KR20210025981A - 자속 세기의 조절이 가능한 금속타겟용 자속 유도구 및 이를 이용한 이온 플레이팅 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자속 세기의 조절이 가능한 금속타겟용 자속 유도구 및 이를 이용한 이온 플레이팅 장치에 관한 것이다.
본 발명의 자속 세기의 조절이 가능한 금속타겟용 자속 유도구는 진공 상태의 챔버 내측면에 마련되는 금속타겟의 일면에 결합되는 판 형상의 고정플레이트; 상기 고정플레이트의 후면에 고정되어 있으며 내부에는 외부의 전원공급원에 연결된 전선을 통해 전류가 인가되면 자장이 형성되도록 사각 링 형태를 가지면서 권선되어 있는 제1 자속유도선과, 사각 링 형태를 가지며 상기 제1 자속유도선의 내측에 위치되는 제2 자속유도선으로 이루어진 자속유도선; 및 상기 챔버의 외부에 배치되고 상기 전선에 연결되어 상기 제1,2 자속유도선에 인가되는 전류량을 조절하여 상기 제1,2 자속유도선의 자속 세기를 조절하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 제1,2 자속유도선에 의하여 금속타겟에 자속이 균일하게 유도되어 아크 방전시 금속타겟의 표면이 전체적으로 균일하게 증발될 수 있고, 코팅할 대상의 종류에 따라 제어부를 통해 자속 세기를 조절하여 금속타켓의 소모율을 감소시킬 수 있어, 금속타겟의 사용효율을 증가시켜 원가를 절감할 수 있다.

Description

자속 세기의 조절이 가능한 금속타겟용 자속 유도구 및 이를 이용한 이온 플레이팅 장치{Magnetic flux induction device for metal target with adjustable magnetic flux density and ion plating device using it}

본 발명은 금속타겟의 사용효율을 향상시켜 원가를 절감할 수 있는 자속 세기의 조절이 가능한 금속타겟용 자속 유도구 및 이를 이용한 이온 플레이팅 장치에 관한 것이다.

금형이나 공구 등의 모재에 우수한 내마모성이나 내식성, 내열성 및 고경도 등의 특별한 기능을 부여하기 위하여 소재의 표면피복층을 코팅하는 방법이 많이 이용되고 있다.

이러한 코팅방법으로, 종래에는 전기도금이나 화학도금과 같은 습식코팅법이 주로 이용되었으나, 최근에 들어서는 화학증착법(CVD)이나 물리증착법(PVD)을 이용한 건식코팅법이 많이 이용되고 있다.

화학증착은 열이나 플라즈마, 자외선 등의 에너지원을 하나 또는 두 성분이상으로 이루어진 화합물을 결합하여 가열된 고온상태의 모재 표면 위에서 하나 또는 그 이상의 기체성분이 열분해, 환원, 산화 등의 화학반응에 의해 기상으로부터 증기압이 낮은 물질을 생성하여 모재에 박막을 형성시키는 방법이다.

그리고, 물리증착은 진공의 분위기에서 타겟금속에 강한 전류를 훌려 이온을 생성시키고, 이 이온들이 기재에 증착됨으로써 박막의 코팅층을 형성시키는 방법으로 스퍼터링, 이온 플레이팅, 활성화 반응증착 등이 있다.

이중 이온 플레이팅(Ion plating)은 진공 용기 내에 증착시키고 싶은 금속을 증발시켜 피가공물인 모재의 표면에 금속피막을 증착시키거나, 또는 반응가스를 진공 용기 내에 도입하여 피가공물인 모재의 표면에 두 성분으로 된 화합물을 형성시키는 방법이 널리 사용되고 있다.

그리고 이온 플레이팅을 할 때 금속타겟을 아크 방전하여 금속 이온을 생성시키고, 금속타겟에서 생성된 이온을 제어하기 위하여 자석이 사용되고 있다.

종래의 이온 플레이팅 장치로서, 예를 들면, 대한민국 공개특허공보 제10-1993-0021812호의 "이온 플레이팅 장치"(이하, 종래기술이라 칭함)가 있다.

그런데, 상기와 같은 종래의 이온 플레이팅 장치는 자석이 금속타겟에서 떨어져 있으므로 인하여 자속이 금속타겟에 균일하게 유도되지 못하고 한곳에만 집중되어 자속이 많이 집중되는 부위만 급속하게 증발되므로 금속타겟을 오래 사용할 수 없는 문제점을 내포하고 있다. 즉, 금속타겟의 사용효율이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 금속타겟이 일정부위에서만 많은 이온을 증발시키게 되면 금속이온이 이온 플레이팅 장치의 내부에서 균일하게 퍼지지 못하여 모재의 코팅효율이 저하되는 문제점이 있다.

그리고, 코팅할 대상의 종류와 무관하게 일정한 세기로 코팅 작업시, 금속타켓의 타켓 라인만 소모되어 금속타켓의 손실율이 높아지므로, 금속타켓의 사용효율이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로써, 본 발명의 목적은 자속이 금속타겟에 균일하게 유도되도록 하여 금속타겟 전체가 균일하게 증발되게 함으로써, 금속타겟의 사용효율을 증가시켜 원가를 절감할 수 있는 자속 세기의 조절이 가능한 금속타겟용 자속 유도구 및 이를 이용한 이온 플레이팅 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 금속이온이 넓은 영역에서 균일하게 유지되도록 하여 모재의 코팅효율을 향상시킬 수 있는 자속 세기의 조절이 가능한 금속타겟용 자속 유도구 및 이를 이용한 이온 플레이팅 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 코팅할 대상의 종류에 따라 자속 세기를 조절하여 금속타켓의 손실율을 감소시켜, 금속타켓의 사용효율을 향상시켜 원가를 절감할 수 있는 자속 세기의 조절이 가능한 금속타겟용 자속 유도구 및 이를 이용한 이온 플레이팅 장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 자속 세기의 조절이 가능한 금속타겟용 자속 유도구는, 진공 상태의 챔버 내측면에 마련되는 금속타겟의 일면에 결합되는 판 형상의 고정플레이트; 상기 고정플레이트의 후면에 고정되어 있으며 내부에는 외부의 전원공급원에 연결된 전선을 통해 전류가 인가되면 자장이 형성되도록 사각 링 형태를 가지면서 권선되어 있는 제1 자속유도선과, 사각 링 형태를 가지며 상기 제1 자속유도선의 내측에 위치되는 제2 자속유도선으로 이루어진 자속유도선; 및 상기 챔버의 외부에 배치되고 상기 전선에 연결되어 상기 제1,2 자속유도선에 인가되는 전류량을 조절하여 상기 제1,2 자속유도선의 자속 세기를 조절하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 고정플레이트는 상기 금속타겟에 고정할 수 있도록 볼트가 체결되는 체결공이 형성되며, 상기 제1 및 제2 자속유도선이 상기 고정플레이트의 외측으로 노출되지 않도록 테두리부가 돌출되어 형성되는 고정테와, 상기 고정테의 내측으로 일정간격 이격된 상기 고정플레이트의 부위에서 돌출되어 형성되며 상기 제1 자속유도선이 삽입되어 고정되는 제1 코어와, 상기 제1 코어의 내측으로 일정간격 이격된 상기 고정플레이트의 부위에서 돌출되며 상기 제2 자속유도선이 삽입되어 고정되는 제2 코어로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 전선에 연결되며 내부에 가변 저항이 마련된 케이스와, 상기 케이스의 일면에 설치되며 상기 가변 저항값을 나타내는 표시부와, 상기 가변 저항에 연결되어 상기 가변 저항값을 변동시키는 레버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 자속 세기의 조절이 가능한 금속타겟용 자속 유도구를 이용한 이온 플레이팅 장치는, 진공 상태의 챔버와, 상기 챔버의 내부에 회전가능하게 설치되며 모재를 거치할 수 있는 지그가 하나 이상 고정되어 있는 회전플레이트와, 상기 챔버의 내측면에 마련되며 금속이온을 생성시키는 금속타켓과, 상기 금속타켓의 일면에 결합되는 청구항1에 의한 자속 세기의 조절이 가능한 금속타겟용 자속 유도구를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

먼저, 제1,2 자속유도선에 의하여 금속타겟에 자속이 균일하게 유도되어 아크 방전시 금속타겟의 표면이 전체적으로 균일하게 증발되므로, 금속타겟의 사용효율을 증가시켜 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 자속 유도구에 의하여 금속이온이 넓은 영역에서 균일하게 유지되므로, 모재의 코팅효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

그리고, 코팅할 대상의 종류에 따라 제어부를 통해 자속 세기를 조절하여 금속타켓의 소모율을 감소시킬 수 있어, 금속타겟의 사용효율을 증가시켜 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

도1은 본 발명에 따른 자속 세기의 조절이 가능한 금속타겟용 자속 유도구가 설치되어 있는 이온 플레이팅 장치를 나타낸 것이다.
도2는 본 발명에 따른 자속 세기의 조절이 가능한 금속타겟용 자속 유도구를 나타낸 것이다.
도3은 본 발명에 따른 자속 세기의 조절이 가능한 금속타겟용 자속 유도구를 나타낸 것이다.
도4는 본 발명에 따른 자속 세기의 조절이 가능한 금속타겟용 자속 유도구를 나타낸 것이다.
도5는 본 발명에 따른 자속 세기의 조절이 가능한 금속타겟용 자속 유도구의 제어부를 나타낸 것이다.
도6는 본 발명에 따른 자속 세기의 조절이 가능한 금속타겟용 자속 유도구가 설치되어 있는 이온 플레이팅 장치의 금속타켓을 나타낸 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명하되, 이미 주지된 기술적 부분에 대해서는 설명의 간결함을 위해 생략하거나 압축하기로 한다.

본 발명에 따른 자속 세기의 조절이 가능한 금속타겟용 자속 유도구(100)는 진공 상태의 챔버(1) 내측면에 마련되는 금속타겟(13)의 일면에 결합되는 판 형상의 고정플레이트(110)와, 고정플레이트(110)의 후면에 고정되어 있으며 내부에는 외부의 전원공급원(미도시)에 연결된 전선(L)을 통해 전류가 인가되면 자장이 형성되도록 코일이 권선되어 형성되며 고정플레이트(110)에 고정되어 있는 자속유도선(120)과, 챔버(1)의 외부에 배치되고 전선(L)에 연결되어 자속유도선(120)에 인가되는 전류량을 조절하여 자속유도선(120)의 자속 세기를 조절하는 제어부(130)를 포함한다.

여기서, 자속유도선(120)은 코일이 사각의 링 형태를 가지도록 권선되어 있는 제1 자속유도선(121)과, 코일이 사각의 링 형태를 가지도록 권선되어 있으며 제1 자속유도선(121)의 내측에 위치되는 제2 자속유도선(123)으로 이루어진다.

그리고, 고정플레이트(110)는 금속타겟(130)에 고정할 수 있도록 볼트가 체결되는 체결공(111a)이 형성되며, 제1,2 자속유도선(121, 123)이 고정플레이트(110)의 외측으로 노출되지 않도록 테두리부가 돌출되어 형성되는 고정테(111)와, 고정테(111)의 내측으로 일정간격 이격된 고정플레이트(110)의 부위에서 돌출되어 형성되며 제1 자속유도선(121)이 삽입되어 고정되는 제1 코어(113)와, 제1 코어(113)의 내측으로 일정간격 이격된 고정플레이트(110)의 부위에서 돌출되며 제2 자속유도선(123)이 삽입되어 고정되는 제2 코어(115)로 이루어진다.

이하, 본 발명에 따른 자속 세기의 조절이 가능한 금속타겟용 자속 유도구(100) 및 이를 이용한 이온 플레이팅 장치(10)에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.

도1을 참조하면, 자속 세기의 조절이 가능한 금속타겟용 자속 유도구를 이용한 이온 플레이팅 장치(10)는 진공 상태의 챔버(1)를 구비하며, 챔버(1)의 내부에는 모재(11)를 거치할 수 있는 지그(5)가 하나 이상 고정되어 있는 회전플레이트(3)가 모터(도시생략)에 의하여 회전가능하게 설치되어 있다.

지그(5)는 회전플레이트(3)에 회전가능하게 고정되어 있는 회전축(7)과, 이 회전축(7)과 함께 회전되며 모재(11)가 탑재되는 거치대(9)로 구성되어 있다.

회전플레이트(3) 및 지그(5)가 챔버(1) 내부에서 회전되는 것은 플라즈마 상태로 존재하는 금속이온이 모재(11)의 표면이 균일하게 코팅되게 하기 위함이다.

챔버(1)의 내측면에는 아크 방전에 의하여 표면이 증발되면서 금속이온을 생성시키는 금속타겟(13)이 마련되며, 금속타겟(13)은 촉발전극(도시생략)에 의하여 아크가 발생된다.

부가적으로, 금속타켓(13)은 인덕션 방식(고주파 유도가열)을 통해 표면이 증발되면서 금속이온을 생성시킬 수 있다.

금속타겟(13)의 일면에는 자장을 형성하여 금속타겟(13)에서 균일하게 금속이온이 형성되도록 방전 아크를 구속하는 자속 세기의 조절이 가능한 금속타겟용 자속유도구(100)가 결합되어 있는데, 이를 도2 내지 도5를 참조하여 상세히 설명한다.

도2 내지 도4을 참조하여 설명하면, 자속유도구(100)는 금속타겟(13)의 일면에 결합되는 사각 판 형상의 고정플레이트(110)와, 외부의 전원공급원(미도시)에 연결된 전선(L)을 통해 전류가 인가되면 자장이 형성되는 자속유도선(120)과, 챔버(1)의 외부에 배치되고 전선(L)에 연결되어 자속유도선(120)에 인가되는 전류량을 조절하여 자속유도선(120)의 자속 세기를 조절하는 제어부(130)로 이루어져 있다.

자속유도선(120)은 코일이 사각 링 형태로 권선되어 있는 제1,2 자속유도선(121, 123)으로 이루어져 있으며, 고정플레이트(110)의 내측에 부착되어 고정된다.

도2 내지 도5를 참조하여 설명하면, 고정플레이트(110)의 가장자리부에는 고정플레이트(110)를 금속타겟(13)에 고정함과 동시에 제1,2 자속유도선(121, 123)이 고정플레이트(110)의 외측으로 노출되지 않도록 테두리부가 돌출된 고정테(111)가 형성되어 있다.

그리고, 고정테(111)의 내측으로 일정간격 이격된 고정플레이트(110)의 부위에는 제1 자속유도선(121)의 내면이 삽입되어 고정되도록 제1 코어(113)가 돌출되어 형성된다.

또한, 제1 코어(113)의 내측으로 일정간격 이격된 고정플레이트(110)의 부위에는 제2 자속유도선(123)의 내면이 삽입되어 고정되도록 제2 코어(115)가 돌출되어 형성된다.

부가적으로, 고정플레이트(110)에는 제1,2자속유도선(121, 123)에 연결될 전선(L)이 삽입되기 위한 홀(미도시)들이 형성될 수 있다.

즉, 고정플레이트(110)는 테두리부가 돌출된 고정테(111)와, 고정테(111)의 내측에서 돌출되어 형성되며, 제1,2 자속유도선(121, 123)이 각각 고정되는 제1,2 코어(113, 115)로 이루어져 있는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 자속유도구(100)의 제1,2 코어(113, 115)의 높이는 고정테(111)의 높이 보다 낮게 형성되는 것이 바람직한데, 이는 자속유도구(100)를 금속타겟(13)에 고정하였을 때 제1,2 자속유도선(121, 123)이 고정되어 있는 고정플레이트(110)의 내측을 완전하게 밀폐시키기 위함이다.

한편, 금속타겟(13)의 아크 방전시 금속타겟(13) 및 고정플레이트(110)가 가열되는 것을 방지하기 위하여 제2 코어(115)에는 냉각관(130)이 삽입되도록 관통공(115a)들이 더 형성되어 있으며, 고정플레이트(110)의 고정테(111)에는 고정플레이트(110)를 금속타겟(13)에 고정할 때 볼트를 체결할 수 있도록 다수의 체결공(111a)이 형성되어 있다.

도1을 참조하여 설명하면, 제어부(130)는 챔버(1)의 외부에 배치되고 전선(L)에 연결되어 제1,2 자속유도선(121, 123)에 인가되는 전류량을 조절하여 제1,2 자속유도선(121, 123)의 자속 세기를 조절한다.

도5를 참조하여 설명하면, 제어부(130)은 전선(L)에 연결되며 내부에 가변 저항(C)이 마련된 케이스(131)와, 케이스(131)의 일면에 설치되며 가변 저항값을 나타내는 표시부(132)와, 가변 저항(C)에 연결되어 가변 저항값을 변동시키는 레버(133)을 포함한다.

따라서, 작업자는 레버(133)을 이동시킴으로써, 가변 저항값을 변동시켜 제1,2 자속유도선(121, 123)에 인가되는 전류량을 조절하여 제1,2 자속유도선(121, 123)의 자속 세기를 조절할 수 있다.

도6을 참조하여 설명하면, 코팅할 대상의 종류와 무관하게 일정한 세기로 코팅 작업시, 도6의 (a)에서와 같이 넓은 범위의 타켓 라인(H1)이 소모되어 금속타켓(13)의 소모율이 높아지므로 금속타켓(13)의 사용효율이 떨어지는데 반해, 코팅할 대상의 종류에 따라 제어부(130)을 통해 자속 세기를 조절하여 코팅 작업시, 도6의 (b)에서와 같이 좁은 범위의 타켓 라인(H2)이 소모되어 금속타켓(13)의 소모율이 낮아지므로, 금속타켓(13)의 사용효율을 증가시켜 원가를 절감할 수 있다.

상기와 같이 구성되어 있는 본 발명에 따른 자속유도구(100)는 외부의 전원공급원에 연결된 전선(L)을 통해 제1,2 자속유도선(121, 123)에 전류가 인가되면 자기력선이 형성되고, 이 자속에 의하여 금속타겟(13)의 아크 방전시 발생되는 금속이온이 금속타겟(13)의 표면에서 방출되어 모재(11)에 증착되는 것이다.

이때, 제1,2 자속유도선(121, 123)에 의하여 금속타겟(13)의 표면 전체에 자장 분포가 균일하고 안정적으로 이루어지게 되어 금속타겟(13)의 표면 전체에서 증발이 균일하게 발생된다.

결과적으로, 본 발명에 따른 자속 세기의 조절이 가능한 금속타겟용 자속 유도구(100)는 제1,2 자속유도선(121, 123)에 의하여 금속타겟(13)에 자속이 균일하게 유도되어 아크 방전시 금속타겟(13)의 표면이 전체적으로 균일하게 증발되므로, 금속타겟(13)의 사용효율을 증가시켜 원가를 절감할 수 있다.

또한, 자속 유도구(100)에 의하여 금속이온이 넓은 영역에서 균일하게 유지되므로, 모재의 코팅효율을 향상시킬 수 있다.

그리고, 코팅할 대상의 종류에 따라 제어부(130)을 통해 자속 세기를 조절하여 금속타켓(13)의 소모율을 감소시킬 수 있어, 금속타겟(13)의 사용효율을 증가시켜 원가를 절감할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 대한 구체적인 설명은 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 균등범위로 이해되어져야 할 것이다.

10 : 이온 플레이팅 장치 1 : 챔버 13 : 금속타켓
100 : 자속 세기의 조절이 가능한 금속타겟용 자속 유도구
110 : 고정플레이트 111 : 고정태 113 : 제1코어 115 : 제2코어
120 : 자속유도선 130 : 제어부

Claims (4)

1. 진공 상태의 챔버 내측면에 마련되는 금속타겟의 일면에 결합되는 판 형상의 고정플레이트;
   상기 고정플레이트의 후면에 고정되어 있으며 내부에는 외부의 전원공급원에 연결된 전선을 통해 전류가 인가되면 자장이 형성되도록 사각 링 형태를 가지면서 권선되어 있는 제1 자속유도선과, 사각 링 형태를 가지며 상기 제1 자속유도선의 내측에 위치되는 제2 자속유도선으로 이루어진 자속유도선; 및
   상기 챔버의 외부에 배치되고 상기 전선에 연결되어 상기 제1,2 자속유도선에 인가되는 전류량을 조절하여 상기 제1,2 자속유도선의 자속 세기를 조절하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는
   자속 세기의 조절이 가능한 금속타겟용 자속 유도구.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 고정플레이트는 상기 금속타겟에 고정할 수 있도록 볼트가 체결되는 체결공이 형성되며, 상기 제1 및 제2 자속유도선이 상기 고정플레이트의 외측으로 노출되지 않도록 테두리부가 돌출되어 형성되는 고정테와, 상기 고정테의 내측으로 일정간격 이격된 상기 고정플레이트의 부위에서 돌출되어 형성되며 상기 제1 자속유도선이 삽입되어 고정되는 제1 코어와, 상기 제1 코어의 내측으로 일정간격 이격된 상기 고정플레이트의 부위에서 돌출되며 상기 제2 자속유도선이 삽입되어 고정되는 제2 코어로 이루어지는 것을 특징으로 하는
   자속 세기의 조절이 가능한 금속타겟용 자속 유도구.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 전선에 연결되며 내부에 가변 저항이 마련된 케이스와, 상기 케이스의 일면에 설치되며 상기 가변 저항값을 나타내는 표시부와, 상기 가변 저항에 연결되어 상기 가변 저항값을 변동시키는 레버를 포함하는 것을 특징으로 하는
   자속 세기의 조절이 가능한 금속타겟용 자속 유도구.
   
4. 진공 상태의 챔버와, 상기 챔버의 내부에 회전가능하게 설치되며 모재를 거치할 수 있는 지그가 하나 이상 고정되어 있는 회전플레이트와, 상기 챔버의 내측면에 마련되며 금속이온을 생성시키는 금속타켓과, 상기 금속타켓의 일면에 결합되는 청구항1에 의한 자속 세기의 조절이 가능한 금속타겟용 자속 유도구를 포함하는 것을 특징으로 하는
   자속 세기의 조절이 가능한 금속타겟용 자속 유도구를 이용한 이온 플레이팅 장치.

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