KR100569905B1 - 진공 아크 증착방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

자기 필터의 자기장에 의한 필름형성특징의 저하를 방지하여 진공 아크 증착을 균일하게 하기 위해서, 본 발명에서, 다수의 자석은 도관의 타단에 위치한 플라즈마 주입구에 가장 가까운 마지막 자석 및 명시된 자석을 포함한다. 플라즈마 주입구에 가장 가깝게 위치한 마지막 자석은 플라즈마 주입구의 플라즈마 주입평면에 경사지게 설정될 수 있다. 더욱이, 명시된 자석 중 적어도 하나는 플라즈마 주입평면에 경사질 수 있다. 더욱이, 적어도 하나의 자기장생성코일이 도관의 단면에 대해 서로 다른 각도로 기울어진 다수의 전자기 코일로 형성될 수 있다. 전자기 코일 중 하나는 자기 필터에 의해 생성된 편향 자기장의 설정 및 제어에 근거하여 선택적으로 전류를 공급받을 수 있다.

진공 아크 증착, 전자기 코일, 자석, 편향 자기장

Description

진공 아크 증착방법 및 장치{VACUUM ARC VAPOR DEPOSITION PROCESS AND APPARATUS}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 진공 아크 증착장치를 도시하는 평면도.

도 2는 도 1의 마지막 자석으로서의 전자기 코일을 도시하는 사시도.

도 3a 및 3b는 도 2의 전자기 코일의 기울기를 설명하기 위한 도면.

도 4a 및 4b는 마지막 전자기 코일로 사용된 마지막 자석으로서의 전자기 코일이 α = 15°의 각도로 경사질 때의 전자 경로를 각각 설명하는데 유용한 평면도 및 우측입면도.

도 5a 및 5b는 마지막 자석으로서의 전자기 코일이 α = 15°의 각도로 경사지고 전자기 코일의 크기가 다른 자석의 전자기 코일보다 클 때의 전자 경로를 각각 설명하는데 유용한 평면도 및 우측단면도.

도 6은 마지막 코일로서의 전자기 코일의 각도(α)가 변경될 때 전자도달 위치의 측정값 결과를 보여주는 테이블.

도 7은 마지막 코일로서의 전자기 코일이 α = 15°의 각도로 경사지고 코일 전류가 변경될 때의 전자도달 위치의 측정값 결과를 보여주는 테이블.

도 8a, 8b 및 8c는 마지막 코일로서의 전자기 코일이 α = 15°의 각도로 경사지고 코일 전류가 30A, 50A 및 100A로 변경될 때 코일 크기 차이에 대한 전자도 달 위치의 측정값 결과를 보여주는 테이블.

도 9는 종래의 진공 아크 증착장치를 도시하는 평면도.

도 10a 및 10b는 도 9에 도시된 종래의 진공 아크 증착장치의 확산하는 자기장을 설명하기 위한 평면도 및 우측단면도.

도 11a 및 11b는 도 9에 도시된 종래의 진공 아크 증착장치의 확산하는 자기장을 각각 설명하기 위한 평면도 및 우측단면도.

도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 진공 아크 증착장치를 도시하는 평면도.

도 13은 도 12에서 마지막 자석으로서의 자기장생성코일을 도시하는 사시도.

도 14a 및 14b는 도 12의 장치에 의한 전자 경로를 도시하는 평면도 및 우측면도.

도 15는 도 12에서 마지막 단자로서의 다른 자기장생성코일을 도시하는 사시도.

도 16은 도 12에서 마지막 자석으로서의 또 다른 자기장생성코일을 도시하는 사시도.

도 17은 도 16에서 자기장생성코일의 전자기 코일의 권선상태를 설명하기 위한 도면.

도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공 아크 증착장치를 도시하는 평면도.

도 19는 도 9의 종래 장치에서 전하 입자의 드리프트를 설명하기 위한 도면.

도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 진공 아크 증착장치를 도시하는 평면도.

도 21은 도 20에 도시된 명시된 자석으로서의 전자기 코일을 도시하는 사시도.

도 22a 및 22b는 도 21에 도시된 전자기 코일의 기울기를 각각 설명하기 위한 평면도 및 우측면도.

도 23a 및 23b는 도 20의 장치에 의한 전자 랜딩 위치를 각각 설명하기 위한 평면도 및 우측면도.

도 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 진공 아크 증착장치를 도시하는 평면도.

도 25는 도 24의 장치에서 전자 경로를 설명하기 위한 평면도.

도 26은 도 24의 장치에서 전자 경로를 설명하기 위한 우측면도.

도 27은 기판 표면상의 전자 랜딩 위치를 설명하기 위한 그래프.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1..필름형성 챔버 2..진공 용기

5..홀더 6..기판

11..증발원 13..플라즈마 주입구

14,21,21a,21b,21b,21c,22a,22b,22c,23a,23b,23c,24a,24b,24c,25a,25b,25c..전자기 코일

14",14a,14b,14b',14c,14d',14d"..자기장생성코일

17,17',17b..편향 자기장 18a,18b,18c,22..자기 필터

19..음극물질 20a,20b,23..플라즈마 스트림

본 발명은 자동차 부품, 기계 부품, 기계 공구 및 금속 금형과 같은 기판의 내마모성을 향상시키기 위해 기판의 표면에 박판 필름을 형성하기 위한 진공 아크 증착방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자기 필터에 의한 자기장의 생성 및 제어에 관한 것이다.

일반적으로, 진공 아크 증착은 아크 방전이 음극과 양극 사이에서 야기되고 음극 물질이 기판 상에 증착하도록 증발하여 그 위에 박판 필름을 형성하는 단순한 박판 필름 형성공정이다. 이 공정은 필름 생산효율 면에서 뛰어나다.

그러나 진공 아크 증착공정에서, 지름이 몇 μm인 큰 입자(물방울)는 음극 물질로부터(또한, 어떤 방전조건에서 음극으로부터) 방출된다. 이때, 물방울은 기판에 증착되고, 이로 인해 알려진 바대로 필름을 형성하는 특성을 저하시킨다.

물방울이 필름 형성특징을 저하시키는 것을 방지하기 위해, 몇몇 증착기술이 제안되었다. 첫 번째 증착기술은 예를 들어 전자기 코일과 같은 자석을 사용하여 음극과 기판 사이에 발생한 자기장으로 물방울을 제거하는 것으로, 단지 플라즈마 스트림이 자기장을 따라 기판으로 이송된다. 다른 기술은 이러한 자기장을 사용하여 플라즈마의 밀도를 증가시키기 위한 플라즈마에 초점을 맞추고 있으며, 고밀도 플라즈마로 물방울을 녹인다.

물방울을 제거하고 플라즈마 스트림만을 기판으로 이송하기 위한 진공 아크 증착방법 및 장치는 예를 들어, JP-A-2001-59165(C23C14/32)에 개시되어 있으며, 이는 본 특허출원의 출원인에 의해 출원되었다.

상술한 진공 아크 증착장치(아크방식 이온 도금장치)는 도 9의 평면도에 도시된 것처럼 구성된다.

필름형성 챔버(1)를 형성하는 금속 진공용기(2)는 진공방출장치(미도시)에 의해 배기포트(3)를 통해 진공화된다. 아르곤가스와 같은 비활성가스 또는 반응가스는 좌측에 있는 가스 유입포트(4)를 통해 금속 진공용기(2) 내로 유입된다.

JP-A-2001-59165에서, 다수의 기판이 필름형성 챔버(1) 내의 원통형 홀더에 부착된 구조로 도시되었다. 도 9에서, 설명의 단순화를 위해서, 하나의 평판형 홀더(5)는 필름형성 챔버(1)의 중심부에 배치된다. 홀더(5)는 그 표면이 금속 도관(9)을 향해 전방으로 향하도록 회전 가능하게 제공된다. 기판(6)은 홀더(5)의 표면에 탈착 가능하게 지지된다.

기판(6)은 진공용기(2)에 대해 전형적으로 -0.5kV 내지 5.0kV 만큼 바이어스된 DC 펄스인 바이어스 전원(7)의 음극에 홀더(5)를 통해서 연결된다.

도 9에서, 참조부호 8은 진공용기(2)의 후면에 제공되어 바이어스 전원(7)의 음극을 절연하는 절연부재를 가리킨다.

단면이 직각인 금속 도관(9)은 좌측으로 굴곡되면서(도 9 참조), 금속 진공용기(2)로부터 전방으로 연장된다. 증발원(11)은 종판(end plate)(9')의 중심부에 제공된다. 종판(9')의 일단부는 접지된다. 증발원(11)은 절연부재(10)가 그 사이에 개재된 상태에서 도관(9)의 전단부에 위치된다. 대략 수십 V의 아크 전원(12)을 갖는 음극이 증발원(11)에 연결된다. 아크 전원(12)의 양극은 접지된다. 그러므로 도관(9)은 양극으로 작동하고 증발원(11)은 음극으로 작동한다.

양극은 각각 도관(9) 대신에 제공된다.

증발원(11)은 물냉각 메커니즘, 진공밀폐 메커니즘, 트리거 메커니즘 등을 포함한다.

자기장생성코일(14a 내지 14d)은 도관(9)을 둘러싸면서 도관(9)의 양단부 사이의 다수의 위치에 제공된다.

도관(9)의 일단부로부터 #1 내지 #4로 번호가 부여된 자기장생성코일(14a 내지 14d)은 도관(9)의 단면에 평행하게 배치된다.

마지막 자석의 전자기 코일(14d)은 도관(9)의 단면 및 플라즈마 주입구(13)의 플라즈마 주입평면 및 기판에 평행하게 배치된다.

자기장생성코일(14a 내지 14d)은 전류원으로서 코일 전원(15)의 출력단자들 사이에 일렬로 연결된다. 자기장생성코일(14a 내지 14d)의 코일 전류는 제어부(16)의 코일전류 제어에 의해 제어된다. 제어된 전류가 자기장생성코일(14a 내지 14d)로 공급되면, 편향 자기장(17a)이 생성되어 실선 루프로 가리킨 것처럼 도관(9)을 따라 굴곡된다. 편향 자기장(17a)은 자기 필터(18a)를 형성한다.

자기장생성코일(14a 내지 14d)은 도관(9)을 둘러싸면서 도관(9)의 양단부 사이의 여러 위치에 제공된다. 이들 자기장생성코일(14a 내지 14d)은 도관의 일단부로부터 #1 내지 #4로 번호가 부여된다.

#4 전자기 코일(14d)은 플라즈마 주입구(13)에 가장 가까운 마지막 자석이 고, 나머지 #1 내지 #3 전자기 코일(14a 내지 14c)은 회전개수 및 크기가 동일하다.

전자기장 코일(14d)은 도관(9)의 단면과 실질적으로 평행한데, 이는 이점쇄선으로 표시된 바와 같이 도관(9)의 연장방향에 수직이고, 플라즈마 주입구(13)의 플라즈마 주입표면에 평행하다. 나머지 전자기 코일(14)은 또한 도관(9)의 단면 평면에 실질적으로 평행하다.

도관(9)의 타단부는 진공용기(2)의 전방 플레이트(2")의 중심부에 장착된다. 도관(9)의 타단부의 플라즈마 주입구(13)는 필름형성 챔버(1)와 서로 연통된다. 수평으로(수평 방향으로) 연장되는 플라즈마 주입구(13)의 플라즈마 주입평면의 중심은 홀더(5)와 기판(6)이 결합된 중심에 정렬된다.

진공 아크 증착장치에서, 진공 아크방전은 양극으로서의 도관(9)과 음극으로서의 증발원(11) 사이에서 일어난다. 이때, Ti, Cr, Mo, Ta, W, Al 및 Cu와 예를 들어 TiAl과 같은 이들의 합금과 같은 증발원(11)의 단순 금속인 전도성 음극 물질(19)은 증발원으로부터 증발된다.

음극 물질(19)의 이온 및 아크방전에 의해 생성된 전자를 함유하는, 화살표가 있는 점선으로 표시된 플라즈마 스트림(20a)은 편향 자기장(17a)을 따라서 도관(9)의 일단부로부터 타단부에 위치한 플라즈마 주입구(13)로 이송된다.

증발원(11)으로부터 방출된 각 물방울은 전기적으로 중성이고 플라즈마에서 음성으로 대전된다. 어떤 경우에도, 물방울의 질량은 상당히 크다. 따라서, 이들은 편향 자기장(17a)과 무관하게 전방으로 똑바로 이동하여 도관(9)의 내벽에 부딪 치며, 물방울은 플라즈마 스트림(20a)으로부터 제거된다. 따라서, 물방울은 떨어져서 기판(6)과 홀더(5)의 표면에 도달한다.

플라즈마 주입구(13)에 도달한 음극 물질(19)의 이온은 바이어스 전원(7)에 의해 야기된 기판(6)의 음극 바이어스 전위 하에서 필름형성 챔버(1)로 인도된다. 이온은 기판(6)의 표면상에 스퍼터링되고, 그로 인해 기판(6)의 표면에 음극 물질(19)로 만들어진 증착 필름을 형성한다.

반응 가스는 가스 유입포트(4)를 통해 필름형성 챔버(1) 내로 유입된다. 그 후, 가스는 음극 물질(19)의 이온과 반응하여 티탄 탄화물, 티탄 질화물, 알루미나 및 이산화티타늄과 같은 금속 합성물의 박판 필름인 기판의 표면에 증착된다.

반응 가스가 유입될 때, 탄소 필름 등이 기판의 표면에 증착에 의해 형성된다.

도 9의 종래 장치에 의한 진공 아크 증착에서, 마지막 자석의 전자기 코일(14d)은 플라즈마 주입구(13)의 플라즈마 주입평면 및 기판(6)에 평행하게 배치된다.

도 9에 도시된 종래의 진공 아크 증착장치의 진공 아크 증착에서, 자기장생성코일(14a 내지 14d)의 자기장은 도관(9)의 단면에 평행하게 배치되고, 자기 필터(18a)의 생성된 자기장은 이들의 설치조건에 의해 한정된 다양한 특성으로 고정된다.

도 9의 종래 장치에 의한 진공 아크 증착에서, 마지막 자석의 전자기 코일(14d)은 도관(9)의 단면 평면, 플라즈마 주입구(13)의 플라즈마 주입평면 및 기판(6)에 평행하게 배치된다. 나머지 전자기 코일(14a 내지 14c)은 또한 그들의 위치에서 도관(9)의 단면평면에 실질적으로 평행하다.

전자가 균일한 자기장 내에서 이송될 때, 잘 알려진 것처럼, 전자는 다음의 수학식 1로 주어진 로렌츠힘(F)을 받는다.

F = q · (v x B)

여기서, v = 자기장에 수직인 방향으로의 전자(외부) 속도,

B = 자기장,

x = 벡터곱 연산자,

· = 벡터 내적 연산자이다.

로렌츠힘(F) 하에서, 전자는 나선형으로 회전하면서 편향 자기장(17a)의 자계선을 따라 이동한다.

음극 물질(19)의 이온은 전자에 의해 이끌리면서 도관(9)내에서 도관(9)을 따라 이동하고, 플라즈마 주입구(13)로 이송된다.

이때, 마지막 자석으로서의 전자기 코일(14d) 근처에서, 도 10a 및 10b에서 실선의 자계선으로 지시된 것처럼, 확산하는 자기장이 존재한다. 플라즈마 주입구(13)에 도달한 전자 및 이온은 확산하는 자기장을 따라 이동한다.

도 10a 및 10b는 전류가 자기장생성코일(14a 내지 14d)의 두 개의 자기장생성코일(14b 및 14d)로 공급될 때 각각 발생되는 자계선의 분포를 보여주는 평면도 및 우측면도이다.

자계선을 따른 전자의 이동경로는 전자에 의해 이끌리면서 이동하는 음극 물질(19)의 이온의 이동경로에 대응한다. 그러므로 전자 이동경로로부터 음극 물질(19)의 이온의 경로를 파악할 수 있다.

도 10a 및 10b의 자계선에 의한 전자의 이동경로는 도 11a 및 11b의 평면도 및 우측면도에 도시된 것과 같다.

확산하는 자기장 하에서, 전자가 도달하는 기판의 위치는 기판(6)의 중심으로부터 수평방향으로 편향되어 있고, 이의 굴곡방향에 따라서 상하 방향(수직방향)으로 확산된다.

도 19의 평면도에 도시된 것처럼, 바깥 방향의 원심력과 내측 방향의 자기장 기울기(경사각)(▽B)이 편향 자기장(17a)과 같은 진공 굴절 자기장에서 전자 및 이온에 작용하고, 드리프트(drift)가 다음 수학식 2로 주어진 것처럼 발생한다.

v(R) + v(▽B) = (m/q) · (Rc x B) · (v(││) + v(┷)2

여기서,

v(R) = Fcf의 속도 드리프트,

v(▽B) = v(▽B)의 속도 드리프트,

m = 질량,

v(││) = 도관(9)의 B 방향(연장방향)의 속도,

v(┷) = 수직선의 속도,

Rc = 도 19에서 x 위치에서의 곡률 반경,

q = 전기전하이다.

상술한 식에서, "Rc x B"는 곡률 반경(Rc)이 자기장(B)에 놓여진 상태로 회전될 때 오른손나사가 진행하는 방향을 갖는 벡터를 나타낸다.

플라즈마(20a)의 이온은 이온이 전자에 의해 이끌리는 동안 이동하는 경향을 보여준다. 드리프트 효과에 의해서, 이온 증착위치는 목표 위치로부터 훨씬 더 벗어난다.

도관(9)의 단면과 자기장생성코일(14a 내지 14d)은 각각 단면이 서로 수직이다. 자기장생성코일(14a 내지 14d)의 자장특성 때문에, 자기장의 기울기(▽B)는 단면의 외측을 향해 증가한다. 따라서 비스듬한 아랫방향을 갖는 드리프트 속도는 증가하고, 그로 인해 아랫방향으로의 확산이 증가한다.

자기 필터(18a)를 사용하여 물방울을 제거하는 이 형태의 진공 아크 증착장치에서, 의도한 두께의 박판 필름을 갖도록 기판(6) 상의 목표위치에 음극 물질의 박판 필름을 증착하는 것은 어렵다. 이러한 관점에서, 상술한 종래의 진공 아크 증착장치는 균일한 필름 형성특징을 얻는데 만족스럽지 못하다.

동일한 문제는 증발원(11)의 개수에 관계없이 발생한다.

필름 형성특성을 개선하기 위한 가능한 접근법이 있는데, 자기장생성코일(14a 내지 14d)의 설치각(기울기)을 조정함으로써, 자기 필터(18a)에 의해 생성된 자기장은 이온 및 전자의 이송경로(플라즈마 경로)를 조정하도록 설정되고 제어된다. 자기장생성코일(14a 내지 14d)을 실제로 이동시켜 자기장생성 코일(14a 내지 14d)의 설치각(기울기)을 조정하기 위해, 자기장생성코일(14a 내지 14d)을 이동시키기 위한 복잡하고 값비싼 3차원 회전 메커니즘이 사용되어야 한다. 그러므로 쉽고 저렴한 조정을 통해 자기 필터(18a)에 의해 생성된 자장특성을 설정하고 제어하는 것은 불가능하다.

세 개의 증발원(11), 즉 상부 음극으로 명명된 상부 증발원(11), 중간 음극으로 명명된 중간 증발원, 및 하부 음극으로 명명된 바닥 증발원이 수직으로 배치된 경우를 고려해보자. 주로 상부 음극에서 방출된 전자는 자기장(B)의 상향 커브에 의해 영향을 받으며, 하부 음극으로부터 방출된 전자는 자기장(B)의 하향 커브에 의해 주로 영향을 받는다. 상부 및 하부 음극으로부터의 전자는 표 1에서 보는 바와 같이, 음극으로부터 기판(6)쪽으로 볼 때 코일 전류의 순방향 및 역방향(시계방향 및 반시계방향)에 따라서 다음 방향으로 표류(드리프트)한다. 전자 드리프트 방향은 상부 및 하부 음극에 대해서 및 코일 전류의 순방향 및 역방향에 대해서 대칭이다.

드리프트 방향

전류 방향	시계방향	반시계방향
음극
상부	하부 좌측	상부 우측
하부	하부 우측	상부 좌측

플라즈마(20a) 내의 이온은 이온이 전자에 의해 이끌리면서 이동하는 경향을 보인다.

드리프트 효과에 의해서, 이온 증착위치는 목표 위치로부터 더욱 벗어나게 된다.

자기 필터(18a)를 이용하여 물방울을 제거하는 이 종류의 진공 아크 증착장치에서, 의도된 두께의 박판 필름을 갖도록 기판(6) 상의 목표위치에 음극 물질(19)의 박판 필름을 증착하는 것은 어렵다. 이 관점에서, 상술한 종래의 진공 아크 증착장치는 균일한 필름형성특징을 얻는 데에는 만족스럽지 못하다.

유사한 문제가 자기 필터의 기능을 사용하여 물방울을 제거하는 이 종류의 진공 아크 증착에서 증발원(11)의 개수에 관계없이 발생한다.

다른 경우에, 확산하는 자기장(B)은 경사(▽B)를 갖는다. 잔자와 같은 전하된 입자는 기울기(▽B)가 확산하는 자기장(B)에 놓여진 상태로 다음 수학식 102에 주어진 속도(속도_B)에서 회전할 때 오른손나사가 진행하는 방향으로 표류한다. 경사(▽B)는 더욱 전자경로를 벗어난다.

VB = -μ · (▽B x B) / (q · B2)

여기서, μ = 자기 투과성,

q = 전하,

B = 자기장 벡터,

▽B = 자기장(B)의 경사 벡터,

x = 벡터곱의 연산자,

· = 벡터내적의 연산자이다.

이 상황에서, 음극 물질(19)의 이온을 원하는 위치, 즉 기판(6) 표면의 중심부 및 그 주변으로 랜딩시키는 것은 불가능하다.

도관(9)의 단면 및 자기장생성코일(14a 내지 14d)은 각각 단면이 서로 수직이다. 자기장생성코일(14a 내지 14d)의 자장특성 때문에, 자기장의 기울기(▽B)는 단면의 외측을 향해 증가한다. 따라서 아래쪽으로 기울어진 방향을 갖는 드리프트 속도는 증가하고, 그로 인해 아래 방향으로의 확산이 증가한다.

음극 물질(19)의 이온의 랜딩 중심을 예를 들어 기판(6)의 표면의 중심에 설정하는 것은 불가능하다. 음극 물질(19)의 이온의 랜딩 위치가 각각의 전자기 코일(14a 내지 14d)을 통해 흐르는 전류의 방향을 주기적으로 바꾸는 것에 의해 주기적으로 변경되더라도, 기판(6) 상의 원하는 위치에 음극 물질(19)을 증착시켜서 기판(6)에 필름을 형성하는 것은 불가능하다. 이러한 관점에서, 진공 아크 증착장치는 균일한 필름형성을 얻는데 만족스럽지 못하다.

본 발명의 목적은 마지막 자석(전자기 코일) 근처에서 확산하는 자기장에 기인하는 음극 물질의 수직 확산 및 음극 물질의 랜딩 위치의 수평적 오프셋을 방지하고, 그로 인해 기판 상에 균일한 박판 필름을 증착하고, 음극 물질이 랜딩하는 기판상의 위치를 원하는 대로 제어하여 필름형성특징의 보다 나은 향상을 보장하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 자기장생성코일을 실질적으로 이동하지 않으면서 이런 종류의 진공 아크 증착장치에서 자기 필터의 자기장 특징을 간단하고 저렴한 방 식으로 조정, 설정 및 제어하고, 그로써 필름형성특징을 향상하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 마지막 자석(전자기 코일)을 이용하기보다는 차라리 자기 필터의 도관의 일단부(증발원)에 보다 가까운 자석에 의해 생성된 자기장으로부터 야기된 전자 드리프트에 초점을 맞춤으로써 기판을 위한 필름형성특징을 향상하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 음극 물질의 이온이 도달하는 기판상의 위치를 원하는 대로 제어하여 필름형성특징을 보다 향상시키는 것이다.

본 발명을 달성하기 위해서, 본 발명의 진공 아크 증착방법은 플라즈마 주입구에 가장 가깝게 위치한 마지막 자석이 플라즈마 주입구의 플라즈마 주입평면에 경사지게 배치되고, 이온의 이송방향이 마지막 자석에 의해 생성된 자기장에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.

마지막 자석은 플라즈마 주입구의 플라즈마 주입평면에 대해 적절한 각도로 경사지게 장착되고, 이는 종래기술에서의 플라즈마 주입평면에 평행하다. 이러한 특징으로, 마지막 자석에 의해 생성된 자기장 하에서, 음극 물질의 이온은 기판 표면상의 중심부로 이동하고 랜딩한다.

마지막 자석의 설치각을 적절한 값으로 설정함으로써, 음극 물질의 이온은 기판 표면상의 목표위치에 랜딩한다. 결과적으로, 증착된 박판 필름은 원하는 필름형성 특징으로 형성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 마지막 자석의 설치각은 변경 가능하다.

마지막 자석의 설치각은 필름형성공정 이전에 및 도중에 변경될 수 있다. 따라서 다양한 필름형성특징을 갖는 증착된 박판 필름이 원하는 대로 형성될 수 있 다.

다른 기설정된 실시예에서, 마지막 자석은 나마지 자석과 다른 크기를 갖는다.

마지막 자석의 확산하는 자기장, 특히 수직 확산은 마지막 자석의 크기를 변경시킴으로써 다양하게 제어될 수 있다. 예를 들어, 마지막 자석이 각각의 나머지 자석보다 크다면, 마지막 자석의 수직 확산은 플라즈마 주입평면보다 기판에 더 가까운 위치로 높은 수준으로 억압되고, 증착될 음극 물질의 입자가 수직으로 팽창하는 것을 방지한다. 결과적으로, 필름은 보다 뛰어난 필름형성특징을 갖고 보다 균일하게 형성된다.

바람직하게는 각각의 자석이 전자기 코일로 이루어지는 것이 실용적이고 바람직하다.

더욱이, 마지막 자석의 설치각은 자동으로 제어되는 것이 바람직하다.

만족할만한 필름형성특징을 보장하기 위해서, 각각의 자석은 전자기 코일로 이루어지고, 자석의 각 전자기 코일에 공급되는 코일 전류는 마지막 자석의 설치각의 제어와 연계하여 제어되는 것이 바람직하다.

다수의 증발원이 사용된다면, 필름형성능력은 향상되며, 많은 종류의 음극 물질이 필름 형성을 위해 사용될 수 있다.

각 자석을 이루는 각 전자기 코일에 공급되는 코일 전류의 방향은 고정된 시간 간격으로 반대로 변경될 수 있다. 이런 경우, 전자 드리프트 방향이 반대로 변경되고, 음극 물질의 이온의 랜딩 위치는 주기적으로 변경되며, 결과적으로 필름은 큰 영역을 가진 기판 전체에 대해 균일하게 형성된다.

본 발명의 또 다른 양태에 따라서, 플라즈마 주입구에 가장 가깝게 위치한 마지막 자석이 플라즈마 주입구의 플라즈마 주입평면에 대해 경사지도록 배치된 것을 특징으로 하는 진공 아크 증착장치가 제공된다.

이 진공 아크 증착장치는 마지막 자석의 설치각을 변경시키기 위한 수단을 포함할 수 있다.

따라서 이와 같이 구성된 진공 아크 증착장치는 제1 및 제2 진공 아크 증착방법을 실행하는데 사용될 수 있다.

마지막 자석은 나머지 자석과 다른 크기를 가질 수 있다.

이러한 구성에 의해, 자기장의 수직 확산을 억제하는 기능이 제1 및 제2 진공 아크 증착장치에 제공될 수 있다.

각각의 자석은 바람직하게 자기장 코일로 이루어지는 것이 유용하다.

더욱이, 마지막 자석의 설치각을 자동으로 제어하기 위한 자동제어수단을 사용하는 것이 바람직하다.

만족할만한 필름형성특징을 보장하기 위해, 각각의 자석이 전자기 코일로 이루어지고, 마지막 자석의 설치각 제어와 연계하여 자석의 각 전자기 코일에 공급되는 코일 전류를 제어하기 위한 수단을 사용하는 것이 바람직하다.

다수의 증발원이 사용될 수 있으며, 각 자석을 형성하는 각 전자기 코일에 공급되는 코일 전류의 방향은 고정된 시간 간격으로 반대로 변경될 수 있다.

본 발명의 제2 양태를 달성하기 위해, 본 발명의 진공 아크 증착장치는 자기 장생성코일의 적어도 하나가 도관을 둘러싸면서 도관의 단면에 대해 서로 다른 각도로 경사진 다수의 전자기 코일로 형성되고, 전자기 코일이 자기 필터의 자기장의 설정 및 제어에 따라 선택적으로 전류를 공급받는 것을 특징으로 한다.

자기 필터를 형성하는 적어도 하나의 자기장생성코일은 도관을 둘러싸면서 도관의 단면에 대해 서로 다른 각도로 경사진 다수의 전자기 코일로 형성된다. 전자기 코일 중 하나가 선택되고 전류를 공급받는다. 각 자기장생성코일의 자장특성은 전류가 공급된 전자기 코일의 자장특성이다. 자기 필터의 특성은 자기장생성코일을 실질적으로 경사지게 하지 않으면서 조정, 설정 및 제어될 수 있다.

그러므로 자기장생성코일을 원형으로 이동시키기 위해 복잡하고 값비싼 회전 메커니즘을 사용할 필요가 없다. 따라서 자기 필터의 자장특성은 단순하고 저렴한 구성으로 용이하게 설정 및 제어되어 기판 상에 균일한 박판 필름을 형성하고, 그로 인해 필름형성특성 등이 향상된다.

도관을 둘러싸는 다수의 전자기 코일은 도관의 단면에 수직인 두 평면 중 하나에 서로 다른 각도로 경사지도록 제공되는 것이 유용하다.

도관을 둘러싸는 다수의 전자기 코일은 서로 다른 코일 크기를 가지거나, 또는 코일 크기가 동일하거나 거의 동일하다.

본 발명의 제3 양태를 달성하기 위해서, 자기 필터를 형성하는 자석을 갖는 제1 진공 아크 증착방법에서, 플라즈마 주입구에 가까운 마지막 자석보다 증발원에 더 가까운 하나 이상의 명시된 자석은 도관의 단면 평면에 대해 경사지고, 이온 이동 방향은 명시된 자석에 의해 생성된 자기장에 의해 제어된다.

자기 필터를 형성하는 자석 중에서, 마지막 자석을 제외한 하나 또는 그 이상의 자석이 도관 둘레에 배치되면서 도관의 단면 평면에 대해 활동적으로 경사진다. 이 자석에 의해 생성된 편향 자기장의 방향은 종래 방법에 의해 생성된 자기장의 방향과는 다르고, 실질적으로 도관의 단면 평면에 대해 평행하다. 자석의 경사각이 적절하게 선택된다면, 플라즈마 스트림으로부터 추출된 전자 및 이온의 이송방향이 정정되고, 상술한 드리프트가 억제되며, 음극 물질의 랜딩 위치가 드리프트에 의해 거의 영향 받지 않는다. 결과적으로, 필름형성특성이 향상된다.

제2 진공 아크 증착방법에서는, 제1 진공 아크 증착방법에서와 마찬가지로, 명시된 자석이 도관의 단면 평면에 대해 경사지고, 마지막 자석이 플라즈마 주입구의 플라즈마 주입평면에 대해 경사지고, 음극 물질의 이온의 이동방향이 명시된 자석 및 마지막 자석에 의해 생성된 자기장에 의해 제어된다.

이 경우, 마지막 자석에 의해 생성된 자기장은 마지막 자석이 플라즈마 주입구의 플라즈마 주입평면에 평행하게 배치된 종래의 경우와 서로 다르다.

명시된 자석과 마지막 자석의 설치각을 적절하게 설정함에 의해, 전자와 이온의 이동방향은 명시된 자석과 마지막 자석에 의한 자기장에 의해 보정된다. 상술한 드리프트는 억제되고, 필름형성특성은 더욱 향상된다.

본 발명의 진공 아크 증착방법에서, 명시된 자석 및/또는 마지막 자석의 설치각은 변경 가능하다.

명시된 자석 및/또는 마지막 자석의 설치각은 필름형성공정 이전에 및 도중에 변경될 수 있다. 다양한 필름형성특성을 갖는 증착된 필름은 의도하는 특성을 가지고 형성될 수 있다.

제2 및 제3 진공 아크 증착방법에서, 자석은 바람직하게 전자기 코일이다.

명시된 자석 및/또는 마지막 자석의 설치각은 자동으로 제어된다.

각 자석은 전자기 코일로 이루어지고, 자석의 각 전자기 코일에 공급된 코일 전류는 명시된 자석 및/또는 마지막 자석의 설치각 제어와 연계하여 제어된다. 이 기술적 특징은 필름형성특징의 관점에서 바람직하다.

다수의 증발원이 사용된 경우, 필름형성능력은 향상되고, 많은 종류의 음극 물질이 필름 형성을 위해 사용될 수 있다.

각 자석을 형성하는 각 전자기 코일로 공급되는 코일 전류의 방향은 고정된 시간 간격으로 반대로 변경될 수 있다. 이런 경우, 전자 드리프트 방향이 반대로 변경되고, 음극 물질의 이온의 랜딩 위치가 주기적으로 바뀌며, 결론적으로 필름은 큰 영역을 갖는 기판 전체에 대해 균일하게 형성된다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 플라즈마 주입구에 가까운 마지막 자석보다 증발원에 더 가까운 하나 이상의 명시된 자석이 도관의 단면 평면에 경사지고, 이온 이송방향이 명시된 자석에 의해 생성된 자기장에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 진공 아크 증착장치가 제공된다.

본 발명의 진공 아크 증착장치에서, 명시된 자석은 도관의 단면 평면에 대해 경사지고, 마지막 자석은 플라즈마 주입구의 플라즈마 주입평면에 대해 경사진다.

본 발명은 제1 및 제2 진공 아크 증착방법에 적용 가능한 진공 아크 증착장치를 제공한다.

본 발명의 진공 아크 증착장치는 명시된 자석 및/또는 마지막 자석의 설치각을 변경시키기 위한 수단을 포함하고, 제3 진공 아크 증착방법을 실행한다.

본 발명의 진공 아크 증착장치에서, 자석은 전자기 코일인 것이 유용하며, 명시된 자석 및/또는 마지막 자석의 설치각을 자동으로 제어하기 위한 수단을 포함하는 것이 바람직하다.

각 자석은 전자기 코일로 이루어지고, 명시된 자석 및/또는 마지막 자석의 설치각 제어와 연계하여 자석의 각 전자기 코일에 공급되는 코일 전류를 제어하기 위한 수단이 추가적으로 포함된다. 이 기술적 특징은 필름형성특성의 관점에서 바람직하다.

다수의 증발원이 제공될 수 있으며, 각 자석을 형성하는 각 전자기 코일에 공급되는 코일 전류의 방향을 고정된 시간 간격으로 반대로 변경하기 위한 전류제어수단이 더 포함된다.

본 발명의 일실시예를 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한다.

도 1은 도 9의 장치에 대응하는 진공 아크 증착장치를 도시하는 평면도이다.

도 1에서, 전자기 코일(21)은 도 9의 마지막 자석으로서의 전자기 코일(14d)의 위치에 사용되었다. 전자기 코일(21)은 다른 전자기 코일(14a 내지 14c)보다 크다.

전자기 코일(21)은 도 2의 사시도에 도시된 것처럼, 사각 프레임처럼 형성되었다. 도 3a 및 3b에서 도관에 장착된 전자기 코일을 도시하는 평면도 및 우측면도에서, X-축 방향은 수평방향("정(positive)방향"은 우측으로 할당되었다)을 나타내고, Y-축 방향은 앞뒤 방향("정방향"은 뒤쪽으로 할당되었다)을 나타내고, 또한 Z-축은 수직방향("정방향"은 위쪽으로 할당되었다)을 나타낸다. 전자기 코일은 X-Y축으로 정의된 평면에서, 플라즈마 주입구(13)의 플라즈마 주입평면에 대해 평행한 점선 고도로부터 각도(α)로 경사지고, Y-Z 평면에서 각도(β)로 경사지는 상태로 도관 상에 장착된다.

각도(α 및 β)는 충전된-입자 분석 시뮬레이션 및 증착 시험공정에 의해 미리 최적화되어 결정된다. 본 실시예에서, 전자기 코일(21)이 도관(9) 상에 장착되는 각도는 수동으로 조정된다. 조정에 있어서, 전자기 코일은 전자기 코일(21)의 플라즈마 분출표면에 대해 각도(α 및/또는 β)로 기울어진다.

전자기 코일(21)에 의해 생성된 자기장은 각도(α 및/또는 β)에 따라서 제어된다. 도 9에서의 편향 자기장(17)과는 다른 편향 자기장(17')을 갖는 자기 필터(22)가 플라즈마 주입구(13) 근처에 형성된다. 도 9에서의 플라즈마 스트림(20)에 대응하는 플라즈마 스트림(23)이 자기 필터(22)에 의해 생성된다.

이때, 도 4a 및 4b에서 전자 경로를 도시하는 평면도 및 우측면도에 도시된 것처럼, 도관(9)을 통과하여 기판(6)의 표면에 도달하는 전자 경로는 전자가 도달하는 표면상의 중심위치가 기판(6) 상의 중심과 실질적으로 일치하도록 조정된다.

전자기 코일(21)의 설치각에 의한 효과를 보여주기 위해서, 도 4a 및 4b에 도시된 전자 경로는 전자기 코일(21)이 각각의 나머지 전자기 코일(14)과 동일한 크기를 갖는 전자기 코일(21')로 대체된다. 그 후 전자기 코일(21')은 시계방향으 로 15°만큼 기울어지고, 그로 인해 수평방향의 자기장 확산이 변환에 의해 보정된다. 도 11a 및 11b의 경우에서처럼, 전류는 단지 두 개의 전자기 코일(21' 및 14), 즉 이 전자기 코일과 다른 모든 전자기 코일에 제공된다.

전자기 코일(21)의 크기는 각각의 나머지 전자기 코일(14)과 서로 다르며, 본 실시예에서, 전자기 코일(21)은 나머지 전자기 코일(14)보다 커서 자기장의 확산을 수직 방향으로 억제한다.

전자기 코일(21)이 각각의 다른 전자기 코일(14)보다 큰 경우, 수직 방향으로 자기장의 초점을 모으는 부가기능을 갖게 된다. 이 부가기능으로, 자기장은 수직 방향으로 보정하도록 변환된다. 전자 경로를 보여주는 도 5a 및 5b의 평면도 및 우측면도에 도시된 것처럼, 수직 방향으로 도시된 바와 같은 전자 경로는 기판(6)의 표면 중심을 향해서 보정된다. 이 사실은 우리의 실험에 의해 확인되었다.

도 5a 및 5b에 도시된 전자 경로는 시계방향으로 기울어진 경우 전자기 코일(21)의 설치각(α)이 15°이고 이 전자기 코일의 크기가 다른 각각의 전자기 코일(14) 크기의 120%인 조건 하에서 표현되었다. 도 4a 및 4b의 경우에서처럼, 전류는 단지 두 개의 전자기 코일(21 및 14), 즉 이들 전자기 코일과 다른 모든 전자기 코일에만 제공된다.

도 4a, 4b, 5a 및 5b에 도시된 것처럼, 전자 경로는 수직 및 수평 방향 모두에서 기판(6)의 표면 중심을 향해서 보정된다. 그러므로 음극 물질(19)의 이온의 랜딩 위치의 오프셋은 기판 표면상에서 수직 및 수평 방향으로 이루어지고(이 이온 랜딩 위치 오프셋은 수직 및 수평 오프셋으로 언급될 것이다), 이온의 확산은 기판 상의 중심을 향해서 보정된다. 결과적으로, 필름은 기판(6)의 모든 표면에 걸쳐 균일하게 형성된다.

구체적인 실험 결과는 다음과 같이 주어진다.

플라즈마 주입구(13)의 플라즈마 주입평면의 중심은 서로에 대해 400mm 거리만큼 분리된 상태로 기판(6)의 표면 중심과 정렬된다. 100A의 코일 전류가 전자기 코일(21 및 14)로 공급된다. 전자기 코일(21)의 설치각(α)은 전자기 코일에 대해서 시계 방향으로 기울어진 15°, 20° 및 25°로 설정된다. 기판(6)의 표면 중심으로부터 좌우방향(수평방향) 및 상하방향(수직방향)으로의, 자신의 경로를 따라 이동한 전자가 랜딩하는 기판(6) 표면상의 위치의 오프셋은 도 6에 도시된 바와 같다.

도 6에서, ◆ 표시는 α = 0°일 때 참조(참조 코일)에 의한 전자 경로의 오프셋을 가리키고, ■, △ 및 ● 표시는 각각 α = 15°, 20° 및 25°일 때 전자 경로의 오프셋이다.

α = 15°이고 코일 전류가 30A, 50A 및 100A로 설정된 경우, 전자 경로 오프셋은 도 7에 도시된 바와 같다.

도 7에서, ◆ 표시는 α = 0°이고 코인 전류가 50A일 때 참조에 의한 전자 경로의 오프셋을 가리키고, ■, △ 및 ● 표시는 각각 α = 15°이고 코일 전류가 30A, 50A 및 100A로 설정된 때의 오프셋이다.

도 6 및 7에 또한 도시된 것처럼, 설치각(α)이 코일 전류에 따라서 적절하 게 선택되고 전자기 코일(21)이 플라즈마 주입구(13)의 플라즈마 주입평면에 대해 적절하게 경사지면, 그 후 기판(6)의 표면상의, 특히 수평 방향의 전자 랜딩 위치는 기판(6)의 중심으로 보정된다. 결과적으로, 음극 물질(19)은 기판(6)의 표면 중심부에 증착된다.

도 8a, 8b 및 8c에 도시된 바와 같은 결과는 α = 15°이고, 코일 전류 = 30A, 50A 및 100A이고, 전자기 코일(21)의 크기 = 80%, 100% 및 120%인 조건 하에서 얻어졌다.

도 8a, 8b 및 8c에서, ◆는 α = 0°이고 전자기코일의 크기 = 100%일 때 참조에 의한 전자 랜딩 위치의 오프셋을 가리키고, ■, △ 및 ●는 각각 α = 15°이고 전자기 코일의 크기 = 80%, 100% 및 120%인 때의 전자 랜딩 위치의 오프셋이다.

도 8b에서 ▲는, △의 경우에서와 같이, α = 15°이고 전자기 코일의 크기 = 100%일 때 전자 랜딩 위치의 오프셋을 가리키며, 코일 전류 방향은 다른 오프셋의 경우와 반대이다.

도 8a, 8b 및 8c로부터 또한 알 수 있듯이, 전자기 코일(21)의 크기가 120%로 설정되면, 자기장의 확산은 억제되고, 그로 인해 수직 방향의 전자 랜딩 위치를 기판(6)의 중심으로 보정한다. 따라서 음극 물질(19)은 기판(6)의 표면 중심부에 보다 훌륭하게 증착되고, 균일한 형성이 보장된다.

그러므로 본 실시예에서, 마지막 자석으로서의 전자기 코일(21)은 플라즈마 주입구(13)의 플라즈마 주입평면에 대해 각도(α 및/또는 β)로 경사지고, 전자기 코일(21)은 각각의 다른 전자기 코일(14)보다 크도록 설정된다. 따라서 음극 물질(19)의 이온의 이동은 수직 및 수평 방향으로 제어되어 전자 랜딩 위치를 기판 표면의 중심으로 보정한다. 음극 물질(19)은 기판(6)의 표면 중심부에 증착되고, 그로 인해 박판 필름이 기판(6)의 모든 표면에 걸쳐 균일하게 형성된다.

상술한 실시예에서, 음극 물질(19)은 기판(6)의 표면 중심부에 증착되어 전자 랜딩 위치를 기판 표면의 중심으로 보정한다. 몇몇 종류의 기판(6)에서는, 음극 물질을 기판 표면의 중심으로부터 이격된 위치에 증착하는 것이 필요하다.

이러한 경우, 각도(α 및/또는 β)는 사용자 목적에 따른 값으로 설정되고, 기판(6)의 표면상에서 원하는 위치가 증착을 위해 선택될 수 있다.

상술한 실시예에서, 전자기 코일(21)은 각도(α 및/또는 β)로 수동으로 기울어진다. 대안으로서, 전자기 코일(21)의 설치각을 변경하기 위한 수단이 제공되고, 이 수단은 전자기 코일(21)을 X-Y 평면에서 회전시켜 각도(α)를 변경시키기 위한 지그를 포함하고, 전자기 코일(21)을 Z-Y 평면에서 회전시켜 각도(β)를 변경시키기 위한 다른 지그가 제공된다. 지그 중 하나 또는 모두는 전자기 코일의 설치각을 변경시키는데 사용된다. 전자기 코일(21)의 설치각은 설치각 변경수단을 사용하여 이미 작성된 시험 필름 형태의 결과에 근거하여 초기에 설정된다. 필요하다면, 전자기 코일(21)의 설치각은 상술한 수단을 이용하여 실제 증착동안에 변경될 수 있다.

상술한 실시예에서, 마지막 자석 및 나머지 자석은 모두 전자기 코일(21 및 14)로 형성되었다. 이 자석들은 영구자석으로 형성될 수도 있다.

상술한 실시예에서, 하나의 증발원(11)이 설명의 편의를 위해 사용되었다. 기판(6)이 큰 영역을 갖거나 많은 종류의 음극 물질이 동시에 증착되는 경우, 다수의 증발원(11)이 수직 배열로 제공될 수 있다.

도 1에서의 제어부(24)에서 순차제어, 프로그램 제어 등에 의해 형성되고 두께 측정기(미도시)에 의해 미리 또는 실제 필름형성공정의 진행에 따라서 기판(6) 표면상의 필름 두께를 측정한 결과에 따라 두 지그를 자동으로 제어하는 자동제어수단을 사용하여 마지막 자석의 설치각을 자동으로 제어하거나, 필름형성공정 도중에 전자기 코일의 설치각을 자동으로 변경하는 것은 유용하며, 필름형성작업의 효율 면에서 바람직하다.

자석이 전자기 코일(14 및 21)로 형성된 경우에, 전자기 코일(14 및 21)의 코일 전류는 전자기 코일(21)의 설치각(α 및 β)의 제어와 연계하여, 필름형성공정 도중에 제어부(24)의 전류공급제어수단을 사용하여 두께 측정기의 측정결과에 따라 제어될 수 있다. 이런 경우, 보다 정밀한 필름형성이 보장된다.

전자기 코일(14 및 21)의 코일 전류의 방향이 제어부(24)의 전류공급제어수단에 의해 고정된 시간 간격마다 반대로 변경될 수 있다면, 자기장(B)의 기울기(▽B)의 방향이 변하지 않은 채로 있는 동안, 자기장(B)의 방향은 반대로 된다. 결과적으로, 드리프트 속도는 변화하여 플라즈마 스트림(23)의 이송에 영향을 주고, 기판(6)의 표면을 향한 음극 물질(19)의 이송 방향이 변화한다. 결과적으로, 필름 분포가 보다 균일하고, 그로 인해 필름형성특성이 더욱 개선된다.

전자기 코일(21 및 14)로의 코일 전류가 AC 전원으로부터 공급된다면, 전자기 코일(21 및 14)로의 코일 전류의 방향은 전류공급제어수단의 도움 없이 고정된 시간 간격마다 반대로 변경될 수 있다.

상술한 실시예에서, 도관(9)의 단면은 직각이지만, 이는 원형, 타원형 등이 될 수 있다. 이 경우, 각 자석의 단면은 바람직하게는 도관(9)의 단면 구성과 유사하게 원형, 타원형 등이 된다.

상술한 실시예의 진공 아크 증착장치에서, 하나의 도관(9)이 진공 용기(2)에 연결되었다. 대안으로는, 다수의 도관이 진공 용기(2)에 연결되고, 그 도관의 마지막 자석들이 플라즈마 주입구의 플라즈마 주입평면에 대해 경사진다.

설명의 단순화를 위해, 하나의 홀더(5)가 필름형성 챔버(1) 내에 위치하고, 박판 필름이 증착에 의해 하나의 기판(6)에 형성되었다. 본 발명은 원통형 회전 홀더가 필름형성 챔버 내에 제공되고 다수의 기판이 홀더의 표면상에 지지되는, 앞서 언급된 공보에 개시된 아크형 이온 도금장치에서와 같이 진공 아크 증착이 다수의 기판에 적용되는 경우에도 적용될 수 있음은 명백하다.

실시예에서, 전자기 코일(21)은 나머지 전자기 코일(14)보다 크고, 그로 인해 마지막 자석은 다른 자석보다 더 크다. 몇몇 필름형성 조건에서, 예를 들어 플라즈마 주입구(13)와 기판(6) 사이의 거리가 짧은 조건에서, 마지막 자석이 나머지 자석보다 작은 경우에도, 좋은 필름형성 특성이 때때로 얻어진다. 이러한 경우, 마지막 자석은 당연히 나머지 자석보다 더 작도록 선택될 수 있다.

상술한 실시예는 만곡된 도관(9)을 이용하였지만, 본 발명은 구부러진 도관이 대신 사용된 경우에도 적용될 수 있다.

필름형성특성을 더욱 향상시키기 위해, 마지막 자석(전자기 코일; 21)의 설 치각은 수평 및/또는 수직방향으로 조정되고, 나머지 자석(전자기 코일; 14)의 일부 또는 전체는 마지막 자석의 경우와 마찬가지로 그들의 각도가 수평 및/또는 수직방향으로 조정된다.

앞선 설명에서 알 수 있듯이, 본 발명은 다음과 같은 효과를 갖는다.

본 발명의 제1 양태에 따른 진공 아크 증착방법에서, 플라즈마 주입구(13)에 가장 가까이 위치하는 마지막 자석(전자기 코일; 21)은 플라즈마 주입구(13)의 플라즈마 주입평면에 대해 경사지게 배치되고, 음극 물질(19)의 이온 이동방향은 마지막 자석에 의해 생성된 자기장에 의해 제어된다. 이러한 특징으로, 종래 기술에서 마지막 자석이 플라즈마 주입평면에 평행한 종래의 경우와 달리, 마지막 자석에 의해 생성된 자기장 하에서, 음극 물질(19)의 이온은 기판(6)의 표면 중심부로 이동하여 랜딩하고, 그로 인해 증착에 의한 균일한 표면 형성이 보장된다.

마지막 자석의 설치각을 적절한 값으로 설정함에 의해, 음극 물질(19)의 이온은 기판 표면의 목적 위치에 랜딩한다. 결과적으로, 증착된 박판 필름은 원하는 필름형성 특성으로 형성될 수 있다.

본 발명에서, 마지막 자석의 설치각은 변경 가능하다. 그러므로 마지막 자석의 설치각은 필름형성공정 이전에 및 도중에 변경될 수 있다. 따라서 다양한 필름형성특징을 갖고 증착된 박판 필름은 원하는 대로 형성될 수 있다.

본 발명의 제3 양태에 따른 진공 아크 증착방법에서, 마지막 자석은 각각의 다른 자석보다 크다. 그러므로 마지막 자석의 확산하는 자기장, 특히 수직방향의 확산은 마지막 자석의 크기를 변경함에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 마지막 자석이 나머지 자석 각각보다 크다면, 자기장의 수직 확산은 높은 수준으로 억제되고, 필름은 보다 뛰어난 필름형성특성을 갖고 보다 균일하게 형성된다.

자석은 전자기 코일(14 및 21)인 것이 유용하며 바람직하다. 더욱이, 마지막 자석의 설치각은 자동으로 조절되는 것이 바람직하다.

만족할만한 필름형성특성을 보장하기 위해, 각각의 자석은 전자기 코일(14(21))로 이루어지고, 자석의 전자기 코일(14(21))에 공급되는 코일 전류는 마지막 자석의 설치각의 제어와 연계하여 제어되는 것이 바람직하다.

다수의 증발원(11)이 사용된다면, 필름형성능력은 향상되고, 많은 종류의 음극 물질(19)을 사용하여 동시에 필름 형성을 수행할 수 있다.

각 자석을 형성하는 각각의 전자기 코일(14(21))에 공급되는 코일 전류의 방향은 고정된 시간 간격으로 반대로 변경될 수 있다. 이런 경우, 음극 물질(19)의 이온의 랜딩 위치는 주기적으로 변경되고, 결과적으로, 필름은 큰 영역을 갖는 기판(6) 전체에 걸쳐 균일하게 형성된다.

상술한 진공 아크 증착장치는 각 진공 아크 증착방법을 수행하기 위한 구체적인 수단을 제공한다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예는 도 12 내지 도 18을 참조하여 설명될 것이다.

도 12는 도 9에 도시된 것에 대응하는 진공 아크 증착장치를 도시하는 평면도이며, 대응하는 참조번호는 도 9의 대응하는 또는 등가의 부분을 가리킨다.

도 12에서, 세 개의 전자기 코일(21a, 21b 및 21c)로 형성된 자기장생성코일(14d')은 자기장생성코일(14d')이 도 9의 마지막 자석으로서 사용된 위치에 제공된다.

도 13에 사시도로 도시된 자기장생성코일(14d')의 전자기 코일(21a, 21b 및 21c)은 서로 다른 크기(지름)을 갖고 다수의 권선수를 갖는 직사각형 코일이다. 도 12에서, 전자기 코일(21a, 21b 및 21c)은 서로 다르며, 크기 면에서 각각 크고, 중간이고, 또한 작다. 전자기 코일(21b)은 전자기 코일(21a)에 끼워맞춤되고, 전자기 코일(21c)은 전자기 코일(21b)에 끼워맞춤된다.

도 12에서, 자기장생성코일(14a 내지 14c 및 14d')에서 도관(9)의 단면 방향은 일점쇄선(a, b 및 c)으로 지시된다. 방향이 R-축 방향이면, 각 단면에 수직인 두 평면은 R-축을 포함하는 수평 평면과 상하 방향으로 연장하는 Z-축을 포함하는 수직 평면이다.

도 13에서 좌우방향으로 연장하는 일점쇄선은 R-축을 가리키고, 상하방향으로 연장하는 일점쇄선은 Z-축을 나타낸다. 전자기 코일(21a, 21b 및 21c)은 수평 평면에서 상기 코일이 Z-축에 대해서 다른 각도로 서로 떨어지고 도관에 대해 다른 각도로 경사지면서 도관(9)을 둘러싸도록 배치된다.

도 13에서, 전자기 코일(21b)은 도관의 단면에 평행하다(경사각 = 0). 전자기 코일(21a 및 21c)은 수평 평면에서 기설정된 각도에 의해서 전자기 코일(21b)과 각도에 의해 서로 떨어진다.

하나의 전자기 코일은 이들 전자기 코일(21a, 21b 및 21c)로부터 수동으로 또는 순차제어(이동 선택)에 의해서 선택된다. 선택된 전자기 코일은 코일 전원(15)의 전원공급 루프로 연결된다. 그 후, 선택된 전자기 코일에는 전류가 공급된다.

이 경우, 자기장생성코일(14a 내지 14c, 14d')에 의해 나타나는 것과 같은 편향 자기장(17b)에 의해 형성된 도 12에서의 자기 필터(18b)의 자장특성이 조정된다. 그 후, 조정된 자장특성은 종래 기술에서 자기장생성코일(14d')이 회전 메커니즘에 의해 수평 평면에서 회전되는 경우와 같이, 자기장생성코일(14d')의 전자기 코일(21a, 21b 및 21c)로 전류를 선택적으로 공급함에 의해 설정되고 제어된다.

도 8의 플라즈마 스트림(20a)에 대응하는 플라즈마 스트림(20b)이 자기 필터(18b)에 의해 생성된다.

도 3a 및 3b에서 전자 경로를 도시하는 평면도 및 우측면도에서 알 수 있듯이, 도관(9)을 통과하여 기판(6)의 표면에 도달하는 전자의 경로는 전자기 코일(14')에 의해 보정되어 전자 랜딩 위치의 중심이 기판(6)의 표면 중심과 정렬된다.

도 14a 및 14b는 전류가 실선으로 지시된 단지 두 개의 전자기 코일(14b 및 14d')에만 공급될 때의, 즉 자기장생성코일(14d')의 설치각에 의한 효과를 보여줄 목적으로 그려진 전자 경로를 도시한다.

따라서 복잡하고 값비싼 회전 메커니즘 등을 제공하지 않고도 자기 필터(18a)의 자장특성은 간단하고 저렴한 구성으로 손쉽게 설정되고 제어될 수 있고, 그로 인해 필름형성특성 등이 향상된다.

자기장생성코일(14d')이 도 2에 도시된 것과 같은 서로 다른 코일 크기를 갖 는 전자기 코일(21a, 21b 및 21c)을 결합하여 형성될 때, 작은 전자기 코일을 끼워맞춤으로써 큰 것으로 쉽게 형성된다.

전자기 코일(21a, 21b 및 21c)은 코일 크기와 동일하거나 거의 동일한 전자기 코일을 수 있다.

자기장생성코일(14d')이 동일한 코일 크기를 갖는 다수의 전자기 코일을 결합하여 형성될 때, 도 15에 사시도로 도시된 것과 같은 동일한 크기의 전자기 코일(22a, 22b 및 22c)은 도 13에서 서로 다른 코일 크기를 갖는 전자기 코일(21a, 21b 및 21c)을 대신하여 사용된다.

이 전자기 코일(22a, 22b 및 22c)은 상부 및 하부 교차점(A 및 B)에서 코일(22b)이 코일(22c) 상에 배치되고, 코일(22a)이 코일(22b) 상에 배치되도록 정렬된다. 또한 하부 교차점(B)에서, 코일(21b)은 코일(21c) 위에 놓인다. 따라서 이들 코일은 모든 코일과 교차된다.

자기장생성코일(14d')이 동일한 코일 크기를 갖는 다수의 전자기 코일로 형성될 때, 도 15에서 사시도로 도시된 것과 같은 일체형으로 형성된 동일한 크기의 전자기 코일(23a, 23b 및 23c)은 도 2의 전자기 코일(21a, 21b 및 21c) 대신 사용된다.

이 경우, 그들의 일부가 도 16에 확대도로 도시된 전자기 코일(23a, 23b 및 23c)은 코일(23a)의 권선(ta), 코일(23b)의 권선(tb) 및 코일(23c)의 권선(tc)이 서로에 감기도록, 즉 이들 권선을 서로 엮도록 함께 일체로 결합된다. 이들 코일은 크기가 거의 동일하다.

자기장생성코일(14d')이 코일 크기가 동일하거나 거의 동일한 전자기 코일(22a 내지 22c(23a 내지 23c))로 형성된 경우, 이들 코일(22a 내지 22c(23a 내지 23c))에 의해 생성된 자기장은 거의 동일하다. 따라서 자장특성의 설정 및 제어는 쉽다.

본 실시예에서, 자기장생성코일(14d')의 전자기 코일(21a, 21b 및 21c(22a 내지 22c, 23a 내지 23c))은 전자 및 이온의 확산을 좌우방향으로 억누르기 위해서 X-축에 대해 수평 평면에서 서로 다른 각도로 기울어진다. 전자 및 이온의 확산을 주로 상하방향으로 억누르기 위해서는, R-축에 대해서 수직 평면에서 서로 다른 각도로 기울어진 다수의 전자기 코일로 자기장생성코일(14d')을 형성하는 것만으로 수행될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예는 도 18을 참조하여 설명될 것이다.

도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공 아크 증착장치를 도시하는 평면도이고, 여기서 대응하는 참조번호는 도 12에서 대응하는 또는 등가의 부분을 나타낸다. 도 18의 경우에서, 전자기 코일(24a 내지 24d)로 형성된 #4 전자기 코일(14")이 도 12의 자기장생성코일(14d') 대신 사용되었다. 더욱이, 도 12에서의 자기장생성코일(14b)은 전자기 코일(25a 내지 25c)로 형성된 #2 자기장생성코일(14b')로 대체되었다.

전자 및 이온의 수평 확산을 정확하게 억제하기 위해서, 전자기 코일(21a 내지 21c, 22a 내지 22c, 23a 내지 23c)과 같은 전자기 코일(24a 내지 24c 및 25a 내지 25c)은 Z-축에 대해 수평 평면에서 서로 다른 각도로 기울어질 수 있다. 전자 및 이온의 수직 확산을 정확히 억제하기 위해서, 이들 전자기 코일은 R-축에 대해서 수직 평면에서 서로 다른 각도로 기울어질 수 있다.

더욱이, 필요하다면, 전자기 코일(24a 내지 24c) 및 전자기 코일(25a 내지 25c) 중 하나는 수평 평면에서 경사진다. 이들(24a 내지 24c 및 25a 내지 25c) 중 나머지는 수직 평면으로 경사진다. 이렇게 함으로써, 전자 및 이온의 수평 및 수직 확산이 억제된다.

전자기 코일(24a 내지 24c, 25a 내지 25c)이 또한 도 13에 도시된 것처럼 서로 다른 크기를 갖거나 또는 도 15 및 16에 도시된 것처럼 동일하거나 거의 동일한 코일을 가질 수 있다는 것은 명백하다.

이들 전자기 코일(24a 내지 24c, 25a 내지 25c)로부터 선택된 하나의 전자기 코일은 코일 전원(15)의 전원공급 루프에 연결되고, 편향 자기장(17c)에 의해 한정된 자기 필터(18c)가 형성된다. 또한, 도 12의 플라즈마 스트림(20b)에 대응하는 플라즈마 스트림(20c)이 생성된다. 박판 필름은 극히 뛰어난 필름형성특성을 갖고 기판(6)의 표면상에 형성된다.

도관, 자기 필터 및 다른 부품의 구성 및 구조, 자기장생성코일의 개수 및 자기장생성코일이 설치되는 위치는 상술한 실시예의 것과 서로 다를 수 있다는 것은 쉽게 이해될 것이다.

자기 필터를 형성하는 하나 또는 그 이상의 자기장생성코일은 당연히 전자기 코일(21a 내지 21c, 25a 내지 25c)과 같은 다수의 전자기 코일로 형성될 수 있다. 이 경우, 전자기 코일의 개수는 적어도 두 개이고, 자기장생성코일의 경사방향은 자기장생성코일과 서로 다를 수 있다.

각 자기장생성코일의 각 전자기 코일의 구성 및 권선이 상술한 실시예의 것에 제한되지 않는다는 것은 명백하다.

자기장생성코일이 동일한 코일 크기를 갖는다는 것은 필수적인 것은 아니다. 예를 들어, 도 1에서, #4 마지막 자기장생성코일(14d')의 전자기 코일(21a 내지 21c)은 자기장생성코일(14a 내지 14c)의 것과 크기 면에서 더 클 수 있고, 자기장생성코일(14d')은 나머지 자기장생성코일(14a 내지 14c)보다 직경 면에서 더 클 수 있다. 이렇게 하면, 전자 및 이온의 확산은 더 억제된다.

더욱이, 본 발명은 자기 필터를 갖는 다양한 종류의 진공 아크 증착장치에 적용될 수 있다.

상술한 설명에서 알 수 있듯이, 본 발명은 다음 효과를 갖는다.

적어도 자기 필터(18b, 18c)를 형성하는 자기장생성코일(14a 내지 14c, 및 14d', 14a, 14b', 14c, 14d")은 도관(9)을 둘러싸면서 도관(9)의 단면에 대해서 서로 다른 각도로 경사진 다수의 전자기 코일(21a 내지 21c, 25a 내지 25c)로 형성된다. 전자기 코일(21a, 21b 및 21c, 25a 내지 25c)은 자기 필터의 자기장의 설정 및 제어에 따라서 선택적으로 전류가 공급된다. 자기 필터(18b, 18c)의 자기장은 자기장생성코일을 정확히 움직이지 않고도 원하는 특성으로 조정될 수 있다. 자기장생성코일을 원형으로 이동시키기 위해서 복잡하고 값비싼 회전 메커니즘을 제공할 필요가 없다. 따라서 자기 필터(18b, 18c)의 자장특성은 단순하고 저렴한 구성으로 설정되고 제어되어 기판(6) 상에 균일한 박판 필름을 형성하고, 그로 인해 필 름형성특성 등이 향상된다.

상기 도관을 둘러싸는 다수의 전자기 코일은 상기 도관의 단면에 수직인 두 평면 중 하나에서 서로 다른 각도로 기울어진 상태로 제공된다. 그러므로 진공 아크 증착장치는 실용적인 구성으로 구현될 수 있다.

전자기 코일(21a 내지 21c, 25a 내지 25c)이 서로 다른 코일 크기를 가질 때, 자기장생성코일(14b', 14d', 14d")은 쉽게 형성될 수 있다. 이 코일들이 동일하거나 거의 동일한 코일 크기를 가질 때, 이들 전자기 코일(21a 내지 21c) 사이의 자장 강도에는 서로 차이가 없다. 자장특성의 설정 및 제어는 쉽다.

본 발명의 다른 실시예들은 도 20 내지 27을 참조하여 설명될 것이다.

본 발명의 일실시예는 도 20 내지 23을 참조하여 설명된다.

도 20은 도 9에 도시된 것에 대응하는 진공 아크 증착장치를 도시하는 평면도이며, 대응하는 참조번호는 도 9의 대응하는 또는 등가의 부분을 가리킨다.

본 발명에서, 도관(9)을 둘러싸는 마지막 자석보다 도관(9)의 일단부(또는 증발원(11))에 가까운 하나 또는 그 이상의 자석이 명시된 자석으로 사용된다. 본 실시예에서, 증발원(11)으로부터 번호가 부여된 제2(#2) 자석은 명시된 자석이다.

명시된 자석의 전자기 코일은 도관(9)의 단면 방향으로 향하는 점선으로 지시된 종래의 전자기 코일(14b)이 아니라, 도관(9)의 단면에 원하는 각도로 실제로 기울어진 실선으로 지시된 전자기 코일(14b')로 형성된다.

이점쇄선은 도관(9)의 연장방향을 가리킨다. 도관(9)의 단면평면은 각 대응위치에서 연장방향에 수직이다. 단면평면은 만곡부에서 곡률반경을 통해 지나가는 수직선 방향으로 연장한다.

다른 전자기 코일(14a, 14c 및 14d)과 같이, 도관(9)의 만곡부에 위치한 전자기 코일(14b')은 또한 도 21에 사시도로 도시된 직각 형상이고, 이렇게 형성된 전자기 코일은 많은 회전수로 도관 둘레로 감긴다.

도 22a에서 도관 설치상태를 도시하는 평면도에 도시된 것처럼, 도관(9)의 곡률반경을 통과하는 일점쇄선은 전술한 것과 수직인 X-축 및 Y-축에 의해 정의된 X-Y 평면(수평 평면)에서 도관(9)의 단면 평면방향과 일치한다.

도 22b에서 도관 설치상태를 도시하는 우측면도에 도시된 것처럼, 도관(9)의 단면 평면은 수직으로 연장하는 Y-축 및 Z-축으로 정의된 Y-Z 평면(수직 평면)에서 일점쇄선으로 지시된 Z-축에 평행하다.

전자기 코일(14b')은 X-Y 평면 및/또는 Y-Z 평면에서 적절한 각도(α)(X-Y 평면) 및/또는 적절한 각도(β)(Y-Z 평면)로, 도 3a 및 3b에서 일점쇄선으로 지시된 단면 평면에 평행한 종래 코일(14b)의 설치상태로부터 도 3a 및 3b에서 실선으로 지시된 설치상태로 기울어진다.

각도(α 및 β)는 기판(6) 상의 증착위치가 전하-입자 분석 시뮬레이션 및 테스트 증착공정에 의해서 기판(6)의 표면상의 중심부에 위치하도록 미리 최적으로 결정된다.

본 실시예에서, 전자기 코일(14b')이 도관(9) 상에서 설치되는 각도는 수동으로 조정된다. 이 조정에서, 전자기 코일(14b')은 도관(9)의 단면에 대해서 각도(α 및/또는 β)로 기울어진다.

편향 자기장(17a)을 적절히 보정하여 형성되는 도 20에서의 편향 자기장(17b)의 자기 필터(18b)는 전자기 코일(14b')에 의해 생성된 자기장에 의해서 형성된다.

자기 필터(18b)에 의해 생성된, 플라즈마 스트림(20b)의 전자 및 이온에 함유된, 도관(9)의 만곡부에 의한 드리프트 영향 등은 전자기 코일(14b')에 의해 생성된 자석에 의해서 취소된다.

보정의 결과, 전자 경로를 도시하는 평면도 및 우측면도인 도 23a 및 23b에 도시된 것처럼, 도관(9)을 통과하여 기판(6)의 표면에 도달하는 전자의 전자경로는 기판(6)의 표면에 중심이 맞춰진다. 이온 증착위치는 기판(6) 표면의 중심에 놓인다. 결과적으로, 필름형성특성은 향상된다.

도 4a 및 4b에서, 단지 두 개의 #2 및 #4 전자기 코일(14b' 및 14d), 즉 이들 전자기 코일 외의 모든 다른 코일이 전류를 공급받는다.

보다 정밀한 드리프트 보정을 보장하기 위해서, 필요하다면, 다른 전자기 코일(14a 및 14c)은 또한 도관(9)의 단면 평면에 대해서 경사진다.

다른 전자기 코일 중에서, 하나 또는 그 이상의 전자기 코일이 X-Y 평면에 경사지고, 나머지는 X-Z 평면에 경사져서, 드리프트가 보정된다.

본 발명의 또 다른 실시예는 도 24 내지 도 27을 참조하여 설명될 것이다. 도 24의 평면도에서, 대응하는 참조번호는 도 20에서의 대응하는 또는 등가의 부분을 가리킨다. 본 실시예의 진공 아크 증착장치는 #2 명시된 자석이 도관(9)의 단면 평면에 대해 경사진 전자기 코일(14b')로 형성되고, #4 마지막 자석이 플라즈마 주입평면에 평행한 종래의 코일(14d)이 아닌, 플라즈마 주입구(13)의 플라즈마 주입평면에 경사진 전자기 코일(14d')로 형성된다는 점에서 도 20의 장치와 다르다.

도 24의 경우에, 플라즈마 주입평면은 도 20의 경우에서처럼 X-Z 평면에 평행하고, 전자기 코일(14b')뿐 아니라 전자기 코일(14d')은 X-Y 평면 및/또는 Y-Z 평면에서 적절한 각도로 경사지며, 이 상태에서 도관(9) 상에 장착된다.

이동 경로가 전자기 코일(14b')의 자기장 보정을 통해 보정된 전자 및 이온이 도관(9)으로부터 방출될 때, 전하입자는 전자기 코일(14d')의 자기장의 보정을 통해서 이동경로가 더 보정된다. 도관(9)의 만곡에 기인한 이 입자의 드라이브 영향은 더욱 억제된다.

구체적으로, 도 25의 평면도에 도시된 것처럼, 전자 및 이온 경로는 점선(a)으로 지시된 경로로부터 실선(b)으로 지시된 경로로 보정되고, 즉 이들은 #2 전자기 코일(14b')에 의해서 도관(9)의 중심에 더 가까운 경로로 보정된다. #4 전자기 코일(14d')의 제어 하에서, 전자 및 이온은 후면으로 일직선으로 전진하고 기판(6)의 표면의 중심부에 랜딩한다.

전자기 코일(14b' 및 14d')은 나머지 전자기 코일(14a 및 14c)과 다른 크기를 가질 수 있다. 특히, 자기장의 수직확산을 효과적으로 억제하기 위해서, 전자기 코일(14d')은 다른 전자기 코일(14a, 14b' 및 14c)보다 큰 것이 바람직하다.

전자 경로의 분석결과는 다음과 같다.

분석에서, 1) #2 전자기 코일(14b')은 X-Y 평면(수평 평면)에 경사지고; 2) #4 전자기 코일(14d')은 X-Y 평면(수평 평면)에 경사지고; 3) #2 전자기 코일(14b')은 X-Y 평면(수평 평면)에 경사지고, #4 전자기 코일(14d')은 Y-Z 평면(수직 평면)에 경사진다. 상술한 1) 내지 3) 경우에서 추적된 전자 및 이온 경로는 도 7에 도시된 것, 즉 점선(c), 일점쇄선(d) 및 실선(e)으로 지시된 것과 같다. #2 전자기 코일(14b')이 X-Y 평면에 경사지고 #4 전자기 코일(14d')이 Y-Z 평면에 경사질 때, 자기장의 확산은 억제되고, 입자 경로는 위쪽으로 중심부를 향해서 보정된다. 뛰어난 보정이 수행된다. 이 사실은 확인되었다.

i) #2 전자기 코일(14b')은 X-Y 평면(수평 평면)에 10°만큼 경사진다. ii) #4 전자기 코일(14d')은 X-Y 평면(수평 평면)에 10°만큼 경사진다. iii) #4 전자기 코일(14d')은 X-Y 평면(수평 평면)에 5°만큼 경사진다. iv) #2 전자기 코일(14b')은 X-Y 평면(수평 평면)에 10°만큼 경사지고 #4 전자기코일(14d')은 Y-Z 평면(수직 평면)에 5°만큼 경사진다. X 및 Z 축에서 기판(6)의 표면 중심으로부터의 전자 및 이온 랜딩위치의 오프셋은 도 27에 도시된 것과 같다.

도 27에서, ■는 상술한 1) 경우에서 입자 랜딩위치의 오프셋이고; ▲는 ii) 경우의 오프셋이고; ●은 iii) 경우의 오프셋이고; 그리고 ◆는 단면 평면 방향으로 향하는 전자기 코일(14b 및 14d)이 제공될 때의 기준 랜딩위치이다.

도 27에 도시된 것처럼, 보다 뛰어난 필름 형성특성이 iv) 경우에 얻어졌고, 이 사실은 확인되었다.

도 27에서, 전자기 코일(14b')에 공급된 전류는 40A이고, 전자기 코일(14d')에 공급된 전류는 30A이다.

일반적으로, 음극 물질(19)이 기판(6)의 표면의 중심에 스퍼터링되고 증착되 는 것이 바람직하다. 몇몇 종류의 기판(6)에서는 음극 물질을 기판 표면의 중심부로부터 떨어진 위치에 증착할 필요가 있다. 이러한 경우, 전자기 코일(14b')의 각도(α 및/또는 β)는 사용자 목적에 따른 값으로 설정되고, 기판(6) 표면상의 원하는 위치가 증착을 위해 선택될 수 있다.

전자기 코일(14b' 및 14d')이 경사지게 설치될 때, 전자기 코일(14b' 및 14d')의 설치각을 변경하기 위한 수단이 제공될 수 있다. 이 경우, 이 수단은 X-Y 평면에서 전자기 코일(14b' 및 14d')을 회전하여 각도(α)를 변경하기 위한 지그를 포함한다. Z-Y 평면에서 전자기 코일(14b' 및 14d')을 회전하여 각도(β)를 변경하기 위한 지그가 제공된다. 이 지그들 중 어느 하나 또는 모두는 저자기 코일의 설치각을 변경하는데 사용된다. 전자기 코일(14b' 및 14d')의 설치각은 설치각변경수단을 사용하여 미리 제작된 테스트 필름형성의 결과에 근거하여 초기에 설정된다. 필요하다면, 전자기 코일(14b' 및 14d')의 설치각은 동일물을 사용하여 실제 증착도중에 변경될 수 있다.

상술한 실시예에서, 자석은 모두 전자기 코일로 형성되었다. 이 자석은 영구자석으로 형성될 수도 있다.

기판(6)이 큰 영역을 갖고 많은 종류의 음극 물질이 동시에 증착되는 경우, 다수의 증발원(11)이 수직 배열로 제공될 수 있다.

도 20(도 24)에서의 제어부(24)에서 순차제어, 프로그램 제어 등에 의해 형성되고 두께 측정기(미도시)에 의해 미리 또는 실제 필름형성공정을 진행하면서 기판(6) 표면상의 필름 두께를 측정한 결과에 따라 두 지그를 자동으로 제어하는 자 동제어수단을 사용하여 명시된 자석 또는 명시된 자석과 마지막 자석의 설치각을 자동으로 제어하거나, 필름형성공정 도중에 전자기 코일의 설치각을 자동으로 변경하는 것은 유용하며, 필름형성작업의 효율 면에서 바람직하다.

자석이 전자기 코일(14a, 14b', 14c 및 14d')로 형성된 경우, 전자기 코일(14 및 21)의 코일 전류는 전자기 코일의 설치각 제어와 연계하여, 필름 형성공정 도중에 제어부(24)의 전류공급제어수단을 사용하여 두께 측정기의 측정결과에 따라 제어될 수 있다. 이렇게 함으로써, 보다 정밀한 필름형성이 보장된다.

전자기 코일(14a, 14b', 14c 및 14d')의 코일 전류 방향이 제어부(24)의 전류공급제어수단에 의해 고정된 시간 간격으로 반대로 변경될 수 있다면, 자기장(B)의 기울기(▽B) 방향은 변하지 않은 채로 있으면서 자기장(B)의 방향은 뒤집어진다. 결과적으로, 드리프트 속도는 변하여 플라즈마 스트림(23)의 이송에 영향을 미친다. 더욱이, 기판(6) 표면을 향한 음극 물질(19)의 이동 방향이 변한다. 결과적으로, 필름 분포는 더욱 균일하고, 그로 인해 필름형성특성은 더욱 향상된다.

전자기 코일(14a, 14b', 14c 및 14d')의 코일 전류가 AC 전원으로부터 공급된다면, 전자기 코일로의 코일 전류 방향은 전류공급제어수단의 도움 없이 고정된 시간 간격으로 반대로 변경될 수 있다.

상술한 실시예에서, 도관(9)의 단면은 직각이지만, 원형, 타원형 등이 될 수 있다. 이 경우, 각 자석의 단면은 도관(9)의 단면 형상에 적합하게 원형, 타원형 등인 것이 바람직하다.

상술한 실시예의 진공 아크 증착장치에서, 하나의 도관(9)이 진공 용기(2)에 연결되었다. 대안적으로, 다수의 도관이 진공 용기(2)에 연결된다. 이 도관의 마지막 자석들은 플라즈마 주입구의 플라즈마 주입평면에 대하여 경사진다.

설명의 단순화를 위해, 하나의 홀더(5)가 필름형성 챔버(1) 내에 위치하고, 박판 필름이 증착에 의해 하나의 기판(6) 상에 형성된다. 본 발명은 원통형 회전 홀더가 필름형성 챔버 내에 제공되고 다수의 기판이 홀더의 표면상에 지지되는, 앞서 언급된 공보에 개시된 아크형 이온 도금장치에서와 같이 진공 아크 증착이 다수의 기판에 적용되는 경우에도 적용될 수 있음은 명백하다.

몇몇 필름형성 조건에서, 예를 들어, 플라즈마 주입구(13)와 기판(6) 사이의 거리가 짧은 조건에서, 마지막 자석이 나머지 자석보다 작더라도, 때때로 훌륭한 필름형성특성이 얻어진다. 이러한 경우, 마지막 자석은 당연히 나머지 자석보다 작은 것으로 선택될 수 있다.

상술한 실시예는 만곡된 도관(9)을 사용하였지만, 본 발명은 구부러진 도관이 대신 사용된 경우에도 적용될 수 있다.

상술한 설명에서 알 수 있듯이, 본 발명은 다음과 같은 유용한 효과를 갖는다.

자기 필터(18b)를 형성하는 자석의, 본 발명의 제7 양태에 따른 진공 아크 증착방법에서, 플라즈마 주입구에 가까운 마지막 자석(전자기 코일; 14d)보다 증발원(11)에 더 가까운 적어도 하나의 자석(전자기 자석; 14b')은 도관(9)을 둘러싸면서 도관의 단면 평면에 실제로 기울어져 있다. 이 경우, 편향 자기장의 방향은 도 관의 단면 평면에 실질적으로 평행한 종래 방식으로 생성된 자기장의 방향과 서로 다르다. 자석의 경사각을 적절히 선택함으로써, 플라즈마 스트림으로부터 추출된 전자 및 이온의 이동방향은 보정되고, 도관(9) 내의 자기장에 의해 야기된 드리프트는 억제되며, 음극 물질의 랜딩 위치는 드리프트에 거의 영향을 받지 않는다. 따라서 균일한 박판 필름이 기판(6)의 표면에 형성될 수 있고, 필름형성특성은 향상된다.

본 발명의 진공 아크 증착방법에서, 명시된 자석(전자기 코일; 14b')은 도관(9)의 단면 평면에 경사지고, 마지막 자석(전자기 코일; 14d')은 플라즈마 주입구(13)의 주입 평면에 경사진다. 마지막 자석에 의해 생성된 자기장은 마지막 자석이 플라즈마 주입구의 플라즈마 주입평면에 평행하게 배치된 종래의 경우와 서로 다르다. 명시된 자석과 마지막 자석의 설치각을 적절히 선택함으로써, 전자 및 이온의 이동방향은 명시된 자석 및 마지막 자석에 의한 자기장 하에서 보정된다. 결과적으로, 필름형성특성은 더욱 향상된다.

본 발명의 진공 아크 증착방법에서, 명시된 자석 및/또는 마지막 자석의 설치각은 변경 가능하다. 따라서 명시된 자석 및/또는 마지막 자석의 설치각은 필름형성공정 이전에 또는 도중에 변경될 수 있다. 다양한 필름형성특성을 갖는 증착된 필름이 의도하는 특성을 갖고 형성될 수 있다.

본 발명의 진공 아크 증착방법에서, 자석은 바람직하게 전자기 코일(14a, 14b', 14c, 14d, 14d')이다. 더욱이, 명시된 자석 및/또는 마지막 자석의 설치각은 자동으로 제어하는 것이 바람직하다.

자석은 전자기 코일(14a 내지 14d')로 형성되고, 자석의 전자기 코일(14a 내지 14d')에 공급되는 코일 전류는 명시된 자석 및/또는 마지막 자석의 설치각 제어와 연계하여 제어된다. 이 기술적 특징은 필름형성특성의 관점에서 바람직하다.

다수의 증발원(11)이 사용된 경우, 필름형성 능력은 향상되고, 많은 종류의 음극 물질이 필름 형성을 위해 사용될 수 있다.

각 자석을 형성하는 전자기 코일(14a 내지 14d')에 공급되는 코일 전류의 방향은 고정된 시간 간격으로 반대로 변경될 수 있다. 이렇게 하면, 전자 드리프트 방향은 반대로 변경되고, 음극 물질(19)의 이온의 랜딩 위치는 주기적으로 변경되며, 결과적으로, 필름은 큰 영역을 갖는 기판(6) 전체에 걸쳐 균일하게 형성된다.

Claims (36)

1. 만곡된 또는 구부러진 도관의 일단부에 위치한 음극 물질이 아크 방전에 의해 증발원으로부터 증발되는 단계;

   상기 도관을 따르는 상기 도관 주변의 다수의 위치에 다수의 자석을 배치함으로써 자기 필터를 형성하는 단계로서, 상기 다수의 자석은 마지막 자석을 포함하고, 상기 마지막 자석은 상기 도관의 타단에 위치한 플라즈마 주입구에 가장 가까이 위치되는, 자기 필터 형성단계;

   상기 자기 필터에 의해서 상기 도관 내에 편향 자기장을 생성하는 단계;

   상기 음극 물질의 상기 증발에 의해 생성된 물방울을 제거하는 동안 상기 음극 물질의 이온을 포함하는 플라즈마의 스트림을 상기 도관의 일단부로부터 상기 플라즈마 주입구로 이송하는 단계;

   상기 플라즈마 스트림의 이온의 이송방향이 상기 마지막 자석에 의해 생성된 자기장에 의해 제어되도록 상기 마지막 자석을 상기 플라즈마 주입구의 플라즈마 주입평면으로 경사지게 하는 단계; 및

   상기 플라즈마 스트림의 상기 제어된 이온이 필름형성 챔버 내의 기판 상에 증착하도록 상기 플라즈마 스트림의 상기 제어된 이온을 상기 플라즈마 주입구로부터 상기 필름형성 챔버 내로 추출하는 단계를 포함하는 진공 아크 증착방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 마지막 자석의 설치각은 변경 가능한 것을 특징으로 하는 진공 아크 증착방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 마지막 자석은 상기 나머지 자석과 크기가 서로 다른 것을 특징으로 하는 진공 아크 증착방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 각각의 자석은 전자기 코일인 것을 특징으로 하는 진공 아크 증착방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 마지막 자석의 설치각은 자동으로 제어되는 것을 특징으로 하는 진공 아크 증착방법.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 마지막 자석의 설치각의 제어와 연계하여 상기 각각의 자석에 공급되는 코일 전류를 제어하는 단계를 더 포함하고, 상기 각각의 자석은 전자기 코일인 것을 특징으로 하는 진공 아크 증착방법.
7. 제 1항에 있어서, 상기 증발원은 다수의 증발원을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 아크 증착방법.
8. 제 6항에 있어서, 각각의 전자기 코일로 공급되는 상기 코일 전류의 방향은 고정된 시간간격마다 반대로 바뀌는 것을 특징으로 하는 진공 아크 증착방법.
9. 기판이 위치하는 필름형성 챔버;

   만곡된 또는 구부러진 도관;

   상기 도관의 일단부에 적어도 하나가 위치하고, 진공에서 아크 방전에 의해 증발하는 음극 물질을 포함하는 증발원;

   상기 도관의 타단부에 위치하고 상기 필름형성 챔버에 연통 가능하게 연결된 플라즈마 주입구; 및

   상기 도관을 따른 상기 도관 주변의 다수의 위치에 다수의 자석을 배치함으로서 형성되는 자기 필터로서, 상기 다수의 자석은 상기 플라즈마 주입구에 가장 가깝게 위치하는 마지막 자석을 포함하고, 상기 자기 필터는 상기 도관 내에 편향 자기장을 생성하고, 상기 자기 필터는 상기 음극 물질의 상기 증발에 의해 생성된 물방울을 제거하는 동안 상기 음극 물질의 이온을 포함하는 플라즈마의 스트림을 상기 도관으로부터 상기 플라즈마 주입구로 이송시키고, 상기 플라즈마 스트림의 상기 이온은 상기 플라즈마 주입구로부터 상기 필름형성 챔버 내로 추출되고, 상기 이온은 상기 기판 상으로 이끌리도록 안내되고, 그로 인해 상기 음극 물질은 상기 기판 상에 증착되는, 상기 자기 필터를 포함하고,

   상기 플라즈마 주입구에 가장 가까이 위치하는 상기 마지막 자석은 상기 플라즈마 주입구의 플라즈마 주입평면에 대해 경사지도록 설정되는 것을 특징으로 하는 진공 아크 증착장치.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 도관을 따라 상기 도관 주변에서 상기 마지막 자석의 설치각을 변경시키기 위한 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 아크 증착장치.
11. 제 9항에 있어서, 상기 마지막 자석은 상기 나머지 자석과 서로 다른 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 진공 아크 증착장치.
12. 제 9항에 있어서, 상기 각각의 자석은 전자기 코일인 것을 특징으로 하는 진공 아크 증착장치.
13. 제 9항에 있어서,

    상기 마지막 자석의 설치각을 제어하기 위한 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 아크 증착장치.
14. 제 12항에 있어서,

    상기 마지막 자석의 상기 설치각 제어와 연계하여 상기 각각의 전자기 코일에 공급되는 코일 전류를 제어하기 위한 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 아크 증착장치.
15. 제 9항에 있어서, 상기 증발원은 다수의 증발원을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 아크 증착장치.
16. 제 12항에 있어서,

    각각의 전자기 코일에 공급되는 상기 코일 전류의 방향을 고정된 시간 간격마다 반대로 변경하기 위한 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 아크 증착장치.
17. 기판이 위치하는 필름형성 챔버;

    만곡된 또는 구부러진 도관;

    상기 도관의 일단부에 하나 이상이 위치하고, 진공에서 아크 방전에 의해 증발하는 음극 물질을 포함하는 증발원;

    상기 도관의 타단부에 위치하고 상기 필름형성 챔버에 연통 가능하게 연결된 플라즈마 주입구; 및

    상기 도관을 따른 상기 도관 주변의 다수의 위치에 하나 이상의 자기장생성코일을 배치함으로서 형성되는 자기 필터로서, 상기 자기 필터는 상기 도관 내에 편향 자기장을 생성하고, 상기 자기 필터는 상기 음극 물질의 상기 증발에 의해 생성된 물방울을 제거하는 동안 상기 음극 물질의 이온을 포함하는 플라즈마의 스트림을 상기 도관으로부터 상기 플라즈마 주입구로 이송시키고, 상기 플라즈마 스트림의 상기 이온은 상기 플라즈마 주입구로부터 상기 필름형성 챔버 내로 추출되고, 상기 이온은 상기 기판 상으로 이끌리도록 안내되고, 그로 인해 상기 음극 물질은 상기 기판 상에 증착되는, 상기 자기 필터를 포함하고,

    상기 하나 이상의 자기장생성코일은 상기 도관을 둘러싸면서 상기 도관의 단면에 대해 서로 다른 각도로 경사진 다수의 전자기 코일로 형성되고, 상기 전자기 코일 중 하나는 상기 자기 필터에 의해 생성된 상기 편향 자기장의 설정 및 제어에 근거하여 선택적으로 전류가 가해지는 것을 특징으로 하는 진공 아크 증착장치.
18. 제 17항에 있어서, 상기 도관을 둘러싸는 상기 다수의 전자기 코일은 상기 도관의 단면에 수직인 두 평면 중 하나에 서로 다른 각도로 경사지면서 제공되는 것을 특징으로 하는 진공 아크 증착장치.
19. 제 17항에 있어서, 상기 도관을 둘러싸는 상기 다수의 전자기 코일은 서로 다른 코일 크기를 갖는 특징으로 하는 진공 아크 증착장치.
20. 제 17항에 있어서, 상기 도관을 둘러싸는 상기 다수의 전자기 코일은 코일 크기가 동일하거나 거의 동일한 것을 특징으로 하는 진공 아크 증착장치.
21. 만곡된 또는 구부러진 도관의 일단부에 위치한 음극 물질이 아크 방전에 의해 증발원으로부터 증발되는 단계;

    상기 도관을 따르는 상기 도관 주변의 다수의 위치에 다수의 자석을 배치함으로써 자기 필터를 형성하는 단계로서, 상기 다수의 자석은 상기 도관의 타단에 위치한 플라즈마 주입구에 가장 가까이 위치되는 마지막 자석 및 하나 이상의 명시된 자석을 포함하는, 자기 필터 형성단계;

    상기 자기 필터에 의해서 상기 도관 내에 편향 자기장을 생성하는 단계;

    상기 음극 물질의 상기 증발에 의해 생성된 물방울을 제거하는 동안 상기 음극 물질의 이온을 포함하는 플라즈마의 스트림을 상기 도관의 일단부로부터 상기 플라즈마 주입구로 이송하는 단계;

    상기 플라즈마 스트림의 이온의 이송방향이 상기 하나 이상의 명시된 자석에 의해 생성된 자기장에 의해 제어되도록 상기 하나 이상의 명시된 자석을 상기 플라즈마 주입구의 플라즈마 주입평면으로 경사지게 하는 단계; 및

    상기 플라즈마 스트림의 상기 제어된 이온이 필름형성 챔버 내의 기판 상에 증착하도록 상기 플라즈마 스트림의 상기 제어된 이온을 상기 플라즈마 주입구로부터 필름형성 챔버 내로 추출하는 단계를 포함하는 진공 아크 증착방법.
22. 제 21항에 있어서, 상기 마지막 자석은 상기 플라즈마 주입구의 상기 플라즈마 주입평면에 대해 경사지고, 상기 음극 물질의 이온의 상기 이송방향은 상기 하나 이상의 명시된 자석 및 상기 마지막 자석 모두에 의해 생성된 자기장에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 진공 아크 증착방법.
23. 제 21항에 있어서, 상기 하나 이상의 명시된 자석 또는 상기 마지막 자석의 설치각은 변경 가능한 것을 특징으로 하는 진공 아크 증착방법.
24. 제 21항에 있어서, 상기 다수의 자석은 전자기 코일인 것을 특징으로 하는 진공 아크 증착방법.
25. 제 21항에 있어서, 상기 하나 이상의 명시된 자석 또는 상기 마지막 자석의 설치각은 자동으로 제어되는 것을 특징으로 하는 진공 아크 증착방법.
26. 제 21항에 있어서, 상기 다수의 자석은 전자기 코일이고, 상기 각각의 전자기 코일에 공급된 코일 전류는 상기 하나 이상의 명시된 자석 또는 상기 마지막 자석의 설치각 제어와 연계하여 제어되는 것을 특징으로 하는 진공 아크 증착방법.
27. 제 21항에 있어서, 상기 하나 이상의 증발원은 상기 증발원을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 아크 증착방법.
28. 제 24항에 있어서, 상기 각각의 전자기 코일에 공급되는 코일 전류의 방향은 고정된 시간 간격으로 반대로 변경되는 것을 특징으로 하는 진공 아크 증착방법.
29. 기판이 위치하는 필름형성 챔버;

    만곡된 또는 구부러진 도관;

    상기 도관의 일단부에 하나 이상이 위치하고, 진공에서 아크 방전에 의해 증발된 이온 물질을 포함하는 증발원;

    상기 도관의 타단부에 위치하고 상기 필름형성 챔버에 연통 가능하게 연결된 플라즈마 주입구; 및

    상기 도관을 따른 상기 도관 주변의 다수의 위치에 다수의 자석을 배치함으로써 형성되는 자기 필터로서, 상기 자기 필터는 상기 도관 내에 편향 자기장을 생성하고, 상기 자기 필터는 상기 음극 물질의 상기 증발에 의해 생성된 물방울을 제거하는 동안 상기 음극 물질의 이온을 포함하는 플라즈마의 스트림을 상기 도관의 일단부로부터 상기 플라즈마 주입구로 이송시키고, 상기 플라즈마 스트림의 상기 이온은 상기 플라즈마 주입구로부터 상기 필름형성 챔버 내로 추출되고, 상기 이온은 상기 기판 상으로 이끌리면서 안내되고, 그로 인해 상기 음극 물질은 상기 기판 상에 증착되는, 상기 자기 필터를 포함하고,

    상기 다수의 자석은 상기 도관의 타단부에 위치하는 플라즈마 주입구에 가장 가까운 마지막 자석 또는 하나 이상의 명시된 자석을 포함하고, 하나 이상의 명시된 자석은 상기 플라즈마 주입구의 플라즈마 주입평면에 대해 경사진 것을 특징으로 하는 진공 아크 증착장치.
30. 제 29항에 있어서, 상기 마지막 자석은 상기 플라즈마 주입구의 상기 플라즈 마 주입평면에 대해 경사진 것을 특징으로 하는 진공 아크 증착장치.
31. 제 29항에 있어서,

    상기 하나 이상의 명시된 자석 또는 상기 마지막 자석의 설치각을 변경하기 위한 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 아크 증착장치.
32. 제 29항에 있어서, 상기 자석은 전자기 코일인 것을 특징으로 하는 진공 아크 증착장치.
33. 제 29항에 있어서,

    상기 하나 이상의 명시된 자석의 설치각을 자동으로 제어하기 위한 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 아크 증착장치.
34. 제 32항에 있어서,

    상기 하나 이상의 명시된 자석 또는 상기 마지막 자석의 설치각 제어와 연계하여 상기 각각의 전자기 코일에 공급되는 코일 전류를 제어하기 위한 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 아크 증착장치.
35. 제 29항에 있어서, 상기 증발원은 다수개로 제공되는 것을 특징으로 하는 진공 아크 증착장치.
36. 제 29항에 있어서,

    상기 각각의 전자기 코일에 공급되는 코일 전류의 방향을 고정된 시간 간격으로 반대로 변경하기 위한 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 아크 증착장치.

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