 160)에 의해 전기적 음극인 아크 타겟(10)과 지지체(Support, 130, 140)의 조립 구조체에 연결된다. 이때 지지체(130, 140)는 영구자석(120)이 구비되는 하부 지지부(130)와, 절연체(160)를 지지하는 타겟 폴더(150)가 안착되는 상부 지지부(140)를 포함한다.In addition, in this embodiment, the
영구자석(120)은 링형으로 형성되어 내측에 관통홀(121)이 형성된 형태를 가지며, 아크 타겟(10)보다 아래에 위치되는 특징을 가진다. 그리고 이와 같은 영구자석(120)은 아크 타겟(10)의 용융 시점부터 용융 종점까지에 걸쳐 지속적으로 우물 형태의 자기장을 형성하도록 한다.The
또한 본 실시예에서 영구자석(120)의 외경은 아크 타겟(10)의 직경보다 크게 형성된 형태를 가지나, 영구자석(120)의 외경이 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, in this embodiment, the outer diameter of the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 이온 증발원의 각 구성요소들 간의 배치 간격을 나타낸 도면이다.3 is a view showing the arrangement interval between each component of the arc ion evaporation source according to an embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 영구자석(120)은 아크 타겟(10)의 하단으로부터 제1간격(d1)만큼 떨어진 지점에 구비되고, 아크 타겟(10)의 외주면과 영구자석(120)의 내주면 사이의 수평 거리는 서로 제2간격(d2)을 형성한다.As shown in FIG. 3, the
또한 본 실시예에서 영구자석(120)의 내경(d3)은 아크 타겟(10)의 외경보다 크게 형성되는 것으로 하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 영구자석(120)의 내경(d3)은 아크 타겟(10)의 외경보다 작게 형성될 수도 있다.In addition, in this embodiment, the inner diameter d3 of the
이때 제1간격(d1), 제2간격(d2) 및 영구자석(120)의 내경(d3)은 아크 타겟(1)의 규격에 따라 소정 범위 내에서 결정될 수 있다.At this time, the first distance d1 , the second distance d2 , and the inner diameter d3 of the
예컨대, 본 실시예와 같이 아크 타겟(10)이 높이 30mm, 지름 69mm인 3인치형인 경우, 제1간격(d1)은 바람직하게 22mm일 수 있으며, 제2간격(d2)은 4mm일 수 있다.For example, when the
또한 이와 같은 경우 영구자석(120)은 높이 5mm, 내경(d3)이 81mm이고 외경이 91mm인 형상을 가질 수 있으며, 영구자석(120)의 소재는 소결된 NdFeB 영구자석(표면 자기장세기 4kG, 보자력(Coercivity) 1030 kA/m)일 수 있다.In addition, in this case, the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 이온 증발원의 모습과, 아크 타겟(10) 표면으로부터 하부로 소정 간격만큼 이동한 복수의 위치에서 아노드(110)과 아크 타겟(10)에 나타나는 자기장의 구조를 예측한 그래프를 포함하는 도면이다.4 shows the appearance of an arc ion evaporation source according to an embodiment of the present invention, and the magnetic field appearing in the
도 4에는, 3인치형의 아크 타겟(10)의 표면으로부터 2mm 하부로 이동한 위치(아노드 표면의 수평 위치 기준)에서부터 아래로 5mm 간격으로 27mm 까지 아노드(110)와 아크 타겟(10)에 나타나는 자기장의 구조를 예측한 자기장의 세기(B,n)가 나타나 있다.4, the
이를 참조하면 아크 타겟(10) 상부에서는 아크 타겟(10) 가장자리에 20G 이상의 강한 자기장이 나타나며, 아크 타겟(10) 중앙부에는 10G 전후의 일정한 자기장이 강하게 나타나는 것을 확인할 수 있다.Referring to this, it can be seen that a strong magnetic field of 20G or more appears at the edge of the
그리고 아크 타겟(10)의 표면에서 하부로 이동한 위치에서, 아크 타겟(10) 가장자리에는 자기장이 50G - 150G인 자기장 세기가 나타나는 반면 아크 타겟(10)의 중앙부에는 10G 이하의 자기장 세기가 형성된다,And at a position moved downward from the surface of the
즉 본 실시예는 아크 타겟(10)의 가장자리에서 중앙부로 갈수록 그 세기가 급격히 변하는 중앙부 함몰형 자기장, 또는 우물 형태의 자기장이 형성되는 특징을 가진다.That is, the present embodiment has a characteristic in that a central recessed magnetic field or a well-shaped magnetic field whose strength rapidly changes from the edge to the center of the
그리고 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 이온 증발원에 있어서, 자기장의 전산 예측을 통한 자기력선의 모습과, 예측된 자기장의 세기를 나타낸 그래프가 도시된다.And FIG. 5 is a graph showing the shape of the magnetic field line and the predicted magnetic field strength through computational prediction of the magnetic field in the arc ion evaporation source according to an embodiment of the present invention.
또한 도 6은 아크 타겟(10)의 소모에 따라 아크 타겟(10) 표면에서 아크 방전이 일어나는 형상을 모식화한 도면이다.6 is a schematic view of a shape in which arc discharge occurs on the surface of the
구체적으로 도 6의 (a)는 아크 타겟(10) 소모가 작을 경우 나타나는 아크 방전의 궤적을 모식화한 것이며, 도 6의 (b)와 도 6의 (c)는 아크 타겟(10)이 소모되면서 아크 타겟(10) 표면에 나타나는 아크 방전 궤적을 모식화한 것이다.Specifically, FIG. 6 (a) is a schematic diagram of the arc discharge trajectory that appears when the consumption of the
이들에 나타난 바와 같이, 아크 타겟(10)에 아크 방전이 일어나면서 금속이 용융되어 아크 타겟(10)의 소모가 진행되며, 본 발명의 아크 증발원에서는 아크 타겟(10)의 소모가 진행될수록 아크 방전점은 아크 타겟(10)의 중앙 근처로 점차 이동된다는 장점을 가진다.As shown in these, arc discharge occurs in the
이러한 본 발명은 장점은 아크 타겟(10)의 소모 효율을 높이며 아크 타겟(10)으로부터 증발되는 물질의 양을 일정하게 유지할 수 있어 피막 형성 과정에서 나타나는 아크 타겟(10) 수명의 진행에 따른 증착율의 감소를 막을 수 있다.The advantage of the present invention is that the consumption efficiency of the
그리고 도 7의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 이온 증발원에 의해 아크 타겟(10) 중앙에 약한 자기장이 형성될 경우 아크 방전에 따른 물질의 이동을 나타낸 모식화한 도면이며, 도 7의 (b)는 종래의 아크 이온 증발원에 의해 아크 타겟(10) 중앙에 강한 자기장이 형성될 경우 아크 방전에 따른 물질의 이동을 나타낸 모식화한 도면이다.And FIG. 7(a) is a schematic diagram showing the movement of materials according to arc discharge when a weak magnetic field is formed in the center of the
도 7의 (a)의 경우 중앙부 아크 방전점이 유지되며 아크 방전이 발생하는 반면, 도 7의 (b)는 아크 타겟(10)의 중앙에 강한 자기장이 형성됨에 따라 아크 방전점이 아크 타겟(10)의 가장자리로 이동되면서 20G 이하의 지점에서 아크 방전이 나타나는 것을 확인할 수 있다.In the case of (a) of FIG. 7, the arc discharge point is maintained at the center and arc discharge occurs, whereas in (b) of FIG. As it moves to the edge of , it can be seen that arc discharge appears at a point below 20G.
도 7(b)와 같은 형태는 아크 타겟(10)이 소모되었을 때 타겟 물질이 용융되어도 용융 물질의 액적의 비산 각도가 20°~30°에 불과하기 때문에, 아크 타겟(10)의 내벽에 물질이 재응착되는 현상이 발생하고, 물질의 정상적인 이동이 방해되어 공정 시에 증착율의 감소가 나타나게 된다.In the form shown in FIG. 7 (b), even if the target material is melted when the
한편 아크 타겟(10)의 가장자리에서 중앙부로 갈수록 그 세기가 급격히 변하는 중앙부 함몰형 자기장을 가지는 본 발명의 아크 증발원에 아크 타겟(10)을 장착하여 아크 타겟(10)의 소모 현상을 관찰하였으며, 그 시험 조건은 아크 이온 플레이팅 장치에 아르곤(Ar)을 40mTorr의 압력으로 인입하고, 타겟 전류를 90A로 하여 아크 방전을 지속하는 것으로 하였다.On the other hand, the consumption phenomenon of the
그 결과, 티타늄 재질의 아크 타겟(10)의 아크 방전이 잘 형성되었고 아크 타겟(10)의 소모 형상도 우수하였다. 또한 크롬 재질의 아크 타겟(10)을 장착하여 동일한 조건에서 시험을 수행하였을 경우 역시 동일한 결과를 얻었다. 즉 티타늄과 크롬의 아크 타겟(10)에서 모두 타겟 소모 효율이 극대화된 중앙부 함몰 형태의 타겟 소모가 관찰된다.As a result, the arc discharge of the
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 이온 증발원에 있어서, 영구자석(120)의 배치가능영역(R)을 나타낸 도면이며, 도 9는 도 8에 나타난 영구자석(120)의 배치가능영역(R)을 찾기 위해 자기장 분포를 예측하였던 각 결과들을 나타낸 도면이다.FIG. 8 is a view showing a placeable area R of the
영구자석(120)의 내경(d3)에 따른 외경과 높이는 배치가능영역(R)에서 다양하게 조합할 수 있으며, 바람직하게는 영구자석(120)의 두께와 높이는 10mm 이하일 수 있다. 또한 이 경우 영구자석(120)은 NdFeB계 또는 SmCo계 영구자석이 사용될 수 있다.The outer diameter and height according to the inner diameter d3 of the
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 중앙부 함몰형 자기장을 형성하기 위한 영구자석(120)의 배치가능영역(R)은, 아크 타겟(10)의 하단으로부터 영구자석(120)까지의 수직 거리인 제1간격(d1), 그리고 영구자석(120)의 내경(d3)에 따라 소정 범위 내에서 결정될 수 있다.8 and 9, the placeable region R of the
예컨대, 아크 타겟(10)이 높이 30mm인 3인치형인 경우, 제1간격(d1)은 15~30mm 범위일 수 있으며, 영구자석(120)의 내경(d3)은 70~90mm 범위일 수 있다.For example, when the
또한 아크 타겟(10)이 높이 30mm인 4인치형인 경우, 제1간격(d1)은 15~30mm 범위일 수 있으며, 영구자석(120)의 내경(d3)은 90~110mm 범위일 수 있다.In addition, when the
더불어 아크 타겟(10)이 높이 30mm인 5인치형인 경우, 제1간격(d1)은 15~30mm 범위일 수 있으며, 영구자석(120)의 내경(d3)은 110~130mm 범위일 수 있다.In addition, when the
그리고 아크 타겟(10)이 높이 30mm인 2인치형인 경우, 제1간격(d1)은 15~30mm 범위일 수 있으며, 영구자석(120)의 내경(d3)은 50~70mm 범위일 수 있다.And, when the
그리고 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 중앙부 함몰형 자기장을 가지는 아크 증발원은 모든 형태에서 아크 타겟(10) 가장자리에 강한 자기장이 나타나고, 아크 타겟(10) 중앙에 보다 약한 자기장이 나타나는 것을 확인할 수 있다.And as shown in FIG. 9, the arc evaporation source having a central recessed magnetic field according to the present invention shows a strong magnetic field at the edge of the
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.As described above, the preferred embodiments according to the present invention have been reviewed, and the fact that the present invention can be embodied in other specific forms without departing from the spirit or scope in addition to the above-described embodiments is a matter of ordinary knowledge in the art. It is self-evident to them. Therefore, the embodiments described above are to be regarded as illustrative rather than restrictive, and thus the present invention is not limited to the above description, but may vary within the scope of the appended claims and their equivalents.
10: 아크 타겟
110: 아노드
120: 영구자석
121: 관통홀
130, 140: 지지체
150: 타겟 폴더
160: 절연체
R: 배치가능영역10: arc target
110: anode
120: permanent magnet
121: through hole
130, 140: support
150: target folder
160: insulator
R: placeable area
Claims (5)
링형으로 형성된 영구자석; 및
상기 아크 타겟의 둘레를 감싸는 아노드;
을 포함하며,
상기 영구자석은 상기 아크 타겟보다 아래에 위치된,
아크 증발원.An arc target having a circular cross section;
A permanent magnet formed in a ring shape; and
an anode surrounding the circumference of the arc target;
Including,
The permanent magnet is located below the arc target,
Arc evaporation source.
상기 영구자석은,
상기 아크 타겟의 용융 시점부터 용융 종점까지에 걸쳐 지속적으로 중앙부가 함몰된 형태의 자기장을 형성하는,
아크 증발원.According to claim 1,
The permanent magnet,
Forming a magnetic field in the form of a depressed central portion continuously from the melting point of the arc target to the melting end point,
Arc evaporation source.
상기 영구자석의 외경은 상기 아크 타겟의 직경보다 크게 형성된,
아크 증발원.According to claim 2,
The outer diameter of the permanent magnet is formed larger than the diameter of the arc target,
Arc evaporation source.
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Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR930001231A (en) * | 1991-06-20 | 1993-01-16 | 시기 모리야 | Column Selection Circuit of Semiconductor Memory |
JP2000328236A (en) * | 1999-05-21 | 2000-11-28 | Kobe Steel Ltd | Arc vaporization source, and vacuum vaporization device |
JP2011184779A (en) * | 2010-03-10 | 2011-09-22 | Mitsubishi Materials Corp | Arc ion plating device |
KR20130106575A (en) * | 2012-03-20 | 2013-09-30 | (주)유진에스엠씨 | Vacuum arc evaporation unit and arc ion plating apparatus including the same |
KR20130121078A (en) * | 2010-06-22 | 2013-11-05 | 오를리콘 트레이딩 아크티엔게젤샤프트, 트뤼프바흐 | Arc deposition source having a defined electric field |
KR101784648B1 (en) | 2009-02-09 | 2017-11-06 | 오를리콘 서피스 솔루션스 아크티엔게젤샤프트, 페피콘 | Modifiable magnet configuration for arc vaporization sources |
KR102045209B1 (en) | 2018-09-13 | 2019-11-15 | 배진범 | Apparatus for pvd coating having current controlled magnetron |
KR20200036034A (en) | 2011-12-22 | 2020-04-06 | 오를리콘 서피스 솔루션스 아크티엔게젤샤프트, 페피콘 | Low temperature arc ion plating coating |
-
2021
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Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR930001231A (en) * | 1991-06-20 | 1993-01-16 | 시기 모리야 | Column Selection Circuit of Semiconductor Memory |
JP2000328236A (en) * | 1999-05-21 | 2000-11-28 | Kobe Steel Ltd | Arc vaporization source, and vacuum vaporization device |
KR101784648B1 (en) | 2009-02-09 | 2017-11-06 | 오를리콘 서피스 솔루션스 아크티엔게젤샤프트, 페피콘 | Modifiable magnet configuration for arc vaporization sources |
JP2011184779A (en) * | 2010-03-10 | 2011-09-22 | Mitsubishi Materials Corp | Arc ion plating device |
KR20130121078A (en) * | 2010-06-22 | 2013-11-05 | 오를리콘 트레이딩 아크티엔게젤샤프트, 트뤼프바흐 | Arc deposition source having a defined electric field |
KR20200036034A (en) | 2011-12-22 | 2020-04-06 | 오를리콘 서피스 솔루션스 아크티엔게젤샤프트, 페피콘 | Low temperature arc ion plating coating |
KR20130106575A (en) * | 2012-03-20 | 2013-09-30 | (주)유진에스엠씨 | Vacuum arc evaporation unit and arc ion plating apparatus including the same |
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