KR20020005449A - 진공 아크증발원 및 그 것을 이용한 막형성장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수의 이종막으로 이루어지는 적층막을 종래보다도 적은 증발원 대수로 형성할 수 있는 진공아크증발원을 제공한다.

이 진공아크증발원(30)은 진공아크 방전에 따라 음극을 증발시켜서 음극물질을 포함하는 플라즈마(36,38)를 생성하는 것으로서, 서로 종류가 다른 재료로 되고 또 서로 전기적으로 절연된 두개의 음극(32, 34)을 가지고 있다. 양 음극(32,34)은 절연물(40)을 개재시켜 서로 동축상으로 배치하고 있다. 이 진공아크증발원(30)에 의하면 그 두개의 음극(32,34)을 변환하여서 사용할 수 있으므로 복수의 이종막으로되는 적층막을 종래보다도 적은 증발원 대수로 형성할 수 있다.

Description

진공 아크증발원 및 그 것을 이용한 막형성장치{VACUUM ARC EVAPORATION SOURCE AND FILM FORMATION APPARATUS USING THE SAME}

본 발명은 예를들면 자동차부품, 기계부품, 공구, 금형, 외장부품등의 기판의 표면에 음극물질또는 음극물질을 포함하는 화합물로 되는 박막을 형성하여 기판의 내마모성,접동성, 장식성 등을 향상시키는데 이용되는 진공 아크증발원및 그것을 이용한 막형성장치에 관한 것이며 보다 구체적으로는 기판의 표면에 복수의 이종막으로 되는 적층막을 형성하는데 이용되는 진공 아크증발원및 막 형성장치에 관한것이다.

진공아크방전에 따라 음극을 증발시켜서 음극물질을 포함하는 플라즈마를 생성하는 진공아크증발원을 이용하여 이 진공아크증발원으로 발생시킨 플라즈마 중의 이온(이 명세서에서는 플러스 이온을 의미함)을 마이너스 바이어스전압 등에의하여 기판에 끌어들여 기판의 표면에 박막을 형성하는 수단은 아크식 이온 플레이팅법이라고도 불리고있고 성막속도가 크며 막의 밀착성이 높은 특징을 가지고있다.

성막속도가 큰것은 진공아크방전을 이용하여 음극에서 음극물질을 대량으로 증발시킬수 있기때문이다. 막의 밀착성이 높은 것은 상기 플라즈마 중의 이온을 마이너스 바이어스 전압 등에 따른 전계에 의하여 기판으로 끌어드여서 충돌시킬수 있기 때문이다.

또 막의 성능을 보다 향상시키기 위하여 기판의 표면에 복수의 이종막(서로다른 종류의 막)으로 되는 적층막을 형성하는 경우가 있다.

아크식 이온 플레이팅법에 의하여 상기와 같은 적층막의 형성에 이용되는 막형성장치의 종래예를 도4에 도시한다. 또 이와같은 아크식 이온 플레이팅법에 의한 막형성장치는 아크식 이온 플레이팅장치 라고도 부른다(도 1 및 도 3의 막형성장치도 마찬가지).

도시하지않은 진공 배기장치에 의하여 진공배기되는 진공용기(2)내에 성막하고자하는 기판(6)을 유지하는 홀더(8)가 마련되어있다. 기판(6)의 형상은 임의 대로이다. 이 홀더(8) 및 기판(6)은 필요에 따라 예를들면 화살표A와 같이 회전된다.

홀더(8) 및 그것에 유지되는 기판(6)에는 이 예로는 바이어스 전원(10)에서 예를들면 ㅡ수십V 500V 정도의 마이너스의 바이어스전압이 인가된다. 진공용기(2)는 접지되어있다.

진공용기(2)내에는 필요에 따라 불활성 가스나 진공아크증발원(20)의 음극(22)(또는후술하는 진공아크증발원(30)의 음극(32,34))에서 증발하는 음극물질과 반응하는 반응성 가스 등으로 되는 가스(4)가 도입된다.

상기 진공용기(2)의 벽면의 서로 다른 장소에서 홀더(8) 위에 기판(6)을 향하여 여러대(예를들어 2대)의 종래의 진공아크증발원(20)이 부착되어있다.

각 진공아크증발원(20)은 진공아크방전에 의하여 음극(22)을 증발시켜서 음극물질 (즉.음극을 구성하는 물질. 이하동일)을 포함하는 플라즈마(24)를 생성하는것이며 하나의 음극(22)및 그것과 진공용기(2) 사이를 절연하는 절연물(26)을 구비하고 있다. 각 진공아크증발원(20)의 음극(22)은 서로 종류가 다른 재료로 된다. 각 진공아크증발원(20)은 새로이 도시하지 않은 트리거전극, 자석,수냉기구, 진공시일 등을 갖추고 있고 많은 구성요소로 구성되어있다.

이 예에서는 진공용기(2)가 각 진공아크증발원(20)의 양극을 겸하고있고 그것과 각 음극(22)사이에 아크전원(28)에서 예를들면 수십V 100V정도의 아크방전 전압이 인가된다. 다만 양극전극을 별도로 설치하는 경우도있다.

상기 아크방전전압을 인가하여 각 음극(22)과 진공용기(2) 사이에서 진공아크방전을 일으키는 것에 의하여 각 음극(22)을 국소적으로 가열시켜 거기에서 음극물질이 증발한다. 이때 각 음극(22)의 전방 근처에는 아크방전에 의하여 플라즈마가 생성되어 음극물질의 일부는 이온화된다. 즉 각 음극(22)의 전방 근방에는 이온화된 음극물질을 포함하는 플라즈마(24)가 생성된다.

이 플라즈마(24) 중의 이온화된 음극물질은 상기 바이어스전압에 의하여 기판(6)에 끌어 당겨져서 퇴적 함으로써 기판(6)의 표면에 당해 음극물질로 되는 박막이 형성된다. 이 경우 진공용기(2)에 가스(4)로서 반응성 가스(예를들면 질소가스)를 도입하여 두면 그것과 음극물질이 반응하여 기판(6)의 표면에 화합물(예를들면 질화물) 박막이 형성된다.

이와같은 수단에 의하여 종래에는 한 종류의 박막형성에 한대의 진공아크증발원(20)을 이용하여, 즉 기판(6)의 표면에 형성하는 적층막을 구성하는 막의 종류수에 따른 대수의 진공아크증발원(20)을 진공용기(2)에 설치하여 각 진공아크증발원(20)을 순번대로 동작시킴에 따라 기판(6)의 표면에 적층막을 형성하고 있었다.

예를들면 기판(6)의 표면에 질화티탄(TiN) 박막을 형성한 위에 질화크롬(CrN)박막을 형성하는 경우는 진공용기(2)에 두대의 진공아크증발원(20)을 설치하여 그 한쪽의 음극(22)의 재료(재질)를 티탄으로하고 다른 쪽의 음극(22)의재료(재질)를 크롬으로하여 질소분위기 속에서 각 진공아크증발원(20)을 순번대로 동작시킴에 따라 기판(6)의 표면에 질화티탄과 질화크롬을 한층 이상씩 가지는 적층막을 형성하고 있었다.

상기와 같은 종래의 기술에서는 적층막을 구성하는 막의 종류수에 따른 여러대의 진공아크증발원(20)을 진공용기(2)에 설치할 필요가 있기 때문에 진공아크증발원(20)의 수가 많아지고 그것에 의하여 필연적으로 진공용기(2)가 대형화하여 나아가서는 막형성장치전체도 대형화한다. 진공용기(2) 용의 진공배기장치도 대용량화 하지않을 수 없다. 이에 따라 막형성장치의 제조코스트도 높아진다.

또 여러대의 진공아크증발원(20)을 진공용기(2)에 설치하고 있으나 적층막을 형성할 때 하나의 진공아크증발원(20)을 사용하고 있는 때에는 다른 진공아크증발원(20)을 휴지시키기 위하여 진공아크증발원(20)의 가동율이 저하한다

즉 m(m은 2이상의 정수)종의 이종막으로 되는 적층막을 형성하는 경우 진공아크증발원(20)의 가동율은 1/ m이 된다. 따라서 진공아크증발원(20)의 설치대수의 비례로는 성막속도가 낮고 성막의 생산성이 낮다.

또 진공아크증발원(20)의 음극(22)에서 증발하는 음극물질에는 통상 성막에 좋지않은 거치른입자(이것은 마크로파티클 이나 드롭렛(droplet)이 라고도 부름)가 포함되어 있어 이것이 기판(6)에 부착하면 막의 밀착력이 저하하는 등의 막특성에 악영향을 미치는 원인이 된다.이것을 방자하기위하여 진공아크증발원(20)에 의하여 생성한 플라즈마(24)를 자장에 의하여 만곡시켜서 거치른입자를 제거하는 자기필터를 마련하는 경우가 있으나 여러대의 진공아크증발원(20)을 설치하여 적층막을 형성하는 경우는 종래에는 각 진공아크증발원(20) 마다에 자기필터를 마련해야 하므로 막형성장치의 구조가 복잡해지고 장치전체가 대형화하여 장치코스트도 대폭으로 높아진다.

그래서 본발명은 복수의 이종막으로 되는 적층막을 종래보다도 적은 증발원대수로 형성할 수 있는 진공아크증발원을 제공하는것을 주된 목적으로한다.

도 1은 본 발명에 따른 진공아크 증발원을 이용한 막형성장치의 일예를 나타내는 부분단면도.

도 2는 진공아크증발원의 음극부분의 정면도.

도 3은 본 발명에 관한 진공아크증발원을 이용한 막형성장치의 다른 예를 나타내는 개략도.

도 4는 진공아크증발원을 이용한 막형성장치의 일예를 나타내는 개략도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

2 : 진공용기, 6 : 기판

28 : 아크전원 30 : 진공아크증발원

32, 34 : 음극, 50 : 절환스위치

60 : 자기필터

본 발명에 관한 진공아크증발원은 서로 종류가 다른 재료로 되고 또한 서로 전기적으로 절연된 복수의 음극을 가지는것을 특징으로한다.

이 진공아크증발원에 따르면 복수의 음극을 변환하여 사용할 수가 있으므로 복수의 이종막으로 되는 작층막을 종래보다도 적은 증발대수로 형성할 수가있다. 즉 음극의수를 n (n은2이상의 정수)로하면 종래의 1/n 의 대수로 끝난다. 그러나 음글을 변환하여 사용함으로써 1대의 진공아크증발원을 거의 쉬지 않고 계속 사용할 수 있으므로 당해 진공아크증발원의 가동율도 대폭 향상한다.

따라서 이 진공아크증발원에 의하면 복수의 이종막으로되는 적층막을 낮은 코스트로 생산성이 양호하게 형성할수가있다. 또 기판의 표면에 복수의 이종막으로되는 적층막을 형성하는 막형성장치의 소형화,낮은 코스트화및 생산성 향상을 도모할 수 있다.

본 발명에 관한 막형성장치 중 하나는 상기와같은 진공아크증발원을 구비하고 있고 당해 진공아크증발원을 이용하여 기판의 표면에 복수의 이종막으로되는 적층막을 형성하는 장치로서 상기 진공아크증발원의 음극에 아크방전전력을 공급하는 아크전원과 이 아크전원으로부터의 아크방전전력을 상기 진공아크증발원의 복수의 음극에 택일적으로 변환하여 공급하는 변환스위치를 마련하는 것을 특징으로 하고있다.

이 막형성장치에 의하면 그 진공아크증발원의 여러 음극을 변환하여 사용할수 있으므로 상기한 이유에서 기판의 표면에 여러 이종막으로되는 적층막을 낮은 코스트로 생산성이 좋게 형성할 수가 있다. 또 장치의 소형화 낮은 코스트화및 생산성의 향상을 도모할 수 있다.

또, 상기와 같은 아크전원 및 절환스위치를 구비하고있어 1대의 진공아크증발원에 대하여 1대의 아크전원으로 끝나므로 아크전원의 수가 적어도 되고 이 관점에서도 장치구성의 간소화 장치의 소형화및 낮은코스트화를 도모할수있다.

다음에, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 관하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 관한 진공아크증발원을 이용한 막형성장치의 일예를 부분적으로 도시하는 단면도이다. 도2는 도1중의 진공아크증발원의 음극부분의 정면도이다. 도4에 도시한 종래예와 동일 또는 상당하는 부분에는 부호를 병기하고 이하에는 당해 종래의 예와의 상위점을 주로 설명한다.

이 막형성장치는 전술한 바와 같이 진공용기(2)에 그 내부의 홀더(8)위의 기판(6)를 향하여 부착된 진공아크증발원(30)을 구비하고있다. 이진공아크증발원(30)은 1대라도 좋고 필요에 따라서는 여러대를 설치해도좋다.

진공아크증발원(30)은 이 예에서는 서로 종류가 다른 재료로되고 또한 서로 전기적으로 절연된 두개의 음극(32 및34)을 가지고있다. 보다 구체적으로는 이 예에서는 중앙부의 원주형상의 음극(32)과 그 외측의 원통형상(원환상 이라고도 할수있음)의 음극(34)을 양자(32, 34)간의 전기절연을 행하는 원통형상의 절연물(40)을 개재시켜서 서로 동축상으로 배치하고 있다. 외측의 음극(34)과 진공용기(2)의 사이는 이 예에서는 원통형상의 절연물(42)에 의하여 전기적으로 절연하고있다.

양음극(32, 34)의 재질의 조합은 임의로 하고 형성하고자 하는 막의 종류에 따러서 적절히 선정하면 된다. 일예를 들면 한쪽이 티탄이고 다른 쪽이 크롬이다. 이것은 한예에 불과하다. 경질탄소계박막의 밀착력 향상 등을 위하여 후술하는 재료를 선정할 수도 있다,

아크점호(기동)용의 트리거전극은 양음극(32, 34)에 공통이며 양음극(32, 34)간을 가동하는것을 설치하여도 좋지만 이 예에서는 음극(32)용의 트리거전극(44)과 음극(34)용의 트리거전극(46)을 별개로 설치하고있다. 그편이 구조가 간단하다.

이 진공아크증발원(30)의 음극(32, 34)에 대하여 1대씩 설치하여도 좋지만 이예에서는 1대의 진공아크증발원(30)에 대하여 그 음극(32또는 34)에 아크방전전력을 공급하는 1대의 전술한 바와같은 아크전원(28)과 이 아크전원(28)으로부터의 아크방전 전력을 당해 두개의 음극(32, 34)에 택일적으로 변환하여 공급하는 절환스위치(50)를 설치하고있다.

이 진공아크증발원(30)의 두개의 음극(32, 34)은 서로 절연물(40)로 전기적으로 절연되어 있기 때문에 어느 한쪽의 음극에 아크방전전력을 공급하면 그 한쪽의 음극으로만 아크방전을 발생한다. 즉 절환스위치(50)를 음극(32)측에 변환함에따러 음극(32)과 진공용기(2)사이에서 진공아크방전을 일으킬 수 있고 그 것에 의하여 음극(32)을 국소적으로 가열하여 증발시켜서 그 음극물질을 포함하는 플라즈마(36)를 생성할 수 있다. 그것에 의하여 종래예에서 상술한 것과 마찬가지의 작용에 의하여 기판(6)위에 플라즈마(36) 중에 포함되어있는 음극물질로 된다. 또는 그것과 반응성 가스의 화합물로 되는 박막을 형성할수있다.

반대로 절환스위치(50)를 음극(34)측에 변환함에 따라 음극(34)과 진공용기(2)사이에서 진공아크방전을 이르킬수있고 그것에 의하여 음극(34)을 국소적으로 가열하여 증발시켜서 그 음극물질을 포함하는 플라즈마(38)를 생성할수있다. 그것에의하여 기판(6) 위에 플라즈마(38)중에 포함되어있는 음극물질로 된다. 또는 그것과 반응성 가스의 화합물로 되는 박막을 형성할수가있다.

이 경우 아크방전의 음극점(아크스폿트)은 아크자신이 발생하는 전자력에 의하여 음극(32또는34)의 표면을 임의로 움직여돌으므로 음극(32, 34)의 평면형상에 의존하지않고 음극(32, 34)을 거의 구석구석까지 사용할 수가있다. 따라서 원통형상의 음극(34)으로도 그것을 거의 구석구석까지 사용할수가있다. 양 음극(32, 34)의 배면부근에 예를들면 도1중에 2점쇄선으로 표시한 자석(예를들면 영구자석)(48)또는 기타의 자극배치를 가지는 자석을 마련해 두는 것도 좋고 그렇게 하면 그 자계에 의하여 아크방전의 음극점의 움직임을 제어할 수 있으므로 양음극(32, 34)을보다 구석구석까지 사용할 수 있다.

또 이예에서는 진공아크증발원(30)의 양음극(32, 34)을 서로 동축상으로 배치하고 있으므로 그 것들을 이용하여 생성되는 플라즈마(36, 38)의 상호의 위치가 거의 같고 크게 어긋나는 일은 없다.따라서 동일한 기판(6)에 대하여 거의 같은 조건으로 성막할 수가 있으므로 적층막 형성에 의하여 한층 더 사정이 좋다.

이와 같이 하여 진공아크증발원(30)의 두개의 음극(32,34)을 적절이 변환하여 사용함에 따라 보다 구체적으로는 소망하는 막의 두께로 성막을 행한 후에 변환하는것에 의하여 기판(6)의 표면에 복수의 이종막으로되는 적층막을 형성할 수 있다. 예를들면 상기 변환을 1회 행하면 복수의 이종막을 1층씩 가지는 적층막을 형성할수있다.

또한 상기 진공아크증발원(30)에는 예를들어 상기예와 마찬가지의 생각으로 서로 종류가 다른 재료로 되고 또한 서로가 전기적으로 절연된 3개이상의 음극을 마련하여도 좋다. 도3의 예의 경우도 마찬가지이다.

이 진공아크증발원(30)에 의하면 복수의 음극(32, 34)을 변환하여 사용할 수가 있으므로 기판(6)위에 복수의 이종막으로 되는 적층막을 종래보다도 작은 증발원 대수로 형성할수가 있다. 즉 음극의 수를 n(n 은2이상의 정수)로 하면 종래의 1/n로 끝난다. 더구나 음극(32, 34)을 변환하여 사용하는 것으로 1대의 진공아크증발원(30)을 거의 휴지시킴이 없이 계속 사용할수가 있으므로 당해 진공아크증발원(30)의 가동율도 대폭 향상된다.

따라서 이 진공아크증발원(30)에 의하면 복수의 이종막으로 된는 적층막을낮은 코스트로 생산성이 좋게 형성할 수 있다.또 기판(6)의 표면에 복수의 이종막으로되는 적층막을 형성하는 막형성장치의 소형화,낮은 코스트화및 생산성의 향상을 도모할 수 있다.

또 이와같은 진공아크증발원(30)을 구비하는 이 막형성장치에 의하면 당해 진공아크증발원(30)의 복수의 음극(32, 34)을 변환하여 사용할 수 있으므로 위의 이유에서 기판(6)의 표면에 복수의 이종막으로 이루어지는 적층막을 낮은 코스트로 생산성이 좋게 형성할 수 있다. 또 장치의 소형화 낮은 코스트화 및 생산성의 향상을 도모할 수 있다.

더구나 상기와 같은 아크전원(28) 및 절환스위치(50)를 구비하고 있어 1대의 진공아크증발원(30)에 대하여 1대의 아크전원(28)으로 끝나므로 아크전원의 수가 적어도 된다. 이 관점에서도 장치구성의 간소화,장치의 소형화 및 낮은 코스트화를 도모할 수 있다.

또 진공아크증발원(30)의 상기와 같은 복수의 음극(32. 34)의 평면형상은 원형이외의 사각형 등으로도 좋지만 상기예와 같이 원형으로 하는 것이 바람직하다. 그런 쪽이 각 음극(32, 34)의 제조가 용이해진다.

그런데 금속제의 기판(6)표면에 다이어몬드상 카본막,다이어몬드막 등의 경질탄소계박막을 형성하는경우 당해 경질탄소계박막의 밀착력 향상을위하여 당해 경질탄소계박막과 기판(6)사이에 원소주기표의 4A족 (예를들면 Ti), 5A족 (예를들면 Ta) 또는 6A족 (예를들면 Cr)의 금속을포함(예를들면 이들의 금속또는그 탄화물로 됨) 중간박막을 형성하여 적층구조를 채용하는 경우가 있다. 이것은 상기와같은 4A족, 5A족 또는 6A족의 금속또는 그 탄화물은 금속제기판(6)과의 친화가 좋고 밀착성이 높을뿐만아니라 탄소계박막과도 친화가 좋아서 밀착성이 높으므로 막전체로서보면 경질탄소계 박막의 밀착력이 향상되기 때문이다.

상기 진공아크증발원(30)은 이와같은 적층막의 형성에 이용할 수도있다. 이 경우는 그 복수의 음극으로서 (1) 탄소를 포함하는 재료(예를들면 그라파이트)로되는 음극과 (2) 상기와같은 4A족, 5A족또는 6A족의 금속을 포함(예를들면 이들의 금속 또는 그 탄화물로 됨)재료로 되는 음극을 짜마추면 좋다 예를들어 도 1의 예와같이 음극이 둘의 경우에는 한쪽의 음극(예를들면 음극32)을 상기(1)의 음극으로하고 다른 쪽의 음극(예를들면 음극34)을 상기(2)의 음극으로 하면좋다.

이와같은 음극구성의 진공아크증발원(30)을 이용함에 따라 금속제의 기판(6)의 표면에 밀착력이 높은 경질탄소계 박막을 낮은 코스트로 생산성이 좋게 형성할 수가 있다 낮은 코스트로 생산성이 좋게 형성할 수 있는 것은 먼저 설명한 바와 같이 증발원의 대수가 적어도 되고 더구나 그 가동율이 높기 때문이다.

도 3은 본발명에 관한 진공아크증발원을 이용한 막형성장치의 다른예를 도시하는 개략도이다. 여기서는 진공아크증발원(30)은 간략화하여 도시하고 있다.

도 1의 예와 다른 점을 위주로 설명하면, 이 예에서는 상기와 같은 진공아크증발원(30)과 진공용기(2)와의 사이에 해당 진공아크증발원(30)에 의해 생성한 플라즈마(36)(38)을 자장에 의해 만곡시켜 거칠고 큰 입자를 제거하여 기판(6)의 근방으로 도입하여 자기필터(60)를 설치한다.

자기필터(60)는 이 예에서는 만곡한 수송관(62)과 이 수송관(62)을 따라서만곡한 자장을 형성하는 자기코일(64)과, 이 자기코일(64)을 여자하는 직류전원(66)을 구비한다. 자기코일(64)은 도시한 예와같이 수송관(62)의 둘레에 감긴 솔레노이드코일일 수도 있고, 복수의 토로이달 코일일 수도 있다. 또, 자기코일(64) 대신에 복수의 영구자석을 이용하여 상기와 같은 만곡된 자장을 형성하여도 좋다. 그 경우는 직류전원(66)이 불필요하다.

진공아크증발원(30)에 의해 생성된 플라즈마(36)(38)는 자기필터(60) 속을 그 자장을 따라서 수송되어 진공용기(2) 내의 기판(6)의 근방으로 유도된다. 그 때, 플라즈마(36)(38) 속에 포함된 거칠고 큰입자 중에서 전하를 갖지 않는 것은 자장의 영향을 받지 않아 기판(6)에 수송되지 않는다. 또, 전하를 갖는 경우에도 자장속에서의 나선운동 반경(Lamar radius)이 질량에 비례하여 극단적으로 커지기 때문에 수송관(62)의 내벽이나 해당 내벽에 돌출설치된 핀(도시생략) 등에 충돌하여 소멸(부착)된다. 그 결과 진공용기(2) 내에는 조잡하고 큰 입자를 거의 포함하지 않는 플라즈마(36)(38)가 수송되어 이것이 기판(6)의 근방에 인도된다. 따라서, 거칠고 큰 입자가 기판(6)에 부착하는 것을 방지할 수 있다. 이 것에 의해 밀착성 및 표면평활성이 높은 적층막을 기판(6) 상에 형성할 수 있다.

이와같이 자기필터(60)를 설치하는 경우, 상기 진공아크증발원(30)에 의하면 전술한 바와같이 적층막을 종래 보다도 작은 증발원 대수로 형성할 수 있으므로 그에 따라서 자기필터(60)의 수도 작게할 수 있다. 따라서, 그 만큼 막형성장치의 구조를 간소화, 동장치의 소형화 및 저코스트화를 도모할 수 있다.

또, 상기와 같은 진공아크증발원(30), 절환스위치(50), 아크전원(28) 및 자기필터(60)는 필요에 따라서 1개의 진공용기(2)에 대하여 2조 이상 설치할 수도 있다.

상기 각 실시예는 기판(6)에 바이어스전원(10)으로부터 마이너스 바이어스전압을 인가한 예를 나타냈다. 그러나, 기판(6)에 마이너스 바이어스전압을 인가하지 않아도, 즉 바이어스전원(10)을 설치하지 않고 기판(6)을 접지전위로 두어도 그 근방에 수송되는 플라즈마(36)(38)의 쪽이 기판(6) 보다더 플러스 전위로 되기가 쉬우므로 이 플라즈마(36)(38)와 기판(6) 사이의 전위차에 의해 플라즈마(36)(38) 속의 이온을 기판(6)으로 향하여 가속하는 것이 가능하다.

본 발명은 상기와 같은 구성에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 제1구성특징에 의하면, 복수의 음극을 절환하여 사용할 수 있으므로 복수의 이종막으로 이루어지는 적층막을 종래 보다도 작은 증발원 대수로 형성할 수 있다. 또, 음극을 절환하여 사용하는 것으로 1대의 진공아크증발원을 거의 정지시키지 않고 계속하여 사용할 수 있으므로 해당 진공아크증발원의 가동율도 대폭 향상시킬 수 있다.

따라서, 본 발명에 의하면 복수의 이종막으로 이루어진 적층막을 저코스트로 생산성이 양호하게 형성할 수 있다. 또, 기판의 표면에 복수의 이종막으로된 적층막을 형성하는 막형성장치의 소형화, 저코스트화 및 생산성 향상을 도모할 수 있다.

본 발명의 제2구성특징에 의하면, 각 음극을 이용하여 생성되는 플라즈마의 상호위치가 대략 다르게 되므로 동일 기판에 대하여 대략 같은 조건으로 성막할 수 있으므로 적층막형성에 대해 일측 편리함을 도모할 수 있는 또 다른 효과가 있다.

본 발명의 제3구성특징에 의하면, 1개의 증발원으로 금속제의 기판의 표면에 원소주기표의 4A족, 5A족 또는 6A족의 금속을 포함하는 중간박막을 형성하는 것과, 그 위에 경질탄소계박막을 형성하는 것 양쪽을 행하는 것이 가능하므로, 금속제의 기판의 표면에 밀착력이 높은 경질탄소계박막을 저코스트로 생산성 높게 형성할 수 있다.

본 발명의 제4구성특징에 의하면 아크전원 및 절환스위치를 구비하여 1대의 진공아크증발원에 대하여 다수의 음극을 갖는 1대의 아크전원만이 필요하므로 아크전원의 수가 작아지고, 이 관점으로부터도 장치구조의 간소화, 장치의 소형화 및 저코스트화를 도모할 수 있다.

본 발명의 제5구성특징에 의하면, 상기 제1, 제2 및 제3구성특징의 효과와 같은 효과외에도 다음과 같은 효과를 얻는다.

즉, 상기와 같은 자기필터를 구비하므로, 조잡하고 큰 입자가 기판에 부착하는 것을 방지하여 밀착성 및 표면평활성이 높은 적층막을 기판 상에 형성할 수 있다.

또, 상기와 같은 진공아크증발원을 이용함으로써 적층막을 종래 보다도 작은 증발원대수로 형성할 수 있으므로 그에 따라 자기필터의 수도 작아진다. 따라서, 그 만큼 박형성장치의 구조의 간소화, 동장치의 소형화 및 저코스트화를 도모할 수있다.

본 발명의 제6구성특징에 의하면 제4 및 제5구성특징 모두를 구비하므로 이 양쪽의 효과를 통합한 효과를 얻게 된다.

Claims (11)

1. 상호 다른 종류의 재료로되는 동시에 상호 전기적으로 절연된 복수의 음극을 구비하고,

   상기 복수의 음극이 진공아크방전에 의해 증발되어 음극물질을 포함하는 플라즈마를 생성하는 것을 특징으로 하는 진공아크증발원.
2. 제1항에 있어서,

   상기 복수의 음극은 절연물질을 개재하여 상호 동축형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 진공아크증발원.
3. 제1항에 있어서,

   상기 복수의 음극은 탄소를 함유한 재료로된 음극과, 원소주기표의 A4, A5 또는 A6족의 금속을 함유하는 재료로된 음극을 조합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공아크증발원.
4. 제2항에 있어서,

   각 음극은 원형인 것을 특징으로 하는 진공아크증발원.
5. 기판 상에 복수의 이종막을 포함하는 적층막을 형성하는 장치로서,

   상호 다른 종류의 재료로되는 동시에 상호 전기적으로 절연된 복수의 음극을 구비하여, 상기 복수의 음극이 진공아크방전에 의해 증발되어 음극물질을 포함하는 플라즈마를 생성하는 진공아크증발원과,

   상기 진공아크증발원의 복수의 음극에 아크방전전력을 공급하는 아크전원과,

   이 아크전원으로부터의 아크방전전력을 상기 진공아크증발원의 복수의 음극에 택일적으로 절환하여 공급하는 절환스위치를 구비하는 것을 특징으로 하는 막형성장치.
6. 기판 상에 복수의 이종막을 포함하는 적층막을 형성하는 장치로서,

   상호 다른 종류의 재료로되는 동시에 상호 전기적으로 절연된 복수의 음극을 구비하여, 상기 복수의 음극이 진공아크방전에 의해 증발되어 음극물질을 포함하는 플라즈마를 생성하는 진공아크증발원과,

   상기 진공아크증발원에 의해 생성된 플라즈마를 자장에의해 만곡시키는 한편 거칠고 큰 입자를 제거하여 상기 기판의 근방에 유도하는 자기필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 막형성장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 자기필터는

   만곡된 수송덕트와,

   상기 수송덕트를 따라 만곡된 자장을 생성하는 자기코일과,

   상기 자기코일을 여기하는 DC전원을 구비하는 것을 특징으로 하는 막형성장치.
8. 제6항에 있어서,

   상기 진공아크증발원의 복수의 음극에 아크방전전력을 공급하는 아크전원과,

   이 아크전원으로부터의 아크방전전력을 상기 진공아크증발원의 복수의 음극에 택일적으로 절환하여 공급하는 절환스위치를 구비하는 것을 특징으로 하는 막형성장치.
9. 제8항에 있어서,

   상기 자기필터는

   만곡된 수송덕트와,

   상기 수송덕트를 따라 만곡된 자장을 생성하는 자기코일과,

   상기 자기코일을 여기하는 DC전원을 구비하는 것을 특징으로 하는 막형성장치.
10. 제5항에 있어서,

    플라즈마가 생성되는 표면 반대측 표면 부근에 배치되어 진공아크방전의 아크 포인트의 이동을 제어하는 자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 막형성장치.
11. 제6항에 있어서,

    플라즈마가 생성되는 표면 반대측 표면 부근에 배치되어 진공아크방전의 아크 포인트의 이동을 제어하는 자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 막형성장치.