KR100729250B1 - 편향자장형 진공아크 증착장치 - Google Patents

Abstract

편향자장형 진공아크 증착장치는 증착 유닛(UNi, UN2)를 구비하고, 그들 유닛은 증발원(3, 3')과, 자장형성 코일(400, 42, 42')이 부설된 만곡 필터 덕트(4, 4')를 포함하고 있다. 덕트(4, 4')는 피성막 물품 지지 홀더(2)에 면하는 덕트 끝부(40)가 공통으로 형성되고, 각 덕트의 반대측 끝부(41, 41')에 증발원(3, 3')이 설치되어 있다. 덕트 끝부(40)에 공통의 코일(400)이 설치되어 있음과 동시에 각 덕트에 또 하나의 자장형성 코일(42, 42')이 설치되어 있다. 각 코일에 대하여 설치상태의 조정장치[모터(m1, m2)] 및 구동장치(PC), 모터(M1, M2) 및 구동장치(PC1), 모터(M1', M2') 및 구동장치(PC1')가 설치되어 있다. 이 증착장치는 피성막 물체상에 원하는 구조의 양질의 박막을 생산성 양호하게 형성할 수 있다.

Description

편향자장형 진공아크 증착장치{DEFLECTION MAGNETIC FIELD TYPE VACUUM ARC VAPOR DEPOSITION DEVICE}

본 발명은 예를 들면 자동차부품, 기계부품, 공구, 금형 등의 물체상에 내마모성, 슬라이딩성, 내식성 중, 적어도 하나를 향상시키는 것 등을 위한 박막을 형성하는 것에 이용할 수 있는 진공아크 증착장치에 관한 것이다.

진공아크 증착장치는 감압 분위기하에 있어서, 애노드(양극)와 캐소드(음극)의 사이에 진공아크방전을 일으키고, 상기 아크방전에 의해 캐소드재료를 증발시켜 이온화한 캐소드재료를 함유하는 플라즈마를 발생시켜, 상기 이온화한 캐소드재료를 피성막 물체로 비상시켜 상기 물체상에 박막을 형성하는 것이다. 애노드와 캐소드의 사이에 진공아크방전을 발생시키고, 상기 아크방전에 의해 캐소드재료를 이온화하는 부분은 일반적으로 증발원이라든가, 진공아크 증발원이라 불리우고 있다. 진공아크 증착장치는 플라즈마 CVD 장치 등과 비교하면 성막속도가 크고 막 생산성의 점에서 우수하다.

이와 같은 진공아크 증착장치로서 편향자장형의 진공아크 증착장치도 알려져 있다. 편향자장형 진공아크 증착장치는, 상기 증발원에 더하여 증발원에 의해 이온화된 캐소드재료를 피성막 물체를 지지하는 홀더를 향해 비상시키는 편향자장이 영구자석이나 자장형성용 코일로 형성되는 만곡 필터 덕트를 포함하고 있다.

진공아크 증착법에 있어서는, 캐소드가 아크방전에 의해 증발할 때 매크로 파티클이라든가 드롭렛이라 불리우는 조대입자가 발생하는 일이 있다. 이와 같은 조대입자가 피성막 물체로 날아와 부착되면, 상기 물체상에 형성되는 막의 표면 평활성이 저하하거나, 막의 물체에 대한 밀착성이 저하하기도 한다.

상기한 편향자장이 형성되는 만곡 필터 덕트는, 하전입자인 이온화된 캐소드재료를 편향자장에 의해 선택적으로 덕트를 따라 편향시켜 피성막 물체로 유도할 수 있는 한편, 전기적으로 중성이기 때문에, 또는 가령 대전하고 있어도 질량이 매우 크기 때문에 자장에 의하여 편향시킬 수 없는 조대입자에 대해서는 만곡한 덕트의 내벽에 충돌시켜 피성막 물체로 날아와 부착하는 것을 억제한다. 그것에 의하여 양질의 박막을 피성막 물체상에 형성할 수 있다.

또, 이와 같은 필터 덕트를 구비한 진공아크 증착장치로서, 넓은 면적에 걸쳐 생산성 좋게 박막을 형성하는 장치나, 복합막을 형성하는 장치도 제안되어 있다. 예를 들면 일본국 특개2001-59165호 공보는, 단면형상이 직사각형 등의 하나의 필터 덕트 에 복수의 증발원을 배열함으로써 넓은 면적에 걸쳐 표면 평활성이 높은 막두께 균일성이 높은 막을 형성하는 것을 개시하고 있다.

일본국 특개평9-217141호 공보는, 각각이 다른 재료로 이루어지는 캐소드를 포함하는 증발원을 설치한 2개의 필터 덕트를 성막 용기벽의 다른 위치에 접속하여 각각의 증발원에 유래하는 초미립자를 피성막 물체로 비상시켜 초미립자 분산막(복합막)을 형성하는 것을 개시하고 있다. 다시 설명하면, 한쪽의 증발원으로서 티탄 을 포함하는 캐소드를 가지는 것을 채용함과 동시에 다른쪽의 증발원으로서 니켈로 이루어지는 캐소드를 가지는 것을 채용하고, 그것들 증발원에 펄스형상으로 교대로 아크방전용 전압을 인가함으로써, 질소가스 분위기에 있어서 질화 티탄으로 이루어지는 경질 초미립자와 니켈로 이루어지는 금속 초미립자로 구성되는 초미립자 분산막을 형성하는 예를 개시하고 있다.

이상의 것 외에, 필터 덕트를 구비한 진공아크 증착장치로서, 일본국 특개2002-294433호 공보는, 피성막 물체 표면에 형성되는 막의 두께 분포의 균일성이, 자장형성용 코일이 만드는 자장 중에 있어서의 플라즈마의 드리프트에 의하여 악화되는 것, 즉 자장 코일에 흘리는 전류의 방향이 항상 동일하면 피성막 물체상에 형성되는 막두께의 피크가 자장 중에 있어서의 플라즈마의 드리프트에 의하여 일정한 방향으로 어긋나고, 이것에 의하여 막두께 분포의 균일성이 저하하는 것을 억제하기 위하여 자장형성 코일에 흘리는 전류의 방향을 성막 중에 반복하여 반전시키는 것을 개시하고 있다.

여기서 일반적으로 피성막 물체상에 형성되는 박막의 구조에 대하여 보면, 전체가 동일재료로 이루어지는 박막, 상기한 바와 같이 복수종류의 미립자가 분산된 복합막 외에, 밑바탕층과 그 위에 적층된 원하는 층으로 이루어지는 박막, 2종류 이상의 원소로 이루어지는 화합물막, 소정재료의 박막 중에 다른 원소가 첨가된 박막 등이 있다.

밑바탕층을 포함하는 박막, 화합물막, 다른 원소 첨가 박막 등을 진공아크 증착장치를 사용하여 생산성 좋게 형성하기 위해서는, 상기한 초미립자 분산막의 형성의 경우와 마찬가지로 각각이 다른 재료로 이루어지는 캐소드를 포함하는 복수의 증발원을 채용하지 않으면 안된다.

그 경우, 상기 일본국 특개2001-59165호 공보가 개시하는, 하나의 필터 덕트 에 설치되는 복수의 증발원을 그들 복수종류의 증발원으로 하는 것을 생각할 수 있으나, 1개의 필터 덕트에 대하여 각각 다른 위치에 복수종류의 증발원을 배열하고, 소정위치에 배치된 피성막 물체상에 그와 같은 박막을 형성하는 것은, 각 증발원에 유래하는 이온화된 캐소드재료의 비행 궤적이 동일한 필터 덕트 내에서는 다른 것 등에 의하여 실제로는 곤란하다.

따라서 그와 같은 박막을 소정위치에 배치된 피성막 물체상에 형성하기 위해서는 일본국 특개평9-217141호 공보가 개시하는 바와 같이 증발원의 종류수에 따른 필터 덕트를 각각 성막 용기벽의 다른 위치에 접속하지 않으면 안된다.

그러나 그와 같이 하여도 예를 들면 화합물막을 형성하려고 할 때에는 복수종류의 이온화된 캐소드재료가 다른 위치로부터 정위치의 피성막 물체로 날아오게 되고, 그 결과, 화합물막이 아니라 그들 복수의 재료로 이루어지는 적층 구조막이 형성되는 경향이 된다. 또 화합물막의 형성의 경우뿐만 아니라, 밑바탕층을 포함하는 박막이나 다른 원소 첨가 박막을 형성할 때도, 복수종류의 이온화된 캐소드재료가 다른 위치로부터 정위치의 피성막 물체로 날아오게 되기 때문에, 형성되는 박막 각 부에서의 막질이나 막두께가 불균일해지기 쉽다. 또한 증발원의 수에 따른 필터 덕트를 각각 성막 용기벽의 다른 위치에 접속하면 진공아크 증착장치의 컴팩트화의 방해로도 된다.

이점, 일본국 특표2001-521066호 공보는, 2개의 만곡 자기필터 덕트를 구비하고, 성막 용기내 홀더에 지지되는 피성막 물체에 면하는 그들 필터 덕트 끝부를 서로 공통의 끝부가 되도록 형성하여, 서로 분리된 반대측의 덕트 끝부에 각각 증발원을 설치한 진공아크 증착장치를 개시하고 있다. 이 타입의 진공아크 증착장치에 의하면, 진공아크 증착장치의 컴팩트화가 가능하다. 그리고 어느 증발원에 유래하는 이온화된 캐소드재료도 하나의 부위, 즉 상기 공통의 덕트 끝부로부터 비상하여 간다. 따라서 밑바탕층을 포함하는 박막, 화합물막, 다른 원소 첨가 박막 등의 어느 것을 형성하는 경우에도 복수의 필터 덕트를 각각 성막 용기의 다른 부위에 접속하는 경우와 비교하면, 보다 원하는 상태로 박막을 형성할 수 있는 것처럼 보인다.

그러나 본 발명자의 연구에 의하면, 이와 같은 덕트 끝부 공통형의 진공아크 증착장치에 있어서도 또한 해결해야 할 과제가 있다.

도 6에 일본국 특표2001-521066호 공보에 개시된 진공아크 증착장치의 원리적구성을 나타낸다. 도 6에 나타내는 바와 같이 성막 용기(91) 중의 소정위치에 홀더(92)가 설치되어 있고, 상기 홀더에 피성막 물체(s)가 지지된다. 성막 용기벽(911)의 1개소, 즉 상기 홀더에 면하는 하나의 부위에 2개의 만곡 필터 덕트(93, 94)가 접속되어 있다.

이들 필터 덕트(93, 94)는 성막 용기(91)에 접속되는 부분(90), 따라서 홀더(92)에 면하는 부분(90)이 서로 공통으로 형성되어 있고, 서로 분리된 반대측의 덕트 끝부에 각각 다른 재료로 이루어지는 캐소드를 포함하는 증발원(95, 96)이 설치 되어 있다. 필터 덕트(93)에는 자장형성용의 영구자석 또는 코일(97)이 주위에 설치되어 있고, 필터 덕트(94)에는 자장형성용의 영구자석 또는 코일(98)이 주위에 설치되어 있다. 또한 공통 덕트 끝부(90)에는 그들 덕트에 공통의 자장형성용의 영구자석 또는 코일(99)이 주위에 설치되어 있다.

한쪽의 증발원(95)에 유래하는 이온화된 캐소드재료는 자석(97, 99)에 의해 형성되는 편향자장으로 덕트(93)로부터 공통 덕트 끝부(90)를 거쳐 비상할 수 있고, 다른쪽의 증발원(96)에 유래하는 이온화된 캐소드재료는 자석(98, 99)에 의해 형성되는 편향자장으로 덕트(94)로부터 공통 덕트 끝부(90)를 거쳐 비상할 수 있다.

따라서 이론상은 2개의 증발원을 동시에 운전함으로써, 피성막 물체(s)에 다른 재료로 이루어지는 화합물막을 형성할 수 있어, 교대로 반복하여 운전하면 다른 재료로 이루어지는 미립자 분산형의 복합막이나 적층 구조막을 형성할 수 있다. 또 한쪽의 증발원을 운전하여 물체(s)상에 밑바탕층을 형성하고, 그후 상기 한쪽의 증발원 대신에 다른쪽의 증발원을 운전함으로써 상기 밑바탕층 위에 원하는 막을 형성하거나, 한쪽의 증발원을 사용하여 막형성하면서, 다른쪽의 증발원을 사용하여 상기 막에 다른 원소를 첨가하거나 할 수 있다. 또한 어느 것인가 한쪽의 증발원만을 사용하여 물체(s)상에 동일한 재료로 이루어지는 막을 형성하는 것도 가능하다.

그러나 실제로 이 장치를 사용하여 화합물막이나 복합막의 형성을 시도하면, 한쪽의 증발원(95)에 유래하는 이온화 캐소드재료의 통로(950)와 다른쪽의 증발원 (96)에 유래하는 이온화 캐소드재료의 통로(960)가, 도 6에 나타내는 바와 같이 필터 덕트(93, 94)에 있어서의 양 편향자장이 서로 영향을 미치기 때문에 최종적으로 합류하여 홀더상의 물체(s)를 향하지 않고, 양 통로가 서로 반대방향으로 나뉘고, 또는 서로 교차한 후 나뉘는 일이 있어, 그 결과 물체(s)상에 원하는 화합물막 등을 형성하는 것이 곤란한 일이 있다. 밑바탕층을 포함하는 막이나 다른 원소 첨가막 등을 형성하는 경우에도 각 이온화 캐소드재료를 최종적으로 홀더상의 물체(s)에 집중적으로 향하게 하는 것이 곤란한 일이 있다.

따라서 본 발명은 복수의 증착 유닛을 구비하고, 상기 각 증착 유닛은 캐소드와 애노드 사이의 진공아크방전에 의해 상기 캐소드재료를 증발시킴과 동시에 이온화하는 증발원과, 상기 캐소드재료 구성원소를 포함하는 막을 홀더에 지지되는 피성막물체상에 형성하기 위하여 상기 증발원에 의해 이온화된 캐소드재료를 상기 홀더를 향하여 비상시키는 편향자장형성부재가 부설된 만곡 필터 덕트를 포함하고 있고, 상기 복수 증착 유닛의 각각의 상기 만곡 필터 덕트는, 상기 홀더에 면하는 덕트 끝부가 다른 만곡 필터 덕트의 상기 홀더에 면하는 덕트 끝부와 공통으로 형성되어 있고, 상기 각 필터 덕트의 반대측 끝부에 적어도 하나의 상기 증발원이 설치되어 있는 편향자장형 진공아크 증착장치(이하, 이 타입의 장치를「덕트 끝부 공통형의 편향자장형 진공아크 증착장치」라는 것이 있다.)로서, 피성막 물체상에 원하는 구조의 양질의 박막을 생산성 양호하게 형성할 수 있는 편향자장형 진공아크 증착장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자는 상기 과제를 해결하도록 예의 연구를 거듭하여 다음의 것을 알고 본 발명을 완성하였다.

즉, 필터 덕트에 설치되어 있는 편향자장형성부재의 설치상태를, 예를 들면 상기 덕트의 연장하는 방향에 있어서의 상기 부재의 위치의 조정, 상기 덕트에 대한 상기 부재의 설치각도의 조정, 이들 조합 등에 의해 조정함으로써, 상기 편향자장형성부재로 덕트내에 형성되는 자장의 특성(자력선의 방향 등)을 변경할 수 있고, 그것에 의하여 상기 덕트내에서의 이온화된 캐소드재료의 비상방향을 제어할 수 있다.

따라서 덕트 끝부 공통형의 편향자장형 진공아크 증착장치에 있어서의 복수개의 필터 덕트 중 적어도 1개에 대하여 더욱 필요하면 복수개 또는 전 갯수에 대하여 상기 필터 덕트에 대하여 설치되는 편향자장형성부재의 전부 또는 일부의 설치상태를 조정함으로써 복수의 증착 유닛의 각 증발원에서 발생하는 이온화 캐소드재료의 흐름을 상기 복수의 필터 덕트의 공통 덕트 끝부에서 합류시켜 함께 홀더상의 피성막 물체를 향하게 하는 것이 가능하고, 그렇게 함으로써 가령 형성 대상막이 화합물막 등 인 경우에도 상기 막을 피성막 물체상에 원하는 구조상태로 양질이고, 생산성 좋게 형성할 수 있다.

본 발명은 이상의 식견에 의거하여,

복수의 증착 유닛을 구비하고 있고, 상기 각 증착 유닛은, 캐소드와 애노드 사이의 진공아크방전에 의해 상기 캐소드재료를 증발시킴과 동시에 이온화하는 적어도 하나의 증발원과, 상기 캐소드재료 구성원소를 포함하는 막을 홀더에 지지되는 피성막 물체상에 형성하기 위하여 상기 증발원에 의해 이온화된 캐소드재료를 상기 홀더를 향하여 비상시키는 적어도 하나의 편향자장형성부재가 부설된 만곡 필터 덕트를 포함하고 있고, 상기 복수 증착 유닛의 각각의 상기 만곡 필터 덕트는, 상기 홀더에 면하는 덕트 끝부가 다른 만곡 필터 덕트의 상기 홀더에 면하는 덕트 끝부와 공통으로 형성되어 있고, 상기 각 필터 덕트의 반대측 끝부에 적어도 하나의 증발원이 설치되어 있는 편향자장형 진공아크 증착장치에 있어서,

상기 복수의 증착 유닛의 필터 덕트 중 적어도 1개의 필터 덕트에 대하여 설치된 상기 편향자장형성부재 중 적어도 하나의 편향자장형성부재의 상기 필터 덕트 에 대한 설치상태를 자장제어를 위해 조정하는 자장형성부재 조정장치를 구비하고 있는 편향자장형 진공아크 증발장치를 제공한다.

도 1은 본 발명에 관한 편향자장형 진공아크 증착장치의 일례의 개략 구성을 나타내는 도,

도 2는 도 1에 나타내는 장치에 있어서의 2개의 필터 덕트의 공통 끝부의 단면도,

도 3(a)는 한쪽의 증발원의 구성을 나타내는 도,

도 3(b)는 다른쪽의 증발원의 구성을 나타내는 도,

도 4는 도 1에 나타내는 장치의 전기회로의 일부를 나타내는 블럭도,

도 5는 편향자장형 진공아크 증착장치의 다른 예의 개략구성을 나타내는 도,

도 6은 종래의 진공아크 증착장치의 일례의 원리적 구성을 나타내는 도면이 다.

본 발명의 실시형태에 관한 편향자장형 진공아크 증착장치는, 기본적으로는 복수의 증착 유닛을 구비하고 있고, 상기 각 증착 유닛은 캐소드와 애노드 사이의 진공아크방전에 의해 상기 캐소드재료를 증발시킴과 동시에 이온화하는 증발원과, 상기 캐소드재료 구성원소를 포함하는 막을 홀더에 지지되는 피성막 물체상에 형성하기 위하여 상기 증발원에 의해 이온화된 캐소드재료를 상기 홀더를 향하여 비상시키는 1 또는 2 이상의 편향자장형성부재가 부설된 만곡 필터 덕트를 포함하고 있다.

그리고 상기 복수 증착 유닛의 각각의 상기 만곡 필터 덕트는, 상기 홀더에 면하는 덕트 끝부가 다른 만곡 필터 덕트의 상기 홀더에 면하는 덕트 끝부와 공통으로 형성되어 있고, 상기 각 필터 덕트의 반대측 끝부에 적어도 하나의 상기 증발원이 설치되어 있다.

또한 복수의 증착 유닛의 필터 덕트 중 적어도 1개의 필터 덕트에 대하여 설치된 상기 편향자장형성부재 중 적어도 하나의 편향자장형성부재의 상기 필터 덕트 에 대한 설치상태를 자장제어를 위해 조정하는 자장형성부재 조정장치를 구비하고 있다.

이와 같은 편향자장형성부재는, 영구자석으로 이루어지는 것이어도 통전에 의해 자장을 형성하는 자장형성 코일이어도, 이들의 조합이어도 좋다. 어쨌든 편향자장형성부재는 덕트 주위에 설치되어 있는 것이 바람직하다.

또, 상기 자장형성부재 조정장치로서는, 대표예로서 상기 조정장치에 의해 설치상태가 조정되는 편향자장형성부재의, 상기 부재로 자장이 형성되는 필터 덕트의 연장방향에서의 위치 및/또는 상기 덕트에 대한 설치각도를 조정하는 장치를 들 수 있다.

필터 덕트는 그것에는 한정되지 않으나, 단면 직사각형의 필터 덕트를 대표예 로서 들 수 있다. 이와 같은 단면 직사각형 덕트를 채용하는 경우, 상기 조정장치에의한 편향자장형성부재의 덕트에 대한 설치각도로서, 상기 덕트의 4개의 측면 중 서로 대향하는 1쌍의 측면에 실질상 수직한 축선 주위의 편향자장형성부재의 자세각도및/또는 상기 축선에 실질상 수직한 또 하나의 축선(서로 대향하는 또 1쌍의 측면에 실질상 수직한 축선)의 주위의 편향자장형성부재의 자세각도를 들 수 있다.

각 필터 덕트에 복수의 편향자장형성부재가 설치되어 있는 경우, 그 중의 하나는 다른 필터 덕트에 대하여 설치되어 있는 복수의 편향자장형성부재의 하나와 공통의 것으로 하여도 좋다. 이와 같은 공통의 편향자장형성부재는, 예를 들면 상기 공통의 덕트 끝부에 설치할 수 있다.

대표예로서, 상기 복수개의 필터 덕트에 공통의 상기 홀더에 면하는 덕트 끝부에 대하여 상기 복수개의 필터 덕트에 공통의 편향자장형성부재가 설치되어 있음과 동시에 상기 복수개의 필터 덕트의 각각의, 다른 필터 덕트로부터 분리된 부분에 대하여 각각 편향자장형성부재가 설치되어 있는 경우를 들 수 있다.

어쨌든, 이와 같은 진공아크 증착장치는, 자장형성부재 조정장치로 이것에 관련되는 편향자장형성부재의 필터 덕트에 대한 설치상태를 조정할 수 있고, 그것에 의하여 상기 자장형성부재로 덕트내에 형성되는 자장의 특성(자력선의 방향 등)을 제어하며, 그것에 의하여 상기 덕트에 대하여 설치된 증발원에 유래되는 이온화 캐소드재료의 비행방향을 제어하여 상기 이온화 캐소드재료를 공통 덕트 끝부로부터 홀더상의 피성막 물체로 향하게 할 수 있다.

다른 1 또는 2 이상의 필터 덕트로부터도 이온화 캐소드재료를 비상시킬 때에는 상기 다른 이온화 캐소드재료의 흐름에 설치상태의 조정이 가능한 자장형성부재를 가지는 필터 덕트로부터의 이온화 캐소드재료의 흐름을, 상기 자장형성부재의 설치상태의 조정에 의해 합류시키고, 그들 복수의 이온화 캐소드재료의 흐름을 함께 피성막 물체를 향하게 하면 좋다.

복수의 필터 덕트로부터의 이온화 캐소드재료의 흐름을 합류시켜 공통 덕트 끝부로부터 함께 홀더상의 피성막 물체를 향하게 하려고 할 때에 1개의 덕트에 있어서의 하나의 자장형성부재의 설치상태 조정만으로는 불충분한 경우에는, 상기 1개의 덕트에 있어서의 다른 자장형성부재에 대해서도 조정장치를 설치하여 그 설치상태를 조정하여도 좋다. 또 다른 1 또는 2개 이상의 덕트의 각각에 있어서의 1 또는 2 이상의 자장형성부재의 각각에 조정장치를 설치하여 상기 자장형성부재의 덕트에 대한 설치상태를 조정하여도 좋다.

복수 필터 덕트로부터의 이온화 캐소드재료의 흐름을 합류시키지 않은 경우 에도 하나하나의 필터 덕트에 있어서 이온화 캐소드재료의 흐름을 공통 덕트 끝부로부터 피성막 물체를 향하게 하는 것이 곤란한 때에는 그와 같은 필터 덕트의 각 각에 있어서의 1 또는 2 이상의 편향자장장형성부재에 대하여 설치상태의 조정장치를 설치하여도 좋다.

예를 들면 상기한 바와 같이 복수개의 필터 덕트에 공통의 상기 홀더에 면하는 덕트 끝부에 대하여 상기 복수개의 필터 덕트에 공통의 편향자장형성부재가 설치되어 있음과 동시에 상기 복수개의 필터 덕트의 각각의 다른 필터 덕트로부터 분리된 부분에 대하여 각각 편향자장형성부재가 설치되어 있는 경우에, 상기 편향자장형성부재의 각각에 대하여 자장형성부재 조정장치를 설치하여도 좋다.

어쨌든 1 또는 2 이상의 필터 덕트의 각각에 있어서의 1 또는 2 이상의 자장형성부재의 덕트에 대한 설치상태를 조정함으로써, 복수의 증착 유닛의 각 증발원에서 발생하는 이온화 캐소드재료의 흐름을 상기 복수의 필터 덕트의 공통 덕트 끝부에서 합류시켜 함께 홀더상의 피성막 물체를 향하게 하고, 가령 형성 대상막이 화합물막 등인 경우에도 상기 막을 피성막 물체상에 원하는 구조상태에서 양질이고, 생산성 좋게 형성할 수 있다.

이와 같은 진공아크 증착장치는 2 이상의 증발원을 동시에 사용함으로써 피성막 물체에 다른 재료로 이루어지는 화합물막을 형성할 수 있고, 교대에 반복하여 사용하면 다른 재료로 이루어지는 미립자 분산형의 복합막이나 적층 구조막을 형성할 수 있다. 또 어느 하나의 증발원을 사용하여 물체상에 밑바탕층을 형성하고, 그후 상기 증발원 대신에 다른 증발원을 사용함으로써 상기 밑바탕층 위에 원하는 막을 형성하거나, 어느 하나의 증발원을 사용하여 막을 형성하면서, 다른 증발원을 사용하여 상기 막에 다른 원소를 첨가하거나 할 수 있다. 또한 어느 하나의 증착 유닛에 있어서의 증발원만을 사용하여 물체상에 동일 재료로 이루어지는 막을 형성하는 것도 가능하다.

피성막 물체 표면에 형성되는 막의 두께 분포의 균일성이, 편향자장형성부재가 만드는 자장 중에 있어서의 플라즈마의 드리프트에 의하여 악화되는 것을 억제하기 위하여 예를 들면 다음과 같이 하여도 좋다. 즉, 상기 편향자장형성부재 중 1 또는 2 이상의 것의 각각을, 자장형성 전원장치로부터 통전함으로써 편향자장을 형성하는 자장형성 코일로 하고, 상기 자장형성 전원장치는, 적어도 하나의 자장형성 코일에 대하여 상기 코일의 전류의 방향을 주기적으로 반전시킬 수 있는 전원장치로 하여도 좋다.

또, 다른 재료로 이루어지는 층이 적층된 적층 구조막, 막두께방향에 있어서의 소정부위에 다른 원소가 첨가된 다른 원소 첨가막 등을 형성할 수 있도록, 또는 필요에 따라 증발원으로부터의 이온화 캐소드재료의 피성막 물체로의 날아옴을 저지하는 등을 위하여 다음과 같이 하여도 좋다.

즉, 상기 편향자장형성부재 중 1 또는 2 이상의 것의 각각을 자장형성 전원장치로부터 통전됨으로써 편향자장을 형성하는 자장형성 코일로 하고, 상기 자장형성 전원장치는, 상기 각 자장형성 코일마다에 통전의 온/오프를 제어할 수 있는 전원장치로 하여도 좋다. 자장형성 코일에의 통전을 오프함으로써 이온화 캐소드재료의 피성막 물체로의 날아옴을 저지할 수 있다.

동일한 목적을 위하여, 상기 복수의 증착 유닛 중 적어도 하나의 증착 유닛에 대하여 상기 증착 유닛에 있어서의 상기 필터 덕트내의 상기 이온화된 캐소드재 료의 통로를 차단하는 폐쇄위치와 상기 통로를 개방하는 위치와의 사이를 왕복운동 가능한 차단부재를 설치하여도 좋다.

그런데 진공아크 증착장치에 있어서, 증발원에 있어서의 애노드와 캐소드 사이에 아크방전을 발생시킴에 있어서는, 아크방전 유발용 트리거전극을 캐소드의 방전면에 대향 배치하고, 상기 캐소드와 트리거전극과의 사이에 전압을 인가함과 동시에 상기 트리거전극을 상기 방전면에 접촉시키고, 계속해서 이반(離反)시켜 아크방전을 발생시키고, 그것에 의하여 애노드와 캐소드 사이의 아크방전을 유발한다.

그러나 캐소드재료에 따라서는 종종 진공아크방전이 꺼진다. 아크방전이 꺼지면 그 때마다 아크방전 유발용 트리거전극을 사용하여 애노드와 캐소드 사이에 진공아크방전을 유발하여 막형성을 재개시키지 않으면 안된다.

그런데, 트리거전극에 의한 애노드와 캐소드 사이의 진공아크방전의 유발(소위「아크점호」)시에는 그 아크방전은 불안정하고, 그 때문에 막형성에 있어서 아크점호가 반복되면, 막질이 저하한다.

따라서 피성막 물체에의 막형성의 도중에 진공아크방전이 꺼짐에 따라 트리거전극에 의한 진공아크방전의 유발이 행하여지는 경우에도 막형성 개시부터 완료까지의 시간을 쓸데없이 오래 끌게 하지 않고, 또한 품질이 양호한 막을 형성할 수 있는 수단이 요구된다.

그래서, 예를 들면 다음과 같이 하여도 좋다.

즉, 상기 복수의 증착 유닛 중 적어도 동시에 사용하는 것이 있는 복수의 증착 유닛의 각각을, 상기 편향자장형성부재로서 자장형성 전원장치로부터 통전됨으 로써 편향자장을 형성하는 자장형성 코일을 구비함과 동시에 상기 증발원에 있어서의 아크방전의 점멸을 검출하는 검출기를 구비하는 것으로 한다. 그리고 상기 자장형성 전원장치는, 동시 사용대상의 상기 복수의 증착 유닛을 동시에 사용하는 경우에, 상기 동시사용 증착 유닛에 있어서의 상기 검출기 중 적어도 하나가 아크방전의 꺼짐을 검출하면 상기 동시사용 증착 유닛의 자장형성 코일에의 통전을 오프로 하고, 상기 동시사용 증착 유닛에 있어서의 모든 상기 검출기가 아크방전을 검출하고 나서 상기 동시사용 증착 유닛에 있어서의 모든 증발원에서 아크방전이 안정되는 데에 요하는 시간이 경과하면 상기 자장형성 코일에의 통전을 허용하는 것으로 한다.

동일한 이유로부터, 다음과 같이 하여도 좋다.

상기 복수의 증착 유닛 중 적어도 동시에 사용하는 것이 있는 복수의 증착 유닛의 각각을, 상기 증착 유닛에 있어서의 상기 필터 덕트 내의 상기 이온화된 캐소드재료의 통로를 차단하는 폐쇄위치와 상기 통로를 개방하는 개방위치와의 사이를 왕복운동 가능한 차단부재와, 상기 차단부재를 상기 폐쇄위치 또는 개방위치에 배치하도록 구동하는 구동장치와, 상기 증발원에서의 아크방전의 점멸을 검출하는 검출기를 구비하는 것으로 한다. 그리고 상기 각 증착 유닛의 차단부재의 구동장치는 제어부에서 동작 제어되도록 하고, 상기 제어부는 동시사용 대상의 상기 복수의 증착 유닛을 동시에 사용하는 경우에, 상기 동시사용 증착 유닛에 있어서의 상기 검출기 중 적어도 하나가 아크방전의 꺼짐을 검출하면 상기 동시사용 증착 유닛의 필터 덕트의 상기 차단부재를 상기 폐쇄위치에 배치하고, 상기 동시사용 증착 유닛에 있어서의 모든 상기 검출기가 아크방전을 검출하고 나서 상기 동시사용 증착 유닛에 있어서의 모든 증발원에서 아크방전이 안정되는 데에 요하는 시간이 경과하면 상기 차단부재를 상기개방위치에 배치하도록 상기 구동장치를 제어하는 것으로 한다.

상기 증발원에서의 아크방전의 점멸을 검출하는 검출기로서는, 진공아크방전에 의거하는 방전전류를 검출하는 전류검출기나, 캐소드에의 인가전압을 검출하는 전압 검출기를 예시할 수 있다. 전류검출기의 경우는, 그것이 진공아크방전이 점등하고 있는 것을 나타내는 전류값을 검출하지 않을 때 진공아크방전이 꺼져 있고, 진공아크방전이 점등하고 있는 것을 나타내는 전류값을 검출하면 진공아크방전이 점등하고 있다고 판단할 수 있다. 전압검출기의 경우는, 그것이 진공아크방전이 점등하고 있는 것을 나타내는 전압값을 검출하지 않을 때 진공아크방전이 꺼져 있고, 진공아크방전이 점등하고 있는 것을 나타내는 전압값을 검출하면 진공아크방전이 점등하고 있다고 판단할 수 있다.

상기한 「증발원에서 아크방전이 안정되는 데에 요하는 시간」은, 사용하는 캐소드재료나, 진공아크 증착장치의 구체적 구조 등에 의하여 다르기 때문에, 미리 실험 등에 의해 결정하여 두면 좋다.

또, 막구조나 막조성의 제어 등을 위해, 상기 증착 유닛의 각각에 있어서 증발원의 캐소드와 애노드 사이에 전압을 인가하여 아크방전을 발생시키는 아크 전원장치 중 적어도 하나는 펄스전압을 인가하는 전원장치로 하여도 좋다. 또한 상기 전원장치는, 상기 펄스전압의 크기, 펄스폭 및 듀티 중 적어도 하나를 제어 가능한 전원장치로 하여도 좋다.

또한 상기 복수의 증착 유닛 중 적어도 하나의 증착 유닛은 상기 증발원을 복수로 구비하고 있어도 좋다.

이하, 도면을 참조하여 편향자장형 진공아크 증착장치의 예에 대하여 설명한다.

도 1은 편향자장형 진공아크 증착장치의 일례(A1)의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 도 1에 나타내는 장치(A1)는 성막 용기(1)를 구비하고 있고, 용기(1)내에는 피성막 물체(여기서는 기판 형태의 것)(S)를 지지하는 홀더(2)가 설치되어 있다. 홀더(2)에는 성막시에 상기 홀더에 탑재되는 피성막 물체(s)에 바이어스전압을 인가할 수 있는 전원(PW1)이 접속되어 있다.

용기(1)에는 배기장치(EX)가 접속되어 있고, 이것에 의하여 용기(1)내를 원하는 감압상태로 설정할 수 있다. 또 용기벽(11)의 1개소에 2개의 증착 유닛(UN1, UN2)이 접속되어 있다.

한쪽의 증착 유닛(UN1)은, 만곡 필터 덕트(4)와 이것에 설치된 증발원(3)을 구비하고 있다. 필터 덕트(4)는 한쪽 끝부(40)가 용기벽(11)의 상기 1개소에 설치된 직사각형 개구부(110)의 주위 벽에 접속되어 홀더(2)에 면하고 있다. 증발원(3)은 상기 덕트(4)의 다른쪽 끝부(41)에 설치되어 있다. 덕트(4)는 약 90°만곡되어 있고, 단면형상이 직사각형이다(도 2 참조).

덕트(4)에는 성막 용기(1)측의 끝부(40)에 자장형성 코일(400)을 고리형상으로 주위에 설치하고 있음과 동시에, 다른쪽 끝부(41)의 근처에 또 하나의 자장형성 코일(42)을 고리형상으로 주위에 설치하고 있다. 코일(400)은 프레임(401)에 지지되어 있고, 코일(42)은 프레임(43)에 지지되어 있다. 코일(400)에 전원(PW3)으로부터 통전하고, 또 코일(42)에 전원(PW4)으로부터 통전하여 덕트(4)내에 편향자장을 형성할 수 있다.

코일 프레임(401)은 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이 덕트(4)의 서로 대향하는 측면(4a)에 수직하고, 또한 덕트(4)의 길이방향 중심 축선(α)에 수직하게 교차하는 축선(β)의 주위에 왕복회동 가능하게 제 1 정위치부재(f1)에 지지되어 있고, 부재(f1)에 지지된 회전모터(m1)로 축선(β)의 주위로 왕복회동 구동 가능하다. 이와 같이 하여 코일 프레임(401)에 지지된 코일(400)은 축선(β) 주위의 자세각도의 조정을 행할 수 있다.

또, 코일 프레임(401)은, 제 1 정위치부재(f1) 및 모터(m1)와 함께 덕트(4)의 또 1쌍의 서로 대향하는 측면(4b)에 수직하고, 또한 덕트(4)의 길이방향 중심 축선(α)에 수직하게 교차하는 축선(γ)의 주위에 왕복 회동 가능하게 제 2 정위치부재(f2)에 지지되어 있고, 제 2 정위치부재(f2)에 지지된 회전모터(m2)에 의해 상기 축선의 주위로 왕복 회동 구동 가능하다. 이와 같이 하여 코일(400)은 축선(γ) 주위의 자세각도의 조정도 행할 수 있다.

또한 코일(400), 이것을 지지하는 프레임(401) 및 모터(m1, m2) 등의 전체가 정위치의 왕복 구동장치(PC)(도 1 참조)로 상기 덕트 중심 축선(α)의 방향(덕트의 연장방향)에 있어서의 위치를 조정할 수 있게 되어 있다. 다시 말하면, 본 예에서는 도 1의 상하방향으로 위치조정 가능하게 되어 있다. 모터(m1, m2) 및 장치(PC) 등은 코일(400)을 위한 코일 조정장치를 구성하고 있다.

코일(42)을 지지하는 코일 프레임(43)도 상기 코일 프레임(401)에 대한 회동기구의 경우와 마찬가지로 덕트(4)의 서로 대향하는 측면(4a)에 수직하고, 또한 덕트(4)의 길이방향 중심 축선(α)에 수직하게 교차하는 축선(β1)의 주위로 왕복 회동 가능하게 제 1 정위치부재(도시 생략)에 지지되어 있고, 상기 제 1 정위치부재에 지지된 회전모터(M1)에 의해 상기 축선(β1)의 주위로 왕복회동 구동 가능하다. 이와 같이 하여 코일 프레임(43)에 지지된 코일(42)은 축선(β1)의 주위의 자세각도의 조정을 행할 수 있다.

또 코일 프레임(43)은 상기 도시 생략한 제 1 정위치부재 및 이것에 지지된 모터(M1)와 함께 덕트(4)의 또 1쌍의 서로 대향하는 측면(4b)에 수직하고, 또한 덕트(4)의 길이방향 중심 축선(α)에 수직하게 교차하는 축선(γ1)의 주위로도 왕복 회동가능하게 제 2 정위치부재(도시 생략)에 지지되어 있고, 상기 제 2 정위치부재에 지지된 회전모터(M2)에 의해 축선(γ1)의 주위로 왕복회동 구동 가능하다. 이와 같이 하여 코일(42)은 축선(γ1)의 주위의 자세각도의 조정도 행할 수 있다.

또한 코일(42), 이것을 지지하는 프레임(43) 및 모터(M1, M2) 등의 전체가 정위치의 지점축(44)을 중심으로 덕트(4)의 길이방향(연장방향)으로 요동 가능하고, 왕복 구동장치(PC1)로 상기 방향의 위치를 조정할 수 있게 되어 있다. 모터(M1, M2) 및 장치(PC1) 등은 코일(42)을 위한 코일 조정장치를 구성하고 있다.

다른쪽의 증착유닛(UN2)도 만곡 필터 덕트(4')와 이것에 설치된 증발원(3')을 구비하고 있다. 필터 덕트(4')의 한쪽 끝부(40)는 상기 증착 유닛(UN1)에 있어 서의 필터 덕트(4)의 한쪽 끝부(40)와 공통으로 형성되어 있다. 따라서 덕트(4')도 용기벽 개구부(110)의 주위 벽에 접속되어 홀더(2)를 향하고 있다. 증발원(3')은 상기 덕트(4')의 다른쪽 끝부(41')에 설치되어 있다. 덕트(4')는 도면에 있어서 덕트(4)와 좌우 대칭적으로 약 90°만곡되어 있고, 단면형상이 직사각형이다(도 2 참조). 덕트(4와 4')가 서로 합쳐지는(환언하면 서로 분리되는) 부위에는, 증발원(3, 3')이 서로 직접적으로 마주 보는 것을 방지하기 위한 차단벽(칸막이벽)(4W)을 설치하고 있다.

덕트(4')에는 덕트(4)와 공통의 상기한 자장형성 코일(400)이 설치되어 있는 외에, 덕트(4)의 경우와 마찬가지로 증발원(3')에 가까운 다른쪽 끝부(41')의 근처에 또 하나의 자장형성 코일(42')을 고리형상으로 주위에 설치하고 있다. 코일(42')은 프레임(43')에 지지되어 있다. 코일(400)에 전원(PW3)으로부터 통전하고, 또 코일(42')에 전원(PW4')으로부터 통전하여 덕트(4') 내에 편향자장을 형성할 수 있다.

코일 프레임(43')도 상기 코일 프레임(401)에 대한 회동기구의 경우와 마찬가지로 덕트(4')의 서로 대향하는 1쌍의 측면에 수직하고, 또한 덕트(4')의 길이방향 중심 축선에 수직하게 교차하는 축선(β1')의 주위로 왕복회동 가능하게 도시생략한 제 1 정위치부재에 지지되어 있으며, 상기 제 1 정위치부재에 지지된 회전모터(Ml')에 의해 상기 축선(β1')의 주위로 왕복회동 구동 가능하다. 이와 같이 하여 코일 프레임(43')에 지지된 코일(42')은 축선(β1') 주위의 자세각도의 조정을 행할 수 있다.

또, 코일 프레임(43')은 상기 도시 생략한 제 1 정위치부재 및 이것에 지지된 모터(M1')와 함께 덕트(4')의 또 1쌍의 서로 대향하는 측면에 수직하고, 또한 덕트(4')의 길이방향 중심 축선에 수직하게 교차하는 축선(γ1')의 주위로 왕복 회동 가능하게 도시 생략한 제 2 정위치부재에 지지되어 있으며, 상기 제 2 정위치부재에 지지된 회전모터(M2')에 의해 상기 축선(γ1')의 주위로 왕복회동 구동 가능하다. 이와 같이 하여 코일(42')은 축선(γ1') 주위의 자세각도의 조정도 행할 수 있다.

또한 코일(42'), 이것을 지지하는 프레임(43') 및 모터(M1', M2') 등의 전체가 정위치의 지점축(44')을 중심으로 덕트(4')의 길이방향(연장방향)으로 요동 가능하고, 왕복 구동장치(PC1')로 상기 방향의 위치를 조정할 수 있게 되어 있다. 모터 (Ml', M2') 및 장치(PC1') 등은 코일(42')을 위한 코일 조정장치를 구성하고 있다.

도 3(a)는 증발원(3)의 구성을 나타내는 도면이고, [도 3(b)]는 증발원(3')의 구성을 나타내는 도면이다. 증발원(3, 3')은 도 3(a), 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 캐소드(31, 31')를 포함하고 있다. 캐소드(31, 31')는 필터 덕트(4, 4')의 끝부(41, 41')에 설치한 접지된 벽판(410, 410')의 중앙구멍에 헐겁게 끼워진 도전성 캐소드 지지체(32, 32')에 지지되어 덕트내에 배치되어 있다. 캐소드 지지체(32, 32')는 절연부재(33, 33')를 거쳐 상기 벽판(410, 410')에 고정되어 있다.

캐소드(31, 31')는 형성하고자 하는 막을 따라 선택한 재료로 형성된 것이다. 벽판(410, 410')으로부터 덕트 안쪽의 영역에서는 캐소드(31, 31')에 통형상의 애노드(34, 34')가 면하여 설치되어 있고, 상기 애노드 안쪽으로부터 막대형상의 트리거전극(35, 35')이 캐소드(31, 31')의 끝면(방전면)의 중앙부에 면하고 있다. 애노드(34, 34' )는 접지되어 있다.

트리거전극(35, 35')은 애노드(34, 34')의 캐소드(31, 31')로부터 먼 쪽의 개구부를 통하여 애노드의 바깥쪽으로 연장되고, 지지로드(351, 351')에 지지되어 있다. 지지로드(351, 351')는 벽판(410, 410')에 설치한 소위 피드 스루장치(36, 36')를 거쳐 벽판(410, 410') 밖의 왕복직선 구동장치(D, D')에 접속되어 있다. 상기 장치(D , D')에 의하여 트리거전극(35, 35')을 캐소드(31, 31')에 접촉 이반시킬 수 있다. 피드 스루장치(36, 36')는 벽판(410, 410') 내외를 기밀하게 차단하면서 로드(351, 351')의 왕복운동을 가능하게 한다.

증발원(3, 3')은 아크전원(PW2, PW2')도 구비하고 있고, 상기 전원은 캐소드(31, 31')와 애노드(34, 34') 사이에 아크방전용 전압을 인가할 수 있게, 또 캐소드(31, 31')와 애노드(34, 34') 사이의 아크방전을 유발하기 위하여 캐소드(31, 31')와 트리거전극(35, 35') 사이에 트리거용 전압을 인가할 수 있도록 캐소드(31, 31') 등에 배선 접속되어 있다. 트리거전극(35, 35')은 아크전류가 흐르지 않도록 저항(R, R')을 거쳐 접지되어 있다. 아크전원(PW2, PW2')과 캐소드지지체(32, 32')를 접속하는 배선의 도중에는 진공아크방전에 의거하는 방전전류를 검출하는 전류검출기(5, 5')를 접속하고 있다. 또한 뒤에서 설명하는 바와 같이 상기 전류검출기 대신에 전압검출기(50, 50')를 채용하여도 좋다.

도 4에 장치(A1)의 전기회로의 일부의 블럭도를 나타낸다. 이 블럭도에 나 타내는 바와 같이, 아크전원(PW2, PW2'), 코일전원(PW3, PW4, PW4') 및 트리거전극 구동장치(D, D')는 제어부(CONT)에 접속되어 있다. 전류검출기(5, 5')[또는 전압검출기(50, 50')]도 제어부(CONT)에 접속되어 있다. 또한 제어부(CONT)는 뒤에서 설명하는 바와 같이 전원의 온/오프를 제어하나, 코일전원(PW3, PW4, PW4')의 각각에 대하여 다른 전원으로부터 독립하여 상기 전원에 대응하는 자장형성 코일에의 통전을 제어하도록 온/오프제어 할 수 있게도 구성하여도 좋다. 어쨌든 전원(PW3, PW4, PW4')과 제어부(CONT)로 자장형성 코일에 대한 자장형성 전원장치가 구성되어 있다고 할 수 있다.

진공아크 증착장치(A1)는 어느 한쪽의 증발원만을 사용하여 막을 형성할 수도 있으나, 그 경우 제어부(CONT)는 전류검출기(5)(또는 5')가 방전이 점등하고 있는 것을 나타내는 소정의 방전 전류값을 검출하지 않을 때 진공아크방전이 꺼져 있다고 판단하고, 검출기(5)(또는 5')가 소정의 방전 전류값을 검출하면 진공아크방전이 점등하고 있다고 판단한다.

또한 제어부(CONT)는 진공아크방전이 꺼져 있다고 판단하면, 전원(PW3, PW4 또는 PW3, PW4')으로부터의 자장형성 코일(400, 42 또는 400, 42')에의 통전을 오프함과 동시에 트리거전극 구동장치(D)(또는 D')에 지시하여 트리거전극(35 또는 35')을 진공아크방전을 유발하도록 구동한다.

제어부(CONT)는 또, 전류검출기(5 또는 5')가 진공아크방전이 점등하고 있는 것을 나타내는 소정의 방전 전류값을 검출하면 진공아크방전이 점등하였다고 판단한다. 그리고 진공아크방전이 점등하고 나서 미리 설정된 진공아크방전이 안정되 는 데에 요하는 시간의 경과후, 모든 자장형성 코일(400, 42 또는 400, 42')에 통전시킨다. 진공아크방전이 안정되는 데에 요하는 시간은 캐소드재료 등에 의하여 다르기 때문에, 미리 실험 등에 의하여 구하여 두면 좋다.

증발원(3, 3')의 양쪽을 동시에 사용하여 막을 형성할 때에는, 제어부(CONT)는 증발원(3, 3')에 있어서의 전류검출기(5, 5') 중 하나라도 방전이 점등하고 있는 것을 나타내는 소정의 방전 전류값을 검출하지 않을때 진공아크방전이 꺼져 있다고 판단하고, 검출기(5, 5')의 양쪽이 소정의 방전 전류값을 검출하면 진공아크방전이 점등하고 있다고 판단한다.

이 경우, 제어부(CONT)는 진공아크방전이 꺼져 있다고 판단하면 모든 전원 (PW3, PW4, PW4')으로부터의 자장형성 코일(400, 42, 42')에의 통전을 오프로 함과 동시에 트리거전극 구동장치(D 및/또는 D')에 지시하여 트리거전극(35 또는 35')을 진공아크방전을 유발하도록 구동한다.

그리고 전류검출기(5, 5')가 진공아크방전이 점등하고 있는 것을 나타내는 소정의 방전전류값을 검출하면 진공아크방전이 점등하였다고 판단한다. 그리고 방전이 꺼져 있던 모든 증발원에서 진공아크방전이 점등하고 나서 미리 설정된 진공아크방전이 안정되는 데에 요하는 시간의 경과후, 모든 자장형성 코일(400, 42, 42')에 통전시킨다.

또한 진공아크방전이 꺼지면 검출기(5, 5')는 방전전류를 검출할 수 없게 되고, 진공아크방전 점등 중은 방전전류를 검출할 수 있다. 제어부(CONT)는 이것에 의거하여 진공아크방전이 점등하고 있는지, 꺼져 있는지의 판단기준이 되는 전류값 을 채용하여, 상기 판단기준 전류값 이상의 전류값이 검출될 때는 진공아크방전이 점등하고 있고, 그렇지 않을 때는 진공아크방전이 꺼져 있다고 판단한다.

방전 꺼짐의 검출기로서 전압검출기(50, 50')를 사용하는 경우도 전류검출기(5, 5')를 채용하는 경우와 마찬가지로 증발원의 운전을 제어할 수 있다. 단, 전압검출기를 사용하는 경우는, 상기 전압검출기(50, 50')는 진공아크방전이 꺼지면 전원 (PW2, PW2')의 정격전압 또는 그것에 가까운 전압을 검출하나, 진공아크방전 점등 중은 그 전압보다 작은 전압값을 검출한다. 제어부(CONT)는 이것에 의거하여 진공아크방전이 점등하고 있는지, 꺼져 있는지의 판단기준이 되는 전압값을 채용하여, 상기 판단기준 전압값 이하의 전압값이 검출될 때는 진공아크방전이 점등하고 있고, 그렇지 않을 때는 진공아크방전이 꺼져 있다고 판단하면 좋다.

이상 설명한 도 1에 나타내는 진공아크 증착장치(A1)에 의하면, 다음과 같이 하여 피성막 물체(s)상에 캐소드 구성재료 원소를 포함하는 박막을 형성할 수 있다.

먼저, 홀더(2)상에 피성막 물체(s)를 설치한다. 처음에는 각 자장형성 코일(400, 42, 42')에의 통전은 정지하여 둔다. 이어서 배기장치(EX)를 운전하여 용기(1)내 및 이것에 접속된 덕트(4, 4')내로부터 배기하여, 그것들을 성막압력까지 감압한다.

또, 홀더(2)상의 피성막 물체(s)에는 필요에 따라 막 형성용 이온을 끌어 당기기 위한 바이어스전압을 전원(PW1)으로부터 인가 개시한다. 성막 중, 균일한 박막을 형성하기 위하여 도시를 생략한 회전 구동장치에 의해 홀더(2)를 회전시킴으 로써 피성막 물체(s)를 회전시켜도 좋다.

이와 같은 상태에서 사용하는 증발원(3 및/또는 3')에 있어서의 트리거전극(35, 35')을 캐소드(31, 31')에 접촉시키고, 곧 이어서 떼어 놓는다. 이에 의하여 전극(35, 35')과 캐소드(31, 31') 사이에 불꽃이 발생하고, 이것이 방아쇠가 되어 애노드(34, 34')와 캐소드(31, 31') 사이에 진공아크방전이 유발된다. 이 아크방전에 의해 캐소드재료가 가열되어 캐소드재료가 증발하고, 또한 캐소드(31, 31') 앞쪽에 이온화 캐소드재료를 포함하는 플라즈마가 형성되기 시작한다.

제어부(CONT)는 그 사이 검출기(5, 5')로부터의 정보에 의하여 사용하는 증발원에 있어서의 진공아크방전의 점등을 검출하고, 그후 상기 진공아크방전이 안정되는 데에 요하는 미리 설정된 시간의 경과후, 사용 증발원에 대응하는 코일전원(PW3 과 PW4) 및/또는 전원(PW3과 PW4')에 지시하여 코일(400과 42) 및/또는 코일(400과 42')에 통전시킨다.

이와 같이 하여 증발원(3, 3')있어서 생성된 이온화 캐소드재료가 코일(400과 42) 및/또는 코일(400과 42')에 의하여 형성된 편향자장에 의해 덕트(4 또는 4')의 서로 분리된 부분으로부터 공통 덕트 끝부(40)를 거쳐 홀더(2)상의 물체(s)를 향하여 비상한다. 이때 아크방전에서 발생하는 일이 있는 캐소드재료의 조대입자는 질량이 크기 때문에, 편향자장에 따라서는 공통 덕트 끝부(40)의 출구쪽으로 유도되는 일은 없어, 덕트 내면에 충돌한다. 이와 같이 하여 상기 물체(s)상에 조대입자가 날오는 것이 억제된 상태에서 그 만큼 양질의 박막이 형성된다.

성막 중, 검출기(5, 5')가 진공아크방전의 꺼짐을 검출하면, 제어부(CONT)의 지시하에 코일(400과 42) 및/또는 코일(400과 42')에의 통전이 정지된다. 그후 아크점등에 의하여 검출기(5, 5')가 진공아크방전 점등을 검출하고 나서 상기 진공아크방전이 안정되는 데에 요하는 시간이 경과하면 다시 상기 코일에 통전된다.

따라서 성막도중에서 진공아크방전이 반복하여 꺼지고, 그 때마다 트리거전극(35, 35')에 의한 아크점호가 행하여져도 진공아크방전이 안정된 상태에서, 즉 진공아크방전이 아직 안정되어 있지 않을 때에 생기는 일이 있는 막형성의 상에서 바람직하지 않은 또는 막질을 저하시키는 입자 등이 피성막 물체(s)에 도달하는 일이 없는, 또는 거의 상태에서 막형성이 재개되어, 그 만큼 품질이 양호한 막을 얻을 수 있다.

또, 검출기(5, 5')가 진공아크방전 점등을 검출하고 나서 상기 진공아크방전이 안정되는 데에 요하는 시간이 경과하면 신속하게 상기 코일에 통전이 재개되기 때문에, 막형성의 개시로부터 완료까지의 시간을 쓸데없이 오래 끌게 하지 않아, 그만큼 효율 좋게 막을 형성할 수 있다.

또한 진공아크방전의 꺼짐후, 다시 진공아크방전을 재개시킴에 있어서, 이상 설명한 예에서는 자장형성 코일에의 통전을 정지하였으나, 이것과 동시에 또는 이것대신에 도 5에 나타내는 바와 같이 필터 덕트(4, 4')의 각각에 설치한 차단부재(SH, SH')를 적절히 폐쇄하도록 하여도 좋다. 차단부재(SH, SH')는 회전 구동장치(SHD, SHD')로 이온화 캐소드재료의 통로를 폐쇄하는 위치 또는 그 위치로부터 후퇴한 개방위치를 취할 수 있는 것이다.

제어부(CONT)를 회전 구동장치(SHD, SHD') 동작을 상기 제어부로부터의 지시 에 의거하여 차단부재를 개폐하도록 제어할 수 있게 구성하고, 상기한 예에 있어서 코일(42, 42')에의 통전을 오프해야 할 때에, 그것과 동시에 또는 그것 대신에 차단부재(SH, SH')를 폐쇄위치에 배치하고, 상기한 예에 있어서 코일(42, 42')에의 통전을 개시해야 할 때에, 차단부재(SH, SH')를 개방위치에 배치하도록 하여도 좋다.

진공아크 증착장치(A1)에 있어서는, 또 피성막물체(s)에의 성막에 앞서, 증발원(3)에 유래하는 이온화된 캐소드재료를 공통 덕트 끝부(40)로부터 정확하게 홀더상의 물체(s)를 향하게 하도록, 자장형성 코일(400 및/또는 42)의 덕트(4)에 대한 설치상태를 조정하여 둘 수 있다. 즉, 자장형성 코일(400)의 축선(β) 주위의 각도, 축선(γ) 주위의 각도 및 덕트 끝부(40)의 연장방향(도 1 에 있어서 상하방향)에 있어서의 위치 중 1 또는 2 이상을 모터(m1, m2), 왕복 구동장치(PC) 중 1 또는 2 이상으로 조정할 수 있음과 동시에, 자장형성 코일(42)의 축선(β1) 주위의 각도, 축선(γ1) 주위의 각도 및 덕트 연장방향에서의 위치 중 1 또는 2 이상을 모터(M1, M2), 왕복 구동장치(PC1) 중 1 또는 2 이상으로 조정할 수 있다.

또, 증발원(3')에 유래하는 이온화된 캐소드재료에 대해서도, 이것을 공통 덕트 끝부(40)로부터 정확하게 홀더상의 물체(s)를 향하게 하도록 자장형성 코일(400 및/또는 42')의 덕트(4')에 대한 설치상태를 조정하여 둘 수 있다. 즉, 코일(400)의 축선(β) 주위의 각도, 축선(γ) 주위의 각도 및 덕트 끝부(40)의 연장방향(도 1 에 있어서 상하방향)에 있어서의 위치 중 1 또는 2 이상을 모터(m1, m2), 왕복 구동장치 (PC) 중 1 또는 2 이상으로 조정할 수 있음과 동시에, 자장형성 코 일(42')의 축선(β1') 주위의 각도, 축선(γ1') 주위의 각도 및 덕트 연장방향에서의 위치 중 1 또는 2 이상을 모터(Ml', M2'), 왕복 구동장치(PC1') 중 1 또는 2 이상으로 조정할 수 있다.

따라서 또, 증발원(3, 3')의 양쪽을 사용하여 예를 들면 화합물막을 형성해야 할 때에는 코일(400, 42, 42') 중 1 또는 2 이상의, 그것에 대응하는 덕트에 대한 설치상태를 상기한 바와 같이 조정함으로써 증발원(3, 3')에 유래하는 이온화된 캐소드재료를 덕트(4, 4')의 서로 분리된 부분으로부터 공통의 덕트 끝부(40)를 향하게 하고, 상기 공통 덕트 끝부(40)에서 합류시켜, 그곳에서 함께 홀더상의 물체(s)를 향하게 하는 것도 가능하다. 이들에 의하여 물체(s)상에 양질의 박막을 형성할 수 있다.

이상 설명한 진공아크 증착장치(A1)에 의하면, 증발원(3, 3')을 동시에 사용함으로써 물체(s)에 다른 재료로 이루어지는 화합물막을 형성할 수 있고, 교대로 반복하여 사용하면, 다른 재료로 이루어지는 미립자 분산형의 복합막이나 적층 구조막을 형성할 수 있다. 증발원(3, 3') 중 한쪽을 사용하여 물체(s)상에 밑바탕층을 형성하고, 그후 상기 증발원 대신에 다른쪽의 증발원을 사용함으로써 상기 밑바탕층 위에 원하는 막을 형성할 수도 있다. 어느 한쪽의 증발원(3 또는 3')을 사용하여 막을 형성하면서, 다른쪽의 증발원(3' 또는 3)을 사용하여 상기 막에 다른 원소를 첨가할 수도 있다. 또한 어느 한쪽에 증발원만을 사용하여 물체(s)상에 동일한 재료로 이루어지는 막을 형성하는 것도 가능하다.

그리고, 형성하고자 하는 막질, 막구조 등에 따라 필요하다면, 자장형성 코 일(42 또는 42')에의 통전을 소정의 타이밍으로 오프하거나, 다시 재개하거나, 또한 그와 같은 코일에의 통전제어와 함께, 또는 그것 대신에 도 5에 나타내는 바와 같은 차단부재(SH 또는 SH')를 소정의 타이밍으로 폐쇄위치에 배치하거나, 개방위치에 배치하거나 하는 등으로 하여 사용할 수도 있다.

예를 들면 증발원(3)에 있어서의 캐소드(31)로서 탄소 캐소드를 채용하고, 증발원(3')의 캐소드(31')에 텅스텐(W), 크롬(Cr), 티탄(Ti), 니오브(Nb), 철(Fe) 등의 금속 캐소드를 채용함으로써, 이와 같은 금속원소를 첨가한 DLC(다이아몬드형상 탄소)막을 형성할 수 있다.

또 성막 용기(1)내에 공지의 방법에 의해 별도로 가스 플라즈마를 발생시킴과 동시에 증발원(3 및/또는 3')을 사용함에 의해서도 막을 형성할 수 있다. 예를 들면 성막 용기(1)내에 질소가스 플라즈마를 발생시키고, 캐소드(31)에 티탄 캐소드를 채용하고, 캐소드(31')로서 탄소 캐소드 또는 알루미늄 캐소드를 채용하여 TiCN막 또는 TiAlN막을 형성할 수도 있다.

또한 예를 들면 캐소드(31)로서 탄소 캐소드를 사용하고, 캐소드(31')에 텅스텐(W), 크롬(Cr), 니오브(Nb), 몰리브덴(Mo), 철(Fe) 등의 금속 캐소드를 채용하여 물체(s)상에 상기 금속 밑바탕층을 형성하고, 그 위에 DLC 막을 형성하는 것도 가능하다.

더욱 구체예를 들면, 캐소드(31)를 탄소 캐소드로 함과 동시에, 캐소드(31')를 텅스텐 캐소드로 하고, 도 1에 있어서 코일(42)은 코일면을 덕트 중심 축선(α)에 대해서는 수직하게 유지한 채로 연직면으로부터 축선(γ1) 주위에 왼쪽으로 20 °경사져 설치하고, 코일(42')은 코일면을 덕트 중심 축선에 대해서는 수직하게 유지한 채로 연직면으로부터 축선(γ1') 주위에 오른쪽으로 20°경사져 설치하고, 코일(42, 42')의 덕트 연장방향의 위치는 일정하게 한 채로 코일(400)을 수평자세로 유지하여 상하방향 위치를 조절함으로써, 양 캐소드 유래의 이온화 캐소드재료가 모두 공통 덕트 끝부(40)에서 합류하여 물체(s)를 향하도록 설정하고, 이 상태에서 자장형성 코일(42, 42' 및 400)의 각각에 전류 100[A]를 흘려 편향자장을 형성함과 동시에 각 캐소드를 진공아크방전 전류 100[A]로 증발, 이온화시킨 바, 홀더(2)상의 물체(s)에 텅스텐 첨가 DLC 막을 형성할 수 있었다.

또한 제어부(CONT)는 피성막 물체(s) 표면에 형성되는 막의 두께 분포의 균일성이, 상기 자장형성 코일이 만드는 자장 중에 있어서의 플라즈마의 드리프트에 의하여 악화되는 것을 억제하기 위하여, 코일(400, 42, 42') 중 적어도 하나에 대해서는 상기 코일의 전류의 방향을 주기적으로 반전시킬 수 있는 구조로 하여도 좋다.

또, 상기 제어부(CONT)에서 형성하는 막의 막질이나 막 구조 등에 따라 진공아크방전용 전원(PW2 및/또는 PW2')으로부터의 출력을 펄스출력으로 하고, 그 펄스전압의 크기, 펄스폭, 듀티 중 적어도 하나를 제어할 수 있게 하여도 좋다. 이 경우, 펄스전압의 크기, 펄스폭, 듀티 중 적어도 하나를 제어부(CONT)에 접속한 키보드(도 4 참조)로 입력 설정할 수 있게 하여도 좋다. 어쨌든 이 경우의 전원(PW2, PW2')과 제어부(CONT)로 하나하나의 증발원용의 아크전원장치가 구성된다고 할 수 있다.

또한, 넓은 면적에 걸쳐 표면 평활성이 높은 막두께 균일성이 높은 막을 형성하기 위하여, 필요에 따라 필터 덕트(4 및/또는 4')에는 각각 복수의 증발원을 설치하여도 좋다. 그 경우, 그것에는 한정되지 않으나, 동일 필터 덕트에 대해서는 동일재료로 이루어지는 캐소드를 가지는 복수의 증발원을 설치하는 것이 바람직하다.

본 발명에 관한 편향자장형 진공아크 증착장치는, 예를 들면 자동차부품, 기계부품, 공구, 금형 등의 물체상에 내마모성, 슬라이딩성, 내식성 중 적어도 하나를 향상시키는 등을 위한 박막을 양질이고 생산성 양호하게 형성하는 것에 이용할 수 있다.

Claims (11)

1. 복수의 증착 유닛을 구비하고 있고, 상기 각 증착 유닛은, 캐소드와 애노드 사이의 진공아크 방전에 의해 캐소드재료를 증발시킴과 동시에 이온화하는 적어도 하나의 증발원과, 상기 캐소드재료 구성원소를 함유하는 막을 홀더에 지지되는 피성막 물체상에 형성하기 위하여 상기 증발원에 의해 이온화된 캐소드재료를 상기 홀더를 향하여 비상시키는 적어도 하나의 편향자장형성부재가 부설된 만곡 필터 덕트를 포함하고 있고, 상기 복수의 증착 유닛의 각각의 상기 만곡 필터 덕트는, 상기 홀더에 면하는 덕트 끝부가 다른 만곡 필터 덕트의 상기 홀더에 면하는 덕트 끝부와 공통으로 형성되어 있고, 상기 각 필터 덕트의 반대측 끝부에 적어도 하나의 증발원이 설치되어 있는 편향자장형 진공아크 증착장치에 있어서,

   상기 복수의 증착 유닛의 필터 덕트 중 적어도 1개의 필터 덕트에 대하여 설치된 상기 편향자장형성부재 중 적어도 하나의 편향자장형성부재의 상기 필터 덕트에 대한 설치상태를 자장제어를 위해 조정하는 자장형성부재 조정장치를 구비하며,

   상기 복수의 증착 유닛 중 적어도 동시에 사용하는 일이 있는 복수의 증착 유닛의 각각은, 상기 편향자장형성부재로서 자장형성 전원장치로부터 통전됨으로써 편향자장을 형성하는 자장형성 코일을 구비하고 있음과 동시에 상기 증발원에서의 아크방전의 점멸을 검출하는 검출기를 구비하고 있고, 상기 자장형성 전원장치는, 동시사용 대상의 상기 복수의 증착 유닛을 동시에 사용하는 경우에, 상기 동시사용 증착 유닛에 있어서의 상기 검출기 중 적어도 하나가 아크방전꺼짐을 검출하면 상기 동시사용 증착 유닛의 자장형성 코일에의 통전을 오프하고, 상기 동시사용 증착 유닛에 있어서의 모든 상기 검출기가 아크방전을 검출하고 나서 상기 동시사용 증착 유닛에 있어서의 모든 증발원에서 아크방전이 안정되는 데에 요하는 시간이 경과하면 상기 자장형성 코일에의 통전을 허용하는 것을 특징으로 하는 편향자장형 진공아크 증착장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 자장형성 전원장치는, 적어도 하나의 자장형성 코일에 대하여 상기 코일의 전류의 방향을 주기적으로 반전시킬 수 있는 전원장치인 것을 특징으로 하는 편향자장형 진공아크 증착장치.
3. 복수의 증착 유닛을 구비하고 있고, 상기 각 증착 유닛은, 캐소드와 애노드 사이의 진공아크 방전에 의해 캐소드재료를 증발시킴과 동시에 이온화하는 적어도 하나의 증발원과, 상기 캐소드재료 구성원소를 함유하는 막을 홀더에 지지되는 피성막 물체상에 형성하기 위하여 상기 증발원에 의해 이온화된 캐소드재료를 상기 홀더를 향하여 비상시키는 적어도 하나의 편향자장형성부재가 부설된 만곡 필터 덕트를 포함하고 있고, 상기 복수의 증착 유닛의 각각의 상기 만곡 필터 덕트는, 상기 홀더에 면하는 덕트 끝부가 다른 만곡 필터 덕트의 상기 홀더에 면하는 덕트 끝부와 공통으로 형성되어 있고, 상기 각 필터 덕트의 반대측 끝부에 적어도 하나의 증발원이 설치되어 있는 편향자장형 진공아크 증착장치에 있어서,

   상기 복수의 증착 유닛의 필터 덕트 중 적어도 1개의 필터 덕트에 대하여 설치된 상기 편향자장형성부재 중 적어도 하나의 편향자장형성부재의 상기 필터 덕트에 대한 설치상태를 자장제어를 위해 조정하는 자장형성부재 조정장치를 구비하며,

   상기 복수의 증착 유닛 중 적어도 동시에 사용하는 일이 있는 복수의 증착 유닛의 각각은, 상기 증착 유닛에 있어서의 상기 필터 덕트 내의 상기 이온화된 캐소드재료의 통로를 차단하는 폐쇄위치와 상기 통로를 개방하는 개방위치와의 사이를 왕복운동 가능한 차단부재와, 상기 차단부재를 상기 폐쇄위치 또는 개방위치에 배치하도록 구동하는 구동장치와, 상기 증발원에서의 아크방전의 점멸을 검출하는 검출기를 구비하고 있고, 상기 각 증착 유닛의 차단부재의 구동장치는 제어부에서 동작제어되고, 상기 제어부는 동시사용 대상의 상기 복수의 증착 유닛을 동시에 사용하는 경우에, 상기 동시사용 증착 유닛에 있어서의 상기 검출기 중 적어도 하나가 아크방전꺼짐을 검출하면 상기 동시사용 증착 유닛의 필터 덕트의 상기 차단부재를 상기 폐쇄위치에 배치하고, 상기 동시사용 증착 유닛에 있어서의 모든 상기 검출기가 아크방전을 검출하고 나서 상기 동시사용 증착 유닛에 있어서의 모든 증발원에서 아크방전이 안정되는 데에 요하는 시간이 경과하면 상기 차단부재를 상기 개방위치에 배치하도록 상기 구동장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 편향자장형 진공아크 증착장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 편향자장형성부재 중 적어도 하나는, 자장형성 전원장치로부터 통전됨으로써 편향자장을 형성하는 자장형성 코일이고, 상기 자장형성 전원장치는, 적어도 하나의 자장형성 코일에 대하여 상기 코일의 전류의 방향을 주기적으로 반전시킬 수 있는 전원장치인 것을 특징으로 하는 편향자장형 진공아크 증착장치.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 복수개의 필터 덕트에 공통의 상기 홀더에 면하는 덕트 끝부에 대하여 상기 복수개의 필터 덕트에 공통의 편향자장형성부재가 설치되어 있음과 동시에 상기 복수개의 필터 덕트의 각각의 다른 필터 덕트로부터 분리된 부분에 대하여 각각 편향자장형성부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 편향자장형 진공아크 증착장치.
6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 편향자장형성부재의 각각에 대하여 상기 자장형성부재 조정장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 편향자장형 진공아크 증착장치.
7. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 자장형성부재 조정장치는, 상기 조정장치에 의해 설치상태가 조정되는 편향자장형성부재의, 상기 부재로 자장이 형성되는 상기 필터 덕트의 연장방향에서의 위치 및 상기 덕트에 대한 설치각도 중 적어도 한쪽을 조정하는 장치인 것을 특징으로 하는 편향자장형 진공아크 증착장치.
8. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 복수의 증착 유닛 중 적어도 하나의 증착 유닛은 상기 증발원을 복수로 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 편향자장형 진공아크 증착장치.
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제

Images